S – показники седиментації: швидкість осадження молекул в процесі центрифугування; 1S – 10-13сек.

Трансляція

У прокаріотів транскрипція і трансляція пов’язані між собою і відбуваються у цитоплазмі, а в еукаріотів ці процеси розірвані у часі та просторі завдяки наявності ядерної оболонки.

Трансляція відбувається на рибосомах, які складаються з двох субодиниць і становлять собою складний мультимерний комплекс із кількох рРНК і багатьох білків.

Прокаріоти → 70S: 16S → 30S; 21S + 5S→ 50S

                         більше 50 білків

Еукаріоти → 80S: 18S → 40S; 28S + 5S + 5,8S → 60S

                       близько 100 білків

Прокаріоти, хлоропласти і мітохондрії мають рибосоми, в яких співвідношення рРНК і білків = 2:1.

Еукаріоти → 1:1.

У складі рибосом рРНК знаходиться у вигляді солей магнію та кальцію.  При зниженні концентрації магнію рибосоми дисоціюють на субодиниці, котрі за наявності відповідних компонентів можуть знову об’єднатись у цілісний комплекс.

Для цього необхідна попередня активація АК, які за участю АТФ приєднуються до відповідних тРНК, що містять антикодони. Внаслідок виродженості генетичного коду (1 АК → кілька кодонів) кожній АК відповідає кілька тРНК, які називаються ізоакцепторними тРНК (~75).

Вони накопичуються біля меншою із субодиниць рибосоми, до якої приєднується іРНК та ініціаторна тРНК з відповідною АК.

Цей комплекс набуває здатності реагувати з більшою одиницею. Формуються 2 активні центри рибосоми:

▫ А–центр забезпечує приєднання АА-тРНК з АК,

▫ П-центр відповідає за утворення пептидного зв’язку між АК.

Переміщення іРНК на 1 кодон спричинює випадіння з рибосоми відпрацьованої молекули тРНК, а між двома сусідніми амінокислотами утворюється пептидний зв’язок.

Пройшовши через одну рибосому, звільнений кінець іРНК може прикріплюватися до іншої, започатковуючи синтез нової білкової молекули. Внаслідок цього на одній іРНК може одночасно синтезуватися чимало поліпептидів.

Термінація біосинтезу білка завершується на стоп - кодонах, до яких не має жодної тРНК (УАГ, УГА, УАА). Пептидний ланцюг, що має первинну структуру, опиняється у цитоплазмі, де формуються відповідні II, III і IV структури білкових молекул.

Адекватне протікання всіх етапів біосинтезу білка здійснюється за допомогою відповідних білкових факторів і потребує чимало енергії АТФ або ГТФ.

Регуляція експресії генів

У прокаріотів реалізація дії генів регулюється головним чином на рівні транскрипції і лише зрідка –на початку трансляції.

САМОСТІЙНО: лактозний оперон

ключові слова:

▫ оперон, білок – репресор,

▫ ген – оператор,

▫ РНК-полімераза,

▫ негативна і позитивна регуляція,

▫ цАМФ.

В еукаріотів оперонні структури не виявлені, а експресія генів здійснюється набагато гнучкіше. Це зумовлюється наявністю більш численних рівнів регуляції.

Регуляторні сегменти ДНК утворюються складними наборами відносно коротких послідовностей нуклеотидів, які можуть знаходитись у різних місцях ДНК і на різних відстанях від сайтів транскрипції. Це означає, що функція будь-якого гену контролюється численними регуляторними впливами.

Зокрема, таку роль можуть виконувати:

▫ Енхансери – ділянки ДНК, що можуть знаходитися досить далеко від гену, який експресується. Вони посилюють транскрипцію через модифікацію нуклеосом, які стають менш компактними. 

▫ Репресори (супресори) можуть вибірково гальмувати синтез РНК.     Зосереджені в районах центромер і теломер → зв’язки з ядерною мембраною → вибіркової доступність генів для транскрипції.

▫ Білкові фактори ініціації, елонгації і термінації регулюють експресію внаслідок того, що без них РНК-полімераза та інші ферменти не можуть самостійно каталізувати необхідні реакції біосинтезу

▫ Просторові зміни ДНК → перехід від В- до Z- форми ДНК призводить до зменшення здатності зв’язувати РНК-полімеразу. Утворення Z-форми полегшується у місцях із метильованим цитозином.

▫ Структурні зміни хроматину → рівень експресії досить великий тільки в "розгорнутих" ділянках. Нуклеосоми з активними генами містять мало Н1, багато ацетильованих гістонів і НГБ.

▫ Хімічні модифікації нуклеотидів, наприклад,

- метилування кінцевих залишків цитозину одного гену може спричинювати зменшення або повне припинення експресії сусіднього гену. Цей процес відіграє суттєву роль в диференціації клітин у ранньому ембріогенезі.

- зростання концентрації натрію, ацетилування та фосфорилювання гістонів викликає швидку деконденсацію хроматину з наступною експресією відповідних генів 

- фосфорилювання НГБ веде до зміцнення їх зв’язку з ДНК і блокуванню транскрипції

▫ Наявність білків репресорів або активаторів транскрипції, які регулюють  взаємодію РНК-полімерази з промоторами. Подібну функцію можуть виконувати і деякі  метаболіти, що відіграють роль корепресорів або коактиваторів.

▫ Тривалість життя мРНК, яка залежить від її вторинної структури

▫ Гормони здійснюють регуляторний вплив різними способами. Зокрема, ефект стероїдних гормонів зумовлюється числом молекул рецепторів на мембранах клітин-мішеней.  У комплексі з таким рецепторним білком ці гормони переміщуються в ядро, де взаємодіють із НГБ та специфічною ділянкою ДНК, що має властивості енхансера. Внаслідок цього активуються відповідні гени і починається синтез специфічних для цієї клітини білків. Решта гормонів здійснює свій вплив на транскрипцію через цАМФ, який сприяє фосфорилюванню гістонів, зменшенню сили їхнього зв’язку з ДНК і активації відповідних генів.

▫ Нервова регуляція

▫ Зовнішні фактори

Зокрема тепловий шок та інші стресові фактори ініціюють припинення синтезу нормальних білків і початок експресії білків теплового шоку. Їх число зростає з 1 молекули на клітину до тисяч. Вони практично однакові у різних організмів, а мутації відповідних генів – летальні. Це свідчить про те, що такі білки відіграють дуже важливу роль у пристосувальних реакціях організму.

Всі регуляторні системи еукаріотів взаємодіють між собою, формуючі складну генну сітку, що сприяє практично безмежній пластичності геному і створює підмурівок для його мінливості.