Главная страница
Навигация по странице:

  • Последовательность событий сплайсинга

  • Схематичное представление матричной РНК после процессинга

  • Строение модифицированных уридиловых нуклеотидов

  • Внешний вид вторичной структуры тРНК после процессинга

  • Схема строения и работы оперона

  • Схема работы лактозного оперона при наличии и отсутствии лактозы

  • Схема работы триптофанового оперона при наличии и отсутствии триптофана

  • Зачем врачу нужна биологическая химия


    Скачать 6.47 Mb.
    НазваниеЗачем врачу нужна биологическая химия
    АнкорLektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
    Дата21.12.2017
    Размер6.47 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаLektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
    ТипДокументы
    #12377
    страница54 из 139
    1   ...   50   51   52   53   54   55   56   57   ...   139

    Новосинтезированные РНК еще неактивны


    Сразу после синтеза первичные транскрипты РНК по разным причинам еще не имеют активности, являются "незрелыми" и в дальнейшем претерпевают ряд изменений, которые называются процессинг. У эукариот процессингу подвергаются все виды пре-РНК, у прокариот – только предшественники рРНК и тРНК.

    Процессинг предшественника матричной РНК


    При 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) и неинформативные (интроны) участки.

    1. Сплайсинг(англ. splice – склеивать встык) – особый процесс, в котором при участии малых ядерных РНКпроисходит удаление интронов и сохранение экзонов.

    сплайсинг рнк
    Последовательность событий сплайсинга

    2. Кэпирование(англ. cap – шапка) – происходит еще во время транскрипции. Процесс состоит в присоединении к 5'-трифосфату концевого нуклеотида пре-мРНК 5'-углерода N7-метил-гуанозина.

    "Кэп" необходим для защиты молекулы РНК от экзонуклеаз, работающих с 5'-конца, а также для связывания мРНК с рибосомой и для начала трансляции.

    3. Полиаденилирование– при помощи полиаденилат-полимеразы с использованием молекул АТФ происходит присоединение к 3'-концу РНК от 100 до 200 адениловых нуклеотидов, формирующих полиадениловый фрагмент – поли(А)-хвост. Поли(А)-хвост необходим для защиты молекулы РНК от экзонуклеаз, работающих с 3'-конца.

    вид мрнк
    Схематичное представление матричной РНК после процессинга

    Процессинг предшественника рибосомальной РНК


    Предшественники рРНК являются более крупными молекулами по сравнению со зрелыми рРНК. Их созревание сводится к разрезанию прерибосомной РНК на более мелкие формы, которые уже непосредственно участвуют в формировании рибосомы. У эукариотсуществуют четыре типа рРНК – 5S-, 5,8S-, 18S- и 28S-рРНК. При этом 5S-рРНК синтезируется отдельно, а большая прерибосомная 45S-РНК расщепляется специфичными нуклеазамис образованием 5,8S-рРНК, 18S-рРНК и 28S-рРНК.

    У прокариотмолекулы рибосомальной РНК совсем иные по своим свойствам (5S-, 16S-, 23S-рРНК), что является основой изобретения и использования ряда антибиотиковв медицине.

    Процессинг предшественника транспортной РНК


    1. Модификация нуклеотидов в молекуле путем дезаминирования, метилирования, восстановления. 
    Например, образование псевдоуридина и дигидроуридина.

    строение псевдоуридина и дигидроуридина
    Строение модифицированных уридиловых нуклеотидов

    2. Формирование антикодоновой петли происходит путем сплайсинга (вернуться вверх) и удаления интрона в средней части пре-тРНК.

    3. Формирование на 3'-конце последовательности ЦЦА. Для этого у одних пре-тРНК с 3'-конца удаляются лишние нуклеотиды до "обнажения" триплета ЦЦА, у других идет присоединение этой последовательности.

    вид трнк
    Внешний вид вторичной структуры тРНК после процессинга

    Транскрипция хорошо регулируется


    Так как транскрипция связывает ядро– "мозг" клетки, ее "банк знаний" и белки, "рабочих лошадок" клетки, то от качества и активности транскрипции зависит объем синтеза тех или иных белков, жизнедеятельность клетки, ее способность адаптироваться к окружающей обстановке.

    У прокариот и эукариот регуляция транскрипции происходит, естественно, по-разному, хотя некоторые моменты похожи.

    Регуляция у прокариот


    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 образованиеструктурных белков и ферментовв клетке,

    • конституитивные ферменты – те, которые присутствуют в клетках всегда, независимо от ее активности и условий,

    • индуцибельные ферменты – те, которые программируются опероном и синтезируются 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.

    строение оперона
    Схема строения и работы оперона

    Предложены две схемы регуляции скорости транскрипции: по механизму индукции (лактозный оперон) и помеханизму репресии (триптофановый оперон).

    Лактозный оперон


    Лактозный оперон в целом отвечает за катаболизм лактозы.

    При изучении E.coli было замечено, что в клетке может быть две взаимоисключающие ситуации:

    На основании наблюдений была предложена схема регуляции оперона по механизму индукции:

    1. В отсутствие лактозы активный белок-репрессор связывается с оператором и блокирует синтез мРНК, кодирующей ферменты катаболизма лактозы. В результате эти ферменты не образуются.

    2. Если глюкозы нет, алактоза есть, то последняя связывается с белком-репрессором и ингибирует его, не давая связаться с геном-оператором. Это позволяет РНК-полимеразе считывать информацию, отвечающую за синтез ферментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.

    Таким образом, лактоза является индукторомтранскрипции.

    работа лактозного оперона
    Схема работы лактозного оперона при наличии и отсутствии лактозы

    Триптофановый оперон


    Триптофановый оперон в целом отвечает за синтез триптофана.

    Функционирование триптофанового оперона в некотором смысле противоположно лактозному. Регуляция осуществляется по механизму репрессии.

    1. В отличие от лактозного оперона, белок-репрессор синтезируется в неактивномсостоянии и не может заблокировать транскрипцию генов, кодирующих ферменты синтеза триптофана. Синтез этой аминокислоты будет в клетке продолжаться до тех пор, пока в питательной среде не появится триптофан.

    2. Триптофансоединяется с белком-репрессором и активируетего. Далее такой активный комплекс присоединяется к гену-оператору и блокирует транскрипцию. Таким образом, при наличии триптофана в среде прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки.

    В этом случае триптофан является репрессоромтранскрипции.

    триптофановый оперон
    Схема работы триптофанового оперона при наличии и отсутствии триптофана

     

    Регуляция у эукариот

    Существенное усложнение эукариотических организмов повлекло за собой появление новых способов регуляции активности транскрипции:


    Амплификация– это увеличение количества генов, точнее многократное копирование одного гена. Естественно, все полученные копии равнозначны и одинаково активно обеспечивают транскрипцию.

    Энхансеры(англ. to enhance – усиливать) – это участки ДНК в 10-20 пар оснований, способные значительно усиливать экспрессию генов той же ДНК. В отличие от промоторов они значительно удалены от транскрипционного участка и могут располагаться от него в любом направлении (к 5'-концу или к 3'-концу). Сами энхансеры не кодируют какие-либо белки, но способны связываться с регуляторными белками (подавляющими транскрипцию).

    Сайленсеры(англ. silence – молчание) – участки ДНК, в принципе схожие с энхансерами, но они способны замедлять транскрипцию генов, связываясь с регуляторными белками (которые ее активируют).

    Перестройка генов. К подобным процессам относится кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, и более сложный процесс – сайт-специфичная рекомбинация, которая изменяет положение и порядок нуклеотидных последовательностей в геноме.

    Процессинг мРНК – некоторые пре-мРНК подвергаются разным вариантам сплайсинга (альтернативный сплайсинг) в результате чего образуются разные мРНК, и соответственно, белки с разной функцией.

    Изменение стабильности мРНК – чем выше продолжительность жизни мРНК в цитозоле клетки, тем больше синтезируется соответствующего белка.

    Лекарственная регуляция транскрипции

    Ингибирование


    1. Гетероциклические соединения доксорубицин, дауномицини актиномицин D обладают способностью интеркалировать (встраиваться между нитей молекулы ДНК) между двумя соседними парами оснований Г-Ц. В результате возникает препятствие для движения РНК-полимеразы ("заедание молнии") и остановка транскрипции.

    2. Рифампицинсвязывается с ?-субъединицей РНК-полимеразы прокариот и ингибирует ее. Благодаря такой избирательности действия рифампицин действует только на бактерии и является препаратом для лечения туберкулеза.

    3. ?-Аманитин, октапептид бледной поганки (Amanita phalloides) блокирует РНК-полимеразу II эукариот и предотвращает продукцию мРНК.

    Активация


    Активация транскрипции используется в клинике намного реже и заключается в применении аналогов стероидных гормонов для достижения анаболического эффекта в органе-мишени.
    1   ...   50   51   52   53   54   55   56   57   ...   139


    написать администратору сайта