ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.05.2024
Просмотров: 8
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
структурную функцию – обеспечивает определенное пространственное расположение иРНК и тРНК на рибосоме.
Биосинтез белка
Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.
Каждая т-РНК может переносить только свою аминокислоту. Т-РНК активируется специальными ферментами, присоединяет свою аминокислоту и транспортирует ее в рибосому. Внутри рибосомы в каждый данный момент находится всего два кодона и-РНК. Если антикодон т-РНК является комплементарным кодону и-РНК, то происходит временное присоединение т-РНК с аминокислотой к и-РНК. Ко второму кодону присоединяется вторая т-РНК, несущая свою аминокислоту. Аминокислоты располагаются рядом в большой субъединице рибосомы, и с помощью ферментов между ними устанавливается пептидная связь. Одновременно разрушается связь между первой аминокислотой и ее т-РНК, и т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой. Рибосома перемещается на один триплет, и процесс повторяется. Так постепенно наращивается молекула полипептида, в которой аминокислоты располагаются в строгом соответствии с порядком кодирующих их триплетов (матричный синтез).
Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.
Синтез белка (трансляция) можно условно разделить на 2 этапа:
Необходимым условием синтеза белка является наличием в системе не свободных, а так называемых активированных аминокислот, располагающих своим внутренним запасом энергии. Активация свободных аминоксилот осуществляется при помощи аминоацил –тРНК–синтетаз в присутствии АТФ (при этом образуется аминоацил-тРНК).
Пептидная связь образуется между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. Первая аминокислота белковой молекулы имеет свободную аминогруппу (N-конец), а последняя – свободную карбоксильную группу (С-конец).
Организация генов прокариот
Прокариоты не имеют оформленного ядра. У них есть нуклеоид – кольцевая молекула ДНК.
В геноме прокариот выделяют:
• независимые гены – гены, с каждого из которых считывается моноцистронная РНК.
Цистрон – это последовательность нуклеотидов, кодирующая единую полипептидную цепь или стабильную РНК.
Среди независимых генов выделяют гены, содержащие регуляторные области и конститутивные.
Конститутивные – гены, транскрипция которых осуществляется непрерывно. Эти гены кодируют структуру конститутивных белков (тех белков, которые синтезируются постоянно, например гистоновые).
• гены, объединенные в группы
Оперон – совокупность генов, способных включаться и выключаться в зависимости от метаболических потребностей клеток.
Кроме нуклеоида в клетках прокариот часто есть плазмиды – кольцевые молекулы ДНК, способные автономно размножаться. От наличия плазмид зависит устойчивость к антибиотикам.
Очень важно, что плазмиды из-за своих маленьких размеров могут быть выделены из клеток неповрежденными.
Наследственный материал эукариот
Все клетки эукариот имеют ядро, в нем сохраняется наследственная информация. Есть клетки, которые имеют несколько ядер (это клетки больших размеров или клетки с ускоренным обменом веществ). Есть клетки у которых ядро разрушается в процессе развития, они не способны к размножению (тромбоциты, эритроциты).
На самом деле наряду с информацией о структуре белка, записанной с помощью генетического кода, для успешного проведения синтеза белка, молекула ДНК должна иметь ряд регуляторных сигналов, записанных в виде специфических нуклеотидных последовательностей. Эти последовательности указывают точки начала транскрипции и трансляции и указывают точки прекращения считывания генетической информации.
Гены эукариотических организмов имеют мозаичную структуру. Кодирующие белок участки (экзоны) разделены не кодирующими участками (интронами). В клетках эукариот информационная РНК, которая транскрибируется с гена, кодирующего белок, подвергается расщеплению ферментами эндонуклеазами. В результате этого процесса из м-РНК удаляются все интроны, а экзоны в строго определенной последовательности сшиваются при помощи лигазы. Этот процесс получил название сплайсинга. В результате сплайсинга и последующего созревания м-РНК обладает непрерывной последовательностью нуклеотидов, кодирующей последовательность аминокислот белка, а также содержит все регуляторные сигналы, необходимые для начала и прекращения трансляции.
У прокариот отсутствует сплайсинг и их гены не содержат интронов, то есть последовательности нуклеотидов, кодирующие белки у прокариот изначально непрерывны. Следовательно, интроны генов эукариот не могут быть удалены в бактериальных клетках. Поэтому для экспрессии в бактериальной клетке гена человека и других эукариот необходимо, чтобы в бактериальную клетку была введена ДНК, интроны из которой уже удалены. Этого можно достичь, если из клеток человека выделить не сам ген, а транскрибированную с него м-РНК, уже прошедшую сплайсинг, а затем при помощи особого фермента РНК-зависимой-ДНК-полимеразы на матрице м-РНК получит ДНК. Более того регуляторные сигналы в ДНК, которую предполагается ввести в клетку кишечной палочки, должны быть похожими на таковые бактериальной клетки.
В 1970 году американские ученые Келли и Смит с сотрудниками выделили первую рестриктазу – фермент, который вызывает гидролиз ДНК в строго определенных местах. Место, в котором рестриктазы разрывают ДНК, определяется последовательностью, как правило, из 6-8 нуклеотидов. В настоящее время описано более 300 различных рестриктаз. Многие из них применяются в генной инженерии.
Биосинтез белка
Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.
Каждая т-РНК может переносить только свою аминокислоту. Т-РНК активируется специальными ферментами, присоединяет свою аминокислоту и транспортирует ее в рибосому. Внутри рибосомы в каждый данный момент находится всего два кодона и-РНК. Если антикодон т-РНК является комплементарным кодону и-РНК, то происходит временное присоединение т-РНК с аминокислотой к и-РНК. Ко второму кодону присоединяется вторая т-РНК, несущая свою аминокислоту. Аминокислоты располагаются рядом в большой субъединице рибосомы, и с помощью ферментов между ними устанавливается пептидная связь. Одновременно разрушается связь между первой аминокислотой и ее т-РНК, и т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой. Рибосома перемещается на один триплет, и процесс повторяется. Так постепенно наращивается молекула полипептида, в которой аминокислоты располагаются в строгом соответствии с порядком кодирующих их триплетов (матричный синтез).
Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.
Синтез белка (трансляция) можно условно разделить на 2 этапа:
-
активирование аминокислот.
Необходимым условием синтеза белка является наличием в системе не свободных, а так называемых активированных аминокислот, располагающих своим внутренним запасом энергии. Активация свободных аминоксилот осуществляется при помощи аминоацил –тРНК–синтетаз в присутствии АТФ (при этом образуется аминоацил-тРНК).
-
собственно процесс трансляции (протекает в рибосоме)-
инициация (связывание рибосомы с мРНК, нахождение стартового кодона, кодирующего метионин) -
элонгация (присоединение новых аминоацил-тРНК, образование пептидной связи, шаг рибосомы на новый триплет и т.д.) -
терминация (вспомогательные белки – факторы терминации – узнают стоп-кодоны и связываются в рибосоме на место тРНК, при этом происходит гидролиз связи синтезированного пептида с тРНК)
-
Пептидная связь образуется между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. Первая аминокислота белковой молекулы имеет свободную аминогруппу (N-конец), а последняя – свободную карбоксильную группу (С-конец).
Организация генов прокариот
Прокариоты не имеют оформленного ядра. У них есть нуклеоид – кольцевая молекула ДНК.
В геноме прокариот выделяют:
• независимые гены – гены, с каждого из которых считывается моноцистронная РНК.
Цистрон – это последовательность нуклеотидов, кодирующая единую полипептидную цепь или стабильную РНК.
Среди независимых генов выделяют гены, содержащие регуляторные области и конститутивные.
Конститутивные – гены, транскрипция которых осуществляется непрерывно. Эти гены кодируют структуру конститутивных белков (тех белков, которые синтезируются постоянно, например гистоновые).
• гены, объединенные в группы
Оперон – совокупность генов, способных включаться и выключаться в зависимости от метаболических потребностей клеток.
Кроме нуклеоида в клетках прокариот часто есть плазмиды – кольцевые молекулы ДНК, способные автономно размножаться. От наличия плазмид зависит устойчивость к антибиотикам.
Очень важно, что плазмиды из-за своих маленьких размеров могут быть выделены из клеток неповрежденными.
Наследственный материал эукариот
Все клетки эукариот имеют ядро, в нем сохраняется наследственная информация. Есть клетки, которые имеют несколько ядер (это клетки больших размеров или клетки с ускоренным обменом веществ). Есть клетки у которых ядро разрушается в процессе развития, они не способны к размножению (тромбоциты, эритроциты).
На самом деле наряду с информацией о структуре белка, записанной с помощью генетического кода, для успешного проведения синтеза белка, молекула ДНК должна иметь ряд регуляторных сигналов, записанных в виде специфических нуклеотидных последовательностей. Эти последовательности указывают точки начала транскрипции и трансляции и указывают точки прекращения считывания генетической информации.
Гены эукариотических организмов имеют мозаичную структуру. Кодирующие белок участки (экзоны) разделены не кодирующими участками (интронами). В клетках эукариот информационная РНК, которая транскрибируется с гена, кодирующего белок, подвергается расщеплению ферментами эндонуклеазами. В результате этого процесса из м-РНК удаляются все интроны, а экзоны в строго определенной последовательности сшиваются при помощи лигазы. Этот процесс получил название сплайсинга. В результате сплайсинга и последующего созревания м-РНК обладает непрерывной последовательностью нуклеотидов, кодирующей последовательность аминокислот белка, а также содержит все регуляторные сигналы, необходимые для начала и прекращения трансляции.
У прокариот отсутствует сплайсинг и их гены не содержат интронов, то есть последовательности нуклеотидов, кодирующие белки у прокариот изначально непрерывны. Следовательно, интроны генов эукариот не могут быть удалены в бактериальных клетках. Поэтому для экспрессии в бактериальной клетке гена человека и других эукариот необходимо, чтобы в бактериальную клетку была введена ДНК, интроны из которой уже удалены. Этого можно достичь, если из клеток человека выделить не сам ген, а транскрибированную с него м-РНК, уже прошедшую сплайсинг, а затем при помощи особого фермента РНК-зависимой-ДНК-полимеразы на матрице м-РНК получит ДНК. Более того регуляторные сигналы в ДНК, которую предполагается ввести в клетку кишечной палочки, должны быть похожими на таковые бактериальной клетки.
В 1970 году американские ученые Келли и Смит с сотрудниками выделили первую рестриктазу – фермент, который вызывает гидролиз ДНК в строго определенных местах. Место, в котором рестриктазы разрывают ДНК, определяется последовательностью, как правило, из 6-8 нуклеотидов. В настоящее время описано более 300 различных рестриктаз. Многие из них применяются в генной инженерии.
