Биосинтез РНК. РНК-полимеразы. Транскрипция как передача информации от ДНК к РНК. Образование первичного транскрипта, его созревание (процессинг).
Транскрипция – синтез молекулы РНК по матрице ДНК. Биологическая роль: перенос генетической информации с ДНК на РНК. В транскрипции участвуют:
· матрица (программа) – кодирующая нить ДНК;
· субстраты – АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ;
· ферменты – РНК-полимеразы;
· белковые факторы;
· ионы магния, марганца.
Выделяют 3 стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация
На молекуле ДНК имеется особый участок промотор, с которым связывается РНК-полимераза. Промотор иногда называют ТАТА участком (в нём преобладают тимин, аденин, с 2-мя водородными связями между ними). Рядом с промотором расположены сигнальные участки, определяющие скорость транскрипции. Далее в молекуле ДНК располагаются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки гена. Участок (сайт) терминации определяет окончание синтеза РНК.
Инициация заключается во взаимодействии иницирующих белков с промотором и расхождении нитей ДНК, их раскручивании и формировании транскрипционной вилки. РНК-полимераза связывается с промоторным участком и по принципу комплементарности соединяет нуклеотиды цепи РНК в направлении от 5 конца к 3. РНК-полимераза - олигомерный фермент, состоящий из нескольких субъединиц, не требующий затравки. При достижении РНК – полимеразой участка терминации происходит его связывание с белками терминации, что сопровождается отщеплением РНК-полимеразы от ДНК, диссоциацией её и окончанием транскрипции.
Процессинг РНК
Синтезированная РНК переписывает с кодирующей нити ДНК, как кодирующие участки, так и некодирующие участки гена и является про-РНК (незрелой РНК). Про-РНК в последующем подвергается созреванию (процессингу). Существует несколько механизмов процессинга:
· сплайсинг – вырезание копий интронов и соединение копий экзонов;
· присоединение к про-РНК добавочных нуклеотидов;
· модификация азотистых оснований в составе про-РНК.
Особенности процессинга для рРНК, тРНК, иРНК.
Процессинг иРНК заключается в присоединении КЭП - участка и полиаденилового «хвоста» в сочетании со сплайсингом.
Процессинтг тРНК происходит путём метилирования азотистых оснований и добавления акцепторного участка ЦЦА в сочетании со сплайсингом.
Процессинтг рРНК заключается в вырезании из большого предшественника фрагментов всех видов РНК: 18S; 5S; 5,8S; 28S.
Возможен альтернативный сплайсинг, который состоит в том, что для различных видов белков интроны могут служить экзонами.
Билет 6
1. Современные представления о структуре молекул белков. Первичная структура белков. Зависимость биологических свойств белков от первичной структуры. Видовая специфичность белков. Наследственные изменения первичной структуры. Наследственные протеинопатии: серповидно-клеточная анемия и другие примеры.
Первичная структура – порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи.
даже небольшие изменения первичной структуры белка могут значительно изменять его свойства .Молекулярные болезни – наследственные нарушения в первичной структуре булка. Например, замена в β-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к образованию гемоглобина S и тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию — транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание — серповидноклеточная анемия.
др.примеры наследств.гемоглобинопатий-талласемия(в основе снижение синтеза полипепт.цепей),Персистенция фетального гемоглобина (когда фетальный не меняется на «А»)
Видовая и индивидуальная специфичность набора белков в данном организме определяет особенности его строения и функционирования. Набор белков в дифференцирующихся клетках одного организма определяет морфологические и функциональные особенности каждого типа клеток. Одни и те же АК присутствуют в различных по структуре и функциям белках. Индивидуальность белковых молекул определяется порядком чередования АК в белке. Однако многие белки, выполняя одну и ту же функцию, несколько отличаются по строению у разных представителей одного и того же вида. Примером могут служить белки групп крови у человека. Такое разнообразие белков обусловливает индивидуальную специфичность организмов.
Исследование первичной структуры имеет важное общебиологическое и медицинское значение:
1. Первичная структура является определяющей для последующих структур белка.
2. Знание первичной структуры белка необходимо для искусственного синтеза белков с заданными биологическими свойствами
3. Первичная структура определяет видовую специфичность белков, например, в белке инсулине, обычно в середине молекулы у различных видов животных и человека происходит замена, как правило, 3-х равноценных по свойствам радикалов аминокислот.
4. Изменения в первичной структуре могут причиной молекулярных патологий. Например, при серповидноклеточной анемии в гемоглобине в β - цепи в 6 положении глютаминовая кислота заменяется на валин. Эта замена на неравноценную по свойствам радикала аминокислоту приводит к нарушению функции гемоглобина и появлению серповидной формы эритроцитов.
В белковой молекуле при чередовании жестких (пептидная связь) и гибких (α -углеродный атом) участков формируется компактная укладка цепи в пространстве.
2 Взаимные превращения моносахаридов в организме. Образование в тканях глюкуроновой кислоты, аминосахаров, лактозы и других олигосахаридов. Роль УДФ-глюкозы в этих процессах
Все аминосахара образуются из глюкозы, а источником аминогруппы является глютамин. носахариды находятся в клетках в виде фосфорных эфиров.
Образование фосфорных эфиров гексоз происходит однотипно с участием ферментагексокиназы (АТФ: гексозо-фосфотрансферазы) в момент переноса гексозы из крови через клеточную мембрану, кофактором является ион магния. (сокращение названия фермента ГК)
Гексокиназа ГК (Мg +2)
Глюкоза + АТФ ———> Гл-6-Фосфат + АДФ
Фруктоза + АТФ ———> Фр-6-фосфат + АДФ
Галактоза + АТФ ———> Гал-6-ф + АДФ
Гл-6-ф и Фр-6-ф легко превращаются друг в друга с участием фермента класса изомеразы.
изомераза
Гл-6-ф <———> Фр-6-ф
Превращение Гал-6-ф в Гл-6-ф – более сложный процесс, течение которого может осложняться из-за наследственной патологии или возрастных изменений.
Активное фосфорилирование галактозы и образование Гал-6-ф активно осуществляется в печени, мозгу и эритроцитах. Затем в Гал-6-ф происходит перенос фосфатной группы из положения - 6 в положение -1.
Гал-6-ф <———> Гал-1-ф
Далее с участием фермента галактозо-1- фосфатуридилтрансферазы образуются два новых углевода (часто используют рабочее название фермента галактоуридилТФ).
галактозо-1- фосфатуридилтрансфераза
Гал-1-ф + УДФ-глюкоза ———> Гл-1-ф + УДФ-галактоза
УДФ – глюкоза первично синтезируется из гл-1-ф.
УТФ + гл-1-фосфат ———> УДФ-гл + пирофосфат
УДФ-глюкуроновая кислота необходима для синтеза
- гликозаминогликанов (ГАГ)
- детоксикации эндогенных и экзогенных токсических веществ (особенно важно в отношении билирубина).
УДФ-галактоза также имеет самостоятельное значение в процессах:
- синтеза ГАГ
- гликозилирования белка коллагена
- синтеза фукозы
- образования лактозы в молочной железе в момент лактации
Обмен галактозы в организме хорошо изучен в связи с существованием наследственного заболевания галактоземии, связанной с дефектом фермента галактозо-1- фосфатуридил- трансферазы
Глюкуроновая кислота в процессах детоксикации участвует в активной форме в виде УДФ-глюкуроновой кислоты (состав: урацил-рибоза-фосфат-фосфат-глюкуроновая кислота)
Олигосахариды представлены дисахаридами и смешанными олигосахаридами.
К наиболее распространённым дисахаридам относятся мальтоза (2 глюкозы), сахароза (глюкоза и фруктоза), лактоза (галактоза и глюкоза).
Лактоза - специфический дисахарид молока (в грудном молоке её содержится 6,5% или 65 г/л).
Смешанные олигосахариды представлены несколькими углеводами, соединёнными гликозидными связями. Чаще всего в их составе содержатся моносахариды манноза, фруктоза, нейраминовая кислота, галактоза. Олигосахариды в комплексе с белками определяют групповую специфичность крови, резус - фактор, входят в состав иммуноглобулинов, клеточных рецепторов, определяют межклеточные взаимодействия.
УДФ-глюкоза используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена
