Основы генетики человека часть 2 Реакции матричного синтеза Миндич

Основы генетики человека(часть 2) Реакции матричного синтеза Миндич Елена Александровна Симферополь, 2011

Под реакциями матричного синтеза (РМС) подразумеваются реакции синтеза биополимеров (белков, РНК и ДНК) по другим молекулам как по матрице.

Различают 4 вида РМС 1. Репликация ДНК (удвоение) 2. Транскрипция 3. Трансляция 4. Репарация (исправление)

1. Репликация ДНК (редупликация, удвоение) • Во время стадии S цикла ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ЦЕПЕЙ АГГТАЦ ТЦЦАТГ

• Механизм репликации, как установили Мэтью Мезельсон и Франклин Сталь в 1957 г, полуконсервативный, т. е. на каждой нити материнской ДНК синтезируется дочерняя копия.

Эти процессы исследовались в 60 гг хх в • Взаимоотношение цепей ДНК (анафаза) консервативный полуконсервативный Правильный вариант Материнская цепь Дочерняя цепь

3 5 3 , , 5 АЦАГТАЦЦТАГАЦ 3 , , Т ТГЦАТГ ГАТЦТГ , 5 1 , АЦАГТАЦЦТАГАЦ , 5 Т ТГЦАТГ ГАТЦТГ 3 , ЕСТЬ 3 5 , , , 5 3 А Т , 3 5 , , , 5 3 Ц Г , , , 3 5 5 3 , А Т , 3 5 , , 5 Г Ц 3 , ,

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ • • Репликационная вилка Лидирующая цепь Запаздывающая цепь Фрагменты Оказаки Лигазы Репликационные глаза Репликон

Средняя скорость репликации ДНК –Прокариоты: 1000/с –Эукариоты: 100/с

ДНКполимераза ДНК-дестабилизирующие белки ДНКтопоизомераза ГЕЛИКАЗА

Водородная связь Хромосома БЕЛКИ-ГИСТОНЫ Кинетохора ЦЕТРОМЕРА

2. Транскрипция • Триплет (кодон, кодоген) – 3 нуклеотида, кодирующих 1 АК Ø ТРИПЛЕТ – акцент на 3 нуклеотида ØКОДОН – акцент на то, что кодируется именно АК

ДНК и. РНК т. РНК кодоген кодон антикодон ААТ УУА ААУ

Основное положение молекулярной биологии (Ф. Крик)

РНКполимераза СТРУКТУРНЫЙ ГЕН ТАТА- блок

Т А Т А А Т Нуклеотиды в ТАТАблоке соединены не 3, а 2 водородными связями, что облегчает расхождение цепей ДНК (плавление), необходимое для транскрипции

Кодогенная Некодогенная 3 , 5 5 , 3 , , Синтез и. РНК может происходить одновременно на кодогенных участках обеих цепей, при этом молекулы РНК-полимеразы движутся в разных направлениях, НО вследствие антипараллельности цепей для всех молекул РНК-полимераз, это направление будет 3 → 5.

РНКполимераза РИБОСОМЫ 3 5 , , БЕЛОК ДНК бактерии

ПРОМОТОР СТРУКТУРНЫЙ ГЕН ТЕРМИНАТОР

ТЕРМИНАТОР • Шпилька • ДНК АГЦЦАТЦ******Г АТ Г ГЦТ • и. РНК УЦГ Г УАГ******ЦУАЦЦГА • ****** - информационно незначимые участки

У Ц Г Г У А Г Ц Ц А У Ц ШПИЛЬКА Шпилька останавливает движение РНКполимеразы и прекращает транскрипцию Нуклеотиды и. РНК, комплементарные нуклеотидам структурного гена

Созревание и. РНК (у эукариот) • Называется ПРОЦЕССИНГ (3 этапа) , 1. КЭПирование 5 - полюса и РНК 2. Сплайсинг , 3. Аденилирование 3 - полюса

, 1. КЭПирование 5 - полюса и РНК 3 Метионин УГЦА АУГ 5 , КЭП , р. РНК - Небольшая последовательность нуклеотидов, комплементарная участку р. РНК малой субъединицы рибосомы

- Определяет полжение первого информационного кодона и. РНК на рибосоме - Обеспечивает прикрепление и. РНК к малой субъединице рибосомы АЦГУ Только для прикрепления! р. РНК

2. Сплайсинг • Из и. РНК удаляются последовательности, комплементарные интронам – информационно не значимые участки Экзоны и-РНК Про-и-РНК Интроны

Значение интронов • Транспозоны – «мобильные» генетические элементы, содержащиеся в интронах. • Были открыты канадцем Б. Мак. Клинтоном (НП) • Фактор эволюции? • Возникновение рака?

КЛЕТКА-ХОЗЯИНА РНК белокревертаза РНК → ДНК ОПРОВЕРГАЕТСЯ ЦЕНТРАЛЬНАЯ ДОГМА МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ

• Изучая сплайсинг, биохимики обнаружили четвертый вид РНК – мя. РНК • Находится в тесной связи со специфическими белками • Необходима для узнавания начала/конца интрона (участка, комплементарного интрону) • Белки, связанные с мя. РНК: ØУдаляют интроны ØСшивают части

• Интрон ГГЦУЦ • мя. РНК ЦЦГАГ

, 3. Аденилирование 3 - полюса • Транспорт и. РНК через ядерные поры в цитоплазму ААААА

3. Трансляция • Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает 5 ключевых элементов: • матрица – матричная РНК, • растущая цепь – полипептид, • субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот, • источник энергии – ГТФ, • рибосомальные белки, р. РНК и белковые факторы.

Внешний вид вторичной структуры т. РНК после процессинга

Реакция синтеза аминоацил-т. РНК

Найдите ошибку!

3 этапа трансляции 1. Инициация 2. Элонгация 3. Терминация

1. Инициация • Для инициации необходимы: 1. м. РНК, 2. ГТФ, 3. малая и большая субъединицы рибосомы, 4. три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), 5. метионин и 6. т. РНК для метионина.

• В начале этой стадии формируются два тройных комплекса: 1. первый комплекс – м. РНК + малая субъединица + ИФ-3, 1. второй комплекс – метионил-т. РНК + ИФ-2 + ГТФ.

1. Элонгация • Для этой стадии необходимы: 1. 2. 3. 4. все 20 аминокислот, т. РНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду.

3. Терминация • стоп-кодоны УАА, УАГ, УГА.

Реакции стадии терминации

Полирибосомы

Посттрансляционная модификация белков 1. Удаление с N-конца метионина или даже нескольких аминокислот специфичными аминопептидазами. 2. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина. 3. Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи 5. Включение простетической группы 6. Объединение протомеров в единый олигомерный белок.

Фолдинг белков Фолдинг – это процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную пространственную структуру.

• При нарушении функции шаперонов и отсутствии фолдинга в клетке формируются белковые отложения – развивается амилоидоз.

Амилоидоз почки (окраска Конго-рот)

Трансляция является хорошей мишенью для лекарств

1. Инактивация факторов инициации • ИНТЕРФЕРОН активирует внутриклеточные протеинкиназы, которые, в свою очередь, фосфорилируют белковый фактор инициации ИФ-2 и подавляют его активность.

2. Нарушение кодонантикодонового взаимодействия • СТРЕПТОМИЦИН присоединяется к малой субъединице и вызывает ошибку считывания первого основания кодона.

3. Блокада стадии элонгации • тетрациклины блокируют А-центр рибосомы и лишают ее способности связываться с аминоацил-т. РНК, • левомицетин связывается с 50 S-частицей рибосомы и ингибирует пептидил-трансферазу, • эритромицин связывается с 50 S-частицей рибосомы и ингибирует транслоказу, • пуромицин по структуре схож с тирозил-т. РНК, входит в Ацентр рибосомы и участвует в пептидил-трансферазной реакции, образуя связь с имеющимся пептидом. После этого комплекс пуромицин -пе рибосомы, что останавливает синтез белка.