57.Струкрурная организация и биолог. Роль нукл.Кислот.

Нуклеиновые кислоты (НК) обеспечивают хранение и передачу наследст-ой инф-ции, непосредственно участв-т в мех-ах реализации этой информации путем програмирования синтеза всех клет-ых белков. Структурные единицы Нкпринимают участие в обмене в-в, в аккумулировании, переносе и трансформации энергии.

Химический состав.

НК(ДНК и РНК) состоят из небольшого числа компонентов более простого строения, хотя и относятся к сложным высокомолекулярным соедин-ям. В обеих Нксодерж-ся: пуриновые (А,Г) и пиримидиновые (Т,Ц в РНК вместо Т-У) основания, углеводы(вДНК рибоза, в РНК дезоксирибоза) и фосфорная т-та. Еще в составе НК открыты минорные азотистые основания (защита РНК от действия гидролитических ферментов). ДНК в основном сосредоточена в ядре. На долю РНК приходится 5-10% всей массы кл-ки. Выделяют мРНК (матрица при син-зе белка), рРНК (фун-ия в белковом син-зе не ясна), тРНК (переносят аминокис-ты к месту син-за белка).

Структура НК.

Правила Чаргаффа: 1. молярная доля пуринов = мол. доле пиримидинов: А+Г=Ц+Т. 2.А+Ц=Г+Т. 3. А=Т и Г=Ц

Структурная ед-ца НК- мононуклеотид. Состав мононук-да: азот-е основание+ угледод+ Н3РО4. азотистое основание +угледов наз-ся нуклеотид. В них пуриновое или пиримид-ое основание соединено с углеводом N-гликозидной связью.

Первичная структура НК.

Это порядок расположения мононуклеот-ов в цепи ДНК и РНК. Она стабилизир-ся 3,5- фосфодиэфирными связями. Схема: основание основание-пентоза - Р - пентоза-

Т.о. ковалентный каркас НК сос-т из чередующихся остатков пентозы и фосфор-й к-ты; пурин-е и пиримид-ые основания сост-ют боковые цепи, присоединенные к пентозе каркаса. Полинуклеотидная цепь РНК имеет на одном конце свободный монофосфатный эфир(5-конец), на др. – нуклеотид со свободными 2- и 3-ОН группами. Особенности первичн. Структуры всех тРНК: 1) 5-концом всегда яв-ся гуаниновая кислота; 2) на др. конце нах-ся ЦЦА. В первичной стр-ре ДНК нуклеотиды связаны, как и в стр-ре РНК, 3,5-фосфодиэфирными мостиками.

Вторичная структура НК.

ДНК(модель Уотсона и Крика) сост. Из 2-х цепей, образуя правовращающую спираль , в кот. Обе антипараллельные цепи закручены вокругодной оси. Цепи связаны водор-ми св-ми м/у их азот-ми основ-и. Обе цепи расположены так, что пури-ые и пирими-ые основания находятся внутри спирали и расположены «стопкой» , фосфорные гр. углеводные компоненты – снаружи. Обе цепи отличаются др. от др. последова-ю оснований и нуклеиновым составом. Цепи комплементарны др. др. : основание одной цепи определ-ет основание в др. цепи. Кадое основание одной цепи спарено с лежащем в тойже плоскости основ-ем др. цепи. Разрешенными являются пары А-Т, Г-Ц. Стабильность А-Т обеспеч-ся двумя водородными св-зями , а Г-Ц – тремя. Именно в этих парах водор-ые связи наиболее прочны. Цепи ДНК тоже комплементарны, имеют противоположную полярность(в 1 цепи направление 5 – 3 , а в др. – 3-5 концы). тРНК напоминает клеврный лист. Есть участки для взаимодействия с рибосомами, места для связывания с а. к. и с ферм-ми, а так же триплет(антикодон) комплементарный кодону мРНК – кодирует включение определенной а. к. в белок.

Третичная структура НК

Двойная спираль ДНК на некот-х участках может подвергатся дальнейшей спирализации. Образуется суперспираль или открытая кольцевая форма. Еще линейная ДНК может образоваться из кольцевой. Образов-е кольцевой формы часто вызвано ковалент-м соедин-ем их открытых концов. Вообще, суперспираль обеспечи-ет компактность мол-ле ДНК. тРНК имеют приметно одинаковую третичную стр-ру, кот. от «клеверного листа» отличается большей компактностью за счет складывния различ-ых частей молекулы.

Генетический код - единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Генетический код основан на использовании алфавита, состоящего всего из четырех букв-нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями: А, Т, Г, Ц.

Г.к. для аминокислот явл. вырожденным.

Имеются доказательства, что вырожденность генетического кода имеет несомненный биологический смысл, обеспечивая организму ряд преимуществ. В частности, она способствует «совершенствованию» генома, так как в процессе мутации могут наступать различные аминокислотные замены. Другой отличительной особенностью генетического кода является отсутствие «знаков препинания», т. е. сигналов, указывающих на конец одного кодона и начало другого. Другими словами, код является линейным, однонаправленным и не прерывающимся: АЦГУЦГ АЦЦ. Это свойство генетического кода обеспечивает синтез в высшей степени упорядоченной последовательности молекулы белков.

58.Транскрипция особенности репликации лидирующей и отстающей цепей ДНК.Транскрипция (Т) яв-ся первой стадией реализации (считывания) ген. инф-и на к-рой нуклеотидная последовательность ДНК копируется в виде н.о. послед-ти РНК. В основе мех-ма копир-я при транскрипции лежит тот же стр-й принцип комплементарного спаривания оснований, что и при репликации. (Т) осущ-ся ферм. РНКрол синтез-ми РНК на ДНК матрице из рибонуклеотидтрифосфатов. Репликация (Р) – самовоспроизведение ген. материала (ДНК). Р. ДНК осущ-ся полуконсервативным путем : цепи расход-ся, затем, каждая цепь служит матрицей на кот-й выстра-ся комплементарная ей новая цепь ДНК 1) Расплетание двойной спирали ДНК в ходе Р. Эту реа-ю осущ-т 2 типа белков : хеликазы и SSb-белки. В результате работы хеликаз возникает вилка из двуспирального уч-ка ДНК и 2х одноцепо-х ветвей. Ренатурации одноцепочных уч-в ДНК припятствует их связывание SSb-белком, имею-м изберат-е сродство к однонитевой ДНК. Связывание одноцепоч-й ДНК с Ssb-белком стимул-т ДНКпол и повышает точность её работы. 2) Прерывестый синтез ДНК т.к цепи ДНК в дуплексе антипаралельны, то направ-е синтеза совпадает лишь для одной матричной цепи и протовоположно др. комплементарной матрице. Это значит, что синтез м/т происходить непрерывно лишь на одной из матричных цепей. На др. матрице ДНК синтез-ся цепь назыв. ведущей, а др. запаздывающей.

ДНКполIII кат присоед-е мононуклеотидных ед. к свободн. 31гидроксильному концу цепи ДНК; т.о.синтез ДНК идет в направлен 51 – 31 Прод-т полимеразной р-ции – одиночная цепь ДНК связывается с комплементарной цепью матрицы с образов-м двойной спирали. Синтез запаздывающей цепи : Праймаза синтезирует РНК – затравку для запаздывающей цепи. ДНКполIII удлиняет эти затравки до тех пор, пока не упрется в предыдущею затравку, т.е синтезирует фрагмент оказаки. Затем действует ДНКполI к-рая продолжает удлинять фрагменты оказаки, одновременно гидролизуя РНК – затравку предыдущего фрагм-та, испол-я свою 51-экзунуклеазную актив-ть. После дей-я ДНКполI м/у 2 сосед-ми фрагм-ми остаётся одноцепочный разрыв к-рый зашивает ДНК-лигаза. Синтез мол. РНК начин-ся в опред-х местах ДНК – промоторах, и завершается в терминаторах, Уч-к ДНК огра-ый промотором и терминатором назыв. транскриптоном. В пределах транскрип-а копир только 1 из 2х нитей ДНК, к-раяназыв значищей (или матричной). Цикл транскрип-и м/но поделить на 4 стадии: 1) Связывание с ДНК, 2) инициация цепи РНК, 3) элонгация цепи РНК, 4) терминация цепи РНК. 1) цикл Т. начин с присоед-е РНК –пол к промотору строго определенному уч-ку ДНК, с кот-го начин синтез РНК. Оказавшись на промоторе РНК – пол образ, с ним закрытый промоторный комплекс, в кот-м ДНК сохран двуспиральную стр-ру, В этом компл РНК-пол ещё не способна к синтезу РНК. Закрытый комплекс превращается в открытый, в открытый, в к-ром РНК-пол расплетает 1 виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки. 2) Стадия инициации требует наличия субстратов РНК-пол, нуклеозидтрифосфатов и заключается в образовании первых нескольких звеньев цепи РНК. Когда РНК-продукт достигает кретич-й длины (3-9 н.о.) трансгибирующий комплекс стабилизируется и уже не распадется до тех пор, пока синтез мл. РНК не б/т доведен до конца. Примерно в этот момент, к-рый считается концом и началом элонгации от РНК – пол отделяется ? – субеденица. 3) на стадии элонгации в ДНК расплетено 18 н.п. 12 н.о. матричной нити ДНК обр-ют гибридную спираль с растущим концом цепи РНК. ПО мере движ. РНК –пол по матрице впереди неё происходит расплетение , а позади восст-я двойной спирали ДНК. Одновременно освобождается очередное звено растущей цепи РНК из комплекса с матрицей и РНК – пол.

4) Синтез РНК завершается в терминаторах, где происходит отделение от ДНК и готовой РНК, и минемальной РНК –пол к-рая, обьеденившись со свободн ? – суъединицей, м/т вступить в следующий цикл транскрипции.

59 Основные этапы трансляции. Процессинг белков.

Трансляция – перевод последовательности нуклеотидов в мол и-РНК в последовательность АМК полипептидной цепочки.

Трансляция осуществляется в кл. при помощи белок-синтезирующей сист. В ее состав ыходят => стр-ры: рибосомы; м-РНК; т-РНК; белк. факторы и ферм. инициации, элонгации и терминации трансляции; набор АМК; набор аминоацил-т-РНК-синтетаз, образующих аминоацил-т-РНК; макроэрин АТФ и ГТФ; ионы Mg2+, Ca2+, K+, NH4+.Субстратами матричного синтеза белка яв-ся АМК, соединенные с т-РНК, причем последние способствуют переводу информации с последовательности нуклеотидов на последовательность АМК.

1.Инициация трансляции. Трансляция осуществляется на рибосрмах. Они обладают каталитическими св-ми, образуя пептидную связь, а также выполняют f мех. переноса пептидил-т-РНК. Рибосома состоит из 2-х субъедениц, отличающихся по размеру. (У прокариот 30S и 50S, у эукариот 60S и 40S).При образовании рибосомы форм-ся 2 центра трансляции: - донорный (пептидный), Р-центр; - акцепторный (аминоацильный), А-центр.Инициация нач с образования малых инициирующих комплексов, к-рые затем ассоциируют в больш. инициирующий комплекс. В этом проц. участвуют рибосомы, м-РНК, аминоацил-т-РНК, белковые факторы инициации (IF1, IF2, IF3), а также макроэрг ГТФ.В кл. эукариотпервый инициирующий АМК, соединенной с т-РНК, яв-ся метионин, а у прокариот – формилметионин. В м-РНК обнаружены специальные иницыирующие кодоны. Инициация трансляции педст-ет собой импульс, сообщаемый молекулярной машине, ориентированной на биосинтез белка. При этом АМК соед-ся др. с др. в той последовательности, которая была запрограмированна в м-РНК. У прокариот очередность событий образования инициир компл. => 1)30S рибосома соед. с IF3; 2) к комплексу 30S- IF3 присоед-ся IF1 и обр-ся малый инициирующ. комплекс; 3) одновременно при ассоциации формилметион-т-РНК с ГТФ и IF2 образ-ся второй малый инициир. комплекс; 4) 30S- IF3- IF1 связ-ся с 5'-концом м-РНК и узнает инициир. кодон. При этом образ-ся комплекс 30S- IF1 - IF3-м-РНК, а инициир. кодон нах. сайт, к-рый затем преабразуется в Р-центр полной рибосомы; 5) 2 малых инициир-х комплекса ассоциируют в след. структуру 30S- IF1 - IF3-м-РНК-формилметионин-т-РНК-ГТФ.Образ-ся большой инициирующий комплекс, к-рый взаимод-ет с 50S рибосомальной субъед, при этом формируется активная белок-синтезирующая сист, включающая в сбя полную рибосому, м-РНК и т-РНК. Факторы инициации отделяются от комплекса и поступают в цитоплазму; ГТФ также отделяется.При ассоциации малой и большой субъед. происходит образование пептидильного и аминоацильного центров трансляции. 2. Элонгация трансляции.Элонгация представляет собой образование и удлинение полипептидной цепи, формирующейся на рибосоме. Этот проц. происходит при участии ГТФ и 3-х факторов элонгации (Tu, Ts, G).1)Tu образует комплекс с ГТФ, к-рый связ-ся со всеми аминоацил-т-РНК.2)Тройной комплекс. Tu-ГТФ-аминоацил-т-РНК перемещ-ся в А-центр рибосомы, где происходит соединение кодона м-РНК с антикодоном т-РНК.3)Tu гидролизует ГТФ > Tu, ГТФ и P удаляются из рибосомы. Исходный комплекс регенирирует при помощи Ts и ГТФ. 4)Гидролиз сложноэфирной связи, перенос формилметионина из Р-центра в А-центр и образование пептидной связи (при помощи ферм. транспептидазы). Т.о. в А-центре образ-ся дипептид, соед-й с т-РНК, а в Р-центре –свободная формилметионин-т-РНК. 5)Рибосома перемещ-ся на 1 кодон м-РНК в направлении 5'>3'. При этом комплекс т-РНК-дипептид переем-ся в Р-центр, а в освоб-ся А-центр попадает третий кодон м-РНК.Находившаяся до этого в Р-центре формилметионит-т-РНК отделяется от рибосомы и уходит в цитоплазму. Переем-е рибосомы по цепи м-РНК происходит с помощью 3-го фактора элонгации G и требует затраты Е ГТФ.Т.о. завершается цикл элонгации и белок-синтезирующая сист. готова к образованию следующей пептидной связи.

3. Терминация трансляции.

Терминация представляет собой завершение синтеза полипептидной цепи и освобождение ее от рибосом. Сигналами, определяющими окончание синтеза, яв-ся стоп-кодоны на цепи м-РНК. Таких стоп-кодонов у прокариот 3: УАА, УАГ, УГА. У этих кодонов нет комплементарных антикодонов т-РНК, поэтому при достижении их рибосомой синтез прекращается. В А-центр вместо аминоацил-т-РНК входят белковые факторы терминации RF1 и RF2, а также фактор RRF.Под действием релизинг-фактора, соед-го с ГТФ и пептилтрансферазой, в Р-центре гидролизируется связь т-РНК-полипептид, причем последний освобождается из рибосомы. Кроме отделения полипептидной цепи, происходит освобождение м-РНК от рибосомы, К-рая вновь готова к трансляции.У эукариот синтез белка протекает в основном также, как и у прокариот, хотя и имеются некоторые различия. zВ: у эукар. рибосомы и/т большой размер, у них больший ассортимент белков и белковых факторов. На цепи м-РНК прокар. м/т синтезироваться насколько полипептидных цепей, тогда как у эукар. – только 1 полипептидная цепь, т.к. транскриптон эукар. синтезир. всего 1 м-РНК.

Процессинг белков.Еще на рибосоме начинается проц. частичного формирования вторичной стр-ры белка. После образования 25-30-членного полипептида N-конец вых. из рибосомы и проц. скручивания белка продолжается вне ее. Это придает стр-ре жесткость, необходимую для пересечения мембраны ЭР.Пройц закручивания полипепт. цепи происходит при помощи спец. белков. Для большинства секреторных и мембр. белков процессинг сопряжен с транспортом ч/з опр-е компартмены. По мере движ. белка (zВ: из ЭР в АГ) происходит его хим. модификация. Эта модификация и/т огромное значение, т.к. она, в частности, опр-т следование новосинтезируемого белка к месту функционирования. Кроме того хим. модификация опр-т св-ва зрелых белков.Аппарат Гольджи яв-ся своеобразным депо, сортирующем норм. белки от дефектных. Последние перемещаются в лизосомы, где гидролизируются до АМК. Нормальные белки попадают в секреторные гранулы, к-рые отделяются от А.Г. и диффундируют к цитоплазматической мембр. Затем м-дом экзоцитоза белки попадают во внекл. пространство.