Особенности структуры промоторов у прокариот.
Виды РНК. Их роль в клетке
Три основных вида РНК:
1) информационная или матричная РНК - считывает наследственную информацию с участка ДНК и в форме скопированной последовательности азотистых оснований переносит ее в рибосомы, где происходит синтез определенного белка. (75— 3000, в среднем 1500 нуклеотидов)
2) транспортная РНК - переносят аминокислоты к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Каждая аминокислота присоединяется к определенной тРНК. (80 нуклеотидов)
3) рибосомная РНК - выполняет структурную функцию, служит каркасом рибосом и способствует первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в процессе биосинтеза белка. (120—3100, 85% всей РНК)
4) гетерогенная ядерная РНК - совокупность ядерных транскриптов РНК-полимеразы II, затем в результате процессинга превращается в иРНК.
5) малая ядерная РНК - удаление интронов из незрелой мРНК, регуляция факторов транскрипции или РНК-полимеразы, и поддержание целостности теломер.
2. Фолдинг белков. Шапероны. Шаперонины. Прионы.
1) Фолдинг - укладка белка, процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную третичную структуру.
2) Шапероны - молекулы, обеспечивающие правильный фолдинг полипептидных цепей белков в клетках эукариот. Необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей, но не входят в состав конечной белковой структуры. Также удерживают молекулы белка в определенном положении, разворачивают белки неправильной формы и сопровождают белки через клеточную мембрану.
Шапероны, кроме своей основной функции - укладки белков, осуществляют и много других важных функций, связанных с изменением конформации белков, а именно:
- Транспорт многих белков из одного компартмента в другой.
- Участие в сигнальных путях.
- Регуляция функций различных молекул.
3) Шаперонины – это большие белковые комплексы, у которых имеется внутренняя полость, сложно устроенные шапероны.
4) Прио́ны— особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот.
Принципы транскрипции
1. Комплемептарность - взаимное соответствие молекул биополимеров или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между пространственно взаимодополняющими (комплементарными) фрагментами.
2. Антипараллельность - синтезируемая цепь РНК направлена противоположно транскрибируемому участку.
3. Униполярность - синтез нуклеотидной цепи всегда направлен 5’ -> 3’.
4. Беззатравочность - транскрипция начинается с нуклеотидтрифосфата и не требует затравочных олигонуклеотидов.
5. Асимметричность - транскрибируется лишь одна из цепей ДНК - матричная цепь, смысловая цепь не транскрибируется.
Понятие об опероне
Оперон (транскриптом) - участок ДНК, транскрипция которого осуществляется на одну молекулу информационной РНК под контролем одного специального белка-регулятора. Ограничен с 5 конца промотором и 3 терминатором.
В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы.
Особенности структуры промоторов у прокариот.
Промотор - является местом начала транскрипции. Представляет собой короткую последовательность из нескольких десятков нуклеотидов ДНК, с которой специфически связывается РНК-полимераза. Кроме того, промотор определяет, какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для синтеза иРНК.
Этапы транскрипции у прокариот
Этапы:
-инициация, -элонгация, -терминация.
1) Инициация – это начало синтеза , происходит присоединение к промотору фермента РНК-полимеразы. Этот фермент способен раскручивать спиральную ДНК. Происходит разрыв водородных связей, начинают присоединяться нуклеотиды .
2) Элонгация – сборка мРНК в направлении 5 и 3 конца. Нуклеотиды присоединяются по принципу комплементарности. Скорость сборки 40-50 нуклеотид в секунду. ДНК у прокариот находится не в ядре, а в цитоплазме, поэтому биосинтез мРНК происходит в цитоплазме. Синтезированные цепи мРНК соединяются с рибосомами.
3) Терминация – прекращение синтеза РНК под действием РНК-полимеразы и освобождение РНК из транскрипционного комплекса в участке терминатора.
Trans- факторы транскрипции
Разные ядерные белковые факторы транскрипции, представляющие собой регуляторные белки, способны связываться с теми или иными нуклеотидными последовательностями ДНК, оказывая тем самым влияние на экспрессию разных генов. Такие белки, способные к диффузии в ядре, являются транс-действующими факторами, определяющими эффективность экспрессии генов, расположенных в самых разных участках генома.
Сплайсинг и редактирование.
Сплайсинг РНК - процесс удаления интронов из РНК и соединение экзонов (кодирующих последовательностей) при образовании зрелых молекул мРНК, подготовленных к трансляции . В процессе сплайсинга могут возникать разные варианты мРНК за счет удаления экзонов, расположенных между соседними интронами.
РНК редактирование - посттранскрипционный процесс изменения нуклеотидной последовательности РНК в результате делеций/ вставок/ замены одного или нескольких нуклеотидов.
16. Различные механизмы сплайсинга: Автосплайсинг, Trans- сплайсинг, Альтернативный сплайсинг.
Автосплайсинг - вид сплайсинга пре-РНК, когда интроны кодируют рибозимы - РНК с каталитической активностью, выполняющие роль сплайсосомы. То есть интронная последовательность катализирует свое собственное вырезание из молекулы РНК. Имеются три группы интронов, кодирующих рибозимы: Group I, II и III. Group II и III выполняют роль сплайсосомы без привлечения других белков.
Транс-сплайсинг – форма сплайсинга, при которой соединяются РНК разных транскриптов.
Альтернативный сплайсинг — вариант сплайсинга матричных РНК (мРНК), при котором в ходе экспрессии гена на основе одного и того же первичного транскрипта (пре-мРНК) происходит образование нескольких зрелых мРНК. Образование альтернативно сплайсированных мРНК находится под контролем системы транс-действующих белков (факторов сплайсинга), которые связываются с цис-сайтами первичного транскрипта.
Принципы репликации ДНК.
Принципы репликации
1. Комплементарность.
2. Антипараллельность.
3. Униполярность.
4. Потребность в затравке - для создания начального 5-участка растущей цепи и начала синтеза ДНК-полимеразой необходима сначала особая разновидность РНК-полимеразы, называемая ДНК-праймазой.
5. Прерывистость - репликация начинается одновременно в нескольких местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей, называется репликоном . Он является единицей репликации. В каждом репликоне есть репликативная вилка - часть молекулы ДНК, которая уже расплелась под действием ферментов. В каждой вилке несколько ферментов одновременно ведут синтез ДНК в виде фрагментов по 1000 нуклеотидов. Когда вилка перемещается, синтезированные фрагменты, комплементарные одной цепи, сшиваются друг с другом, образуя растущие дочерние цепи.
6. Полуконсервативность - каждая дочерняя ДНК состоит из одной матричной цепи и одной вновь синтезированной.
Модель «катящегося» колеса.
Процесс однонаправленной репликации нуклеиновой кислоты, в ходе которого быстро синтезируются множественные копии кольцевых молекул ДНК или РНК, например, плазмид, геномов бактериофагов и кольцевых РНК вироидов. Некоторые вирусы эукариот также подвергают свой геном репликации по такому механизму.
Инициируется специальным белком-ферментом, который разрывает одну из цепей двунитевой кольцевой молекулы. Инициаторный белок связывается с 5'-фосфатным концом разорванной цепи, а свободная 3'-OH группа служит праймером для синтеза ДНК ДНК-полимеразой III. Используя неразорванную цепь как шаблон, репликации подвергается вся кольцевая молекула ДНК, замещая разорванную цепь, представляющую одноцепочечную ДНК.
Продолжительный синтез ДНК приводит к образованию множества одноцепочечных линейных копий исходной ДНК в виде продолжительных последовательностей ДНК, называемых конкатемерами. Линейные копии могут перейти в двуцепочечную кольцевую молекулу посредством следующего процесса: сначала инициаторный белок производит другой разрыв, терминируя тем самым синтез другой (лидирующей) цепи. Затем РНК-полимераза и ДНК-полимераза III реплицируют одноцепочечную ДНК, формируя новое двуцепочечное кольцо. После этого ДНК-полимераза I заменяет праймер на ДНК, а ДНК-лигаза сшивает концы, образуя тем самым окончательную двуцепочечную ДНК.
Праймаза и праймасома
Праймаза – фермент, обеспечивающий синтез небольших рибонуклеиновых затравок -праймеров, с которых начинается впоследствии синтез.
Праймосома - комплекс ферментов, обеспечивающих синтез запаздывающей цепи в репликативной вилке посредством образования фрагментов Оказаки.
Теломера и теломераза
Теломеры - концевые участки хромосом. Теломерные участки хромосом характеризуются отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и выполняют защитную функцию и стабилизирующие хромосомы. При каждом делении укорачиваются.
Теломераза - фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к 3 концу цепи на участках теломер. Компенсирует концевую недорепликацию, увеличивая или сохраняя на постоянном уровне теломеры.
Особенности организации ДНК- транспозонов. Примеры про- и эукариотических ДНК- транспозонов. Механизм интерграции ДНК-транспозонов в геном.
Транспозоны - это участки ДНК организмов, способные к передвижению и размножению в пределах генома, из одного сегмента хромосомы в другой или плазмиду. Ограничены с двух сторон инвертированными повторами, которые сближаются друг с другом и обеспечивают узнавание транспозазой.
Транспозон Tn554 у золотистого стафилококка - у него ассиметричные концы, в которых отсутствуют терминальные повороты.
P-элемент дрозофилы - кодирующие участки которого разделены интронами.
ДНК-транспозоны перемещаются по механизму «вырезать — вставить», но не «копировать — вставить», и используют при этом фермент транспозазу. Разные транспозазы работают по-разному. Некоторые связывают часть молекулы ДНК со случайным сайтом встройки, другие же связываются со специфическими последовательностями.
Виды РНК. Их роль в клетке
Три основных вида РНК:
1) информационная или матричная РНК - считывает наследственную информацию с участка ДНК и в форме скопированной последовательности азотистых оснований переносит ее в рибосомы, где происходит синтез определенного белка. (75— 3000, в среднем 1500 нуклеотидов)
2) транспортная РНК - переносят аминокислоты к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Каждая аминокислота присоединяется к определенной тРНК. (80 нуклеотидов)
3) рибосомная РНК - выполняет структурную функцию, служит каркасом рибосом и способствует первоначальному связыванию иРНК с рибосомой в процессе биосинтеза белка. (120—3100, 85% всей РНК)
4) гетерогенная ядерная РНК - совокупность ядерных транскриптов РНК-полимеразы II, затем в результате процессинга превращается в иРНК.
5) малая ядерная РНК - удаление интронов из незрелой мРНК, регуляция факторов транскрипции или РНК-полимеразы, и поддержание целостности теломер.
2. Фолдинг белков. Шапероны. Шаперонины. Прионы.
1) Фолдинг - укладка белка, процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную третичную структуру.
2) Шапероны - молекулы, обеспечивающие правильный фолдинг полипептидных цепей белков в клетках эукариот. Необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей, но не входят в состав конечной белковой структуры. Также удерживают молекулы белка в определенном положении, разворачивают белки неправильной формы и сопровождают белки через клеточную мембрану.
Шапероны, кроме своей основной функции - укладки белков, осуществляют и много других важных функций, связанных с изменением конформации белков, а именно:
- Транспорт многих белков из одного компартмента в другой.
- Участие в сигнальных путях.
- Регуляция функций различных молекул.
3) Шаперонины – это большие белковые комплексы, у которых имеется внутренняя полость, сложно устроенные шапероны.
4) Прио́ны— особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот.
Принципы транскрипции
1. Комплемептарность - взаимное соответствие молекул биополимеров или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между пространственно взаимодополняющими (комплементарными) фрагментами.
2. Антипараллельность - синтезируемая цепь РНК направлена противоположно транскрибируемому участку.
3. Униполярность - синтез нуклеотидной цепи всегда направлен 5’ -> 3’.
4. Беззатравочность - транскрипция начинается с нуклеотидтрифосфата и не требует затравочных олигонуклеотидов.
5. Асимметричность - транскрибируется лишь одна из цепей ДНК - матричная цепь, смысловая цепь не транскрибируется.
Понятие об опероне
Оперон (транскриптом) - участок ДНК, транскрипция которого осуществляется на одну молекулу информационной РНК под контролем одного специального белка-регулятора. Ограничен с 5 конца промотором и 3 терминатором.
В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы.
Особенности структуры промоторов у прокариот.
Промотор - является местом начала транскрипции. Представляет собой короткую последовательность из нескольких десятков нуклеотидов ДНК, с которой специфически связывается РНК-полимераза. Кроме того, промотор определяет, какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для синтеза иРНК.