Матричные биосинтезы Репликация репарация Транскрипция Трансляция Схема

Матричные биосинтезы Репликация (репарация) Транскрипция Трансляция

Схема реализации генетической информации в фенотипические признаки

Транскрипция (биосинтез РНК) Транскрипция – общие представления РНК-полимеразы Этапы транскрипции Регуляция транскрипции Процессинг первичных транскриптов РНК 3

■ Транскрипция – биосинтез РНК на матрице ДНК ■ Транскрипция – начальная стадия реализации генетической информации в клетке ■ Основой транскрипции является фундаментальный принцип комплементарности азотистых оснований полинуклеотидных цепей ДНК и РНК ■ В процессе транскрипции синтезируются м. РНК, т. РНК, р. РНК и другие виды РНК, выполняющие структурные, регуляторные и каталитические функции ■ Процесс транскрипции осуществляется ДНКзависимыми РНК-полимеразами

Синтез молекул РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК, которые называют промоторы, и завершается в терминирующих участках (сайты терминации). Участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, представляет собой единицу транскрипции — транскриптон. У эукариотов в состав транскриптона, как правило, входит один ген , у прокариотов несколько. В каждом транскриптоне присутствует неинформативная зона; она содержит специфические последовательности нуклеотилов, с которыми взаимодействуют регуляторные транскрипционные факторы.

■ Единица транскрипции – транскриптон ■ Транскриптоны бактерий называют оперонами ■ В транскриптоне присутствует последовательность, которая называется промотором (зона начала транскрипции) и терминатором (зона остановки транскрипции) ■ У прокариот один фермент синтезирует все виды РНК, у эукариот разные виды РНК синтезируются различными РНКполимеразами

Транскрибируется только одна из комплементарных цепей ДНК, а именно матричная цепь. Другая цепь ДНК называется кодирующей цепью (смысловой), поскольку ее последовательность идентична последовательности РНК. Нематричная (кодирующая) цепь: TACGGATA Матричная цепь: ATGCCTAT РНК, которая синтезируется на основе этого участка: UACGGAUA

Бактериальная РНК-полимераза Состоит из 5 субъединиц: 2αββ΄δ Коровый фермент: 2αββ΄δ (α – каждая по 40 к. Да), (β – 155 к. Да), (β΄ – 160 к. Да) Холофермент: 2αββ΄δω (δ – 70 к. Да), (ω – ? ) 480 к. Да

Бактериальная РНК-полимераза

Эукариотические РНК-полимеразы

Фрагмент структуры РНК-полимеразы II Cпираль ДНК (синяя), растущая цепь РНК (красная), ион металла в активном центре в виде фиолетовой сферы и «мостиковая» a-спираль (зеленая).

Общая схема транскрипционного цикла

Инициация Активация промотора происходит с помощью большого белка — ТАТА-фактора, называемого так потому, что он взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора ТАТААА- (ТАТА-бокс).

Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНК-полимеразой. Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, т. е. образуется транскрипционная вилка, в которой матрица доступна для инициации синтеза цепи РНК. После того как синтезирован олигонуклеотид из 8 -10 нуклеотидных остатков, сигма-субъединица отделяется от РНК-полимеразы, а вместо неё к молекуле фермента присоединяются несколько факторов элонгации.

Инициация

Комплекс инициации транскрипции у эукариот В составе комплекса приведены общие факторы транскрипции (TFIIB, E, F, H и TBP), РНК-полимераза II, медиатор и специфический фактор транскрипции, связанный с энхансером.

Элонгация Факторы элонгации повышают активность РНКполимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК. Синтез молекулы РНК идёт от 5'- к 3'-концу комплементарно матричной цепи ДНК. На стадии элонгации, в области транскрипционной вилки, одновременно разделены примерно 18 нуклеотидных пар ДНК. Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль, около 12 пар нуклеотидных остатков, с матричной цепью ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по матрице в направлении от 3'- к 5'-концу впереди неё происходит расхождение, а позади — восстановление двойной спирали ДНК.

Элонгация

ЭЛОНГАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Терминация Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для фактора терминации. Завершается синтез РНК в строго определённых участках матрицы — терминаторах (сайты терминации). Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре-м. РНК), комплементарного матрице, и РНКполимеразы от матрицы. РНК-полимераза может вступить в следующий цикл транскрипции после присоединения субъединицы σ.

ТЕРМИНАЦИЯ

Стадии транскрипции. 1 - присоединение ТАТАфактора к промотору. Чтобы промотор был узнан РНК-полимеразой. необходимо образование транскрипционного комплекса TATAфактор/ТАТА-бокс {промотор}. TATAфактор остаётся связанным с TATAбоксом во время транскрипции, это облегчает использование промотора многими молекулами РНКполимеразы; 2 - образование транскрипционной вилки; 3 - элонгация; 4 - терминация.

КОВАЛЕНТНАЯ МОДИФИКАЦИЯ (ПРОЦЕССИИГ) МАТРИЧНОЙ РНК Первичные транскрипты м. РНК, прежде чем будут использованы в ходе синтеза белка (у эукариот), подвергаются ряду ковалентных модификаций. Эти модификации необходимы для функционирования м. РНК в качестве матрицы.

Регуляция экспрессии генов путем индукции

Регуляция экспрессии генов путем репрессии

Регуляция экспрессии гена у эукариот

Альтернативный сплайсинг гена кальцитонина. В клетках щитовидной железы сплайсинг первичного транскрипта приводит к образованию кальцитониновой м. РНК, включающей 4 экзона и поли. А-поспедоватепьность, которая образуется после расщепления транскрипта в первом участке сигнала полиаденилирования. В клетках мозга образуется м. РНК, содержащая: экзоны 1, 2, 3, 5. , 6 и поли. А-последоватепьность, образованную после второго сигнала попиаденипирования.

Процессинг первичных транскриптов РНК Образование зрелой, функционально активной молекулы т. РНК. Модификация 3´-ОН конца и присоединение ССАтриплета. Удаление из антикодоновой ветви интронной последовательности с помощью эндонуклеазы и лигазы.

Процессных npe-т. РНК. Определённые азотистые основания нуклеотидов т. РНК в ходе процессинга метилируются под действием РНК-метилазы и превращаются, например, в 7 -метипгуанозин и 2 -метилгуанозин (минорные основания), В молекуле т. РНК содержатся и другие необычные основания — псеадоуридин. дигидроуридин, которые также модифицируются во время процессинга.

Процессных npe-т. РНК. Определённые азотистые основания нуклеотидов т. РНК в ходе процессинга метилируются под действием РНК-метилазы и превращаются, например, в 7 -метипгуанозин и 2 метилгуанозин (минорные основания), В молекуле т. РНК содержатся и другие необычные основания — псеадоуридин, дигидроуридин, которые также модифицируются во время процессинга.

Трансляция (биосинтез белка) Трансляция – общие представления Генетический код Активация и транспорт аминокислот в рибосомы Белоксинтезирующая система Этапы трансляции Регуляция транскрипции Посттрансляционный процессинг 36

■ Трансляция – это процесс декодиролвания м. РНК, в результате которого информация с языка последовательности нуклеотидов в м. РНК переводится (транслируется) в последовательность аминокислотных остатков полипептидной цепи. ■ Правила, которым следует трансляция, называется генетическим кодом. ■ Трансляция осуществляется на рибосомах. ■ Декодирование м. РНК осуществляется в направлении 5´→ 3´, как и в процессе репликации и транскрипции.

■ Трансляция осуществляется в несколько стадий: 1) активация аминокислот; 2) аминоацилирование т. РНК; 3) собственно трансляция; 4) посттрансляционная модификация (процессинг) полипептидной цепи. ■ Для синтеза белка необходимы: 1) информация о структуре синтезируемого белка (м. РНК); 2) рибосомы; 3) т. РНК; 4) 20 аминокислот; 5) ферменты аминоацил-т. РНК-синтетазы; 6) белковые факторы трансляции; 7) АТР и GTP, ионы Mg 2+.

Свойства генетического кода ■ Код триплетен ■ Код не перекрывается ■ Код вырожден ■ Рамка считывания задает положение первого основания кодона м. РНК (гена) ■ Код универсален

Код ДНК. Свойства кода 1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов – кодоном. 2. Однозначность. Кодовый триплет, кодон, соответствует только одной аминокислоте. 3. Вырожденность (избыточность). Одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) кодонов.

Код ДНК. Свойства кода 4. Универсальность. Генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у всех организмов Земли. 5. Неперекрываемость. Последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов. (Жил был кот тих был сер мил мне тот кот); 6. Наличие кодона- инициатора и кодоновтерминаторов. Из 64 кодовых триплетов 61 кодон — кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 — бессмысленные, не кодируют аминокислоты, терминирующие синтез полипептида при работе рибосомы (УАА, УГА, УАГ). Кроме того, есть кодон — инициатор (метиониновый), с которого начинается синтез любого полипептида.

Аминоацил-т. РНК-синтетаза Mg 2+ 1. АК + АТР → АК ~ АМР + Н 4 Р 2 О 7 Mg 2+ 2. АК~ АМР + т. РНК → АК~ т. РНК + АМР

Структура аминоацил-т. РНК

Активация и транспорт аминокислот в рибосомы Строение аминоацил-т. РНК-синтетаз: а – класс 1; б – класс 2

Активация и транспорт аминокислот в рибосомы

Белоксинтезирующая система 50 S и 30 S субчастицы рибосомы

РНК-связывающие участки рибосомы А – аминоацил-т. РНКсвязывающий участок; Р – пептидил-т. РНКсвязывающий участок; Е – участок выхода т. РНК

Общая схема биосинтеза белков в клетке

Общая схема трансляции

Инициация трансляции у прокариот

Этапы трансляции

70 S рибосома

Элонгация трансляции у прокариот

Регуляция транскрипции Регуляция железом трансляции м. РНК ферритина и стабильности м. РНК рецептора трансферрина

Посттранскрипционный процессинг

Роль шаперонов в фолдинге полипептидной цепи

Образование инициирующей аминоацил-т. РНК

Образование инициирующего комплекса

Функционирующая рибосома

Удлинение полипептидной цепи молекула РНК, отделившаяся от полипептидной цепи АК 1 АК 2 АК 3 АК 4 пептидил-т-РНК аминоацил-т. РНК АК 1 АК 2 АК 3 АК 4

Строение полирибосомы

Посттрансляционный процессинг Модификация N-конца полипептидной цепи Фолдинг (формирование пространственной структуры) Химическая модификация (гидроксилирование, гликозилирование и др. ) Присоединение простетических групп (у гетеропротеинов) Объединение протомеров при образовании олигомерных белков Присоединение сигнальных пептидов для выхода белка из клетки

Регуляция биосинтеза

Действие регуляторных белков

Действие антибиотиков