Тимин О.А. Лекции по общей биохимии2020 (832729), страница 31
Текст из файла (страница 31)
По строению РНК отличается от ДНК однонитевой структурой, значительноменьшей молекулярной массой, наличием урацила вместо тимина и рибозы вместо дезоксирибозы.В клетке присутствует четыре типа РНК:Матричные РНК (мРНК) представляют собой линейную последовательность нуклеотидов. К 5'-концу молекулы присоединен метилгуанозиндифосфат, на 3'-конце имеется полиадениловая последовательность (см ниже). Их функция – информационная, т.е. перенос информации о структуре белков от ДНК к месту их синтеза.Малые РНК используются для созревания мРНК и некоторых других клеточных процессов.Рибосомальные РНК (рРНК) прокариот и эукариот различны и отличаются величинойседиментации (скорости оседания молекулы при центрифугировании). Они участвуют в построении рибосом.У прокариот есть три разновидности рРНК: 5S, 16S и 23S.
Малую (30S) субчастицу рибосом образуют белки и 16S-рРНК; большую (50S) субъединицу – белки, 23S-рРНК и5S-рРНК. У эукариот – в составе рибосом четыре разновидности рРНК: 5S, 5,8S, 18S и 28S.Малую (40S) субчастицу образуют белки и 18S-рРНК, большую (60S) – белки и 5S-, 5,8S-,28S-рРНК.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)165Транспортные РНК (тРНК) бактерий и эукариот включают 73-93 нуклеотида. Они переносят аминокислоты из цитозоля к рибосомам. На 5'-конце тРНК находится гуаниловыйнуклеотид, на 3'-конце – триплет Ц-Ц-А.
Вторичная структура тРНК напоминает клеверныйлист, а третичная – латинскую букву L. В "клеверном листе" выделяют четыре участка (иливетви, петли), каждый из которых имеет собственную функцию:o антикодоновый – соединяется с кодоном матричной РНК в рибосоме,o псевдоуридиловый – отвечает за связывание с рибосомой,o дигидроуридиловый – отвечает за связывание с аминоацил-тРНК-синтазой,o акцепторный – связывает переносимую аминокислоту.Матричные биосинтезы166СИНТЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИ СЛОТРЕПЛИК АЦ ИЯ ДН КСинтез ДНК происходит не беспорядочно, а встрого определенный период жизни клетки. Всего выделяют 4 фазы клеточного цикла: митоз (М), синтетическую (S), пресинтетическую (G1, от англ. gap – интервал), постсинтетическую (G2).Важное участие в регуляции смены фаз клеточного цикла занимают циклины – белки массой35-90 кДа, уровень которых меняется в ходе клеточного цикла. По функции циклины – это активаторныесубъединицы ферментов циклин-зависимых киназ(ЦЗК).
Активные комплексы циклин-ЦЗК фосфорилируют внутриклеточные белки, изменяя их активность. Этим обеспечивается продвижение поклеточному циклу.Синтез (репликация, удвоение) ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла, когдаклетка готовится к делению. Механизм репликации, как установили Мэтью Мезельсон иФранклин Сталь в 1957 г, полуконсервативный, т.е. на каждой нити материнской ДНК синтезируется дочерняя копия.Как любой матричный биосинтез, репликация требует наличия нескольких компонентов:матрица – в ее роли выступает материнская нить ДНК,растущая цепь – дочерняя нить ДНК,субстраты для синтеза – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ,источник энергии – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ,ферменты.Синтез ДНК начинается в определенных участках, получивших название точка ori (англ.origin – начало). На каждой ДНК млекопитающих точек ori насчитывается около 100.
Репликация распространяется от этих участков в обе стороны по нитям ДНК с образованием репликативных "пузырей". В каждом таком "пузыре" имеются две репликативные "вилки", вкоторых происходит расплетание, раскручивание и непосредственный синтез ДНК. При этомрепликативные вилки удаляются друг от друга. В целом вся репликация ДНК у эукариот заканчивается за 9 часов.ooooobiokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)167Синтез новой цепи ДНК идет в направлении от 5'-конца к 3'-концу, т.е. 5'-конец новойДНК остается свободным, следующие нуклеотиды присоединяются к 3'-гидроксильнойгруппе предыдущего нуклеотида.В репликативной вилке в направлении 5' 3' непрерывно (т.е. обычным присоединением последующих нуклеотидов к предыдущим через С3 и С5) синтезируется только однанить, а именно та, для которой направление синтеза совпадает с направлением движения репликативной вилки и соответствует направлению материнской нити 3' 5'.
По мере расплетания ДНК и движения репликативной вилки на этой материнской нити открываются участки,где возможно безостановочное удлинение ведущей дочерней нити.Направление 5' 3' для другой дочерней нити ДНК противоположно движению репликативной вилки. Поэтому синтез этой отстающей нити (в направлении 5' 3') возможентолько после расплетания части ДНК и освобождения участка для синтеза.Таким образом, синтез дочерней ДНК идет фрагментарно.
По имени японского исследователя синтезируемые на отстающей цепи отрезки ДНК назвали фрагменты Оказаки.Матричные биосинтезы168В хронологическом порядке события репликации развертываются примерно следующимобразом:1. ДНК-топоизомеразы, находясь перед репликативной вилкой, разрезают молекулу ДНК дляоблегчения ее расплетания и раскручивания.2.
ДНК-хеликазы, следуя за топоизомеразами, раскручивают и расплетают молекулу ДНК.3. ДНК-связывающие белки (ДСБ) связывают расплетенные нити ДНК и стабилизируют их,не допуская обратного "слипания" друг с другом.4. ДНК-полимераза (греч.: – дельта), согласовано со скоростью движения репликативнойвилки, осуществляет элонгацию ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5' 3' на матрице одной из нитей материнской ДНК (скорость 100 пар нуклеотидов в секунду).5.
ДНК-полимераза α присоединяется к другой нити ДНК сразу после расплетания и в направлении 5' 3' синтезирует праймер (РНК-затравку) – последовательность РНК на матрицеДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нити ДНК.6. ДНК-полимераза проводит синтез фрагмента (длина 150-200 нуклеотидов) отстающейцепи дочерней ДНК в продолжение праймера. Она работает до тех пор, пока не встретитпраймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированного ранее).
После этого данныйфермент удаляется с цепи.7. ДНК-полимераза встает вместо ДНК-полимеразы , движется в том же направлении(5' 3') и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, после чего сходитс цепи.8. ДНК-лигаза производит сшивку отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой , и участкаотстающей цепи дочерней ДНК, встроенного ДНК-полимеразой , (фрагментов Оказаки).biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)Р Е Г УЛЯЦИ Я169Р ЕП ЛИ К А ЦИ ИЛекарственная регуляция1.
Дауномицин и актиномицин D интеркалируют, т.е. встраиваются между нитей ДНКи препятствуют продвижению ферментов репликации.2. Новобиоцин снижает активность ДНК-гиразы у бактерий, подавляя их размножение.3. Мелфалан и циклофосфамид превращаются в организме в соединения, которые вызывают присоединение группы CH3 или C2H5 к атому N7 гуанозина обеих цепочек молекулыДНК, что приводит к перекрестной сшивке двух спиралей ДНК и остановке репликации.П ОВР Е ЖДЕ НИЯИ РЕ П АР АЦ ИЯДНКТак как на геном любой неделящейся клетки постоянно оказывает влияние окружающаясреда, то вполне вероятны повреждения в составе нуклеотида, также возможно встраиваниенеправильного нуклеотида при репликации. Такие нарушения быстро определяются специальными ферментами, пораженный участок удаляется экзонуклеазами, заполняетсяДНК-полимеразой и сшивается ДНК-лигазой.В случае изменения структуры основания (например, его дезаминирование) это основание удаляется ДНК-N-гликозидазой, затем другими ферментами удаляется дезоксирибоза ина ее место ДНК-полимеразой и ДНК-лигазой встраивается нужный нуклеотид.Г ИБР ИД ИЗ АЦ ИЯ ДНК -ДН КИДНК-РНКЕсли нагреть раствор ДНК выше температуры 90С или сдвинуть рН в резко щелочнуюили резко кислую стороны, то водородные связи между нитями ДНК разрушаются и двойнаяспираль расплетается.
Происходит денатурация ДНК или, по-другому, плавление. Если удалить агрессивный фактор, то происходит ренатурация или отжиг. При отжиге нити ДНК"отыскивают" комплементарные участки друг у друга и, в конце концов, вновь сворачиваютсяв двойную спираль.Если в одной "пробирке" провести плавление и отжиг смеси ДНК человека и мыши, тонекоторые участки цепей ДНК мыши будут воссоединяться с комплементарными участкамицепей ДНК человека с образованием гибридов. Число таких участков зависит от степени родства видов.
Чем ближе виды между собой, тем больше участков комплементарности нитейДНК. Это явление называется гибридизация ДНК-ДНК.Если в растворе присутствует РНК, то можно осуществить гибридизацию ДНК-РНК.Такая гибридизация помогает установить близость определенных последовательностей ДНКс какой-либо РНК.Гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК используется как эффективное средство в молекулярной генетике.С ИНТ ЕЗ РН К –Т Р АНСКР ИПЦ ИЯПрежде чем начнут синтезироваться белки, информацию об их строении необходимо"достать" из ДНК и доставить ее к месту синтеза белков.
Этим занимаются информационныеили матричные РНК. Одновременно клетке нужны транспортеры аминокислот – транспортные РНК и структурные компоненты органелл, синтезирующих белок, – рибосомальныеРНК. Вся информация о строении транспортных и рибосомальных РНК также находится вДНК.Поэтому существует процесс переписывания или транскрипции данных с ДНК наРНК (англ. transcription – переписывание) – биосинтез РНК на матрице ДНК.Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:o матрица – одна из цепей ДНК,o растущая цепь – РНК,Матричные биосинтезы170субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ),источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ.ферменты РНК-полимеразы и белковые факторы транскрипции.Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транскриптон, с одногокрая он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец).РНК-полимеразы эукариот имеют по две больших субъединицы и несколько малыхсубъединиц.oooС ТА Д И ИТР А Н СК РИ П ЦИИВыделяют три стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация.ИнициацияПромотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, связывающую первый фактор инициацииТАТА-фактор.
Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к тойнити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричнаянить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразутолько в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5'-конца к 3'-концу(5' 3'). Для связывания РНК-полимеразы с промотором необходим еще один фактор инициации – -фактор (греч. – "сигма"), но сразу после синтеза затравочного фрагмента РНК(длиной 8-10 рибонуклеотидов) -фактор отрывается от фермента.Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой.ЭлонгацияБелковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдольДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар.РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении5' 3'.
Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и вкачестве источника энергии.biokhimija.ruТимин О.А. Лекции по общей биохимии (2020г)171ТерминацияРНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощьюбелкового фактора терминации, так называемого -фактора (греч. – "ро"), от матрицы ДНКотделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК.ПРОЦЕССИНГ РНКСразу после синтеза первичные транскрипты РНК по разным причинам еще не имеютактивности, являются "незрелыми" и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которыеназываются процессинг.
У эукариот процессингу подвергаются все виды пре-РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.П Р ОЦЕ С СИ Н ГП РЕ Д ШЕС ТВ Е Н НИ КА М РНКПри транскрипции участков ДНК, несущих информацию о белках, образуются гетерогенные ядерные РНК, по размеру намного превосходящие мРНК. Дело в том, что из-за мозаичной структуры генов эти гетерогенные РНК включают в себя информативные (экзоны) инеинформативные (интроны) участки.1. Сплайсинг (англ. splice - склеивать встык) – особый процесс, в котором при участиималых ядерных РНК происходит удаление интронов и сохранение экзонов.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
