Биосинтез нк и белков. Матричные биосинтезы

Предложение –желание и возможность производить и поставлять на рынок определённое количество благ и услуг в течение определённого времени. На производителя оказывает влияние действие закона предложения. Суть:при прочих равных условиях чем выше цена товара, тем большее количество товара будет производиться в единицу времени. Взаимосвязь между ценой и количеством – прямая. Кривая предложения.Вызвано личным интересом производителя.

Факторы предложения:

1) Изменение технологии

2) Налоги и дотации

3) Ожидание

4) Изменение цен на ресурсы

5) Число производителей

6) Изменение цен на товары

7) Внешние факторы

Диаметрально противоположные желания потребителя и производителя уравновешиваются на рынке – рыночное равновесие: состояние рынка, когда планы покупателя и производителя полностью совпадают таким образом, что количество спроса и количество предложения равны. При этом отсутствуют мотивы к изменению этого состояния. Там, где кривая спроса пересекает кривую предложения – равновесная цена, точка равновесного рынка.

Два условия равновесия:

1) Величина спроса равна величине предложения

2) Цена для покупателя устраивает производителя.

Равновесие нестабильно, постоянно нарушается.

При биосинтезе новых молекул нк и белков носителями информации являются нк-матрицы. Матрица в ходе матричного синтеза не расходуется, может использоваться многократно.

3 основных типа матричного и биосинтезов

1) Биосинтез ДНК – репликация с использование в качестве матрицы уже существующую молекулу ДНК

2) Биосинтез РНК на матрице ДНК – транскрипция

3) Биосинтез белков на матрице РНК – трансляция

Репликация

Синтез ДНК у эукариотов происходит полуконсервативным путем в S-фазу клеточного деления. Одновременно в нескольких определенных участках ДНК происходит локальная денатурация; ДНК-цепи расходятся, и в каждом участке образуется по 2 репликативные вилки (ок 2000 нулеотидных пар), движущихся в противоположных направлениях до слияния друг с другом – окончание синтеза.

Ккаждая одноцепочечная половина ДНК достраивается до целой по правилу комплементарности.

Расстояния между центрами – репликон.

Субстратами при синтезе ДНК служат дезоксирибонуклеотид-3-ф. В ходе реакции от каждого из них отщепляется пирофосфат, т.е. включение каждого мономера в молекулу ДНК требует расхода энергии высокоэнергетических соединений.

Факторы, влияющие на клеточное деление:

- факторы роста (пептиды, активирующие деление клеток определенного типа) – их механизмы действия аналогичны действию пептидных гормонов;

- наличие клеточных контактов, ингибирующих клеточное деление;

- уровень гормонов: половых стероидов, инсулина, etc.;

- доступность пластических и энергетических компонентов для деления клетки;

- состояние клеточной мембраны (в том числе количество холестерина).

В образовании репликационной вилки участвуют мед. фосфаты

ДНК топоизомераза разрывает фосфоэфирную связь в одной из цепей ДНК двойной спирали.

Разрыв водородной связи осуществляется ДНК-геликазой (используется АТФ).

В поддержании участка в раскрученном состоянии используются специальные стабилизирующие белки.

В синтезе ДНК у эукариотов принимает участие 5 ДНК-полимераз:

Инициирует репликацию ДНК-полимераза, которая комплементарна определенному участку ДНК.

Присоединяясь к нему, ДНК-полимераза синтезирует небольшие фрагменты РНК – праймер (8-10 нукл), а затем фрагмент ДНК (ок 50 дезоксирибонукл). Синтез цепей ДНК происходит в направлении от 5' к 3' концу растущей цепи. Олигонуклеотид синтезирует ДНК-полимераза, помогает присоединиться ДНК-полимераза и продолжить синтез цепи по ходу раскручивания репликационной вилки, это «лидирующая цепь».

На второй матричной цепи синтез дочерней ДНК осуществляется ДНК-полимеразой и ДНК-полимеразой в направлении от 5' к 3', в противоположном направлении раскручиванию цепи – «запаздывающая цепь». Она синтезируется короткими фрагментами – Оказаки. Каждай фрагмент Оказаки создает праймер. Праймеры удаляются ДНК-полимеразой, она же присоединяет дезоксирибонуклеотиды, заполняя брешь, возникшую при уладении нуклеотидов.

ДНК-лигаза сшивает точечные разрывы, образуя диэфирные связи.

Метилирование ДНК

После завершения репликации происходит метилирование с участием S-аденозилметионина (активная форма метионина), всех остатков аденина в последовательностях ГАТЦ вновь образованных цепей ДНК. Это необходимо для формирования структуры хромосом, а так же для регулировки транскрипции генов. В течение непродолжительного времени в молекуле ДНК последовательности ГАТЦ только в матричных цепях, но не в новой цепи. Это используется для исправления ошибок, возникших при репликации. Точность репликации очень высока, частота спонтанных ошибок 10^-6 – 10^-9.

Репарация ДНК

ДНК-полимераза и ДНК-полимераза способны делать шаг назад и вырезать нукл, если он не комплементарен нуклеотиду в матричной цепи ДНК.

Этот процесс исправления ошибок иногда не срабатывает: распознавание некомплементарных нуклеотидов происходит с участием специальных белков (mut S, L, H), которые удаляют некомплементарную пару и гидролизуют фосфоэфирную связь в неметилированной цепи, обладая эндонуклеотидной активностью.

Затем экзонуклеаза отцепляет нуклеотиды по одному в направлении 3' – 5'. В дочерней цепи брешь застраивает ДНК-полимераза. Соединение основного и вновь синтезированного участка катализирует ДНК-лигаза.

При репарации необходимо участие хеликазы и статических белков.

Транскрипция

Отрезок ДНК, подвергающийся транскрипции, - транскриптон. Отдельные участки транскриптона несут разную информацию. Одна группа участков относится к информативным – несущим информацию по полипептидной цепи – экзоны, а другая к неинформативным, не содержащим генной информации – интроны. В каждом транскриптоне транскрибируется только 1 из 2х цепей ДНК – матричная, вторая комплементарная ей цепь – кодирующая.

Синтез молекул РНК начинается в определенных последовательностях ДНК, которые называются промоторами, и завершается в терминирующих участках.

Процесс транскрипции регулируют специальные регуляторные белки взаимодействиями с определенными участками; есть ускоряющие (активаторы) и замедляющие (репрессоры) процесс транскрипции. Гормоны и другие регуляторные белки влияют или на синтез регуляторных белков, или на их модификацию (метилирование и др.).

Биосинтез РНК осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами.

Стадии транскрипции:

1. Инициация.

Активация промотера происходит с помощью белка тата-фактора, который взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотера. Присоединение тата-фактора облегчает взаимодействие промотра с РНК-полимеразой.

Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно 1 витка (10 нукл остатков в ДНК), т.е. образуется транскрипт. вилка, в которой матрица доступна для инициации синтеза цепи ДНК.

После того, как синтезированный олигонуклеотид отделяется от РНК-полимеразы вместо него к молекуле присоединяется несколько факторов элонгации.

2. Элонгация.

Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК.

Синтез молекулы РНК идет от 5' к 3', комплементарно матричной цепи ДНК.

Рибонуклеотид-3-фосфаты являются и субстратами, и источниками энергии, необходимой для протекания полимеразной реакции.

По мере продвижения РНК-полимеразы по матрице впереди происходит расхождение, сзади – восстановление двойной цепи ДНК.

3. Терминация.

Раскручивание двойной спирали ДНК в области участка терминации (терминатора) делает его доступным для фактора терминации. Фактор терминации обеспечивает отделение первичного транскрипта пре-РНК, комплементарного матричному, и РНК-полимеразы от матрицы. Все пре-РНК длиннее, чем функционирующие молекулы (незрелые РНК). Предшественник пре-мРНК или гетерогенная ядерная РНК.

4. Посттранскрипционные изменения ДНК

В ядре все пре-РНК проходят стадию созревания (процессинга).

Сплайсинг – вырезание неинформативных участков – интронов, - с помощью малых ядерных рибонуклеопротеидов – мя РНП. Оставшиеся интроны сращиваются в единую цепь.

К 5' концу мРНК присоединяется метилгуаниловая кислота (колпачок, КЭП) по связи S-S. Модифицированный 5' конец обеспечивает инициацию трпнскрипции и удлиняет время жизни мРНК, защищая ее от действия 5'-экзонуклеаз.

К 3' концу мРНК присоединяется полиадениловый фрагмент поли-А, состоящий из 100-200 нуклеотидов, который облегчает выход мРНК из ядра и замедляет ее гидролиз в цитоплазме.

Трансляция

Способ шифровки информации в последовательности нуклеотидов первичной структуры белков – генетический (биологический) код.

Свойства генетического кода:

1. триплетность

2. вырожденность (избыточность)

3. специфичность

4. универсальность

Процесс трансляции можно разделить на два этапа:

1) рекогнацию (узнавание, протекает в цитоплазме)

2) биосинтез белка (в рибосомах)

Рекогнация.

Сущность процесса: соединять аминокислоты со свободной тРНК с помощью аминоацил-РНК-синтетаз (существует как минимум 20).

Трансляцию делят на три этапа:

1) инициация

2) элонгация

3) терминация

Инициация.

мРНК, поступившая из ядра в цитоплазму, связывается с малой субъединицей, причем точка соединения расположена рядом с 5' концом РНК, т.е. чтение РНК всегда в направлении от 5' к 3'.

Начальным кодом мРНК из 5' конца является ЛУГ (метионин) или ГУЛТ (валин). У эукариотов эти кодоны – инициирующие. Им соответствуют антикодоны метионил-тРНК, в результате происходит присоединение метионил-тРНК или Вал тРНК к инициирующему комплексу. Затем к инициирующему комплексу присоединяется большая субъединица – комплекс готов к элонгации.

Участок, в котором находится метионил РНК – пептидный центр.

Элонгация.

Синтез пептида начинается с N-конца.

Наращивание 1 аминокислоты осуществляется в три этапа:

1. Связывание аминоацил-тРНК

К инициирующему комплексу присоединяется аа-тРНК соотвественно первичному кодону мРНК, следующему за инициирующим кодоном. Эта тРНК взаимодействует с мРНК своим антикодоном, с определенным участком рибосомы – центром связывания. В этой реакции участвует внерибосомальный белок - фактор элонгации.

2. Образование пептидов

остаток метионина с метионил-тРНК переносится на аминогруппу остатка аминокислоты в аа-тРНК (ала). При этом образуется пептидная связь с участком белков рибосом, обладающих пептидилтрансферазной активностью.

3. Трансляция –

перемещение рибосомы относительно мРНК на один кодон. Осуществляется с помощью внерибосомального белка – фактора элонгации. В результате этого перемещающийся дипептидил тРНК (ала) оказывается в области пептид. центра.

Дальнейшее удлинение цепи происходит путем повторения этих фаз.

Терминация.

Удлинение пептидной цепи продолжается до тех пор, пока на пути рибосомы не встретится один из терминальных триплетов РНК. В области этих триплетов происходит гидролитическое расщепление связи между пептидом и последней тРНК, при котором вне рибосомальных белков, - факторов терминации, - освобожд. готовый белок.

Расходуется 1 АТФ (рекогнация) и 3 ГТФ (связывание аа-тРНК и трансляции).

Вторичная и третичная структуры белка формируются в ходе трансляции по мере удлинения цепи.

Антибиотики ингибируют трансляцию, оказывают бактерицидное действие на бактериальные рибосомы и нарушают их нормальное функционирование. Антибиотики обладают повышенной избирательностью и малотоксичны для человека.

Тетрациклин блокирует центр связывания аа-тРНК.

Левомицитин блокирует пептидилтансферазную реакцию.

Эритромицин блокирует стадию транслокации.

Дата добавления: 2014-01-04