Этапы реализации наследственной информации. Трансляция и посттрансляционные процессы. Структура и виды РНК, роль РНК в процессе реализации наследственной информации. Регуляция.

Реализация наследственной информации состоит из двух этапов: Транскрипция и Трансляция.

I. Транскрипция (переписывание) - биосинтез молекул РНК, осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза. При помощи ферментов на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК (иРНК, рРНК, тРНК). Синтезируется 20 разновидностей тРНК, так как в биосинтезе белка принимают участие 20 аминокислот. Затем иРНК и тРНК выходят в цитоплазму, рРНК встраивается в субъединицы рибосом, которые также выходят в цитоплазму.

II. Трансляция (передача) - синтез полипептидных цепей белков, осуществляется в рибосомах. Она сопровождается следующими событиями:

1. Образование функционального центра рибосомы - ФЦР, состоящего из иРНК и двух субъединиц рибосом. В ФЦР всегда находятся два триплета (шесть нуклеотидов) иРНК, образующих два активных центра: А (аминокислотный) - центр узнавания аминокислоты и П (пептидный) - центр присоединения аминокислоты к пептидной цепочке.

2. Транспортировка аминокислот, присоединенных к тРНК, из цитоплазмы в ФЦР. В активном центре А осуществляется считывание антикодона тРНК с кодоном иРНК, в случае комплементарностн возникает связь, которая служит сигналом для продвижения (скачок) вдоль иРНК рибосомы на один триплет. В результате этого комплекс "кодон рРНК и тРНК с аминокислотой" перемещается в активный центр П, где и происходит присоединение аминокислоты к пептидной цепочке (белковой молекуле). После чего тРНК покидает рибосому.

3. Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция, и рибосома не соскочит с иРНК. На одной иРНК может умещаться одновременно несколько рибосом (полисома).

Полипептидная цепочка погружается в канал эндоплазматической сети и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуру. Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200-300 аминокислот, составляет 1-2 мин. Формула биосинтеза белка: ДНК (транскрипция) --> РНК (трансляция) --> белок.

 

Виды РНК: Информационная РНК, матричная (и- РНК) несёт информацию о первичной структуре белка из ядра в цитоплазму, состоит из 300-30000 нуклеотидов, занимает 5% от общего количества РНК в клетке.

Транспортная РНК (т- РНК) переносит аминокислоты к рибосомам при биосинтезе белка, состоит из 76-85 нуклеотидов, занимает 10% в клетке.

Рибосомная РНК (р- РНК) определяет структуру рибосом, состоит из 3000-5000 нуклеотидов, занимает большую часть РНК в клетке- 80-85%.

Митохондриальная РНК (м- РНК).

 

7.Тонкая структура генов прокариот и эукариот.

Особенности экспрессии генетической информации прокариот и эукариот. Взаимосвязь между генов и признаком.

 

Ген представляет собой последовательность нуклеотидов ДНК размером от нескольких сотен до миллиона пар нуклеотидов, в которых закодирована генетическая информация о первичной структуре белка (число и последовательность аминокислот). Для регулярного правильного считывания информации в гене должны присутствовать: кодон инициации, множество смысловых кодонов и кодон терминации.

Для прокариот характерна относительно простая структура генов. Специфичным для прокариот является оперонная система организации нескольких генов. Гены одного оперона расположены в кольцевой хромосоме бактерии рядом и контролируют ферменты, осуществляющие последовательные или близкие реакции синтеза (лактозный, гистидиновый и др. опероны).

Эукариотические гены, в отличие от бактериальных генов, имеют прерывистое мозаичное строение. Кодирующие последовательности (экзоны) перемежаются с некодирующими (интронами).

Экзон - участок гена, несущий информацию о первичной структуре белка. В гене экзоны разделены некодирующими участками - интронами.

Интрон - участок гена, не несущий информацию о первичной структуре белка и расположенный между кодирующими участками - экзонами.

Экспрессия – реализация генетической информации, конечным этапом является – биосинтез белка. Путь от гена к признаку.

Этапы экспрессии. У прокариот:

1. Транскрипция;

2.Активация и транспорт аминокислот;

3. Трансляция.

У эукариот:

1. Транскрипция;

2. Процессинг;

3.Активация и транспорт аминокислот;

4. Трансляция.

ЭУКАРИОТЫ.

Транскрипция — процесс синтеза РНК на молекуле ДНК

Это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Транскриптон – единица реализации наследственной информации (участок молекулы ДНК, на котором происходит транскрипция) – только у эукариот.

Транскриптон:

Сайлансер – функциональный ген, который отвечает за скорость считывания информации (замедляет).

Энхансер – ускоряет.

Промотор – участок ДНК, содержащий 80-90 нуклеотидильных РНК, точка начала (инициации). В промотор входит Блок Прибнова (ТАТААТ - АТАТТА) – тот участок, с которого произойдёт разрыв водородных связей с помощью фермента ДНК-зависимая-РНК-полимераза (образование репликативной вилки - cтруктура, которая образуется во время репликации ДНК).

Акцепторы – функциональные гены, отвечающие за частоту транскрипции, включают и выключают работу структурных генов, работают как «замок», который открывается и закрывается.

Экзоны – информативные участки (содержат информацию о структуре ДНК).

Интроны – неинформативные участки (не содержат информацию о структуре ДНК, выполняю цементирующую функцию – склеивают экзоны между собой).

Терминатор – точка окончания транскрипции, точка терминации. В терминатор входит Блок Полиндром (ГГТАЦЦ - ЦЦАТГГ). Транскрипция палиндромного участка ДНК приводит к формированию шпильки из РНК.

г.я.РНК (трансформационная) – сырая (несёт много лишней информации - интроны).

Процессинг – образование иРНК из г.я.РНК (созревание, вырезание интронов).

Осуществляет процесс –сплайсосома - структура, состоящая из молекул РНК и белков и осуществляющая удаление некодирующих последовательностей (интронов) при наличии фермента рестриктаза (функция ножниц). Лигаза – фермент, осуществляющий сшивку экзонов после вырезания.

Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК.

Альтернативный сплайсинг – сшивание экзонов не по порядку. Получается иРНК.

Защита концов. Конец 5”-КЭПирование – вещество митилированный гуазин - митилирование. Конец 3” – вещество Poly-A – полиаденилирование.

иРНК выходит в цитоплазму через ядерные поры, потом на иРНК садится рибосома, состоящая из двух субъединиц – малой и большой.

Активация и транспорт аминокислот. Специальный фермент аминоацил-тРНК-синтетаза «узнаёт» антикодон и присоединяет к «черешку» определённую аминокислоту.

Трансляция – построение белка. Происходит в цитоплазме, участвуют рибосомы. Начало любого белка – АУГ, а заканчивается триплетами – УАА, УАГ, УГА. тРНК подходит к А-участку рибосомы (отвечающий за распознавание аминокислоты). Затем она попадает в Р-участок (отвечающий за сшивку аминокислот). Отдав аминокислоту, тРНК уходит за следующей.

 

 

ПРОКАРИОТЫ

Лактозный оперон. При добавлении лактозы в среду с бактерией кишечной амебой происходит взаимодействие белка-репрессора (блокирует выработку лактозы) с лактозой. При этом оператор освобождается и становится активным – начинается построение белка. Запускается процесс транскрипции. Результатом будет иРНК и белок-фермент, расщепляющий лактозу (небелковое вещество). Лактоза – индуктор. У эукариот белок не синтезируется (дело не доходит).

Регуляция железом трансляции мРНК ферритина и стабильности. В цитоплазме клетки в неактивном состоянии присутствует ферритиновая иРНК. На 5”-конце НТО (нетранслируемой области) данной РНК находится фермент акопитаза, работающий, как шпилька (зажимает конец). Как только в цитоплазме появляется свободное железо, фермент аконитаза спрыгивает с иРНК и временно блокирует железо. 5”-область распрямляется и с неё идёт процесс трансляции (синтез белка) (триплет АУГ читается как смысловой, как инициатор транскрипции). Результат трансляции – белок ферритин. Он является постоянным блокатором железа. Фермент аконитаза снова возвращается на иРНК.

 

Между геном и признаком существует сложная связь. Один ген может отвечать за развитие одного признака.

Ген → иРНК → синтез белка (фермента) → биохимическая реакция → признак. – Схема взаимосвязи гена и признака. Проявление признаков - результат взаимодействия различных биохимических реакций.