timin_o_a_lektsii_po_obschey_biokhimii (1) (832543), страница 32
Текст из файла (страница 32)
В настоящее время принята теория оперона, сформулированная Франсуа Жакобом иЖаком Моно. В основе теории лежат следующие понятия:Матричные биосинтезы172o конституитивные ферменты – те, которые присутствуют в клетках всегда, независимоот ее активности,o индуцибельные ферменты – те, которые синтезируются при появлении субстрата(структурные гены),o оперон – группа тесно связанных между собой генов (несколько структурных генов иодин ген-оператор), которые регулируют образование ферментов в организме,o ген-регулятор – ген, регулирующий работу оперона, но не входящий в его состав. Онсинтезирует белок-регулятор (чаще называемый белок-репрессор), который может бытьв активной или неактивной форме.Лактозный оперонЛактозный оперон в целом отвечает за катаболизм лактозы.При изучении E.coli было замечено, что в клетке может быть две взаимоисключающиеситуации:o активность одного из ферментов катаболизма лактозы низка, если в среде имеетсяглюкоза.o но активность этого фермента резко повышается в обратной ситуации, т.е.
при отсутствии глюкозы и при наличии лактозы.На основании этих наблюдений была предложена схема регуляции оперона по механизму индукции:1. В отсутствие лактозы активный белок-репрессор связывается с оператором и блокируетсинтез мРНК, кодирующей ферменты катаболизма лактозы. В результате эти ферментыне образуются.2. Если глюкозы нет, а лактоза есть, то последняя связывается с белком-репрессором и ингибирует его, не давая связаться с геном-оператором. Это позволяет РНК-полимеразесчитывать информацию, отвечающую за синтез ферментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)173Таким образом, лактоза является индуктором транскрипции.Триптофановый оперонТриптофановый оперон в целом отвечает за синтез триптофана.Функционирование триптофанового оперона в некотором смысле противоположно лактозному. Регуляция осуществляется по механизму репрессии.1. В отличие от лактозного оперона, белок-репрессор синтез ируется в неактивном состоянии и не может заблокировать транскрипцию генов, кодирующих ферменты синтезатриптофана. Синтез этой аминокислоты будет в клетке продолжаться до тех пор, пока впитательной среде не появится триптофан.2.
Триптофан соединяется с белком-репрессором и активирует его. Далее такой активныйкомплекс присоединяется к гену-оператору и блокирует транскрипцию. Таким образом,при наличии триптофана в среде прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки.В этом случае триптофан является репрессором транскрипции.ЭукариотыВнутриклеточная регуляцияСущественное усложнение эукариотических организмов повлекло за собой появлениеновых способов регуляции активности транскрипции.Амплификация – это увеличение количества генов, точнее многократное копированиеодного гена.
Естественно, все полученные копии равнозначны и одинаково активно обеспечивают транскрипцию.Энхансеры (англ. to enhance - усиливать) – это участки ДНК в 10-20 пар оснований,способные значительно усиливать экспрессию генов той же ДНК. В отличие от промоторовони значительно удалены от транскрипционного участка и могут располагаться от него влюбом направлении (к 5'-концу или к 3'-концу). Сами энхансеры не кодируют какие-либобелки, но способны связываться с регуляторными белками (подавляющими транскрипцию).Сайленсеры (англ. silence – молчание) – участки ДНК, в принципе схожие с энхансерами, но они способны замедлять транскрипцию генов, связываясь с регуляторными белками (которые ее активируют).Перестройка генов.
К подобным процессам относится кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, и более сложный процесс – сайт-специфичная рекомбинация, которая изменяет положение и порядок нуклеотидных последовательностей в геноме.Процессинг мРНК – некоторые пре-мРНК подвергаются разным вариантам сплайсинга (альтернативный сплайсинг) в результате чего образуются разные мРНК, и соответственно, белки с разной функцией.Изменение стабильности мРНК – чем выше продолжительность жизни мРНК в цитозоле клетки, тем больше синтезируется соответствующего белка.Матричные биосинтезы174Лекарственная регуляцияИнгибирование1.
Гетероциклические соединения доксорубицин, дауномицин и актиномицин D обладают способностью интеркалировать (встраиваться между нитей молекулы ДНК) междудвумя соседними парами оснований Г-Ц. В результате возникает препятствие для движенияРНК-полимеразы ("заедание молнии") и остановка транскрипции.2. Рифампицин связывается с -субъединицей РНК-полимеразы прокариот и ингибирует ее.
Благодаря такой избирательности действия рифампицин действует только на бактерии и является препаратом для лечения туберкулеза.3. -Аманитин, октапептид бледной поганки (Amanita phalloides) блокируетРНК-полимеразу II эукариот и предотвращает продукцию мРНК.АктивацияАктивация транскрипции используется в клинике намного реже и заключается в применении аналогов стероидных гормонов для достижения анаболического эффекта в органемишени (см "Гормоны"/"Механизм действия стероидных гормонов").ГЕ НЕТ ИЧЕСК ИЙКОДГенетический (биологический) код – это способ перевода четырехзначного (А, Г, У, Ц)языка нуклеотидов в двадцатизначный язык аминокислотной последовательности.Свойства биологического кодаТриплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту. Всегонасчитывают 61 смысловой кодон.Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только однааминокислота.Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле(однако в митохондриях млекопитающих есть исключения).Колинеарность – последовательность кодонов соответствует последовательности аминокислот в кодируемом белке.Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом.Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нуклеотидов или каких-либо иных сигналов.Однонаправленность – при синтезе белка считывание кодонов идет последовательно,без пропусков или возвратов назад.АД АПТ ОР НАЯРОЛЬ Т Р АНС ПОРТ НЫХРНКТранспортные РНК являются единственным посредником между 4-х буквенной последовательностью нуклеиновых кислот и 20-ти буквенной последовательностью белков.
Именно от наличия того или иного антикодона в тРНК зависит, какая аминокислота включится вбелковую молекулу, т.к. ни рибосома, ни мРНК не узнают аминокислоту. Таким образом,адапторная роль тРНК заключается: 1) в специфичном связывании с аминокислотами, 2) вовключении аминокислот в белковую цепь в соответствии с матрицей мРНК.Избирательное присоединение аминокислоты к тРНК осуществляется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой, имеющей специфичность одновременно к двум соединениям:какой-либо аминокислоте и соответствующей ей тРНК.
Для реакции требуется две макроэргические связи АТФ. Аминокислота присоединяется к 3'-концу акцепторной петли тРНК через -карбоксильную группу, и связь между аминокислотой и тРНК становится макроэргической. -Аминогруппа остается свободной.Так как существует около 60 различных тРНК, то некоторым аминокислотам соответствует по две или более тРНК. Различные тРНК, присоединяющие одну аминокислоту, называют изоакцепторными.biokhimija.ruТимин О.А.
Лекции по общей биохимии (2018г)175С И Н Т Е З Б Е Л К А – Т Р АН С Л Я Ц И ЯТрансляция (англ. translation – перевод) – это биосинтез белка на матрице мРНК.После переноса информации с ДНК на матричную РНК начинается синтез белков.Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Если клеткенеобходимы другие белки, то необходимо транскрибировать мРНК с иных участков ДНК.Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает 5 ключевых элементов:o матрица – матричная РНК,o растущая цепь – полипептид,o субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот,o источник энергии – ГТФ,o рибосомальные белки, рРНК и белковые факторы.Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация.И Н И ЦИ А ЦИ ЯДля инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы,три белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина.В начале этой стадии формируются два тройных комплекса:o первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3,o второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.Матричные биосинтезы176После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы.
В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источникомэнергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связываетсяс первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр)большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии элонгации для связывания аминоацил-тРНК.После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.Э ЛОН Г А ЦИ ЯДля этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду.Элонгация представляет собой циклический процесс. Второй цикл (и следующие циклы) элонгации включает три шага:1. Присоединение аминоацил-тРНК (еще второй) к кодону мРНК (еще второму) – аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы. Источником энергии служит ГТФ.2.
Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (изП-центра) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связимежду метионином и второй аминокислотой. При этом уже активированнаяСООН-группа метионина связывается со свободной NH2-группой второй аминокислоты.Здесь источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2018г)1773. Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, чтопервый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон становится напротивП-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон. Для этих процессов необходимазатрата энергии ГТФ. Так как вместе с мРНК перемещаются закрепленные на ней тРНК,то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
