Центральная догма молекулярной биологии. Синтез РНК по матрице ДНК

1.

Центральная догма
молекулярной биологии
Синтез РНК по матрице ДНК
к. б. н. Н. С. Батурина

2.

Изначально наш мир был РНКовым....
Сейчас для транскрипции – перевода информации
с языка ДНК на язык РНК необходимы:
1. Матрица ДНК
2. Ферменты
3. РНК-полимераза
4. Мономеры: активированные нуклеотиды –
А,Ц,Г,У в виде трифосфатов

3.

4.

Нуклеозидтрифосфаты
O
O-
O
O
-
O
P
O
O
NH2
N
O
O
-
N
O
P
O
P
O
O
O
N
N
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
АТФ
-
O
P
O
O
P
O
ГТФ
O
-
O
P
O
-
O
P
O
N
N
O
O-
-
N
P
O
O
P
O
NH2
NH2
O
P
ЦТФ
N
O
-
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
O
NH
O
N
УТФ
O
O
O
O
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
O-
NH
~
O
~
P
-
~
O
~
-
~
P
~
O
~
-
~
O-
O
N
O
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
O

5.

Принципы транскрипции
1. Комплементарность
2. Антипараллельность
3. Униполярность
4. Асимметричность
3'
А Ц А
У Г
5'
Г
Т Т
Г
5'
ДНК
А А матрица
У Ц А А Ц У У
3'
РНК

6.

Антипараллельность
РНКДвижение РНК-полимеразы
полимераза
3'
А Ц А
У Г
5'
5'матрицы
5'
5'
3'
3'
5'
Г
Т Т
Г
ДНК
А А матрица
У Ц А А Ц У У
Рост цепи РНК
3'
3'
РНК

7.

Бактерия
5'
РНКполимераза
Движение рибосомы
ДНК
3'
Рост цепи РНК
5'→3' матрицы
5'→3'
5'
белок
ДНК
мРНК

8.

Транскрипция
Движение РНК-полимеразы
ДНК
3'
5'
5'
Рост цепи РНК
3'
Трансляция
Движение рибосомы
мРНК
5'
N
Рост полипептида
3'
C

9.

Принципы транскрипции
Транскрибируемая
цепь ДНК
Рост цепи
РНК
5'
3'
Нетранскрибируемая
цепь ДНК
Движение
РНК-полимеразы
Mg2+
5'
РНК-полимераза

10.

Принципы транскрипции
5'
РНК-полимераза
РНК
Транскрибируемая
цепь ДНК
5'
3'
5'
Нетранскрибируемая
цепь ДНК
3'

11.

Единица транскрипции у прокариот
Оперон
Промόтор
Оператор
Терминатор
Цистрон 1
Транскрибируемая нить ДНК
3'
Цистрон 2
Цистрон n
5'
Цистрон – ген, кодирующий один полипептид,
или одну молекулу тРНК, или одну молекулу рРНК

12.

3'
Транскрибируемая
цепь ДНК
П
5'
Т
Т
5'
П
Транскрибируемая
цепь ДНК
3'

13.

Единица транскрипции у прокариот
Оперон
Промóтор
Оператор
Один или несколько цистронов
(структурных генов)
Терминатор

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

Промотор
РНК-полимераза
Начало
транскрипции
ТТГАЦА 16-19 пар нуклеотидов ТАТААТ
П О
3'
Т
5'

23.

Оператор
П О
Т
3'
5'
Белокрепрессор

24.

Этапы транскрипции
1. Инициация (начало)
2. Элонгация (удлинение)
3. Терминация (конец)

25.

Инициация
Образование первой фосфодиэфирной связи
O-
O
O
-
O
P
O
P
O
O
Г
O
O
O
-
P
~
O
-
NH2
N
N
O
N
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
Пурины!
O
P
~
P
~
А
O
~
-
O-
O
-
O
P
O
O
N
O
N
N
O
3'- 5'-фосфодиэфирная связь
CH2 O
H
H
H
H
OH
OH
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Г
Ц
Г
NH
Ц
Г
N
NH2
пирофосфат
Ц
Т

26.

Элонгация
5'
Ф
Ф
Ф
Г
Ц
Ф
Ц
Г
Ф
Ф
Ф
Ц
Г
Ф
Ф
Ф
У
А
Ф
Ф
Ф
А
Т
Скорость элонгации – 40-50 нукл./сек.

27.

Элонгация
5'
Ф
Ф
Ц
Ц
Г
Ф
Ф
Ц
Г
Ф
У
А
Ф
А
Т
Скорость элонгации – 40-50 нукл./сек.

28.

Терминация
не гни папин ген
П О
3'
Т
5'

29.

Задачи

30.

Задача 1
Участок нетранскрибируемой цепи ДНК имеет следующее
строение:
5 …ТТА ГГГ ТГТ ГАЦ ЦАЦ ЦГТ…3
Как будет выглядеть молекула м-РНК, считанная с этого
участка молекулы ДНК?
3 …ААТ ЦЦЦ АЦА ЦТГ ГТГ ГЦА…5
5 …УУА ГГГ УГУ ГАЦ ЦАЦ ЦГУ…3
Ответ: молекула мРНК будет идентична
нетранскрибируемой нити ДНК с заменой Т на У.

31.

Задача 2
Известно, что в участке ДНК находится ген, кодирующий
тетрапептид. Фрагмент гена имеет следующий состав:
5
3
…Г Т А А А Т Г Ц Ц Т А А Ц Г Ц Т Т А А Г Ц Ц А…
Обозначить концы фрагмента и определить состав
пептида.
мРНК
5 старт-ХХХ-ХХХ-ХХХ-стоп 3
старт АУГ (мРНК)
АТГ (нетранскр. ДНК)
ТАЦ (транкр. ДНК)
стоп УАА УАГ УГА (мРНК)
ТАА ТАГ ТГА
(нетранскр. ДНК)
5 ГУАА АУГ ЦЦУ ААЦ ГЦУ УАА ГЦЦА 3
мет-про-асн-ала
Ответ: это нетранскрибируемая нить ДНК, 5 -конец слева;
закодирован тетрапептид мет-про-асн-ала.

32.

Задача 3
Участок цепи ДНК одного из концов бактериального гена
имеет следующий состав:
5 …Ц А Ц Г Т Ц Т Ц Г Г А Г Ц А Г А Г Ц Ц А Т А Т… 3
Это начало или конец гена? Обозначьте концы участка.
Какая последовательность аминокислот в нем
зашифрована?
старт АУГ (мРНК)
АТГ (нетранскр. ДНК)
ТАЦ (транкр. ДНК)
стоп УАА УАГ УГА мРНК)
ТАА ТАГ ТГА
АТТ АТЦ АЦТ
3 ТАЦ ЦГА ГАЦ ГАГ ГЦТ ЦТГ ЦАЦ
5 АУГ ГЦУ ЦУГ ЦУЦ ЦГА ГАЦ ГУГ
Мет-Ала-Лей-Лей-Арг-Асп-Вал
Ответ: это начало гена, транскрибируемая нить ДНК;
Транскрипция идет справа налево, последовательность
аминокислот: Мет-Ала-Лей-Лей-Арг-Асп-Вал...