Фибус Левин предположил, что нк состоят из мономеров нуклеотидов. А в 1930 г

• Название: Фибус Левин предположил, что нк состоят из мономеров нуклеотидов. А в 1930 г
• Дата: 28.06.2022
• Размер: 264.99 Kb.
• Имя файла: molekulyarka_zachet (2).docx
• Тип: Документы; #618651
• страница: 3 из 5

Функции рРНК

1) необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом; 2) обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК; 3) первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания, 4) формирование активного центра рибосомы.

Информационные РНК разнообразны по содержанию нуклеотидов и молекулярной массе (от 50 000 до 4 000 000). На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке.

Функции РНК

1) перенос генетической информации от ДНК к рибосомам, 2) матрица для синтеза молекулы белка, 3) определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы. РНК хранится в ДНК.

12. Термины: транскрипция, единица транскрипции, цистрон. Опишите строение РНК-полимеразы.

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы РНК на участке ДНК, используемом в качестве матрицы. Смысл транскрипции заключается в переносе генетической информации с ДНК на РНК.

Синтез молекул РНК начинается в определенных местах ДНК – промоторах, а завершается в терминаторах.

Промотор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как посадочная площадка и старт синтеза РНК.
Терминатор - особая последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как финиш транскрипции. Транскриптон – единица транскрипции; это участок ДНК между промотором и терминатором.

Цистрон - последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая один полипептид (в большинстве случаев - белок) или одну тРНК, или одну рРНК.

У эукариот продуктом транскрипции является моноцистронная РНК, т.к. в состав транскриптона входит только один ген.

У прокариот большинство генов организованы в опероны. Продукт транскрипции оперона – полицистронная РНК.

РНК -полимераза является основным действующим ферментом этого процесса. Именно она строит цепь рибонуклеотидов, которая необходима для белкового синтеза.

Любая РНК-полимераза представляет собой белок, способный связываться с молекулой нуклеиновой кислоты и, двигаясь по ней, катализировать образование фосфодиэфирной связи между рибонуклеотидами.

Эукариотические клетки содержат три различные Рнк-полимеразы:

• 
  - РНК-полимераза I – синтез рибосомных РНК (рРНК).
  
• 
  - РНК-полимераза II – синтез матричной РНК (мРНК) и
  большую часть небольших ядерных РНК (snРНК).
  
• 
  - РНК-полимераза III – синтез транспортных РНК (тРНК)
  и 5S-рибосомной РНК (5SРНК).
  
• 
  У прокариот имеется 2 типа РНК-полимеразы:
  
• 
  Одна из них синтезирует РНК‐затравки для  фрагментов Оказаки , а другая  – все остальные  типы РНК.
  

Строение РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ ПРОКАРИОТ.

РНК-полимераза бактерий состоит из 5 субъединиц .

2α, β, β’ ω – это кор-фермент

2α, β, β’ ω + σ-фактор - полный holo-фермент.

Без σ -фактора этоcore-фермент (2α)ββ’.

σ(сигма) - фактор - сменный фактор специфичности.
Две α субъединицы - каркас РНК-полимеразы. К ним крепятся остальные субъединицы.

β - субъединица отвечает за прочное связывание с ДНК за счет кластера положительно заряженных аминокислот.

В β - субъединице находятся два каталитических центра. Один отвечает за инициацию, а другой - за элонгацию. Один центр работает в holo-, а другой - в core- ферменте. 

13. Охарактеризовать стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация транскрипции.

Инициация

Активация промотора происходит с помощью большого белка - ТАТА-фактора,называемого так потому, что он взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора - ТАТААА- (ТАТА-бокс)(рис. 4-29).

Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНК-полимеразой. Факторы инициации вызывают изменение кон-формации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, т.е. образуется транскрипционная вилка, в которой матрица доступна для инициации синтеза цепи РНК (рис. 4-30).

После того как синтезирован олигонуклеотид из 8-10 нуклеотидных остатков, σ-субъединица отделяется от РНК-полимеразы, а вместо неё к молекуле фермента присоединяются несколько факторов элонгации.

Синтез РНК всегда происходит в направлении 5' → 3'.

Элонгация

Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК. Синтез молекулы РНК идёт от 5'- к З'-концу комплементарно матричной цепи ДНК. На стадии элонгации, в области транскрипционной вилки, одновременно разделены примерно 18 нуклеотидных пар ДНК. Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль, около 12 пар нуклеотидных остатков, с матричной цепью ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по матрице в направлении от 3'- к 5'-концу впереди неё происходит расхождение, а позади - восстановление двойной спирали ДНК.

Терминация

Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для фактора терминации. Завершается синтез РНК в строго определенных участках матрицы - терминаторах (сайты терминации). Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре-мРНК), комплементарного матрице, и РНК-полимеразы от матрицы. РНК-полимераза может вступить в следующий цикл транскрипции.

14. Термин процессинг РНК. Перечислите и охарактеризуйте варианты модификации первичного транскрипта. Опишите строение и функции сплайсосомы.

Процессинг РНК (посттранскрипционная модификация РНК) - это совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта в зрелую РНК.

Модификация первичного транскрипта путем:
• кэпирования
• полиаденилирования
• сплайсинга
• редактирования
Процессинг м-РНК: кэпирование и полиаденилирование

Кэпирование — первый этап созревания РНК. Происходит во время транскрипции в ядре клетки, когда синтезируемый транскрипт достигает длины 25-30 рибонуклеотидов. Кэп (от англ. cap — шапка) - остаток 7-метилгуанозина на 5’-конце м-РНК. Функции кэпа: защищает РНК от экзонуклеаз и в дальнейшем помогает связыванию молекулы м-РНК с рибосомой
Полиаденилирование - это процесс присоединения большого количества остатков (≈200) аденозинмонофосфата к 3'-концу первичной мРНК (пре-мРНК). Сначала происходит разрезание пре-мРНК на 15-20 нуклеотидов дальше AAUAAA последовательности и затем достраивается поли(А)-хвост при участии поли(А)-полимеразы. Функции поли-А-хвоста: защищает РНК от экзонуклеаз, экспортирует зрелую м-РНК в цитоплазму из ядра, содействует сплайсингу.
Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания интронов из молекул РНК и соединения экзонов, сохраняющихся в «зрелой» молекуле.
Экзоны – это кодирующие последовательности ДНК генов эукариот.
Интроны – это некодирующие участки генов эукариот, которые транскрибируются, но затем вырезаются из первичного транскрипта во время сплайсинга и не входят в состав зрелых РНК.
Процесс вырезания интронов протекает при участии малых ядерных рибонуклеопротеинов (мя-РНП), формирующих сплайсосому.
Редактирование мРНК - молекулярно-биологический процесс, в ходе которого информация, содержащаяся в молекуле РНК изменяется путём химической модификации оснований.
Способы редактирования:

• 
  вставки (инсерции) нуклеотидов
  
• 
  удаление (делеции) нуклеотидов
  
• 
  замена одного нуклеотида на другой
  

Строение и функции сплайсосомы.

Сплайсосома — структура, состоящая из молекул РНК и белков и осуществляет удаление некодирующих последовательностей (интронов) из предшественников мРНК при процессинга РНК. Этот процесс называется сплайсингом (от англ. Splicing — сращение, стыковки). Сплайсосому составляют пять малых ядерных рибонуклеопротеинив (мяРНП, в их состав входят мяРНК) и некоторое количество дополнительных белковых факторов.

мяРНП, содержащиеся в сплайсосома, называются U1, U2, U4, U5 и U6. Они участвуют во многих взаимодействиях между молекулами РНК, а также между РНК и белками. РНК-часть мяРНП богатая урацилом.

15. Сформулируйте гипотезу оперона Жакоба и Моно. Опишите общую схему строения и функционирование бактериального оперона.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется на уровне изменения скорости синтеза мРНК. В настоящее время принята теория оперона, сформулированная Франсуа Жакобом и Жаком Моно. В основе теории лежат следующие понятия:

• 
  оперон – группа тесно связанных между собой генов, которые программируют образование структурных белков и ферментов в клетке,
  
• 
  конституитивные гены – это гены, обеспечивающие основные жизненные функции клетки, "гены домашнего хозяйства". Эти гены работают в клетке всегда, независимо от ее активности и условий,
  
• 
  индуцибельные гены – это гены, которые  активируются при необходимости,
  
• 
  ген-регулятор – ген, регулирующий работу оперона, но не входящий в его состав. Он синтезирует белок-регулятор (чаще называемый белок-репрессор), который может быть в активной или неактивной форме,
  
• 
  ген-оператор – участок ДНК, способный связываться с белком-регулятором, и "решающий" нужно работать РНК-полимеразе или нет.
  

Ф. Жакоб и Ж. Моно выдвинули в 1961 году гипотезу оперона. По этой схеме гены функционально неодинаковы. Один из них - структурный ген, содержит информацию о расположении аминокислот в молекуле белка фермента, другие выполняют регуляторные функции, оказывающие влияние на активность структурных генов – гены – регуляторы. Структурные гены располагаются рядом и образуют блок – оперон. Они программируют синтез ферментов. Кроме того в оперон входят участки, относящиеся к процессу включения транскрипции. Вся группа генов одного оперона функционирует одновременно, поэтому ферменты одной цепи реакции либо синтезируются все, либо не синтезируется ни один из них. В самом начале структуры оперона находится ген – оператор, который включает и выключает структурные гены. Оператор контролирует ген – регулятор. Ген-регулятор кодирует синтез белка-репрессора. Репрессор в активной форме блокирует транскрипцию, считывание генетической информации прекращается и весь оперон выключается. До тех пор, пока репрессор связан с геном-оператором, оперон находится в выключенном состоянии. При переходе в неактивную форму ген-оператор освобождается, происходит включение оперона и начинается синтез соответствующей РНК с последующим процессом синтеза ферментов. Оперонная система представляет собой один из механизмов регуляции синтеза белка.

.

15. Схема строения и функции бактериального оперона.

Лактозный оперон, или lac оперон - участок генома бактерий, отвечающий за усвоение клеткой (гидролиз)лактозы.
Лактозный оперон (lac operon) состоит из трех структурных генов, промотора, оператора и терминатора. Принимается, что в состав оперона входит также ген-регулятор, который кодирует белок-репрессор. Структурные гены лактозного оперона - lacZ, lacY и lacA.

• 
  lacZ кодирует фермент β-галактозидазу - фермент, расщепляющий дисахарид лактозу на глюкозу и галактозу.
  
• 
  lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок, который переносит лактозу внутрь клетки.
  
• 
  lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, преносящий ацетилную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
  

Для катаболизма лактозы необходимы только продукты lacZ и lacY, роль продукта lacA не ясна.



16. Негативный и позитивный контроль генетической активности. Лактозный оперон

Положительная регуляция генов - это процесс, который включает экспрессию генов. Как правило, для проведения транскрипции РНК-полимераза должна связываться с промоторной областью гена. По сути, РНК-полимераза является ферментом, ответственным за синтез мРНК на основе инструкций, закодированных в кодирующей области гена. Однако для связывания РНК-полимеразы с промоторной областью у эукариот необходимо присутствие основных транскрипционных факторов. С другой стороны, у прокариот фермент связывается с ДНК без помощи основных транскрипционных факторов.
Негативная регуляция генов является вторым типом регуляции генов, ответственных за выключение генов. Здесь другой тип белков, называемых репрессорами, связывается с операторной областью гена. Тогда этот тип операторской области известен как область глушителя . Однако связывание репрессоров с операторной областью препятствует распознаванию промоторной области РНК-полимеразой. Следовательно, фермент не способен связываться с геном, чтобы инициировать транскрипцию.


17. Опишите регуляцию экспрессии генов на примере арабинозного и триптофанового оперонов кишечной палочки.

Арабинозный оперон. Индукция арабинозного оперона (положительный контроль). Арабинозный оперон Е. coli подвержен положительной регуляции. Он содержит структурные гены ara В, ara А и ara D для ферментов, участвующих в превращении L-арабинозы в D-ксилулозо-З-фосфат. Экспрессия оперона индуцируется арабинозой. Как и многие другие системы катаболизма, оперон подвергается регуляции в области промотора. Кроме того, в этом опероне есть еще два регулируемых участка - оператор и инициатор. С оператором связан регуляторный белок, кодируемый геном ara С. Этот белок действует как репрессор-присоединяясь к оператору, он препятствует транскрипции. Однако в присутствии арабинозы он становится активатором-присоединяется к промотору и делает возможной транскрипцию. Таким образом, арабинозный оперон находится под влиянием как отрицательного, так и положительного контроля со стороны специфического белка-регулятора.

(Арабиноза (арабинопентоза) – органическое соединение, естественный моносахарид из группы пентоз, имеющий формулу C₅H₁₀O₅. Арабиноза является весьма распространённым в природе моносахаридом  и углеводом.)

Триптофановый оперон. Он содержит 5 структурных генов (цистронов): trpE, trpD, trpC, а также trpB и trpA, кодирующие субъединицы триптофансинтазы. На значительном расстоянии от оперона находится ген trpR, кодирующий белок, подавляющий экспрессию триптофанового оперона. Продукт этого гена в присутствии триптофана связывается с оператором и блокирует транскрипцию оперона. В отличие от lac-оперона, в состав trp-оперона входит особая последовательность — аттенюатор, необходимая для тонкой регуляции транскрипции оперона. Регуляция триптофаного оперона регулируется двумя способами: с помощью белка-репрессора (репрессия), а также с помощью особой последовательности — аттенюатора. При этом в каждом из этих случаев регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи.

(Триптофан (символ Trp или W) представляет собой α- аминокислота , которая используется в биосинтезе из белков.)

18. Перечислите особенности регуляции экспрессии генов у эукариот. Перечислите и охарактеризуйте механизмы регуляции экспрессии генов у эукариот на уровне транскрипции.

Ядро явилось важнейшим эволюционным приобретением эукариот.

Благодаря ядерной мембране, разделяются зоны транскрипции и трансляции, что позволяет осуществлять сложную и многообразную регуляцию экспрессии генов.

Гены эукариотических клеток делятся на два основных вида: первый определяет универсальность клеточных функций, второй – детерминирует (определяет) специализированные клеточные функции.

• 
  Опероны эукариотических клеток имеют несколько генов - регуляторов, которые могут располагаться в разных хромосомах.
  
• 
  Структурные гены, контролирующие синтез ферментов одного биохимического процесса, могут быть сосредоточены в нескольких оперонах, расположенных не только в одной молекуле ДНК, но и в нескольких.
  
• 
  Сложная последовательность молекулы ДНК. Имеются информативные и неинформативные участки, уникальные и многократно повторяющиеся информативные последовательности нуклеотидов.
  
• 
  Эукариотические гены состоят из экзонов и интронов, причем созревание и-РНК сопровождается вырезанием интронов из соответствующих первичных РНК-транскриптов (про-и-РНК), т.е. сплайсингом.
  
• 
  Процесс транскрипции генов зависит от состояния хроматина. Локальная компактизация ДНК полностью блокирует синтез РНК.
  
• 
  Транскрипция в эукариотических клетках не всегда сопряжена с трансляцией. Синтезированная и-РНК может длительное время сохраняться в виде информосом. Транскрипция и трансляция проис­ходят в разных компартментах.
  
• 
  Некоторые гены эукариот имеют непостоянную локализа­цию (лабильные гены или транспозоны).
  
• 
  Методы молекулярной биологии выявили тормозящее действие белков-гистонов на синтез и-РНК.
  
• 
  В процессе развития и дифференцировки органов активность генов зависит от гормонов, циркулирующих в организме и вызывающих специфические реакции в определенных клетках. У млекопитаю­щих важное значение имеет действие половых гормонов.
  
• 
  У эукариот на каждом этапе онтогенеза экспрессировано 5-10% генов, остальные должны быть заблокированы.