матричные биосинтезы

Слайды к лекции

24.09.2013

Доцент Ершиков Сергей Михайлович

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) –биополимеры, состоящие из мономеров –нуклеотидов, соединённых в цепь.

Два типа нуклеиновых кислот: РНК и ДНК

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

2

Нуклеотидный состав ДНК и РНК

В состав нуклеотидов ДНК входят азотистые основания тимин, аденин, гуанин, цитозин, углевод дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты.

В состав нуклеотидов РНК входят азотистые основания урацил, аденин, гуанин, цитозин, углевод рибоза и остатки фосфорной кислоты.

3

Схема строения нуклеиновых кислот

4

Матричные биосинтезы:

определение

Матричный биосинтез – процесс сборки новых макромолекул из мономеров, последовательность которых запрограммирована с помощью нуклеиновых кислот.

Матрицы - молекулы, которые содержат информацию о структуре других макромолекул.

5

Главные матричные биосинтезы

Репликация ДНК происходит в клеточном ядре, предшествует делению клеток, в результате чего дочерние клетки получают полный набор генов;

Транскрипция также осуществляется в ядре, в результате образуются матричные, транспортные и рибосомальные РНК, участвующие в синтезе белка в клетке;

Трансляция происходит на рибосомах и приводит к образованию специфических клеточных белков.

6

Главный постулат (центральная

догма) молекулярной биологии

Описывает направление переноса информации от генотипа к фенотипу

7

Общие закономерности матричных

биосинтезов

Активация предшественников

Три основных этапа: инициация, элонгация, терминация

Наличие на матрице элементов, указывающих на место начала и окончания синтеза

Модификация синтезированной молекулы

8

Репликация ДНК

Основные принципы:

комплементарность

антипараллельность

униполярность

потребность в затравке

прерывистость

полуконсервативность9

Репликация («удвоение») – процесс самоудвоения ДНК, или биосинтез дочерней молекулы, полностью идентичной исходной молекуле (матрице)

Репликация ДНК: необходимые условия (1)

1. Матрица – обе цепи молекулы ДНК

10

2. Расплетающие белки (хеликазы)

Образуется репликативная вилка; ДНК-связывающие белки препятствуют воссоединению цепей


3. Праймаза (РНК-полимераза) -фермент, синтезирующий затравочную РНК

11

4. Субстраты и источники энергии –дезоксирибонуклеозидтрифосфаты(дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ).


5. ДНК-полимераза образует 3’,5’-фосфодиэфирные связи за счёт энергии макроэргических связей.

12

На одной ветви репликативной вилки синтезируется непрерывная цепь, на другой –фрагменты Оказаки


6. ДНК-лигаза соединяет фрагменты Оказакив непрерывную цепь.

13

В результате образуются две идентичные молекулы ДНК

Репарация ДНК

Процесс, позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения, возникающие в ДНК.

Процесс репарации включает несколько этапов:

выявление нарушения комплементарности цепей ДНК;

удаление некомплементарного нуклеотида или основания;

восстановление целостности цепи по принципу комплементарности.

14

Повреждения ДНК

Спонтанные:

ошибки репликации;

депуринизация;

дезаминирование азотистых оснований;

Индуцируемые:

образование димеров пиримидинов;

алкилирование, окисление, восстановление оснований под действием химических мутагенов.

15

Ферменты репарации ДНК

ДНК-гликозилаза;

Эндонуклеаза;

Экзонуклеаза;

ДНК-полимераза β;

ДНК-лигаза;

ДНК-инсертаза

16

Транскрипция

Основные принципы:

комплементарность

антипараллельность

униполярность

беззатравочность

асимметричность

17

Транскрипция («переписывание») –биосинтез РНК на матрице ДНК.

Транскрипция: необходимые условия (1)

1. Матрица – участок одной из цепей ДНК –оперон или транскриптон

18

Транскриптон содержит:

• информативные участки – экзоны;

• неинформативные участки - интроны

Транскрипция: необходимые условия (2)

2. ДНК-зависимая РНК-полимераза – главный фермент, участвующий в транскрипции

19

3. Субстраты и источники энергии –рибонуклеозидтрифосфаты(АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ)

Процессинг мРНК

Процессинг мРНК –посттранскрипционноесозревание первичного транскрипта

20

Образующаяся мРНКпоступает из ядра в цитоплазму

Трансляция

Трансляция («перевод») –преобразование генетической информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов мРНК, в линейную последовательность аминокислот полипептидной цепи.

Осуществляется посредством генетического кода.

21

Генетический код

Последовательность нуклеотидов мРНК , соответствующая определённым аминокислотам в полипептидной цепи.

22

Генетический код: свойства

триплетный;

неперекрывающийся;

непрерывный;

вырожденный;

универсальный

23

Адапторная функция тРНК

Молекула мРНКсодержит участок, способный взаимодействовать с кодонами мРНК –антикодон, и участок, взаимодействующий с соответствующими аминокислотами – 3’-конец (акцепторный стебель)

24

Активация аминокислот

подготовительный этап биосинтеза белка;

происходит в цитоплазме клетки;

включает связывание аминокислот со специфическими тРНК с участием аминоацил-тРНК-синтетаз (АРС-аз).

25

Трансляция

Рибосома – место синтеза белка

состоит из малой (40S) и большой (60S) субчастиц

содержит пептидильный (П) и аминоацильный (А) участки.

26

Трансляция: стадия инициации

27

Трансляция: стадия элонгации

удлинение полипептидной цепи на 1 аминокислотный остаток –происходит в три шага.

1 шаг: присоединение к инициирующему комплексу аминоацил-тРНК, соответствующей кодону, находящемуся в аминоацильном участке рибосомы.

Условия:

белковые факторы элонгации,

источник энергии – 1 молекула ГТФ28


2 шаг : транспептидация– образование пептидной связи между остатками аминокислот.

Условия:

рибосомальный фермент

пептидилтрансфераза.

29


3 шаг : транслокация –перемещение рибосомы относительно мРНК на 1 триплет.

Условия:

белковые факторы элонгации;

источник энергии – 1 молекула ГТФ.

30

Трансляция: стадия терминации

Окончание синтеза полипептидной цепи.

Условия:

появление в А-участке рибосомы одного из стоп-кодонов мРНК – УАА, УГА или УАГ;

белковые факторы терминации.

31

Формирование пространственной

структуры

Фолдинг –сворачивание полипептидной цепи в правильную трёхмерную структуру.

32

Шаперон

• фолдинг протекает при участии специальной группы белков, которые называются шаперонами

Посттрансляционные

модификации

частичный протеолиз;

присоединение простетической группы;

модификации аминокислотных остатков:

гидроксилирование пролина в гидроксипролин в коллагене;

метилирование аргинина в гистоне;

йодирование тирозина в тироглобулине.

33

Регуляция синтеза белка

Оперон – совокупность генов, способных включаться и выключаться в зависимости от метаболических потребностей клетки. Состав оперона: структурные гены; ген-оператор; ген-регулятор

Основные механизмы регуляции: индукция; репрессия.

34

Индукция синтеза белка (на

примере лактозного оперона)

35

Индуктор – исходный субстрат метаболического пути.

Репрессия синтеза белка (на

примере гистидинового оперона)

36

Корепрессор – конечный продукт метаболического пути.

матричные биосинтезы

Education