Главная страница

14-15 Матричные биосинтезы. Матричные биосинтезы


Скачать 1.04 Mb.
НазваниеМатричные биосинтезы
Дата01.04.2018
Размер1.04 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файла14-15 Матричные биосинтезы.docx
ТипДокументы
#39992

Подборка по базе: 14-15 Матричные биосинтезы.docx.


МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ


Основной фигурой матричных биосинтезов являются нуклеиновые кислоты. Они представляют собой полимерные молекулы, в состав которых входят азотистые ос- нования пяти типов, пентозы двух типов и остатки фосфорной кислоты.

Азотистые основания в нуклеиновых кислотах могут быть пуриновыми (аденин,

гуанин) и пиримидиновыми (цитозин, урацил, тимин).

В зависимости от строения углевода выделяют рибонуклеиновые кислоты – со- держат рибозу (РНК), и дезоксирибонуклеиновые кислоты – содержат дезоксирибо- зу (ДНК).

О СНО ВНОЙ ПО СТУЛАТ МОЛЕК У ЛЯ РНОЙ БИОЛОГИИ


В подавляющем большинстве случаев передача наследственной информации от материнской клетки к дочерней осуществляется при помощи ДНК. Для использо- вания генетической информации самой клеткой необходимы РНК, образуемые на матрице ДНК. Далее РНК непосредственно участвуют на всех этапах синтеза белко- вых молекул, обеспечивающих структуру и деятельность клетки.

На вышесказанном основана центральная догма молекулярной биологии, со- гласно которой перенос генети-

ческой информации осуществля- ется только от нуклеиновой ки- слоты (ДНК и РНК). Получателем




информации может быть другая нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) и белок.

С ТРО Е НИ Е ДЕЗОКСИ - РИБО НУК Л ЕИНОВОЙ КИСЛО Т Ы


ДНК – наиболее важная часть хромосом: две двухцепочечные молекулы ДНК образуют одну хромосому. Наиболее хорошо хромосомы видны перед митозом и во время его. В покоящихся клетках хромосомный материал выглядит нечетко и распределен по всему ядру. В таком состоя- нии он получил название "хрома- тин". В составе хроматина выде- ляют 60% белка (гистоны и кис- лые белки), 35% ДНК и около 5% РНК.




Хроматин уложен в виде сферических частиц – нуклеосом, соединенных друг с другом нитью ДНК. Нуклеосома представляет собой комплекс участка молекулы ДНК и восьми молекул гистонов. В составе нуклеосомы находятся по 2 молекулы гисто- нов Н2, Н2, Н3, Н4. Нить ДНК последовательно контактируя с гистонами Н2, Н2, Н4, Н3, Н3, Н4, Н2, Н2, наматывается на гистоновое ядро, которое "маскирует" 146 пар оснований ДНК. Гистон Н1 связывается с нуклеосомой на участке входа и выхода ДНК, "склеивая" 2 оборота и "маскируя" еще 20 пар оснований. Всего за- маскировано 166 пар оснований. Кроме нуклеосом, в ядре присутствуют еще 2 структуры: фибриллы диаметром 10 нм, состоящие из

цепочки нуклеосом, и волокна, диаметром 30 нм, об- разующиеся при закручивании фибрилл в спираль. На виток спирали приходится 6-7 нуклеосом. Участок ДНК между нуклеосомами называется спейсерным (англ: space – пространство), его длина варьирует в зависи- мости от вида организма и типа клеток. У человека она составляет около 50 пар нуклеотидов.

Благодаря наличию нуклеосом достигается уменьшение размеров хромосомы в 7 раз, далее про- исходит укладка в суперспираль и „суперсуперспи- раль". Таким образом, благодаря гистонам размеры ДНК уменьшаются в тысячи раз: если длина ДНК дос- тигает 6-9 см (10-1), то размеры хромосом – всего не- сколько микрометров (10-6).

Хроматин может быть активным (эухроматин) и неактивным (гетерохроматин). Активный хроматин содержит активные гены, т.е. те гены, с которых счи- тывается информация. В активном хроматине нук- леосомная структура изменена или вообще отсутству- ет, благодаря чему ДНК становится доступной для со- ответствующих ферментов.

СТРОЕНИЕ РИБОНУКЛЕИНО - ВЫХ


КИСЛОТ

Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет со- бой последовательность рибонуклеозидмонофосфа- тов, связанных друг с другом 5’-3’-фосфодиэфирными связями. РНК отличается от ДНК однонитевой струк-
турой, наличием урацила вместо тимина и рибозы вместо дезоксирибозы В клетке присутствует четыре типа РНК:

Рибосомальные РНК (рРНК) у прокариот и эукариот различны и отличаются ве- личиной седиментации (S, величиной скорости оседания молекулы). У прокариот три разновидности рРНК: 5S, 16S и 23S. У эукариот четыре разновидности: 5S, 5,8S, 18S и 28S. Рибосомальные РНК участвуют в построении рибосом, внутриклеточных бе- локсинтезирующих органелл.

Рибосомы состоят из двух неравных субчастиц, малой и большой. У прокариот

  • малую (30S) субчастицу образуют белки, 23S-рРНК и 5S-рРНК;

  • большую (50S) – белки и 16S-рРНК.

У эукариот


  • малую (40S) субчастицу образуют белки и 18S-рРНК,

  • большую (60S) – белки и 5S-, 5,8S-, 28S-рРНК.

Матричные РНК (мРНК) представляют собой линейную последовательность нуклеотидов. К 5’-концу молекулы присоеди-

нен метилгунозиндифосфат, на 3’-конце име- ется полиадениловая последовательность. Их функция – информационная, т.е. перенос ин- формации о структуре белков от ДНК к месту их синтеза.

Транспортные РНК (тРНК) бактерий и эу- кариот включают 73-93 нуклеотида. Они пере- носят аминокислоты из цитозоля к рибосомам. Вторичная структура тРНК напоминает кле- верный лист, а третичная – латинскую букву L. В «клеверном листе» выделяют четыре участ- ка (или ветви, петли), каждый из которых име- ет собственную функцию: антикодоновый, псевдоуридиловый, дигидроуридиловый, ак- цепторный. На 5’-конце тРНК находится гуани- ловый нуклеотид, на 3’-конце – триплет Ц-Ц-А.

  •  Малые РНК – используются для созревания мРНК и некоторых других клеточ- ных процессов.



РЕПЛИКАЦИЯ ДН К


Синтез ДНК в клетке происходит не беспорядоч- но, а в строго определенный период жизни клетки. Всего выделяют 4 фазы: митоз (М), синтетическую (S), пресинтетическую (G1, от англ. gap - интервал), постсинтетическую (G2).

Важное участие в регуляции смены фаз клеточно- го цикла занимают циклины – белки массой 35-90 кДа, уровень которых меняется в ходе клеточ- ного цикла. По функции циклины – это активаторные субъединицы ферментов циклин-зависимых киназ (ЦЗК). Активные комплексы циклин-ЦЗК фосфорили-

руют внутриклеточные белки, изменяя их активность. Этим обеспечивается продви- жение по клеточному циклу.
Синтез (репликация, удвоение) ДНК про- исходит в S-фазу клеточного цикла. Механизм репликации, как установили экс- перименты Мэтью Мезельсон и Франклин Сталь в 1957 г, полуконсервативный, т.е. на каждой нити материнской ДНК синтезиру- ется дочерняя копия.

Весь процесс репликации идет в S-фазу клеточного цикла, в то время, когда клетка готовится к делению.

Как матричный биосинтез, репликация требует наличия нескольких условий:

  • Матрица – в ее роли выступает материнская ДНК;

  • Растущая цепь – дочерняя ДНК;

  • Субстраты для синтеза – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ;

  • Источник энергии – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ;

  • Ферменты.


Синтез ДНК начинается в определенных участках, получивших название точка ori (англ. origin - начало). На каждой ДНК млекопитающих точек ori насчитывается около 100. Репликация распространяется от этих участков в обе стороны по нитям ДНК с образованием "репликативных пузырей". В каждом таком "пузыре" имеются две "репликативные вилки", в которых происходит расплетание, раскручивание и непосредственный синтез ДНК. Репликативные вилки удаляются друг от друга. В це- лом вся репликация ДНК у эукариот заканчивается за 9 часов.


В каждой репликативной вилке идет синтез ДНК в направлении от 5'-конца к 3'-концу, т.е. 5'-конец новой ДНК остается свободным, следующие нуклеотиды при- соединяются к 3'-гидроксильной группе предыдущего нуклеотида. Поскольку нити ДНК антипараллельны, то непрерывно синтезируется только одна нить, а именно та, на которой направление движения репликативной вилки совпадает с направлением 3' 5'.
По мере расплетания и движения репликативной вилки на нити открываются участки, где возможен синтез новой нити в направлении 5' 3'.


Направление 5'  3' другой материнской нити ДНК совпадает с направлением движения репликативной вилки. Поэтому синтез дочерней нити (в направлении 5'  3') возможен только после расплетания части ДНК и освобождения участка для синтеза.

Таким образом, синтез дочерней ДНК на одной из нитей материнской ДНК идет фрагментарно. По имени японского исследователя синтезируемые на отстающей цепи отрезки ДНК назвали фрагменты Оказаки.
В целом для синтеза ДНК необходим ряд ферментов.

Ферменты репликации эукариот и их функция








В ИД АКТИВНОСТИ

Ф УНКЦИЯ


Топоизомеразы


Эндонуклеазная

Разрезание молекулы ДНК для об-

легчения ее расплетания и раскру- чивания

Хеликазы

Эндонуклеазная

Раскручивание молекулы ДНК

ДНК-связывающие

белки




Стабилизация расплетенных нитей

ДНК

ДНК-полимераза 

5'-3'–Полимеразная

Синтез РНК-затравки на основе мо-

лекулы ДНК


ДНК-полимераза 

5'-3'–Полимеразная

3'-5'–Экзонуклеазная 5'-3'–Экзонуклеазная


Репарация повреждений.


ДНК-полимераза 

5'-3'–Полимеразная 3'-5'–Экзонуклеазная

Элонгация отстающей цепи дочер- ней ДНК на матрице материнской ДНК


ДНК-полимераза 

5'-3'–Полимеразная 3'-5'–Экзонуклеазная

Экзонуклеазная

Элонгация ведущей цепи дочерней ДНК на матрице материнской ДНК

ДНК-лигаза




Сшивка фрагментов Оказаки


Роль ферментов репликации ДНК



Дополнение – движение репликативной вилки и синтез нитей ДНК:

П ОВ РЕЖДЕН И Я И РЕПАРАЦ ИЯ ДНК .

Так как на геном любой неделящейся клетки постоянно оказывает влияние окру- жающая среда, то вполне вероятны повреждения в составе генома: изменение нук- леотида (например, дезаминирование), сшивки азотистых оснований друг с другом, разрывы цепей, отрыв пуриновых нуклеотидов и т.п. Такие изменения быстро опре- деляются специальными ферментами, пораженный участок удаляется экзонуклеа- зами, заполняется ДНК-полимеразой и сшивается ДНК-лигазой.

В делящейся клетке мутации могут также возникать во время синтеза ДНК. По- этому в клетках существует двойная система проверки точности репликации: одна непосредственно при ДНК-полимеразной реакции, другая – анализ уже синтезиро- ванной ДНК.

Г ИБРИДИЗАЦИЯ ДНК ДНК И ДНК РНК

Если нагреть раствор ДНК выше температуры 90С или сдвинуть рН в резко ще- лочную или резко кислую стороны, то водородные связи между нитями ДНК разру- шаются, двойная спираль расплетается. Происходит денатурация ДНК или, по- другому, плавление. Если удалить агрессивный фактор, то происходит ренатура- ция или отжиг. При отжиге нити ДНК "отыскивают" комплементарные участки друг у друга и, в конце концов, вновь сворачиваются в двойную спираль.

Если в одной "пробирке" провести плавление и отжиг смеси ДНК человека и мы- ши, то некоторые участки цепей ДНК мыши будет воссоединяться с комплементар- ными участками цепей ДНК человека с образованием гибридов. Число таких участ- ков зависит от степени родства видов. Чем ближе виды между собой, тем больше участков комплементарности нитей ДНК. Это называется гибридизация ДНК-ДНК.

Если в растворе присутствует РНК, то можно осуществить гибридизацию ДНК- РНК. Это помогает установить близость определенных последовательностей ДНК с какой-либо РНК.

Гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК используется как эффективное средство в молекулярной генетике.

Например, на основе знания белковой последовательности можно искусственно синтезировать РНК. При гибридизации такой РНК с образцами ДНК вполне реально определить участок ДНК, ответ- ственный за синтез исходного белка.


ТРАНСКРИПЦИЯ


Транскрипция (англ. transcription – переписывание), – это биосинтез РНК на мат- рице ДНК. Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транс- криптом, с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминато- ром (конец).
Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:

  • матрица – одна из цепей ДНК

  • растущая цепь – РНК

  • субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ)

  • источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ

  • ферменты – РНК-полимеразы.


Существует три основных типа РНК-полимераз: для синтеза пре-рРНК (РНК- полимераза I), для синтеза пре-мРНК (РНК-полимераза II), для синтеза пре-тРНК и 5S-рРНК (РНК-полимераза III).

В составе РНК-полимеразы E.coli выделяют четыре субъединицы: две

-субъединицы, по одной - и ’-субъединице. Имеется также дополнительный бел- ковый -фактор Последний необходим только для связывания с промотором и не участвует в удлинении цепи РНК.

Строение РНК-полимераз эукариот имеет много общего со структурой бактери- ального фермента: они имеют по две больших субъединицы и несколько малых субъединиц.

С ТАДИ И ТРАНКРИПЦИИ


Инициация

Промотор содержит стартовый сигнал транкрипции ТАТА-бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, присоединяющий инициирующий ТАТА-фактор. Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции. Так как промотор ассиметричен, то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5’-конца к 3’-концу (5’  3’).

Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой. После синтеза затравочного фрагмента РНК длиной 8-10 рибонуклеотидов

-фактор отрывается от фермента.




Элонгация

Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетание нитей ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью примерно 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5’  3’. Используя одновременно в качестве субстрата и источника энергии АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ.

Терминация


РНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С по- мощью белкового фактора терминации, так называемого -фактора (греч.  - "ро"), от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК.

ПРОЦЕССИНГ РНК .


Снтезированные молекулы РНК являются и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которые называются процессингом. У эукариот процессингу подверга- ются все виды пре-РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.

П РОЦ Е ССИНГ ПРЕДШЕСТВЕННИКА М РНК


    1. Кэпирование (англ. cap - шапка) – происходит еще во время транскрипции, состоит в том, что к 5’-трифосфату концевого нуклеотида пре-мРНК присоединяется 5’-углерод N7-метил-гуанозина. «Кэп» необходим для защиты молекулы РНК от 5’-3’-экзонуклеаз.






    1. При транскрипции зон ДНК, несущих ин- формацию о белках, образуются гетероген- ные ядерные РНК, по размеру намного пре- восходящие мРНК. Де- ло в том, что из-за мо- заичной структуры ге- нов эти гетерогенные РНК включают в себя информативные (экзо- ны) и неинформативные (интроны) участки. При особом процессе – сплайсинге (англ. splice – склеивать встык) происходит уда- ление интронов и со- хранение экзонов.




    1. Полиаденилирование – при помощи полиаденилат-полимеразы с использо- ванием молекул АТФ происходит присоединение к 3’-концу 100-200 адениловых нук- леотидов, формирующих поли (А)-хвост.

П РОЦ Е ССИНГ ПРЕДШЕСТВЕННИКА Р РНК


Предшественники рРНК являются более крупными молекулами по сравнению со зрелыми рРНК

У прокариот большая прерибосомная 30S-РНК расщепляется специфичными нуклеазами с образованием 5S-рРНК, 16S-рРНК, и 23S-рРНК.

У эукариот большая прерибосомная 45S-РНК расщепляется специфичными нуклеазами с образованием 5,8S-рРНК, 18S-рРНК, и 28S-рРНК.

П РОЦ Е ССИНГ ПРЕДШЕСТВЕННИКА Т РНК


  1. Формирование на 3’-конце последовательности Ц-Ц-А. Для этого у одних пре-тРНК с 3’-конца удаляются лишние нуклеотиды до «обнажения» триплета Ц-Ц-А, у других идет присоединение этой последовательности.

  2. Формирование антикодоновой петли происходит путем сплайсинга и уда- ления интрона в средней части пре-тРНК.

  3. Модификация нуклеотидов путем дезаминирования, метилирования, вос- становления. Например, образование псевдоуридина и дигидроуридина.



РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ

П РОК А РИОТЫ


Регуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется на уровне транскрип- ции мРНК. В настоящее время принята теория оперона, сформулированная Франсуа Жакобом и Жако Моно. В основе теории лежат следующие понятия:

  • конституитивные ферменты – те, которые присутствуют в клетках всегда, неза-

висимо от ее активности

  • индуцибельные ферменты – те, которые синтезируются при появлении субстра- та

  • оперон – группа тесно связанных между собой генов (несколько структурных ге-

нов и один ген-оператор), которые регулируют образование ферментов в орга- низме.

  • ген-регулятор – ген, регулирующий работу оперона, не входящий в его состав.




Лактозный оперон

При изучении E.coli было замечено, что активность одного из ферментов катабо- лизма лактозы низка, если в среде имеется глюкоза. При отсутствии же глюкозы и
при наличии лактозы активность фермента резко повышается. На основании этих наблюдений была предложена схема регуляции оперона по механизму индукции.

В отсутствие лактозы активный белок-репрессор связывается с оператором и блокирует синтез мРНК, кодирующей ферменты катаболизма лактозы. В результате эти ферменты не образуются.



Если глюкозы нет, и есть лактоза, то последняя связывается с белком- репрессором и модифицирует его, не позволяя связаться с геном-оператором. Это позволяет РНК-полимеразе считывать информацию, отвечающую за синтез фер- ментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.

Таким образом, лактоза является индуктором транскрипции.

Триптофановый оперон


Функционирование триптофанового оперона, в некотором смысле, противопо- ложно работе лактозного. В данном случае, в отличие от лактозного оперона, белок- репрессор синтезируется в неактивном состоянии и не может заблокировать транс- крипцию генов, кодирующих ферменты синтеза триптофана. Синтез аминокислоты будет в клетке продолжаться до тех пор, пока в среде не появится триптофан.


Триптофан соединяется с белком-репрессором и активирует его. Далее такой активный комплекс присоединяется к гену-оператору и блокирует транскрипцию. Та- ким образом, при наличии триптофана в среде, прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки.

В этом случае триптофан является репрессором транскрипции. Регуляция осу- ществляется по механизму репрессии.

Э УК АР ИОТЫ


Существенное усложнение эукариотических организмов повлекло за собой появ- ление новых способов регуляции активности матричных биосинтезов:

Амплификация – это увеличение количества генов, точнее многократное копи- рование одного гена. Естественно, все полученные копии равнозначны и одинаково активно обеспечивают транскрипцию.

Например, противоопухолевый препарат метотрексат препятствует работе ди- гидрофолатредуктазы, фермента, необходимого для синтеза дезоксирибонуклеоти- дов. При этом в опухолевых клетках происходит амплификация гена этого фермен- та, что приводит к многократному увеличению синтеза дигидрофолатредуктазы и невосприимчивости опухолевых клеток к метотрексату.

Энхансеры (англ. to enhance - усиливать) – участки ДНК в 10-20 пар оснований, способные значительно усиливать экспрессию генов той же ДНК. В отличие от про- моторов они значительно удалены от транскрипционного участка и могут распола- гаться от него в любом направлении (к 5’-концу или к 3’-концу). Сами энхансеры не кодируют какие-либо белки, но способны связываться с регуляторными белками.

Сайленсеры (англ. silence - молчание) – участки ДНК, в принципе схожие с эн- хансерами, но они способны замедлять транскрипцию генов, связываясь с регуля- торными белками.

Перестройка генов. Нуклеотидные последовательности, кодирующие белковую молекулу могут оказаться разделенными на отдельные сегменты, не связанные ме- жду собой. Например, иммуноглобулины состоят из тяжелой и легкой цепей, каждая из которых включает собственные вариабельную и константную части. Существует множество вариантов как вариабельной, так и константной частей. Генетическая информация об этих вариантах локализована подчас в разных хромосомах. При дифференцировке В-лимфоцитов значительно удаленные сегменты генетического материала переносятся и группируются рядом – происходит генетическая реком- бинация.

Процессинг мРНК – некоторые пре-мРНК подвергаются разным вариантам сплайсинга (альтернативный сплайсинг) в результате чего образуются разные мРНК, и соответственно, белки с разной функцией. Примером может служить обра- зование двух типов тяжелых цепей IgM в В-лимфоцитах, один из которых удержива- ет IgM на мембране, другой позволяет антителу нормально секретироваться наружу. Изменение стабильности мРНК – чем выше продолжительность жизни мРНК в цитозоле клетки, тем больше соответствующего белка наработается. Например, ус- тановлено, что при наличии пролактина в клетках молочной железы время полужиз- ни мРНК белка казеина значительно увеличивается, а эстрадиол продлевает время

полужизни мРНК белка вителлогенина в десятки раз.

Транспорт из ядра в цитоплазму



Л Е К АР СТ ВЕ ННОЕ И Н ГИБИ Р О ВАНИ Е

  1. Гетероциклические соединения доксорубицин, дауномицин и актиномицин D обладают способностью интеркалировать (встраиваться в молеку- лу ДНК) между двумя соседними парами оснований Г-Ц. В результате возникает препятствие для движения РНК-полимеразы («заедание молнии») и остановка транскрипции.

  2. Рифампицин связывается с -субъединицей РНК-полимеразы прокариот и ингибирует ее. Благодаря такой избирательности действия рифампицин действует только на бактерии и является препаратом для лечения туберкулеза.




  1. -Аманитин, октапептид, вещество бледной поганки (Amanita phalloides) бло- кирует РНК-полимеразу II эукариот и предотвращает продукцию мРНК.

Л ЕКАРСТВЕННАЯ АКТИВАЦИЯ


Активация транскрипции используется в клинике намного реже и заключается в применении аналогов стероидных гормонов для достижения анаболического эффек- та в органе-мишени (см тему "Гормоны"/"Механизм действия стероидных гормонов").

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КОД


Биологический код – это способ перевода четырехзначного языка нуклеотидов в двадцатизначный язык аминокислотной последовательности.

С ВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКОГО КОДА :


Триплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту.

Всего насчитывают 61 кодон.

Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только одна аминокислота.

Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодо- нов.

Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле (однако в митохондриях млекопитающих есть исключения).

Колинеарность – последовательность кодонов соответствует последовательно- сти аминокислот в кодируемом белке.

Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом.

Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нук- леотидов или каких-либо иных сигналов. При синтезе белка считывание кодонов идет последовательно, без пропусков или возвратов назад.

Однонаправленность – ???


АДАПТОРНАЯ РОЛЬ ТРАНСПОРТНЫХ РНК


Транспортные РНК является единственным посредником между 4-х буквенной последовательностью нуклеиновых кислот и 20-ти буквенной последовательностью белков. Именно от наличия того или иного антикодона в тРНК зависит, какая амино- кислота включится в белковую молекулу, т.к. ни рибосома, ни мРНК не узнают ами- нокислоту.

Присоединение аминокислоты к тРНК осуществляется ферментом аминоацил- тРНК-синтетазой, имеющей специфичность одновременно к двум соединениям: ка- кой-либо аминокислоте и соответствующей ей тРНК.



Так как существует около 60 различных тРНК, то некоторым аминокислотам со- ответствует две или более тРНК. Транспортные РНК, способные присоединять одну и ту же аминокислоту называют изоакцепторными

БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ


После считывания информации с ДНК и переноса ее на матричную РНК начина- ется синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной поли- пептидной цепи. Если клетке необходимы другие белки, то необходимо транскриби- ровать мРНК с иных участков ДНК.

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

  • ферменты – рибосомальные белки и рРНК

Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация.

И НИЦИ АЦИЯ


Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосо- мы, три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для ме- тионина

В начале этой стадии формируются два тройных комплекса: первый – мРНК, ма- лая субъединица, ИФ-3; второй – мет-тРНК, ИФ-2, ГТФ. После их объединения и присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.



Э ЛОНГАЦИЯ


Для этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Элонгация представляет собой циклический процесс, повторяющийся столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 амино- кислот в секунду.


Т ЕРМИ Н АЦИЯ


Синтез белка будет продолжаться до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные три- плеты не кодируют ни одной из аминокислот, их также называют нонсенс-кодоны. Кроме стоп-кодонов для окончания синтеза белка требуются ГТФ и белковые факто- ры терминации, которые последовательно катализируют

  1. Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК

  2. Отделение от П-участка последней, уже пустой, тРНК,

  3. Диссоциацию рибосомы.


П ОЛИРИБОСО МЫ


По причине того, что продолжительность жизни матричной РНК невелика, перед клеткой стоит задача использовать ее максимально эффективно, т.е. получить мак- симальное количество «белковых копий». Для достижения этой цели на каждой мРНК может располагаться не одна, а несколько рибосом, встающих последова- тельно друг за другом и синтезирующих пептидные цепи. Такие образования назы- ваются полирибосомы.

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ


Чаще всего в результате трансляции полипептидные цепи образуются в неак- тивной форме, поэтому необходимы дополнительные изменения – процессинг.

К ним относятся:

  1. Удаление с N-конца метионина или даже нескольких аминокислот специфич- ными аминопептидазами;

  2. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина;

  3. Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи, как в случае с инсу- лином или протеолитическими ферментами ЖКТ;

  4. Присоединение химической группы к аминокислотным остаткам:

  • фосфорной кислоты – фосфорилирование по сер, тре, тир используется при ре- гуляции активности ферментов или для связвания ионов кальция




  • карбоксигруппы – при участии витамина К происходит -карбоксилирование глу- тамата в составе протромбина, проконвертина, фактора Стюарта, Кристмаса, это позволяет связать ионы кальция при инициации свертывания крови.

  • метильной группы – метилирование аргинина и лизина в составе гистонов ис- пользуется для регуляции активности генома

  • гидроксильной группы – образование гидроксипролина и гидроксилизина необ- ходимо для созревания молекул коллагена

  • йода – в тиреоглобулине присоединение йода необходимо для образования

предшественников тиреоидных гормонов йодтиронинов.

  • углеводных остатков – гликирование требуется при синтезе гликопротеинов

  1. Включение простетической группы:

  • гема – при синтезе гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы

  • витаминных коферментов – биотина, ФАД, пиридоксальфосфата и т.п.

  1. Объединение протомеров в единый олигомерный белок, например, гемогло- бин, лактатдегидрогеназа.



ФОЛДИНГ БЕЛКОВ


Фолдинг – это процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную про- странственную структуру. Для обеспечения фолдинга используется группа вспомо- гательных белков под названием шапероны (chaperon, франц. – спутник). Они пре- дотвращают взаимодействие новосинтезированных белков друг с другом, изолируют гидрофобные участки белков от цитоплазмы, способствуют переходу вторичной структуры в третичную.

При нарушении функции шаперонов и отсутствии фолдинга в клетке формируют- ся белковые отложения – развивается амилоидоз. Насчитывают около 15 вариан- тов амилоидоза.

ЛЕКАРСТВЕННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

  1. Инактивация факторовинициации:


  • интерферон активирует внутриклеточные протеинкиназы, которые, в свою оче- редь, фосфорилируют белковый фактор инициации ИФ-2 и подавляют его актив- ность.
  1. Нарушение кодон-антикодонового взаимодействия:


  • стрептомицин присоединяется к малой субъединице и вызывает ошибку считы- вания первого основания кодона.
  1. Нарушение элонгации:


  • тетрациклины блокируют А-центр рибосомы и лишают ее способности связы- ваться с аминоацил-тРНК

  • левомицетин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует пептидил- трансферазу

  • эритромицин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует транслоказу

  • пуромицин по структуре схож с тирозил-тРНК, входит в А-центр рибосомы и участвует в пептидилтрансферазной реакции, образуя связь с имеющимся пепти- дом. После этого комплекс пуромицин-пептид отделяется от рибосомы, что оста- навливает синтез белка.



ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ


В результате того, что каждый ген у человека имеется в двух копиях (аллелях), может подвергаться мутациям (замена, делеция, вставка) и рекомбинациям, серьез- но не затрагивающим функцию кодируемого белка, то возникает полиморфизм ге- нов, и, соответственно, полиморфизм белков. Возникают целые семейства родст- венных белков, обладающих схожими, но не одинаковыми свойствами и функцией.

Например, существует около 300 разных типов гемоглобина, часть из них явля- ется необходимой на разных этапах онтогенеза: например, HbE – эмбриональный, образуется в первые месяцы развития, HbF – фетальный, необходим на более поздних сроках развития плода, HbA и HbA2 – гемоглобин взрослых. Разнообразие обеспечивается разным набором глобиновых цепей: в гемоглобине E присутствуют 2 и 2 цепи, в HbF – 2- и 2- цепи, в HbА – 2- и 2-цепи, в HbА2 – 2- и 2-цепи.

Группы крови АВО зависят от строения особого углевода на мембране эритро- цитов. Лица с группой крови А0 на эритроците имеют олигосахарид с присоединен- ным к нему N-ацетилгалактозамином, с группой крови В0 – олигосахарид с галакто- зой, 00 – имеют только «чистый» олигосахарид. АВ – оба вида сахаридов. Такие раз- личия обусловлены разной специфичностью и активностью фермента гликозил- трансферазы, способного модифицировать исходный олигосахарид.

Белки главного комплекса гистосовместимости обеспечивают транспланта- ционную несовместимость тканей. Они обладают чрезвычайно высоким полимор- физмом и насчитывают несколько миллионов аллелей этих белков. Благодаря тако- му разнообразию каждый человек обладает практически уникальным набором алле- лей.

1–Антитрипсин



написать администратору сайта