13 Биосинтез нукл. кислот и белка
реклама
Строение ДНК и РНК • Два типа нуклеиновых кислот – ДНК и РНК • Геном – генетическая информация организма. Геном всех клеток состоит из ДНК. • Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами их являются нуклеотиды • Нуклеотиды – три компонента: (1) азотистое основание (2) пентоза (3) фосфат Пентоза (рибоза или дезоксирибоза) Рибоза Дезоксирибоза Рибоза – компонент РНК Дезоксирибоза – компонент ДНК Азотистые основания NH2 NH2 6 1N 5 O N7 HN 8 2 3N 4 N9 H Аденин H 2N N N N N H Гуанин Азотистые основания являются производными или пиримидина или пурина O CH3 HN N H Цитозин O O O N H Тимин HN 3 O 4 2 5 6 1N H Урацил Нуклеозиды Нуклеозиды состоят из азотистого основания и пентозы Строение мононуклеотида NH 2 N N OH N N O P O CH2 O OH H H H H OH OH Аденозинмононуклеотид Образование ДНК цепи (5’-3’ направление) 5' 5' O O CH 2 A.O. O n CH 2 A.O. O n 3' OH .. O O O O P O OH OH 5' CH 2 O P OH OH A.O. O 3' OH P HO O P + ФФ н O O CH 2 n+1 3' OH A.O. O n+1 Нуклеотиды связываются 3’-5’ фосфоэфирными связями Один конец полинуклеотидной цепи называется 5’ и второй 3’. Первичная структура нуклеиновых кислот Строение ДНК Две антипараллельные цепи формируют двойную спираль Две цепи размещаются в противоположных направлениях • Азотистые основания в противоположных цепях соединяются за правилом комплементарности с помощью водородных связей • Аденин (A) - Тимин (T) • Гуанин (G) - Цитозин (C) Crick Francis Watson James Двойная спираль ДНК была открыта в 1953 г. Криком и Уотсоном. Нобелевская премия, 1962. Химическая структура двойной спирали ДНК. • Комплементарность в структуре ДНК Двойная структура ДНК ДНК в клетке находится в составе хроматина • Хроматин – ДНК плюс разные белки • Гистоны – основные белки хроматина Строение хроматина • ДНК упаковывается закручиваясь в соленоидную структуру Рибонуклеиновые кислоты Одноцепочная молекула • Рибосомальная РНК – интегральная часть рибосомы (~80%) • Транспортная РНК (тРНК) – переносит активированные аминокислоты к рибосомам (60 различных форм) • Матричная РНК (мРНК) – переносит информацию к трансляционному комплексу (3 %). Репликация ДНК Передача информации в клетке Основной постулат молекулярной биологии ДНК РНК белок Репликация – синтез ДНК на ДНК матрице Полуконсерват ивный механизм репликации ДНК Две цепи розделяются и каждая цепь копируется путем генерирования комплементарной цепи. Каждая новосинтезированная молекула ДНК содержит одну материнскую цепь и одну новую. Модель репликации ДНК Этапы репликации • Распознавание точки начала репликации • Расплетание двойной спирали • Образование праймеров • Элонгация синтеза • Терминация • Образование нативной конформации ДНК Компоненты необходимые для репликации • Ферменты (главный – ДНК-зависимая ДНК-полимераза) • Белковые факторы • Материнская ДНК • АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ • Ионы Mg и Zn Репликация ДНК • У еукариот репликация одновременно начинается в многих местах 5’ Helicase • Точка начала репликации Vобразной формы – репликативная вилка • Фермент, который расплетает - 3’ Primase 5’ 3’ Primer 5’ Okazaki fragments Leading strand Lagging strand 3’ • Реплисома – фермент-белковый комплекс для репликации. • Реплисома содержит: праймосому, ДНК полимеразу III, белок • Геликаза является частью праймосомы • Репликация ДНК в противоположных направлениях у E. coli • Новые цепи ДНК синтезируются в двух репликационных вилках где розмещаются реплисомы ДНК полимераза • ДНК полимераза III – основной репликационный фермент, который отвечает за элонгацию цепи • ДНК полимераза синтезирует за принципом комплементарности • Нуклеотиды присоединяются фосфорной групой к свободному гидроксилу 3’- конца цепи • Направление синтеза 5’-3’, антипаралельно к матричной цепи ДНК полимераза синтезирует две цепи • ДНК полимераза одновременно катализирует элонгацию только в 5’-3’ направлении • Ведущая цепь – синтезируется постоянно в направлении движения репликативной вилки • Отстающая цепь – синтезуется в противоположном направлении Синтез отстающей цепи происходит дискретно • Отстающая цепь синтезируется прерывисто короткими фрагментами (фрагменты Оказаки) • Фрагменты отстающей цепи потом соединяются ферментом лигазой Фрагменты Оказаки соединяются ДНК-полимеразой І и ДНК-лигазой ДНК-полимераза І • Удаляет РНК-праймер в начале каждого фрагмента Оказаки • Синтезирует ДНК на месте РНК-праймера ДНК-лигаза • Катализирует образование фосфодиэфирных связей между соседними фрагментами Оказаки • Репарация – ферментативное удаление и повторный синтез участков ДНК, которые получили повреждения • Рекомбинация – обмен генетическим материалом между разными молекулами ДНК. • Траспозиция – перемещение гена или группы генов из одного места в другое. ТРАНСКРИПЦИЯ НЕОБХОДИМЫЕ КОМПОНЕНТЫ • ДНК-матрица • ДНК-зависимая РНКполимераза • АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ • Ионы Мg Отличия от репликации • Как матрица используется только одна цепь • Переписывается не вся ДНК, а только участки Инициация и элонгация транскрипции • РНК полимеразная реакция • РНК полимеразная реакция Терминация транскрипции • Только некоторые участки ДНК транскрибируются • Транскрипционный комплекс формируется на промоторе и расформировывается на 3’ конце гена за специфической терминационной последовательностью Созревание РНК (процессинг) • Транскрипция происходит в ядре, трансляция – в цитоплазме • мРНК созревает в ядре • В некоторых РНК фрагменты удаляются из середины цепи и в конце соединяются (сплайсинг) • Интроны – участки гена, которые удаляются из первичного РНК транскрипта • Экзоны – участки гена присутствующие в первичном транскрипте, которые несут информацию о первичной структуре белка • Специфические ферменты вырезают интроны и сшивают экзоны - сплайсинг Процессинг exons exones DNA transcription introns splicing 5’ 7-methylguanosine (CAP) Primary transcript 3’ mRNA Poly-A (TAIL) ЭТАПЫ ТРАНСЛЯЦИИ • 1. Рекогниция • 2. Инициация • 3. Элонгация • 4. Терминация РЕКОГНИЦИЯ R1 CH COOH + H O NH 2 O O P O P OH OH O O P O Аденозин OH O R1 CO CH NH 2 O P O Аденозин + H4P2O7 OH Аминоациладенилат Аминоацил-тРНК-синтетаза Аминоациладенилат + тРНК аминоацил-тРНК + АМФ Активация аминокислоты Каждая аминокислота присоединяется к своей тРНК Для каждой аминокислоты существует своя аминоацилтРНК-синтаза Терминация трансляции • Рибосома подходит к терминальному кодону UGA, UAG или UAA, который не несёт информации про АК • Белковые факторы терминации F-1, RF-2, RF-3 отщепляют синтезированный полипептид от последней тРНК • Рибосомальный комплекс диссоциирует Структура транспортной РНК Участок для соединения тРНК на рибосоме На рибосоме есть два центра: пептидильный (П) и аминоацильный (А) Элонгация 1) Следующая аминоацил-тРНК присоединяется к А-центру 2) Между метионином и АК в А-центре образуется пептидная связь (фермент – пепт идилтрансфераза). Остаток метионина переносится на аминогруппу другой АК 3) Транслокация – перемещение рибосомы на один кодон. Метиониловая т-РНК освобождается из Пцентра. ДипептидилтРНК переходит из Ацентра в П-центр.
