Транскрипция

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Транскрипция

Содержание

2. Центральная догма генетики. Генетическая информация закодирована в виде последовательности дезоксирибонуклеотидов на одной из двух цепей ДНК
3. Транскрипция ДНК → РНК Синтез РНК по матрице ДНК ферментом РНК-полимеразой Первый этап реализации генетической информации
4. Синтез РНК на ДНК-матрице – последовательность синтезированной мРНК комплементарна последовательности одной из цепей двойной спирали ДНК,
5. Подтверждение роли РНК как посредника между ДНК и белком: Как правило, ДНК в ядрах эукариотических клеток
6. Все это говорит о том, что генетическая информация, записанная в ДНК, передается на РНК-посредник (иРНК), с
7. Гены – транскрибируемые участки ДНК Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные ее участки – гены.
8. Строение гена Кодирующая часть АТГ STOP ДНК РНК-транскрипт Промотор Терминатор Точка начала транскрипции Окончание транскрипции 5'
9. Знаки начала и окончания матричных синтезов ДНК РНК белок транскрипция трансляция Знак начала Знак окончания Промотор
10. Принципы транскрипции Комплементарность Антипараллельность Униполярность Асимметричность
11. А Ц А Г Т Т Г А А Т Г Т Ц А А Ц
12. Общие параметры транскрипции Скорость – около 30 нуклеотидов / сек Частота ошибок – 1 на 104
13. Транскрипция генов в хромосоме Одна хромосома – одна молекула ДНК – около тысячи генов Матричной может
14. РНК-полимераза Чтобы доказать возможность синтеза РНК на ДНК-матрице нужно было обнаружить фермент, участвующий в таком синтезе.
15. Промоторы, связывание с ДНК-матрицей и σ-субъединица В результате транскрипции синтезируется одноцепочечная РНК, комплементарная фрагменту одной из
16. У прокариот, подобных E. coli, σ (sigma) субъединица RNA polymerase связывается с районом promoter на ДНК.
17. Промоторы разных генов слегка отличаются. Есть сильные и слабые промоторы. От промоторов зависит эффективность транскрипции. У
18. Важны два понятия 1) консенсусные последовательности ДНК – гомологичные различным генам одного организма или же одному
19. Инициация транскрипции и элонгация РНК РНК-полимераза катализирует введение молекул рибонуклеозид трифосфата в направлении 5 'к 3‘,
20. После инициации, σ (сигма) субъединица отделяется от холофермента, и продолжается удлинение цепи под руководством корового фермента,
21. После прохождения всего гена фермент встречает сигнал терминации. Терминальная последовательность длиной около 40 п.н. особенно важна
22. Гены, кодирующие близкородственные продукты, у бактерий часто сгруппированы на хромосоме. Часто эти прилегающие друг к другу
23. Транскрипция у эукариот Механизмы в основном сходны, но есть и различия. Основные: Транскрипция у эукариот происходит
24. Первичный РНК-транскрипт подвергается процессингу или созреванию – обычно к 5’ концу добавляется кэп, а к 3’
25. Инициация транскрипции у эукариот Эффективность начала транскрипции РНК-полимеразой определяется по меньшей мере тремя цис-активирующими элементами эукариотического
26. Один из таких цис-элементов – ТАТА-бокс или блок Голдберга-Хогнесса – был обнаружен в области промотора на
27. Второй цис-элемент – СААТ-бокс локализован в промоторах большинства генов, примерно на 80 нуклеотидов левее стартовой точки
28. Другой класс цис-активирующих элементов – энхансеры, которые локализуются на обоих концах (3’ и 5’) и внутри
29. Эукариотическая РНК-полимераза (RNP) существует в трех уникальных формах, каждая из которых транскрибирует различные типы генов. Каждый
30. Гетерогенные ядерные РНК и их процессинг – кэпы и хвосты Генетическая информация закодирована в матричной цепи
31. Первичная посттранскрипционная модификация эукариот РНК-транскриптов состоит в присоединении к 5’ концам молекул 7-метилгуанозина или (7mG)-кэпа. Кэп
32. Затем обнаружили, что гяРНК и иРНК имеют на 3’ конце последовательность из 250 А остатков. Эта
33. У эукариот, начальный транскрипт называется гетерогенной ядерной РНК (hnRNA), или пре-мРНК, содержащей некодирующие участки, называемые промежуточными
34. Поли-А "хвост" добавляется с разрезанному 3‘-концу. Некодирующие интроны удаляются. Кодирующие сегменты, называемые экзонами, соединеняются в процессе,
35. Интроны и прерывистые гены В 1977 г. обнаружено, что гены вирусов, инфицирующие животные клетки, содержат внутренние
36. Большинство эукариотических генов содержат интроны. Ген овальбумина кур в основном «молчащий", содержит семь интронов, которые вместе
37. Подавляющее большинство эукариотических генов содержит интроны, есть всего несколько исключений. Экзоны составляют 15% длины коллагенового гена,
38. Процессинг (созревание) пре-иРНК играет регуляторную роль в экспрессии генов. К примеру, некоторые интроны в молекуле пре-иРНК
39. Трансляция
40. Синтез белка по матрице и-РНК, осуществляемый на рибосомах Самый сложный из матричных синтезов – не просто
41. Нужны еще и молекулы-переводчики Матричный принцип в трансляции – генетический код
42. Участники трансляции Переводчики: 3. т-РНК с аминокислотой 4. Аминоацил-т-РНК-синтетазы (АРСазы) – ферменты, присоединяющие аминокислоту к т-РНК
43. Какие молекулы в клетке знают генетический код? Молекулы-переводчики
44. Гипотетический адаптор Адапторная гипотеза Крика аминокислота Участок связывания аминокислоты в адапторе Кодон данной аминокислоты в м-РНК
45. Транспортные РНК Молекула-адаптор. Один ее конец узнает кодон в м-РНК, а другой – несет аминокислоту. 3'
46. Сколько разных т-РНК ? Минимум – по числу аминокислот – 20 это реальное число пространственных форм
47. АРСазы аминоацил-тРНК-синтетазы Ферменты, присоединяющие аминокислоту к ее т-РНК Одна АРСаза узнает одну аминокислоту и все ее
48. Матричная РНК Кодирующая часть, транслируется 3' 5' Лидерная последовательность Шайна-Дальгарно БЕЛОК АУГ STOP 3‘ нетранслируемый район
49. Этапы трансляции Инициация (начало) Элонгация (удлинение) Терминация (окончание)
50. У бактерий в связывании участвует последовательность длиной до 6 рибонуклеотидов (АГГАГГ), которая предшествует стартовому кодону АУГ
51. м-РНК + малая субъединица рибосомы
52. Последовательность Шайна-Дальгарно Инициация
53. Элонгация
55. Терминация стоп
56. стоп
57. Параметры трансляции Самый медленный из матричных синтезов, максимальная скорость – 20 аминокислот в сек. Частота ошибок
58. Структура рибосом Структура рибосом хорошо изучена. В бактериальной клетке – около 10000 рибосом, в эукариотической -
59. Рибосомы прокариот состоит из большой и малой субъединиц. Обе субъединицы состоят из одной или более молекул
60. Эукариотические рибосомы структурно похожи на прокариотические, состоят из большой и малой субъединиц, каждая из которых состоит
61. Степеь избыточности генов, кодирующих рРНК. В геноме E coli 7 копий последовательности, кодирующей все 3 рРНК
62. Структура тРНК Наиболее хорошо изучены небольшие стабильные тРНК. Всего 75-90 нуклеотидов, молекулярная структура у про- и
63. 1965 г. – Р. Холли расшифровал последовательность тРНК аланина. Оказалось, что ряд нуклеотидов уникален только для
64. tRNA нуклеотиды могут содержать азотистые основания, модифицированные после транскрипции. Благодаря качанию, I (Inosine) и Im могут
65. Холли предложил двумерную модель молекулы тРНК в виде клеверного листа – несколько спаренных стеблей (за счет
66. Молекула тРНК содержит много модифицированных оснований и содержит ряд стеблей и петель, сложенных в 3-мерную конфигурацию.
67. Анализ структуры других тРНК выявил много общего. На 3’ конце у всех тРНК есть последовательность ССА-3.
68. Зарядка молекул тРНК Для успешной трансляции молекулы тРНК должны присоединить соответствующие аминокислоты. Такая зарядка тРНК происходит
69. «Зарядка» тРНК начинается, когда аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует превращение аминокислоты в аминоациладениловую кислоту. Гидролизованная ATP отщепляет фосфат с
70. Инициация трансляции в E.coli затрагивает рибосомы, мРНК, энергоноситель GTP, несколько факторов инициации (IFs) и тРНК, которая
71. Инициация трансляции. Малая субъединица рибосомы связывается с несколькими факторами инициации (IF1, 2, 3); Этот комплекс связывается
72. Элонгация трансляции: шаг 1. Вторая заряженная tRNA вступает в A site, при содействии EF-Tu.
73. Элонгация трансляции: шаг 2. Пептидил трансфераза катализирует образование пептидной связи, которая связывает две аминокислоты. Незаряженная tRNA
74. Элонгация трансляции: шаг 3. Первая связь выполнена и первая незаряженная tRNA удаляется из E site, при
75. Элонгация трансляции: шаг 4. Третья заряженная tRNA вступает в A site, при содействии EF-Tu.
76. Элонгация трансляции: шаг 5. Вторая связь осуществлена, образовался трипептид который начинает проходить через туннель в большой
77. Элонгация трансляции: шаг 6. Целая полипептидная цепь синтезирована и освобождается от рибосомы, когда встречается один из
78. Терминация синтеза белка сигнализируется появлением стоп-кодона на A site: UAG, UAA, или UGA. Эти кодоны не
79. Полирибосомы После завершения элонгации часть молекулы мРНК проходит через рибосому и ассоциирует с малой субъединицей другой
80. иРНК Растущий полипетид старт Полисома
81. Трансляция у эукариот Основное различие между трансляцией у прокариот и эукариот состоит в том, что эукариотические
82. Инициация трансляции у эукариот имеет свои особенности. За счет появления на 5’ конце зрелой мРНК кэпа
84. Скачать презентацию

Слайд 2

Центральная догма генетики.
Генетическая информация закодирована в виде последовательности дезоксирибонуклеотидов на

одной из двух цепей ДНК (матричной цепи).
Транскрипция производит РНК-«посредника" (мРНК), комплементарного матрице.
Трансляция происходит на рибосомах в цитоплазме, где информация на мРНК определяет последовательность аминокислот, которые собираются в белки.

Слайд 3

Транскрипция ДНК → РНК
Синтез РНК по матрице ДНК ферментом РНК-полимеразой
Первый этап

реализации генетической информации в клетке

Слайд 4

Синтез РНК на ДНК-матрице – последовательность синтезированной мРНК комплементарна последовательности одной

из цепей двойной спирали ДНК, и каждый кодон иРНК комплементарен антикодону акцепторной тРНК, поэтому последовательность аминокислот в полипептиде соответствует кодирующей последовательности ДНК.
Транкрипция – начало информационного потока в клетке.

Слайд 5

Подтверждение роли РНК как посредника между ДНК и белком:
Как правило, ДНК

в ядрах эукариотических клеток находится в хромосомах. Синтез белков – в рибосомах в цитоплазме. Поэтому ДНК непосредственно не может участвовать в синтезе белков
РНК синтезируется в ядре, где находится ДНК и имеет сходный химический состав
Обычно синтезированная РНК мигрирует в цитоплазму, где происходит синтез белков
Общее количество РНК пропорционально количеству белка в клетке

Слайд 6

Все это говорит о том, что генетическая информация, записанная в ДНК,

передается на РНК-посредник (иРНК), с которого и ведется синтез белков.
При исследовании бактерий и фагов было показано, что во время инфекции фагов синтез РНК предшествует синтезу фаговых белков, и синтезированная РНК комплементарна фаговой ДНК
Жакоб и Моно предложили эту схему еще в 1961 г. в своей модели регуляции работы генов у бактерий

Слайд 7

Гены – транскрибируемые участки ДНК
Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные

ее участки – гены.

ДНК одной хромосомы

РНК

Слайд 8

Строение гена
Кодирующая часть
АТГ
STOP
ДНК
РНК-транскрипт
Промотор
Терминатор
Точка начала транскрипции
Окончание транскрипции
5'
3'
Регуляторная часть

Слайд 9

Знаки начала и окончания матричных синтезов
ДНК
РНК
белок

транскрипция
трансляция
Знак начала
Знак окончания
Промотор
Терминатор
СТАРТ- кодон
СТОП -

кодон

Промотор и терминатор – не кодоны, а более длинные последовательности (до 100 н.п.)

Слайд 10

Принципы транскрипции
Комплементарность
Антипараллельность
Униполярность
Асимметричность

Слайд 11

А
Ц
А
Г
Т
Т
Г
А
А
Т
Г
Т
Ц
А
А
Ц
Т
Т
У
Г
У
Ц
А
А
Ц
У
У
ДНК
ДНК
3'
5'
3'
5'
Асимметричность
Матричная цепь
Смысловая цепь

Слайд 12

Общие параметры транскрипции
Скорость – около 30 нуклеотидов / сек
Частота ошибок –

1 на 104 нуклеотидов, т.е. на пять порядков выше, чем при репликации.
Синтез РНК – гораздо менее точный процесс, чем синтез ДНК.

Слайд 13

Транскрипция генов в хромосоме
Одна хромосома – одна молекула ДНК
– около

тысячи генов
Матричной может быть любая из цепей.
Но в одном гене матричная цепь всегда одна и та же – та, на которой промотор.

ДНК

Ген 1

Ген 2

Ген 3

Слайд 14

РНК-полимераза
Чтобы доказать возможность синтеза РНК на ДНК-матрице нужно было обнаружить фермент,

участвующий в таком синтезе. К 1959 г. выделили такой фермент – РНК-полимеразу. Работает сходно с ДНК-полимеразой, но с рибонуклеозидтрифосфатами (NTP). РНК-полимераза в отличие от ДНК-полимеразы не нуждается в праймерах. Синтез РНК на ДНК-матрице так же сопровождается высвобождением пирофосфата
NTP - субстрат для фермента, катализирующего полимеризацию NMP, причем фосфодиэфирное связывание в направлении 5’- 3’.
Каждый шаг транскрипции состоит в добавлении одного NMP к растущей полирибонуклеотидной цепи
Хорошо изучена структура РНК-полимеразы E coli. Молекула фермента из 4 субъединиц, молекулярный вес активной формы около 500000 Да, две (бета) субъединицы определяют каталитическую способность, одна (сигма) –регуляторную, включая инициацию транскрипции. У эукариот – 3 различные РНК-полимеразы, из гораздо большего числа субъединиц.

Слайд 15

Промоторы, связывание с ДНК-матрицей и σ-субъединица
В результате транскрипции синтезируется одноцепочечная РНК,

комплементарная фрагменту одной из цепей двойной спирали ДНК. Транскрибируемая цепь ДНК – матричная, комплементарная ей – партнерская или смысловая.

Слайд 16

У прокариот, подобных E. coli, σ (sigma) субъединица RNA polymerase связывается

с районом promoter на ДНК.
Первый шаг транскрипции – связывание РНК-полимеразы с матрицей. Такие сайты связывания впервые обнаружены у бактерий, где σ-субъединица РНК-полимеразы узнает специфичные последовательности ДНК, называемые промоторами. Они локализованы в 5’ области, левее от точки начала транскрипции гена.

Слайд 17

Промоторы разных генов слегка отличаются.
Есть сильные и слабые промоторы.
От промоторов зависит

эффективность транскрипции. У бактерий есть сильные и слабые промоторы, что влияет на скорость инициации – от 1 в 1-2 сек до 1 за 10-20 мин.
Мутации в области промоторов могут сильно снизить экспрессию генов.
Механизм связывания РНК-полимеразы с промоторами очень важен, поскольку от него зависит транскрипция.

Слайд 18

Важны два понятия
1) консенсусные последовательности ДНК – гомологичные различным генам

одного организма или же одному или нескольким генам родственных видов. Они эволюционно консервативны и играют большую роль в биологических процессах. В бактериальных промоторах найдены 2 консенсусные последовательности ТАТААТ, локализованная на 10 нуклеотидов левее сайта инициации транскрипции (область -10 или блок Прибнова или бокс Прибнова) и ТТГАГА – на 35 нуклеотидов левее сайта инициации транскрипции (область -35). Мутации в обеих последовательностях – существенное уменьшение транскрипции. Консенсусные последовательности большинства эукариотических генов сравнимы с областью -10, или ТАТА-боксом (из-за обогащенности Т и А).
2) степень связывания РНК-полимеразы с различными промоторами сильно варьирует. Это приводит к неодинаковой экспрессии различных генов и связана с вариабельностью последовательностей в области промотора

Слайд 19

Инициация транскрипции и элонгация РНК
РНК-полимераза катализирует введение молекул рибонуклеозид трифосфата в

направлении 5 'к 3‘, связывающихся фосфодиэфирными связями, формируя антипараллельный ДНК/РНК дуплекс. Праймер не требуется для инициирования процесса.

Слайд 20

После инициации, σ (сигма) субъединица отделяется от холофермента, и продолжается удлинение

цепи под руководством корового фермента, пока он в конце концов не сталкивается с последовательностью терминации.

Слайд 21

После прохождения всего гена фермент встречает сигнал терминации. Терминальная последовательность длиной

около 40 п.н. особенно важна для прокариот, поскольку расположена вблизи конца одного гена и слева от следующего. В ряде случаев окончание синтеза РНК зависит от фактора терминации или ρ-фактора – крупного белкового гексамера, который взаимодействует с транскриптом. В точке терминации транскрипции синтезированная молекула РНК освобождается от ДНК-матрицы, а коровый фермент диссоциирует. Эта РНК полностью комплементарна матричной цепи ДНК.

Слайд 22

Гены, кодирующие близкородственные продукты, у бактерий часто сгруппированы на хромосоме. Часто

эти прилегающие друг к другу последовательности, за исключением последней в кластере, не имеют сигналов терминации, и РНК транскрибируется со всего кластера сразу. Такая иРНК кодирует несколько белков и называется полицистронной иРНК (бактериальные гены – цистроны). Продукты этих генов обычно функционируют одновременно, поэтому такая транскрипция очень эффективно позволяет быстро транскрибировать всю нужную генетическую информацию. У эукариот обычно транскрибируется моноцистронная мРНК.

Слайд 23

Транскрипция у эукариот
Механизмы в основном сходны, но есть и различия. Основные:
Транскрипция

у эукариот происходит в ядре с участием 3 форм РНК-полимеразы.
В отличие от прокариот РНК-транскрипты у эукариот не ассоциируют с рибосомами до окончания транскрипции.
Трансляция на иРНК происходит после ее выхода из ядра в цитоплазму

Слайд 24

Первичный РНК-транскрипт подвергается процессингу или созреванию – обычно к 5’ концу

добавляется кэп, а к 3’ концу хвост (полиА-фрагмент), внутренняя последовательность РНК тоже модифицируется. Первичные транскрипты (пре-мРНК) намного длиннее зрелых иРНК и локализованы в ядре клетки, образуя группу гетерогенных ядерных РНК (гяРНК). Эти гяРНК в комплексе с белками формируют гетерогенные ядерные рибонуклеотидпротеиновые частицы (гяРНП). Около 25% гяРНК затем превращается в иРНК в процессе сплайсинга, когда вырезается значительная часть последовательностей РНК, а оставшиеся фрагменты сшиваются, образуя готовую к трансляции иРНК.

Слайд 25

Инициация транскрипции у эукариот
Эффективность начала транскрипции РНК-полимеразой определяется по меньшей мере

тремя цис-активирующими элементами эукариотического гена.

Слайд 26

Один из таких цис-элементов – ТАТА-бокс или блок Голдберга-Хогнесса – был

обнаружен в области промотора на 30 нуклеотидов левее стартовой точки транскрипции (-30). Консенсусная последовательность этого элемента состоит из гептануклеотида, включающего только А и Т и гомологична области промотора (-10) в прокариотических генах. Поскольку ТАТА-бокс встречается в большинстве эукариотических генов, его относят к неспецифическому сайту транскрипции, который способствует денатурации двойной спирали из-за меньшей прочности связей А-Т.

Слайд 27

Второй цис-элемент – СААТ-бокс локализован в промоторах большинства генов, примерно на

80 нуклеотидов левее стартовой точки транскрипции (-80) и представляет собой последовательность ГГССААТСТ. У большинства генов на 5’ конце один или два регуляторных элемента, среди которых ТАТА и СААТ-боксы. Локализованы эти элементы были с помощью делеций.

Слайд 28

Другой класс цис-активирующих элементов – энхансеры, которые локализуются на обоих концах

(3’ и 5’) и внутри генов. Они могут регулировать транскрипцию на расстоянии и очень важны для ее инициации.
Действие цис-активирующих регуляторных последовательностей дополняется транс-активирующими факторами которые улучшают связывание фермента с ДНК-матрицей. Эти белки относятся к факторам транскрипции и участвуют в связывании РНК-полимеразы II с промотором.

Слайд 29

Эукариотическая РНК-полимераза (RNP) существует в трех уникальных формах, каждая из которых

транскрибирует различные типы генов. Каждый фермент больше и сложнее, чем прокариотические RNP. RNP II отвечает за продукцию мРНК.

Слайд 30

Гетерогенные ядерные РНК и их процессинг – кэпы и хвосты
Генетическая информация

закодирована в матричной цепи ДНК и переписана на иРНК. У бактерий ДНК транскрибируется на последовательность мРНК, которая транслируется в аминокислотную согласно генетическому коду, у эукариот трансляции предшествует процессинг иРНК
К 1970 г. – эукариотическая иРНК сначала транскрибируется с ДНК в виде предшественника гораздо большей длины, чем иРНК, которая транслируется. Предположили, что первичный очень длинный РНК-транскрипт после процессинга в ядре выходит в цитоплазму в виде зрелой более короткой иРНК

Слайд 31

Первичная посттранскрипционная модификация эукариот РНК-транскриптов состоит в присоединении к 5’ концам

молекул 7-метилгуанозина или (7mG)-кэпа. Кэп добавляется еще до полного завершения транскрипции и защищает 5’ конец РНК от действия нуклеаз. Зрелая иРНК с кэпом на 5’ конце выходит в цитоплазму. Кэп образуется за счет присоединения 5’ конца ГТФ к концевому основанию иРНК в 5’ положении. У некоторых эукариот эта структура метилируется

Слайд 32

Затем обнаружили, что гяРНК и иРНК имеют на 3’ конце последовательность

из 250 А остатков. Эта полиА-последовательность добавляется после присоединения кэпа. Сначала 3’ конец РНК отщепляется ферментами в точке, отстоящей от высококонсервативной последовательности ААУААА на 10-35 нуклеотидов, затем происходит полиаденилирование этого конца. ПолиА-хвост есть почти у всех иРНК разных эукариот, за исключением транскриптов гистоновых генов
Последовательность АААУАА есть не у всех эукариотических РНК-трансриптов, что связано видимо с мутациями, препятствующими полиаденилированию. В отсутствие 3’ конца РНК-транскрипты быстро деградируют под действием ферментов. Таким образом, 5’ кэп и 3’ хвост очень важны для дальнейшего процессинга и транспортировки иРНК в цитоплазму

Слайд 33

У эукариот, начальный транскрипт называется гетерогенной ядерной РНК (hnRNA), или пре-мРНК,

содержащей некодирующие участки, называемые промежуточными последовательностями (интронами).
«Кэп" добавляется к 5 'концу.
Сегмент нуклеотидов удаляется с 3‘-конца
continue

Слайд 34

Поли-А "хвост" добавляется с разрезанному 3‘-концу.
Некодирующие интроны удаляются.
Кодирующие сегменты, называемые экзонами,

соединеняются в процессе, называемом сплайсингом.
Зрелая мРНК, состоящая из сплайсированных экзонов, теперь готова к выходу из ядра.

Слайд 35

Интроны и прерывистые гены
В 1977 г. обнаружено, что гены вирусов, инфицирующие

животные клетки, содержат внутренние последовательности, которые не обнаруживаются в зрелой иРНК. Они есть в молекулах предшественников иРНК, но удаляются до трансляции зрелых иРНК. Такие последовательности назвали интервентными или интронами, а гены, содержащие интроны, – прерывистыми. Последовательности, которые транскрибируются в зрелые мРНК и с которых транслируются полипептиды, назвали экзонами (от expressed).
При сплайсинге происходит вырезание интронов и воссоединение экзонов.

Слайд 36

Большинство эукариотических генов содержат интроны. Ген овальбумина кур в основном «молчащий",

содержит семь интронов, которые вместе в два раза длиннее сегментов экзонов.

Слайд 37

Подавляющее большинство эукариотических генов содержит интроны, есть всего несколько исключений. Экзоны

составляют 15% длины коллагенового гена, в альбуминовом гене 8%, в гене дистрофине менее 1%. Отсутствие интронов только в гистоновых генах и, видимо, интерфероновых – причина этого не вполне понятна.

Слайд 38

Процессинг (созревание) пре-иРНК играет регуляторную роль в экспрессии генов. К примеру,

некоторые интроны в молекуле пре-иРНК относятся к одному гену, но могут сплайсироваться разными способами. Это приводит к появлению разных по составу экзонов иРНК. Такой альтернативный сплайсинг характерен для иРНК, при трансляции которых образуются родственные белки или изоформы. При альтернативном сплайсинге пре-иРНК образуется несколько близких белков, кодирующихся одним геном

Слайд 39

Трансляция

Слайд 40

Синтез белка по матрице и-РНК, осуществляемый на рибосомах
Самый сложный из матричных

синтезов
– не просто копирование, а перевод с языка нуклеиновых кислот на язык белков. Словарь – генетический код.

и-РНК → БЕЛОК

Слайд 41

Нужны еще и
молекулы-переводчики
Матричный принцип в трансляции – генетический код

Слайд 42

Участники трансляции Переводчики:
3. т-РНК с аминокислотой
4. Аминоацил-т-РНК-синтетазы (АРСазы) – ферменты, присоединяющие

аминокислоту
к т-РНК

На подготовительном этапе

Слайд 43

Какие молекулы в клетке знают генетический код?
Молекулы-переводчики

Слайд 44

Гипотетический
адаптор
Адапторная гипотеза Крика
аминокислота
Участок
связывания
аминокислоты в адапторе
Кодон данной аминокислоты в м-РНК

Слайд 45

Транспортные РНК
Молекула-адаптор.
Один ее конец узнает кодон в м-РНК, а другой –

несет аминокислоту.

Слайд 46

Сколько разных т-РНК ?
Минимум – по числу аминокислот – 20

это реальное число пространственных форм
Максимум – по антикодонам – 61
В реальности – 30-40

Почему? Некоторые антикодоны подходят более, чем к одному кодону за счет неточного спаривания по третьему нуклеотиду

Слайд 47

АРСазы аминоацил-тРНК-синтетазы
Ферменты, присоединяющие аминокислоту к ее т-РНК
Одна АРСаза узнает одну аминокислоту

и все ее т-РНК.

Разных АРСаз –

Слайд 48

Матричная РНК
Кодирующая часть,
транслируется
3'
5'
Лидерная последовательность Шайна-Дальгарно
БЕЛОК
АУГ
STOP
3‘ нетранслируемый район
Знак начала трансляции

Слайд 49

Этапы трансляции
Инициация (начало)
Элонгация (удлинение)
Терминация (окончание)

Слайд 50

У бактерий в связывании участвует последовательность длиной до 6 рибонуклеотидов (АГГАГГ),

которая предшествует стартовому кодону АУГ и называется последовательностью Шайна-Дельгарно. Она состоит только из пуриновых оснований и вместе с участком 16S рРНК малой субъединицы облегчает инициацию трансляции

Инициация трансляции

Слайд 51

м-РНК + малая субъединица рибосомы

Слайд 52

Последовательность
Шайна-Дальгарно
Инициация

Слайд 53

Элонгация

Слайд 54

Слайд 55

Терминация
стоп

Слайд 56

стоп

Слайд 57

Параметры трансляции
Самый медленный из матричных синтезов, максимальная скорость –
20

аминокислот в сек.
Частота ошибок –1 на 104 аминокислот
Cредний белок – 300 аминокислот
Один из 30 белков будет испорчен при трансляции

Слайд 58

Структура рибосом
Структура рибосом хорошо изучена. В бактериальной клетке – около 10000

рибосом, в эукариотической - в десятки раз больше. Бактериальная рибосома диаметром около 250 мкм состоит из большой и малой субъединицы. В состав обеих субъединиц входит одна или несколько молекул рРНК и комплекс рибосомных белков. Ассоциация этих субъединиц в одну рибосому – моносома

Слайд 59

Рибосомы прокариот состоит из большой и малой субъединиц. Обе субъединицы состоят

из одной или более молекул рибосомальной РНК (рРНК) и нескольких рибосомальных белков. Когда две субъединицы связаны друг с другом в одну рибосому, структуру иногда называют моносомой.

Слайд 60

Эукариотические рибосомы структурно похожи на прокариотические, состоят из большой и малой

субъединиц, каждая из которых состоит из рРНК и молекул рибосомных белков. Эукариотические варианты, в целом больше, чем прокариотические, и могут быть обнаружены либо свободно плавающими в цитоплазме или связанными с эндоплазматическим ретикулюмом.

Слайд 61

Степеь избыточности генов, кодирующих рРНК.
В геноме E coli 7

копий последовательности, кодирующей все 3 рРНК (первичный транскрипт 30S РНК – 23S , 16S , 5S ).
У эукариот копийность генов еще выше – у дрозофилы около 150 копий гена (34S – 28S, 18S + 5.8S ). У млекопитающих сначала образуется 45S РНК.
Гены кодирующие рРНК, называются также рДНК и входят в состав умеренно повторяющейся фракции ДНК, локализованной на разных хромосомах в виде отдельных кластеров. Каждый такой кластер в геноме эукариот представлен тандемными повторами, в которых кодирующие последовательности разделены некодирующими спейсерами. У человека эти повторы – в теломерных областях хромосом 13, 14, 15, 21, 22. Гены кодирующие 5S РНК – по отдельности на хромосоме 1.

Слайд 62

Структура тРНК
Наиболее хорошо изучены небольшие стабильные тРНК. Всего 75-90 нуклеотидов, молекулярная

структура у про- и эукариот почти одинакова.
4S тРНК образуется в результате процессинга из более длинных предшественников. У E coli тРНК, акцептирующая тирозин состоит из 77 нуклеотидов, ее предшественник – из 126.

Слайд 63

1965 г. – Р. Холли расшифровал последовательность тРНК аланина. Оказалось, что

ряд нуклеотидов уникален только для этой аланиновой тРНК. Одно из 4 оснований модифицировано в виде инозиновой кислоты, гипоксантина, риботимидиновой кислоты и псевдоуридина. Эти модификации – необычные, редкие или непарные основания появляются в ходе последующих посттранскрипционных изменений, а в процессе транскрипции в пре-тРНК встраиваются немодифицированные основания, которые изменяются под действием ферментов.

Слайд 64

tRNA нуклеотиды могут содержать азотистые основания, модифицированные после транскрипции.
Благодаря качанию,

I (Inosine) и Im могут спариваться с U, C, или A.

Слайд 65

Холли предложил двумерную модель молекулы тРНК в виде клеверного листа –

несколько спаренных стеблей (за счет спаривания оснований) и неспаренных петель.
Поскольку GCU, GCC и GCA кодируют аланин, Холли попытался найти соответствующий антикодон в молекуле ала-тРНК и обнаружил его в виде CGI (3’-5’). Основание I (инозиновая кислота) может формировать водородные связи с U, С или А – третьими рибонуклеотидами в этих кодонах. В результате – антикодоновая петля

Слайд 66

Молекула тРНК содержит много модифицированных оснований и содержит ряд стеблей и

петель, сложенных в 3-мерную конфигурацию. 3‘-конец - сайт связывания аминокислоты, в то время как антикодоновая петля узнает кодон на мРНК. Антикодон (CGI) этой молекулы tRNAala специфичен для аминокислоты аланина, а также может ообразовывать пару с триплетами GCU, GCC, и GCA из-за качания.

Слайд 67

Анализ структуры других тРНК выявил много общего.
На 3’ конце у

всех тРНК есть последовательность ССА-3. К концевому остатку аденозина на этом конце ковалентно присоединяется аминокислота. На другом конце – 5’-G.
Очень сходны размеры стеблей и петель. Каждая тРНК имеет антикодон, комплементарный соответствующему триплету, кодирующему определенную аминокислоту
Трехмерная модель тРНК – на основе кристаллографического исследования

Слайд 68

Зарядка молекул тРНК
Для успешной трансляции молекулы тРНК должны присоединить соответствующие аминокислоты.

Такая зарядка тРНК происходит с участием аминоацил-тРНК-синтетазы. Если разных аминокислот 20, то нужно не менее 20 разных тРНК и ферментов. Теоретически это число может соответствовать числу различных кодонов (61). Но качание третьего нуклеотида в кодоне снижает это количество до 32 тРНК и 20 синтетаз.

Слайд 69

«Зарядка» тРНК начинается, когда аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует превращение аминокислоты в аминоациладениловую кислоту.

Гидролизованная ATP отщепляет фосфат с образованием комплекса.
Аминокислота перемещается в соответствующую тРНК на 3‘-конец.

Такая заряженная молекула может участвовать в синтезе белка.
Аминоацил-тРНК-синтетазы – высокоспецифичные ферменты, узнающие только одну аминокислоту. Набор соответствующих аминокислоте тРНК называют изоакцепторными тРНК.

Слайд 70

Инициация трансляции в E.coli затрагивает рибосомы, мРНК, энергоноситель GTP, несколько факторов

инициации (IFs) и тРНК, которая несет антикодон UAC и заряжена модифицированной аминокислотой N-формилметионином (f-met). E, P и А сайты на рибосоме.

Слайд 71

Инициация трансляции. Малая субъединица рибосомы связывается с несколькими факторами инициации (IF1, 2,

3); Этот комплекс связывается с мРНК.
Инициирующий tRNAfmet связывается с mRNA AUG кодоном в P (пептидильном) сайте. GTP гидролизуется, обеспечивая реакцию энергией.
Большая единица связывается с комплексом. Фактор элонгации Tu связывается со следующей tRNA, содействуя вступлению в A (аминоацильный) сайт.

Слайд 72

Элонгация трансляции: шаг 1.
Вторая заряженная tRNA вступает в A site,

при содействии EF-Tu.

Слайд 73

Элонгация трансляции: шаг 2.
Пептидил трансфераза катализирует образование пептидной связи, которая

связывает две аминокислоты. Незаряженная tRNA движется к E site (exit); mRNA смещается на 3 основания, в результате движения tRNA дипептид переходит в P site.

Слайд 74

Элонгация трансляции: шаг 3.
Первая связь выполнена и первая незаряженная

tRNA удаляется из E site, при участии EF-G. Третья заряженная tRNA готова к вступлению в A site.

Слайд 75

Элонгация трансляции: шаг 4.
Третья заряженная tRNA вступает в A site,

при содействии EF-Tu.

Слайд 76

Элонгация трансляции: шаг 5.
Вторая связь осуществлена, образовался трипептид который начинает

проходить через туннель в большой субъединице. Вторая незаряженная tRNA вступает в E site, готовая к удалению.

Слайд 77

Элонгация трансляции: шаг 6.
Целая полипептидная цепь синтезирована и освобождается от

рибосомы, когда встречается один из кодонов терминации.

Слайд 78

Терминация синтеза белка сигнализируется появлением стоп-кодона на A site: UAG, UAA,

или UGA.
Эти кодоны не связывают тРНК на A site, поэтому A site пустой. GTP-зависимые release factors отрезают полипептидную цепь от terminal tRNA на P site, освобождая ее от трансляционного комплекса, который диссоциирует

Слайд 79

Полирибосомы
После завершения элонгации часть молекулы мРНК проходит через рибосому и ассоциирует

с малой субъединицей другой рибосомы, формируя второй инициирующий комплекс. Этот процесс может повторяться несколько раз, и в результате возникают полирибосомы или полисомы. Образование полисомного комплекса говорит о высокой эффективности механизма трансляции

Слайд 80

иРНК
Растущий
полипетид
старт
Полисома

Слайд 81

Трансляция у эукариот
Основное различие между трансляцией у прокариот и эукариот состоит

в том, что эукариотические рибосомы значительно больше и сложнее по составу белков и рРНК. Кроме того, молекулы эукариотической мРНК существуют в клетке значительно дольше – несколько часов, а не минут, т.е. мРНК достаточно долго участвует в синтезе белков, а затем деградирует под действием нуклеаз.

Слайд 82

Инициация трансляции у эукариот имеет свои особенности. За счет появления на

5’ конце зрелой мРНК кэпа (остатка 7-метилгуанозина) эффективность трансляции эукариотической мРНК выше, чем прокариотической. Инициирующий кодон АУГ в эукариотической мРНК граничит с узнающей последовательностью Козак 5’-АССАУГГ. Ее роль сходна с последовательностью Шайна-Дельгарно у прокариот – сильно ускоряет связывание мРНК с малой субъединицей рибосомы
Для инициации трансляции у эукариот не нужен формилметионин, а триплет АУГ, кодирующий метионин, важен для формирования трансляционного комплекса. Уникальная метиониновая тРНК используется во время инициации трансляции

Транскрипция

Содержание

Центральная догма генетики. Генетическая информация закодирована в виде последовательности дезоксирибонуклеотидов на

Транскрипция ДНК → РНКСинтез РНК по матрице ДНК ферментом РНК-полимеразойПервый этап

Синтез РНК на ДНК-матрице – последовательность синтезированной мРНК комплементарна последовательности одной

Подтверждение роли РНК как посредника между ДНК и белком:Как правило, ДНК

Все это говорит о том, что генетическая информация, записанная в ДНК,

Гены – транскрибируемые участки ДНКТранскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные

Строение генаКодирующая частьАТГSTOPДНКРНК-транскриптПромоторТерминаторТочка начала транскрипцииОкончание транскрипции5'3'Регуляторная часть

Знаки начала и окончания матричных синтезовДНКРНКбелок транскрипциятрансляцияЗнак началаЗнак окончанияПромоторТерминаторСТАРТ- кодонСТОП -

Принципы транскрипции Комплементарность Антипараллельность Униполярность Асимметричность

АЦАГТТГААТГТЦААЦТТУГУЦААЦУУДНКДНК3'5'3'5'АсимметричностьМатричная цепьСмысловая цепь

Общие параметры транскрипцииСкорость – около 30 нуклеотидов / секЧастота ошибок –

Транскрипция генов в хромосомеОдна хромосома – одна молекула ДНК – около

РНК-полимеразаЧтобы доказать возможность синтеза РНК на ДНК-матрице нужно было обнаружить фермент,

Промоторы, связывание с ДНК-матрицей и σ-субъединицаВ результате транскрипции синтезируется одноцепочечная РНК,

У прокариот, подобных E. coli, σ (sigma) субъединица RNA polymerase связывается

Промоторы разных генов слегка отличаются.Есть сильные и слабые промоторы.От промоторов зависит

Важны два понятия 1) консенсусные последовательности ДНК – гомологичные различным генам

Инициация транскрипции и элонгация РНКРНК-полимераза катализирует введение молекул рибонуклеозид трифосфата в