Лекция 4 Наследственная информация в клетке копирование и

Лекция 4 Наследственная информация в клетке: копирование и реализация 1. 2. 3. 4. Репликация Транскрипция Трансляция Генетический код

1. Репликация ДНК n n n Репликация – удвоение ДНК. Матрицей для синтеза цепи молекулы ДНК служит другая цепь ДНК. Репликация ДНК в ходе деления клеток начинается с разделения двух цепей. Ферменты репликации: хеликаза, топоизомераза, а также ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований. Репликация катализируется несколькими ДНКполимеразами. После репликации дочерние спирали закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов. 2

Схема репликации ДНК 3

Репликация ДНК у эукариотов 4

2. Транскрипция – это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. 1. Между комплементарными азотистыми основаниями в ДНК происходит разрыв водородных связей. 2. Основной фермент транскрипции – РНКполимераза присоединяется к промотору – специальному участку ДНК. n Транскрипция происходит только с одной (кодогенной) цепи ДНК! 5

3. По мере продвижанеи РНК-полимеразы по кодогенной цепи ДНК рибонуклеотиды по принципу комплементарности присоединяются к цепочке ДНК. n Считывается один ген – образуется одна цепочка РНК. n Образуется незрелая про-и-РНК, содержащая кодирующие участки – экзоны и некодирующие – интроны. 6

4. Происходит процессинг – созревание молекулы РНК. n На 5 -конце и-РНК формируется участок (Кэп), через который она соединяется с рибосомой – триплет нуклеотидов АУГ. n На 3 -конце находятся кодоны-терминаторы, определяющие конец трансляции: УАА, УАГ, УГА. n Вырезаются интроны, а экзоны сшиваются. 7

Схема транскрипции 8

Точность репликации и транскрипции n n Частота ошибок при ДНК-репликации не 9 10 превышает 1 на 10 – 10 нуклеотидов. Столь высокая степень точности воспроизведения информации определяется действием ДНК-полимераз, которые способны распознать ошибку в образующемся коде и исправить её. Точность воспроизведения РНК и белков в тысячи раз ниже. Это связано с тем, что транскрипция и трансляция (биосинтез белка), затрагивающие только одну клетку, – не столь жизненно важные процессы, как репликация, которая определяет будущее всего вида. 9

3. Биосинтез белка Синтез белка (трансляция) - самый сложный из биосинтетических процессов: n требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул (всего около трёхсот типов); n часть молекул, необходимых для трансляции, объединена в трёхмерную структуру рибосом; n биосинтез белка протекает с очень высокой скоростью (десятки аминокислотных остатков в секунду); n процесс могут замедлять или останавливать ингибиторы и антибиотики. 10

Процесс биосинтеза белка протекает в пять этапов. 1. Активация аминокислот. n Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями с определённой т-РНК, используя энергию АТФ. n Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния. А 11

2. Инициация белковой цепи. n и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой (всегда метионин), прикреплённой к соответствующей т-РНК. n т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи. n Кодон-инициатор и-РНК – АУГ (в составе ДНК – соответственно ТАЦ). 12

3. Элонгация. n Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот; n всем аминокислотам соответствуют триплеты нуклеотидов; n каждая аминокислота доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК; n элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля (факторы элонгации). 13

4. Терминация. n Об окончании синтеза полипептидной цепи сигнализирует один из специальных кодонов и-РНК; n после этого полипептид высвобождается из рибосомы. 14

5. Сворачивание и процессинг. n Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. n До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся - в удалении лишних аминокислот, - присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п. ; - если инициирующая аминокислота метионин не предусмотрена в качестве первой аминокислоты данного белка, при процессинге она отщепляется. 15

4. Генетический код n n Генетический код – это система кодирования последовательности аминокислот белка в виде определенной последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК. Единица генетического кода (кодон) – это триплет нуклеотидов в ДНК или и-РНК, кодирующий одну аминокислоту. 16

n n n Всего генетический код включает 64 кодона, из них 61 кодирующий и 3 некодирующих. Кодоны-терминаторы в и-РНК: УАА, УАГ, УГА Кодоны-терминаторы в ДНК: АТТ, АТЦ, АЦТ 17

Свойства генетического кода 1. Универсальность. n Код одинаков для всех организмов. n Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту. 18

2. Специфичность. n Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. 3. Вырожденность. n Большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. n Исключение составляют только 2 аминокислоты: - метионин и - триптофан, имеющие только по одному варианту кодона. 19

4. «Знаки препинания» n Между генами находятся три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых обозначает прекращение синтеза полипептидной цепи. n Внутри гена «знаков препинания» нет. 20

Особенности процесса биосинтеза белка n n n Синтез белка контролируют гены-операторы. Совокупность рабочих генов – операторов и структурных генов – называется оперон. Опероны не являются самостоятельной системой, а «подчиняются» генам-регуляторам, отвечающим за начало или прекращение работы оперона. Свой контроль гены-регуляторы осуществляют при помощи специального белка-ингибитора, который они при необходимости синтезируют. Ингибитор реагирует с оператором и блокирует его, что влечёт за собой прекращение работы оперона. Если же вещество реагирует с небольшими молекулами – индукторами, это будет являться 21 сигналом к возобновлению работы системы.

Транскрипция и трансляция у прокариотов и эукариотов 22