конспект 4

1

Організація потоку інформації

1) визначення, 2) реплікація, 3) транскрипція;4) трансляція, 5) ДНК → РНК→ поліпептид

Визначення: біологічна інформація зберігається в генах у структурі ДНК у такій формі, що вона може точно копіюватися і передаватися наступним клітинам.

Реплікація інформації розпочинається поділом двох комплементарних ланцюгів, на кожному з яких утворюється нова молекула ДНК.

Під час транскрипції розгорнутого ланцюга з певних фрагментів ДНК

утворюється РНК. Транскрипція генетичної інформації з ДНК на РНК і є першим кроком потоку біологічної інформації.

Наступний крок ― трансляція мРНК. Молекула мРНК покидає ядро, виходить у цитоплазму і скеровує синтез певного білка на рибосомах.

Потік біологічної інформації відбувається такими шляхами:

ДНК → ДНК → РНК → білок;

ДНК → РНК → білок;

РНК → ДНК → РНК → білок.

2

Танскрипція, етапи

1) визначення, 2) ініціація, 3) елонгація 4) термінація5) транскриптон 6) первинний транскрипт

Транскрипція ― утворення молекул РНК на матриці ДНК. Цей процес відбувається, в основному, під час інтерфази.

Основні етапи транскрипції:

1. Ініціація. За сигналом з цитоплазми певна ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується і розділяється на два ланцюги. Ферменти РНК ― полімерази забезпечують утворення РНК. РНК ― полімераза починає синтезувати новий ланцюг біля спеціального старт―сигналу ДНК, що називається промотором, і закінчує його біля стоп-сигналу (сигнал термінації), після чого полімераза та синтезований готовий ланцюг РНК відокремлюються один від одного.

2. Елонгація ― процес нарощування полінуклеотидного ланцюга. Відповідні рибонуклеотиди приєднуються до матричного ланцюга, згодом об'єднуються один з одним залишком фосфорної кислоти, створюючи ланцюг РНК. Процес каталізується РНК―полімеразою і вимагає присутності іонів Mg²⁴ або Мn²⁺ . Утворення іРНК відбувається на основі принципу комплементарності ланцюгів ДНК і РНК та антипаралельно відносно матричного ланцюга ДНК.

3. Термінація. РНК―полімераза рухається вздовж ланцюга ДНК і поступово переписує інформацію на РНК. Цей процес завершується за досягнення ферментом специфічної нуклеотидної послідовності, що сигналізує про завершення транскрипції. Ланцюг про―іРНК відокремлюється від матричного ланцюга ДНК, зазнає процесингу і переноситься в цитоплазму крізь пори в ядерній оболонці.

Транскриптон ― ділянка молекули ДНК, що містить промотор, послідовність, яка транскрибується та термінатор.

Первинний транскрипт (про―іРНК) ― молекула РНК, яка утворюється при транскрибуванні ділянки ДНК між промотором і термінатором.

3

Транскрипція у еукаріот

1) про-іРНК 2)процесинг 3) сплайсинг 4) зріла іРНК 5) альтернативний сплайсинг

Молекули про―іРНК набагато більші, ніж зрілі іРНК. Послідовність азотистих основ у молекулі про―іРНК, що утворилася, точно відтворює порядок чергування основ у ДНК. Під час "дозрівання" інформаційної РНК у бактерій відбувається тільки відщеплення кінців молекул, а в еукаріотів і деяких вірусів цей процес набагато складніший. Молекула про―іРНК містить у собі ряд інертних ділянок (інтронів), що не мають генів. Тому послідовність нуклеотидів у дозрілої іРНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК.

Процесинг ― молекулярні механізми, пов'язані з "дозріванням" різних типів РНК. Вони здійснюються в ядрі перед виходом РНК із ядра в цитоплазму.

Сплайсинг ― процесі "дозрівання" ІРНК спеціальні ферменти вирізають інтрони і зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони). Сплайсинг дуже точний процес. Його порушення змінює рамку зчитування при трансляції, що призводить до синтезу іншого пептиду.

Альтернативний сплайсинг — механізм виникнення варіацій при сплайсингу РНК за рахунок відокремлення екзонів попередника мРНК (пре-мРНК) і їх повторного з’єднання. В результаті отримуються альтернативні варіанти нуклеотидної послідовності мРНК. Ці варіанти мРНК потім зазвичай використовуються у процесі трансляції та переводяться в амінокислотну послідовність, формуючи ізоформи білків. Таким чином, альтернативний сплайсинг збільшує різноманітність білків, що синтезуються клітиною.

4

Трансляція, етапи

1) визначення, 2) рекогніція 3) ініціація, ініціаторний комплекс 4) елонгація, транслокація 5) термінація, 6) значення трансляції 7) посттрансляційна модифікація білків

Рекогніція ― процес розпізнавання амінокислот тРНК.

Транслокація ― процес переміщення тРНК―дипептидного комплексу разом з ІРНК в напрямку П―ділянки рибосоми.

Трансляція — процес синтезу білків з амінокислот, що каталізується рибосомою на матриці РНК (мРНК або іРНК). Трансляція є однією зі стадій процесу біосинтезу білків, у свою чергу частини процесу експресії генів.

Основні етапи трансляції:

1. Ініціація(Активація рибосом і початок синтезу поліпептидного ланцюга.). Розпочинається з активації амінокислот. Амінокислоти в цитозолі клітини вступають в реакцію з АТФ. Цей комплекс називається активованою амінокислотою. Реакцію каталізує фермент аміноацил―тРНК―синтетаза. Для кожної амінокислоти існує свій особливий фермент. Активована амінокислота приєднується до своєї специфічної тРНК. Реакція каталізується тим же ферментом.

2. Елонгація (подовження поліпептидного ланцюга). Друга, навантажена, тРНК з'єднується з рибосомою на аміноацильній ділянці її антикодон зв'язується з комплементарним кодоном ланцюга іРНК. На пептидильній ділянці метіонін звільняється від своєї тРНК і з'єднується пептидним зв'язком з проліном. Процес каталізує фермент пептидилтрансфераза.

3. Термінація (закінчення синтезу та вивільнення поліпептидного ланцюга). У кінці ланцюга іРНК знаходиться один із "стоп"―кодонів (УАА, УАГ, УГА). Фактор термінації (спеціальний білок) приєднується до цього кодону і блокує подовження поліпептидного ланцюга. Як наслідок, до останньої амінокислоти синтезованого білка приєднується вода, а її карбоксильний кінець відокремлюється від тРНК. Зв'язок між останньою тРНК і поліпептидним ланцюгом розривається. Рибосома відокремлюється від ланцюга іРНК і розпадається на дві субодиниці.

Значення трансляції.

• Білковий синтез є основою поділу, диференціювання, росту й розвитку, забезпечує особливості метаболізму і функцій.

• Білки сприяють об'єднанню клітин у групи, що призводить до утворення тканин і органів.

Будь―які порушення трансляції та синтезу білків призводить до появи хвороб.

Посттрансляційна модифікація ― процеси зміни початкової структури поліпептиду та формування нової. Внаслідок цього білки набувають специфічних властивостей і функціональної активності.

5

Реалізація генетичної інформації в клітині (експресія генів)

1) молекулярні механізми 2) етапи експресії

Генна експресія ― це молекулярний механізм реалізації спадкової інформації, завдяки якому ген виявляє свій потенціал конкретною фенотипною ознакою організму.

Етапи експресії гена:

1. "транскрипцією" ― код гена ДНК перетворюється в код про―іРНК.

2. Складна молекула про―іРНК зазнає "процесингу", внаслідок чого значно зменшується за розмірами. Утворюється зріла ІРНК, зчитування інформації з якої спрощується. Біологічний зміст процесингу ― полегшення доступу до спадкової інформації.

3. Інформаційна РНК за участю тРНК вибирає необхідні амінокислоти і зв'язує їх на рибосомі відповідно до послідовності амінокислот у молекулі білка. Цей процес називається трансляцією.

4. "експресією" ― синтезований поліпептид зазнає модифікації і впливає на морфологічну або функціональну ознаку (фенотип) клітини або організму.

6

Регуляція експресії генів у прокаріот

1) концепція оперона (по Ф. Жакобу і Ж. Моно) 2) ген-регулятор 3) промотор 4) білок – репресор 5) ген-оператор 6) структурні гени 7) ген-термінатор

Оперон ― це послідовність спеціальних функціональних сегментів ДНК та структурних генів, які кодують синтез певної групи білків одного метаболічного ланцюга, наприклад, ферментів гліколізу.

У 1961 р. французькі біологи Ф. Жакоб і Ж. Моно запропонували механізм регуляції генів, який було названо гіпотезою оперона.

Додавання лактози до культури Е.соїі індукує утворення відразу трьох ферментів: галактозидази, пермеази і трансацетилази, необхідних клітині для розщеплення лактози до глюкози і галактози.

• ген―регулятор, який контролює утворення білка ― репресора;

• промотор ― ділянка ДНК, до якої приєднується РНК полімераза і з якої розпочинається транскрипція;

• оператор ― ділянка промотора, яка може зв'язувати репресор;

• структурні гени ― ділянки ДНК, які кодують іРНК конкретних білків;

• термінаторна ділянка ДНК, яка несе сигнал про зупинку транскрипції.

7

Особливості експресії генів у еукаріотів

1) контроль експресії генів на стадії транскрипції 2) ампліфікація генів 3) моноцистронні іРНК 4) енхансери 5) білки – регулятори 6) гормональна індукція 7) контроль експресії генів на стадії трансляції 8) контроль експресії генів на стадії погсттрансляційних змін

1.

2. Ампліфікація генів ― багатократне збільшення числа копій однакових генів з метою інтенсифікації синтезу молекул, необхідних на певний момент часу.

3. У представників еукаріотів не встановлено повної оперонної організації генетичного матеріалу. Гени ферментів певного метаболічного ланцюга можуть бути розташовані в різних хромосомах. Вони зазвичай не мають системи регуляції у вигляді гена―регулятора, оператора і промотора, тому синтезовані в ядрах еукаріотів іРНК моноцистронні. Регуляція активності генів в еукаріотів складніша. В цьому процесі беруть участь відразу декілька генів―регуляторів, тобто регуляція транскрипції еукаріотів є комбінативною.

4. Енхансери ― "підсилювальні" сегменти ДНК. Вони можуть розташовуватися на великій відстані від промотора. їх функція ― участь в регуляції активності структурних генів. Препромоторний елемент і енхансер регулюються відповідними регуляторними білками. Деякі білки―регулятори виконують координуючий вплив на активність багатьох генів, тобто вони мають плейотропну дію.

5.

6. Гормональна індукція ― регуляторний вплив на геном еукаріотів з боку ендокринної системи організму. Зокрема, це стосується стероїдних гормонів, які зворотно зв'язуються з білками―рецепторами, що переносять їх у ядро. Такий комплекс зв'язується зі специфічною ділянкою хроматину, відповідальною за регуляцію генів.

7. Контроль експресії генів в еукаріотів здійснюється також на стадії трансляції (наприклад, шляхом впливу на фактор ініціації трансляції. Тому, навіть за наявності в цитоплазмі іРНК, синтезу на ній може не відбуватися).

8. Регуляція експресії генів еукаріотів може здійснюватися на стадії посттрансляційних змін (наприклад, для утворення активної форми білкового гормону інсуліну, із молекули проінсуліну вирізаються два ланцюжки, що згодом зшиваються дисульфідними зв'язками).