ВОЕННО - МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра биологии имени академика е.Н.Павловского

"УТВЕРЖДАЮ"

Заведующий кафедрой биологии

профессор

А.Ф.НИКИТИН

" "_________ 2013г.

Доктор медицинских наук профессор

Никитин А.Ф.

Л Е К Ц И Я N 6

по биологии на тему

" БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРАНСКРИПЦИИ И ТРАНСЛЯЦИИ»

для курсантов и слушателей I курса 2 факультета

по специальности «Медико-профилактическое дело»

Обсуждена на заседании кафедры

" "___________________ 2013 г.

Протокол N__________________

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ

2013 Г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Достижения в развитии молекулярной биологии позволили не только вскрыть материальный субстрат наследственности, но и показать каким образом в клетках осуществляется регуляция активности генов. Эти достижения позволили настолько углубиться в понимание механизмов функционирования генетического аппарата клеток на молекулярном уровне, что стало возможным перейти на практике к направленному воздействию на живые объекты. Понимание закономерностей функционирования генетического аппарата позволило также расшифровать многие механизмы эволюции органического мира, ранее не поддававшихся осмыслению со строго научных позиций.

На лекции рассматриваются следующие вопросы:

1. Биологические основы транскрипции и трансляции:

2. Роль РНК в реализации наследственной информации ( экспрессии генов)

3. Транскрипция;

4. Посттранскрипционный процессинг РНК.

5. Трансляция

1. Ген, как участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепи, непосредственного участия в синтезе белка не принимает. Роль посредника, функцией которого является перевод наследственной информации, сохраняемой в ДНК, в специфическую последовательность аминокислот в молекуле белка, играют рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Рибонуклеиновые кислоты, в отличие от молекул ДНК, представлены одной полинуклеотидной цепью, которая построена из четырех видов нуклеотидов. Три из них, содержащие азотистые основания аденин, гуанин и цитозин, такие же, как в молекуле ДНК, и лишь один нуклеотид отличается: тимин в РНК замещен урацилом. Отдельные участки одноцепочечной РНК с комплементарными основаниями могут взаимодействовать друг с другом с образованием двухцепочечных фрагментов, в результате чего молекула РНК приобретает специфическую конформацию .

Основной функцией РНК является реализация программы синтеза белков, заложенной в ДНК клетки. Этот процесс состоит из нескольких этапов, каждый из которых осуществляется разными молекулами РНК. В соответствии с выполняемыми функциями различают несколько видов РНК.

Информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК) – носитель генетической информации о первичной структуре белка. Содержится в ядре, цитоплазме, в митохондриях и пластидах. Ее второе название – матричная (мРНК) - объясняется тем, что в синтезе белка она играет роль, аналогичную типографской матрице. Молекулы мРНК содержат от 100 до нескольких тысяч нуклеотидов. На долю иРНК приходится до 5% общего содержания РНК в клетке. В связи с тем, что каждая отдельно взятая молекула мРНК содержит информацию о составе той или иной полипептидной цепи, количество разных мРНК в любой клетке очень велико. Все зрелые молекулы мРНК у эукариот имеют сходное строение и состоят из нескольких участков, выполняющих разные функции .

На 5`- конце зрелой молекулы мРНК находится «колпачок» или кэп – участок, включающий один модифицированный нуклеотид. Этот участок всегда начинается 7-метилгуанозинтрифосфатом, который соединяется с соседним нуклеотидом пирофосфатной связью. Колпачок защищает мРНК от разрушения их 5` -экзонуклеазами. Непосредственно за колпачком располагается лидерный участок (5`- нетранслируемый участок), длина которого обычно составялет от 40 до 80 нуклеотидов. В составе этого участка имеются нуклеотидные последовительности комплементарные последовательностям рРНК малой субъединицы рибосомы. Указанные последовательности лидерного участка служат для связывания мРНК с рибосомой в процессе трансляции. За лидерным участком следует инициирующий кодон АУГ, который кодирует у эукариот аминокислоту метионин (у прокариот-формилметионин). После завершения трасляции указанные аминокислогты обычно отщепляются от N-конца синтезированной полипептидной цепи. Инициирующий (АУГ) и терминирующий ( УАА, УАГ иУГА) кодоны ограничивают кодирующий участок мРНК, в котором содержится информация о последовательности аминокислот в молекуле полипепетида. За кодирующим участком следует 3`- нетранслируемый участок или трейлер, значительно превышающий по размеру лидерную область. Непосредственно за трейлерным участком располагается поли (А) – фрагмент, или полиадениловый «хвост» состоящий из 150-200 адениловых нуклеотидов. Особенности строения трейлерного участка и поли (А) - фрагмента во многом определяют продолжительность фукционирования зрелых молекул мРНК в клетках эукариот. Полиадениловый фрагмент по своей функции отчасти напоминает теломеры хромосомных ДНК: после завершения каждого раунда трансляции от полиаденилового «хвоста» молекулы мРНК отщепляется примерно10-15нуклеотидов. В гиалоплазме клеток молекулы мРНК обычно связаны с белками. Такие комплексы мРНК с белками называют информосомами.

Прокариотические мРНК имеют в основном такое же строение, как и мРНК эукариот. Отличия заключаются лишь в отсутствии у мРНК прокариот нетранслируемых участков, кэпа и полиаденилового хвоста. Кроме того, кодирующие участки прокариотических мРНК, траскрибирующиеся на оперонах, обычно содержат несколько кодирующих участков - цистронов, которые отделены друг от друга неинформативными межцистронными последовательностями.

Транспортная РНК (тРНК) имеет короткие цепи, состоящие из 70-100 нуклеотидов. Она содержится в гилоплазме клетки, в митохондриях и пластидах. На 5`-конце молекулы т-РНК всегда находится гуанин, а на 3`-конце – группировка из трех нуклеотидов – ЦЦА. Все тРНК вследствие образования водородных связей между комплементарными основаниями разных участков цепи приобретают вторичную структуру, в двухмерном изображении напоминающую клеверный лист. В структуре тРНК выделяют акцепторный «стебель» и три петли – центральную (антикодоновую) и боковые. К 3`- концу «стебля», заканчивающемуся последовательностью ЦЦА со свободной - ОН группой, присоединяется транспортируемая аминокислота. На центральной петле тРНК располагается антикодон, состоящий из трех расположенных рядом нуклеотидов, которые комплементарны нуклеотидам соответствующего кодона мРНК.

При действии дополнительных водородных связей между нуклеотидами одноцепочечных петель образуется трехмерная третичная структура, похожая на перевернутую латинскую букву L .

В состав нуклеотидов тРНК входят метилированные основания. Они придают тРНК устойчивость к действию нуклеаз цитопламы и поддерживают третичную структуру молекулы.

В клетке имеется лишь 45 видов молекул тРНК, несущих разные антикодоны, а не 61, как можно было бы ожидать исходя из количества кодонов мРНК, кодирующих аминокислоты. Это объясняется тем, что некоторые антикодоны тРНК могут связываться с несколькими кодонами мРНК. Функция тРНК состоит в переносе аминокислот к месту синтеза белка в рибосомах. На долю тРНК приходится примерно 15% всей РНК, содержащейся в клетке.

Рибосомная РНК (рРНК) имеет самые крупные молекулы из всех видов РНК: в ее состав входит от 3 до 5 тыс. нуклеотидов. Рибосомная РНК синтезируется в ядрышке, и участвует в образовании большой и малой субъединицы рибосом. В составе рибосом рРНК выполняет структурную и каталитическую функции. На долю рРНК приходится до 80 % всей РНК клетки.

В последине десятилетия открыты новые виды некодирующих молекул РНК, существенная особенность которых состоит в том, что большинство из них имеют небольшие размеры

Малые РНК (мяРНК) – некодирующие молекулы РНК встречаются только в ядрах эукариотических клеток. Они участвуют в процессах сплайсинга и поддержании целостности теломер.

Микро-РНК или миРНК имеют размер 21-22 нуклеотида. У человека обнаружено более 700 разных видов миРНК. Молекулы миРНК играют большую роль в процессе трансфекции и регуляции экспрессии генов.

Маленькие интерфирирующие РНК или сиРНК имеют длину 20 -15 нуклеотидов. Выполняют сходные с миРНК функции и отличаются от них лишь своми биогенезом. Считается, что на долю генов миРНК, сиРНК и других некодирующих молекул РНК приходится примерно 60% от всего их количества в геноме человека.