Фибус Левин предположил, что нк состоят из мономеров нуклеотидов. А в 1930 г
 Скачать 264.99 Kb.
|
|
Механизмы регуляции экспрессии генов у эукариот на уровне транскрипции В основу регуляции положено взаимодействие определенных участков ДНК с белками- транскрипционными факторами. Механизмы на уровне транскрипции: Общие факторы транскрипции обеспечивают сродство промотора к РНК – полимеразе. Специфические транскрипционные факторы – активаторы связываются с участками ДНК энхансерами - при этом усиливается транскрипция. Механизм: связываясь с активаторами, энхансеры изменяют конформацию хроматина в области прилежащего гена. Активаторы связываются с сайленсерами - тогда ослабляется транскрипция. 19. Что такое геномный импритинг? Каковы его механизмы? Примеры болезней геномного импритинга. Геномный импринтинг является эпигенетическим механизмом регуляции экспрессии гомологичных генов в процессе развития организма в зависимости от родительского происхождения гена, хромосомы или генома. Эпигенотип (импринт) – совокупность модификаций, которые поразному маркируют родительские аллели генов на хромосомах отцовского и материнского происхождения. Импринтированный ген по-разному экспрессируется в зависимости от материнского и отцовского происхождения. В диплоидной клетке он экспессируется только с одного аллеля. Механизм геномного Согласно современным представлениям, в основе геномного импринтинга у млекопитающих лежат специфические морфо-молекулярные изменения некоторых хромосомных участков, происходящие во время формирования мужских и женских половых клеток, которые приводят к стойким различиям экспрессии отцовских и материнских генов у потомства. Предполагается, что импринтинг изменяет структуру гена так, что регуляторные факторы, действие которых проявляется в клетке позднее, распознают импринтированные (видоизмененные каким-то образом) материнские и отцовские аллели и избирательно их инактивируют. Отсутствие проявления таких факторов, как и нарушение модификации генов, может приводить к потере их нормальной моноаллельной экспрессии. Наиболее изученной эпигенетической модификацией, обеспечивающей процессы импринтинга, является специфическое метилирование цитозиновых остатков ДНК по 5-му углеродному атому. Это единственная допустимая в физиологических условиях химическая модификация ДНК у позвоночных. Важнейшие особенности метилирования ДНК – это стабильное сохранение в ряду многих поколений, а также прямое или косвенное влияние на экспрессию генов. Одним из ведущих направлений в изучении механизмов импринтинга является наблюдение за изменением эпигенетических свойств отцовских и материнских аллелей на протяжении онтогенетического развития. Установлено, что на самых ранних стадиях развития гамет, а именно в первичных половых клетках эмбриона метилирование как импринтированных, так и неимпринтированных генов (полученных от родителей) теряется «стирается» и наблюдается биаллельная экспрессия импринтированных локусов, следовательно, на этом этапе эпигенетические различия между отцовскими и материнскими аллелями отсутствуют. Метилирование на импринтированных локусах происходит на последующих этапах дифференцировки гамет. В овогенезе установление нового «импринта» происходит на стадии роста овоцита 1-го порядка (со 2 месяца внутриутробного развития до менструации). Срок установления мужского «эпигенотипа» в сперматогенезе окончательно не выяснен, предполагается, что это происходит в сперматоцитах 1-го порядка до наступления (или во время) профазы 1-го деления мейоза) до полового созревания). Основным ферментом, обеспечивающим метилирование de novo и поддерживающим его в геноме млекопитающих, является ДНК-метилтрансфераза. Синдромы Прадера–Вилли и Ангельмана Клиническая характеристика синдрома Прадера–Вилли Впервые синдром Прадера–Вилли (СПВ) был описан в 1956 г. Основными диагностическими признаками являются ожирение, мышечная гипотония, низкий рост, гипогонадизм, умственная отсталость различной степени выраженности, признаки дизэмбриогенеза. Для новорожденных свойственна гипорефлексия, ослабление глотательного и сосательного рефлексов. В результате глубокой гипотонии может возникнуть асфик- 10 сия. Затруднения при кормлении постепенно проходят к 6 мес. В течение первых 12–18 мес. развивается неконтролируемая гиперфагия, которая вызывает ожирение и сердечную недостаточность. Больные отстают в росте и развитии. Вторичные половые признаки слабо выражены у обоих полов. Гипопигментация выявляется у 75 % больных. Продолжительность жизни составляет 25–30 лет. Взрослым больным свойственны эмоциональная лабильность, пониженные моторная активность и познавательная способность, гиперфагия и различные степени умственной отсталости. Частота синдрома в различных популяциях составляет 1:10 000–20 000 новорожденных. Основная масса случаев возникает спорадически, но встречаются и семейные формы. Клиническая характеристика синдрома Ангельмана Впервые синдром Ангельмана (СА) был описан в 1965 г. и получил название синдрома «счастливой куклы». Основные диагностические признаки: микробрахицефалия с уплощенным затылком, большая нижняя челюсть, приоткрытый рот с выступающим языком, макростомия, редко растущие зубы, гипопигментация. Из неврологических проявлений наиболее характерны задержка умственного и физического развития, атаксия, гипотония, судорожная готовность, гиперрефлексия, гиперкинезия. Приступы неконтролируемого смеха, хлопанье в ладоши и специфическое выражение лица предопределили название синдрома. Частота синдрома в популяции составляет 1:20 000. Синдром Сильвера-Рассела Описан в 1953 г. Характеризуется внутриутробной задержкой роста, асимметрией туловища (укорочение конечностей с одной стороны), укорочением и искривлением 5-го пальца, «треугольным» лицом, задержкой умственного развития. У трети больных развивается преждевременное половое развитие. Характерны почечные аномалии и гипоспадии. Синдром Беквита-Видеманна Локус заболевания расположен на коротком плече хромосомы 11. Характеризуется увеличением массы тела и внутренних органов — печени, почек, поджелудочной железы, иногда сердца. Типичными признаками являются большой язык и грыжа пупочного канатика. Ребенок рождается крупным: увеличены мышечная масса, количество подкожного жира, иногда наблюдается умеренная микроцефалия или гидроцефалия. Психическое развитие обычно соответствует возрасту. Костный возраст опережает паспортный. 20. Перечислите и охарактеризуйте свойства генетического кода. Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом — в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов (А, Т, Г, Ц), а белки — из 20 видов аминокислот. Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков. Соотношения, на основе которых осуществляется такой перевод, называются генетическим кодом. Генетический код — это система записи генетической информации о последовательности расположения аминокислот в белках в виде последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК. Генетический код имеет следующие свойства. Триплетность - каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов. Легко подсчитать, что существуют 43 = 64 кодона. Из них 61 является смысловым и 3 - бессмысленными (терминирующими, stop-кодонами). Непрерывность (нет разделительных знаков между нуклеотидами) - отсутствие внутригенных знаков препинания; Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его непрерывность (компактость) [показать] Наличие межгенных знаков препинания - наличие среди триплетов инициирующих кодонов (с них начинается биосинтез белка), кодонов - терминаторов (обозначают конец биосинтеза белка); Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот). В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию. Колинеарность - соответствие линейной последовательности кодонов мРНК и аминокислот в белке. Специфичность - каждой аминокислоте соответствуют только определенные кодоны, которые не могут использоваться для другой аминокислоты. Однонаправленность - кодоны считываются в одном направлении - от первого нуклеотида к последующим Вырожденность, или избыточность,- одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов (аминокислот – 20, возможных триплетов – 64, 61 из них смысловой, т. е. в среднем каждой аминокислоте соответствует около 3 кодонов); исключение составляет метионин (Met) и триптофан (Trp). Причина вырожденности кода состоит в том, что главную смысловую нагрузку несут два первых нуклеотида в триплете, а третий не так важен. Отсюда правило вырожденности кода: если два кодона имеют два одинаковых первых нуклеотида, а их третьи нуклеотиды принадлежат к одному классу (пуриновому или пиримидиновому), то они кодируют одну и ту же аминокислоту. Однако из этого идеального правила есть два исключения. Это кодон АUА, который должен соответствовать не изолейцину, а метионину и кодон UGА, который является терминирующим, тогда как должен соответствовать триптофану. Вырожденность кода имеет, очевидно, приспособительное значение. Универсальность - все перечисленные выше свойства генетического кода характерны для всех живых организмов Неперекрываемость - каждый из триплетов генетического текста независим друг от друга, один нуклеотид входит в состав только одного триплета. Код не перекрывается. Один нуклеотид не может входить в состав нескольких кодонов в цепи мРНК. 21. Охарактеризуйте адаптерную теорию трансляции. Какие молекулы являются адаптерами в процессе трансляции? Опишите строение и функции тРНК. Опишите строение и функции аминоацил-тРНК-синтетазы. АДА́ПТЕРНАЯ ГИПО́ТЕЗА, предложена Ф. Криком в 1955 для объяснения механизма, который обеспечивает однозначное соответствие между генетич. информацией, записанной в нуклеотидной последовательности ДНК (передаваемой в виде матричной РНК, или мРНК, в рибосому), и аминокислотами, встраивающимися в синтезируемую молекулу белка. Крик предположил существование особых адаптерных молекул, способных связываться как с аминокислотами, так и с мРНК. Впоследствии было установлено, что такими адаптерами являются транспортные РНК (тРНК), доставляющие нужные аминокислоты к синтезируемой полипептидной цепи. Ключевую роль на этом этапе играет фермент аминоацил-тРНК-синтетаза, осуществляющий специфич. связывание молекулы тРНК определённого типа со своей аминокислотой. Вместе с тем молекула тРНК каждого типа содержит антикодон, обеспечивающий связывание комплекса аминокислота-аминоацил-тРНК-синтетаза с комплементарным кодоном в мРНК. Встраивание аминокислоты в соответствии с кодонами мРНК обеспечивает линейное соответствие (колинеарность) между аминокислотной последовательностью белка и нуклеотидной последовательностью мРНК. Функции тРНК 1) транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам, 2) трансляционный посредник. В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3′-концу акцепторного стебля. Антикодон — три нуклеотида, «опознающие» кодон иРНК. Следует подчеркнуть, что конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону. Специфичность соединения аминокислоты и тРНК достигается благодаря свойствам фермента аминоацил-тРНК-синтетаза. Аминоацил-тРНК-синтетазы (АРСазы) - группа ферментов класса синтетаз, которые катализируют совокупность реакций, составляющих один из этапов белкового синтеза - специфическое связывание аминокислот с соответствующими тРНК (рекогниция). В цитоплазме прокариот аминоацил-тРНК-синтетазы (АРСазы) распределены диффузно, а в эукариотических клетках организованы в мультиэнзимных комплексы, связанные с внутриклеточными мембранами. В результате функционирования АРСаз аминокислоты соединяются только с соответствующими транспортными РНК, при этом образуются комплексы аминоацил-тРНК, в виде которых аминокислоты непосредственно включаются в биосинтез протеина. Специфика ферментативного процесса обеспечивается тем, что мультиэнзимный комплекс имеет две каталитические участки, с участием которых он способен распознать как специфическую для него аминокислоту, так и соответствующую (специфичную) ей транспортную РНК. Вместе с тем в связи с однообразием функций все тРНК имеют сходную пространственную структуру, поэтому распознавание аминоацил-тРНК-синтетазами (АРСаза) «своей» тРНК базируется на незначительных различиях строения отдельных транспортных РНК. 22. Строение и функции рибосом. Какие функциональные центры рибосом существуют? Рибосомы являются важнейшими органоидами клетки, так как на них протекает процесс трансляции — синтез полипептида на матричной РНК (мРНК). Другими словами, рибосомы служат местом белкового синтеза. Строение рибосом Рибосомы относятся к немембранным органоидам. Они очень мелкие (около 20 нм), но многочисленные (тысячи и даже миллионы на клетку), состоят из двух частей – субъединиц. В состав субчастиц входят рибосомальные РНК (рРНК) и рибосомные белки, т. е. рибосомы по химическому составу являются рибонуклеопротеидами. Однако в них также присутствует небольшое количество низкомолекулярных соединений. Из-за многочисленности рибосом, рРНК составляет более половины от всей РНК клетки. Рибосомы состоят из двух субчастиц, различающихся по размерам. Малая субъединица рибосомы у прокариот имеет коэффициент седиментации 30S, а большая – 50S. Полная рибосома имеет коэффициент седиментации 70S. У эукариот малая субъединица имеет коэффициент седиментации 40S, а большая – 60S. Вместе они составляют полную рибосому с коэффициентом седиментации 80S. В собранной из субъединиц рибосоме выделят два (по одним источникам) или три (по другим) участка, которые называют сайтами. Один из участков обозначают A (aminoacyl) и называют аминоацильным, второй — P (peptidyl) — пептидильный. Данные сайты являются основными каталитическими центрами протекающих на рибосомах реакций. Третий участок обозначают E (exit), через него освободившаяся от синтезируемого полипептида транспортная РНК (тРНК), покидает рибосому. Кроме перечисленных сайтов на рибосомах есть другие участки, используемые для связывания различных ферментов. Когда субъединицы диссоциированы (разъединены) специфичность сайтов теряется, т. е. они определяются сочетанием соответствующих областей обеих субъединиц. Функция рибосом Функционально рибосомы являются местом связывания молекул, участвующих в синтезе (мРНК, тРНК, различные факторы). Именно в рибосоме молекулы могут занять друг по отношению к другу такое положение, которое позволит быстро протечь химической реакции реакции. В эукариотических клетках рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть прикрепленными с помощью специальных белков к ЭПС (эндоплазматическая сеть, она же ЭР — эндоплазматический ретикулум). В процессе трансляции рибосома перемещается по мРНК. Часто по одной нитевидной мРНК двигаются несколько (или множество) рибосом, образуя так называемую полисому (полирибосому). 23. Охарактеризуйте и изобразите схематично этапы трансляции. Трансляция – это механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований в молекулах информационной РНК переводится в специфическую последовательность аминокислот молекулы белка. Этот процесс происходит на рибосомах в цитоплазме. Инициация'>Инициация – узнавание рибосомы старт-кодона и начало синтеза белка. Элонгация – удлинение цепи. Терминация – узнавание стоп-кодонов и окончание синтеза белка. Инициация Инициация трансляции начинается с присоединения рибосомы к тому участку информационной РНК (иРНК), с которого начинается синтез белка. Присоединение происходит в присутствии ионов магния. Начало будущего белка обозначается триплетом АУГ, который является знаком начала трансляции. Так как этот кодон кодирует аминокислоту метионин, то все белки (за исключением специальных случаев) начинаются с метионина. Таким образом, инициация – точка отсчета синтеза белка. В транспортной РНК (тРНК), напоминающей клеверный лист, есть антикодон, комплементарный информационному кодону РНК, с которым он связывается. Поскольку первый кодон информационной РНК – обычно АУГ, то антикодон тРНК – УАЦ. К хвосту тРНК (акцепторному участку) присоединена аминокислота метионин. После присоединения двух тРНК, несущих две аминокислоты, к кодонам иРНК, располагающимся в активном центре рибосомы, метионин переносится на аминокислоту второй тРНК (между аминокислотами образовывается пептидная связь). |