Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
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..
|
|||||||||
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.) |