Читайте также:
|
Белки. Больше всего в клетке, после воды, содержится белков – 10-20%. Белки – нерегулярные полимеры, мономерами которых являются АК. В составе белковых полимеров обнаружено 20 различных аминокислот, каждая их которых имеет особое строение, свойство и название. Через общую группировку происходит сцепление АК при образовании белкового полимера. Между соединившимися АК возникает связь –HN-CO-, называемая пептидной связью, а образовавшееся соединение – пептидом.Белки различаются по АК составу и по числу АК звеньев, и по их порядку расположения в цепи.
Строение молекулы белка. Выделяют несколько уровней организации белковой молекулы:
-первичная структура белка представляющая собой полипептидную цепь, состоящую из цепи аминокислотных звеньев, связанных между собой пептидными связями.
-вторичная структура белка, где белковая нить закручивается в виде спирали. Между пептидными связями, расположенными на соседних витках, образуются водородные связи (между NH- и CO-группами). Водородные связи слабее ковалентных, но повторяясь многократно, они дают прочное сцепление. Такая структура является довольно устойчивой.
-третичная структура белка поддерживается еще более слабыми связями, чем водородные – гидрофобными. Несмотря на их слабость, в сумме они дают значительную энергию взаимодействия.
-четвертичная структура белка образуется в результате соединения нескольких белковых макромолекул друг с другом, которые и являются мономерами макромолекулы белка. Крепление четвертичной структуры обусловлена наличием слабых связей и –S-S- связи.
Роль белков в клетке. Прежде всего белки – строительный материал. Они участвуют в образовании оболочки, органоидов и мембран клетки. У высших животных из белков построены кровеносные сосуды, сухожилия, волосы и т.д.
Каталитическая роль белков. Скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих веществ и от их концентрации. Чем вещества активнее, чем концентрация их больше, тем скорость реакции выше.
двигательная функция белков. Все виды движений выполняют особые сократительные белки.
транспортная. Белок крови гемоглобин присоединяя к себе кислород, разносит его по всему организму.
Они связывают и обезвреживают чужеродные тела. В этом случае белки выполняют защитную роль.
белки как источника энергии. Белки распадаются в клетке до АК. Часть их расходуется на синтез белков, а часть подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При полном распаде 1 г белка освобождается 17,6 кДж (4,2 ккал).
Углеводы. – органические вещества, в состав которых входят углерод, кислород и водород. Все углеводы разделяются на две группы: моносахариды и полисахариды. Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулы полисахарида. Полисахариды – полимеры, в которых роль мономеров играют моносахариды.
Моносахариды. Они состоят из одной молекулы и представляют собой бесцветные, твердые кристаллические вещества, сладкие на вкус.
Полисахариды. Из двух моносахаров образуются дисахариды, из трех – трисахариды, из многих – полисахариды.
Функции углеводов. Энергетическая функция
Структурная функция.
З апасание питательных веществ. В клетках углеводы накапливаются в виде крахмала у растений и гликогена у животных и грибов. Эти вещества представляют собой запасную форму углеводов и расходуются по мере возникновения потребности в энергии.
Защитная функция. Вязкие секреты (слизи), выделяемые различными железами предохраняются стенки полых органов (пищевода, кишечника, желудка, бронхов) от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.
Углеводы входят в состав носителей генетической информации – нуклеиновых кислот.
Липиды. Липиды – органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Содержание жира в клетках составляет от 5-15% от сухой массы.
Функции липидов. – энергетическая функция. Жиры способны расщепляться в клетке до простых продуктов и в ходе этого процесса освобождается 38,9 кДж на 1 г жира (9,3 ккал), что в два раза больше по сравнению с углеводами и белками.
Структурная функция. Двойной слой фосфолипидов является основой клеточной мембраны.
Функция запасания питательных веществ. Жиры являются своего рода энергетическими консервантами. Жировыми депо могут быть и капли жира внутри клетки, и подкожная клетчатка. Жиры являются основным источником энергии для синтеза АТФ, источником метаболической воды.
Функция терморегуляции.
Защитная функция. Гликолипиды участвуют распознавании и связывании токсинов возбудителей опасных болезней.
Регуляторная функция. Многие гормоны являются производными холестерина.
Нуклеиновые кислоты.
ДНК – полимерная молекула, состоящая из тысячи и даже миллионов мономеров – дезоксирибонуклеотидов (нуклеотид). ДНК содержится преимущественно в ядре клеток, а также небольшое количество в митохондриях и хлоропластах.
РНК – полимер, мономером которого является рибонуклеотид. РНК находится в ядре и цитоплазме. РНК представляет собой однонитевую молекулу, построенную таким же образом как и одна из цепей ДНК. Три основания совершенно одинаковы ДНК: А, Г, Ц, однако вместо Т, присутствующего в ДНК, в состав РНК входит У. В РНК вместо углевода дезоксирибозы – рибоза.
13: нуклеиновые кислоты: строение и функции. Химическая структура мономеров нуклеиновых кислот (нуклеотиды и нуклеозиды, пурины и пиримидины).
Нуклеиновые кислоты – это линейные полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид образован нуклеозидной группой, фосфатом и пентозой. Полимеры – это макромолекулы, которые состоят из большого числа повторяющихся структурных единиц – мономеров. Мономерами ДНК являются дезоксирибонуклеотиды, мономерами РНК – рибонуклеотиды.
Строение и номенклатура нуклеотидов. В состав нуклеотида входят три компонента: фосфат – сахар – основание.
углеводный компонент нуклеотида представлен рибозой или 2’-дезоксирибозой, имеющих D-конфигурацию.
Азотистые основания – это гетероциклические органические соединения, содержащие атомы азота. В составе ДНК встречаются 4 типа оснований - аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т), в состав РНК входят А, Г, Ц и У (урацил). Аденин и гуанин являются производными пурина, цитозин, тимин и урацил – это производные пиримидина.
Номенклатура. Соединение, состоящее из основания и углевода, называется нуклеозидом. Азотистые основания соединяются с 1’ углеродным атомом пентозы β-гликозидной связью.
Первичная структура полимера определяется последовательностью мономеров в цепи. Нуклеотиды соединяются друг с другом 3’,5’-фосфодиэфирной связью, образуя полинуклеотидные цепи из сотен тысяч и миллионов нуклеотидов. Короткие цепочки из десяти – пятнадцати нуклеотидов называются олигонуклеотидами. Фосфат связывает 3’-ОН группу одного нуклеотида с 5’-OH группой другого нуклеотида.
Генетические функции нуклеиновых кислот: 1- хранение генетической информации. 2 - реализация генетической информации (синтез полипептида). 3 - передача наследственной информации дочерним клеткам при делении клеток и последующим поколениям при размножении.
Первичная структура ДНК (строение и номенклатура нуклеотидов, образование полинуклеотидной цепи, направление цепи, связь между нуклеотидами).
ДНК- генетический материал всех клеточных форм жизни, а также ряда вирусов. ДНК выполняет все функции нуклеиновых кислот. ДНК характеризуется рядом особенностей: 1 – способность к репликации. 2 – способность к репарации. 3 – способность к рекомбинации.
Локализация ДНК в клетке: прокариоты – цитоплазма (нуклеоид, плазмиды). Эукариоты – ядро (хромасомы), органойды (митохондрии, пластиды, клеточный центр).
ПЕРВИЧНАЯ структура ДНК – это линейный полимер – цепь последовательно расположенных нуклеотидов (дезоксирибонуклеотида), соединенных 3’,5’ фосфодиэфирными связями.
В состав дезоксирибонуклеотида входитвходит одно из азотистых оснований (А, Г, Т или Ц), пентоза – дезоксирибоза и остаток фосфата. Таким образом дезоксирибонуклеотиды различаются только азотистыми основаниями.
Нуклеотиды соединяются друг с другом 3’,5’-фосфодиэфирной связью, образуя полинуклеотидные цепи. Короткие цепочки из десяти – пятнадцати нуклеотидов называются олигонуклеотидами. Фосфат связывает 3’-ОН группу одного нуклеотида с 5’-OH группой другого нуклеотида.
Формирование первичной структуры обеспечивается двумя типами связей: гликозидными между азотистым основанием и углеводом, и фосфодиэфирными между нуклеотидами.
Модель ДНК Уотсона и Крика. Параметры и структура двойной спирали ДНК (принцип комплементарности, водородные связи и стэкинг взаимодействия).
Вторичная структура ДНК. Молекула ДНК в клетках прокариот и эукариот присутствует только в виде двойной спирали, т.е. состоит из двух полинуклеотидных цепей. Эти цепи комплементарны, антипараллельны и закручены в спираль вокруг общей оси. На один виток спирали приходится 10 пар оснований, диаметр спирали составляет 2 нм. Сахарофосфатный остов расположен снаружи (заряжен отрицательно), азотистые основания находятся внутри спирали и располагаются стопкой друг над другом. Эта модель строения ДНК была предложена Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году.
Правила Чаргаффа. В 1953 Чаргафф установил следующие закономерности:
Правила Чаргаффа, как правило, выполняются на двойной спирали ДНК за счет комплементарности аденина тимину, а гуанина - цитозину. В некоторых случаях содержание гуанина выше, чем цитозина, за счет метилирования некоторых цитозиновых остатков в ДНК.
Принцип комплементарности. Азотистые основания в молекуле ДНК могут образовывать канонические пары: А – Т, Г – Ц. это значит, что водородные связи и молекуле ДНК образуются только между комплеменатрными основаниями: между аденином и тимином образуется две, между гуанином и цитозином – три водородные связи.
Цепи ДНК антипараллельны. Каждая цепь ДНК имеет два конца – 5’- конец и 3’- конец. На 5’- конце полинуклеотидной цепи 5-ОН группа дезоксирибозы не связана с другим нуклеотидом, на другом конце цепи 3-ОН группа тоже не связана с другим нуклеотидом. Правило антипараллельности означает, что две цепи в молекуле ДНК имеют противоположную направленность. За направление цепи по соглашению принято направление 5’ → 3’.
Правила написания последовательности ДНК: в виде последовательности букв, обозначающих основания: 5’ – GATCCA - 3’, или в виде стрелок с противоположной ориентацией:
Связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК:
Типы двойных спиралей ДНК (В, А, С, Z-формы ДНК). Физические свойства молекул ДНК.
А, В, С - правозакрученные
Z - левозакрученные
В спираль: длина одного витка 3-4 нанометра
На один виток приходится 10 пар нуклеотидов
Расстояние между соседними парами оснований 0.34 нм
Диаметр спирали 2 нанометра
17. Особенности строения РНК. Типы молекул, их функции.
Первичная структура РНК - это последовательность нуклеотидов, соединенных 3'-5'фосфодиэфирными связями (-О-Р-О-)
Вторичная структура РНК - это одноцепочечные РНК (за исключение некоторых вирусных РНК и микро РНК)
Вторичная структура транспортной РНК содержит:
1.Акцепторный стебель, воспринимающий шпильки, где азотистые основания нашли пару.
2.Шпильки
3.Дигидроуридиновая петля (ДИ)
4.Псевдоуридиновая петля (ФИ)
5.Вариабельная петля на ФИ
6.Антикодон
Третичная структура РНК-это способ укладки молекулы в пространстве.
У транспортной РНК - это «L» форма.
Типы молекул РНК:
- матричная (информационная)РНК. В клетке до 5%. Длина от сотен до 1000 нуклеотидов. Функция-зашифровка информации о структуре белка.
-т ранспортная РНК. В клетке 10%. Длина 85-100 нуклеотидов. Функция-транспорт аминокислот, узнавание кодона матричной РНК.
- рибосомальная РНК. В клетке до 85%. Измеряется в единицах Сверберга («S»-коэффициент седиментации, оседания). Функция-структурная, образование пептидных связей.
- малоядерная РНК. Длина 250 нуклеотидов. Функция-участвует в сплайсинге.
-РНК праймеры. Длина 20 нуклеотидов. Функция-участие в репликации.
- микро РНК. Двуцепочечная молекула. Длина 21-23пары нуклеотидов. Это малые интерферирующие РНК. Функция: регулируют активность других генов.
- вирусные РНК. Может быть 1 и 2 цепочечные.
Принципы репликации ДНК. Понятие о репликоне и репликационной вилке.
Репликация(А.Корнберг 1959г.).Принципы:
-матричность
-комплиментарность
-антипараллельность
-полуконсервативность
Условия: ДНК матрица,dNTP(рибонуклеозидтрифосфаты для праймеов), ферменты, среда (ионы магния), АТФ.
Репликон - это участок молекулы ДНК, который удваивается с первого ОРИ-сайта. Молекула ДНК прокариот-монорепликон.
Ферменты репликации ДНК и их функции.
- геликаза: разрушает водородные связи
- топоизомеразы (I и II): снимают топологическое напряжение в сети ДНК. I-однонитевые разрывы, II-двунитевые разрывы.
- ДНК-полимеразы:
ДНК-полимераза I: может работать как полимераза-удлиняет цепь. Может как экзонуклеаза-резать нуклеотиды с 3'и 5' концов.
ДНК-полимераза II: это фермент репарации, в репликации не участвует.
ДНК-полимераза III: это основной фермент репликации. Скорость полимеразной реакции в 60 раз больше, чем у ДНК-pol I. Работает как полимераза и экзонуклеаза 3' конца.
- Праймаза: синтезирует праймеры, которые выступают в роли затравки.
- лигаза: сшивает фрагменты Оказаки.
-Г ираза: закручивает в спираль.
Механизмы синтеза ДНК в клетеах бактерий. Синтез ведущей и отстающей цепей ДНК. Фрагменты Оказаки.
Инициация:
-ORI-сайт. Место, где больше всего двойных связей, т.к. их легче разорвать (А=Т).
-инициаторные белки (сигнал к началу)
-геликаза
-топоизомеразы
-ssb-белки, которые препятствуют ренатурации молекул (образованию водородных связей). Образуется репликационный глазок.
Лидирующая цепь ДНК от 3'конца, по ней движется один праймер (по ходу раскручивания цепи).
Синтез на отстающей цепи: учавствуют несколько праймеров, которые присоединяются по ходу раскручивания цепи.
Синтез ДНК: основной фермент ДНК полимераза
-праймаза
-ДНК полимераза III (начало синтеза)
-ДНК полимераза I
-лигаза
-гираза
Скорость репликации у прокариот 500 нуклеотидов в секунду. Длина фрагментов Оказаки 1000-2000 нуклеотидов.
ПЦР.
это молекулярно-генетический метод получения в пробирке (in vitro) большого количества копий определенного фрагмента ДНК. (Полимеразно цепная реакция была открыта в 1983 г. Мюллисом.)
Смесь для ПЦР:
Общее количество смеси 50 микролитров. Затем пробирка ставится в амплификатор на 35-40 циклов (1.5-2 часа)
1.Денатурация. Разрушение водородных связей под действием температуры. 95*, 45 сек.
2.Ренатурация. Отжиг с праймерами. Температуру понижаем до 60 градусов, 30 секунд.
3.Элонгация. 72 градуса, 1 минута
4.Детекция результатов ПЦР. Визуализация результатов. Проводится методом гель-электрофареза (горизонтального или вертикального). При горизонтальном используется гель агароза. При вертикальном полиакриламидный гель. В роли красителя-бромистый этидий.
Метод ПЦР применяется в биологических и медицинских исследования для определения фрагментов ДНК того или иного вируса или бактерии.
Особенности синтеза ДНК в клетках эукариот.
Репликация происходит в «S» период митотического цикла, в ядре. ДНК полимеразы эукариот:
| α | Работает в комплексе с праймазой, работает на лидирующей цепи |
| β | Учавствует в репарации |
| γ | Работает в митохондриях |
| δ | Работает на лидирующей цепи |
| ε | Работает на отстающей цепи |
| ξ | Участвует в репарации |
-есть фермент РНКаза H (аш)-удаляет праймеры
-скорость репликации у эукариот 50 нуклеодитов
-молекула ДНК эукариот-полирепликон, т.е. несколько ОРИ-сайтов
-длина фрагментов Оказаки 100-200 нуклеотидов
-наличие тейломеразы, которая достраивает теломерные участки хромосом.
Генетический код и его характеристики. Современная концепция гена.
Генетический код был расшифрован полностью к 1966 году. Генетический код-это система записи последовательности аминокислот в белке в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК.
Свойства генетического кода:
1.Триплетность. Комбинация из трех нуклеотидов кодирует одну аминокислоту. Всего 64 триплета, 61 значащий и 3 стоп кодона (UUA,UAG,UGA).
2.Вырожденность, избыточность. Есть аминокислоты, которые кодируются несколькими кодонами, а не одним: лейцин, серин.
3.Однозначость, спецефичность. Определенный кодон соответствует только одной аминокислоте.
4.Неперекрываемость. У соседних триплетов нет общих нуклеотидов.
5.Непрерывность. Между кодонами нет разграничителей. Все считывается подряд.
6.Универсальность. Одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.
Генные (точковые) мутации.
Это мутации, возникающие в пределах одного гена.
Классификация:
-замена нуклеотидов:
а).простая – транзиция, внутриклассовая
б).сложная – трансверсия, межклассовая. В этом случае пирадмидины заменяются на пурины.
-выпадение нукл-в (не менятся рамка считывание
-вставка нук-в если кол-во нуклеотидов кратно 3)
-инверсия. Поворот на 180 градусов
Механизмы возникновения мутаций:
1.Ошибка ДНК полимеразы.
2.Таутомеризация азотистых оснований. Это изменение положения протона, в результате меняются свойства молекул. Есть также аналоги азотистых оснований 5-бромурацил, который может вести себя как тимин и цитозин, есть 2-аминопурин, который может вести себя как аденини и гуанин.
3.Дезаминирование. Это удаление аминогруппы (NH2). Под действием азотистой кислоты происходит отщипление от цитозина аминогруппы, и данное азотистое основание переходид в урацил. Урацил не характерен для ДНК, он образует связь с аденином, а аденин с тимином.
4.Алкилирование азотистых оснований (чаще происходит метилирование). К гуанину присоединятся мелильный радикал, и он превращается в тимин.
5.Апуринизация и апиримидинизация азотистых оснований. Происходит отщепление азотистого основания от сахарного остова. При возникновении отщепления активируется АП-сайт, распознается ферментами репарации и удаляется, но это происходит не всегда.
6.Вставки нуклеотидов вызывают интеркалирующие агенты - это вещества способные встраиваться в ДНК:
-акридин оранжевый
-профлавин
-этидиум бромид
7.Выпадение нуклеотидов происходит под действием мутагенов.
Спонтанные и индуцированные мутации. Мутагенные факторы и вызываемые ими повреждения структуры ДНК.
По причинам возникновения мутации бывают:
-спонтанные, чаще возникают при ошибке ДНК полимеразы
-индуцированные, возникают под действие каких либо факторов (мутагенов)
Мутагены - факторы, являющиеся причиной индуцированных мутаций. Они бывают:
а).физические: УФ-излучение; α,β,γ-лучи; температура и давление.
б).химические: азотистая кислота и её соли (происходит дезаминирование), соли тяжелых металлов, аналоги азотистых оснований (происходит таутомеризация), красители.
в).биологические: вирусы, мобильные генетические элементы (МГЭ).
Многообразте систем репарации ДНК. Наследственные болезни человека, связанные с нарушением систем репарации.
Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней связан с нарушениями систем репарации.
У бактерий имеются, по крайней мере, 3 ферментные системы, ведущие к репарации — прямая, эксцизионная и пострепликативная.
Прямая репарация наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нук-ов. Так действует, например, O6-метилгуанин ДНК-трансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.
Эксцизионная репарация включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы.
Пострепликативная репарация. Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной репарации при помощи белка.
Пострепликативная репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.
Молекулярные механизмы процессов репарации ДНК.
Прямая репарация ДНК обеспечивает прямое восстановление исходной структуры ДНК или удаление повреждения. Широко распространенная система репарации такого рода — фотореактивация пиримидиновых димеров. Кроме нее, к этому типу относятся: репарация ДНК за счет 3'-5'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы, репарация одноцепочечных разрывов ДНК с помощью полинуклеотиллигазы, а также генетическая репарация повреждений, вызванных алкильными или метильными группами, путем удаления этих групп специфическими ферментами.
Фотореактивация, уменьшение повреждающего действия ультрафиолетового излучения на живые клетки при последующем воздействии на них ярким видимым светом. В основе Ф. лежит ферментативное расщепление на мономеры пиримидиновых димеров, образующихся в ДНК под влиянием ультрафиолетового излучения. Ф. возникла в процессе эволюции как защитное приспособление от губительного действия УФ-компонента солнечного излучения и является одной из важнейших форм репариции живых организмов от повреждений их генетического аппарата. Восстановительный эффект при фотореактивации связан с действием фермента — дезоксирибозидпиримидинфотолиазы, представляющего собой полипептид, ассоциированный для его активности с небольшой молекулой РНК (10-15 нуклеотидов).
Эксцизионная репарация. включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы.
Коррекция неспаренных оснований есть широкое понятие, включающее и исправление ошибок репликации, и конверсию гена.
Неспаренные основания в ДНК могут возникать в результате трех событий:
1) прямого повреждения оснований ДНК или их предшественников продуктами клеточного метаболизма;
2) ошибочной подстановки некомплементарного основания ДНК-полимеразой в ходе репликации
3) рекомбинационной интеграции однонитевого участка ДНК в неабсолютно идентичную ДНК, партнера по рекомбинации.
Этапы транскрипции прокариот.
Транскрипция-это процесс синтеза РНК на матрице ДНК.
Принципы:
-матричность
-комплиментарность
-антипараллельность
-униполярность
Условия: ДНК матрица (одна кодогенная цепь), NTP, РНК-полимераза, АТФ, среда, ионы магния. Только для эукариот: факторы транскрипции.
1. Инициация транскрипции:
-РНКполимераза в состоянии холо-фермента связывается с промотором
-плавление ДНК, в результате образуется открытый двойной комплекс
-синтез небольшого фрагмента РНК, образуется открытый тройной комплекс
-сигма-фактор уходит, РНКполимераза остается в состоянии кор-фермента
2. Элонгация транскрипции: РНКполимераза продвигается по ДНК, расплетаете и наращивает цепь.
3. Терминация транскрипции. Транскрипция заканчивается на терминаторе:
--ρ-независимая. Осуществляется путем образования шпилек. На терминаторе есть последовательности, которые слева направо и наоборот читаются одинаково-это полиндромы. При их считывании образуются шпильки, которые тянут вниз и разрушают связи.
-ρ-зависимая. Происходит при участии ρ-белка. ρ-белок GTFазной активностью, расшепляется, идёт энергия на разрыв связей ДНК-РНК, ρ-белок обладает геликазной активностью в отношении дуплекса ДНК-РНК.
Строение промоторов генов прокариот. Строение РНК полимеразы эубактерий. Роль сигма-фактора в инициации транскрипции.
Промотр прокариот:
Кодогенная цепь:
3'________________________5'
-35 -10 +1
«-10» блок Прибнова или Прибнов бокс. ТАТААТ
«+1» САТ
«-35» это область узнавания. TTGACA
У прокариот РНКполимераза одного типа. Синтезирует все виды РНК. Состоит из нескольких субединиц. Может быть в двух сотояниях:
-кор-фермент: α,α,β,β',ω
-холо-фермент: α,α,β,β',ω,δ
| α | Формирует каркас для остальных субъединиц, обеспечивает связывание с ДНК |
| α | Формирует каркас для остальных субъединиц, обеспечивает связывание с ДНК |
| β | Образует фосфодиэфирные связи |
| β' | Обеспечиваеи присоединение к ДНК |
| ω | Предположительно предотвращает денатурацию РНК полимеразы (т.е. её распад) |
| δ | Узнает промотор и связывается с ним |
В инициации транскрипции сигма-фактор (δ) узнает промотр и связывается с ним, затем сигма-фактор (δ) уходит, а РНК полимераза остается в состоянии кор-фермента.
Этапы транскрипции прокариот.
Транскрипция-это процесс синтеза РНК на матрице ДНК.
Принципы:
-матричность
-комплиментарность
-антипараллельность
-униполярность
Условия: ДНК матрица (одна кодогенная цепь), NTP, РНК-полимераза, АТФ, среда, ионы магния. Только для эукариот: факторы транскрипции.
1. Инициация транскрипции:
-РНКполимераза в состоянии холо-фермента связывается с промотором
-плавление ДНК, в результате образуется открытый двойной комплекс
-синтез небольшого фрагмента РНК, образуется открытый тройной комплекс
-сигма-фактор уходит, РНКполимераза остается в состоянии кор-фермента
2. Элонгация транскрипции: РНКполимераза продвигается по ДНК, расплетаете и наращивает цепь.
3. Терминация транскрипции. Транскрипция заканчивается на терминаторе:
--ρ-независимая. Осуществляется путем образования шпилек. На терминаторе есть последовательности, которые слева направо и наоборот читаются одинаково-это полиндромы. При их считывании образуются шпильки, которые тянут вниз и разрушают связи.
-ρ-зависимая. Происходит при участии ρ-белка. ρ-белок GTFазной активностью, расшепляется, идёт энергия на разрыв связей ДНК-РНК, ρ-белок обладает геликазной активностью в отношении дуплекса ДНК-РНК.
Концепция оперона.
Оперон-это группа генов, чьи продукты учавствуют в общем метаболическом пути. Эти гены имеют общий промотр и терминатор. Их активность регулируется общим регуляторным сигналом. Оперон-это единица генетической регуляции. Транскриптон=оперон. Опероны бывают:
Конститутивные - постоянноработающие гены
Индуцибельные – непостоянноработающие
32. Лактозный оперон Е.соli: строение и системы регуляции (негативная lac-репрессором и позитивная комплексом САР-белок/цАМФ).
В состав оперона входят гены, необходимые для расщепления лактозы до глюкозы и галактозы.
| I | P | O | Z | Y | A | T |
I - кодирует белок-репрессор, Р – промотор, О — оператор (связывается с б.-репрессором), Z – кодирует β-галактозидазу, У - кодир. галактозидпермеазу, А - кодир. трансацетилазу, Т — терминатор. Длина 6000 п.н.
Негативная регуляция: при отсутствии лактозы в клетке синтезируется активный репрессор, который представляет сложный аллостерический тетрамерный белок. Он соединяется с нуклеотидной последовательностью оператора, блокируя инициацию транскрипции в стартовой точке гена.
мол. лактозы связываются с б.-репрессором и превращает его в неактивную форму. Белок–репрессор, связанный с лактозой, не может присоединиться к оператору и не преграждает путь РНК-полимеразе.
Позитивная регуляция: САР-белок катализирует образование цАМФ из АТФ. Если в клетке имеется глюкоза, то САР-б., связыаясь с ней, переходит в неактивную форму. Если глюкозы нет, то происходит увеличение цАМФ, который связывается с САР-б. Последний активизируется, связывается с промотором и увеличивает скорость транскрипции.
Сильная работа оперона приотсутствии глякозы и наличии лактозы. Оперон не работает, если нет лактозы.
33. Триптофановый оперон Е.coli: строение и системы регуляции (негативная trp-репрессором и регуляция в аттенюаторе).
В состав входят гены фермента, для синтеза триптофана.
| Y | P | O | At | E | D | C | B | A | T |
P - промотор, О - оператор, At – аттенюатор (содержит полиндромные последовательности), Е, D, C, B, A – структурные гены, Т-терминатор.
Негативная регуляция: ген-регулятор trpR кодирует белок-апорепрессор. Он соединяется с коррепрессором — триптофаном. Этот комплекс является репрессором транскрипции.
Позитивная регуляция: Регуляция работы триптофанового оперона с помощью аттенуации осуществляется при участии последовательности, находящейся на расстоянии примерно 100-140 пар оснований от начала транскрипции. Этот так называемый лидерный сегмент, trpL, содержит аттенуаторную последовательность, которая вынуждает РНК-полимеразу прервать транскрипцию. При недостатке триптофана образуется нетерминаторная шпилечная структура на участке 2, которая мешает прохождению рибосомы =>оперон не работает. А при повышенном содержании триптофана образуются терминаторные шпильки на 1 и 3 участках =>оперон работает.
Особенности транскрипции в клетках эукариот. РНК-полимеразы эукариот и их функции. Регуляторные цис-элементы и белковые транс-факторы.
Гены эукариот имеют мозаичное строение: экзоны — несут информацию о структуре полипептида, интроны — не несут.
РНК-pol эукариот представляют собой мультисубъединичный комплекс (2 большие и ≈10 малых).
Ядерные:РНК-пол 1 синтезирует 5,8S, 18S, 28S рРНК
РНК-пол 2 — большинство мРНК, мяРНК
РНК-пол 3 — тРНК, 5S рРНК
РНК-пол 4 — остальные мРНК
мтхРНК-пол — синтезирует митохондриальные гены.
Цис-элемент — участок ДНК или РНК, который регулирует экспрессию генов, локализованных на той же молекуле ДНК (хромосоме). Представляют собою места связывания с ДНК регуляторных белков.
Белковые транс-факторы: белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов.
Дата добавления: 2015-10-23; просмотров: 538 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Клеточные органеллы (мембранные и немембранные). Структура и функции. Строение цитоплазмы(цитоплазматический матрикс и цитоскелет). | | | Особенности строения промоторов генов эукариот. Базальные факторы транскрипции и их роль в инициации транскрипции. |