Основы матричного синтеза. Транскрипция. Трансляция

1.

Студенческий научный кружок
Кафедры биологии и генетики
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
ОСНОВЫ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА
ТРАНСКРИПЦИЯ
ТРАНСЛЯЦИЯ
Лечебный факультет
Специальность «стоматология»
Александров Г.О.
ТОМСК, 2018 г.

2.

Реакции матричного синтеза – особая категория химических
реакций, происходящих в клетках живых организмов. На одной матрице
может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий.
К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция,
трансляция и обратная транскрипция (образование на РНК ДНК).
2

3.

ВОПРОС № 10, 14, 15
Транскрипция ДНК у прокариот.
Кодирующая и антикодирующая
цепи ДНК
3

4.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза
РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых
клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на
РНК.
4

5.

Единица
транскрипции
–
ген,
последовательность
ДНК,
транскрибирующаяся в одну иРНК, начинающаяся промотором на 5’-конце и
заканчивающаяся терминатором на 3’-конце.
5

6.

ОСНОВЫ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА
РНК-полимераза
II может
присоединиться
толькоРНКк
Транскрипция
катализируется
ферментом
ДНК-зависимой
полимеразой.
синтеза
РНК протекает
в направлении
от 5'- к
промотору,Процесс
который
находится
на 3'-конце
матричной
3'- концу,
есть по
матричной цепи
ДНКот
РНК-полимераза
цепи то
ДНК,
и двигаться
только
3'- к 5'-концудвижется
этой
в направлении 3'->5‘.
матричной цепи ДНК.
6

7.

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ
Начинается с промотора (начало гена), который располагается на
5'-конце и заканчивается на терминаторе - 3'-конец. Этот участок
стали называть транскриптон.
ИНИЦИАЦИЯ
7

8.

СУБСТРАТЫ ДЛЯ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ
В процессе транскрипции генов происходит биосинтез молекул РНК,
комплементарных одной из цепей матричной ДНК, сопровождаемый
полимеризацией четырех рибонуклеозидтрифосфатов (ATP, GTP, CTP
и UTP) с образованием 3'–5'-фосфодиэфирных
связей и
освобождением неорганического пирофосфата.
8

9.

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ
Этап элонгации транскрипции, т.е. рост цепи иРНК, происходит
путем присоединения рибонуклеозидмонофосфатов к 3’-концу
цепи с одновременным освобождением пирофосфата.
ЭЛОНГАЦИЯ
9

10.

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ
Транскрипция
заканчивается
на
специфических
последовательностях (нонсенс кодоны – УАА, УГА и УАГ), кроме
того,
существует
специальный
ро-фактор,
который
прикрепляется к 5'-концу растущей цепи РНК, как бы догоняя
РНК-полимеразу.
ТЕРМИНАЦИЯ
10

11.

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ
У эукариотических организмов, имеющих настоящее ядро,
транскрипция и трансляция разделены во времени и пространстве.
Транскрипция - в ядре, трансляция - в цитоплазме.
Транскрипция
и
трансляция
у
прокариот
происходят
одномоментно, т.е. не ограничено во времени и пространстве!
11

12.

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ
У эукариот иРНК может существовать очень долго.
У прокариот иРНК с гена синтезируется за 2,5 мин, а уже через 30 с.
появляется белок. Но у прокариот иРНК существует только на 1
синтез белка, и тут же распадается
12

13.

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ
У эукариот – моноцистронный транскрипт, транскриптоном
явлеятся ген.
У
прокариот
транскриптоном
Цистрон
— – полицистронный
это минимальнаятранскрипт,
экспрессируемая
генетическая
является
единица,оперон.
кодирующая одну субъединицу белковой молекулы!
«один ген — один фермент»
«один цистрон — одна субъединица»
13

14.

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСКРИПЦИИ У ПРОКАРИОТ
У
РНК полимеразы
специализируются:
У эукариот
прокариот
– единая
РНК полимераза,
•транскрибирует
РНК полимеразалюбые
I: 18S rRNA,
28S rRNA, 5,8S rRNA
гены!
• РНК полимераза II: mRNA, snRNA.
• РНК полимераза III: tRNA, 5S rRNA.
Главная субъединица
РНК-полимераз-I, II и III у человека
которая
РНК-полимераза прокариот
14

15.

ОСНОВНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ТРАНСКРИПЦИИ
Из 2 нитей
ДНК только по
1 составу
имеет -смысл,
с нее
Вторая
нить (кодирующая)
копия иРНК.
синтезируется
этув направлении
нить
называют
Синтез, как и у иРНК,
ДНК, идет
5'-3' и
антикодирующей
или
смысловой!
начинается
с 3'-конца
ДНК.
15

16.

ВОПРОС № 11
РНК - полимеразы. Строение,
виды, функции
16

17.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНКполимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от
5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза
движется в направлении 3'->5'
17

18.

Бактериальная РНК-полимераза
У бактерий один и тот же фермент катализирует синтез трёх
типов РНК: мРНК, рРНК и тРНК.
18

19.

Бактериальная РНК-полимераза
РНК-полимераза E.coli имеет 5 типов белков:
2 белка – альфа (α)
1 белок – бэта (β)
Еще 1 белок бэта' (β’)
Необычный белок сигма
(σ)
19

20.

Альфа (α) субъединицы
Две α-субъединицы связывают остальные элементы фермента и распознают
регулирующие факторы.
2 домена и линкерная область (ок. 20 ак)
С-концевые домены:
-связывание с ДНК
-взаимодействие с факторами
N-концевые домены:
-димеризация α
-связывание с β β’
20

21.

Бета (β) и Бета’ (β’ ) субъединица
Эта субъединица обладает собственно полимеразным действием, катализируя
синтез РНК. Она осуществляет инициацию процесса и управляет элонгацией
Вместе c β’ формируют активный центр фермента
21

22.

Сигма (σ) субъединица (фактор)
σ-фактор находит свой ген, с которого РНК-полимераза начнет считывать
информацию, т. е. сколько генов, столько σ-факторов
• распознавание промоторной последовательности
• привлечение на промотор главного элемента РНК-полимеразы
• расплетание дуплекса ДНК в области старта транскрипции.
22

23.

Сигма (σ) субъединица (фактор)
Фермент состоящий из 5 субъединиц называется холо-фермент, а лишенный
сигма фактора кор-фермент!
23

24.

Эукариотическая РНК-полимераза
Эукариоты обладают различными типами РНК-полимераз,
классифицируемыми по типам РНК, которые они производят:
РНК-полимераза I
РНК-полимераза II
РНК-полимераза III
24

25.

РНК-полимераза I
РНК-полимераза I, синтезирующая 45S-предшественника рРНК,
превращающуюся затем в рРНК 28S, 18S и 5,8S, которые уже
образуют главные РНК-секции рибосомы.:
25

26.

РНК-полимераза II
РНК-полимераза II, производящая предшественников для
мРНК, а также для большинства мяРНК и миРНК. Это
наиболее хорошо изученный тип РНК-полимеразы.
26

27.

27

28.

РНК-полимераза III
РНК-полимераза III, синтезирующая тРНК, 5S рРНК и другие
малые РНК, присутствующее в ядре и цитозоле.
28

29.

Вывод по структуре РНК-полимераз
Транскрипция
РНК-полимеразы
Эукариоты
Ядерные РНК-полимеразы
РНК-полимераза бактерий
РНК-полимераза I
РНК-полимераза архей
РНК-полимераза II
РНК-полимераза вирусов
(У бактериофагов - 1 субъединица,
нет четвертичной структуры)
РНК-полимераза III
РНК-полимераза IVa
РНК-полимераза IVb
Неядерные РНК-полимеразы
РНК-полимераза митохондрий
РНК-полимераза хлоропластов
29

30.

30

31.

31