Схема синтеза ДНК (репликации) 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Схема синтеза ДНК (репликации)



 

Порядок расположения нуклеозидтрифосфатов вдоль полинуклеотидной цепи матрицы ДНК в процессе репликации определяется чередованием нук-леотидов в матрице и осуществляется ДНК-полимеразойIII. В ДНК-полиме-разе имеются специфические центры связывания для матрицы,для 3’-конца растущей полинуклеотидной цепи и для вступающего в реакцию дезоксирибо-нуклеозид-5’-трифосфата. В процессе синтеза строго соблюдается принцип комплементарности, т.е. против аденина матрицы становится тимин,против гуанина матрицы – цитозин нуклеозидтрифосфатов. Между комплементарны-ми азотистыми основаниями матрицы и вновь синтезируемой полинуклеотид-ной цепи образуются водородные связи. Вновь синтезированная цепь не толь-ко комплементарна матричной цепи,но и имеет противоположную поляр-ность, т.е. антипараллельна.

 

Таким образом, в результате реакции синтеза ДНК на одной биспираль-ной молекуле ДНК-матрицы синтезируются две биспиральные молекулы ДНК, причем как качественное, так и количественное содержание нуклеотидных ос-татков в матричной и вновь синтезируемой нуклеиновой кислоте совпадают.

Каждая образовавшаяся двухспиральная молекула ДНК имеет одну старую (родительскую) и одну новую (дочернюю) цепь.

 

При синтезе ДНК происходит прямое копирование структуры матрицы и поэтому этот процесс получил название редупликации (или репликации).

Кроме синтеза ДНК на ДНК-матрице открыта система биосинтеза ДНК на РНК при посредстве фермента, названного обратной транскриптазой или ре-вертазой или РНК-зависимой ДНК-полимеразой. Этот фермент был обнаружен в 1970 году Д. Балтимором, Г. Теминым и С. Мизутани в составе различных вирусов. Новый путь синтеза ДНК получил название обратная транскрипция.

 

Особенность обратной транскрипции состоит в том, что в качестве матри-цы выступает РНК. В этом случае синтез ДНК на РНК протекает в два этапа. Вначале на одноцепочечной РНК-матрице с помощью фермента РНК-зависи-мой-ДНК-полимеразы (ревертазы) синтезируется одноцепочечная ДНК. В ре-зультате образуется биспиральная (т.е. двухцепочечная) РНК-ДНК-молекула, которая затем служит матрицей для синтеза ДНК. Второй этап катализируется ферментом ДНК-зависимой-ДНК-полимеразой.

 

 

60. Синтез РНК на матричной ДНК получил название транскрипции(перепи-сывания). В отличие от синтеза ДНК синтез РНК на матричной ДНК идет, как правило, только на отдельных участках одной из цепей ДНК.Специфичность синтеза РНК во многом определяется РНК-полимеразой,состоящей из боль-шого числа субъединиц и наделенной механизмом узнавания начальной точки синтеза, выбора соответствующей цепи ДНК и завершения процесса синтеза. Различные РНК-полимеразы катализируют синтез всех типов РНК:информа-ционной или матричной(и-РНК), транспортной (т-РНК) и рибосомальной (р-РНК). Транскрипция требует наличия всех четырех видов рибонуклеозид-трифоофатов: АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ. Отрезок ДНК подвергавшийся транс-крипции, получил название транскриптона (или оперона у прокариот). Транс-криптон включает несколько зон, имеющих разную функцию: промотор, опе-ратор, структурные гены, терминатор.

 

Биосинтез РНК начинается с зоны молекулы ДНК, получившей название промотора. Между промотором и информативной последовательностью нук-леотидных остатков ДНК располагается зона оператора. Если оператор не за-нят белком-репрессором, РНК-полимеразная реакция осуществляется путем транскрибирования (переписывания) вначале неинформативной зоны операто-ра, а затем информативной зоны гена(цистрона), в котором закодирована структура индивидуального белка или р-РНК или т-РНК. Образуются первич-ные транскрипты (пре-и-РНК, пре-р-РНК, пре-т-РНК). В дальнейшем происходит видоизменение синтезированной пре-РНК,сопровождающееся разру-шением ее неинформативной части и модификацией информативной части (т.н. процессинг – созревание) путем метилирования, присоединения нуклео-тидов и др.

 

Помимо матричного синтеза РНК известен и другой путь– неспецифиче-ский синтез РНК. В этом случае исходными соединениями служат рибонукле-озиддифосфаты. Реакция идет с выделением фосфорной кислоты и образова-нием фосфодиэфирного мостика от 5’-го к 3’-му углеродному атому остатков рибозы. Реакция ускоряется специфическим ферментом– полинуклеотидфос-форилазой, причем без участия полинуклеотида ДНК-матрицы и не обязатель-ного одновременного присутствия в сфере реакции всех четырех видов рибо-нуклеотидов (АДФ, ГДФ, УДФ и ЦДФ). Синтез РНК идет в этом случае даже из одного и того же вида или из различных видов нуклеозиддифосфатов. Реак-ция обратима. Биологическое значение образования в организме неспецифиче-ской РНК не ясно. Полагают, что синтетическая активность полинуклеотид-фосфорилазы в клетке, вероятно, не используется и биологическая функция фермента заключается в фосфоролитическом разложении и-РНК с сохранени-ем макроэргических связей за счет образования рибонуклеозид-5'-дифосфатов.

 

Изучение закономерностей биосинтеза нуклеиновых кислот привело к от-крытию важнейшего механизма воспроизведения специфичности структуры при их новообразовании. Этот механизм сводится к взаимодействию компле-ментарных пуриновых и пиримидиновых оснований матрицы и нуклеозид-трифосфатов, из которых указанный синтез осуществляется.

Таким образом, комплементарный синтез по матрице оказался ведущим механизмом воспроизведения специфичности структуры при новообразовании нуклеиновых кислот. Этот же принцип имеет огромное значение и при специ-фическом воспроизведении первичной структуры белковых молекул, осущест-вляемом с помощью нуклеиновых кислот (т.н. матричный синтез белка).

Матричный биосинтез белков является фундаментом современных пред-ставлений о механизме синтеза белков в организме.Нематричный мультиэн-зимный путь синтеза полипептидов, как полагают (Ф. Липман), присущ, наря-ду с матричным, в основном микроорганизмам. С его помощью, в частности, могут синтезироваться некоторые антибиотики пептидной природы(грамици-дин, тироцидин, микобациллин), а у высокоорганизованных организмов – син-тезируются ди- и трипептиды

 

61. Весь процесс синтеза белков можно подразделить на три основных этапа. На первом этапе, именуемом транскрипцией (переписыванием), происходит синтез молекул информационных и-РНК на матричный ДНК. В и-РНК «пере-писывается» код, с помощью которого кодируется белок, и-РНК поступают в рибосомы. Таким путем происходит передача информации о строении синте-зируемого белка в места их непосредственного образования. Второй этап, обо-значаемый термином рекогниция(«узнавание»), заключается в соединении предварительно активированных аминокислот, необходимых для синтезируе-мых полипептидных цепей белка, со специфическими транспортными РНК (т-РНК) и доставке их в таком виде в рибосомы. Наконец, третий этап – транс-ляция («перевод») состоит в переводе нуклеотидной последовательности и-РНК в аминокислотную последовательность полипептидной цепи в процессе синтеза белка на рибосоме.

 

Стадия трансляции собственно и является синтезом белка, происходящим на рибосоме.

63. Различают два механизма регуляции биосинтеза белка — 1) на уровне транскрипции; 2) на уровне трансляции.

1) Французские ученые Жакоб и Мано в 1961 году предложили схему регуляции биосинтеза белка на уровне гена-регулятора и транскрипции. Они установили, что в молекуле ДНК есть участки (транскриптоны, или опероны), где закодировано строение специфических РНК – структурные гены (3% от всех генов) и регуляторные участки (97%). Непосредственно перед структурными генами располагаются регуляторные участки — ген-оператор и промотор. С промотором связывается фермент – РНК-полимераза, «запускающий» механизм биосинтеза белка, начиная с транскрипции. Это возможно только в том случае, если ген-оператор и промотор свободны. Большинство этих участков находится в нерабочем состоянии, «репрессированы», т.к. ген-оператор и промотор связаны с белком-репрессором (70-80%). Этот белок синтезируется в ядре. Информация об этом белке заложена в гене-регуляторе. Т.о., белок-репрессор останавливает транскрипцию. Когда необходимо начать синтез определенного белка, на ген-регулятор действуют регуляторные агенты – стероиды и др., они блокируют этот ген и белок-репрессор не образуется, а значит транскрипция возможна и необходимый белок синтезируется (репрессорный механизм – показать на пленке).

Существует другой механизм регуляции на уровне транскрипции – индукторный. Ряд веществ (циклические нуклеотиды, некоторые метаболиты) могут связывать белок-репрессор, тем самым открывая путь для синтеза белка – показать на пленке. Регуляция на уровне транскрипции также связана с гистонами и другими белками, связанными с ДНК. Комплексы белков с ДНК функционально не активны, большинство генов в ДНК подавлены. Предполагается, что около 20-30% генов может синтезировать мРНК. При этом даже активные гены функционируют периодически, по мере изменения потребности клетки. Уменьшить, снять блокирование, можно ослабив связь гистонов с молекулой ДНК путем фосфорилирования, ацетилирования или метилирования, т.к. эти процессы нейтрализуют заряд на гистоне.

3) регуляция на уровне трансляции. Важное значение имеет обеспеченность клетки аминокислотами, особенно незаменимыми. При недостатке какой-либо аминокислоты задерживается образование соответствующей аминоацилтРНК, что ведет к торможению трансляции.

Известны различные ингибиторы белкового синтеза, действующие либо на сами м-РНК, либо на процессы инициации, элонгации или терминации. Например, антибиотик пуромицин останавливает элонгацию пептидной цепи. Он обладает сходством с аминоацилтРНК и связывается с синтезирующимся пептидом. Но пуромицин не имеет петлю антикодон, вследствии этого не может соединяться с мРНК и взаимодействовать с новой аминоацилтРНК. Образовавшийся пептидилпуромицин отделяется от рибосомы и синтез белка прекращается. На уровне трансляции действуют и другие антибиотики – тетрациклин, левомицетин, стрептомицин и др.

Антибиотики могут влиять не только на трансляцию, например, имеются антибиотики, препятствующие разделению цепей ДНК (метамицин); антибиотики, прекращающие транскрипцию (актиномицин, канамицин).

62. Трансляция (биосинтез белка)

Это перевод генетической информации, хранящейся в м-РНК в виде определенной последовательности кодонов, в линейную последовательность аминокислот п/п цепи белка. Этот процесс можно разделить на 5 стадий:

активирование аминокислоты и образование аминоацил-т-РНК (происходит в цитоплазме клеток);

образование инициирующего комплекса;

элонгация, т.е. удлинение п/п цепи;

терминация (окончание роста п/п цепи) и отделение ее от рибосомы.

Образование нативной структуры белка.

Активирование аминокислоты п роисходит в цитозоле постоянно, для этого необходимы: набор аминокислот, т-РНК, специфические для каждой аминокислоты аминоацил-т-РНКсинтетазы (АРС-азы) и ионы магния как активаторы этих ферментов. Процесс активации состоит из 2-х реакций:

образование аминоациладенилата за счет энергии АТФ

Для этой реакции требуется соответствующая АРСаза, которая имеет три участка в активном центре. 1-ый участок не обладает специфичностью, он одинаков для всех ферментов, это место присоединения АТФ

П-ой участок обладает строгой специфичностью, сюда присоединяется определенная АК, по которой и называется АРСаза, например, если она присоединяет метионин, то называется метионил-т-РНК-синтетаза

Ш-й участок также является строго специфичным участком, может соединиться только с опеределенной т-РНК.

Т.О. фермент необходим для узнавания АК и т-РНК.

2) образование транспорт-активированной формы аминокислоты – аминоацил-т-РНК

Такая активная форма аминокислоты с помощью т-РНК доставляется к рибосоме, где идет биосинтез белка. Место каждой аминокислоты в этой цепи определяется с помощью антикодона т-РНК.

Второй этап– образование инициирующего комплекса.

Для образования инициирующего комплекса необходимы: м-РНК, рибосома, аминоацил-т-РНК, ГТФ, ионы магния, ферменты инициации. м-РНК соединяется с малой субъединицей рибосомы так, что в участке “Р” устанавливается инициирующий кодон, чаще АУГ, который кодирует метионин. Метионил-т-РНК присоединяется к АУГ водородными связями,

т-РНК своим 4-ым центром прикрепляется к большой субъединице рибосомы. Т.о., создается условие, необходимое для биосинтеза белка – целостность рибосомы. Структура, включающая обе субъединицы рибосомы, м-РНК с инициирующим кодоном и связанную с ним метионил-т-РНК называют инициирующим комплексом.

Третий этап – элонгация. Эта стадия протекает столько раз, сколько нужно присоединить остатков аминокислот. Ко второму кодону, находящемуся в участке “А”, подходит комплементарная аминоацил-т-РНК. Антикодон т-РНК присоединяется ко второму кодону м-РНК. Под действием пептидилтрансферазы разрывается макроэргическая связь между АК-1 и т-РНК-1. За счет этой энергии происходит образование пептидной связи между углеродом карбонильной группы метионина и иминогруппой АК-2. Затем рибосома делает один шаг по м-РНК и в участке “Р” оказывается дипептид. Свободная т-РНК оказывается за пределами рибосомы и может снова использоваться для транспорта своей аминокислоты. К участку “А” подходит очередная аминоацил-т-РНК и если ее антикодон соответствует кодону в этом участке, то происходит присоединение аминоацил-т-РНК к антикодону и все реакции повторятся. Так, рибосома делает шаг за шагом по м-РНК, пока не будет считана вся информация данной м-РНК.

Четвертый этап – терминация. Она наступает тогда, когда на участке “А” устанавливается стоп-кодон (УАА, УАГ, УГА). Этим кодонам не соответствует ни одна аминокислота. Поэтому с помощью факторов терминации происходит отщепление синтезированного полипептида от конечной т-РНК, происходит диссоциация рибосомы. Если клетке необходимо несколько белков с одинаковой структурой, то на одну м-РНК нанизывается несколько рибосом, образуя полисому. М-РНК, отделившись от рибосомы, гидролизуется рибонуклеазами, поэтому продолжительность жизни у них невелика, но за время жизни они интенсивно работают, соединяя за 1 секунду около 20 аминокислот.

Пятый этап – образование нативной структуры белка (фолдинг). Образовавшийся белок тоже является незрелой молекулой и подвергается созреванию. Этот процесс носит название посттрансляционные изменения молекулы белка.

Отщепляется инициирующая АК, иногда даже пептид, который называется сигнальный. Затем созревшая молекула подвергается фолдингу (приобретение вторичной, третичной и четвертичной структуры), т.е. АК могут гидроксилироваться, если синтезируется сложный белок, то возможны реакции гликозилирования, сульфатирования, присоединения металлов, витаминов и только после этого происходит скручивание пп цепей, образование глобулы и т.д..



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 139; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.83.187.36 (0.027 с.)