28.3.1. Репарация депуринизированной днк

В результате действия повышенных температур некоторые пуриновые нуклеотиды лишаются своих азотистых оснований и возможности участия в | репликации. Процесс репарации осуществляется при помощи особого фер­мента — апуриновой эндонуклеазы, которая находит участок апуриновой ДНК | и вырезает его. Последующие события, связанные с синтезом олигонуклеоти-1 да и его встраиванием в цепь ДНК, аналогичны таковым при репарации тими-1 диновых димеров.

3.

№ 9

1. Сформулируйте преимущества молекул биополимеров перед мономерами в реализации принципа комплементарности, как основы важнейших функций клеток и организмов.

2. Стехиометрия реакций транскрипции ДНК с участием субстратов, как источника энергии и РНК-полимеразы. Коничев 243 Комов 457 Представление о сигналах инициации и терминации транскрипции в ДНК-матрицах., Комов 458, 467

3. Биосинтез глюкозы из молочной кислоты, глицерола, метаболитов цикла лимонной кислоты и аминокислот. Роль биотина в реакциях глюконеогенеза. Комов 271

1.

2. Инициация транскрипции

Инициация транскрипции является наиважнейшим фактором, опреде­ляющим начало синтеза РНК, его скорость и регуляцию.

Процесс транскрипции у прокариот начинается с присоединения ст-субъ-единицы к участку ДНК, называемому промотором. Этот участок не несе информации и служит для присоединения и ориентации РНК-полимеразь (рис. 28.5).

Присоединение фермента к промотору определяет рамку считывания и и формации с матрицы ДНК. На участке промотора имеется по меньшей мер. два элемента (в области 10 и 35 нуклеотидов, если считать по направлению, противоположному движению фермента), участвующих во взаимодействии с с-субъединицей РНК-полимеразы. Первый элемент (в области 10 нуклеотидов > называется бокс Прибнова, по фамилии открывшего его автора. Этот бокс имеет последовательность ТАТААТ на одной из цепей и комплементарную ей последовательность — на другой. В положении 35 найдена последовательность ТТГАЦА. Обе эти нуклеотидные последовательности взаимодействуют с ст-субъединицей РНК-полимеразы и закрепляют ее на цепи ДНК. Сродство некоторых участков промотора вне областей 10 и 35 к РНК-полимеразе усили­вает скорость транскрипции. Эти участки называются дискриминаторами v. являются сугубо индивидуальными для каждого промотора. Далее к а-субъ-единице присоединяется корфермент и образуется закрытый транскрипцион­ный комплекс. В результате раскручивания цепей ДНК разрываются водо­родные связи между парами нуклеотидов ДНК и образуется открытый транс­крипционный комплекс. Инициация транскрипции у эукариот происходит гмеханизму, сходному для прокариот, однако последовательность нуклеотидов в регионе промотора несколько иная (рис. 28.6).

Последовательности ТАТА и ЦААТ в зоне промотора способствуют пра­вильному расположению РНК-полимеразы на матрице ДНК. Энхансеры, ло­кализованные на значительном удалении от зоны промотора, участвуют в ре­гуляции процесса транскрипции. Сразу после начала транскрипции первый нуклеотид с 5'-конца подвергается модификации (метилированию гуанина), которая называется кэшированием. Поэтому первый нуклеотид, стартовая точ­ка гена, называется кэп-сайт. Сигнал ААТААА (последняя последовательность, кодируемая РНК-полимеразой) способствует блокированию З'-конца мРНК.

Кроме того, у эукариот образование инициаторного комплекса требует наличия специальных инициаторных белков, которые называются общими факторами транскрипции. Рассмотрим некоторые из них применительно к синтезу мРНК. К ним относится ТАТА-связывающий белок, или ТСБ, а также 8—10 белков, ассоциированных с ТСБ. Они носят название ТСБ-ассоцииро-ванные факторы или ТАФ. ТСБ и ТАФ образуют комплекс ТФПД, или транс­крипционный фактор Ддля РНК-полимеразы II.

Этот комплекс связывается с РН К-полимеразой и способствует более эф­фективному образованию инициаторного комплекса.

Терминация трансляции

Терминация представляет собой завершение синтеза полипептидной цепи

освобождение ее от рибосомы. Сигналами, определяющими окончание син-

еза, являются стоп-кодоны на цепи мРНК. Таких стоп-код онов у прокариот

:ж: УАА, УАГ, УГА. У этих код онов нет комплементарных антикодонов тРНК,

оэтому при достижении их рибосомой синтез прекращается. В А-центр вме-

~о аа-тРНК входят белковые факторы терминации К.Р, и КР₂, а также фактор

- КР (ШЬозоте ге!еа8е гас1ог).

Под действием релизинг-фактора, соединенного с ГТФ и пептидилтранс-Ьеразой, в Р-центре гидролизуется связь тРНК-полипептид, причем последний свобождается из рибосомы. Кроме отделения полипептидной цепи, происхо-лт освобождение мРНК от рибосомы, которая вновь готова к трансляции.

У эукариот синтез белка протекает в основном так же, как и у прокариот, этя и имеются некоторые различия. Например, у эукариот рибосомы имеют олыпий размер, у них больший ассортимент белков и белковых факторов(около 10). На цепи мРНК прокариот может синтезироваться несколько пс_з* пептидных цепей, тогда как у эукариот — только одна полипептидная иоь так как транскриптон эукариот синтезирует всего одну мРНК.

Различия в механизмах трансляции в основном касаются процессов .ли циации трансляции.

Инициация трансляции эукариот. Различают четыре этапа инициаии*

* Диссоциация рибосомы на 408- и 608-субъединицы. Присоединение к •* 8-субъединице инициирующих факторов 1Р-3 и 1Р-1А, препятствующих ре» социации 408- и 608-субъединиц в полную рибосому.

• Образование тройного комплекса, состоящего из Ме1-тРНК, ГТФ и 1Р-.. Затем этот комплекс взаимодействует с 408-субъединицей рибосомы, в р» зультате образуется преинициирующий комплекс. Образование прейниц-ирующего комплекса протекает в несколько стадий. Сначала происходит ;ю зывание ГТФ с 1Р-2. Этот двойной комплекс соединяется с Мег-тРНК *• инициирующим кодоном мРНК АУГ. Образованный четырехкомпонентнь. комплекс соединяется с 408-субъединицей рибосомы, в результате получает; 438 преинициирующий комплекс, который стабилизируется при помощи 1Р и 1Р-1А. Одной из важнейших структур, регулирующих синтез белка на ста» инициации, является белковый фактор 1Р-2. Он состоит из трех субъедин¹» (а, (3 и у), причем регуляторной является а-субъединица, которая фосфора < руется по серину 51.

* Связывание мРНК с 438 преинициирующим комплексом и образован-488 инициирующего комплекса.

• Комбинирование 488 инициирующего комплекса с 608-субъединив: рибосомы и образование 808 инициирующего комплекса. В процессе обргз вания полной рибосомы при помощи 1Р-5 происходит гидролиз ГТФ. :*•. занного с 1Р-2. Эта реакция освобождает все факторы инициации, связанна. с 488 инициирующим комплексом, и осуществляет быструю ассоциацию -и 608-субъединиц в 808 полную рибосому с Ме1-тРНК, расположенно Р-сайте.

Синтез белка — процесс, протекающий со значительной затратой гии. Легко подсчитать число макроэргов, которые расходуются на образе одной полипептидной связи. При активации аминокислот АТФ гидроли до АМФ, что эквивалентно затрате двух макроэргов, а инициация транс, требует один макроэрг ГТФ. В процессе элонгации затрачивается два м эрга ГТФ: один на доставку аминоацил-тРНК в А-центр рибосомы, а втор на процесс транслокации. И наконец, на терминацию требуется один м: эрг ГТФ.

3. Глюконеогенез – это биосинтез Глк из неуглерод. предшественников. Аминок-ты (гликогенные к-ты)пируват или оксалоацетат.

Глицеролдегидроксиацетон (метаболит гликолиза) Глк

Биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников носит назва глюконеогенез, а пируват обусловливает вхождение в этот процесс. Как отм, лось выше, в процесс глюконеогенеза вовлекают ряд аминокислот, после вращения их в пируват или оксалоацетат. Такие аминокислоты получил! звание гликогвнных, подробно их метаболические превращения, приводяп синтезу глюкозы, рассмотрены в гл. 24. Из продуктов деградации триаци. церолов только глицерол может участвовать в глюконеогенезе путем пр^ щения его в дегидроксиацетон (метаболит гликолиза), а затем в глюкозу.

Подобно тому как гликолиз представляет собой центральный путь кат:?.' лизма глюкозы, в процессе которого она распадается до двух молекул пир та, превращение последних в глюкозу составляет центральный путь глкжо генеза. Таким образом, глюконеогенез в основном протекает по тому же п что и гликолиз, но в обратном направлении. Однако три реакции глико. [(1), (3) и (10)] необратимы, и в обход этих реакций в глюконеогенезе протеи ют другие реакции с иной стехиометрией, катализируемые другими фермеьми (рис. 20.1). Известны четыре фер­мента, катализирующие реакции глюконеогенеза и не принимающие участие в гликолизе: пируваткарбок-силаза, фосфоеноилпируваткарбок-сикиназа, фруктозо-1,6-дифосфата-за и глюкозо-6-фосфатаза.

Они локализованы преимущест­венно в печени, где и происходит главным образом глюконеогенез. Значительно менее интенсивно этот процесс идет в корковом веществе почек.

После того как в мышцах истощается запас гликогена, основным источ­ником пирувата становятся аминокислоты, образующиеся после деградации белков. При этом более 30% аминокислот, поступающих из крови в печень, приходится на аланин — одну из гликогенных аминокислот, углеродный ске­лет которой используется в печени как предшественник для синтеза глюкозы. Механизм превращения мышечных аминокислот в аланин, схема его участия в глюконеогенезе представлены в гл. 24. Другим источником пирувата являет­ся лактат, который накапливается в интенсивно работающих мышцах в про­цессе анаэробного гликолиза, когда митохондрии не успевают реокислить на­капливающийся НАДН. Лактат транспортируется в печень, где снова превра­щается в пируват, а затем в глюкозу и гликоген. Этот физиологический цикл (рис. 20.2) называют циклом Кори (по имени его первооткрывателя). У цикла Кори две функции — сберечь лактат для последующего синтеза глюкозы в пе­чени и предотвратить развитие ацидоза.