МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ
План: 1. Докази зберігання і передачі генетичної інформації нуклеїновими кислотами. 2. Види, структура, властивості, функції та біосинтез нуклеїнових кислот. 3. Сучасне уявлення про будову гена. 4. Генетичний код та його властивості. 5. Біосинтез білка у клітині. 6. Регуляція активності генів.
1. Докази зберігання і передачі генетичної інформації нуклеїновими кислотами Нуклеїнові кислоти були відкриті у 1869 р. Ф. Мішером. З ядерної маси лейкоцитів людини ним була виділена речовина, яку він назвав нуклеїном (від лат. “нуклеус” – ядро). У 1889 р. Р. Альтман визначив кислотний характер нуклеїну і тому назвав його нуклеїновою кислотою. У період з 1900 до 1932 р. був встановлений хімічний склад нуклеїнових кислот. Великий вклад у це зробив А. Коссель. У 40 -х роках XX століття Е. Чаргафф зі співробітниками встановили правила сполучень азотистих основ в нуклеїнових кислотах (результати досліджень були опубліковані в 1950 р. ). У 1928 р. Ф. Гриффіт встановив, що речовина з убитих клітин пневмококів одного штаму може міняти спадкові властивості живих клітин другого штаму. У 1944 р. О. Евері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті експериментально довели, що речовина, яка спрямовано змінює спадковість пневмококів, є ДНК. З цього часу провідну роль ДНК у спадковості вважають доведеною. У 1953 р Дж. Уотсон та Ф. Крік, виходячи із законів встановлених Е. Чаргаффом, запропонували просторову конфігурацію ДНК і побудували її модель.
2. Види, структура, властивості, функції та біосинтез нуклеїнових кислот Нуклеїнові кислоти – складні біологічні полімери, мономерами яких є нуклеотиди, кожен з яких складається з трьох компонентів: азотистої основи, вуглеводу і фосфорної кислоти, які з’єднані ковалентними зв’язками. Види нуклеїнових кислот: ü дезоксирибонуклеїнова (ДНК) ü рибонуклеїнова кислота (РНК)
Види РНК: ü ü рибосомні (р. РНК) (входить до складу рибосом); матричні (інформаційні) (м. РНК або іРНК) (переносить генетичну інформацію з ДНК до місця синтезу білка); транспортні (т. РНК) (переносить амінокислоти до місця синтезу); геномні (РНК вмісні віруси);
Види ДНК: ü ядерна (входить до складу хромосом); ü цитоплазматична (міститься в мітохондріях, пластидах, кінетопластах джгутикових).
Структура нуклеїнових кислот Первинна структура НК представляє собою ланцюг нуклеотидів, зв’язаних один з одним ковалентним зв'язком у нитку за допомогою залишку фосфорної кислоти і молекули вуглеводу. До складу нуклеотиду входить азотиста основа, вуглевод класу пентоз та залишок фосфорної кислоти. Молекулярна маса одного нуклеотиду становить 340 а. о. м. (дальтон). Схема первинної структури нуклеїнової кислоти: одна молекула вуглеводу зв’язується з однією молекулою фосфорної кислоти через вуглець у положенні 3', а з другою – через вуглець у положенні 5'. Азотиста основа зв’язана з вуглеводом через вуглець у положенні 1.
У склад НК входить азотисті основи: чотири ü пуринові – аденін (А), гуанін (Г); ü піримідинові – тимін (Т) і цитозин (Ц). До складу ДНК входять аденін, тимін, гуанін і цитозин, до складу РНК − аденін, урацил, гуанін і цитозин.
Азотисті основи Нуклеотиди називають залежно від того, яку азотисту основу вони мають: аденінові, гуанінові, цитозинові, тимінові, урацилові.
До складу НК входять вуглеводи класу пентоз: рибоза − в РНК, дезоксирибоза − в ДНК.
Кількість нуклеотидів в НК та їх молекулярна маса Критерії порівняння Молекулярна маса К ть нуклеотидів ДНК у серед ньому 5 40 млн. ) тисячі чи мільй они мілья рдів м. РНК р. РНК т. РНК більше 3 млн 700 тисяч 3 млн. 20 50 тис. сотні і тисячі ≈80 від декількох сотень до 10 тисяч що залежить від довжини гена, з якого знімає копію Геномна РНК до десяти мільйонів десятки тисяч Довжина та маса нуклеїнових кислот: найбільшими НК є ДНК та геномна РНК вмісних вірусів. Довжина м. РНК та кількість нуклеотидів у ній залежить від довжини гена, з якого вона знімає копію. Найменшою РНК є т. РНК. До її складу входить ≈80 нуклеотидів, молекулярна маса яких коливається в межах 20 50 тис.
Характеристика молекул деяких ДНК (дані по гаплоїдному наборі) Вид Довжина молекули, мкм Молекулярна маса К ть пар нуклеотидів Фаг φ Х 174 1, 8 х106 5, 4 х103 Вірус вісповацини 82 16, 0 х107 2, 4 х105 Мітохондрії миші 5 1, 0 х107 1, 5 х104 Хлоропласт евглени 45 9, 2 х107 1, 3 х105 Кінетопласти інфузорій 0, 3 0, 8 0, 6 1, 5 х106 0, 9 2, 3 х103 Кишкова паличка 1, 3 х103 2, 5 х109 3, 8 х107 Дріжджі 7, 8 х103 1, 5 х1010 2, 3 х108 Дрозофіла 5, 6 х104 1, 1 х1011 1, 7 х1010 Миша 8, 5 х105 1, 7 х1012 2, 5 х109 Людина 9, 9 х105 1, 8 х1012 2, 9 х109
Вторинна структура НК Вторинну структуру ДНК з’ясували у 1953 році Джемс Дью Уотсон і Френсіс Крік. Це правозакручена, двониткова спіраль з діаметром близько 2 нм і кроком, або повним обертом 3, 4 нм, який включає 10 пар нуклеотидів (кожний нуклеотид має розмір 0, 34 нм). Деякі молекули ДНК не дво , а однониткові, які бувають або лінійними, або замкнутими в кільце, зазвичай перекручене. Такі кільцеві молекули ДНК характерні для хромосом і плазмід бактерій, деяких ДНК утримуючих вірусів, мітохондрій, пластид, кінетопластів. Схема просторової моделі молекули ДНК за Уотсоном і Кріком: модель схожа на мотузкову гвинтову драбину, яка закручується у вигляді спіралі, а щаблі при цьому зберігають горизонтальне положення. Дві поздовжні мотузки відповідають ланцюгам із залишків вуглеводу та фосфорної кислоти, а щаблі – парам азотистих основ, з’єднаних водневими зв’язками.
Комплементарність азотистих основ: порядок чергування нуклеотидів в обох нитках ДНК взаємообумовлений, а дві нитки спіралі розміщені антипаралельно Азотисті основи обох ниток орієнтовані у напрямку до середини спіралі, причому аденін однієї нитки завжди знаходиться навпроти тиміну другої нитки, а гуанін однієї нитки – навпроти цитозину другої.
У кожній з цих пар основи з’єднані одна з одною водневими зв’язками: два зв’язки між аденіном і виміном і три між гуаніном цитозином. Схема водневих зв’язків між комплементарними азотистими основами: аденін не може утворювати водневих зв’язків з гуаніном, тому що дві ці молекули мають відносно великі розміри, і, будучи з’єднані одна з одною, вони не могли б одночасно залишатися частинами відповідних спіралей через обмеженість простору. Тимін і цитозин не можуть бути зв’язані один з одним і разом з тим входити у склад спіральних ланцюгів, тому що відстань між ними при цьому була б дуже великою для утворення водневих зв’язків.
Підтвердження особливостей вторинної структури ДНК є правила Е. Чаргафа: 1. У одній дволанцюговій молекулі ДНК сума пуринових основ дорівнює сумі піримідинових (А+Г = Т+Ц). 2. У одній дволанцюговій молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну – кількості цитозину (Т=Г, А=Ц). 3. Співвідношення аденіну до тиміну та гуаніну до цитозину дорівнює 1. 4. Співвідношення комплементарних пар у ДНК різ них видів організмів своє, стале і завжди різне. Цей показник називають коефіцієнтом специфічності ДНК.
Відносний вміст пуринових і піримідинових основ у зразках ДНК Джерело ДНК А Г Ц Т Щитоподібна залоза ВРХ 29, 0 21, 2 28, 5 Печінка ВРХ 28, 8 21, 0 21, 1 29, 0 Щитоподібна залоза людини Печінка людини 30, 9 19, 8 29, 4 30, 3 19, 5 19, 9 30, 3 Дріжджі 31, 7 18, 3 17, 4 32, 6 Вірус вісповакцини 29, 5 20, 6 20, 0 29, 9
Коефіцієнт специфічності ДНК Систематичне положення Вірус Бактерія Вид Фаг Т 2 Кишкова паличка 1, 86 0, 97 Гриб Дріжджі 1, 80 Квіткова рослина Пшениця 1, 22 Птах Курка 1, 36 Ссавець Людина 1, 51 Для ДНК вищих рослин, тварин і багатьох мікроорганізмів це співвідношення більше за одиницю – це так званий АТ тип (аденіно тиміновий тип) ДНК. У більшості мікроорганізмів, особливо бактерій і грибів, переважає ГЦ тип (гуаніно цитозиновий тип) ДНК.
Вторинна структура РНК (поки що вивчена недостатньо) На відміну від ДНК молекули РНК, як правило, однониткові та побудовані аналогічно ниткам ДНК. У рідких випадках (у деяких РНК-вмісних вірусів) молекули РНК двониткові, які складаються із двох антипаралельних і комплементарних ниток, з'єднаних водневими зв'язками аденін урацил і гуанін цитозин. Однониткова будова молекул більшості РНК обумовлює її відносну лабільність. У розчині вони нерідко утворять клубкоподібні структури. Утворення «шпильки» в молекулі РНК (1, 2 – «паліндроми» нуклеотидів) У багатьох РНК у межах однієї нитки зустрічаються ділянки з однаковою, але протилежно орієнтованою ( «паліндромною» ) послідовністю комплементарних основ, що приводить до виникнення «шпильок» , добре видимих в електронному мікроскопі, у яких дві комплементарні одна одній ділянки однієї нитки зближені і з'єднані водневими містками між парами основ.
Модель вторинної структури т. РНК за Холлі Якщо нитка РНК має декілька паліндромних ділянок, то утворюється декілька «шпильок» і конформація молекули набуває значної стабільності, що особливо характерно для транспортних РНК, плоске зображення якої за формою схоже на листок конюшини.
Третинна структура ДНК (за гіпотезою Корнберга, 1974 р. ) Якщо розмістити в одну лінію всі молекули ДНК тільки однієї клітини, наприклад людини, утвориться нитка довжиною 2 м. Компактне укладення ДНК в клітині відбувається завдяки набуття нею третинної структури – формування нуклеосом.
Схема будови нуклеосоми Нуклеосома містить 100 200 пар нуклеотидів, намотаних на гістонову серцевину (по дві молекули ядерних білків гістонів Н 2 А, Н 2 В, НЗ, Н 4). Сусідні нуклеосоми зв'язані між собою спайсерними ділянками ДНК, які включають приблизно 50 пар нуклеотидів, по одній молекулі білка гістона Н 1, а також негістонові білки. Ці ділянки забезпечує гнучкість хроматинової нитки. Схема будови нуклеосоми: 1 – нуклеосома (октамер гістонів Н 2 А, Н 2 В, Н 3 та Н 4, на які намотані дві спіралі ДНК); 2 – гістон Н 1; 3 – спайсерна ділянка ДНК На відміну від ядерної ДНК, ДНК мітохондрій та хлоропластів не зв'язана з гістонами (як ДНК прокаріот), що підтверджує гіпотезу симбіотичного походження цих органоїдів.
Білки-гістони – це невеликі за розміром (50 200 амінокислотних залишків) основні білки з позитивним зарядом (зумовлений наявністю трьох амінокислот: аргініну, лізину, гістидину). Гістони розділяють на п'ять типів: НІ, Н 2 А, Н 2 В, НЗ, Н 4, які відрізняються один від одного кількістю амінокислот та співвідношенням лізин/аргінін. Утворення комплексу з ДНК (що має негативний заряд) відбувається за рахунок іонних зв'язків між фосфатною групою полінуклеотидного ланцюга та аміногрупою поліпептиду. Структура гістонів НЗ та Н 4 з проростків гороху і з тимусу теляти, як довели Сміт та Де Ланж, дуже подібна, тобто послідовність амінокислот збереглася протягом приблизно 36 х108 років з часу розділення усього живого на рослин та тварин. Ця консервативність свідчить, що зазначені гістони виконують дуже важливу функцію, яка виникла на початку еволюції еукаріот і збереглася до нашого часу. Гістонним білкам властива здатність до зміни заряду, форми молекул, до утворення водневих зв'язків, що може мати важливе значення у регуляції доступності ДНК до реплікації та транскрипції.
Соленоїдна модель хроматину Утворення нуклеосом не пояснює ступінь конденсації ДНК в усій хромосомі, оскільки забезпечує лише семикратну щільність упаковки, тоді як в інтерфазній хромосомі ця щільність становить 102 103, а в метафазній – 104. Очевидно, що нуклеосома являє собою лише перший рівень конденсації ДНК. Другий рівень, можливо, полягає в тому, що самі нуклесоми вкладаються у спіраль. Тому запропонована соленоїдна модель хроматину діаметром 360 Ǻ зі щільністю упаковки близько 40 Ǻ. Складання таких соленоїдів у петлі може дати додаткову конденсацію. Мабуть, у стабілізації структури хромосом найвищих порядків беруть участь різноманітні негістонові білки, яких нараховується не менше сотні. До них належать ДНК та РНК полімерази, які до того ж беруть участь у реплікації та транскрипції ДНК, а також у регуляторних процесах, пов'язаних із синтезом ДНК і РНК.
Функції НК ДНК м. РНК р. РНК т. РНК Геномна РНК Місце синтезу у ядрі на ДНК у ядрі на одній із ділянок ланцюга ДНК (на гені) у ядрі на ДНК, тимчасово зберігається у ядерцях у ядрі на ДНК − Куди надход ить − до місця синтезу білка − до рибосом у цитоплазму − К ть у клітині − 3% від усієї РНК 80 90% від усієї РНК 10% від усієї РНК − Зберігає та передає генетичну інформацію Переносить з ядра інформацію про будову білка і служить матрицею для його побудови на рибосомі. Разом з білком входить до складу рибосом і приймає участь у синтезі білка Транспорт амінокислот до місця синтезу білка. Зберігає та передає генетичну інформаці ю Ф ція
Властивості НК Здатність ДНК до автосинтезу (самокопіювання, самоподвоєння, реплікації), тобто до відтворення собі подібної молекули із нуклеотидів. Здатність до репарації (самовідновлення) пошкоджених ділянок. Зберігають генетичну інформацію в клітинах та безперервно передають з покоління до покоління. Можуть змінювати свою молекулярну структуру (мутувати) під впливом факторів зовнішнього середовища.
Біосинтез нуклеїнових кислот Майже усі живі організми, за винятком деяких мікроорганізмів, синтезують нуклеїнові кислоти з нуклеотидів (А, Т, Г, Ц, У), які у свою чергу, синтезуються за допомогою послідовних ферментативних реакцій з амінокислот. При розщепленні нуклеїнових кислот значна частина нітратних основ не розпадається на складові, а використовується знову для синтезу нуклеотидів.
Біосинтез ДНК Реплікація (самоподвоєння, самокопіювання, автосинтез) – це ферментативний процес самоподвоєння ДНК, який здійснюється напівконсервативним способом за принципом комплементарності (А↔Т; Г↔Ц). Реплікація відбувається з нуклеотидів (А, Т, Г, Ц) у ядрі в синтетичному періоді інтерфази, тому деякий час у клітині міститься подвійна кількість ДНК.
Схема напівконсервативного способу реплікації ДНК З однієї двоспіральної молекули ДНК утворюються дві двоспіральні, причому у кожній новоутвореній молекулі ДНК одна нитка походить від батьківської молекули, а друга синтезується заново.
Етапи реплікації ü за допомогою ферменту дезоксирибонуклеази молекула ДНК розщеплюється у місцях водневих зв'язків на дві нитки; ü за допомогою ДНК полімерази відбувається комплементарне приєднання нуклеотидів до кожної з ниток ДНК (до тиміну приєднується аденін, до гуаніну − цитозин).
Біосинтез РНК Транскрипція – це ферментативний процес переписування генетичної інформації з ДНК, який здійснюється за принципом комплементарності: ДНК РНК А У Т А Г Ц Ц Г Синтез здійснюється із нуклеотидів (У, А, Г, Ц) у ядрі на ДНК в період інтерфази.
Етапи транскрипції: Синтезуються за участі специфічних ферментів за принципом комплементарності на молекулах ДНК: фермент просувається вздовж певної ділянки молекули ДНК і діє подібно до застібки блискавки − роз'єднує подвійну спіраль, а позаду нього вздовж кожного ланцюга розгорнутої спіралі утворюється молекула попередник РНК, яка згодом перетворюється на функціонально активну молекулу. У ядрах клітин еукаріотів існує три види таких ферментів, відповідно до трьох видів молекул РНК і четвертий − у мітохондріях і пластидах.
3. Сучасне уявлення про будову гена У 1865 р. Г. Мендель на основі гібридологічного аналізу довів існування матеріальних носіїв спадковості, які він називав факторами, не розшифровуючи їх хімічного складу, функцій і місця знаходження в клітинах. Значно пізніше менделівські фактори за пропозицією Йогансена стали називати генами, але питання про їх хімічну природу і функції довго залишались відкритими. Після 1944 року, тобто після доведення ролі ДНК у спадковості, про ген стали говорити як про неподільну ділянку цієї молекули, в якій записана інформація про структуру конкретної білкової молекули. Таке визначення гена відображало тільки хімічну суть його будови. Але не дивлячись на це така уява про ген панувала довгий час. Ген – це ділянка молекули нуклеїнової кислоти, яка характеризується специфічною послідовністю нуклеотидів і виконує функцію, яка відрізняється від функції інших генів та здатна змінюватися шляхом мутування (у хімічному відношенні, ген складається з нуклеотидів (у середньому 1 1, 5 тис; ген т. РНК – 190 нуклеотидів; ген фіброїну шовку тутового шовкопряда – 16 тисяч).
Якщо раніше вважали, що ген – це неподільна частина, то зараз доведено, що він складається з певних функціональних одиниць. Ген, як функціональну одиницю зараз називають цитроном, який поділяється на рекони і мутони. Рекони – це ділянки гена, здатні до рекомбінації при кросинговері, мутони – здатні до мутації (мінливості). Розміри рекону та мутону досягають однієї або кількох пар, цистрону – сотні і тисячі нуклеотидів.
Дослідженнями останніх років було встановлено, що у геномі є два типи генів: ü постійні, або стабільні (приблизно половина генів) – гени, які мають чітко визначену послідовність нуклеотидів (може змінюватись тільки у результаті мутацій), що визначають видові ознаки організму (наприклад, зовнішній вигляд); ü непостійні, або лабільні – гени, послідовність нуклеотидного складу яких, у міру потреби організму, може змінюватись за рахунок тасування екзотів та нітронів, з яких вони складаються.
Екзонно-інтронна будова гена … – екзон – інтрон – екзон – нітрон – … Екзони представлені ланцюгом нуклеотидів, в яких закодована відповідна генетична інформація. Інтрони складаються з нуклеотидів, що не несуть генетичної інформації Довжина інтронних ділянок варіює від 10 до 20 тис. пар нуклеотидів, що за сумарною довжиною нерідко в кілька разів перевищує довжину екзонних ділянок. Між екзонома та інтронами може відбуватися тасування ділянок. Кожна така перестановка гена призводить до зміни його функції. Це означає, що один і той самий ген, маючи кілька варіантів перебудови, дає нову функцію, тобто новий імуноглобулін антитіло. Якщо можливості в перебудові кожного гена помножити на кількість генів, то варіантів буде дуже багато. Цим і пояснюється «парадокс» з кількістю генів у геномі і їх можливостями.
Особливості зчитування інформації з лабільних генів (етапи синтезу): ü транскрипція на ДНК (гені) молекули попередника, або про іРНК ü процесинг, у ході якого за участі ферментів рестриктаз вирізу ються нтронні ділянки; і ü сплайсинг, у ході якого за участі ферментів лігаз зшиваються екзонні ділянки й утворюються «зрілі» молекули іРНК, які виходять з ядра і потрапляють у рибосоми, де і відбувається синтез білка.
4. Генетичний код та його властивості Генетичний код – принцип запису генетичної інформації на гені. У 1964 р. Дж. Маттей, Ф. Крік, С. Очоа і М. Ніренберг розшифрували генетичний код і встановили його властивості.
Повний словник генетичного коду для амінокислот Перша літера У Друга літера У Ц (фен) фенілаланін УУА УУГ (лей) лейцин ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ (лей) лейцин УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ (сер) серин Г (тир) тирозин УГУ УГЦ (цис) цистин УАА УАГ (про) пролін УАУ УАЦ (стоп-кодон) УГА (стоп-кодон) УГГ Ц УУУ УУЦ А Третя літера (три) триптофан Г ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ (арг) аргінін У ЦАЦ (гіс) гістидин ЦАА ЦАГ А АУУ АУЦ АУА (ілей) ізолейцин АУГ Г (вал) валін (тре) треонін (аспн) аспарагін А Г (глун) глутамін ААУ ААЦ Ц АГУ АГЦ (сер) серин У Ц ААА ААГ (мет) метіонін (ініціюючий кодон) ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ У Ц А ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ (ала) аланін (ліз) лізин АГА АГГ (арг) аргінін А ГАУ ГАЦ (асп) аспарагінова к та Г (глі) гліцин У ГАА ГАГ (глу) глютамінова к та Г Ц А
Властивості генетичного коду: Триплетність: генетична інформація в гені записана триплетами. Триплет (кодон, кодоген) – три сусід ніх уклеотиди в нуклеїнових кислотах, що несуть інформацію н на включення однієї з 20 основних амінокислот у поліпептидний лан цюг олекули м білка. Ініціюючі кодони чи стоп-кодони (безглузді) − триплети, які кодують початок чи кінець синтезу білка. Виродженість: кожній амінокислоті від повідає не один кодон, а кілька (наприклад, амінокислоту фенілаланін кодують два триплети: УУУ, УУЦ, треонін – чотири: АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ). Квазідуплетність: основну генетичну інформацію у коді несе дуплет, що стоїть на його початку (наприклад, треонін − АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ). Колінеарність: амінокислоти розміщені в білковій молекулі у такій послідовності, в якій кодони, що їх кодують, знаходяться у гені. Лінійність (неперекриваючість): зчитування спадкової інформації з ДНК на іРНК відбувається в одному напрямку триплет за триплетом. Універсальність: генетичний код однаковий для всіх живих організмів (вірусів, бактерій, грибів, рослин, тварин).
Біосинтез білка у клітині Біосинтез білка є результатом реалізації генетичної інформації у клітині, яка здійснюється за схемою:
Етапи біосинтезу білка Етап Процес Де відбувається 1 етап Транскрипція (від лат. транскриптіо − переписування) – процес переписування інформації з ДНК на іРНК. Під час цього процесу відбувається синтез іРНК (м. РНК) на ДНК за участю ферменту ДНК залеженої РНК полімерази за принципом комплементарності: Спочатку синтезується про іРНК, яка знімає копію з усіх екзонних та інтронних ділянок ДНК, після чого за допомогою спеціальних ферментів з неї видаляються ділянки, які не несуть генетичної інформації ( інторони) і вона перетворюється на активну форму. У ядрі на ДНК. (після синтезу іРНК мігрує до рибосом у цитоплазму). 2 етап Трансляція (віл лат. транслятіо − передача) − перенесення інформації, записаної у послідовності нуклеотидів іРНК, у певну послідовність амінокислот називається (синтез білка на іРНК). У цьому процесі виділяють три стадії: активація амінокислот; аміноацелювання т. РНК; власне трансляція. У цитоплазмі рибосомах на 1. Активація амінокислот Амінокислоти під впливом ферменту (аміноацил т. РНК синтетаза), специфічного для кожної амінокислоти взаємодіють з АТФ у результаті чого утворюються аміноациладенилати (комплекс ферменту аміноацил т. РНК синтетази та амінокислотного залишку). 2. 2. Аміноацелювання т. РНК Аміноациладенилати приєднуються до молекули специфічної т. РНК і мігрують до рибосом. Певна амінокислота переносить певною т. РНК, що визначається антикодоном. Антикодон − триплет на середній лопаті (верхівці) специфічної т. РНК, комплементарний відповідному триплету (кодону) іРНК. У цитоплазмі. 2. 3. Власне трансляція Аміноациладенилати, згідно словника генетичного коду, полімеризуються у поліпептидний ланцюг. У цьому процесі виділяють три стадії: ініціацію – початок синтезу поліпептидного ланцюга (приєднання першої амінокислоти); елонгацію – подовження поліпептидного ланцюга (приєднання амінокислот); термінацію – закінчення синтезу і відщеплення готового поліпептиду (приєднання останньої амінокислоти). На рибосомах (шорсткій або гранулярній ЕПС). Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини.
Схема трансляції (механізм роботи рибосоми): Рибосома насувається на ниткоподібну молекулу іРНК таким чином, що іРНК опиняється між двома її субодиницями. Рибосома «ковзає» зліва направо по мо лекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом − третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розта шовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої. Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення син тезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає іРНК. Рибосома розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь яку іншу молекулу іРНК. Процеси біосинтезу білка належать до реакцій матричного синтезу, тому що з ДНК, потім з іРНК знімається інформація як з матриці.
Дозрівання білка Синтезований білок набуває своєї природної просторової (вторинної, третинної) структури і функціональної активності: за участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо.
6. Регуляція активності генів У 1961 році французькі вчені Ф. Жакоб і Ж. Моно запропонували схему регуляції активності генів (на прикладі кишкової палички). Успадковується не тільки геном, а й система, що регулює його діяльність. Вона забезпечує почергове включення певних генів, тому найефективніше викорис тання ресурсів організму.
Регуляції активності генів під час синтезу білківферментів (за Ф. Жакобом і Ж. Моно) Ген регулятор постійно видає інформацію на синтез активного білка репресора, який, зв'язуючись з геном оператором, блокує його і заважає включенню структурних генів, що не ви дають ніякої інформації. Коли в клітину поступає індуктор (поживна речовина, для розщеплення якої по трібні певні ферменти), він зв'язує активний білок репресор та інактивує його. Ген оператор, не зв’язавшись з білком репресором, стає активним і включає структурні гени. Структурні гени видають інформацію на синтез білків ферментів, які роз щеплюють поживні речовини. Як тільки індуктор повністю розщепиться, білок репресор стає активним і блокує ген оператор, внаслідок чого відключаються структурні гени. Отже, гени, які відповідають за синтез білків ферментів включаються і виключаються залеж но від надходження і розщеплення індуктора.
Регуляції активності генів під час синтезу пластичних білків (за Ф. Жакобом і Ж. Моно) Ген регулятор постійно видає інформацію на синтез білка апорепресора (неактивного білка), який не може з'єд нуватись з геном оператором. Тому ген оператор включає структурні гени, які видають інформа цію на синтез пластичного білка доти, поки його не буде в надлишку. При перевиробництві пластичного білка його надли шок виступає як корепресор, який сполучається з білком апорепресором і перетворює його в активний голорепресор, який блокує ген оператор, а той відключає струк турні гени. Як тільки надлишок пластичного білка клітина вико ристає, ілок б апорепресор стає неактивним і си стема генів знову працює на синтез пластичного білка. Тобто, гени, які відповідають за синтез пластичних білків включаються і виключаються залеж но від потреб клітини у пластичних білках.
Скачать презентацию МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ План 1 Докази зберігання
Л(мол.осн.сп.).ppt