ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2020
Просмотров: 505
Скачиваний: 1
Транскрипция (ДНК → РНК)
Транскрипция — биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу мРНК. Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК-полимераза. В эукариотической клетке первичный транскрипт (пре-иРНК) часто редактируется. Этот процесс называется сплайсингом.
Трансляция (РНК → белок)
Зрелая иРНК считывается рибосомами в процессе трансляции. В прокариотических клетках процесс транскрипции и трансляции не разделён пространственно, и эти процессы сопряжены. В эукариотических клетках место транскрипции — клеточное ядро — отделено от места трансляции (цитоплазмы) ядерной мембраной, поэтому иРНК транспортируется из ядра в цитоплазму. иРНК считывается рибосомой в виде трёхнуклеотидных «слов». Комплексы факторов инициации и факторов элонгации доставляют аминоацилированные транспортные РНК к комплексу иРНК-рибосома.
Обратная транскрипция (РНК → ДНК)
Обратная транскрипция — перенос информации с РНК на ДНК, процесс, обратный нормальной транскрипции, осуществляемый ферментом обратной транскриптазой. Встречается у ретровирусов, например, ВИЧ и в случае ретротранспозонов.
Репликация РНК (РНК → РНК)
Репликация РНК — копирование цепи РНК на комплемлементарную ей цепь РНК с помощью фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы. Вирусы, содержащие одноцепочечную (например, пикорнавирусы, к которым относится вирус ящура) или двуцепочечную РНК реплицируются подобным способом.
Прямая трансляция белка на матрице ДНК (ДНК → белок)
Прямая трансляция была продемонстрирована в клеточных экстрактах кишечной палочки, которые содержали рибосомы, но не иРНК. Такие экстракты синтезировали белки с введённых в систему ДНК, и антибиотик неомицин усиливал этот эффект.
Вопрос 43
Биосинтез
белка.
Биосинтез
белка —
сложный многостадийный процесс
синтеза полипептидной цепи
из аминокислот,
происходящий на рибосомах с
участием молекул мРНК и тРНК.
Процесс биосинтеза белка требует
значительных затрат энергии.
(Процесс
биосинтеза белка подразделяется на три
этапа:
Транскрипция,процессинг,трансляция.
Транскрипция-процесс
синтеза и-РНК происходит в ядре на одной
из цепей ДНК,ферментативно.
Процессинг-это
созревание и-РНК в ядерном
соке.
Трансляция-синтез белка на
и-РНК.)
Вопрос
44
Транскрипция. Процессинг, сплайсинг.
Отличие транскрипции у про- и
эукариот.
Процессинг
РНК (посттранскрипционные модификации
РНК) —
совокупность процессов в клетках эукариот,
которые приводят к превращению первичного
транскрипта РНК в зрелую РНК.
Наиболее известен процессинг матричных РНК, которые во время своего синтеза подвергаются модификациям: кэпированию, сплайсингу и полиаденилированию. Также модифицируются (другими механизмами) рибосомные РНК, транспортные РНК и малые ядерные РНК.
Между
транскрипцией и трансляцией молекула
мРНК претерпевает ряд последовательных
изменений, которые обеспечивают
созревание функционирующей матрицы
для синтеза полипептидной цепочки. К
5΄-концу присоединяется кэп,
а к 3΄-концу поли-А хвост, который
увеличивает длительность жизни иРНК.
С появлением процессинга в эукариотической
клетке стало возможно комбинирование экзонов гена
для получения большего разнообразия
белков, кодируемых единой последовательностью
нуклеотидов ДНК, — альтернативный
сплайсинг.
Альтернативный
сплайсинг —
процесс, позволяющий одному гену
производить несколько мРНК и,
соответственно, белков. Большинство
генов в эукариотических геномах
содержат экзоны и интроны.
После транскрипции в
процессе сплайсинга интроны удаляются
из пре-мРНК. А вот экзон может
включаться (или нет) в состав конечного
транскрипта. Таким образом, с помощью
альтернативного сплайсинга можно
получить множество транскриптов, а,
следовательно, и белков. Объединение
различных сайтов сплайсинга позволяет
индивидуальным генам экспрессировать
множество мРНК,
которые кодируют белки, порой, с
антагонистическими функциями. Экзон одного
варианта сплайсинга может оказаться интроном в
альтернативном пути. Разные варианты
сплайсинга могут приводить к образованию
разных изоформ одного и того же белка.
Например, ген тропонина состоит
из 18 экзонов и
кодирует многочисленные изоформы этого
мышечного белка. Разные
изоформы тропонина образуются
в разных тканях и на определенных стадиях
их развития.
РНК-полимераза
прокариот обеспечивает транскрипцию
генов, несущих информацию о
последовательностях молекул РНК всех
трех классов: рибосомной РНК (рРНК),
транспорт-ной РНК (тРНК) и информационной
(или матричной) РНК (мРНК).
В эукариотических клетках имеются три различные РНК-по-лимеразы, каждая из которых специфически узнает промото-ры, контролирующие транскрипцию трех различных классов молекул РНК. РНК-полимераза I локализуется в ядрышке и синтезирует основные рибосомные РНК. РНК-полимераза III осуществляет транскрипцию транспортных РНК и одного ком-понента рибосом - 5SPHK. Транскрипция молекул мРНК, не-сущих информацию о структуре белков, осуществляется РНК-полимеразой II. Ферменты II и III типа локализуются в нуклеоплазме.
Процессы образования мРНК в прокариотических и эукариотических клетках характеризуются существенными различиями. В эукариотических клетках после инициации транскрипции происходит модификация 5'-трифосфата в образующейся цепи за счет присоединения так называемого кэпа – метилированного остатка гуанозина. Кроме того, у большинства транскриптов происходит также модификация 3'-концов - по окончании транскрипции к ним присоединяется цепочка из остатков аденина, образующая характерный ро1уА-«хвост» (исключением из этого правила являются мРНК гистонных белков). У всех эукариот при транскрипции ДНК образуются молекулы РНК трех вышеназванных классов. Все они участвуют в процессе трансляции - третьей разновидности матричных процессов передачи информации - от РНК к белку.
Вопрос 45
Трансляция
- это процесс, в результате которого
рибосомы считывают генетическую
информацию матричных РНК и создают
белковый продукт в соответствии с этой
информацией.
Специфические молекулы
транспортных РНК (тРНК) служат посредниками
между кодом мРНК и конечной белковой
последовательностью. В их состав входит
последовательность, узнающая код мРНК
и соответствующая этому коду
аминокислота.
События трансляции
разделяют на последующие события:
инициацию, элонгацию и терминацию. На
стадии инициации рибосома связывает
мРНК и первая аминокислота присоединяется
к рибосоме. Во время элонгации происходит
рост полипептидной цепи. На стадии
терминации рибосома отделяется от мРНК
и процес трансляции заканчивается. У
прокариот и эукариот процессы трансляции
схожи, но имеются и существенные
различия.
Трансляция происходит в
цитоплазме, где находятся рибосомы. В
зависимости от дальнейшего преднозначения
синтезируемых белков, они могут
образовываться либо в цитозоле, либо
на поверхности шероховатого
эндоплазматического ретикулума.
Полипептидные цепи синтезируются однонаправленно: с амино-конца к карбокси-концу.
При инициации первая и вторая молекулы аминоацил-тРНК спариваются с первыми двумя кодонами мРНК. Далее трансляция продолжается в направлении 5'–>3' кодон за кодоном до тех пор, пока не достигнет стоп-сигнала, расположенного сразу же за кодоном, детерминирующим С-концевую аминокислоту.
Модификация белков. Как правило, синтезированный полипептид подвергается дальнейшим химическим превращениям. Исходная молекула может разрезаться на отдельные фрагменты; затем одни фрагменты сшиваются, другие гидролизуются до аминокислот. Простые белки могут соединяться с самыми разнообразными веществами, образуя гликопротеины, липопротеины, металлопротеины, хромопротеины и другие сложные белки. Кроме того, аминокислоты уже в составе полипептида могут подвергаться химическим превращениям. Например, аминокислота пролин, входящая в состав белка проколлагена, окисляется до гидроксипролина. В результате из проколлагена образуется коллаген – основной белковый компонент соединительной ткани. Реакции модификации белков не являются реакциями матричного типа. Такие биохимические реакции называются ступенчатыми.
Вопрос 46
Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционный модификаций белков.
Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.
На сегодняшний день известно более двухсот вариантов посттрансляционной модификации белков. Посттрансляционные модификации оказывают различные эффекты на белки: регулируют продолжительность их существования в клетке, ферментативную активность, взаимодействия с другими белками.
Конститутивные
гены – это гены с постоянной экспрессией,
они постоянно включены, то есть
функционируют на всех стадиях онтогенеза
и во всех тканях. К конститутивным
относятся гены, кодирующие тРНК, рРНК,
ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы,
белки-гистоны, белки рибосом и т.д. Иначе
говоря, это «гены домашнего хозяйства»,
без которых клетки не могут существовать.
Ренулируемые гены – это гены с регулируемой
экспрессией, они могут включаться и
выключаться. У многоклеточных организмов
индуцибельные гены их называют
тканеспецифичными, потому что они
по-разному функционируют в разных тканях
на разных этапах онтогенеза. Регуляция
активности генов осуществляется и на
уровне транскрипции, и на уровне
трансляции. Включение генов называется
индукцией, а выключение –
репрессией.
Современная теория
регуляции экспрессии генов у прокариот
была предложена французскими
исследователями Ф.Жакобом и Ж.Моно,
которые исследовали биосинтез у E.сoli
ферментов, метаболизирующих лактозу
(β- галактозидазы, β-галактозидпермеазы
и β-галактозидтрансацетилазы). Обнаружено,
что при культивировании E.сoli на глюкозе
содержание ферментов, метаболизирующих
лактозу, минимально, но при замене
глюкозы на лактозу происходит
взрывоподобное усиление синтеза
ферментов, разщепляющих лактозу на
глюкозу и галактозу, и обеспечивают
последующий метаболизм последних.
У бактерий существуют ферменты 3-х типов: а) конститутивные, которые присутствуют в клетках в постоянных количествах, независимо от их метаболического состояния; б) индуцибельные – их количество в клетках при обычных условиях незначительно, но может увеличиваться в сотни и тысячи раз, если в культуральную среду добавлять субстраты этих ферментов; в) репрессабельные – ферменты, синтез которых в клетке прекращается при добавлении в среду конечных продуктов тех метаболических путей, где функционируют эти ферменты. На основании этих фактов и была сформулирована теория оперона.
Оперон – это комплекс генетических элементов, отвечающих за координированный синтез ферментов, которые катализируют ряд последовательных реакций. В состав лактозного оперона E.сoli (Lac-оперон) входят: 1 структурные гены, которые кодируют первичную структуру ферментов, катализирующих последовательные реакции метаболизма лактозы 2. контрольные (регуляторные) сайты оперона, которые содержат промотор, оператор и терминатор. Промотор - это участок ДНК, с которым взаимодействует РНК-полимераза, а промотор Lac-оперона дополнительно содержит участок, с которым взаимодействует белок-активатор, контролирующий связывание РНК- полимеразы с промотором. Оператор - это участок ДНК, с которым специфически связывается белок-репрессор. Оператор непосредственно прилегает к структурным генам и связывание белка-репрессора с оператором противодействует считыванию РНК-полимеразой информации со структурных генов. Терминатор – это последовательность ДНК, которая распознается РНК- полмеразой как сигнал к прекращению транскрипции.Для функционирования оперона еще необходимо существование регуляторного гена, который экспрессирует регуляторный белок-репрессор. Этот ген структурно не связан с опероном и может находиться на значительном расстоянии от него.
1.Репрессия Lac- оперона. Синтез ферментов метаболиз- ма лактозы в клетках E.сoli заблокирован, поскольку связанный с оператором белок- репрессор противо- действует транскрип- ции генов этих ферментов. Среда содержит достаточ- ные количества глюкозы.
2.Индукция Lac- оперона. При снижении в среде уровня глюкозы и появлении лактозы гены, кодирующие ферменты обмена лактозы, разблокируются. Лактоза связывается с белком-репрессором и изменяет его конформацию. Репрессор теряет сродство к оператору и покидает его. Начинается транскрипцию генов метаболизма лактозы и синтез молекул этих ферментов. То есть лактоза выполняет функцию индуктора синтеза ферментов, которые катализируют ее собственный обмен.
3.Существует еще один вариант индукции Lac-оперона, благодаря существованию белка активатора катаболических генов. Этот белок после присоединения цАМФ стимулирует транскрипцию структурных генов, а уровень цАМФ возрастает в ответ на дефицит глюкозы.
Метаболический принцип регуляции активности оперона; сродство белка- репрессора к оператору контролируется метаболитами цепи реакций, ферменты которой кодируются этим опероном.
Различают индуцибельные опероны, активатор которых - исходный субстрат метаболического пути. При отсутствии субстрата белок-супрессор блокирует оператор и не дает РНК-полимеразе транскрибировать структурные гены. При появлении субстрата определенное его количество связывается с белком- репрессором, тот теряет сродство к оператору и покидает его. Это приводит к разблокированию транскрипции структурных генов. Репресабельные опероны – для них регулятором служит конечный метаболит. В его отсутствии белок- репрессор имеет низкое сродство к оператору и не мешает считыванию структурных генов (ген включен). При накоплении конечного метаболита, определенное его количество связывается с белком-репрессором, который приобретает повышенное сродство к оператору и блокирует транскрипцию генов.