3. Трансляция

Трансляция – это процесс считывания информации с молекулы и-РНК на молекулу белка. Подобно транскрипции, трансляция протекает в три стадии:

• инициация,

• элонгация,

• терминация.

Инициация

И-РНК своим кэпированным (фосфатным) концом отыскивает малую субъединицу рибосомы. Лидирующая последовательность соединяется с рибосомальной РНК. При этом стартовый кодон АУГ попадает в недостроенный пептидильный (П) участок рибосомы. (Как известно, в рибосоме имеется два активных участка: П – пептидильный и А – аминоацильный.) Далее к стартовому кодону присоединяется т-РНК, несущая аминокислоту метионин. Только после этого субъединицы рибосомы объединяются, и на этом инициация заканчивается.

Элонгация

Заключается в синтезе полипептида из свободных аминокислот, которые доставляются транспортными РНК. Аминокислота обязательно сначала должна попасть в аминоацильный центр – «центр узнавания». Скорость присоединения аминокислот у прокариот и эукариот разная: за одну секунду присоединяется две аминокислоты у эукариот и 16-17 – у прокариот.

Терминация

Терминация наступает тогда, когда в аминоацильный центр поступает один из трех кодонов-терминаторов – УАА, УАГ, УГА. Таким триплетам не соответствует ни одна аминокислота, поэтому они называются еще нонсенс-кодонами. К последней аминокислоте присоединяется вода, и карбоксильный конец полипептидной цепочки отсоединяется от рибосомы.

На этом синтез белка завершается.

Поскольку у про- и эукариот принципиальной разницы в механизме биосинтеза белка нет, то можно предположить, что данный механизм сформировался очень давно, еще до разделения клеток на два типа.

Следует также иметь в виду, что в синтезе белка принимает участие множество факторов инициации, элонгации, терминации – как белковой, так и небелковой природы.

6. Принцип регуляции генной активности у прокариот (модель оперона) по типу репрессии и индукции.

Впервые принцип регуляции на уровне транскрипции был установлен французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно в 1961 году. Свои исследования они проводили на кишечной палочке. Кишечная палочка при попадании в среду, содержащую молочный сахар лактозу, вырабатывает фермент лактазу. Если же лактозы нет, то фермент не вырабатывается.

Модель оперон: функциональная система, состоящая из структурных и регуляторных генов.

Принцип индукции:1состяние лактоза-

1)на основе генорегулятора синтезируется белок-репрессор в активной форме

2)белок-репрессор присоединяется к оператору и блокирует путь РНК-полимеразе

3)фермент-лактаза не синтезируется

2состояние лактоза+

1)лактоза связывается с белком-оепрессором и переводит его в неактивное состояние

2)белок-репрессор освобождает оператор

3)РНК-полимераза осуществляет транскрипцию и синтезируется иРНК

4)происходит трансляция и синтез фермента-лактазы

5)лактаза расщепляет лактозу, при этом белок-репрессор переходит в активное состояние (качественная регуляция)

Принцип репрессии:

1. 1)на основе гена-регулятора синтезируеся белок-репрессор в неактивной форме

2)РНК-полимераза присоединяется с промотору, двигается по структурным генам и синтезирует иРНК

3)иРНК поступает на рибосомы и синтезируются белки-ферменты

4)ферменты действуют на субстрат, идет биохимическая реакция

2. 1)как только накапливается определенное количество продуктов биохимической реакции, они связываются с белком-репрессором и переводят его в активную форму

2)активный белок-репрессор присоединяется к оператору и блокирует путь РНК-полимеразе. Транскрипция не происходит и ферменты не синтезируются

3)как только все продукты реакции будут использованы белок-репрессор становится неактивным. (количественная регуляция)

6. Особенности регуляции генной активности у прокариот и эукариот

У эукариот принцип оперонной регуляции не обнаружен. Регуляция осуществляется на всех этапах биосинтеза белка(транскрипции,процессинга,трансляции)

На стадии транскрипции:1)активность каждого гена у них регулируется несколькими генами-регуляторами,кодирующими,соответственно,несколько регуляторныз белком. Эти белки связываются с определенными участкаи в молекуле ДНК. Один из таких участко находится перед промотором и называется препромотоным элементом; другие области лежат вдали от промотора и носят название энхенсеров(усилителе) и глушителей. В результате связывания регуляторных белко с этими участками происходит включение и выключение структурных генов.2)система выработки регуляторных белков-«многоэтажная). Главные регуляторные белки отвечают за выработку второстепенных.3)важная роль в регуляторных процессах принадлежит также гормонам(часто они являются индукторами транскрипции) и 4)белками гистоновой природны

На стадии процессинга:осуществляется альтернативный сплайсинг и контроль за матричным РНК

На стадии трансляции:отсутствие или наличие факторов трансляции

6. Репарация генетического материала: дорепликативная, пострепликативная и SOS-репарация. Мутации, связанные с нарушением репарации.

(1)Световая дорепликативная репарация – это устранение повреждений, возникших под действием УФ. Протекает только на свету. УФ вызывает образование в ДНК тиминовых димеров:

Ц – А – Т – А – Г – Т – Т – А – Г

Г – Т – А – Т – Ц – А – А – Т – Ц

Возникает дополнительная связь между нуклеотидами одной цепи и разрыв между нуклеотидами разных цепей. Под действием квантов видимого света в клетке образуется фермент, который восстанавливает нарушенные связи

(1)Темновая дорепликативная репарация происходит и на свету, и без света. Способна устранять повреждения, вызванные любым видом мутагена. Условно в ней выделяют 5 фаз:

• узнавание;

• надрезание (надсекается ферментом);

• вырезание;

• синтез (новой цепи);

• сшивание вновь синтезированного участка с концами неповрежденной ДНК.

У человека есть рецессивная мутация, в основе которой – неспособность клеток устранять димеры, образованные под действие УФ. Она проявляется как пигментная ксеродерма.

Пострепликативная репарация (2) наблюдается в синтетический период интерфазы. Во время репликации ДНК участки с димерами не реплицируются, поэтому вновь синтезированная нить содержит бреши. Потом они заполняются путем рекомбинантного синтеза с неповрежденной молекулой ДНК.

SOS- репарация (3) происходит, если молекула ДНК сильно разрушена. Тогда нить строится из первых попавшихся нуклеотидов, исходная структура ДНК не восстанавливается.

6. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла клетки

Жизнь клетки от момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до ее собственного деления или смерти называется жизненным циклом клетки. Жизненный цикл включает: рост,дифференцировку,вып ф-ий, деление,период покоя

Митоз является универсальным способом размножения соматических клеток.

Митотический цикл – это период жизни клетки от одного митоза до другого. В среднем 10% цикла занимает собственно митоз, а 90% – интерфаза. 69

Чем короче интерфаза, тем выше митотическая активность. Высокой митотической активностью обладают молодые малодифференцированные клетки. В их названиях нередко фигурирует приставка пре- и окончание - бласт (например: премиобласты, преодонтобласты, преэнамелобласты и др.).

Интерфаза состоит из пресинтетического (G1), синтетического (S) и премитотического (G2) периодов и знаменуется подготовкой клетки к функционированию или очередному митотическому делению (М).

● G1 - пресинтетический период (основное содержание)

► Клетка восстанавливает количество органелл и ядерно-цитоплазматическое отношение. 70

► Клетка синтезирует РНК и ферменты, необходимые для удвоения ДНК в S - периоде интерфазы.

► Клетка растет за счет интенсивных синтезов структурных белков, а также накопления включений и достигает размеров материнской клетки до ее деления.

► В ядре преобладает эухроматин.

► Клетка может стареть и подвергнуться апоптозу (естественной запрограммированной смерти).

► В конце пресинтетического периода выделяют точку рестрикции (R), пройдя которую клетка обязательно войдет в синтетический период.

► Продолжительность периода (G1) для различных клеток неодинаков – он может длиться от нескольких часов до нескольких суток.

♦ В некоторых случаях клетка не преодолевает точку рестрикции. В этой ситуации может быть два основных варианта дальнейшей судьбы клетки:

▬ если это стареющая клетка, то она подвергнется апоптозу - генетически запрограммированной смерти . ▬ если это молодая дифференцирующаяся клетка, то она перейдет в G0 период (период репродукционного покоя)

● G0 - период репродукционного покоя (основное содержание)

► Дифференцировка клеток, которые на этот период утрачивают способность к делению;

► Клетки приобретают статус высокодифференцированных неделящихся

клеток (например: нейроны, сократительные кардиомиоциты, одонтобласты – клетки зубного дентина). Могут полиплоидизироваться (кратное увеличение количества ДНК и хромосом без нарушения кариолеммы) 71

► Клетки активно функционируют и восстанавливают свою структуру

внутриклеточно без пролиферации, т.е. путем внутриклеточной регенерации.

► Высокодифференцированные клетки стареют и подвергается апоптозу

(генетически запрограммированная физиологическая смерть).

► Некоторые клетки возвращаются в митотический цикл (например: клетки печени) в синтетический период.

● S - синтетический и G2 - премитотический периоды (основное содержание)

► Эти периоды характеризуются последовательной подготовкой клетки к митотическому делению. Она снижает свою функциональную активность.

► В S – периоде (8 – 12 часов) в ядре происходит редубликация ДНК, удвоение числа хромосом, в цитоплазме – удвоение центриолей.

► В G2 периоде (2 – 4 часа) имеет место увеличение количества свободных рибосом, активизируется синтез тубулиновых белков и РНК, запасается АТФ на митохондриях.

Б.1.1.2. Митоз – универсальный способ деления всех эукариотических соматических клеток.

► Длится 30 – 60 мин.

► Протекает преимущественно ночью в четыре последовательные фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

► В профазу происходит формирование и спирализация хромосом, исчезновение ядрышек, распад кариолеммы на отдельные фрагменты и превращение их в мелкие мембранные пузырьки. 72

► В ходе метафазы и анафазы происходит разделение, а также равномерное распределение хромосом и, следовательно, всего генетического материала между полюсами делящейся клетки.

► Телофаза завершается формированием двух дочерних ядер по полюсам веретена деления и цитотомией - разделением цитоплазмы бывшей материнской клетки. В результате образуются две дочерние генетически и структурно идентичные диплоидные клетки, каждая из которых вступает в свою интерфазу.

► Обе клетки вступают в пресинтетический период интерфазы.

► Если цитотомии не произошло, то образуется двуядерная, а в некоторых случаях и многоядерная клетка.

Мейоз – способ деления клеток репродуктивных

дифферонов, в результате которого образуются гаплоидные зрелые половые клетки (гаметы).

► Мейоз представляет собой два последовательных модифицированных

митотических деления исходной диплоидной клетки.

► Между первым и вторым делениями имеет место редуцированная интерфаза без S – синтетического периода.

► Дочерние клетки - гаметы (сперматозоиды или яйцеклетки) получают 22 аутосомы и одну половую хромосому.

► Гаметы больше не делятся, они предназначены для оплодотворения. 73