7.67M

Category:

biology

Матричные биосинтезы

1.

ДНК – двойная спираль из
разнонаправленных полинуклеотидных
цепей

2.

Комплементарные пары АО
Пиримидины
Пурины

3.

Двойная спираль ДНК (вид сбоку)
Сахарофосфатный
остов
Пары
взаимодействующих
АО
Малая бороздка
Большая бороздка

Матричные биосинтезы
Особый тип биохимических процессов
(реакций), в ходе которых каталитически
синтезируются нерегулярные
биополимеры, причем последовательность
мономерных остатков в них определяется в
соответствии с матрицей – исходной
молекулой-клише.

5.

Информационные потоки в клетке –
основная догма биологии
рекомбинация
репарация
ГЕНОТИП
(ген)
сплайсинг
Репликация РНК
посттрансляционная
модификация
ФЕНОТИП
(экспрессия
гена)

6.

УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ
БИОСИНТЕЗОВ
ДНК – геном организма. ДНК – матрица для
репликации и транскрипции
1
61
121
181
241
301
361
421
481
541
601
661
721
781
841
901
961
gagttttatc
aaattatctt
tgctggcgga
gcgacctttc
tggcttaata
catggtagag
gctgttcaac
tccagaccgc
aagatgattt
ctcgtcgctg
ttcctgctcc
ttcaaacggc
tcgagcgtcc
acactgacgt
tgatgtaatg
gcgaggtact
ttaattgcag
gcttccatga
gataaagcag
aaatgagaaa
gccatcaact
tgcttggcac
attctcttgt
cactaatagg
tttggcctct
cgattttctg
cgttgaggct
tgttgagttt
ctgtctcatc
ggttaaagcc
tcttactgac
tctaaaggta
aaaggcaagc
gggcttcggc
cgcagaagtt
gaattactac
attcgaccta
aacgattctg
gttcgtcaag
tgacatttta
taagaaatca
attaagctca
acgagtaaca
tgcgtttatg
attgctgccg
atggaaggcg
gctgaattgt
gcagaagaaa
aaaaacgttc
gtaaaggcgc
cccttacttg
aacactttcg
tgcttgttta
tccttgcgca
tcaaaaactg
gactggttta
aaagagcgtg
tgagtcaagt
ttcaggcttc
aagtttggat
gtacgctgga
tcattgctta
ctgaatttac
tcgcgtttac
acgtgcgtca
tggcgctcgc
tcgtctttgg
aggataaatt
gatatttctg
cgaattaaat
gctcgagaag
acgcgttgga
gatatgagtc
gattactatc
tactgaacaa
tgccgttttg
tgctactgac
ctttgtggga
ttatgttcat
ggaaaacatt
cttgcgtgta
aaaattacgt
cctggtcgtc
tatgtaggtg
atgtctaata
atgagtcgaa
cgaagtggac
ctcttacttt
tgaggagaag
acattttgtt
tgagtccgat
tccgtacgtt
gatttaaccg
cgctctcgtg
taccctcgct
cccgtcaaca
attaatggcg
cgcgcaggaa
gcggaaggag
cgcagccgtt
gtcaacaatt
ttcaaactgg
Примерно 1/5 генома фага фХ174

7.

Геномы живых организмов
Организмы
Число пар
оснований
Длина (м)
Фаги и вирусы
103 – 105
10-6
Бактерии
106 – 107
10-3
Дрожжи
107 – 108
10-2
Животные
109 – 1010 1
Человек – примерно 3,3 млрд пар нуклеотидов (100 толстенных томов, если
напечатать весь геном без пробелов)

8.

УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ
БИОСИНТЕЗОВ
РНК: разные виды, разное строение – разные функции
• мРНК - перенос информации от ДНК к белку
(сотни-тысячи нуклеотидов, обычно линейная
структура)
• хранение генетической информации (вирусы)
• рРНК - структура Rs (+ катализ)
• рибозимы - катализ, сплайсинг
• тРНК - трансляция
• регуляция

9.

УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ
БИОСИНТЕЗОВ
• ФЕРМЕНТЫ (ДНК-полимеразы, РНКполимеразы и др.)
• Рибосомы (трансляция)
• Разнообразные белки – “факторы”
• Субстраты (вещества, из которых строятся
биополимеры)
• Макроэрги (ГТФ и др.)
• И многое другое

10.

Центральная догма без “наворотов”
Транскрипция
ДНК
Трансляция
РНК
Белок
Репликация
ДНК
Три основных матричных
биосинтеза обеспечивают
реализацию генетической
информации (проявление
фенотипа) и передачу
дочерним клеткам при
делении.

11.

Транскрипция – синтез РНК на
матрице ДНК

12.

Транскрипция
У прокариот ДНК не отделено от цитоплазмы и
транскрипция и трансляция идут одновременно

13.

Транскрипция
Как РНК-полимераза узнает
откуда начинать
транскрипцию (начало
гена)? Не копировать же все
подряд? Нельзя начать с
середины гена – получится
бессмысленный белок.
• Начало транскрипции – промотор – место посадки РНК-полимеразы
• Конец транскрипции – терминатор – место, где фермент сваливается с
матричной ДНК

14.

Промоторы
Прибноу-бокс
Гилберт-бокс
(-10)
(-35)
•recA
ttgatactgtat---gagcatacagtataat
•rpsL
ttgacaccttttc--ggcatcgccctaaaat
•aroF
ttgaaaacttta---ctttatgtgttatcgt
•lpdA
tttaaaaattgtt--aacaattttgtaaaat
•cyoA
tttacagtaatgt--aaccttcccgtaaaat
•uvrD
ttggcatctctg---acctcgctgatataat
•atpI
ttgaaatcacgg---gggcgcaccgtataat
•tonB
ttgaatatgattgc-tatttgcatttaaaat
•rpsU
tttacaaagcagca-gcaattgcagtaaaat
•cirA
ttgataattgtta--tcgtttgcattatcgt
•fur
ttttcatttaggc--gtggcaattctataat
•ampC
ttgtcacgctga---ttggtgtcgttacaat
•uvrB
gtgatgaactgttt-ttttatccagtataat
•argC
ttgacacacct----ctggtcatgatagtat
•rpmH
ttgactccggagt--gtacaattattacaat
•rplT
ttaacgttttta---actttttaattagaat
•gyrA
tttacctcaaactgcgcggctgtgttataat

15.

Особенности транскрипции у эукариот –
Процессинг РНК
(сплайсинг, кепирование, поладенилирование)
Процесс
транскрипции и
трансляции
разнесен во
времени и
пространстве
Альтернативный
сплайсинг
позволяет
считывать с одного
гена несколько
вариантов белка!

16.

17.

18.

19.

Трансляция – рибосомальный синтез
белка на матрице мРНК
Если синтез РНК по матрице ДНК основывался на
принципе комплементарности, то как строить АК
последовательность по нуклеотидной
последовательности РНК?
АК – 20
Нуклеотидов РНК – 4
Нужен шифр, чтоб закодировать 20 АК = генетический
код
Одна АК кодируется триплетом (3) нуклеотидов
кодон

20.

Универсальный генетический код
A
A
T
G
C
AAA
AAT
AAG
AAC
TAA
TAT
TAG
TAC
GAA
GAT
GAG
GAC
CAA
CAT
CAG
CAC
T
lys
Asn
Lys
Asn
***
Tyr
***
Tyr
Glu
Asp
Glu
Asp
Gln
His
Gln
His
ATA
ATT
ATG
ATC
TTA
TTT
TTG
TTC
GTA
GTT
GTG
GTC
CTA
CTT
CTG
CTC
G
Ile
Ile
Met
Ile
Leu
Phe
Leu
Phe
Val
Val
Val
Val
Leu
Leu
Leu
Leu
AGA
AGT
AGG
AGC
TGA
TGT
TGG
TGC
GGA
GGT
GGG
GGC
CGA
CGT
CGG
CGC
C
Arg
Ser
Arg
Ser
***
Cys
Trp
Cys
Gly
Gly
Gly
Gly
Arg
Arg
Arg
Arg
ACA
ACT
ACG
ACC
TCA
TCT
TCG
TCC
GCA
GCT
GCG
GCC
CCA
CCT
CCG
CCC
Thr
Thr
Thr
Thr
Ser
Ser
Ser
Ser
Ala
Ala
Ala
Ala
Pro
Pro
Pro
Pro

21.

генетический код митохондрий млекопитающих
A
A
T
G
C
AAA
AAT
AAG
AAC
TAA
TAT
TAG
TAC
GAA
GAT
GAG
GAC
CAA
CAT
CAG
CAC
T
lys
Asn
Lys
Asn
***
Tyr
***
Tyr
Glu
Asp
Glu
Asp
Gln
His
Gln
His
ATA
ATT
ATG
ATC
TTA
TTT
TTG
TTC
GTA
GTT
GTG
GTC
CTA
CTT
CTG
CTC
G
Met
Ile
Met
Ile
Leu
Phe
Leu
Phe
Val
Val
Val
Val
Leu
Leu
Leu
Leu
AGA
AGT
AGG
AGC
TGA
TGT
TGG
TGC
GGA
GGT
GGG
GGC
CGA
CGT
CGG
CGC
C
***
Ser
***
Ser
Trp
Cys
Trp
Cys
Gly
Gly
Gly
Gly
Arg
Arg
Arg
Arg
ACA
ACT
ACG
ACC
TCA
TCT
TCG
TCC
GCA
GCT
GCG
GCC
CCA
CCT
CCG
CCC
Thr
Thr
Thr
Thr
Ser
Ser
Ser
Ser
Ala
Ala
Ala
Ala
Pro
Pro
Pro
Pro

22.

Действующие лица
• Аминоацил-тРНК-синтетазы – осуществляют
декодирование
• Транспортные РНК (тРНК) – посредник,
переносит аминокислоту к кодону
• Матричная РНК (мРНК) – промежуточный
носитель информации
• Рибосомы – осуществляют матричный синтез
• Факторы – белки, которые помогают рибосоме
(в частности снабжают процесс энергией –GTP)

23.

Аминоацил-тРНК-синтетаза и тРНК

24.

Состав рибосомы
• Две субчастицы: 30S и 50S
• Рибосомная РНК (рРНК):
– 5S
– 16S
– 23S
• Около 50 белков
Рибосомные гены многократно
дуплицированы

25.

Структура рибосомы (малая
субчастица)

26.

Инициаторный кодон
• В бактериях бывают ATG (Met) и GTG (Val)
• В эукариотах только ATG (Met)
• Всегда начинается с f-Met :
O
NH
C
H
CH
CH2
S
CH3
O
R
C
CH
NH

27.

Где начинается трансляция? прокариоты
dnaN
gyrA
serS
bofA
csfB
xpaC
metS
gcaD
spoVC
ftsH
pabB
rplJ
tufA
rpsJ
rpoA
rplM
ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATG
GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATG
TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATG
CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATG
GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATG
ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATG
ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATG
AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATG
TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATG
GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATG
AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATG
CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATG
AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATG
TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATG
CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATG
AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG