Транскрибирующий комплекс (РНК- полимераза и общи факторы транскрипции), связавшись с промотором, может осуществлять синтез РНК, но с низкой эффективностью. Для достаточного уровня синтеза РНК необходимо присоединение специфических факторов транскрипции. С энхансерами (полинуклеотидные последовательности ДНК) связываются белки-активаторы, интенсифицирующие транскрипцию. Репрессоры могут связываться с сайленсером (полинуклеотидные последовательности ДНК), оказывая на транскрипцию ослабляющий эффект. Усиливающий эффект на транскрипцию генов оказывают стероидные гормоны. Попав в клетку-мишень, молекула гормона, связываясь со стероидоспецифическим рецептором, образует с ним комплекс, который проникает в ядро, взаимодействует со специфической энхансерной последовательностью ДНК, что приводит к усилению экспрессии стероидзависимых генов.
Посттранскрипционная регуляция:
Альтернативный сплайсинг. В ходе сплайсинга экзоны первичного РНК-транскрипта могут объединяться в различных комбинациях, что образует разные формы зрелой мРНК. С помощью альтернативного сплайсинга один ген может экспрессировать несколько мРНК, которые кодируют белки с отличающимися аминокислотными последовательностями.
Регулирующим эффектом экспрессии генов является скорость разрушения (деградации) мРНК. Время полужизни мРНК в клетках прокариот всего несколько минут. Эта особенность позволяет бактериям быстро изменять спектр синтезируемых белков как реакцию на колебания факторов среды. У многоклеточных эукариот короткоживущими бывают мРНК регуляторных белков. Это позволяет клеткам при изменении каких-то параметров быстро реагировать изменением синтеза необходимых белков. РНК тканеспецифичных белков более стабильны. Ферментативный распад мРНК у эукариот начинается с 3’ поли(А)-конца. Это запускает действие ферментов, которые удаляют КЭП на 5’-конце. Когда шапочка удалена, ферменты быстро разрушают молекулы мРНК.
18. Этапы реализации генетической информации. Трансляция и посттрансляционные изменения белка.
Трансляция- синтез полипептида по матрице мРНК производимый рибосомой. Осуществляется но основе генетического кода- свойственного организмам способа кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью определенной последовательности нуклеотидов в ДНК и мРНК.
Основные компоненты белоксинтезирующей системы:
Аминоацил-тРНК-синтетаза. Для каждой аминокислоты в клетке имеется аминоацил-тРНК-синтетаза, которая способна отличать свою аминокислоту от остальтных. Фермент должен узнавать также тРНК, антикодон которой соответствует данной аминокислоте, причем не одну, поскольку в клетке имеется несколько тРНК, способных присоединять одну и ту же аминокислоту.
мРНК (иРНК). Посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Используется в качестве матрицы.
тРНК (в клетках человека их около 50)- адапторные молекулы. Аминокислота присоединяется к акцепторному участку на 3’-конце молекулы с помощью специфичной для каждого типа тРНК аминоаци-тРНК- синтетазы. Антикодоновая петля содержит антикодон-триплет нуклеотидов, комплементарный определенному кодону мРНК. Иногда в первом положении антикодона стоит нетипичное для РНК азотистое основание инозин, которое способно комплементарно соединяться с любым из трех азотистых оснований – урацилом, аденином и гуанином кодонов мРНК. Благодаря этому одна тРНК способна распознавать несколько кодонов-синоимов мРНК (чем обеспечивается свойство вырожденности генетического кода). Также в тРНК различают D-домен, который служит для специфического узнавания аминоацил-тРНК-синтетазой конкретной тРНК и Т-домен, отвечающий за связывание аминоацил-тРНК с рибосомой.
Рибосомы -состоят из большой и малой субъединиц и имеют 3 центра:
Аминоацильный(А-сайт)
Пептидильный(Р-сайт)
Сайт отсоединения тРНК от рибосомы (Е-сайт)
Синтез полипептида
Матрицей для синтеза полипептидной молекулы служит мРНК, которая связывается с одной или несколькими рибосомами.
Инициация. Малая субъединица рибосомы садится на 5’- конец мРНК в области КЭП и двигается вдоль молекулы мРНК, достигая стартового кодона мРНК – АУГ. К данному кодону мРНК присоединяется своим антикодоном тРНК, связанная с метионином(Met). Затем к стартовому комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы. В Р-сайте оказывается АУГ-кодон мРНК с присоединенной к нему тРНК, несущей метионин.
Элонгация происходит на основе информации триплетов мРНК, следующих за инициирующим кодоном в направлении от 5’-k3’-концу. Связывание аминоацил-тРНК в А-центре происходит лишь в том случае, если антикодон тРНК комплементарен и антипараллелен кодону мРНК в А- центре. Обрзуется первая пептидная связь. Этот процесс обеспечивает ферментативная активность 28s рРНК. Эти каитклитически активные ферменты РНК – рибозимы. В результате тРНК в Р-центре теряет связь со своей аминокислотой, которая переносится из Р-центра в А-центр. Заем происходит транслокация рибосомы, в результате чего синтезируемый пептид, связанный с тРНК, перемещается из А-центра в Р-центр. Свободная от аминокислоты тРНК в Е-участке отсоединяется от рибосомы, а в область А-центра попадает следующий кодон мРНК.
Рибосома перемещается вдоль молекулы мРНК в направлении 5’-3’ от одного кодона к другому до тех пор пока не достигнет какой-либо из трех стоп-кодонов. К этому стоп-кодону присоединяется затем фактор освобождения, останавливающий трансляцию и вызывающий отделение завершенного полипептида от рибосомы (терминация трансляции).
Одну цепь, как правило, транслируют несколько рибосом. Такой комплекс рибосом, соединенный цепью мРНК- полисома (или полирибосома).
Образованный в результате трансляции полипептид не обладает функциональной активностью. Поэтому вслед за трансляцией белка следуют посттрансляционные процессы(фолдинг). Фолдингом белка называют процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную пространственную(третичную) структуру. После этого белок начинает функционировать.
Структуры белка
Первичная – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.
Вторичная – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).
Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка.
Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)
Заболевания, связанные с нарушением фолдинга белка:
1) Заболевания, связанные с самопроизвольным наруш фолдинга: болезнь Альцгеймера, Паркинсона, рассеянный склероз
2) Нарушение фолдинга индуцируется инородным белком – прионом: болезнь Крейтцфельда-Якоба, фатальная семейная бессонница, болезнь куру и др
Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции происходит:
1. Наиболее часто на стадии инициации трансляции (нарушение в структуре расположенных вокруг АУГ нуклеотидов) снижает объем трансляции
2. Начало синтеза протеина может быть блокировано регуляторными протеинами, которые связываются с мРНК, что препятствует присоединению ее к рибосоме
3. После синтеза полипептидов на рибосомах они должны пройти посттрансляционную модификацию
4. Изменение скорости синтеза и распада белковых молекул
19. Основные этапы реализации генетической информации. Особенности экспрессии гена у про- и эукариот.
I. Транскрипция - синтез всех видов РНК на матрице ДНК. Транскрипция, или переписывание, происходит не на всей молекуле ДНК, а на участке, отвечающем за определенный белок (ген).
Условия, необходимые для транскрипции:
а) разкручивание участка ДНК с помощью расплетающих белков-ферментов
б) наличие строительного материала в виде АТФ. ГТФ. УТФ. 1ДТФ
в) ферменты трансктипции - РНК-полимеразыI, II, III
г) енергия в виде АТФ.
Транскрипция происходит по принципу комплементарности. При этом с помощью специальных белков-ферментов участок двойной спирали ДНК раскручивается, является матрицей для синтеза иРНК. Затем вдоль цепи ДНК движется фермент РНК-полимераза, соединяя между собой нуклеотиды по принципу комплементарности в растущую цепь РНК. Затем одноцепочечная РНК отделяется от ДНК и через поры в мембране ядра покидает клеточное ядро (рис. 5)
Рис. 5 Схематическое изображение транскрипции.