Транскрипция. Трансляция

1.

ФГБОУ ВО АГМУ Минздрава России
Кафедра Общей и биологической химии, клинической лабораторной
диагностики
Транскрипция.
Трансляция (биосинтез белка)
Лектор: доцент Дегтярева Юлия
Владимировна

2.

ТРАНСКРИПЦИЯ
Передача информации с ДНК на РНК (биосинтез
РНК).
Первая
стадия
реализации
генетической
информации в фенотипические признаки.
Транскрипции, в отличие от репликации,
подвергаются
только
определённые
части
молекулы ДНК.
ТРАНСКРИПТОН
транскрибируемый в РНК.
фрагмент
ДНК,

3.

Строение транскриптона
Синтез молекул РНК начинается в определённых
последовательностях (сайтах) ДНК, которые
называются промоторы, и завершается в
терминирующих участках («сайты терминации»).

4.

УСЛОВИЯ ТРАНСКРИПЦИИ
Матрица- одна нить ДНК
Структурные компоненты – АТФ, ГТФ, ЦТФ,
УТФ. Они будут распадаться до монофосфатов с
выделением энергии.
Ионы Mg2+
Белковые факторы транскрипции
РНК-полимеразы
РНК-полимераза-I (пре-р-РНК)
РНК-полимераза-II (пре-м-РНК)
РНК-полимераза-III (пре-т-РНК)

5.

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ
ИНИЦИАЦИЯ (начало)
ЭЛОНГАЦИЯ (продолжение)
ТЕРМИНАЦИЯ (окончание)
ПРОЦЕССИНГ (созревание РНК)

6.

7.

ИНИЦИАЦИЯ
Присоединение РНК-полимеразы к
ПРОМОТОРУ, что приводит к расхождению
нитей ДНК.
Импульсом к присоединению РНКполимеразы является присоединение TATAфактора (TBP).

8.

TBP (TATA-Binding Protein)
Активация промотора происходит с помощью большого
белка – ТАТА-фактора. Называется он так потому, что
он
взаимодействует
с
определенной
последовательностью
нуклеотидов
промотора
–
ТАТААА- (ТАТА-бокс).
Присоединение
ТАТА-фактора
облегчает
взаимодействие промотора с РНК-полимеразой.
ТАТА-фактор индуцирует присоединение нескольких
TAF-белков (TBP- Associated Factors).

9.

ЭЛОНГАЦИЯ
Соединение монорибонуклеотидов и образование
фосфодиэфирных связей между нуклеотидами с
помощью
РНК-полимеразы,
который
передвигается вдоль нити ДНК.
Присоединение
рибонуклеотидов
идет
в
соответствии с принципом комплементарности, в
направлении
от
5'-конца
к
3'-концу
синтезируемой цепи РНК.
Синтез идёт со скоростью 30-50 нукледотидов в
секунду, пока не дойдёт до Т-зоны.

10.

ТЕРМИНАЦИЯ
После действия фактора терминации и в
строго определенных участках матрицы
транскрипция заканчивается.
Образуется предшественник м-РНК (премРНК) – транскрипт и происходит его
химическая модификация.

11.

ПРОЦЕССИНГ (созревание РНК)
Полиаденилирование
Со стороны 3'-конца образованной РНК присоединяется
200 адениловых нуклеотидов.
Адениловые нуклеотиды защищают 3'-конец от действия
экзонуклеаз.
Кэпирование
С 5'-конца образуется защита, так называемый «САР»
(чаще всего 7-метил-ГТФ).
Сплайсинг
Удаление неинформативных участков – интронов и
соединение кодирующих участков – экзонов, между
собой.

12.

13.

СПЛАЙСИНГ

14.

Регуляция транскрипции у прокариот
Оперон – группа тесно связанных между собой генов, которые
программируют образование структурных белков и ферментов в
клетке.
Конститутивные гены – гены, которые активны в клетках всегда,
независимо от ее активности.
Индуцибельные гены – гены, которые считываются при
необходимости.
Ген-регулятор – ген, регулирующий работу оперона, но не
входящий в его состав. Он синтезирует белок-регулятор (белокрепрессор), который может быть в активной или неактивной
форме.
Ген-оператор – участок ДНК, способный связываться с белкомрегулятором, и "решающий" нужно работать РНК-полимеразе или
нет.

15.

16.

Регуляция транскрипции у эукариот
Амплификация – это увеличение количества генов (многократное
копирование одного гена).
Энхансеры – это участки ДНК в 10-20 пар оснований, способные
значительно усиливать экспрессию генов той же ДНК.
Сайленсеры – участки ДНК, способные замедлять транскрипцию генов,
связываясь с регуляторными белками.
Кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, и более
сложный процесс – сайт-специфичная рекомбинация, которая изменяет
положение и порядок нуклеотидных последовательностей в геноме.
Процессинг м-РНК (альтернативный сплайсинг) – некоторые пре-мРНК
подвергаются разным вариантам сплайсинга в результате чего образуются
разные м-РНК, и соответственно, белки с разной функцией.
Изменение стабильности м-РНК – чем выше продолжительность жизни мРНК в цитоплазме клетки, тем больше синтезируется соответствующего
белка.

17.

Схема альтернативного сплайсинга

18.

ТРАНСЛЯЦИЯ
(биосинтез белка)

19.

Строение рибосом
Рибосомы – клеточные органоиды
(40% белки, 60% р-РНК).
Прокариоты - 70S (30S + 40S)
Эукариоты - 80S (30S + 50S)
Малая
субъединица
Большая
субъединица
Размещение в рибосоме основных
функциональных лигандов
(цепи м-РНК и двух т-РНК).
Полость между субъединицами –
главный функциональный карман
рибосомы. Цепь м-РНК сканируется
рибосомой от 5′-конца («голова»
цепи) к 3′-концу («хвост» цепи).

20.

Ключевые элементы трансляции
Матрица – м-РНК
Растущая цепь – полипептид
Субстрат для
аминокислот
синтеза
–
20
протеиногенных
Источник энергии – ГТФ
Рибосомальные белки, р-РНК и белковые факторы

21.

Этапы трансляции
Активация аминокислот (протекает в цитоплазме
клетки).
Каждая из 20 аминокислот ковалентно присоединяется к
своей т-РНК при помощи ферментов аминоацил-т-РНКсинтетаз.
Инициация полипептидной цепи
Элонгация полипептидной цепи
Терминация и высвобождение полипептидной цепи
Сворачивание полипептидной цепи и процессинг
(для принятия нативной конформации белка)

22.

23.

Элонгация полипептидной цепи
Полипептидная цепь удлиняется за счет ковалентного присоединения
аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосомам и
встраивается с помощью т-РНК, образующей комплементарные пары с
отвечающим ей кодоном на м-РНК.

24.

Терминация и высвобождение полипептидной цепи
Терминирующий кодон на м-РНК (UAG, UGA, UAA)
сигнализирует о завершении синтеза. Полипептидная цепь
высвобождается из рибосомы.

25.

Лекарственная регуляция трансляции
1. Инактивация факторов инициации.
«Интерферон» активирует внутриклеточные протеинкиназы, которые
фосфорилируют белковый фактор инициации ИФ-2 и подавляют его
активность.
2. Нарушение кодон-антикодонового взаимодействия.
«Стрептомицин» присоединяется к малой субъединице и вызывает
ошибку считывания первого основания кодона.
3. Блокада стадии элонгации.
«Тетрациклины» блокируют А-центр рибосомы и лишают ее
способности связываться с аминоацил-т-РНК.
«Левомицетин» связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует
пептидилтрансферазу.
«Эритромицин» связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует
транслоказу.

26.

Генетический код – это правила перевода
последовательности
нуклеотидов в аминокислотную последовательность белков, т.е.,
соответствие
определенной
последовательности
нуклеотидов
определенной аминокислоте. Генетический код был полностью
расшифрован к 1966 г.

27.

Отдельные характеристики генетического кода
Триплетность
Каждая аминокислота задается последовательностью из
трёх нуклеотидов (триплетом или кодоном).
Вырожденность
Большинство аминокислот кодируется более, чем одним
кодоном (20 аминокислот - 64 кодона).
Неперекрываемость
Рамка считывания при биосинтезе белка не изменяется
(UUUCCUAUUGCU….).
Универсальность
Все живые организмы на Земле используют один и тот же
код.

28.

Геном – это совокупность генов, характерных для
гаплоидного (одинарного) набора хромосом данного вида
организма.

29.

Гены - основной текст генома
Ген – это физическая (определенный участок ДНК) и
функциональная (кодирует белок, или РНК) единица
наследственности.
Гены имеют мозаичное строение (экзоны и интроны).
Альтернативный сплайсинг обеспечивает появление
более чем одного белка при экспресии одного
единственного гена.
Перекрывание генных текстов
Гены, кодирующие биосинтез РНК
Ген в гене
Генные семейства
Псевдогены
Создание новых генов в геноме

30.

Состав генома человека
50000-70000 генов (2004 г.), кодирующих белки
составляют 1,5-2 % хромосомной ДНК.
Большая часть генома >70% инертна в плане
транскрипции.
Провирусная ДНК
ДНК-транспозоны
Теломеры – концевые участки ДНК