Нуклеиновые кислоты и синтез белка Центральная догма

Нуклеиновые кислоты и синтез белка

Центральная догма молекулярной биологии • Хромосомы представляют собой большие молекулы ДНК, содержащие сотни и тысячи различных генов, т. е. участков, в которых записана информация о структуре белков, т. РНК, р. РНК (транскрипционные единицы), а также регуляторные участки. • Информация о структуре белков записана в виде последовательности нуклеотидов с использованием триплетного принципа кодирования. • Генетическая информация передается в направлении: ДНК→РНК→БЕЛОК

Этапы синтеза белка • Ядерный этап -Репликация ДНК, -Транскрипция, -Посттранскрипционный процессинг • Цитозольный этап (трансляция) -Рекогниция, -Рибосомальный цикл, -Посттрансляционный процессинг

Репликация ДНК

Что нужно для репликации ДНК? • Сигнал • Субстраты • Матрица • Праймер • Ферменты

Субстраты Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты: • d. АТФ • d. ГТФ • d. ЦТФ • d. ТТФ

Матрица В процессе репликации молекула ДНК расплетается, и каждая из ее цепей служит матрицей для синтеза новой полинуклеотидной цепи (полуконсервативный тип репликации)

Праймер Это короткий РНК/ДНК-фрагмент (~ 10 -60 нуклеотидов), синтезируемый особым ферментом (праймазой). Праймер служит местом узнавания и стартовой точкой для ДНК-полимеразы

Ферменты репликации -топоизомераза, -хеликаза, -праймаза, -ДНК-полимераза, -ДНК-лигаза.

Репликационная вилка Leading strand Лидирующая цепь Белки, удерживающие ДНК в расплетенном состоянии ДНК-полимераза Хеликаза Праймаза ДНК-полимераза Фрагменты Оказаки Okazaki fragment Lagging strand Отстающая цепь

Транскрипция Это процесс синтеза РНК на матрице ДНК, происходящий в 3 ст инициация, элонгация, терминация.

Инициация транскрипции Сигналом для начала транскрипции в эукариотической клетке служит действие гормонов, цитокинов или других регуляторных молекул, активирующих экспрессию определенных генов ДНК. Транскрипция начинается с присоединения фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы к промотору, т. е. участку ДНК узнаваемому одним из центров этого фермента

Элонгация транскрипции Для элонгации транскрипции необходимы: -матрица (ген ДНК), -субстраты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ), -фермент (ДНК-зависимая РНК-полимераза)

РНК-полимераза

Терминация Процесс элонгации продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не дойдет до определенной нуклеотидной последовательности в конце гена, называемой терминатором. Дальнейшая транскрипция прекращается, и при участии особого белкового фактора терминации продукт транскрипции (гетерогеннная ядерная РНК, первичный транскрипт) отделяется от матрицы. • A primary transcript or a heterogenous nuclear RNA (hn. RNA) is formed as a result of transcription

Посттранскрипционный процессинг пре-м. РНК Эта стадия включает в себя следующие события: -кэпирование 5’-конца, -полиаденилирование 3’-конца -удаление интронов, -соединение экзонов (сплайсинг), -образование комплекса с транспортными белками (информосомы)

кэп (7’-метил ГТФ) на 5’-конце экзоны пре-м. РНК интроны

Цитозольный этап (трансляция) На этом этапе генетическая информация переводится с нуклеотидного языка на аминокислотный, т. е. осуществляется непосредственный синтез белка на рибосомах с использованием генетического кода.

Свойства генетического кода: -триплетность, -специфичность, -вырожденность, -однонаправленность, -неперекрываемость, -непрерывность, -универсальность.

Стадия рекогниции ( «узнавание» аминокислот, их активация и образование комплексов аминоацил-т. РНК)

Рибосомальный цикл: -инициация, -элонгация, -терминация

Инициация рибосомального цикла включает: -диссоциацию рибосом на малую и большую субчастицы, -присоединение белковых факторов инициации (ИФ) к малой М -присоединение м. РНК своим 5’-концом субчастице, к малой субчастице, -присоединение метионил-т. РНК к стартовому кодону м. РНК ИФ-2 субчастица кэп АУГ м. РНК

субчастица -реассоциацию обеих субчастиц рибосомы с участием ГТФ П-центр А-центр ИФ-2 М ГТФ АУГ субчастица м. РНК

А М АУГ ГЦЦ м. РНК Инициация завершена. Аминоацильный центр готов принять следующую аминоацил-т. РНК

Элонгация: * комплекс ак-т. РНК поступает в А-участок рибосомы, *Ак-т. РНК соединяеся с ЭФ-1 и ГТФ, *происходит гидролиз ГТФ и ЭФ-1 покидает рибосому, *пространственное сближение СОО- и NH 3+-групп, *образвание пептидной связи (фермент пептидилтрансфераза - рибозим), *транслокация и. РНК с дипептидил-т. РНК (ГТФ и фактор ЭФ-2 – пептидилтранслоказа), *выход метионил-т. РНК из рибосомы, *освобождение А-участка. АУГ М А ГЦЦ

Элонгация: * комплекс а-а-т. РНК поступает в А-участок рибосомы, *А-а-т. РНК соединяеся с ЭФ-1 и ГТФ, *происходит гидролиз ГТФ и ЭФ-1 покидает рибосому, *пространственное сближение СОО- и NH 3+-групп, В освободившийся А-центр внедряется следующая аминоацил-т. РНК, и если ее *образвание пептидной связи (фермент комплементарен кодону антикодонпептидилтрансфераза), *транслокация закрепляется в этом м. РНК, то она и. РНК с дипептидил-т. РНК (ГТФ и при участии ГТФ и ЭФ-1. центре фактор ФЭ-2 – пептидилтранслоказа), Процесс повторяется снова и снова. *освобождение А-участка. Т М А ГЦЦ АЦЦ м. РНК

Терминация УЦА ГЦА ГГГ УАГ Элонгация продолжается до тех пор, пока в А-центре не появится один из нонсенс-кодонов (УАГ, УАА, УГА). Далее белковый фактор освобождения (RF) блокирует А-центр и гидролизует связь между т. РНК и пептидной цепью. Рибосома вновь диссоциирует.

ПОЛИСОМА (ПОЛИРИБОСОМА) Растущий полипептид АУГ УГА

Посттрансляционный процессинг Удаление сигнального пептида с N-конца Химическая модификация (фосфорилирование, гликозилирование, гидроксилирование, АДФ-рибозилирование и т. д. ) Ограниченный протеолиз Фолдинг (шапероны) Углеводные группы Образование сложных белков Сигнальный пептид ЭПР Комплекс Гольджи Зрелый белок

Регуляция синтеза белка • Регуляция осуществляется на всех этапах синтеза белка • У про- и эукариот регуляторные факторы различны (субстраты и продукты ферментативных реакций - у прокариот, гормоны и цитокины – у эукариот)

Нарушения синтеза белка • Нарушения возможны на любых этапах синтеза белка • Антибиотики – инструмент нарушения синтеза белка

Антибиотики – ингшибиторы синтеза белка I. Ингибиторы репликации ДНК и транскрипции: -Актиномицин Д (внедряется между Г-Ц парами ДНК), -Рифампицин (ингибитор микробной ДНК-полимеразы), II. Ингибиторы трансляции: -Стрептомицин (ингибитор инициации и элонгации), -Тетрациклин (ингибитор присоединения аминоацил-т. РНК), -Эритромицин (ингибитор пептидилрансферазы), III. Ингибиторы посттрансляционного процессинга: -пенициллин (ингибитор синтеза мембранных пептидогликанов бактерий)