Принципы и механизмы транскрипции. Единицы транскрипции

Транскрипция - первый этап реализации генетической информации. Транскрипция - процесс матричного синтеза всех видов РНК, осуществляемый ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Принципы транскрипции:

1.Комплиментарность. 2.Антипараллельность. З.Беззатравочность. 4.Ассиметричность. Особенности РНК-полимераз:

1. Не нуждаются в праймерах.

2. Избирательное взаимодействие с промотором.

3. Фермент с пятеричной структурой.

4. Каждая субъединица выполняет свои функции.

а) Узнавание особой последовательности промотора, которая обогащена А и Т (у прокариот - блок Грибнова, у эукариот - блок Гольдверга-Хочнесса).

б) Нуклеотнд-трансферазная активность.

в) Взаимодействие с ФРТ. Выделяют следующие стадии транскрипции:

1. Стадия связывания матрицы (присоединение фермента к матрице, участку первичного узнавания).

2. Инициация синтеза РНК. (РНК-полимераза связывается с отдельными нуклеотидами в области промотора, и образуется двойной закрытый комплекс. Промотор - последовательность нуклеотидов, находящихся вначале транскрибируемой системы и узнаваемый голоферментом РНК-полимеразы, эта последовательность не транскрибируется. Происходит прочное связывание РНК-полимеразы, после чего осуществляется частичное плавление одноцепочечной цепи ДНК н образуется двойной открытый комплекс. Фермент должен открыть определенное количество оснований, чтобы получить доступ к информации, затем образуется тройной открытый комплекс из специфического двойного.)

3. Стадия элонгации - наращивание синтезируемой цепи РНК. (РНК-полимераза не выбирает, а перебирает нуклеотиды и как только находит нужный нуклеотид присоединяет его фосфодиэфирной связью. Скорость у эукариот - 20-30нктд./сек, у прокариот 40-50нктд./сек.)

4. Терминация и освобождение от фермента (РНК-полимераза достигнув терминатора (тугоплавкого участка), меняет свою конформацию.)

Транскриптон - единица транскрипции, часть ДНК, которая копируется в процессе биосинтеза РНК на ней, она несет информацию о структуре одного или нескольких белков. Транскриптон делится на неинформативную зону (регуляторная зона) и информативную зону.

11.Процессинг РНК у эукариот.

У эукариот про-мРНК подвергается процессингу (созреванию). Иногда в прс-мРНК нах-ся до 90% некодирующих уч-ков. Первичным транслятом РНК-полимер.-2 у эукариот явл-ся про-мРНК. В ходе процессинга про-мРНК расщепляется на более короткие цепи.

1. Копирование. Присоединение к 5' концу КЭПа (для предохранения от экзонуклеаз и для начала трансляции - образ-я инициаторного комплекса). Отщепл-ся после транскрипции. Не все синтезнр. в клеточн. ядре РНК подверг-ся кэпированию. Только РНК-полимер.-2 связана с ферментами кэпирования про-мРНК. РНК-полимер.-1 и 3 не кэпируются, на 5' конце обр-ся 3 фосфатные группы (не подвергаются модификации 3' конца, не транслируются эти продукты).

2. Модификации 3' конца про-мРНК. После присоед-я КЭП, РНК-полимер, продолжает присоединять нуклеотиды к 3' концу. Процессинг завершенного транскрипта нач-ся с привешивания хвоста к нуклеотидам, котор. станет 3' концом мРНК, Первичный транскрипт разрезается и поли-А присоед-ся к свободному 3' концу через 20 нуклеот. за послед-ю ААУААА. Поли-А обеспеч. стабильность мРНК в цитоплазме, т.к. наличие поли-А защищает 3' конец от экзонуклеаз. Также поли-А уч-ет в сплайсинге н транспорте зрелых мРНК.

3. Сплайсинг.

12.Трансляция.

Биосинтез белка происх. в рибосомах. В этом процессе тРНК выполняет роль адаптера (считывает информацию). Активация аминокислот и присоед. их к тРНК идет с участием АТФ. Синтезу предшествует транскрипция. Трансляция проходит в 5 стадий:

1. Активация АК (рекогниция), узнавание АК идет в рибосоме

2. Инициация синтеза полипепт. цепи

3. Элонгация (рост цепи)

4. Терминация

5. Сворачивание полипепт. цепи и процессинг (посттрансляц превращ. белка)

Активация АК В цитоплазме содерж. 20 различи. АК, присоед-ся эфирной связью к соответств. тРНК. Эти процессы катализир. различи, активирующими ферментами (аминоацил-тРНК-синтетазы). Каждый фермент специфичен к АК и соотв. тРНК. На этой стадии использ. АТФ. тРНК переносят АК к рибосомам и в определенном порядке вносят их в растущую полипептидн. цепь.

Инициация синтеза полипепт. цепи идет на рибосоме. Рнбос. эукар. и прокар. примерно одинак., отлич. лишь молекулярн. массой. У эукар. 80S, у прокар. 70S. Рибосомы сост. из 2х субчастиц неправ, формы, между ними щель, из нее выходит полипептидная цепь, через нее проходит мРНК во время синтеза. Скелет рибос. сост. из рРНК. Рибос. не участв-е в синтезе белка, диссоциируют на субъед. и могут нах-ся в своб. состоянии или связ с ЭПС. Для инициации необх. мРНК (как ген. матрица), различ. аминоацил-тРНК (источник АК при сборке белка и для считывания текста), рибосомы, ГТФ (как источник энерг. - у прокариот), белковые факторы(у прокар.). В ходе иннциац. происход. сборка, цепь строится с N-конца, заканч-ся С-концом. 1я АК - формилметионин (у прокар.)(кодируется триплетом АУТ - инициирующий триплет). У эукариот иниц. АК -метионин. Уч-ют 3 белковых фактора JF-1,2 и 3 и ГТФ, они не входят в состав рибосом. За выбор из среды и специфичность связывания аминоацил-тРНК в присутствии матрицы отвечает малая субчастица На ней находятся центры связывания матрицы, кодон-антикодоновых пар и ацилированных тРНК. Т.о. на стадии инициации происходит сборка аппарата синтеза белка из отдельных компонентов и протек, подготов. р-ии. Факторы инициации повторно используются для инициации синтеза новых цепей. Элонгация(иякл). Протек, в 3 этапа Необх. инициир. комплекс, след-я аминоацил-тРНК (соотв. след. триплету мРНК) и факторы элонгации: EF, Tu, Ts, Y. На малой субъед. рибос. есть А-сайт (аминоацил-тРНК - связывающий участок), рядом с ним распол. Р-сайт (пептидил-тРНК - связ. уч-к). В рез-те 1 стадии в А-уч-к встает 2ой триплет. Однако кодон-антикодоновых взанмод. недостат., чтобы обеспечить правильное связ. аминоацил-тРНК, есть специфич. контакт в А-сайте между тРНК и рРНК. На второй стадии образуется пептидная связь между АК в А-уч-ке и Р-уч-ке, при этом АК из Р-уч-ка переходит в А.Эту р-ю катализ, пептидилтрансфераза (явл-ся частью большой субъед.). В рез-те этой р-ии в А-уч-ке образ-ся дипептидил-тРНК, а в Р-уч-ке остается своб. тРНК. Зя стадия, рибосома перемещ-ся вдоль мРНК на 1 триплет в crop. 3* конца Своб. тРНК уходит, а в Р-уч-к перемещ-ся дипептидил-тРНК. Перемещ. рибос. вдоль мРНК наз. транслокацией. В этом процессе уч-ют белковые факторы. На эту р-ю нужна энергия ГТФ. В А-уч-ке наход. т.о. след. кодон и т.д. цикл повтор-ся многократно. На присоед. кажд. АК необх. энергия 2х мол-л ГТФ. Растущая полипептид, цепь все время ост-ся связ. с тРНК последней включ. АК.

Терминация. Заканчивает синтез полипепт. цепи. Сигн. терминац. явл-ся один из 3 терминир-х кодонов мРНК, он распол. за кодоном последней АК (УГА, УАГ, УАА -нонсенс или бессмысленные триплеты). Как только рибос. достигла терминирующ. кодона, нач. действие терминнр. факторов. Они измен, акт-ть пептидилтрансферазы, кот. к пептидил-тРНК присоед. Н20 вместо АК. => происходит: 1) гидролитическое отщепление полипептида от конечной мРНК; 2) отделение от Р-уч-ка последней пустой тРНК; 3) диссоц. рибос. на 2 субчаст, для синтеза новой цепи.

Сворачивание полипепт. цепи и процессинг. Полипепт. цепь на рибосоме самопроизв. сворач-ся по мере роста, нач. с N-конца Кажд АК-остаток находит такую конформацию, кот. соотв. мин. свободн. энергии. Эта конформ. опред-ся АКой послед-ю белка Белок, новая полипепт. цепь не может принять оконч. конформ-ю, пока не подверг-ся процессингу.

1. может удал-ся формильная группа, а также неск. АК остатков, след. за ней

2. некотор. белки содерж. на N-конце доп. послед-ть, служ. для доставки белка, а потом удал-ся с помощью особых пептид аз

3. в ряде белков ОН-гр, АК остатков подверг-ся ферментативному фосфорилир-ю с уч-ем ферментов и АТФ

4. метилирование остатков лизина

5. присоед. простетич. гр. к белку после выхода его из рибосомы

6. образ, дисульфид, связей между мол-ми цистеина.

13.Углеводы. Биологическая роль. Классификация.

К классу углеводов относятся органические соединения, содержащие альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых гидроксилов. Общая формула* Cm (НгО)п. Термин углеводы предложил Шмидт. К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами. Среди них есть низко- и высокомолекулярные, кристаллические иаморфные, растворимые в воде и нет, гндролизуемые и негидролизуемые. В биосфере углеводов больше, чем других органических соединений, вместе взятых. Углеводы являются теми продуктами, которые образуются первично в зеленых растениях из СОг и воды за счет энергии солнечного света и дают начало другим органическим веществам. Функции углеводов:

- энергетическая. Окисляясь в процессе дыхания, углеводы выделяют заключенную в них энергию и обеспечивают значительную часть потребностей организма

- пластическая. Углеводы используются на синтез многих важных для организма веществ

- нуклеиновых и органических кислот.

- защитная. Углевод - основные компоненты оболочек растительных тканей, они участвуют в построении наружного скелета насекомых, в образовании клеточных стенок бактерий и клеточных мембран всех живых организмов.

- опорная. Целлюлоза и другие полисахариды оболочек растительных клеток не только защищают клетки от внешних воздействий, но и образуют прочный остов растений, его механические и опорные ткани.

- регуляторная. Клетчатка, вызывая механическое раздражение кишечника, способствует его перистальтике и улучшает пищеварение. Взаимопревращения крахмала и Сахаров в замыкающих клетках устьиц регулирует их замыкание.

Специфические функции:

- служат маркерами в процессе узнавания молекул и клетками друг друга

- определяют антигенную специфичность и обуславливают различие групп крови.

- функция запасных питательных веществ (гликоген, крахмал Классификация:

- моносахариды.Углеводы и их производные, которые не способны расщепляться без потери углеводных свойств. Все простые углеводы - это кристаллические тела, хорошо растворимые в воде и имеющие сладкий вкус. По химическим свойствам они бифункциональны. В молекулах моносахаридов присутствуют ассимметричные атомы углерода, следовательно, им свойственна оптическая изомерия. В зависимости со­положения в молекуле карбонильной группы моносахариды существуют в виде изомеров альдоз и кетоз. Альдозы - Д-рибоза, Д-глюкоза, Д-манноза и Д-галактоза. .Кетозы - Д-рибулоза и Д-фруктоза

Глюкоза - один из наиболее распространенных природных Сахаров, в организме - в свободной или связанной форме. Основа тростникового сахара, крахмала и клетчатки. Образует кристаллы. При восстановлении образует Д-сорбит, а при окислении - Д-глюконовую кислоту.

Фруктоза - встречается в свободном и связанном виде, в 2,5 раза слаще глюкозы.

- олнгосахариды.Сахароподобные сложные углеводы со сравнительно невысокой молекулярной массой, хорошей растворимостью в воде, легкой кристаллизацией и сладким вкусом. Молекулы составлены из небольшого числа остатков простых углеводов. В зависимости от количества остатков делятся на дисахариды, трисахариды и т.д. наибольший интерес представляется группа дисахаридов. Они широко распространены и имеют большое практическое значение. По химическому строению дисахариды это гликозиды моносахаридов. Существенное значение имеют мальтоза, целлобиоза, сахароза, лактоза.

Сахароза - дисахарид, составленный из остатков Д-глюкопиранозы и Д-фруктофуранозы. Самый распространенный из дисахаридов. Хорошо кристаллизуется, легко растворяется в воде.

- полисахариды. Высокомолекулярные полимеры моносахаридов и их производных с различным составом и строением. Полисахариды, содержащие остатки моносахаридов одного виды - гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, хитин), нескольких -гетерополисахариды (гиалуроновая, хондроитинсерная кислота, гепарин - предотвращает свертывание крови). Биологическое значение разнообразно. По химическому строению -полигликозиды, сравнительно легко гидрол изуются при кипячении с разбавленными растворами кислот.

Крахмал - один из наиболее распространенных запасных полисахаридов в растениях. Интенсивно накапливается в результате фотосинтеза и накапливается в сенах, клубных и других частях растения. Природных крахмал состоит из двух различных фракций, отличающихся по своему строению и свойствам. 20% - амилоза, 80% - амилопектин. Молекулы амилозы линейны, а амилопектин разветвленен и имеет сферическую форму. Амилопектин трудно растворяется в горячей воду и при охлаждении застывает в студневидную массу. Амилоза хорошо растворима.