Биосинтез белка (транскрипция и трансляция)

Содержание

Слайд 2

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Биосинтеза белка - это реализация генетической информации Состоит из

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

Биосинтеза белка - это реализация генетической информации
Состоит из процессов :

1. транскрипция (идет в кариоплазме ;переписывание с ДНК → и -РНК)
2. трансляция (идет в цитоплазме на рибосомах; перевод последовательности кодонов м- РНК в аминокислотную последовательность полипептида белка)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 3

ТРАНСКРИПЦИЯ Транскрипция - синтез всех типов РНК на участках ДНК, используемых

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция - синтез всех типов РНК на участках ДНК, используемых

в качестве матрицы, осуществляемый ферментом РНК-полимеразой
Смысл транскрипции заключается в переносе генетической информации с ДНК на РНК.
Транскрипция является первой стадией экспрессии генетического материала в клетках всех организмов. Именно на уровне транскрипции действуют основные механизмы генетической регуляции.

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 4

Транскриптон - участок молекулы ДНК, структурно-функциональный эквивалент гена, на котором происходят


Транскриптон - участок молекулы ДНК, структурно-функциональный эквивалент гена, на

котором происходят транскрипционные процессы
Ген - это совокупность структурных и регуляторных полинуклеотидных последовательностей ДНК (промотора и терминатора - трейлера)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 5

Регуляторные последовательности гена Регуляторные последовательности гена - это промотор и терминатор;

Регуляторные последовательности гена

Регуляторные последовательности гена - это промотор и

терминатор; они контролируют инициацию, скорость окончания транскрипции
Промотор - регуляторный участок молекулы ДНК (протяженностью несколько десятков нуклеотидов), локализованный на 5' -конце гена и содержащий высококонсервативную последовательность нуклеотидов
Состоит из двух частей:
Участок связывания сигмы субъединицы РНК - полимеразы (консенсусная последовательность у эукариот):
• ТАТА‐бокс (‐25 п.н.) (блок Хогнесса)
• ЦААТ‐боксы (‐ 50/‐150 п.н.)
• ГЦ‐мотивы (‐300 п.н.)
2. Участок связывания регуляторного белка
Между этими двумя сайтами расстояние около 20 пар нуклеотидов
Он служит для узнавания и связывания с РНК - полимеразой
Терминатор - регуляторный участок молекулы ДНК , локализованный на 3' -конце гена и содержащий последовательность нуклеотидов, сигнализирующих об окончании синтеза РНК

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 6

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология


" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 7

Строение оперона ( группа структурных генов у прокариот) Оперон- это группа

Строение оперона ( группа структурных генов у прокариот)

Оперон- это группа

структурных генов
Начиная с 5’ конца, по направлению к 3’ концу располагаются – активатор, промотор и оператор- регуляторная область оперона
К промотору присоединяется РНК -полимераза
Активатор и оператор регулируют активность нескольких структурных генов
Консенсусная последовательность - это последовательность нуклеотидов на промоторе для соединения с сигмой субъединицей холофермента РНК – полимеразы у прокариот
• ‐10 последовательность ‐ ТАТААТ (блок Прибнова)
• ‐35 последовательность ‐ ТТГАЦА
• Стартовая точка (+1) – нуклеотид, с которого начинается синтез РНК

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 8

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 9

Ген состоит из двух цепей ДНК: одна транскрибируется и называется кодогенной


Ген состоит из двух цепей ДНК:
одна транскрибируется и называется

кодогенной (кодирующей) цепью
вторая комплементарная - смысловая

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 10

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСКРИПЦИИ 1. ДНК-зависимые РНК - полимеразы 2. Рибонуклеозидтрифосфаты 3. Энергия

ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСКРИПЦИИ

1. ДНК-зависимые РНК - полимеразы
2. Рибонуклеозидтрифосфаты
3. Энергия (АТФ или ГТФ)
4.

Специфические белки - факторы транскрипции (транс‐факторы)
5. Регуляторные последовательности ДНК - промоторы, энхансеры (усиливают транскрипцию) и сайленсеры (снижают транскрипцию)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 11

РНК РНК- ПОЛИМЕРАЗЫ ЭУКАРИОТ(РНКП) РНК-полимеразы эукариот имеют большую молекулярную массу и

РНК РНК- ПОЛИМЕРАЗЫ ЭУКАРИОТ(РНКП)

РНК-полимеразы эукариот имеют большую молекулярную массу

и представляют собой комплекс мультимерных белков
От 14 до 17 субъединиц в зависимости от типа полимеразы.
Синтез РНК осуществляют три ядерные РНК- полимеразы
• РНК‐полимераза I – синтез р - РНК
• РНК‐полимераза II – синтез (м – РНК) или и РНК
• РНК‐полимераза III – синтез т - РНК

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 12

Формы РНКП 1. Кор - фермент (core-сердцевина) РНК-полимераза у прокариот :состоит

Формы РНКП

1. Кор - фермент (core-сердцевина) РНК-полимераза у прокариот :состоит из

пяти субъединиц: двух α, β, β′ и ω.( клешня краба)
Между β′ и β-субъединицами находится главный канал РНКП, в котором происходит связывание ДНК и РНК в процессе транскрипции
2. Холофермент РНК – полимераза : состоит из шести субъединиц: кор-фермента и σ-субъединицы
σ-субъединица играет центральную роль в узнавании промоторов, плавлении ДНК и последующем уходе РНКП с промотора
Тип сигмы субъединицы определяет формы холоферментов (чаще встречается сигма с мол. массой 70000)
.

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 13

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 14

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 15

ОСНОВЫ ТРАНСКРИПЦИИ 1. Транскрибируется только одна нить в молекуле ДНК (участок

ОСНОВЫ ТРАНСКРИПЦИИ

1. Транскрибируется только одна нить в молекуле ДНК (участок -

транскриптон) - матрица (3'----5')
2. Синтез цепи РНК идет в направлении 5'---- 3'
3. РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой нити ДНК
4. В связанном с ДНК состоянии постоянно находится не более 9-10 нуклеотидов
5. В ДНК в расплетенном состоянии постоянно находится не более 18-20 нуклеотидов

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 16

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ 1. Инициация (происходит связывание РНК- полимеразы с промотором и

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ

1. Инициация (происходит связывание РНК- полимеразы с промотором и образование

первой межнуклеотидной связи фосфодиэфирной между двумя рибонуклеотидами)
2. Элонгация – последовательное удлинение растущей цепи РНК 3. Терминация - конец транскрипции в зоне терминатора

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 17

СТАДИИ ИНИЦИАЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ Образованием «закрытого комплекса» (связывание холофермента РНК-полимеразы через сигму

СТАДИИ ИНИЦИАЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ

Образованием «закрытого комплекса» (связывание холофермента РНК-полимеразы через сигму субъединицу

с консенсуснусной последовательностью промотора (‐ ТАТААТ блок - у прокариот или ТАТА‐бокс у эукариот).
Образования «открытого двойного» комплекса (с расплетением участка ДНК -плавление)
Образования «открытого тройного» комплекса (абортивный синтез коротких РНК длиной 2-9 нуклеотидов , которые диссоциируют из комплекса. Этот процесс сопровождается накоплением напряжения в инициаторном комплексе.
После синтеза фрагмента РНК (9‐12 нуклеотидов) идет диссоциация σ‐фактор покидает промотор и начинается стадия элонгации

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 18

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 19

ЭЛОНГАЦИЯ РНК-полимераза переводит ДНК из В-формы в А-форму РНКП осуществляет поэтапное

ЭЛОНГАЦИЯ

РНК-полимераза переводит ДНК из В-формы в А-форму
РНКП осуществляет поэтапное присоединение рибонуклеозидмонофосфатов

к 3‘ - концу цепи , комплементарных матричной цепи ДНК
Комплекс РНКП с ДНК и синтезируемой РНК называется элонгационный комплекс (ЭК)
При движении РНК-полимеразы впереди нее цепочки ДНК расходятся, а сзади «сшиваются» с помощью ферментов

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 20

ТЕРМИНАЦИЯ Терминация процесса транскрипции происходит в участке - терминаторе, который распознается

ТЕРМИНАЦИЯ

Терминация процесса транскрипции происходит в участке - терминаторе, который распознается РНК-полимеразой благодаря

специальным белковым факторам терминации
Основные процессы:
- останавливается синтез РНК
- цепь РНК освобождается от ДНК
- РНК-полимераза освобождается от ДНК

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 21

Механизм терминации у бактерий (Е.coli) В оперонах выделяют два типа терминаторов:

Механизм терминации у бактерий (Е.coli)

В оперонах выделяют два типа терминаторов:
- ρ

(ро) - независимые терминаторы (I типа) ρ‐независимая терминация
- ρ - зависимые терминаторы (II типа)связан с белковым фактором ρ ( ρ‐зависимая терминация)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 22

После прохождения терминатора молекула РНК образует шпильку, которая приводит к остановке

После прохождения терминатора молекула РНК образует шпильку, которая приводит к остановке

транскрипции и отсоединению РНК-матрицы от ДНК;
ρ-независимые терминаторы состоят из последовательностей, представляющих собой инвертированный повтор – палиндром(последовательности, которые читаются одинаково слева направо и справа налево) ρ-независимых терминаторов содержат большое количество Г-Ц-повторов

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 23

ρ-белок присоединяется к определенным участкам синтезируемой РНК и с затратой энергии

ρ-белок присоединяется к определенным участкам синтезируемой РНК и с затратой энергии

АТФ способствует диссоциации гибрида РНК с матричной нитью ДНК (дестабилизирует водородные связи между матрицей ДНК и м РНК, высвобождая молекулу РНК)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 24

ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ЭУКАРИОТ Завершается разрезанием РНК, после чего к её

ТЕРМИНАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ЭУКАРИОТ

Завершается разрезанием РНК, после чего к её

3' концу фермент добавляет несколько аденинов  (…АААА), от числа которых зависит стабильность данного транскрипта

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 25

РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ Контроль многоуровневой: 1) Наличие промоторов с различными

РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ

Контроль многоуровневой:
1) Наличие промоторов с различными последовательностями

нуклеотидов
2) Специализированные белки-активаторы транскрипции (у Е.соli белок CRP при отсутствии глюкозы в среде роста усиливает транскрипцию генов)
3) Белки-репрессоры, блокирующие синтез РНК специфических белков (Lac-блокирует транскрипцию генов ферментов, участвующих в метаболизме лактозы)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 26

РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ (ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН) " Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ (ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 27

Регуляция транскрипции у эукариот Наличие дистальных регуляторных последовательностей, расположенных на расстоянии

Регуляция транскрипции у эукариот

Наличие дистальных регуляторных последовательностей, расположенных на расстоянии тысяч

пар от промотора
Энхансеры- регуляторные последовательности, расположенные на расстоянии тысяч пар от промотора - активируют и ускоряют транскрипцию
Сайленсоры - регуляторные последовательности, расположенные на расстоянии тысяч пар от промотора, которые блокируют и тормозят транскрипцию

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 28

Процессинг (превращение и РНК в м -РНК) Этап формирования функционально активных

Процессинг (превращение и РНК в м -РНК)

Этап формирования функционально активных

зрелых молекул мРНК из первоначальных транскриптов - иРНК, сопровождающийся посттранскрипционными модификациями
Этапы процессинга:
сплайсинг – это вырезание интронов и сшивание экзонов
(экзоны могут соединяться по-разному; таким образом из одного транскрипта могут образовываться разные м РНК (альтернативный сплайсинг)
- кэпирование- защита 5'-конца м-РНК ( за счет присоединения к нему 7-метилгуанозинтрифосфата в противоположном направлении)
-полиаденилирование - защита 3'-конца м-РНК от ферментативного распада путем присоединения цепочки из 100-200 нуклеотидов А( поли-А "хвост") (содержащих аденин)
Кэп образуется сразу после высвобождения из РНК-полимеразы 5'-конца синтезируемой РНК, а поли-А образуется сразу после терминации транскрипции
метилирование - изменение первых нуклеотидов транскрипта
Завершается процессиг соединением м РНК со специфическими белками и выходом в цитоплазму через ядерные поры

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 29

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология


" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 30

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология


" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 31

Сплайсинг представляет собой вырезание интронов и соединение экзонов Экзоны могут соединяться


Сплайсинг представляет собой вырезание интронов и соединение экзонов
Экзоны могут соединяться

по-разному
Таким образом из одного транскрипта могут образовываться разные мРНК (альтернативный сплайсинг)

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 32

ТРАНСЛЯЦИЯ Трансляция – процесс перевода линейной последовательности нуклеотидов зрелой мРНК, в

ТРАНСЛЯЦИЯ

Трансляция – процесс перевода линейной последовательности нуклеотидов зрелой мРНК, в

аминокислотную последовательность полипептидной молекулы белка первичной структуры
Этапы трансляции:
1. инициация - соединение субъединиц рибосомы – рибосома становится функционально активной)
2. элонгация – удлинение образующейся полипептидной молекулы белка
3. терминация – разъединение м РНК матрицы и образованной молекулы белка

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 33

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСЛЯЦИИ 1) м РНК — матрица 2) аминокислоты (субстраты) 3)

КОМПОНЕНТЫ ТРАНСЛЯЦИИ

1) м РНК — матрица
2) аминокислоты (субстраты)
3) т РНК (акцептры

и адапторы аминокислот)
4) аминоацил –т РНК синтетазы, катализирующие связывание аминокислот с соответствующими т РНК
5) рибосомы — субклеточные структуры, с помощью которых происходит сборка аминокислот в полипептидные цепи
6) источники энергии АТФ
7) Mg 2+ — кофактор, стабилизирующий структуру рибосом
8) внерибосомные белки - факторы инициации, элонгации и терминации, облегчающие и ускоряющие процесс трансляции

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 34

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 35

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология


" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 36

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 37

ИНИЦИАЦИЯ(ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОВ) 1) выход мРНК из ядра и присоединение к малой

ИНИЦИАЦИЯ(ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОВ)

1) выход мРНК из ядра и присоединение к малой субъединице

рибосомы в области «кэпа» в присутствии ионов Mg 2+
2) активация аминокислоты (АК) метионин и присоединение ее к т РНК с использованием энергии АТФ и фермента аминоацил-т РНК синтетазы
3) инициаторная аминоацил т РНК метионин («нагруженная» т РНК) идет в П-центр рибосомы и спаривается своим антикодоном с кодоном АУГ м РНК по правилу комплементарности между азотистыми основаниями, образуется инициаторный комплекс, который связывает большую субъединицу рибосомы с малой субъединицей
4) формируется полная 80 S рибосома с двумя активными центрами: Р-центром (пептидильным), и А-центром аминоацильным), в область которого попадает первый смысловой кодон мРНК (инициаторный комплекс). Факторы инициации удаляются

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 38

Активация АК в цитоплазме " Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Активация АК в цитоплазме

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 39

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология


" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 40

Результат инициации " Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Результат инициации

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 41

ЭЛОНГАЦИЯ 1. Связывание тРНК в А-центре: новая т РНК с новой

ЭЛОНГАЦИЯ

1. Связывание тРНК в А-центре: новая т РНК с новой АК

идет в А центр рибосомы и соединяется своим антикодоном с кодоном м РНК при участии фактора элонгации и энергии АТФ
2. Образование пептидной связи: Между α-NH2-группой аминокислоты, находящейся в А центре в составе комплекса амоноацилаа-тРНК (аа-тРНК), и карбоксильной группой метионина (аа-тРНК) в П центре, образуется пептидная связь.
Катализирует реакцию пептидилтрансфераза. В А центре рибосомы образуется дипептид.
3. Транслокация — перемещение рибосомы по мРНК на один кодон.
Рибосома продвигает ся по мРНК на один кодон в направлении от 5'- к 3'-концу с использованием энергии и при участии фактора элонгации
В результате дипептид тРНК из А-центра попадает в Р-центр, а в А-центре оказывается следующий кодон м РНК; освободившаяся от метионина тРНК теряет связь с Р-центром и уходит в цитозоль.
Рост полипептидной цепи белка продолжается за счет многократного повторения стадий 1→ 2 →3.

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 42

Трансляция " Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Трансляция

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 43

ТЕРМИНАЦИЯ Сигналом окончания синтеза полипептидной цепи молекулы белка является стоп -

ТЕРМИНАЦИЯ

Сигналом окончания синтеза полипептидной цепи молекулы белка является стоп - кодон

в м РНК (УАА,УАГ,УГА), который попадает в А-центр рибосомы
Синтезированный пептид высвобождается из комплекса с помощью белковых факторов терминации, которые узнают стоп - кодоны

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 44

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЕ МОДИФИКАЦИИ БЕЛКОВ Фолдинг : образование 2-ой; 3-ой и 4-ой структуры

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЕ МОДИФИКАЦИИ БЕЛКОВ

Фолдинг : образование 2-ой; 3-ой и 4-ой структуры белка


2. Модификация N – конца и C – конца. Первый аминокислотный остаток во всех полипептидах – N формилметионин (у бактерий) или метионин (у эукариот) может удаляться ферментативным путем (N-ацилирование).
3. Образование дисульфидных связей между остатками цистеина
(инсулин, иммуноглобулин, рибонуклеазы и др.);
4. Присоединение простетической группы, обеспечивающее образование сложных белков и т.д.

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 45

ОТЛИЧИЕ ПРОЦЕССА ТРАНСЛЯЦИИ У ПРО‐ И ЭУКАРИОТ Прокариоты: - процессы транскрипции

ОТЛИЧИЕ ПРОЦЕССА ТРАНСЛЯЦИИ У ПРО‐ И ЭУКАРИОТ

Прокариоты:
- процессы транскрипции и трансляции

сопряжены
- синтез всех типов РНК осуществляет один фермент-РНК-полимераза
- нет процессинга
Эукариоты
- процессы транскрипции и трансляции разобщены; синтез РНК-в ядре, белка-в цитоплазме
- синтез РНК осуществляют три ядерные РНК- полимеразы
РНК‐полимераза I – синтез р РНК
РНК‐полимераза II – синтез м РНК
РНК‐полимераза III – синтез т РНК

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

Слайд 46

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология

" Общая биология" 19.03.01 Биотехнология