Слайды к лекции для студентов 2 курса

1. Слайды к лекции
24.09.2013
Доцент Ершиков Сергей Михайлович

2. Нуклеиновые кислоты
 Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) –
биополимеры, состоящие из мономеров –
нуклеотидов, соединённых в цепь.
 Два типа нуклеиновых кислот: РНК и ДНК
 Каждый нуклеотид состоит из азотистого
основания, углевода (пентозы) и остатка
фосфорной кислоты.
2

3. Нуклеотидный состав ДНК и РНК
 В состав нуклеотидов ДНК входят азотистые
основания
тимин, аденин, гуанин, цитозин, углевод
дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты.
 В состав нуклеотидов РНК входят азотистые
основания
урацил, аденин, гуанин, цитозин, углевод
рибоза и остатки фосфорной кислоты.
3

4. Схема строения нуклеиновых кислот
4

5. Матричные биосинтезы:
определение
 Матричный биосинтез – процесс сборки
новых макромолекул из
мономеров, последовательность которых
запрограммирована с помощью нуклеиновых
кислот.
 Матрицы - молекулы, которые содержат
информацию о структуре других макромолекул.
5

6. Главные матричные биосинтезы
 Репликация ДНК происходит в клеточном
ядре, предшествует делению клеток, в результате
чего дочерние клетки получают полный набор
генов;
 Транскрипция также осуществляется в ядре, в
результате образуются матричные, транспортные
и рибосомальные РНК, участвующие в синтезе
белка в клетке;
 Трансляция происходит на рибосомах и
приводит к образованию специфических
клеточных белков.
6

7. Главный постулат (центральная
догма) молекулярной биологии
 Описывает направление переноса информации от
генотипа к фенотипу
7

8. Общие закономерности матричных
биосинтезов
 Активация предшественников
 Три основных этапа:
инициация, элонгация, терминация
 Наличие на матрице элементов, указывающих
на место начала и окончания синтеза
 Модификация синтезированной молекулы
8

9. Репликация ДНК
Основные принципы:
 комплементарность
 антипараллельность
 униполярность
 потребность в затравке
 прерывистость
 полуконсервативность
9
Репликация («удвоение») – процесс самоудвоения
ДНК, или биосинтез дочерней
молекулы, полностью идентичной исходной
молекуле (матрице)

10. Репликация ДНК: необходимые условия (1)
1. Матрица – обе цепи молекулы ДНК
10
2. Расплетающие белки (хеликазы)
Образуется репликативная вилка; ДНК-связывающие
белки препятствуют воссоединению цепей

11. Репликация ДНК: необходимые условия (2)
3. Праймаза (РНК-полимераза) -
фермент, синтезирующий затравочную РНК
11
4. Субстраты и источники энергии –
дезоксирибонуклеозидтрифосфаты
(дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ).

12. Репликация ДНК: необходимые условия (3)
5. ДНК-полимераза образует 3’,5’-
фосфодиэфирные связи за счёт энергии
макроэргических связей.
12
На одной ветви репликативной вилки
синтезируется непрерывная цепь, на другой –
фрагменты Оказаки

13. Репликация ДНК: необходимые условия (4)
6. ДНК-лигаза соединяет фрагменты Оказаки
в непрерывную цепь.
13
В результате образуются две идентичные
молекулы ДНК

14. Репарация ДНК
 Процесс, позволяющий живым организмам
восстанавливать повреждения, возникающие в
ДНК.
 Процесс репарации включает несколько
этапов:
 выявление нарушения комплементарности цепей
ДНК;
 удаление некомплементарного нуклеотида или
основания;
 восстановление целостности цепи по принципу
комплементарности.
14

15. Повреждения ДНК
 Спонтанные:
 ошибки репликации;
 депуринизация;
 дезаминирование азотистых оснований;
 Индуцируемые:
 образование димеров пиримидинов;
 алкилирование, окисление, восстановление
оснований под действием химических мутагенов.
15

16. Ферменты репарации ДНК
 ДНК-гликозилаза;
 Эндонуклеаза;
 Экзонуклеаза;
 ДНК-полимераза β;
 ДНК-лигаза;
 ДНК-инсертаза
16

17. Транскрипция
Основные принципы:
 комплементарность
 антипараллельность
 униполярность
 беззатравочность
 асимметричность
17
Транскрипция («переписывание») –
биосинтез РНК на матрице ДНК.

18. Транскрипция: необходимые условия (1)
1. Матрица – участок одной из цепей ДНК –
оперон или транскриптон
18
Транскриптон содержит:
• информативные участки – экзоны;
• неинформативные участки - интроны

19. Транскрипция: необходимые условия (2)
2. ДНК-зависимая РНК-полимераза – главный
фермент, участвующий в транскрипции
19
3. Субстраты и источники энергии –
рибонуклеозидтрифосфаты
(АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ)

20. Процессинг мРНК
Процессинг мРНК –
посттранскрипционное
созревание первичного
транскрипта
20
Образующаяся мРНК
поступает из ядра в
цитоплазму

21. Трансляция
Трансляция («перевод») –
преобразование генетической
информации, содержащейся в
последовательности нуклеотидов
мРНК, в линейную последовательность
аминокислот полипептидной цепи.
Осуществляется посредством
генетического кода.
21

22. Генетический код
 Последовательность нуклеотидов мРНК ,
соответствующая определённым
аминокислотам в полипептидной цепи.
22

23. Генетический код: свойства
 триплетный;
 неперекрывающийся;
 непрерывный;
 вырожденный;
 универсальный
23

24. Адапторная функция тРНК
 Молекула мРНК
содержит
участок, способный
взаимодействовать с
кодонами мРНК –
антикодон, и
участок, взаимодейству
ющий с
соответствующими
аминокислотами – 3’-
конец (акцепторный
стебель)
24

25. Активация аминокислот
 подготовительный этап биосинтеза белка;
 происходит в цитоплазме клетки;
 включает связывание аминокислот со
специфическими тРНК с участием аминоацил-тРНК-
синтетаз (АРС-аз).
25

26. Трансляция
 Рибосома – место
синтеза белка
 состоит из малой (40S)
и большой (60S)
субчастиц
 содержит
пептидильный (П) и
аминоацильный (А)
участки.
26

27. Трансляция: стадия инициации
27

28. Трансляция: стадия элонгации
 удлинение полипептидной цепи
на 1 аминокислотный остаток –
происходит в три шага.
 1 шаг: присоединение к
инициирующему комплексу
аминоацил-
тРНК, соответствующей
кодону, находящемуся в
аминоацильном участке
рибосомы.
Условия:
 белковые факторы элонгации,
 источник энергии – 1 молекула ГТФ
28

29. Трансляция: стадия элонгации
 2 шаг : транспептидация
– образование пептидной
связи между остатками
аминокислот.
Условия:
 рибосомальный фермент
пептидилтрансфераза.
29

30. Трансляция: стадия элонгации
 3 шаг : транслокация –
перемещение рибосомы
относительно мРНК на 1
триплет.
Условия:
 белковые факторы
элонгации;
 источник энергии – 1
молекула ГТФ.
30

31. Трансляция: стадия терминации
 Окончание синтеза
полипептидной цепи.
Условия:
 появление в А-участке
рибосомы одного из стоп-
кодонов мРНК – УАА, УГА
или УАГ;
 белковые факторы
терминации.
31

32. Формирование пространственной
структуры
 Фолдинг –
сворачивание
полипептидной цепи в
правильную
трёхмерную структуру.
32
Шаперон
• фолдинг протекает при
участии специальной
группы белков, которые
называются шаперонами

33. Посттрансляционные
модификации
 частичный протеолиз;
 присоединение простетической группы;
 модификации аминокислотных остатков:
 гидроксилирование пролина в
гидроксипролин в коллагене;
 метилирование аргинина в гистоне;
 йодирование тирозина в тироглобулине.
33

34. Регуляция синтеза белка
 Оперон – совокупность генов, способных
включаться и выключаться в зависимости
от метаболических потребностей клетки.
 Состав оперона:
 структурные гены;
 ген-оператор;
 ген-регулятор
 Основные механизмы регуляции:
 индукция;
 репрессия.
34

35. Индукция синтеза белка (на
примере лактозного оперона)
35
Индуктор – исходный субстрат метаболического
пути.

36. Репрессия синтеза белка (на
примере гистидинового оперона)
36
Корепрессор – конечный продукт метаболического
пути.