No56 matrichnye processy
-
Upload
bioinformaticsinstitute -
Category
Documents
-
view
637 -
download
0
Transcript of No56 matrichnye processy
![Page 1: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/1.jpg)
Молекулярная биология для биоинформатиков
• Академический университет
• Ефимова Ольга Алексеевна
В презентации выборочно использованы слайды из курсов «Биохимия» и «Молекулярная биология» и «Молекулярная генетика СПбГУ
![Page 2: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/2.jpg)
• Репликация
• Транскрипция
• Трансляция
Лекция 5,6 – Матричные процессы
Направление матричных процессов всегда соответствует 5’ – 3’, т.е. присоединение новых нуклеотидов происходит на 3’ конце
![Page 3: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/3.jpg)
Перенос генетической информации
ТрансляцияТранскрипция
Репликация
Центральная догма: ДНК-РНК-белок
![Page 4: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/4.jpg)
Жизнь зависит от 3 молекул
• ДНК– Содержит информацию о работе клетки
• РНК (мРНК)– Передает эту информацию в различные части клетки
– Служит матрицей для синтеза
• Белки– Образуют ферменты, катализирующие различные
процессы в клетке
– Образуют основные структурные компоненты живого организма
![Page 5: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/5.jpg)
ДНК: основа жизни• Деоксирибонуклеиновая кислота• Полимерная молекула
– Углеводно-фосфатный скелет
– Основания одной цепи соединяются с другой цепью путем водородных связей
![Page 6: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/6.jpg)
Двойная спираль ДНК
• Модель Уотсона-Крика– Используя рентгеновские снимки структуры ДНК
• В соответствии с этой моделью ДНК:– Спираль из 2 комплементарных анти-параллельных цепей– Правозакрученная– Стабилизованная водородными связями– Основания находятся внутри спирали
• Пуриновые основания образуют водородные связи с пиримидиновыми.
![Page 7: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/7.jpg)
Доказательства генетической роли ДНК
Трансформация бактерий. Ф.Гриффитс, 1928 г. – доказал, что ДНК способна переносить наследственные свойства между штаммами пневмококков
S-форма – патогенна для мышей, имеет полисахаридную оболочку, образует гладкие блестящие колонии на питательной среде. Формы: IS, IIS, IIIS и т.д.
R-форма – непатогенна для мышей, нет полисахаридной оболочки, образует шероховатые колонии на питательной среде. Формы: IR, IIR, IIIR и т.д.
Если ввести мышам убитые нагреванием клетки формы IIIS и добавить живые клетки IIR, то мыши погибают и из их трупов можно выделить клетки IIIS. Следовательно, живые клетки IIRтрансформируются в присутствии убитых нагреванием клеток IIIS, приобретая свойства патогенности.О.Эвери, К.МакЛеод, М.МакКарти, 1944 г. – идентифицировали трансформирующий агент как ДНК.
![Page 8: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/8.jpg)
Доказательства генетической роли ДНК
PLAY
Размножение бактериофагов. А.Херши, М.Чейз, 1952 г.
![Page 9: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/9.jpg)
Репликация ДНК
• Доказательства полуконсервативного способа репликации ДНК (Meselson, Stahl,
1958)
• Ферментативный аппарат репликации ДНК
![Page 10: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/10.jpg)
а) Полуконсервативный
б) Консервативный
в) Дисперсный
![Page 11: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/11.jpg)
Использовали колонии бактерий E.coli, которым давали единственный источник азота – 15NH4Cl
М.Мезельсон, Ф.Сталь предложили спопоб, позволяющий различать исходные молекулы ДНК и молекулы-потомки:Равновесное центрифугирование в градиенте плотности CsCl. Для мечения вновь синтезируемых молекул использовали утяжеляющую метку - 15N
![Page 12: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/12.jpg)
Эксперимент Мезельсона и Сталя
Градиент:
1,66 – 1,76 г/см3
Центрифугирование в течение 50 – 60 часов при 100 000 g приводит к формированию градиента плотности CsCl и образованию полос ДНК
Ув
ели
чен
ие
пл
отн
ост
и
в
![Page 13: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/13.jpg)
: ИсходнаяДНК/тяжелая тяжелая
1- : епоколениевсятяжелая/легкая
2- :епоколение 2 тяжелые/легкие 2 /легкие легкие
3- : епоколение2 тяжелые/легкие 6 /легкие легкие
Центрифугирование в течение 50 – 60 часов при 100 000 g приводит к формированию градиента плотности CsCl и образованию полос ДНК Репликация
Репликация
Репликация
![Page 14: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 16: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/16.jpg)
В 1958 г. А. Корнберг открыл ферментативную реакцию синтеза ДНК из мономеров путем конденсации нуклеотидтрифосфатов и впервые выделил из клеток E.coli фермент ДНК-полимеразу I.
Нобелевская премия, 1959 г.
А. Корнберг (1918)
Трехмерная структура фрагмента
Кленова ДНК-полимеразы I
![Page 17: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/17.jpg)
Участники реакции:
ОН
1. Матрица
2. Затравка 3’-ОН (праймер)
3. Нуклеозидтрифосфаты
4. ДНК зависимая ДНК-полимераза
![Page 18: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/18.jpg)
Впоследствии было открыто еще 2 полимеразы:ДНК-полимераза IIДНК-полимераза III
Истинной репликазой оказалась ДНК-полимераза III
Но: ни одна из ДНК-полимераз не может начать синтез сама, всем требуется затравка – наличие свободной –ОН группы
![Page 19: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/19.jpg)
СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ДНК-ПОЛИМЕРАЗ E.coli
ДНК-полимеразы IV и V (1999) вовлечены в необычные формы репарации ДНК
![Page 20: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/20.jpg)
CУБЪЕДИНИЧНЫЙ СОСТАВ ХОЛОФЕРМЕНТА ДНК-
ПОЛИМЕРАЗЫ III E.coli
![Page 21: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/21.jpg)
Структура ориджина репликации(ori) E.coli
Инициация репликации (E.coli)
![Page 22: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/22.jpg)
Инициация репликации (E.coli)
Связывание инициаторного белка dnaA c ДНК
OriC:
![Page 23: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/23.jpg)
Присоединение геликазы и праймазы
![Page 24: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/24.jpg)
3
Полимераза III
5’ → 3
’
Лидирующая цепь
Пары оснований
5’
5’
3’
3’
Общая схема репликации ДНК. Элонгация репликации
Геликаза +
Инициаторные белки
ATP
SSB-белки
РНК-праймер
праймаза
2Полимераза III
Отстающая цепь
Фрагменты оказаки
1
РНК-праймеры замещаются ДНК-полимеразой I, разрывысоединяются ДНК-лигазой
![Page 25: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/25.jpg)
Как ДНК-полимераза перемещается к точке
начала синтеза нового фрагмента Оказаки?
![Page 26: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/26.jpg)
БЕЛОК ФУНКЦИЯ МОЛ.ВЕСkDa
Элонгация репликации
Геликаза (Dna B) Расплетание двойной цепи 300
SSB Связывает одноцепочечную ДНК 75,6
ДНК-полимераза III
α
Элонгация вновь образующейся цепи
полимеразная активность 130
ε корректирующая 3’-5’- экзонуклеазная 27
β скользящий зажим 40
δγ
загрузчик зажима (clamp loader) 3252
τ димеризация кора 71
χ Взаимодействие с SSB-белками 16,6
ψ Взаимодействие с γ и χ субъединицами 15,2
θ ? 10
ДНК-полимераза I удаление РНК-праймеров 103
ДНК-лигаза соединение разрывов в отстающей цепи 74
ДНК-топоизомераза II Снятие торсионного стресса при расплетании
400
![Page 27: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/27.jpg)
Коррекция ошибок ДНК-полимеразой III
![Page 28: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/28.jpg)
За корректирующую активность ответственна ε-субъединица ДНК-полимеразы III
![Page 29: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/29.jpg)
Удаление РНК-праймеров
ДНК-полимеразой I
![Page 30: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/30.jpg)
Соединение фрагментов Оказаки
![Page 31: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/31.jpg)
«Вилка репликации»
Терминация репликации
![Page 32: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/32.jpg)
Хромосома E. coli (4,2 млн. нуклеотидов) – один репликон
84 min
C
![Page 33: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/33.jpg)
Организация области терминации репликации у E. coli
tus (tbp) 36 кДа
aattagtatgttgtaactaaagt
![Page 34: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/34.jpg)
Завершение репликации
Топоизомераза 2 (гираза) (gyrA и gyrВ)Топоизомераза 4 (parCи parE)
![Page 35: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/35.jpg)
Две репликационные вилки движутся в противоположном направлении
Окончательное разделение молекул ДНК происходит с участием топоизомераз;
Образуются суперспирализованные молекулы
Репликация с образованием θ-
структуры
PLAY
![Page 36: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/36.jpg)
Репликация кольцевой ДНК у прокариот начинается в локусе OriC,
заканчивается в области TerC.
Инициатором репликации является белок DnaA.
Репликацию ДНК осуществляет реплисома - динамичный мультисубъединичный белковый комплекс.
Взаимодействие субъединиц ДНК-полимеразы III с другими белками реплисомы увеличивает скорость и процессивность фермента.
Репликация происходит в направлении 5’ 3’, одной цепи (лидирующей) неперерывно, другой (отстающей) – прерывисто.
Репликация отстающей цепи включает дополнительные этапы: узнавание сайтов связывания праймазы, синтез праймеров, синтез фрагментов Оказаки, диссоциацию полимеразы, удаление праймеров, лигирование.
Обе цепи реплицируются синхронно, что достигается взаимодействием ДНК-геликазы, ДНК-праймазы и ДНК-полимеразы и торможением синтеза лидирующей цепи во время синтеза праймеров.
![Page 37: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/37.jpg)
Эукариотические ДНК-полимеразы:
1. Polymerase α (alpha): nuclear, DNA replication, no proofreading
2. Polymerase β (beta): nuclear, DNA repair, no proofreading
3. Polymerase γ (gamma): mitochondria, DNA repl., proofreading
4. Polymerase δ (delta): nuclear, DNA replication, proofreading
5. Polymerase ε (epsilon): nuclear, DNA repair (?), proofreading
6. Different polymerases for nucleus and mtDNA
7. Some proofread; others do not.
8. Some used for replication; others for repair.
![Page 38: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/38.jpg)
Множественные ориджины эукариот
В ядрах млекопитающих при репликации обнаруживается до 150 центров репликации - «репликативных единиц», «репликативных фокусов» или «репликативных фабрик»
В центрах репликации аккумулируются все белки, участвующие в этом процессе.
![Page 39: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/39.jpg)
Возможно, ориджины высших эукариот не содержат
консенсусных последовательностей.
Функционирование ориджина может определяться
контекстом, структурой хроматина, локализацией
нуклеосом.
Общая закономерность структуры инициаторных
участков – обогащенность АТ-парами.
Инициация репликации у эукариот
![Page 40: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/40.jpg)
Элонгация репликации ДНК у эукариотических организмов
Replisome
Polα primase holoenzyme
Pol1 Cdc17
Polymerase priming; replication of lagging strands
Polδ holoenzyme Pol3 Cdc2
Bidirectional replication
Polε holoenzyme Pol2 Cdc20
Bidirectional replication
Rfc1-5 complex PCNA clamp loading
PCNA Pol30 Polymerase clamp
RPA1-3 complex SSB SSB coats ssDNA
![Page 41: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/41.jpg)
Свойства ДНК-полимеразы альфа Относится к семейству В ДНК-полимераз.
Высокая точность репликации (1 ошибка на 106)
Обладает активностью праймазы и инициирует синтез ДНК de novo. Продуктом реакции является РНК-ДНК праймер (40 нуклеотидов, 10 из которых РНК)
Низкая процессивность
Активность зависит от фосфорилирования субъединиц. Фосфорилирование в начале S-фазы, дефосфорилирование при выходе клетки из митоза
Нет 3’-5’ экзонуклеазной активности
Взаимодействует с ORC-комплексом и, возможно, с RPA (replicative protein A)
![Page 42: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/42.jpg)
Свойства ДНК-полимеразы дельта
Относится к семейству В ДНК-полимераз
Высокая точность репликации
Дельта-полимераза нужна для репликации обеих цепей
Низкая процессивность (10-20 нуклеотидов), которая увеличивается при взаимодействии N-конца каталитической субъединицы с белком PCNA (proliferating cell nuclear antigen)
Обладает 3’-5’ экзонуклеазной активностью, которая повышается в присутствии белка RPA
![Page 43: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/43.jpg)
Свойства ДНК-полимеразы эпсилон
Относится к семейству В ДНК-полимераз
Высокая точность репликации
Эпсилон-полимераза присутствует в вилке репликации, может заменять полимеразу-дельта на отстающей цепи
Высокая процессивность
Обладает 3’-5’ экзонуклеазной активностью
Фосфорилирование в S-фазе не влияет на активность
![Page 44: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/44.jpg)
Свойства белков, участвующих в элонгации репликациии
RPA – гетеротример, имеет 4 ДНК-связывающих домена, стимулирует активность геликазы (МСМ), необходим для сборки праймосомы, функциональный гомолог ssb E. сoli.
RFC – комплекс 5 белков, катализирует присоединение PCNA к ДНК для начала синтеза фрагмента Оказаки, функциональный гомолог γ-комплекса E. сoli. PCNA (proliferating cell nuclear antigen) – гомотример, третичная структура одинакова у всех эукариот, функциональный гомолог β-субъединицы ДНК-полимеразы III E. сoli.
![Page 46: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/46.jpg)
Транскрипция
• ДНК-зависимый синтез РНК – транскрипция
• Ферментативный аппарат транскрипции –ДНК-зависимая РНК-полимераза
• Этапы транскрипции: • инициация, • элонгация, • терминация
![Page 47: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/47.jpg)
Транскрипция
![Page 48: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/48.jpg)
ДНК
РНК
A T G C
U A C G
││ ││ │││ │││
1. Матричный процесс
2. Образуются Уотсон-Криковские пары
РНК-продукт не остаетсякомплементарно связанным с матрицей;
по окончании синтеза двойная спиральвосстанавливается;
одноцепочечнаяРНК высвобождается;
синтезированные РНК – копии ограниченныхУчастков ДНК
![Page 49: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/49.jpg)
Матрица
![Page 50: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/50.jpg)
ПРОДУКТЫ ТРАНСКРИПЦИИ ПРОКАРИОТ
• Матричные РНК (мРНК) – короткоживущие посредники в процессе переноса информации от ДНК к белку
• Рибосомные РНК (рРНК) – компонент рибосом и рибонуклеопротеиновых частиц
• Транспортные РНК (тРНК) – доставка аминокислот к рибосомам
![Page 51: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/51.jpg)
ПРОДУКТЫ ТРАНСКРИПЦИИ ЭУКАРИОТ
•Гетероядерные РНК– предшественники мРНК (mRNA)
•Рибосомные РНК (rRNA)
• Транспортные (tRNA)
• Малые ядерные (snRNA) – компоненты сплайсосомы и др.функции
• Малые ядрышковые РНК (snoRNA) – процессинг рРНК и тРНК
• МикроРНК (miRNA) – напр., индукция и супрессия опухолей
•Малые интерферирующие РНК (siRNA), ассоциированные с повторами
![Page 52: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/52.jpg)
РНК полимераза (прокариоты)
![Page 53: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/53.jpg)
Инициация транскрипции у прокариот
Не нужна затравка
Синтез начинается с определенного нуклеотида (+1)
Начало синтеза определяетсяпромотором
За узнавание промотораответственна σ-субъединица
Направление синтеза 5’→3’
![Page 54: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/54.jpg)
Структура прокариотического промотора
![Page 55: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/55.jpg)
![Page 56: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/56.jpg)
Рибонуклеотидтрифосфаты
Полимераза слабо связывается с промотором, формируя закрытый комплекс
Полимераза связывается более плотно, ДНК расплетается в области -10, формируется открытый комплекс.
После начала синтеза РНК, как только полимераза минует промотор, σ-субъединица диссоциирует
ПромоторРНК-полимераза Инициация
транскрипции
![Page 57: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/57.jpg)
Инициация транскрипции
![Page 58: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/58.jpg)
Элонгациятранскрипции
Двуцепочечная ДНК
Кор РНК-полимеразыРибонуклеозидтрифосфатыЦепь
ДНК-матрицы
Новая цепь РНК
НАПРАВЛЕНИЕ ТРАНСКРИПЦИИ
![Page 59: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/59.jpg)
![Page 60: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/60.jpg)
Цепи ДНК
![Page 61: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/61.jpg)
Rho-независимая терминация транскрипции
терминация
![Page 62: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/62.jpg)
Rho-зависимая терминация
транскрипции
![Page 63: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/63.jpg)
ДНК-зависимые РНК-полимеразы эукариот
Транскрипция у эукариот
![Page 64: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/64.jpg)
2006 г. Нобелевская премия по химии присуждена Роджеру Корнбергу
(Roger Kornberg)
за фундаментальное исследование механизма
копирования клетками генетической информации (транскрипции) эукариот на на молекулярном уровне.
![Page 65: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/65.jpg)
Субъединичная структура эукариотической РНК-полимеразы II
И
![Page 66: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/66.jpg)
Инициация транскрипции
![Page 67: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/67.jpg)
![Page 69: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/69.jpg)
Процессинг РНК:
1. Процессинг рРНК и тРНК: выщепление под действием эндонуклеаз из высокомолекулярного предшественника (прокариоты, эукариоты)
2. Процессинг иРНК (только эукариоты):кэпированиеполиаденилирование
сплайсингредактирование
![Page 70: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/70.jpg)
СХЕМА ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ ПРЕ-МРНК
Кэп (модифицированный гуанилат)
ЭКЗОНЫ
ИНТРОНЫ
![Page 71: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/71.jpg)
СТРУКТУРА КЭПА7-метил
гуанозин
5’,5’-трифосфатная связь
Иногда метилирована
![Page 72: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/72.jpg)
Полиаденилирование(до сигнала терминации)
![Page 73: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/73.jpg)
Сплайсинг пре-мРНК
![Page 74: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/74.jpg)
Трансляция (биосинтез белка)
• Особенности генетического кода• Основные этапы трансляции:• Активация аминокислот
(особенности структуры тРНК, синтез аминоацил-тРНК);
• Инициация(структура рибосом, белковые факторы, синтез первой пептидной связи);
• Элонгация;• Терминация;• Процессинг белка. Пост-трансляционная
модификация – добавление липидов, сахаров, фосфатов, сульфатов и.т.д.
![Page 75: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/75.jpg)
![Page 76: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/76.jpg)
Robert W. Holley Har Gobind Khorana Marshall W. Nirenberg
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968"for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis"
![Page 77: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/77.jpg)
ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА
•триплетность
•неперекрываемость
•вырожденность
![Page 78: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/78.jpg)
Расшифровка генетического кода
Мутационный анализ: точечные мутации приводили к замене одной АК
Бесклеточные системы трансляции PolyA - пролин
PolyС - лизин
Cинтетический полинуклеотид (AAG)n
может быть прочитан с трех рамок считывания
Трансляция на рибосомах в бесклеточной системе
полилизин полиаргинин полиглутамат
![Page 79: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/79.jpg)
Первое основание
Второе основание
Третье основание
![Page 80: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/80.jpg)
5’ – A T G C C T A G G T A C C T A T G A – 3’3’ – T A C G G A T C C A T G G A T A C T – 5’
5’ – A U G C C U A G G U A C C U A U G A – 3’
5’ – A U G C C U A G G U A C C U A U G A – 3’
N-Met - Pro - Arg - Tyr - Leu-C
DNA
Транскрипция
Трансляция
mRNA
Белок
![Page 81: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/81.jpg)
Неперекрывающийся код
Перекрывающийся код
![Page 82: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/82.jpg)
ВЫРОЖДЕННОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО
КОДА
![Page 83: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/83.jpg)
Генетический код
![Page 84: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/84.jpg)
The genetic code
• consists of 64 triplet codons (A, G, C, U) 43 = 64
• all codons are used in protein synthesis• 20 amino acids• 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA
• AUG (methionine) is the start codon (also used internally)
• multiple codons for a single amino acid = degeneracy
![Page 85: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/85.jpg)
тРНК
![Page 86: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/86.jpg)
Вторичная структура тРНК
![Page 87: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/87.jpg)
Третичная структура тРНК
Псевдоуридиновая петля
Ди
гид
роур
иди
нова
я пе
тля
Антикодоновая петля
3’-CCA-конец
![Page 88: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/88.jpg)
Wobble-гипотеза Ф.Крика
1-й нуклеотид антикодона
3-й нуклеотид кодона
![Page 89: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/89.jpg)
![Page 90: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/90.jpg)
1. Активация аминокислот. Синтез аминоациладенилата
Аминоацил-тРНК-
синтетаза
Аминокислота
5’-аминоацил аденилат
![Page 91: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/91.jpg)
аатРНК-синтетазы 1 класса
Аминоацил-тРНК-синтетаза
1 класса5’-аминоацил аденилат
3’ конец тРНК
2.Аминоацилирование тРНК
![Page 92: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/92.jpg)
![Page 93: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/93.jpg)
There is a different Aminoacyl-tRNA Synthetase (aaRS) for each amino acid.
Each aaRS recognizes its particular amino acid and the tRNAs coding for that amino acid.
Accurate translation of the genetic code depends on attachment of each amino acid to an appropriate tRNA.
Domains of tRNA recognized by an aaRS are called identity elements.
Aminoacyl-tRNA Synthetases arose early in evolution. The earliest aaRSs probably recognized tRNAs only by their acceptor stems.
![Page 94: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/94.jpg)
трансэтерефикация
Аминоацил-тРНК
![Page 95: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/95.jpg)
![Page 96: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/96.jpg)
СТРУКТУРА РИБОСОМ
Субъединицы состоят из рРНК и белков, соединяются только для трансляции
![Page 97: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/97.jpg)
Компоненты рибосомы
– Малая субъединица
– 16 S рРНК у прокариот и 18S рРНК у эукариот
– Ее последовательность используется для установления эволюционного родства между организмами
– + белки
![Page 98: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/98.jpg)
Компоненты рибосомы II
• Большая субъединица (на примере прокариот)– 23 S rRNA
– 5 S rRNA
– 26 белков
![Page 99: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/99.jpg)
Бороздка между субъединицами
– Место связи анти-кодон-кодон– Пептидная цепь выходит оттуда
тоже
![Page 100: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/100.jpg)
Эукариотические рибосомы• 40S + 60S
– 18S, 28S + 5.8S rRNA +5S
![Page 101: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/101.jpg)
Участки связывания тРНК на рибосоме
• А-сайт: узнавание аминоацил-тРНК; позиционирование аминоацила.
• Р-сайт: связывание инициаторной fMet-тРНК; связывание пептидил-тРНК при транслокации.
• Е-сайт: выход деацилированной тРНК с 50S субчастицы.
![Page 102: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/102.jpg)
Пептидная связь– Костяк белка– Функция белка
определяется боковыми цепями аминокислот его составляющих
![Page 103: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/103.jpg)
Инициация
• Сборка рибосомы– 70 S из 30S и 50S
субъединиц у прокариот
– 40S + 60S = 80S у эукариот
• Требует факторов инициации
• Требует (ф)метионил-тРНК
![Page 104: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/104.jpg)
Комплекс инициации у прокариот
• Требуются факторы инициации
• Последовательность Шайна-Дальгарно (Shine-Dalgarno sequence,) — была описана австралийскими учеными Джоном Шайном и Линн Дальгарно и является сайтом связывания рибосом на молекуле мРНК прокариот, обычно на расстоянии около 10 нуклеотидов до стартового кодона AUG
![Page 105: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/105.jpg)
Эукариотическая инициация
• Эукариотичеккая мРНК имеет специальные белки на 5 ’ и 3 ’ конце (связываются с 5’ CAP и 3’ poly A)
• Первый AUG после CAP – начало трансляции
![Page 106: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/106.jpg)
![Page 107: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/107.jpg)
Элонгация и терминация • Элонгация
• Аминоацилированная тРНК устанавливается на рибосоме в месте кодона
• Пептид переносится на эту тРНК
• Цикл повторяется
• Терминация– Стоп кодон
соединяется со специальным белком вместо тРНК
![Page 109: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/109.jpg)
Процессинг
• Начинается с момента синтеза белка
• Требует специальных ферментов
• Может происходить разрезание пептидной цепи с образованием конечного продукта (например, инсулин)
![Page 110: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/110.jpg)
Посттрансляционные модификации белков
• Формирование третичной структуры – фолдинг белка
• Удаление сигнальной последовательности
• Модификации N- и С-концов (удаление fMet, N-ацетилирование)
• Ковалентные модификации аминокислотных остатков
![Page 111: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/111.jpg)
Ковалентные модификации аминокислотных остатков
![Page 112: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/112.jpg)
О-гликозилирование N-гликозилирование
![Page 113: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/113.jpg)
Ограниченный протеолиз;добавление дисульфидных связей
![Page 114: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/114.jpg)
Основные этапы трансляции
АКТИВАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ → ИНИЦИАЦИЯ → ЭЛОНГАЦИЯ → ТЕРМИНАЦИЯ
тРНК
Аминокислоты
АТР, Mg2+
Амиоацил-тРНК-синтетазы
мРНК; инициирую-щий кодон30S субъединица;50S субъединица
Белковые факторыинициации (IF-1, 2, 3)
fMet-тРНК
GTP, Mg2+
мРНК
Рибосома 70S
Белковые факторыэлонгации (Tu,Ts, G)
Аминоацил-тРНК
GTP
Терминальный кодон в мРНК
Белковые факторы терминации (RF)
АТР
ПРОЦЕССИНГ БЕЛКА (фолдинг, ограниченный протеолиз, ковалентные модификации)
![Page 115: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/115.jpg)
![Page 116: No56 matrichnye processy](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042715/55a017fe1a28abdd6f8b45ab/html5/thumbnails/116.jpg)
gaattctaacggtcccgaaactctgtgcggtgctgaactggt