Презентация к лекции 3 Транскрипция и синтез белка

1.

Реакции матричного
синтеза
Принципы матричных реакций
Матричные реакции
Реакции матричного синтеза
представляют собой реакции, идущие
с использованием матрицы. Матрица –
объект, с которого снимается копия
Комплементарность. А=Т (У), Г=Ц
Однонаправленность. Синтез идет в
направлении от 5' к 3'
Репликация – удвоение молекулы
ДНК. Матрица – материнская цепь
ДНК
Транскрипция – синтез РНК.
Матрица – транскрибируемая цепь
ДНК
Трансляция– синтез белка. Матрица
– иРНК
Полуконсервативность. Каждая
образовавшаяся молекула ДНК
содержит одну исходную (материнскую)
цепь и одну новосинтезированную
В ДНК записана последовательность
аминокислот (наследственная
информация

2.

Строение и функции хромосом
Содержимое ядра называется кариоплазмой.
Хроматин – это ДНК, связанная с белками
Каждая хромосома образована одной
молекулой ДНК
Набор хромосом, содержащийся в клетках какого-либо вида
живых существ, называется кариотипом
Клетки, составляющие ткани любого многоклеточного
организма, получили название соматических. Ядра таких
клеток содержат, как правило, двойной, или диплоидный,
набор хромосом, т.е. по две хромосомы одинакового вида
Гаплоидный набор хромосом – это набор различных по
размерам и форме хромосом клеток данного вида, но
каждая хромосома представлена, в отличие от диплоидного
набора, в единственном числе. Гаплоидный набор
содержится в ядрах половых клеток (гамет)
Половина хромосом досталась каждой клетке от
материнской яйцеклетки и столько же хромосом – от
сперматозоида отца. Парные, т.е. абсолютно одинаковые
хромосомы (одна от матери, другая от отца), получили
название гомологичных хромосом. Исключение
представляют половые хромосомы; например, у всех
млекопитающих это: X – доставшаяся от матери и одна из
двух – X или Y – доставшаяся от отца

3.

Репликация ДНК
Репликация ДНК – это процесс удвоения ДНК
Принципы репликации
Комплементарность —
принцип, согласно которому
азотистые основания одной
цепи ДНК специфически
взаимодействуют с
основаниями другой цепи:
аденин (A) комплементарен
тимину (T), а гуанин (G) —
цитозину (C). Это
обеспечивает точность
копирования генетической
информации
Полуконсервативный
механизм
Каждая новая двойная
спираль состоит из
одной родительской
(материнской) цепи и
одной вновь
синтезированной
Антипараллельность
Цепи ДНК расположены
антипараллельно: одна цепь
имеет направление от 5'конца к 3'-концу, другая —
от 3'-конца к 5'-концу.
Синтез новой цепи ДНК
осуществляется в
направлении от 5' к 3'
Челночный синтез
Присоединение нового
нуклеотида возможно
только к 3‘ концу,
поэтому на одной цепи
синтез идет
непрерывно, а на
другой фрагментами и в
обратном направлении

4.

Инициация (запуск)
* Топоизомераза раскручивает спираль
ДНК
* Фермент хеликаза разъединяет
водородные связи между цепями ДНК.В
результате образуется репликационная
вилка
* SSB-белки (белки связывающие
одноцепочечную ДНК) удерживают
раскрученную материнскую цепь
* Праймаза синтезирует РНК-
праймер

5.

Элонгация
(удлинение, наращивание дочерних цепей ДНК)
* Присоединение ДНКполимеразы к РНКпраймеру
* Движение ДНКполимеразы, синтез
дочерней цепи ДНК,
комплементарной и
антипараллельной
материнской цепи, в
направлении от 5' к 3'
* Синтез одной цепи идет
непрерывно – лидирующая цепь.
Синтез второй идет фрагментами
(челночный синтез) – отстающая
цепь.
* Фрагменты отстающей цепи
(фрагменты Оказаки) сшиваются
ферментом лигазой

6.

Терминация
(остановка)
* Репликационная вилка достигает
соседнего участка ДНК, на котором
также осуществлялась репликация,
ферменты завершают свою работу
* ДНК спирализуется

7.

Белок, который разделяет цепочки, называется геликаза. Это большой белок, который
движется вдоль ДНК, потребляет энергию АТФ, такой молекулярный мотор, который
движется и разделяет цепочки. Он насильно их растаскивает, действительно, как руками.
И на разведенных цепочках ДНК-полимераза синтезирует комплементарные цепи.
Геликаза разделяет цепочки. ДНК-полимераза — это фермент, который синтезирует
цепочки ДНК. НО сам по себе он это не может сделать и для того, чтобы его подтолкнуть
нужен праймер. ДНК разделились, имеется разделенная однонитевая цепочка, короткий
праймер должен соединиться с ДНК, а дальше происходит его удлинение. Откуда берутся эти
праймеры? Это не могут быть цепочки ДНК, потому что ДНК не может синтезироваться без
праймера. То есть сам праймер не может служить праймером для самого себя. Значит,
праймером оказываются РНКовые короткие молекулы, потому что РНК-полимераза —
фермент, который синтезирует РНК на ДНК, — способна синтезировать цепочку РНК без
праймера. Поэтому специальная ДНК-полимераза, называющаяся праймаза, синтезирует
короткие цепочки РНК, которые в дальнейшем служат праймером для ДНК-полимеразы.

8.

Ген – это участок ДНК хромосомы, который
несет информацию об одном белке, молекуле
транспортной или рибосомальной РНК
Структурные – это гены,
которые
кодируют
структуру
рибонуклеиновых кислот и белков.
Имеют большие размеры (сотни и
тысячи нуклеотидов).
Ген
Регуляторные – это гены, которые
служат местом присоединения
ферментов или биологически
активных соединений, которые
влияют на активность структурных
генов, принимают участие в
процессах удвоения ДНК и
транскрипции. Имеют
незначительные размеры (до
нескольких паров нуклеотидов)
Совокупность генов в гаплоидном наборе, характерное для определенного вида,
называется геномом

9.

Генетический код
Белки состоят из аминокислот, а информация в
белках закодирована в ДНК последовательностью
нуклеотидов
В ДНК на языке нуклеотидов записана
информация о последовательности аминокислот
в белке
Аминокислот, которые входят в состав белков, 20
штук, а нуклеотидов в ДНК 4 штуки (А,Т,Г,Ц) и в
РНК – 4 (А,У,Г,Ц). Поэтому каждую
аминокислоту кодирует 3 нуклеотида (триплет
ДНК, кодон иРНК)
например, нам надо узнать какую аминокислоту кодирует кодон (триплет) и-РНК - ЦАЦ первое
основание Ц мы ищем в таблице в первом вертикальном столбце (в нашем случае это это вторая
строка где написано Ц (Г) ) второе основание А находим на самой верхней строчке, где написано второе основание (в нашем случае это третий столбец, где написано А (Т) ) далее на пересечении
второй строчки Ц (Г) и третьего столбца А (Т) находим квадрат, в которм в столбик записаны
аминокислоты (в нашем случае это - гис гис глн глн) осталось выбрать какую-то одну из них. в
этом поможет третье основание Ц - смотрим на последний столбец таблицы и находим напротив
нашего квадрата с аминокислотами строчку Ц (Г) - из квадрата выбираем аминокислоту
соответствующую этой строчке Ц (Г) - в нашем случае это гис. если были бы даны триплеты ДНК,
искали бы аминокислоту по основаниям в скобках

10.

11.

Свойства генетического кода
К о д т р и п л е т е н.
К о д о д н о н а п р а в л е н.
Считывание кода всегда происходит в одном
Каждая аминокислота задается последовательностью трех
нуклеотидов — триплетом, или кодоном. Кодон метионина направлении — от 5′ к 3′ концу
АУГ (инициирующий кодон) на мРНК указывает начало
матрицы для синтеза белка. Три кодона не кодируют ни
К о д н е п е р е к р ы в а е т с я.
одной из аминокислот, их называют стоп-кодонами: ими
Каждый кодон начинается с нового нуклеотида без
матрица белка на мРНК заканчивается.
перекрывания. Ни один нуклеотид не может
прочитываться дважды
К о д в ы р о ж д е н.
Одну аминокислоту кодируют несколько кодонов
(кодонов 64, а АК 20!)
К о д н е п р е р ы в е н.
Между кодонами нет пропусков!
Код универсален
практически для всех организмов на Земле. Одинаковые
аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами
нуклеотидов у бактерий и слонов, водорослей и лягушек,
черепах и лошадей, птиц и человека. Несколько отличаются
(на 1—5 кодонов) только коды митохондриальной ДНК
человека, млекопитающих, дрозофилы, ряда дрожжей, а
также хромосомной ДНК ресничных инфузорий, гриба
кандида и некоторых бактерий (микоплазм)

12.

Биосинтез белка
Транскрипция
Синтез РНК-копий по матрице полинуклеотидного
участка ДНК.
Инициация.
- фермент РНК-полимераза узнает промотор
(специальная стартовая последовательность
нуклеотидов) и прикрепляется к нему.
- Спираль ДНК раскручивается
Элонгация.
- РНК-полимераза продвигается по транскрибируемой
цепи ДНК достраивая РНК по принципу
комплементарности от 5′ к 3′ концу
Терминация.
Синтез РНК происходит в ядре. РНК необходимо выйти
- РНК-полимераза узнает стоп-сигнал (терминатор) и
из ядра и не повредить информативную часть.
отсоединяется от ДНК
- Готовая РНК отсоединяется от ДНК
В ходе процессинга (удаление неинформативных
- ДНК восстанавливает двойную спираль
участков) образуется зрелая матричная РНК, которая с
помощью белков через поры ядра переносится в
цитоплазму.

13.

Трансляция
перевод последовательности нуклеотидов
иРНК в последовательность аминокислот в
полипептиде. Происходит на рибосоме в
цитоплазме или в шероховатой ЭПС
тРНК
- Доставляет аминокислоты к рибосомам
- Имеет форму кленового листа
- 3′ конец цепи тРНК – акцепторный хвост – служит для
присоединения аминокислоты
- Центральный триплет средней петли – антикодон.
Последовательность нуклеотидов в составе антикодона
определяет, с каком именно кодоном иРНК будет
комплементарно соединяться та или иная тРНК и какую
аминокислоту она будет переносить
- Палиндром – двуцепочечный участок, связанный
водородными связями, обе цепи которого обладают
одинаковой последовательностью нуклеотидов при
прочитывании от 5′ к 3′ концу
- тРНК, как и все виды РНК, синтезируется с ДНК-матрицы в
процессе транскрипции

14.

-
Инициация
- Малая и большая субъединицы рибосом
присоединяются к иРНК
- Узнавание старт-кодона 5′-АУГ-3′
- тРНК с метионином попадает в пептидильный
участок рибосомы
Элонгация
Транспептидация – перенос растущего пептида на
новоприбывшую аминокислоту
Транслокация – шаг рибосомы на один триплет
Терминация
Узнавание стоп-кодонов
Отсоединение готового белка от иРНК и рибосомы