Нуклеиновые кислоты и синтез белка в организме

1. Нуклеиновые кислоты и синтез белка

2.

Центральная догма молекулярной биологии
•Хромосомы представляют собой большие молекулы
ДНК, содержащие сотни и тысячи различных генов,
т.е. участков, в которых записана информация о структуре
белков, тРНК, рРНК (транскрипционные единицы), а также
регуляторные участки.
•Информация о структуре белков записана в виде
последовательности нуклеотидов с использованием
триплетного принципа кодирования.
•Генетическая информация передается в направлении:
ДНК→РНК→БЕЛОК

3. Этапы синтеза белка

• Ядерный этап
-Репликация ДНК,
-Транскрипция,
-Посттранскрипционный процессинг
• Цитозольный этап (трансляция)
-Рекогниция,
-Рибосомальный цикл,
-Посттрансляционный процессинг

4.

Репликация ДНК

5.

Что нужно для репликации ДНК?
•Сигнал
•Субстраты
•Матрица
•Праймер
•Ферменты

6.

Субстраты
Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты:
•dАТФ
•dГТФ
•dЦТФ
•dТТФ

7.

Матрица
В процессе репликации молекула ДНК расплетается,
и каждая из ее цепей служит матрицей для синтеза
новой полинуклеотидной цепи (полуконсервативный
тип репликации)

8.

Праймер
Это короткий РНК/ДНК-фрагмент (~ 10-60 нуклеотидов),
синтезируемый особым ферментом (праймазой).
Праймер служит местом узнавания и
стартовой точкой для ДНК-полимеразы

9.

Ферменты репликации
-топоизомераза,
-хеликаза,
-праймаза,
-ДНК-полимераза,
-ДНК-лигаза.

10.

Репликационная вилка
Leading strand
Лидирующая
цепь
Белки, удерживающие
ДНК в расплетенном
состоянии
ДНК-полимераза
Хеликаза
Праймаза
ДНК-полимераза
Фрагменты
Оказаки
Okazaki
fragment
Lagging strand
Отстающая
цепь

11.

Транскрипция
Это процесс синтеза РНК на матрице ДНК, происходящий в 3 ст
инициация,
элонгация,
терминация.

12.

Инициация транскрипции
Сигналом для начала транскрипции в эукариотической клетке
служит действие гормонов, цитокинов или других регуляторных
молекул, активирующих экспрессию определенных генов ДНК.
Транскрипция начинается с присоединения фермента
ДНК-зависимой РНК-полимеразы к промотору, т.е. участку ДНК,
узнаваемому одним из центров этого фермента

13.

Элонгация транскрипции
Для элонгации транскрипции необходимы:
-матрица (ген ДНК),
-субстраты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ),
-фермент (ДНК-зависимая РНК-полимераза)

14.

РНК-полимераза

15.

Терминация
Процесс элонгации продолжается до тех пор, пока
РНК-полимераза не дойдет до определенной нуклеотидной
последовательности в конце гена, называемой
терминатором. Дальнейшая транскрипция прекращается,
и при участии особого белкового фактора терминации
продукт транскрипции (гетерогеннная ядерная РНК,
первичный транскрипт) отделяется от матрицы.
A primary transcript or a heterogenous
nuclear RNA (hnRNA) is formed as a result of
transcription

16.

Посттранскрипционный
процессинг пре-мРНК
Эта стадия включает в себя следующие события:
-кэпирование 5’-конца,
-полиаденилирование 3’-конца
-удаление интронов,
-соединение экзонов (сплайсинг),
-образование комплекса с транспортными белками (информосомы)

17.

кэп (7’-метил ГТФ) на 5’-конце
экзоны
пре-мРНК
интроны

18.

Цитозольный этап (трансляция)
На этом этапе генетическая информация переводится с
нуклеотидного языка на аминокислотный, т.е. осуществляется непосредственный синтез белка на рибосомах с
использованием генетического кода.

19. Свойства генетического кода: -триплетность, -специфичность, -вырожденность, -однонаправленность, -неперекрываемость, -непрерывность, -униве

Свойства генетического кода:
-триплетность,
-специфичность,
-вырожденность,
-однонаправленность,
-неперекрываемость,
-непрерывность,
-универсальность.

20.

Стадия рекогниции
(«узнавание» аминокислот,
их активация и образование
комплексов аминоацил-тРНК)

21.

Рибосомальный цикл:
-инициация,
-элонгация,
-терминация

22.

Инициация рибосомального цикла включает:
-диссоциацию рибосом на малую и большую субчастицы,
-присоединение белковых факторов инициации (ИФ) к малой
М -присоединение мРНК своим 5’-концом
субчастице,
к малой субчастице,
-присоединение метионил-тРНК к
стартовому кодону мРНК
ИФ-2
субчастица
кэп
АУГ
мРНК

23.

субчастица
-реассоциацию обеих субчастиц
рибосомы с участием ГТФ
П-центр
А-центр
ИФ-2
М
ГТФ
АУГ
субчастица
мРНК

24.

А
М
АУГ
ГЦЦ
мРНК
Инициация завершена. Аминоацильный центр готов
принять следующую аминоацил-тРНК

25.

Элонгация:
* комплекс ак-тРНК поступает в А-участок рибосомы,
*Ак-тРНК соединяеся с ЭФ-1 и ГТФ,
*происходит гидролиз ГТФ и ЭФ-1 покидает рибосому,
*пространственное сближение СОО- и NH3+-групп,
*образвание пептидной связи
(фермент пептидилтрансфераза - рибозим),
*транслокация иРНК с дипептидил-тРНК
(ГТФ и фактор ЭФ-2 –
пептидилтранслоказа),
*выход метионил-тРНК из рибосомы,
*освобождение А-участка.
АУГ
М
А
ГЦЦ

26.

Элонгация:
* комплекс а-а-тРНК поступает в А-участок рибосомы,
*А-а-тРНК соединяеся с ЭФ-1 и ГТФ,
*происходит гидролиз ГТФ и ЭФ-1 покидает рибосому,
*пространственное сближение СОО- и NH3+-групп,
В освободившийся А-центр внедряется
следующая пептидной
аминоацил-тРНК,
и если ее
*образвание
связи
(фермент пептидилтрансфераза),
антикодон
комплементарен кодону
*транслокация
иРНК с дипептидил-тРНК
мРНК, то она закрепляется
в этом
(ГТФ и фактор
ФЭ-2 –ГТФ и ЭФ-1.
центре
при участии
пептидилтранслоказа),
Процесс
повторяется снова и снова.
*освобождение А-участка.
Т
М
А
ГЦЦ
АЦЦ
мРНК

27.

Терминация
УЦА ГЦА ГГГ УАГ
УЦА ГЦА ГГГ УАГ
Элонгация продолжается до тех пор,
пока в А-центре не появится один из
нонсенс-кодонов (УАГ, УАА, УГА).
Далее белковый фактор освобождения (RF)
блокирует А-центр и гидролизует связь
между тРНК и пептидной цепью.
Рибосома вновь диссоциирует.

28.

ПОЛИСОМА (ПОЛИРИБОСОМА)
Растущий полипептид
АУГ
УГА

29.

Посттрансляционный процессинг
Удаление сигнального пептида
с N-конца
Химическая
модификация
(фосфорилирование,
гликозилирование,
гидроксилирование,
АДФ-рибозилирование и т. д.)
Ограниченный
протеолиз
Фолдинг
(шапероны)
Углеводные
группы
Образование
сложных
белков
Сигнальный
пептид
ЭПР
Комплекс
Гольджи
Зрелый
белок

30. Регуляция синтеза белка

• Регуляция осуществляется на всех этапах
синтеза белка
• У про- и эукариот регуляторные факторы
различны (субстраты и продукты
ферментативных реакций - у прокариот,
гормоны и цитокины – у эукариот)

31. Нарушения синтеза белка

• Нарушения возможны на любых этапах
синтеза белка
• Антибиотики – инструмент нарушения
синтеза белка

32.

Антибиотики – ингшибиторы синтеза белка
I. Ингибиторы репликации ДНК и транскрипции:
-Актиномицин Д (внедряется между Г-Ц парами ДНК),
-Рифампицин (ингибитор микробной ДНК-полимеразы),
II. Ингибиторы трансляции:
-Стрептомицин (ингибитор инициации и элонгации),
-Тетрациклин (ингибитор присоединения аминоацил-тРНК),
-Эритромицин (ингибитор пептидилрансферазы),
III. Ингибиторы посттрансляционного
процессинга:
-пенициллин (ингибитор синтеза мембранных пептидогликанов
бактерий)