Биосинтез белков.

План

1. Генетический код.

2. Репликация ДНК, транскрипция, трансляция.

3. Мутации генов. Генная инженерия.

Биосинтез белка

В организме существует около 5 миллионов белков. Аминокислотный состав каждого из них, а у белков, имеющих четвертичную структуру, и состав их субъединиц, закодирован в гене ДНК. Место аминокислоты в будущем белке кодируется триплетом (кодоном), состоящим из трех нуклеотидов. Имеется 4 основные разновидности нуклеотидов: дезоксиаденозинмонофосфат (дАМФ), дезоксигуанозинмонофосфат, (дГМФ), дезоксицитидинмонофосфат (дЦМФ) и дезокситимидинмонофосфат (дТМФ). Последний триплет (терминирующий) не кодирует аминокислоту. Он дает сигнал об окончании сборки на поверхности расплетенной молекулы ДНК информационной РНК (иРНК), кодирующей один белок. Одну аминокислоту могут кодировать1, 2, реже - 3 или 4 триплета. Синтезу ДНК, РНК и белков в рибосомах предшествует биосинтез пуриновых или пиримидиновых нуклеотидов.

Биосинтез пуриновых нуклеотидов.

Глюкоза пентозныйрибозо-5 →5-фосфорибо- + глутаминамидофосфорибо-

циклфосфат зилдифосфат зилтрансфераза

Фосфорибо- 8 р е а к ц и й ИМФ2 реакцииАМФ

Зиламин + НАДФ-Н₂,_,производные фолиевой к-та ГМФ

Биосинтез пиримидиновых мононуклеотидов

глутамин+ → карбомоил- + аспараги- аспартат карбомо- карбомоил- ---

СО₂ +АТФ фосфат новая к-та илтрансферазааспартат

Дигидро- → оротат →оротидин- -со₂ УМФ + АТФ-АМФ УТФ

оротат 5-фосфат

УТФ + глутамин ЦТФ - с и н т е т а з аЦТФ –[o] у 2-го атома рибозы дЦТФ

- глутамат, + АТФ—АДФ + Ф_н

УТФ –[o] у 2-го атома рибозы, + - сн₃ дТТФ

I. Репликация ДНК – удвоение двойной спирали ДНК, происходящее вS-фазу митоза клетки. Различают три этапа этого процесса:

1. Разрыв двойной спирали ДНК при помощи ДНК-раскручивающего фермента («расплетазы»). В процессе постепенного раскручивания ее вначале образуется репликативная вилка, затем – две одинарные спирали. Одна из спиралей ДНК разрезается эндонуклеазой на ее фрагменты.

2. После расплетения ДНК на поверхности целой ее нити из дАТФ, дГТФ, дЦМФ и дТМФ ядерной жидкости по правилу комплементарности (аденин-тимин, гуанин-цитозин) собирается вторая нить ДНК. Между третьим углеродным атомом дезоксирибозы и фосфорной кислотой соседнего нуклеотида образуется фосфоэфирная связь. Реакцию катализирует ДНК-полимераза. Энергетически ее обеспечивают макроэргические связи дАТФ, дГТФ, дЦМФ и дТМФ.

3. Соединение фрагментов второй разрезанной нити ДНК ДНК-лигазой. На поверхности этой нити их нуклеотидов ядерной жидкости также собирается вторая спираль ДНК. Новые двойные спирали ДНК инициируют деление клетки.

II.Транскрипция –сборка на поверхности гена расплетенной молекулы ДНК информационной РНК (иРНК). Различают четыре этапа этого процесса.

1. Инициация– поступление сигнала от внешнего фактора, образование цАМФ, формирование его комплекса с БАКГ (белком, активирующим катаболический ген) с последующим присоединением иРНК-полимеразы к промотору.

2.Элонгация– продвижение иРНК-полимеразы через оператор к триплетам гена, присоединение к нуклеотидам триплетов ДНК нуклеотидов РНК (АМФ, ГМФ, ЦМФ и УМФ) ядерной жидкости по правилу комплементарности (аденин-урацил, тимин-аденин, цитозин-гуанин, гуанин-цитозин). Между третьим углеродным атомом рибозы и фосфорной кислотой соседнего нуклеотида образуется фосфоэфирная связь. Реакцию катализирует ДНК-зависимая иРНК-полимераза.

3.Терминация– прекращение сборки иРНК по достижении иРНК-полимеразой терминирующего триплета. Образуется пре-иРНК (транскрипт), имеющая в своем составе информативные (экзоны) и неинформативные участки (интроны).

4. Процессинг– превращение пре-иРНК в зрелую иРНК. Это достигается вырезанием интронов ферментом инстректаза и соединением информативных участков иРНК между собой (сплайсинг). Образовавшаяся иРНК соединяется с белком информфером, который доставляет ее в рибосому.

Ш.Трансляция – сборка из аминокислот на поверхности иРНК в рибосомах молекулы белка. Для ее осуществления необходимы также: 1) транспортные РНК (тРНК) (для каждой из 20 аминокислот своя), имеющая форму «клеверного листа». В верхней части тРНК различают НО-группу, к которому присоединяется аминокислота (аминоацильный участок), а в нижней - антитриплет, место присоединения по правилу комплементарности т РНК к соответствующему ему триплету иРНК; 2) аминоацил-тРНК-синтетазы (для каждой из аминокислот своя); 3) макроэргические соединения АТФ и ГТФ, ионы магния и др. вещества. Различают пять этапов трансляции.

1. Соединение аминокислоты с тРНК с образованием аминоацил-тРНК

Аминок-та-СООН + НО-тРНК Аминоацил-тРНК- Аминок-та-СО-О-тРНК + Н₂О.

тРНК-синтетаза

АТФ – АДФ + Ф_н

2. Инициация – начало сборки молекулы белка. Различают 3 стадии ее.

а. Связывание первого и второго триплета иРНК с малой субъединицей рибосомы (в ней имеется место лишь для двух триплетов).

б. Связывание антикодона тРНК, соединенной с аминокислотой, с первым триплетом иРНК. Место присоединения антитриплета тРНК к соответствующему ему триплету иРНК он определяет по правилу комплементарности (аденин-урацил, гуанин-цитозин).

в. Присоединение большой субъединицы рибосомы к малой субъединице, связанной с комплексом аминокислота-тРНК, - образование инициирующего комплекса.

3. Элонгация– продолжение сборки молекулы белка. Включает три стадии:

а) присоединение второго комплекса аминокислота-тРНК к второму триплету рибосомы;

б) образование пептидной связи между первой и второй аминокислотами

в результате реакции, катализируемой пептидилтрансферазой. Образуется дипептид;

в) транслокация – перемещение рибосомы вдоль молекулы иРНК на один «шаг». Первый триплет выходит из рибосомы, его место занимает второй, а место второго - третий триплет иРНК. К последнему присоединяется третья тРНК, связанная с аминокислотой, и образуется вторая пептидная связь. Циклы повторяются до тех пор, пока через рибосому не пройдут все триплеты, кодирующие аминокислоты.

4. Терминация –остановка сборки в рибосоме молекулы белка после поступления в нее терминирующего триплета, отщепление собранной полипептидной цепи от рибосомы.

5. Процессинг - созревание полипептидной цепи: отщепление от нее первой аминокислоты (метионина), формирование третичной и четвертичной структуры белковой молекулы и поступление ее к месту функционирования в клетке.

Регуляция биосинтеза белков

Лекция №8