Механизмы передачи наследственной информации Биосинтез нуклеиновых кислот и

Механизмы передачи наследственной информации Биосинтез нуклеиновых кислот и белков

3 вида передачи наследственной информации: 1. ДНК – ДНК (репликация) 2. ДНК – РНК (транскрипция) 3. РНК – белок (трансляция)

Репликация – процесс передачи информации от ДНК к ДНК Репликация происходит полуконсервативным способом (d. НМФ)n + d. НТФ = (d. НМФ)n+1+ФФн

Субстраты и ферменты репликации: Субстраты: дезоксирибонуклеозидтрифосфаты d. ATP; d. TTP; d. GTP; d. CTP; n Ферменты: Хеликаза Топоизомераза (ДНК-гираза) Праймаза (ДНК-зависимая РНК-полимераза) ДНК-полимеразы n Белковые факторы Реплисома (у п-т), репликон (у э-т)

Репликация ДНК у прокариот

Стадии репликации n Инициация n Элонгация n Терминация

Инициация Формирование пузырьков на ДНК. Точки инициации (точки ori) лежат в обл. А-Т, набор белков вызывает плавление ДНК. Хеликаза (в праймосоме) рвет Н…Н-связи. Топоизомераза делает насечку на цепи, вращая цепь и снимая напряжение. Затем эта нить сшивается. ДНК-связывающий белок (SSB) ориентирует d. NTP к материнской нити ДНК. Праймаза синтезирует РНКпраймер.

Инициация Отстающая цепь заворачивается в пространстве и тем самым меняет направление. На ней синтезируется новый праймер. ДНК-полимераза-III работает на обеих цепях, но на дочерней фиксирована менее прочно, т. к. ей надо часто перемещаться. На материнской нити ее удерживает ДНКфиксирующий белок.

Элонгация Дальнейшее раскручивание ДНК и достраивание нитей.

Терминация Слияние пузырьков. Дочерняя нить короче материнской из-за нахождения на ней праймера. В половых, стволовых и опухолевых клетках есть ферменты теломеразы, которые восстанавливают эти участки.

ДНК-полимераза III непрерывно синтезирует комплементарную ДНК на лидирующей цепи, а на отстающей цепи синтезирует фрагменты Оказаки. n ДНК-полимераза I синтезирует участки ДНК между фрагментами Оказаки. n Лигаза сшивает эти участки с фрагментами Оказаки. n ДНК-полимераза II «ремонтирует» поврежденные участки ДНК (репарация) n ДНК-полимеразы IV и V (специфическая n репарация)

Праймеры, которые находятся на 3’концах материнских нитей ДНК, не разрушаются и не реплицируются с помощью ДНК. Эти участки называются теломерами. n В половых, стволовых и опухолевых клетках есть ферменты – теломеразы, которые убирают концевые праймеры и достраивают ДНК. n

ДНК-полимераза I - кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка (показаны разным цветом)

ТРАНСКРИПЦИЯ

Субстраты: РНТФ (АТФ, ЦТФ, ГТФ и УТФ). Ферменты: РНК-полимераза

Для синтеза РНК не нужен праймер

У большинства прокариот транскрипция всех РНК происходит с помощью одной и той же РНК-полимеразы. У эукариот м. РНК, р. РНК и т. РНК транскрибируются разными РНК-полимеразами.

Структурный ген прокариота Р – промотор; Гориз. стрелка – сайт инициации транскрипции и ее направление; Область терминации (t), узнаваемая РНК -полимеразой

Структурный ген эукариота Р – промотор; Гориз. стрелка – сайт инициации транскрипции и ее направление; Область терминации (t), узнаваемая РНКполимеразой 1 -5 – экзоны; A-d – интроны; Полиадениловый хвост; G-метилированный нуклеотид (кэп)

n Процессинг – вырезание интронов; n Сплайсинг – сшивание экзонов друг с другом «торец в торец »

Информосома – м. РНК в комплексе с белками (трет. структура м. РНК)

Рекогниция Известно 60 различных видов т. РНК. Для каждой из 20 АК существует по крайней мере одна т. РНК. С помощью специфических ферментов (аминоацил-т. РНК-синтетаз) к 3’-концу т. РНК присоединяется соответствующая аминокислота

Рекогниция и активация аминокислот ФФн H 2 N – CH – COOH + АТФ | R О H 2 N – CH – C ~ О – АМФ | R Аминоациладенилат т. РНК Аминоацил-т. РНКсинтетаза (АРС-аза) АМФ О H 2 N – CH – C ~ О – т. РНК | R Аминоацил-т. РНК

Взаимодействие активного центра АРСазы с т. РНК

т. РНК, «нагруженная» аминокислотой

Трансляция Стадии: Инициация n Элонгация n терминация n

Рибосома: прокариоты – 70 S (50 и 30); эукариоты – 80 S (60 и 40) Е – узнавание последов. Шайна-Долгарно на м. РНК; Р – формир. ПП-цепи; А – связывание комплекса т. РНК -АК с рибосомой

Е – центр, распознающий последов. Шайна-Долгарно на м. РНК (рядом со старт-кодоном); Р – пептидильный центр (формир. ППцепи); А – аминоацильный центр (связывание комплекса т. РНК -АК с рибосомой)

Трансляция (инициация)

Что необходимо для инициации: Рибосома м. РНК N-формилметионин-т. РНК (АУГ) Факторы инициации – 3 ГТФ (для Мет есть две т. РНК: для инициации и для Элонгации)

Элонгация

Что необходимо для элонгации: Аминоацил-т. РНК – комплекс (с ГТФ) Факторы элонгации Пептидилтрансфераза Транслоказа ГТФ

Терминация

Что необходимо для терминации: Стоп-кодон в центре А Факторы терминации – рилизингфакторы ГТФ

Регуляция биосинтеза белка На уровне транскрипции (белокрепрессор, связанный с опероном, мешает РНК-полимеразе) – нужно снять репрессор Ингибиторы синтеза белка: Антибиотики n n n Антимицин А – тормозит синтез РНК (препятствует расплетанию ДНК) Рифампицин – связывается с РНК-полимеразой Тетрациклин, пуромицин – блокирует А-центр рибосомы Левомецитин – ингибирует пептидилтрансферазу Эритромицин - ингибирует транслоказу Цитостатики (винбластин, винкристин, азидотимидин) вызывают терминацию синтеза вирусной РНК (лечение СПИД)

После синтеза белок подвергается процессингу (если белок должен быть активным сейчас) или постсинтетической модификации (если он должен выполнять функцию позднее) n n n Гидроксилирование Карбоксилирование Гликозилирование Фосфорилирование Метилирование Присоединение простетической группы