18) Особенности строений и функций : мРнк, тРнк, рРнк

м-РНК Открыта в 1961 году Жакобом и Мано. Она составляет всего 2-3% от общего количества РНК клетки. Эта РНК не имеет жесткой специфической структуры и ее полинуклеотидная цепь образует изогнутые петли. В нерабочем состоянии м-РНК собрана в складки, свернута в клубок, связана с белком; а во время функционирования цепь расправляется. Матричные РНК синтезируются на ДНК в ядре. Процесс называется транскрипция (списывание). Роль м-РНК – она несет информацию об аминокислотной последовательности (т.е. о первичной структуре) синтезируемого белка. Место каждой аминокислоты в молекуле белка закодировано определенной последовательностью нуклеотидов в цепи м-РНК, т.е. в м-РНК имеются «кодовые слова» для каждой аминокислоты – триплеты, или кодоны, или генетические коды. м-РНК принимает непосредственное участие в биосинтезе белка.

р-РНК На долю этого вида РНК приходится более 80% от всей массы РНК клетки. Она входит в состав рибосом. Рибосомы – это РНП, состоящие на 65% из р-РНК и на 35% из белка. Полинуклеотидная цепь р-РНК легко изгибается и укладывается вместе с белком в компактные тельца. Рибосома состоит из 2-х субъединиц – большой и малой (соотношение их 2,5:1). В рибосоме различают 2 участка – А (аминокислотный, или участок узнавания) и Р – пептидный, здесь присоединяется п/п цепь. Эти центры расположены на контактирующих поверхностях обеих субъединиц. Рибосомы могут свободно перемещаться в клетке, что дает возможность синтезировать белки в клетке там, где это необходимо. Рибосомы мало специфичны и могут считывать информацию с чужеродных м-РНК, вместе с м-РНК рибосомы образуют матрицу. Роль р-РНК – обуславливает количество синтезируемого белка. т-РНК этот вид т-РНК изучен лучше всего, составляет 10% всей клеточной РНК. Содержится в цитоплазме, мол.масса небольшая (20тыс.Da) состоит из 70-80 нуклеотидов. Основная роль – транспорт и установка аминокислот на комплиментарном кодоне м-РНК.

19. Генетический код. Понятие и свойства

В ДНК содержится определенная генетическая информация о структуре всех белков, РНК (и, т, р) о порядке реализации этой информации.

Во всех соматических клетках организма человека имеется один и тот же набор из 46 хромосом ДНК.

Генетическая информация в составе ДНК-> иРНК (транскрипция)-> тРНК (трансляция)-> полипептид (первичная структура) –> белок(фолдинг)

Ген- участок молекулы ДНК, в котором заключена информация, о структуре 1 белка.

Цистрон-участок ДНК, кодирующий 1 полипептидную цепь

Соотношение между геном и цистроном, кроме генов всех белков в хромосоме имеются гены РНК

Геном- общая совокупность генов организма, составляющая наследственную информацию данного организма в хромосомах человека, число генов 30000-50000 генов.

Гены эукариот - содержат, кодирующие участки, информационные – экзоны, содержат некодирующие участки - интроны. Количество интронов и экзонов разное

Отделы ДНК

1. Участки между генами называются спэйсерами, они некодирующие, выполняют структурную роль. Участвуют в укладке и в упаковке хроматина. Прикрепления хроматина к центриоли.

2. - участок, молекулы ДНК, к которому прикреплен элемент фермент ДНК-полимераза для начала синтеза м-РНК

Способы записи генетической информации - хранится на ДНК. Две цепи ДНК в области гена различаются по своей функциональной роли:

А) кодирующая (смысловая)

Б) матричная

В процессе считывания гена в процессе транскрипции и синтезе пре-м-РНК.

В качестве матрицы выступают матричная цепь ДНК. Продукт процесса: образование пре-м-РНК

При транскрипции с помощью матричной цепи РНК, генетической информации воспроизводится в структуре РНК. Информация, на кодирующей и смысловой цепи ДНК записана в направлении от 5” от 3” , в результате промоутер находится на 5” кодирующего гена. В одной хромосоме на 1 молекуле ДНК находится несколько тысяч генов.

Генетический код - способ записи генетической информации. Единица информации в кодирующей цепи ДНК является триплет т.е. 3 последовательных нуклеотида, которые соответствуют 1 аминокислоте. В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом.

Смысловая цепь ДНК - Матричная цепь ДНК - транскрипция (и-РНК, м-РНК) - трансляция (т-РНК) – р-РНК

м-РНК- из 4 видов нуклеотидов ДНК (А, Т, Г, Ц) могут образоваться 64 видов триплетов.

61 триплет является смысловым, кодируют 20 аминокислот

3 триплета являются бессмысленными или не соответствует ни одна аминокислота

Свойства генетического кода

На 20 аминокислот-61 смысл. кодон триплетов, на 1 аминокислоту- 1-6 триплетов.

1. Вырожденность - генетического кода, когда одну и ту же аминокислоту можно зашифровать несколькими триплетами. Суть аминокислоты в первых двух нуклеотидах, а 3-я зависит от внешних факторов

2. Специфичность - каждому триплету соответствует 1 аминокислота.

3. Последовательность или линейность - триплеты следуют линейно, один за другим, 1 не может наслаиваться и т.п. Первичная структура белка определяется в будущем пространственной конфигурацией молекулы, ее физико-химические и биологические свойства.

4. Колинеарность ген. кода – линейное соответствие между последствием триплетов в гене и аминокислоты в пептидной связи.

19. Способ записи генетической информации

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.

Единица ген. кода-триплет-1 аминокислота

Триплеты ДНК копируются на матричную РНК при замене Т на У (транспорт)

I смысловая ДНК

II матричная ДНК

III матричная РНК- кодон

IV транспортная- антикодон

V рибосомальная-аминокислота

19. Биосинтез белка. Транскрипция

Биосинтез белка- сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи, из аминокислот, происходящих на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК.

Транскрипция у любого организма является первым этапом реализации генетической информации – экспрессии генов. Однако первичные транскрипты, как правило, представляют собой лишь предшественники зрелых мРНК – пре-мРНК, которые перед выполнением своих функций должны претерпеть многочисленные изменения, называемые посттранскрипционными модификациями. Кроме того, у эукариот зрелые мРНК должны быть доставлены от места их биосинтеза (ядра) к месту трансляции (цитоплазматическим рибосомам), т.е. экспортироваться из ядра в цитоплазму.

1. Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния.

2. Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.

3. Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть всем аминокислотам поставлены в соответствие триплеты нуклеотидов. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля (так называемые факторы элонгации).

4. Терминация - разрезание на экзоны и интроны. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.

5. Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.

Ингибиторы транскрипции: Аманитин - токсин ядовитых грибов, прочно связывает РНК-полимеразу, блокирует мРНК (на стадии элонгации)

Актиномицин D –антибиотик, связывается с ГЦ-богатыми участками ДНК. Блокирует продвижение РНК-полимеразы-из-за невозможности локального расплетения цепей.

(из лекции) Во время транскрипции различают 3 этапа: Инициация, Элонгация, Терминация. Результат транскрипции также образуются пре-м-РНК (в несколько раз длиннее чем зрелые мРНК) , в которой имеется информационные и неинформационные зоны, а в процессе процессинга-удаление одних, присоединение других и модификация, сплайсинг- сшивание информационных и неинформационных зон, в котором образуется короткая, зрелая м-РНК

Процесс транскрипции происходит в ядре. Для связывания промоутэра и молекулы фермента РНК-полимеразы нужны определенные условия. Фермент находит начало гена. Условия: У бактерии фермент РНК-полимераза узнает определенную последовательность нуклеотидных пар в сотсаве промоутэра. Это называется бокс-Прибного. У эукариот намного сложнее.

Полипептид и белок понятия разные!!!

Определенная последовательность аминокислот образуют полипептидную цепь, она в свою очередь образует белок, белок выполняет конкретные функции

19. Постранскрипционная модификация РНК

Одной из наиболее удивительных постранскрипционных модификаций пре-мРНК является редактирование их первичной структуры. В результате постранскрипционной модификации изменяется смысл генетической информации, заключенной в соответствующем гене. Постранскрипционные модификации РНК особенно характерны для эукариотических организмов, у которых в силу мозаичной интрон-экзонной структуры их генов первичные транскрипты представлены гигантскими предшественниками, включающими в себя последовательности как экзонов, так и интронов. 5’-Конец предшественника мРНК чаще всего подвергается котранскрипционным модификациям, в результате которых к его 5’-концевому нуклеотиду особым образом присоединяется остаток гуанозина с образованием "шапочки" – кэпа. Эта котранскрипционная модификация создает условия для прохождения следующего этапа процессинга мРНК – сплайсинга, сопровождающегося вырезанием последовательностей интронов и объединением экзонов с образованием непрерывной кодирующей последовательности мРНК. Одновременно от 3’-конца путем эндонуклеазного расщепления отделяется избыточный фрагмент РНК, и к оставшейся части присоединяется поли(А)-последовательность. Эта совокупность реакций получила название полиаденилирования мРНК. После таких котранскрипционных и посттранскрипционных модификаций пре-мРНК образовавшаяся зрелая, стабилизированная мРНК переносится из ядра в цитоплазму, часто к специфическому месту своей внутриклеточной локализации, где может быть депонирована или эффективно транслироваться рибосомами. Каждый из этапов посттранскрипционных модификаций может использоваться для регуляции уровня экспрессии соответствующих генов.

Синтез и - РНК (транскрипция) происходит следующим образом. Фермент (РНК - полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Синтезированная таким образом (матричный синтез) молекула и - РНК выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом.

19. Биосинтез белков. Трансляция

Процесс сборки молекулы белка идет в рибосомах и называется трансляцией. На одной молекуле и-РНК последовательно располагаются несколько рибосом. В функциональном центре каждой рибосомы способны поместиться два триплета и-РНК. Кодовый триплет нуклеотидов – молекулы т-РНК, подошедшей к месту синтеза белка, соответствует триплету нуклеотидов и-РНК, находящемуся в данный момент в функциональном центре рибосомы. Тогда рибосома по цепочке и-РНК делает шаг, равный трем нуклеотидам. Аминокислота отделяется от т-РНК и становится в цепочку мономеров белка. Освободившаяся т-РНК уходит в сторону и через некоторое время может снова соединиться с определенной кислотой, которую будет транспортировать к месту синтеза белка. Таким образом, последовательность нуклеотидов в триплете ДНК соответствует последовательности нуклеотидов в триплете и-РНК.

Трансляция (translation): синтез белкасматрицымРНК (матричной РНК). (В настоящее время чаще используется термин информационная РНК (иРНК). Процесс, посредством которого генетическая информация с матричной РНК переводится в белок.

иРНК, несущая сведения о первичной структуре белков, синтезируется в ядре клетки. Пройдя через поры ядерной оболочки, иРНК на правляется крибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации - перевод ее с "языка" нуклеотидов на "язык" аминокислот. Синтез полипептидных цепей белков по матрице иРНК, выполняемыйрибосомами, называется трансляцией (лат. translatio - перевод).

19. Этапы трансляции мРНК

Инициация. 1. Узнавание стартового кодона , сопровождается присоединением тРНК аминоацилированной метионином и сборкой рибосомы из большой и малой субъединиц. Элонгация. 2. Узнавание текущего кодона соответствующей ему аминоацил-тРНК (комплементарное взаимодействие кодона мРНК и антикодона тРНК увеличено). 3. Присоединение аминокислоты, принесённой тРНК, к концу растущей полипептидной цепи. 4. Продвижение рибосомы вдоль матрицы, сопровождающееся высвобождением молекулы тРНК. 5. Аминоацилирование высвободившейся молекулы тРНК соответствующей ей аминоацил-тРНК-синтетазой. 6. Присоединение следующей молекулы аминоацил-тРНК, аналогично стадии . 7. Движение рибосомы по молекуле мРНК до стоп-кодона. Терминация. Узнавание рибосомой стоп-кодона сопровождается отсоединением новосинтезированного белка и в некоторых случаях диссоциацией рибосомы.

19. Строение и функции рибосом в процессе синтеза белка

Рибосомы состоят из примерно равных (по массе) количеств РНК и белка. Входящая в их состав РНК, называемая рибосомной РНК (рРНК), синтезируется в ядрышке. Вместе те и другие молекулы образуют сложную трехмерную структуру. Во время синтеза белка на рибосомах аминокислоты последовательно соединяются друг с другом, формируя полипептидную цепь. Рибосома служит местом связывания для молекул, участвующих в синтезе, т. е. таким местом, где эти молекулы могут занять по отношению друг к другу совершенно определенное положение. В синтезе участвуют: матричная РНК (мРНК), несущая генетические инструкции от клеточного ядра, транспортная РНК (тРНК), доставляющая к рибосоме требуемые аминокислоты, и растущая полипептидная цепь. Кроме того, в этом процессе участвуют факторы инициации, элонгации и терминации цепи. Весь процесс в целом настолько сложен, что без рибосомы он не мог бы идти эффективно (или не шел бы вообще). Примером белка, синтезируемого свободными рибосомами, может служить гемоглобин, образующийся в молодых эритроцитах. В процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль нитевидной молекулы мРНК. Процесс идет более эффективно, когда вдоль мРНК перемещается не одна рибосома, а одновременно много рибосом, напоминающих в этом случае бусины на нитке. Такие цепи рибосом называются полирибосомами или полисомами - комплекс рибосом На ЭР полисомы обнаруживаются в виде характерных завитков.

19. Понятие о фолдинге. Роль шаперонов в процессе биосинтеза белка

Белки синтезируются в рибосомах в виде длинной полипептидной нити, но затем быстро сворачиваются в свою естественную («нативную») пространственную структуру. Этот процесс называется фолдинг белка. Правильное сворачивание ( фолдинг ) полипептидных цепей белков в клетках эукариот обеспечивается специфическими белками, называемыми шаперонами (chaperone). Шапероны необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей других белков, но они не входят в состав конечной белковой структуры.

Шапероны - обеспечивают правильный фолдинг новообразованных белков, контроль за рефолдингом, участие во внутриклеточном транспорте белков.