Пострепликативные модификации ДНК

После синтеза ДНК материнская цепь отличается от дочерней, т.к. в ней есть метилированный аденин в последовательности Г-А-Т-Ц. Это позволяет ферментам системы репарации исправлять ошибки, которые могут возникнуть в дочерних цепях.

После этого и дочерняя цепь метилируется по аденину в последовательности Г-А-Т-Ц.

 

ТРАНСКРИПЦИЯ

Общая характеристика:

1. Матрица – одна цепь ДНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – НТФ (рибонуклеозидтрифосфаты): АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ.

3. Продукт –пре-тРНК, пре-мРНК, пре-рРНК.

4. Источник энергии - НТФ (рибонуклеозидтрифосфаты): АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ.

5. Ферменты – РНК-полимеразы (I – для рРНК, II – для мРНК, III – для тРНК), белковые факторы инициации, элонгации и терминации..

6. Локализация в клетке – ядро (не зависит от фазы клеточного цикла).

Биосинтез мРНК

Этапы:

1) Инициация

2) Элонгация

3) Терминация

 

Механизм – одна цепь ДНК - матричная цепь, а вторая – кодирующая, которая перписывается в комплементарную ей последовательность нуклеотидов РНК.

 

1.Инициация

На матрице существуют участки – транскриптоны:

В начале – промотор (Pro)

В конце - сайт терминации

В области промотора – гормон-чувствительные участки, которые могут стимулировать транскрипцию (энхансеры) или подавлять ее (сайленсеры).

 

 

1 – к Pro присоединяются белковые факторы – ТАТА

 

2 – это облегчает присоединение к Pro РНК-полимеразы II.

РНК-полимеразы II – большие олигомерные белки, которые состоят из 2α, β, β’ и δ субъединиц (δ – регуляторная субъединица).

Под действием факторов инициации происходит раскручивание участка одного витка спирали впереди РНК-полимеразы

 

 

3 – от РНК-полимеразы II отделяется δ-субъединица и на ее место присоединяется факторы элонгации.

 

2.Элонгация

РНК-полимераза II продвигается по цепи ДНК, достраивая комплементарную ей цепь РНК, которая спаривается с ней на протяжении 8-10 нуклеотидов.

 

3а – после синтеза примерно 30 нуклеотидов РНК происходит кэпирование 5’-конца – присоединение к 5’-концу пре-мРНК метилированного ГТФ (связь 5’– 5’).

4 – когда РНК-полимераза достигает сайта терминации, факторы терминации отщепляют ее от матрицы.

Синтезированная пре-мРнК подвергается процессингу (нет у пре-тРНК и пре-рРНК).

Функции кэпа:

· Инициирование биосинтеза белков

· Полиаденилирование - после синтеза пре-мРНК на 3’-конце образуется множество последовательностей –А-А-А- (поли-А).

 

Функции поли-А:

· Облегчает выход РНК в цитоплазму

· Защищает РНК в цитоплазме от гидролиза ферментами.

 

После этого – сплайсинг – вырезание некодирующих участков – интронов, сшивание экзонов. Это осуществляют ферменты мя-РНП (малые ядерные нуклеопроетины), в составе которых есть мя-РНК.

На ингибировании репликации и транскрипции основаны противоопухолевые препараты (токсин бледной поганки α-амоннитин ингибирует РНК-полимеразы).

 

КЭП

 

NB!: В процессе репликации спонтанно или под действием каких-либо факторов (УФ, яды, канцерогены) могут возникать ошибки в синтезированных дочерних цепях (например, при УФ в дочерней цепи ппроисходит дезаминирование цитозина с образование урацила). Если их не исправлять, то будут образовываться мутации.

Следовательно, существуют ферменты репарации, которые исправляют ошибки.

Это ферментный комплекс, который включает в себя:

· Фермент, который находит ошибку

· Фермент, который вырезает ошибку

· Фермент, который исправляет ошибку

· Фермент, сшивающий участки (лигазы).

 

ТРАНСЛЯЦИЯ

Общая характеристика:

1. Матрица – мРНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – активированные аминокислоты.

3. Продукт –белок или ппц.

4. Источник энергии - АТФ, ГТФ, энергия макроэргических связей.

5. Ферменты, синтезирующие пептидную связь – пептидилтрансфераза (28S рРНК большой субъединицы рибосомы).

6. Локализация в клетке – цитоплазма.

7. Особенность: трансляция –единственный матричнй синтез, в котором матрица и продукт состоят из разных компонентов (матрица - нуклеотиды, продукт – аминокислоты).

Следовательно, должна существовать адаптерная молекула, которой является тРНК.

Этапы:

1) Инициация

2) Элонгация – синтез ппц

3) Терминация -конец синтеза

 

Механизм – в результате трансляции генетическая информация на матричной РНК переводится = транслируется в последовательность аминокислот в белке.

 

Прежде чем аминокислоты будут включены в синтез, они должны быть активированы.

 

Активация аминокислот

Активация аминокислоты – присоединение аминокислоты к 3’-ОН концу тРНК макроэргической связью.

Процесс идет с затратой АТФ (2 макроэргических связи).

Для каждой аминокислоты - своя тРНК (согласно таблице кодов).

Присоединение катализируется специфичным ферментом – аминоацил-тРНК-синтетаза.

 

Например, активация глицина:

тРНК связывается со специфичным ферментом - гицилтранфераза- дигидроуридиловой петлей.

Фермент, используя АТФ, переносит аминокислоту на тРНК (α-карбоксильная группа аминокислоты соединяется с 3’-ОН группой тРНК макроэргической связью).

Образуется активированная аминокислота – глицил-тРНК (в общем случае – аминоацил-тРНК).

 

 

Упрощение тРНК

NH2 – Гли – СО ~ О

Т.к. тРНК антикодоновой петлей будет взаимодействовать с кодоном на мРНК, то тРНК упрощается:

 

1.Инициация

Сборка белоксинтезирующего аппарата.

В цитоплазме в свободном виде находятся:

1)

 

2)

 

3)

4) активированный метионин – метианил-тРНК - тРНК^мет

Метионил-тРНК – инициирующая аминоацил-тРНК, т.к. с нее всегда начинается синтез белков у эукариот.

 

 

5) факторы инициации - Fi

6) ГТФ, АТФ

 

А) К малой субъединице рибосомы присоединяется инициирующая аминоацил-тРНК (метионил-тРНК), факторы инициации и ГТФ.

Б) Этот комплекс при использовании фактора инициации-«кэп-узнающего» - находит 5’-конец мРНК (где находится кэп) и присоединяется к нему.

В) Комплекс передвигается по мРНК от 5’ к 3’ (затрачивается 1 АТФ), пока не достигнет стартового кодона

Важно: кодирует метионин, с него всегда начинается биосинтез – АУГ на мРНК.

Г) При достижении комплексом АУГ от него отщепляются факторы инициации, гидролизируется ГТФ, присоединяется большая субъединица.

В рибосоме формируется Р-участок (для инициирующей аминоацил-тРНК) и А-участок.

 

2.Элонгация– синтез ппц (циклический)

1) Присоединение следующей аминоацил-тРНК в А-участок

2) Образование пептидной связи

3) Транслокация (перемещение) рибосомы

 

1 – в свободный А-участок присоединяется следующая аминоацил-тРНК согласно кодону мРНК. Затрачивается 1 ГТФ, принимают участие факторы элонгации.

2 – происходит разрыв макроэргических связей между аминокислотой и тРНК в Р-участке;

при участии фермента пептидилтрансфераза (28S рРНК большой субъединицы рибосомы) остаток аминокислоты из Р-участка соединяется пептидной СО-концом с аминогруппой аминокислоты из А-участка.

3 – под действие фактора элонгации-2 и ГТФ рибосома перемещается на один кодон в направлении 5’→3’.

При этом:

· Свободная тРНК из Р-участка остается за рибосомой

· В Р-участке оказывается тРНК с растущим пептидом, а А-участок свободный.

И все сначала.

Это продолжается, пока рибосома не встретит один из терминирующих или стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА) терминация не наступит.

К терминирующему кодону присоединяется фактор терминации, разрываются макроэргические связи между тРНК и синтезированной ппц. Фермент пептидилтрансфераза присоединяет к свободному СО-концу воду.

Так ппц освобождается из рибосомы, которая распадается.