Матричные биосинтезы в организме человека

I. Цель занятия: Контроль и закрепление теоретических знаний о механизме биосинтеза нуклеиновых кислот, а также их роль в биосинтезе белков. Понятие о полиморфизме белков, причина наследственных болезней.

II. Исходный уровень знаний:

1) Химическая природа и физико-химические свойства нуклеиновых кислот.

2) Белки и их структура.

III. Ответы на контрольные вопросы по данной теме.

IV. Решить упражнения, 15 карточек, прилагаемых к данной теме.

V. Содержание темы:

1. Структура ДНК и РНК – способ «записи информации», обеспечивающий формирование в организме информационных потоков, где она воспроизводится. Это происходит в результате репликации, транскрипции и трансляции, т.е. биосинтезе ДНК, РНК и белков. Т.к. эти полимеры состоят из нескольких видов мономеров (соответственно 4- для ДНК, 4-для РНК и 20 – для белков) биосинтезы должны быть матричными, т.е. происходить на матрицах, где соблюдается определенный порядок мономеров, описывающий первичную структуру молекул, от которой зависит пространственная структура, свойства и их функции в организме.

2. Репликация – удвоение молекул ДНК, где матрицей являются материнские молекулы раскрученной под действием топоизомераз и хеликазы двойной нити ДНК. На них синтезируются сначала праймеры (затравки) под действием полимеразы α и в свою очередь дочерние цепи в направлении 5→3. δ- полимераза синтезирует лидирующую цепь непрерывно, ε – полимераза фрагментарно отстающую цепь. После удаления праймеров с отстающей цепи, заполнение брешей происходит под действием β- полимеразы. ДНК- лигаза связывает фрагменты Оказаки в единую цепь.

3. Сырьем для синтеза ДНК являются d АТФ, d ГТФ, d ТТФ и d УТФ одновременно они обеспечивают энергией этот процесс, т.к. полимеразы разрушают вторую макроэргическую связь трифосфатов в результате нуклеофильной атаки – ОН при С₃-конце на α- фосфат трифосфата.

4. После завершения репликации происходит метилирование аденина в –ГАТЦ – последовательностях с образованием N₆ – метиладенина. Однако до появления этих групп возможна репарация для исправления ошибок.

5. Система репарации ошибок репликации состоит из комплекса белков; mut-s узнает место ошибки (по С₆ – NH₂ аденину), mut-H присоединяется к метиллированному ГАТЦ, ближайшему к ошибке; mut- L выщепляет поврежденную часть, после чего β- полимераза заполняет брешь и ДНК – лигаза соединяет синтезированный участок с основной цепью.

6. Транскрипция – биосинтез РНК на матричной цепи ДНК по комплементарному механизму, переписывает информацию записанную в ДНК для образования м-РНК, т-РНК, р-РНК.

7. Полимераза I синтезирует пре- рРНК, II – пре-м-РНК, III- пре-т-РНК.

8. Инициация репликации происходит в результате присоединения белка -ТАТА – фактора к промотору, что облегчает присоединение к стартовой точке РНК – полимеразы и раскручивание одного витка спирали ДНК.

9. Рост РНК- вой цепи сначала предопределяет образование временной гибридной спирали (около 12 нуклеотидов), РНК – полимераза II двигается в направлении от 3^' к 5'- концу до сайтов терминации.

10. Первичные транскрипты претерпевают процессинг, а именно: 1) присоединение к 5^'- концу аномального, метилированного по N₇ гуанина (кэпа) для защиты м-РНК от цитозольных нуклеаз и присоединения ее к рибосоме; 2) полиаденилирование с 3'- конца, обеспечивающее выход м-РНК из ядра и сохраняющее ее целостность; 3) сплайсинг – вырезание некодирующих участков (интронов) и сшивания кодирующих (экзонов).

11. Информация заложенная в ДНК, а потом в РНК экспрессируется в процессе биосинтеза белка согласно основному постулату молекулярной генетике (↑ДНК ↔↑РНК → белок ---→ белок, причем последняя пунктирная стрелка имеет место в случае участия белков – шаперонов в формировании пространственной структуры белков.

12. Биологический код – способ перевода четырех значений нуклеотидной записи информации в двадцатизначную аминокислотную последовательность, обладающий триплетностью, комплементарностью, вырожденностью, неперекрываемостью, универсальностью и специфичностью.

13. Белок – синтезирующая система включает в себя активируемые АТФ и присоединенные к т-РНК под действием АРС- аз аминокислот, рибосомы, при работе использующие энергию ГТФ, м- РНК, которая присоединяется к малой субъединице рибосомы (40-S), белковые факторы инициации, элонгации (роста) и терминации, а также ионы Mg⁺⁺.

14. Инициирующий кодон в м- РНК – АУГ приводит к включению мет – тРНК^мет в пептидильный центр 60S – частицы транслирующей рибосомы.

15. После ввода следующей аа – тРНК по очередности кодонов в м –РНК, под действием пептидилтранферазы большой частицы рибосомы происходит образование –СО – NH- за счет разрыва макроэргической связи у ~ С – мет и

║

О

присоединения ее к свободной – NH₂ включении аминокислоты.

16. Рост полипептидной цепи заканчивается, когда скользящая рибосома достигает терминирующих триплетов УАГ, УАА или УГА. В данном случае действуют факторы терминации, освобождающие синтезированную полипептидную цепь от т-РНК и рибосомы.

17. Пострансляционная модификация белка заключается в частичном протеолизе, формировании пространственной структуры, присоединения небелковых групп.

18. Регуляция биосинтеза белка индукцией или репрессией происходит на генном уровне ДНК генами-регуляторами, действием дальних перед промотором областей энхастером (усилителей) или сайленсеров (тушителей) экспрессии, амплификацией (увеличение копий в определенных условиях).

19. В результате перемещения генов между хромосомами происходит генетическая рекомбинация, обеспечивающая образование полиморфных белков, которые могут быть и результатом генетической изменчивости в результате молекулярных мутаций, сопутствующих биологической эволюции.

20. Наследственные болезни – результат дефектов в генотипе, предрасположенность к которым в настоящее время можно обнаружить, используя современные технологии (полимеразная цепная реакция, использование рестриктаз и изучение полиморфизма длины рестракционных фрагментов). Конкретные примеры наследственных болезней рассматриваются в соответствующих разделах (гликогенозы, энзимопатии, нарушения обмена аминокислот и т.д.).

Контрольные вопросы по теме.

1. Что понимают под матричным биосинтезом белков и НК?

2. Дайте краткую характеристику основных этапов биосинтеза белка.

3. Объясните значение терминов и механизмы транскрипция и трансляция.

4. Из чего и как происходит биосинтез ДНК? (Основные этапы).

5. Из чего и как происходит биосинтез РНК? (Основные этапы).

6. Что такое генетический код, что такое ген, цистрон, оперон, антикодон?

7. Где в клетке осуществляется биосинтез белка? Какова роль НК (ДНК и РНК), участвующих в этом процессе, какова роль рибосом в биосинтезе белка?

8. Дайте объяснение стадиям биосинтеза: инициации, элонгации, терминации, формирование высших уровней структуры белка.

9. Механизм активации аминокислот в процессе биосинтеза белка. Написать реакцию.

10. Особенности строения транспортных РНК.

11. Роль аминоцил т-РНК-синтетаз в реализации генетического кода.

12. Строение и роль рибосом в биосинтезе белка.

13. Как осуществляется процесс трансляции?

14. Механизм инициации в ходе трансляции. Какая аминокислота может быть инициирующей?

15. Какие стадии можно выделить в процессе инициации биосинтеза белка на рибосоме?

16.Что представляет собой процесс элонгации?

17. Как происходит терминация (окончание) синтеза полипептидной цепи?

18. Как осуществляется регуляция биосинтеза белка по типу репрессии?

19. Как осуществляется регуляция биосинтеза белка по типу индукции?

20. Какие вещества могут служить индукторами биосинтеза белков?

21. как осуществляется регуляция белка гормонами?

22. Кодирующий участок информационной РНК 3´(УАЦ-5´). Какая аминокислота при биосинтезе белка будет включаться в полипептидную цепь и какое биологически активное вещество (укажите его действие) может образоваться из этой аминокислоты при ее декарбоксилировании.

Контрольные упражнения по теме.

1.

А. ДНК-полимераза β 1. удаляет праймеры

Б. ДНК-лигаза 2. участвует в образовании репликативной вилки

В. Оба 3. Входит в состав репликативного комплекса

Г. Ни один 4. Сшивает фрагменты Оказаки

2.

Репликация происходит:

А. в ядре клетки;

Б. один раз за время клеточного цикла;

В. с использованием рибонуклеозидтрифосфатов;

Г. при участии репликативного комплекса;

Д. с затратой энергии α NТР.

3.

А. ДНК-полимераза β 1. катализирует образование 3´-5´- фосфодиэфирной связи

Б. ДНК –полимераза δ 2. участвует в синтезе праймара

В. Обе 3. катализирует непрерывный синтез

лидирующей цепи

Г. Ни одна 4. удаляет праймеры

4.

Выберите ферменты репликации, участвующие в образовании 3´-5´- фосфодиэфирной связи

А. ДНК- полимераза δ

Б. ДНК лигаза

В. ДНК-полимераза α

Г. ДНК -хелиааза

Д. ДНК-полимераза β

5.

А. ДНК-полимераза β

Б. ДНК- лигаза

В. эндонуклеаза

Г. ДНК –интертаза

Д. –ДНК- N гликозидаза

1. достраивает поврежденную нуклеотидную цепь

2. гидролитически удаляет поврежденное основание

3. катализирует образование N-гликозидной связи.

6.

А. ДНК-инсертаза

Б. ДНК –N-гликозидаза

В. Оба

Г. Ни один

1. Активность не зависит от клеточного цикла

2. Гидролизует N-гликозидную связь

3. Присоединяет к дезоксирибозе азотистое основание

4. Гидролизует 3´-5´- фосфодиэфирной связи

7.

Выберите правильное описание свойств мРНК, поступающей из ядра в цитоплазму:

1. Является полным транскриптом соответствующих генов.

2. Имеет более короткую полинуклеотидную цепь, чем первичный транскрипт гена.

3. При молекулярной гибридизации с ядерной ДНК дает совершенные гибриды.

4. При гибридизации не дает совершенных гибридов.

8.

Выберите положения, правильно характеризующие свойства биологического кода:

1. Каждому кодону соответствует только одна аминокислота.

2. Одну аминокислоту могут кодировать несколько триплеров.

3. Смысл кодонов одинаков для всех видов живых организмов на Земле.

4. Каждой аминокислоте соответствует только один кодон.

5. Кодоны мРНК считываются в направлении от 5´- к 3´- к концу.

9.

Укажите для процесса трансляции:

А. матрицу; Г. алапторные молекулы;

Б. субстраты; Д. частицы, являющиеся местом синтеза;

В. источники энергии; Е. локализацию в клетке

10.

1. Перечислите структурные компоненты лактозного оперона Е.coli.

2. Опишите последовательность событий после внесения лактозы в среду.

3. Опишите последовательность событий после исчерпания лактозы в среде.

4. какие преимущества микроорганизмы получают от этого механизма регуляции.