Download - Основы генетики
Основы молекулярной биологии: Основы молекулярной биологии: репликация, репликация, транскрипция,транскрипция,трансляциятрансляция
Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
Кафедра биологической химиик.мед.н. Шатова О.П.
2015
Хроматин
•ДНК•Гистоновые белки •Негистоновые белки
http://www.dnalc.org/resources/3d/07-how-dna-is-packaged-basic.html
ГИСТОНОВЫЕ БЕЛКИ – содержат аргинин и лизин
•(Н2А, Н2В, Н3 и Н4)2 – нуклеосомный кор + ДНК (146 пары) = нуклеосома
•Н1 – связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных) и защищают от воздействия нуклеаз
НЕГИСТОНОВЫЕ БЕЛКИ
•ферменты репликации, транскрипции и репарации
•сайт-специфических белков типа "цинковые пальцы"
Правило Чаргаффа
Эрвин Чаргафф,Черновцы, Украина
РЕПЛИКАЦИЯэто синтез ДНК по матрице
ДНК, т.е. удвоение ДНК
Первичная структура ДНК– представлена
последовательностьюдезоксирибонуклеотидов
Вторичная структура – антипарал. двойная
спираль
Третичная структура - суперспираль
http://www.dnalc.org/resources/3d/04-mechanism-of-replication-advanced.html
РепликацияРепликация
Механизм репликации – полуконсервативный
принцип комплементарностиПервый этап – это формированиерепликативной вилки
ДЕСПИРАЛИЗАЦИЯ ДНК• Хеликаза (разрушает
водородные связи)• Топоизомераза (разрушает
фосфорнодиэфирные)• SSB –препятствуют
спирализации
РЕПЛИКАЦИЯ
1. Инициация – это деспирализация и образование праймера – праймазой (ДНК – зависимой РНК – полимеразой), т.е. праймер – это фрагмент РНК
2. Элонгация - ДНК – полимераза ІІІ – присоеденяется к праймеру и синтезирует по принципу комплементарностицепь ДНК
3. Терминация
Метилирование ДНК После завершения репликации происходит метилирование нуклеотидных остатков вновь образованных цепей ДНК. СН3 присоединяются ко всем остаткам аденина в последовательности - ГАТЦ- (материнская нить), источник СН3-(SAM).Биологическая роль метилирования – репарация дочерней нити ДНК.
- S-фаза клеточного цикла- инициация репликации регулируется специфическимисигнальными белковыми молекулами - факторами роста
Okazaki
Синтез всегда5 → 3(Топоизомераза)
Репликация у эукариот5 ДНК-полимераз: αβεδ
Синтез ДНК в ядре
Синтез митохондриальной
ДНК
ДНК-полимераза α – синтезирует праймер, из 8-10 нуклеотидов ДНК-полимераза δ – присоединяется к праймеру и удлиняет цепь ДНК (лидирующая цепь) ДНК-полимераза β – удаляет праймеры, заполняет брешь (отстающая)
ДНК-полимераза ε – присоединяется к праймеру и удлиняетцепь ДНК (отстающая цепь)
γ
Теломерная последовательность – ГГГТТА
После завершения репликации хромосомы 5'-концы дочерних цепей ДНК недостроены, так как после удаления праймеров эти фрагменты оказываются недореплицированными. Это происходит потому, что ДНК-полимераза β, отвечающая за заполнение бреши, образованной после удаления праймера, не может вести синтез цепи ДНК от 3'- к 5'-концу (мы помним, что только 5'→3'). Таким образом, в ходе каждого цикла репликации 5'-концы синтезированных цепей укорачиваются. Но такие потери не представляют опасности для генетической информации хромосом, потому что укорочение ДНК идёт за счёт теломер. Таким образом, запрограммирована клеточная смерть - апоптоз
СИНТЕЗ ТЕЛОМЕРНОЙ ДНКА - укорочение вновь синтезированных цепей ДНК после удаления праймеров; Б - в состав теломеразы входит короткая молекула РНК, содержащая в активном центре последовательность нуклеотидов, комплементарную теломерному повтору;1 - фермент прикрепляется за счёт взаимодействия РНК с существующей теломерой и добавляет последовательно по одному нуклеотиду фрагмент -GGGTTA-. Матрицей служит простетическая группа теломеразы - фрагмент РНК; 2 - фермент перемещается по нити ДНК таким образом, что РНК-матрица в составе теломеразы постоянно комплементарно связана с концом вновь синтезированного теломерного повтора. Заново синтезированная теломерная ДНК служит матрицей для удлинения второй цепи ДНК, но уже в ходе следующего цикла клеточного деления.
Полимеразная цепная реакция - ПЦР
http://www.dnalc.org/resources/3d/19-polymerase-chain-reaction.html
Транскрипция – синтез РНК по матрице ДНК
ГОТОВНОСТЬ К ТРАНСКРИПЦИИРемоделирование нуклеосом 1. Деконденсация доменов2. Гиперацетилирование гистонов и появление
чувствительности к ДНК-азе I3. Уменьшение или распад нуклеосом4. Превращение нуклеосом в гексасомы
Разнообразие РНК-полимераз в эукариотических клетках
17
ТранскрипцияТранскрипция
http://www.dnalc.org/resources/3d/13-transcription-advanced.html
Промотор эукариотПромотор эукариот
Conserved eukaryotic promoter elements Consensus sequence
CAAT box GGCCAATCT
TATA boxТАТА-бокс, также известный, как бокс Голдберга-Хогнесса - консервативная последовательность ДНК богатая A-Т парами, содержащая обычно 7-8 нуклеотидов, и расположенная приблизительно за 25 пар оснований перед сайтом начала транскрипции.
TATAAТ
GC box GGGCGG
CAP site TAC
18
•находится перед структурными генами•известно несколько типов, которые имеютразличную структуру
Единица транскрипции у прокариот
ОперонПромотор
Оператор Цистрон 1
Терминатор
Цистрон n
Цистрон – ген, кодирующий одну полипептидную цепь или одну молекулу РНК
ДНК
3' 5'
Терминация
П О Т
3' 5'
не гни папин ген
Терминация- в терминаторе имеются Г-Ц богатые участки – палиндромы. Дойдя до палиндрома, РНК-полимераза не останавливается, а считывает его. После этого копия палиндрома в РНК складывается в шпильку .
Lac-оперон•Если в среде глюкозу заменить лактозой, то через некоторое время E. coli начинают синтезировать 3 фермента, обеспечивающих метаболизм лактозы.•В отсутствие лактозы репрессор (аконитаза) связан с оператором, перекрывающим промотор, и транскрипция не идет.• При появлении лактозы, она связывается с репрессором, оператор освобождается и начинается транскрипция оперона
Посттранскрипционая модификация - процессинг
Модификация на стадии элонгации1. кэпирование (присоединение ГТФ, а затем +СН3)
гуанилилтрансфераза
КЭП•обеспечивает инициацию трансляции•защищает от действия 5'-экзонуклеаз •AUG, GUG распознаются рибосомой только если присутствует кэп
2. ПолиаденилированиеполиА-полимераза
сигнал AAUAAA
•облегчает выход мРНК из ядра •замедляет её гидролиз в цитоплазме
Посттранскрипционая модификация - процессинг
3. Сплайсинг – это вырезание интронов и сшивание экзонов
Процесс "вырезания" интронов протекает при участии малых ядерных РНК (мяРНК). Образование 3',5'-фосфодиэфирной связи между двумя экзонами катализируют мяРНК, входящие в структуру сплайсосомы. В результате сплайсинга из первичных транскриптов мРНК образуются молекулы "зрелой" мРНК.
3. Сплайсинг
Процессинг пре-тРНКПре-тРНК содержит всего один интрон, состоящий из 14-16 нуклеотидов. Удаление интрона и сплайсинг приводят к формированию структуры, называемой "антикодон"
Процессинг пре-рРНК
Из молекулы предшественника 45S рРНК образуются три типа рРНК: 18S, входящая в состав малой субъединицы рибосом, а также 28S и 5,8S, локализующиеся в большой субъединице
Основные типы РНК
•транспортная РНК (тРНК) "клеверный лист"
акцептор
•матричная РНК (мРНК)
•рибосомальная РНК (рРНК)
S – скорость оседания субъединиц
петля переменного размера
дигидро-урацил
ψ (псевдо-урацил)
АУГ УГА/УАГ/УУА
поли-А-хвост
рРНК
Генетический кодГенетический код
Различных 64 варианта; 61 для 20 аминокислот (терминирующие:UAG,UGA,UAA)
Инициаторн.кодон – АУГ (метионин)
Вырожденность или избыточность
Универсальность
Триплетность
Специфичность
29
Генетический кодГенетический код
30
тРНК – адаптор между мРНК и тРНК – адаптор между мРНК и аминокислотамиаминокислотами
31
акцептордля ак
антикодон
для мРНК
Активация аминокислот - Активация аминокислот - аминоацилтРНКсинтетазыаминоацилтРНКсинтетазы
32
Трансляция
http://www.dnalc.org/resources/3d/16-translation-advanced.html
Компоненты трансляцииКомпоненты трансляции
РибосомытРНКмРНК АК Инициаторн. факторы Факторы элонгацииФакторы терминацииАминоацил-тРНК-синтетазы Источники энергии
34
Синтез белка Синтез белка
Существует большая группа веществ ингибирующая синтез ДНК – антибиотики и цитостатики
Антибиотики Механизмдействия
Ингибиторырепликации
ДауномицинДоксорубицин
Внедряются («интеркалируют») между парами оснований ДНК и нарушают репликацию и транскрипцию
Актиномицин D Мелфалан Алкилирует ДНК и нарушает репликацию
НомермицинНовобиоцин
Ингибируют ДНК-топоизомеразу П, ответственную за суперспирализацию ДНК, нарушают репликацию и транскрипцию
Ингибиторытранскрипции
Рифамицины Связываются с бактериальной РНК-полимеразой и препятствуют началу транскрипции
Ингибиторытрансляции
Тетрациклины Ингибируют элонгацию: связываются с 30S субъединицей рибосомы и блокируют присоединение аа-тРНК в А-центр
Левомицетин Присоединяется к 50S субъединице рибосомы и ингибирует пептидилтрансферазную активность
Эритромицин Присоединяется к 50S субъединице рибосомы и ингибирует транслокацию
Стрептомицин Ингибирует инициацию трансляции. Связывается с 30S субъединицей рибосомы, вызывает ошибки в прочтении информации, закодированной в мРНК
Спасибо за внимание!