Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Транскрипция ДНК и ее закономерности





Под транскрипцией понимают синтез молекул РНК. Биосинтез молекул РНК происходит в результате комплементарного копирования (переписывания нформации конкретного участка ДНК – матрицы, в качестве которой используется (+) цепь (кодирующая цепь). Биосинтез РНК катализирует РНК-полимераза. Синтезированная РНК является точной копией (транскриптом) гена.

В результате транскрипции образуются рибосомальные р-РНК, матричные м-РНК (информационные), транспортные т-РНК. Каждая из синтезированных РНК играет строго определенную роль на втором этапе реализации генетической информации – трансляции.

Рибосомальные РНК в виде комплекса с рибосомальными белками участвуют в формировании рибосом, а также принимают участие в связывании м-РНК (отвечают малые субъединицы), т-РНК, нагруженных аминокислотами (отвечает большая субъединица), и образовании пептидных связей между остатками аминокислот. Матричные РНК переносят генетическую информацию из клеточного ядра в цитоплазму, где объединяясь с рибосомами, образуют полисому (полирибосому), служат матрицей для синтеза белковых цепей в рибосомах. Транспортные РНК участвуют в процессе трансляции в качестве промежуточного связующего звена между нуклеиновыми кислотами и белками.

Для того, чтобы хранящаяся в ДНК информация могла быть использована, ее необходимо переписать (транскрибировать) в последовательность нуклеотидов м-РНК. Как отмечалось выше, м-РНК играют роль химических посредников, кодируемых генами, так как в клетках эукариот белки синтезируются в цитоплазме (на рибосомах), а не в ядре. Экспериментально доказано, что в качестве матрицы (копирующей цепи) в процессе транскрипции используется не вся (+) цепь ДНК, а ее участки (гены или группы генов). Процесс транскрипции протекает избирательно и направляется особыми регуляторными последовательностями нуклеотидов ДНК-матрицы, указывающих начало и конец участков ДНК, подлежащих транскрипции (инициирующие и терминирующие последовательности).

Опыты по гибридизации показали, что м-РНК прокариот комплементарна кодирующей ее ДНК-матрице, а эксперименты с использованием радиоактивных меток свидетельствуют о том, что РНК-полимераза связывается с 3′-концом транскрибируемого участка (+) цепи ДНК и движется по ней в направлении 3 → 5, осуществляя синтез цепи РНК в направлении 5 → 3, т.е. синтезированная молекула РНК будет антипараллельна ДНК-матрице. Поток информации в клетке прокариот в процессе транскрипции гена можно отразить следующей схемой:

 

участок (–) цепи ДНК (некодирующая цепь) 3′... АТАТГЦЦТГ... 5′  
участок (+) цепи ДНК (кодирующая цепь) 5′... ТАТАЦГГАЦ... 3′ начало транскрипции
м-РНК 3′... АУАУГЦЦУЦ... 5′  

 

Молекулы м-РНК у прокариот транслируются еще до того, как заканчивается их синтез. У эукариот продуктом транскрипции гена является гетероядерная РНК (гя-РНК) – предшественник зрелой м-РНК. Первичный транскрипт (гя-РНК) превращается в функционально активную молекулу м-РНК в результате процессинга, или созревания (см. учебник). При этом транскрипт укорачивается.

Процессинг РНК, который локализован в ядре, играет ключевую роль в регуляции транспорта м-РНК из ядра в цитозоль, где локализован биосинтез белка. Каждому работающему гену или группе генов соответствует своя молекула м-РНК.

 

Трансляция генетической информации и ее закономерности

Трансляция – процесс синтеза белковых молекул на матрицах информационных РНК (м-РНК). Термин «трансляция» происходит от англ. translation – перевод, так как на втором этапе реализации генетической информации осуществляется перевод четырехбуквенного текста нуклеиновых кислот (А, Г, Ц, Т) на язык белков, состоящий из 20 букв (20 аминокислот). Информация о последовательности аминокислот в молекуле белка считывается в процессе трансляции с последовательности азотистых оснований в нуклеотидах м-РНК. Правила, которым следует трансляция, называют генетическим кодом (табл. 3).

Генетический код – это путь перевода наследственной информации, заключенной в последовательности азотистых оснований (нуклеотидов) нуклеиновых кислот в последовательность аминокислот полипептидной цепи белка. Каков же этот путь?

 

Таблица 3

Генетический код

 

Первая буква кодона (5′-конец м-РНК) Вторая буква кодона м-РНК Третья буква кодона (3′-конец м-РНК)
У Ц А Г
У ФЕН СЕР ТИР ЦИС У
ФЕН СЕР ТИР ЦИС Ц
ЛЕЙ СЕР NON1 NON3 А
ЛЕЙ СЕР NON2 ТРИ Г
Ц ЛЕЙ ПРО ГИС АРГ У
ЛЕЙ ПРО ГИС АРГ Ц
ЛЕЙ ПРО ГЛН АРГ А
ЛЕЙ ПРО ГЛН АРГ Г
А ИЛЕ ТРЕ АСН СЕР У
ИЛЕ ТРЕ АСН СЕР Ц
ИЛЕ ТРЕ ЛИЗ АРГ А
МЕТ ТРЕ ЛИЗ АРГ Г
Г ВАЛ АЛА АСП ГЛИ У
ВАЛ АЛА АСП ГЛИ Ц
ВАЛ АЛА ГЛУ ГЛИ А
ВАЛ АЛА ГЛУ ГЛИ Г

 

Генетический код является триплетным, т.е. за кодирование одной аминокислоты отвечают три, следующих друг за другом, азотистых основания (триплет нуклеотидов, или кодон). ДНК-кодоны идентичны таковым в м-РНК, за исключением того, что в м-РНК вместо тимина (Т), характерного для ДНК, стоит урацил (У). На уровне ДНК кодоны образуют ее некодирующую цепь, последовательность нуклеотидов которой соответствует последовательности м-РНК при условии замены Т на У. Например, РНК-кодон для пролина (про) представлен триплетом ЦЦУ. Первая буква РНК-кодона (Ц) имеет отношение к 5′-концу м-РНК и находится в левом вертикальном столбце генкода, вторая буква (Ц) – в горизонтальной строке, третья (У) в правом вертикальном столбце и имеет отношение в 3′-концу м-РНК (см. табл. 3). ДНК-кодон для пролина идентичен кодону м-РНК, в котором вместо урацила находится тимин, т.е. ЦЦТ. Если прочитать структуру гена (участка ДНК) в виде последовательности некодирующей цепи ДНК в направлении 5 → 3, то с помощью генетического кода можно воспроизвести аминокислотную последовательность белка в принятом порядке, т.е. от N- к С-концу.

 

 

участок ДНК: 5′... -Ц-Ц-Т-Г-А-Г-Г-А-Г-... 3′ (-) некодирующая цепь

3′... -Г-Г-А-Ц-Т-Ц-Ц-Т-Ц-... 5′ (+) кодирующая цепь

Транскрипция

 
 


м-РНК: 5′... -Ц-Ц-У-Г-А-Г-Г-А-Г-... 3′

антикодон т-РНКпро 3′ -Г -Г-А-5′

про-т-РНКпро:

Трансляция

 
 


Фрагмент белка: (H2N)...-про-глу-глу-... (ОН)

 

Полный кодовый словарь содержит 64 кодона м-РНК: из них 61 кодон имеет смысл, т.е. отвечают за кодирование определенных аминокислот, а три кодона УАА (NON1), УАГ (NON2), УГА (NON3) являются бессмысленными (нонсенс – кодонами, NON), т.е. не отвечают за кодирование аминокислот. Однако эти кодоны не лишены смысла, поскольку выполняют функцию «стоп» сигналов в терминации (окончании) трансляции м-РНК (сигнализирует один из трех терминирующих кодонов). Кроме того, терминирующие кодоны могут служить внутренними сигналами для разделения нескольких продуктов трансляции в тех случаях, когда одна м-РНК несет генетическую информацию группы генов ДНК.

Кодон АУГ является инициирующим трансляцию и у прокариот, и у эукариот; кроме того, во внутренних положениях полипептидной цепи он кодирует метионин (мет).

Генетический код един (универсален) для всего живого: у любого вида организмов каждая из аминокислот кодируется одним и тем же кодоном или одними и теми же кодонами. В последнем случае имеет место такое свойство кода как «вырожденность». Например, триптофан (три) кодируется одним кодоном – УГГ, а за включение валина (вал) отвечают четыре кодона, которые отличаются только третьей буквой – ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ.

Транспортные РНК (т-РНК) участвуют в процессе трансляции в качестве промежуточного связующего звена между нуклеиновыми кислотами и белками. Они выполняют функцию переводчика информации с языка нуклеотидов м-РНК на язык белков, обеспечивая точность воспроизведения их первичной структуры, т.е. последовательности аминокислот. Механизм преобразования генетической информации с участием т-РНК основан на их способности «узнавать» с помощью своих антикодонов определенные кодоны м-РНК. В основе этого антикодон – кодонового взаимодействия лежит спаривание (за счет образования Н-связей) комплементарных азотистых оснований (см. в учебнике вторичную структуру молекул т-РНК - модель «клеверный лист»). На 3-конце (-ЦЦА-3) молекулы т-РНК несут ту аминокислоту, которая согласно генетическому коду соответствует очередному кодону м-РНК. Например, кодон м-РНК ЦЦУ в соответствии с генетическим кодом отвечает за кодирование пролина (про), следовательно, в ходе трансляции он будет опознаваем антикодоном ГГА молекулы т-РНК, несущей в большую субъединицу рибосомы пролин (про-т-РНКпро, см. предыдущую схему).

Таким образом, последовательность аминокислот в белках определяется последовательностью кодонов м-РНК, считываемых молекулами т-РНК. Процесс трансляции генетической информации модно охарактеризовать как процесс декодирования м-РНК.

Процессу трансляции предшествует активация аминокислот, которая сопровождается образованием молекул т-РНК, нагруженных аминокислотами.

Активация аминокислот

Для каждой из 20 аминокислот имеется соответствующий фермент, называемый аминоацил-т-РНК-лигазой (АРСазой, или кодазой), который катализирует соединение определенной аминокислоты с соответствующей ей специфической т-РНК (специфичность т-РНК определяется составом нуклеотидов антикодона в антикодоновой петле т-РНК). Процесс активации аминокислот называют термином «рекогниция», т.е. узнавание.Активация аминокислот необходима не только по тому, что только в активированном состоянии они способны к образованию пептидных связей, но и потому, что аминокислоты сами по себе не способны узнавать кодоны м-РНК (как было отмечено выше, эту роль выполняют т-РНК).

Активация аминокислот локализована в цитоплазме, осуществляется в две стадии. На первой стадии аминокислота связывается в активном центре кодазы, специфичной к этой аминокислоте, и реагирует с АТФ, образуя высокоэнергетический ангидрид – аминоациладенилат (аа-аденилат). Например, активацию пролина можно представить следующей упрощенной схемой:

 

На второй стадии активированный остаток аминокислоты (в нашем случае –остаток пролина) переносится за счет энергии АТФ с аминоациладенилата (аа) (в нашем случае – с пролил-аденилата) на концевую 3′-ОН-группу концевого остатка рибозы т-РНКаа (у нас т-РНКпро), в результате образуется сложноэфирная связь между остатком аминокислоты и остатком рибозы 3′-концевого остатка аденозина, входящего в последовательность нуклеотидов 3′-конца т-РНК (-ЦЦА 3′). Процесс переноса можно отразить следующей схемой:

 

 

Обратите внимание, что присоединение аминокислот к специфичным т-РНК сопровождается переносом энергии, которая используется на образование пептидных связей (– CONH –) между аминокислотами в процессе биосинтеза белка на рибосоме!

Точность трансляции зависит от субстратной специфичности АРСаз как в отношении т-РНК, так и соответствующей ей аминокислоты. АРСазы способны распознавать и исправлять свои собственные ошибки. Например, из-за того, что радикалы аминокислот валина и изолейцина структурно очень похожи друг на друга, можно было ожидать, что на место изолейцина в полипептидную цепь будет часто встраиваться валин. Однако частота ошибок при включении структурно похожих аминокислот составляет только одну на 1300 аминокислотных остатков. АРСаза обеспечивает немедленное удаление ошибочно присоединенных аминокислотных остатков, катализируя гидролиз «неправильного» аминоациладенилата:

O

|| АРСазаиле

H2N – CH – C ~ ОАМФ + H2O H2N – CH – COOH + АМФ

| |

CH(CH3)2 CH(CH3)2

валил-аденилат валин

Затем АРСазаиле начинает все сначала и образует правильный аа-аденилат:

АРСазаиле

H2N – CH – COOH + АТФ H2N – CH – CO ~ ОАМФ + ррН

| |

CHCH3 CHCH3

| |

CH2CH3 CH2CH3

изолейцин изолейцил-аденилат

 







Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.