Строение гена эукариотической клетки.

У эукариот ген состоит из нескольких участков:

1. Регуляторная зона (гены-подавители и гены-активаторы, координирующие работу гена).

2. Промотор отвечает за связывание фермента РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена.

3. Структурная зона заключает в себе информацию первичной структуре белка, состоит из экзонов (информативных участков кодирующих синтез белков) и интрунов (неинформативных участков, не кодирующих синтез белка).

4. Терминатор отвечает за прекращение транскрипции.

Все виды РНК играют роль в синтезе белка. И-РНК посредник в передаче генетической информации о структуре белка от ДНК к рибосомам. Т-РНК транспортирует АК к рибосомам. Каждая АК присоединяется к специальной Т-РНК и образуется специальный комплекс амилоацилТ-РНК. Р-РНК имеет структурную функцию в составе рибосом.

Этапы.

Ι. Транскрипция-процесс переписывания генетической информации о последовательности азотистых оснований одной из цепей ДНК в комплементарную ей последовательность И-РНК. Процесс требует больших затрат энергии и осуществляется РНК-полимеразой. Одновременно переписывается не вся молекула, а отдельные участки – транскриптоны. Транскриптон - участок молекулы ДНК, состоящий из 300 до 10⁸ нуклеотидов, ограниченный промотором и терминатором.

Структурные гены транскриптона несут разную функцию: информационные (состоят из интрунов и экзонов). Другие не несут информацию-неинформационные.

1.Подготовительный этап. РНК-полимераза связывается с промотором, одновременно происходит локальное расщепление РНК на 10 пар нуклеотидов.

2.Осуществление транскрипции. На 1-ой цепи ДНК (кодирующей) синтезируется пре-РНК, путём связывания свободных рибонуклеотидов, комплементарных, матричной цепи ДНК.

3.Завершение транскрипции. Как только фермент РНК-полимераза достигает терминатора, она отщепляется от ДНК, при этом И-РНК тоже отделяется.

Постранскрипционные процессы. Из И-РНК удаляются гены-спейсеры.

Состоит из 3 этапов:

1. Вырезание неинформационных участков из И-РНК;

2. Сплазинг-сшивание разорванных участков гена при лигазе;

3. Модификация 5` и 3` кольцевых участков И-РНК. Процесс созревание И-РНК из пре-РНК-процессинг. Результат: формирование зрелой И-РНК, которая выходит из ядра цитоплазмы и направляется к рибосомам.

Генетический код.

Генетический код - принцип записывания генетической информации о последовательности аминокислотных звеньев в белковой молекуле в виде определенной последовательности нуклеотидов в молекулы ДНК или И-РНК. Состоит из кодовых триплетов (кодонов) - трех последовательно связанных нуклеотидов в молекуле ДНК.

61нуклеотид является кодирующим, а остальные 3 являются стоп-кодонами, Информация с ДНК на И-РНК передается с комплементарных кодоновых триплетов.

УАА, УАГ, УГА – биосинтез белка останавливается.

Свойства генетического кода.

1. Триплетность. Каждая АК кодируется 3 нуклеотидами в молекуле НК.

2. Универсальность. Генетический код един для всех организмов.

3. Избыточность (вырожденность). 1 АК кодируется более чем один триплетом (в среднем от 1 до 6), кроме АК метионин и триптофан.

4. Неперекрываемость. Каждый нуклеотид входит лишь в 1 какой-либо кодон. Кодоны располагаются друг за другом без перерыва.

5. Однозначность (специфичность). Каждой АК соответствует определенный кодовый треплет.

6. Комплементарность. Соответствие линейной последовательности кодонов НК, АК в белке.

ΙΙ. Трансляция - процесс перевода генетической информации в виде последовательности нуклеотидов и РНК в последовательности АК звеньев синтезируемой белковой молекулы с потребление энергии АТФ.

Участвуют все 3 вида РНК.

Матрица - кодирующая цепь ДНК.

Относится к реакциям матричного синтеза.

Этапы.

Ι. Рекогнация. Происходит в цитоплазме с помощью фермента амилоацилт-РНКсинтетазы, происходит присоединение АК и образуется амилоацилТ-РНК, который направляется в функциональный центр рибосом.

ΙΙ. Биосинтез белка. Происходит на рибосомах и включает в себя 3 фазы:

Инициация - начало синтеза.

Ход:

А) Поступление из ядра И-РНК и связывание с рибосомой при наличии протонов магния;

Б) К первому кодону И-РНК (АУГ) присоединятся инициаторная молекула Т-РНК. Синтез начинается с метионина;

В) К образованному комплексу присоединяется большая субъединица рибосом, формируется функциональный центр рибосом (ФЦР), который включает в себя 2 кодона и 2 центра: А-центр-амилоацильный центр (центр узнавания АК) и место удержания АК; П-центр - пептидный центр отвечает за присоединение АК к растущей белковой молекуле. После формирование ФЦР инициаторная цепь т-РНК переходит из А-центра в П-центр.

Элонгация (удлинение).

Ход:

А) В освободившийся А-центр рибосом подходит новая амилоацилТ-РНК и в случае комплементарности ее антикодонов взаимодействует с кодоном И-РНК;

Б) Далее особый фермент пептидилтрансфераза переносит первую АК (метионин) из П-центра в А-центр, где между первой и второй АК образуется одна пептидная связь, т.е. образуется дипептидилТ-РНК;

В) При перемещении рибосом относительно И-РНК (шаг рибосомы - 1 кодон), дипептидилТ-РНК окажется в П-центре. При перемещении инициаторная Т-РНК покидает рибосому;

Г) Вновь освобожденный А-центр занимается амилоацилТ-РНК, связанный с 3-ей АК. И в случае комплементарности она соединяется с очередным кодоном И-РНК и затем из П-центра 1 и 2 АК транспортируется в А-центр и образуется 2-ая пептидная связь. Так происходит наращивание полипептидной цепи по 1 АК в строгом соответствии с порядком кодонов И-РНК. Движение рибосомы вдоль РНК – транслокация.

3. Терминация – окончание синтеза белка. Как только в ФЦР окажется стоп-кодонов (УАА; УАГ; УГА) синтез белка прекращается. Происходит расщепление связи между полипептидами и Т-РНК. Белок сходит с конвейера. Во время синтеза белка используется несколько рибосом – полисом. Благодаря полисосам повышается результативность и клетке нужен один экземпляр РНК.

Пострансляционные процессы.

Полипептидная цепочка, погруженная в канал ЭПС, АГ приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуру. Одна часть белков участвует в обмене веществ, другая выделяется в кровь и переносится в разные органы и ткани.

 

 

Регуляция биосинтеза белка.

Процесс биосинтеза подвержен регуляции, что позволяет эффективно осуществлять метаболизм.

Рассмотрим регуляцию на уровне оперона – функциональной единицы, включающей гены:

· ген - регулятор (синтез особого белка репрессора, легко соединяющегося с опероном),

· ген-промотор (место прикрепления фермента РНК-полимеразы перед началом синтеза И-РНК),

· ген-оператор (управление функциональной структурой гена), если ген свободен, то работа структурных генов разрешена, если занят, то работа генов прекращается,

· структурный ген (содержит генетическую информацию).

Регуляция биосинтеза белка наиболее изучена у бактерий.

Пример работы оперона — lac-оперон (лактозный оперон). Открыт французскими биохимиками Жакобом и Моно в 1961 году.

Они показали, что фермент, который закодирован в генах, отвечает за превращение лактозы. Если в среде бактерий лактозы нет, то фермент не синтезируется, т.к. синтез белка без субстрата энергетически не рационален. Если в среду добавить в лактозу, то через 2-3 минуты начинается синтез ферментов для ее усвоения.

1. Индукция. Процесс синтеза нужных генов. Если в среде есть лактоза, то происходит взаимодействие лактозы с экспрессором и его блокировка→регрессор не может связаться с оператором и подавить его→оператор в активном состоянии→включаются структурные гены,→ происходит синтез белка, который расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу.

2. Инактивация. В среде отсутствует индуктор, →репрессор связывается с оператором, →блокируется, →РНК не может присоединиться к промотору→выключение структурных генов→прекращение синтеза белка.

Раздел 3.

Размножение и развитие организмов.

Воспроизведение клетки.

Важнейшими органоидами ядра, играющими важную роль в самовоспроизведении, являются хромосомы.

Хромосомы – содержатся в ядре в 2-х состояниях: спирализованном и деспирализованном. В интерфазе они деспирализованны, поэтому не видны в микроскоп поэтому обнаруживаются как хроматин различной окраской и концентрации. Обнаруживается во время деление клетки – в профазе и, особенно в метафазе, где хромосомы мало спирализованны. Смысл спирализации заключается в компактной упаковки хромосомного материала.