Молекулярные основы наследственности.

Дать определение генетического кода.

96. Генетический код – это принцип записи наследственной информации о последовательности аминокислот в белке, через последовательность нуклеотидов в ДНК.

Что представляют собой характеристики генетического кода: триплетен, неперекрывающийся, без запятых.

97. Генетический код обладает несколькими свойствами:

• триплетность. Структура белка определяется последовательностью аминокислот. Последовательность аминокислот в белке кодируется последователь­ностью нуклеотидов в ДНК.

В состав белков организмов входят 20 аминокислот, а нуклеотидов всего четыре, следовательно, для кодирования всех аминокислот необходимо сочетание нуклеотидов. Пары нуклеотидов дадут возможность кодирования 16 (4²) аминокис­лот. Тройки нуклеотидов (триплет, или кодон) позволяют получить 64 (4³) комбинации, что достаточно для кодирования всех аминокислот.

• неперекрываемость – последний нуклеотид предыдущего триплета не явля­ется началом следующего триплета.

• непрерывность – за одним триплетом идет следующий триплет, между триплетами нет промежутков и нет одиночных нуклеотидов.

Что представляют собой характеристики генетического кода: вырожден, специфичен, универсален.

98. -Вырожденность. Раньше считали, что каждая аминокислота кодируется своим триплетом, тогда получалось, что 44 триплета (64-20 = 44) являются лишними. Оказалось, что одним триплетом кодируются только две аминокислоты (метионин и триптофан), остальные кодируются 2,3,4,6 трип­летами. Так аминокислоты лейцин, серин, аргинин кодируются шестью триплетами каждая. Кодирование одной аминокислоты несколькими триплетами и есть вырожденность.

Всего в кодировании занят 61 кодон. Три кодона: АТТ, АТЦ, АЦТ кодируют не аминокислоты, а окончание записи информации о первичной структуре белка (как точка в конце предло­жения). Это стоп – кодоны, которые являются последним триплетом гена. Когда стоп-кодоны перепишутся на и-РНК, они будут выглядеть так: УАА, УАГ, УГА. Теперь они будут означать окончание синтеза белка.

-Однозначность – каждый триплет кодирует только одну ами­нокислоту.

-Универсальность – сущность кодирования одинакова от бак­терий до человека.

Представить схему центральной догмы молекулярной биологии.

99. Центральная догма молекулярной биологии — обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком в 1958 году и приведено в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году. Переход генетической информации последовательно от ДНК к РНК и затем от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов, лежит в основе биосинтеза макромолекул. Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например у некоторых вирусов), а также изменение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле.

О братная транскрипция

Днк

( Репликация) (Транскрипция) РНК (Трансляция) Белок

Копия Днк

Перечислить особенности РНК-полимераз.

100. РНК-полимераза — фермент, осуществляющий синтез молекул РНК.

Основной фермент транскрипции, называется РНК-полимераза.

У прокариот существует 1 вид данного фермента.

У эукариот существует 3 вида фермента:

РНК-полимераза 1 – отвечает за синтез крупных рРНК, она локализована в ядрышке.

РНК-полимераза 2 – отвечает за синтез иРНК, она локализована в цитоплазме

РНК-полимераза 3 – отвечает за синтез тРНК и мелких рРНК (она локализована в рибосомах).

Что представляет собой промотор в области гена, его функция.

101. ?Впервые регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции была изучена у прокариот в 1961 году французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно. Они предложили модель оперона. Оперон состоит из гена регулятора, гена оператора и структурных генов, в которых записана информация и первичной структуре белка. Перед структурными генами находится особая последовательность нуклеотидов, которая называется оператор. Известно, что последовательности нуклеотидов оператора и промотора перекрываются.

Ген		промотор		активатор	А		В		С
регулятор		Оператор
						Оперон

Ген регулятор кодирует синтез белка репрессора. Этот белок взаимодействует с оператором и блокирует его. Если заблокирован оператор, то блокируется и часть промотора. РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, поэтому транскрипция не происходит и синтез белка не идёт. Это не активное состояние оперона.

При связывании белка репрессора ген оператор и промотор открыты, РНК-полимераза начинает процесс транскрипции, и происходит синтез белка.

Что же связывает белок репрессор?

-- вещества, которые могут находиться в клетке или поступающие в неё извне.

Эти вещества называются индукторами (индукция – наведение, запуск). Они связываются с белком репрессором и блокируют его. Теперь ген оператор освобождается от белка репрессора и запускает процесс синтеза белка. Такое состояние оперона называется активным.

Поясните понятия: транскрипт и транскриптом.

102. Транскрипт — молекула РНК, образующаяся в результате транскрипции (экспрессии соответствующего гена или участка ДНК).

Примерами транскриптов являются: мРНК, рРНК, тРНК, малые РНК.

Транскрипто́м — совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток, включая мРНК и некодирующие РНК. Понятие «транскриптом» может обозначать полный набор транскриптов в данном организме или специфический набор транскриптов (молекул РНК), представленный в клетках определенного типа.

Какие молекулы синтезирует РНК-полимераза I.

103. РНК-полимераза 1 – отвечает за синтез крупных рРНК, она локализована в ядрышке.

Какие молекулы синтезирует РНК-полимераза II.

104. РНК-полимераза 2 – отвечает за синтез иРНК, она локализована в цитоплазме.

Какие молекулы синтезирует РНК-полимераза III.

105. РНК-полимераза 3 – отвечает за синтез тРНК и мелких рРНК (она локализована в рибосомах).

К чему сводится механизм транскрипции (синтез РНК на матрице ДНК).

106. Транскрипция это сложный ферментативный процесс, который требует расхода энергии АТФ. В эукариотической клетке этот процесс протекает в ядре. Основной фермент транскрипции, называется РНК-полимераза.

Выделяют 3 этапа транскрипции: стадия инициации, стадия элонгации, стадия терминации.

І. Стадия инициации. На первом этапе РНК полимераза узнает определенную последовательность нуклеотидов в ДНК перед геном, эта последовательность называется – промотор.

Узнав промотор, РНК-полимераза фиксируется на нем, затем происходит расплетание двойной спирали ДНК, и участок одной цепи ДНК становится матрицей для синтеза молекулы и-РНК.

ІІ стадии элонгации (удлинения).

РНК-полимераза движется вдоль этого участка, синтезируя молекулу и-РНК. Синтез идет из свободных нуклеотидов присутствующих в ядерном соке и основан на принципе комплементарности.

Ц_ДНК  Г _РНК

Г_ДНК  Ц_РНК

Т_ДНК  А_РНК

А_ДНК  У_РНК

ІІІ. Стадия терминации. Синтез РНК продолжается до тех пор, пока РНК- полимераза не достигнет особой последовательности нуклеотидов, которая называется терминирующий сигнал транскрипции или стоп сигнал. На этом транскрипция заканчивается, освобождается молекула и-РНК и фермент РНК- полимераза, восстанавливается двойная спираль ДНК.

В результате транскрипции образуется первичный транскрипт иРНК.

Первичный транскрипт РНК у прокариот является зрелой иРНК, которая сразу становится матрицей для синтеза белка.

У эукариот в ядре клетки синтезируется незрелая молекула иРНК (про иРНК). Процесс созревания иРНК называется – процессингом, он протекает в ядре.

Что получило название – процессинг РНК. Назвать из каких отдельных процессов он складывается.

107. Процесс созревания иРНК называется – процессингом, он протекает в ядре.

Процессинг РНК включает три одновременно идущих процесса:

Кэпирование – к 5' концу иРНК присоединяется метилированный остаток гуанозина, эта структура называется кэп (шапочка). Кэп способствует связыванию иРНК с рибосомой в цитоплазме.

Полиаденилирование – к 3' концу молекулы иРНК присоединяется от 100 до 200 адениловых нуклеотидов. Образуется поли-А-участок. Этот участок стабилизирует молекулу иРНК, и способствует ее выходу из ядра в цитоплазму.

Сплайсинг – это вырезание интронов из молекулы иРНК и сшивание экзонов при помощи ферментов лигаз.

В результате процессинга в ядре формируется зрелая молекула иРНК, которая перемещается из ядра в цитоплазму для синтеза белка. Только 3–5% зрелых иРНК попадают в цитоплазму, остальные разрушаются в ядре.

108. Что представляет сплайсинг-реакция РНК-транскриптов. Роль сплайсингосомы в этом процессе.

Сплайсинг РНК катализируется сплайсингосомой, формируемой на молекуле- предшественнице мРНК. После сборки сплайсосомы реакция протекает в два этапа. На первом этапе нуклеотид А точки ветвления, находящийся в интронной последовательности близко к 3'-сайту сплайсинга, атакует 5'-сайт сплайсинга и расщепляет его. На втором этапе 3'-ОН конец первой экзонной последовательности, который образовался на первом этапе, присоединяется к началу второй экзонной последовательности, расщепляя молекулу РНК по 3'-сайту сплайсинга. Две экзонные последовательности таким образом соединяются друг с другом, а интрон высвобождается в форме лассо и будет деградирован в ядре.

109. Когда происходит и к чему сводится кэпирование 5′-конца РНК у эукариот. Транскрипты каких РНК-полимераз подвергаются кэпированию.

Кэпирование – к 5' концу иРНК присоединяется метилированный остаток гуанозина, эта структура называется кэп (шапочка). Кэп способствует связыванию иРНК с рибосомой в цитоплазме.  Кэпирование происходит еще до завершения синтеза всей молекулы. Нуклеотид связывается 5’-5’фософдиэфирной связью с исходным 5’-концом мРНК(обратная ориентация). Кэпированию подвергаются только транскрипты РНК-полимеразы II

110. Перечислить все положения значения кэпирования мРНК.

- Обеспечивает эффективную дальнейшую транскрипцию

- Защищает транскрипт от деградации 5’-экзонуклеазами

- Способствует дальнейшему ходу процессинга: стимулирует 3’-полиаденилирование и сплайсинг

- Требуется для экспорта мРНК из ядра

- Обеспечивает связывание мРНК с рибосомой в цитоплазме

111. Что представляет собой полиаденилирование 3′-конца мРНК. Какую роль играет этот процесс. Транскрипты каких РНК-полимераз подвергаются этому процессу.

К 3’-концу первичного транскрипта присоединяется 100-200 остатков адениловой кислоты, образуется «поли-(А)-хвост»

Полагают, что полиаденилирование:

- обеспечивает стабильность мРНК

- способствует выходу мРНК из ядра в цитоплазму

Подвергаются транскрипты РНК-полимеразы II

112. Что представляет собой альтернативный сплайсинг. Какое биологическое значение имеет эта форма сплайсинга.

Альтернативный сплайсинг – форма сплайсинга, при которой соединение экзонов в процессе созревания мРНК в разных комбинациях.

- обеспечивает кодирование одним геном различных белков, это, в свою очередь, обеспечивает белковое многообразие у высших организмов.

- более 70% генов человека подвергаются альтернативному сплайсингу

113. Перечислить компоненты, необходимые для трансляции.

- аминокислоты

- рибосомы

- мРНК

- тРНК

- ферменты, активирующие аминокислоты(аминоацил-тРНК-синтетазы)

- энергия

114. Указать молекулярный состав большой и малой субъединиц рибосомы

Малая субъединица состоит из одной молекулы 18Sp РНК и ~30 молекул белков

Большая субъединица состоит из 3х молекул рРНК (5Sp, 5,8Sp, 28Sp РНК) и ~40 молекул белков

115. В чем заключаются акцепторная и адапторная функции транспортных РНК

Акцепторная – способность ковалентно связываться с остатками аминокислоты, превращаясь в аминоацил-тРНК

Адапторная – способность взаимодействовать своим антикодоном с кодоном мРНК, соответственно транспортируемой аминокислоте и обеспечивать включение этой аминокислоты в законное место в растущей цепи белка

116. К чему сводится инициация трансляции. Что представляет собой инициаторный комплекс

На первом этапе РНК полимераза узнает определенную последовательность нуклеотидов в ДНК перед геном, эта последовательность называется – промотор. Узнав промотор, РНК-полимераза фиксируется на нем, затем происходит расплетание двойной спирали ДНК, и участок одной цепи ДНК становится матрицей для синтеза молекулы и-РНК. Инициация начинается после диссоциации рибосомы на малую и большую субъединицы и образования инициаторного комплекса, состоящего из малой субъединицы рибосомы, мРНК, инициаторной-тРНК(первой) и факторов инициации.

117. Представьте этапы цикла наращивания (элонгации) полипептидной цепи на рибосоме при трансляции.

- Узнавание кодона – сводится к связыванию антикодона тРНК, приносящей очередную аминокислоту

- Образование пептидной связи – между пептидом и аминокислотой, присоединенной к тРНК в А-участке. Происходит освобождение карбоксильной группы пептида, соединенного с тРНК в П-участке.

- Транслокация – пептидная тРНК из А-участка перемещается в П-участок, и рибосома, при этом, перемещается на один кодон по мРНК к 3’-концу. При этом освобождается А-участок и цикл повторяется вновь.

118. К чему сводится терминация трансляции.

Синтез РНК продолжается до тех пор, пока РНК- полимераза не достигнет особой последовательности нуклеотидов, которая называется терминирующий сигнал транскрипции или стоп сигнал. На этом транскрипция заканчивается, освобождается молекула и-РНК и фермент РНК- полимераза, восстанавливается двойная спираль ДНК. В результате транскрипции образуется первичный транскрипт иРНК.Первичный транскрипт РНК у прокариот является зрелой иРНК, которая сразу становится матрицей для синтеза белка.

119. Что представляют собой полирибосомы (полисомы), их функциональное значение.

Полирибосома (полисома) – комплекс нескольких рибосом, расположенных на одной молекуле мРНК. Полисомы, как и отдельные рибосомы, находятся в цитоплазме в свободном состоянии или прикреплены к мембранам эндоплазматической сети. Свободные полисомы синтезируют белки и ферменты для самой клетки (конститутивный, т.е. происходящий постоянно, синтез), а полисомы гранулярной эндоплазматической сети – в т.ч.белки и ферменты, предназначенные для хранения или выведения из клетки (синтез на экспорт).

120. Как осуществляется регуляция активности генов лактозного оперона кишечной палочки.

При отсутствии в среде, на которой выращиваются бактерии, сахара лактозы активный белок-репрессор, синтезируемый геном-регулятором (I), взаимодействует с оператором (О) , препятствуя соединению РНК-полимеразы с промотором (Р) и транскрипции структурных генов Z, Y, А. Появление в среде лактозы инактивирует репрессор, он не соединяется с оператором, РНК-полимераза взаимодействует с промотором и осуществляет транскрипцию полицистронной мРНК. Последняя обеспечивает синтез сразу всех ферментов, участвующих в метаболизме лактозы. Уменьшение содержания лактозы в результате ее ферментативного расщепления приводит к восстановлению способности репрессора соединяться с оператором и прекращению транскрипции генов Z, Y, А.

121. Раскрыть сущность понятия – оперон. Как устроен лактозный оперон.

Оперон – группа тесно сцепленных генов, находящихся под контролем общего промотора и общего оператора и транскриптируемых как единая мРНК. 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. Структурные гены, оператор, ген – регулятор, который отвечает за синтез белка – репрессор.

122. Перечислить уровни регуляции экспрессии генов у эукариот.

1 уровень – на уровне инициации транскрипции

2 уровень – на уровне процессинга первичного транскрипта в зрелую мРНК

3 уровень – РНК – интерференция

4 уровень – на уровне трансляции

5 уровень – посттрансляционные механизмы регуляции

123. Какую роль играют промоторы, энхансеры, сайленсеры и инсуляторы в регуляции инициации транскрипции.

Промотор – запускает транскрипцию

Э

С помощью промотора

нхансеры – усиливают транскрипцию

Сайленсеры – ослабляют транскрипцию

Инсуляторы – блокируют работу энхансеров и сайленсеров

124. К чему сводится регуляция экспрессии генов на уровне процессинга мРНК.

Регуляция функциональных генов в результате альтернативного сплайсинга.

125. Что представляет собой РНК-интерференция. Какую роль в этом процессе играют короткие интерферирующие РНК (миРНК).

РНК-интерференция – подавление экспрессии генов у эукариот(замалчивание генов) на посттранскрипционном уровне, индуцированное короткими интерферирующими РНК. миРНК приводят к деградации мРНК.

126. Какую роль в регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции играют микроРНК (мкРНК).

миРНК приводят к деградации мРНК и подавляют трансляцию и блокирует ее.

127. В чем суть позитивной и негативной регуляции экспрессии генов на уровне трансляции.

Негативная регуляция инициации транскрипции, или репрессия, осуществляется белками-репрессорами, которые связываются с операторами. Поскольку последовательности оператора и промотора часто перекрываются, связывание репрессоров со своими операторами ограничивает доступ РНК-полимеразы к промотору, подавляя тем самым инициацию транскрипции.

Позитивная регуляция может осуществляться путем связывания специфических белков с нуклеотидными последовательностями, расположенными в области промотора. Считается, что связанный активаторный белок способствует ассоциации РНК-полимеразы с промотором и, следовательно, увеличивает вероятность инициации транскрипции.

128. Какую функцию в биосинтезе белка выполняют ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы. Что такое кодон и антикодон.

Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент синтаза катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определенной аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК. Для каждой аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза.

АРСазы обеспечивают соответствие нуклеотидным триплетам генетического кода (антикодону тРНК) встраиваемых в белок аминокислот, и, таким образом, обеспечивают правильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосомах.

Кодо́н (кодирующий тринуклеотид) — единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты. Последовательность кодонов в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном. Антикодо́н — триплет, участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (тРНК) , состоящий из трёх неспаренных (имеющих свободные связи) нуклеотидов. Спариваясь с кодоном матричной РНК (мРНК) , обеспечивает правильную расстановку каждой аминокислоты при биосинтезе белка.

129. Какими нуклеотидами представлены и какую функцию выполняют инициаторный и терминирующий кодоны при трансляции.

Терминирующие: три кодона: АТТ, АТЦ, АЦТ кодируют не аминокислоты, а окончание записи информации о первичной структуре белка (как точка в конце предло­жения). Это стоп – кодоны, которые являются последним триплетом гена. Когда стоп-кодоны перепишутся на и-РНК, они будут выглядеть так: УАА, УАГ, УГА. Теперь они будут означать окончание синтеза белка.

Инициаторный кодон: кодон AUG в составе мРНК, кодирующий метионин, с которого начинается ( инициируется) синтез полипептидных цепей.