Добавил:
krasanya
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия-экзамен-1-курс-пед
.pdf
"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.
6. Регуляция экспрессии генов у прокариот. Теория оперона, регуляция по типу индукции
и репрессии (примеры).
Регуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется на уровне изменения скорости синтеза
мРНК. В настоящее время принята теория оперона Жакоба и Моно.
В основе теории лежат следующие понятия:
оперон – группа тесно связанных между собой генов, которые программируют
образование структурных белков и ферментов в клетке,
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.
Предложены две схемы регуляции скорости транскрипции: по механизму индукции (лактозный
оперон) и по механизму репрессии (триптофановый оперон).
Лактозный оперон
Лактозный оперон в целом отвечает за катаболизм лактозы.
В клетке может быть две взаимоисключающие ситуации:
1. Активность одного из ферментов катаболизма лактозы низка, если в среде имеется много
глюкозы.
2. Активность этого же фермента резко повышается в обратной ситуации, т.е. при
отсутствии глюкозы и при наличии лактозы.
На основании наблюдений была предложена схема регуляции оперона по
механизму индукции:
1. При отсутствии 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, а лактоза есть, то последняя связывается с белком-репрессором и
ингибирует его, не давая ему связаться с геном-оператором и препятствовать работе РНК-
полимеразы. Это позволяет РНК-полимеразе считывать информацию, отвечающую за синтез
ферментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.
Таким образом, лактоза является индуктором транскрипции.
Триптофановый оперон
Триптофановый оперон в целом отвечает за синтез триптофана.
Регуляция осуществляется по механизму репрессии.
1. В отличие от лактозного оперона, белок-репрессор синтезируется в неактивном
состоянии 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. Триптофан соединяется с белком-репрессором и активирует его. 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 репрессором
транскрипции.
7. Биосинтез белков (трансляция). Генетический код и его свойства. Основные
компоненты белоксинтезирующей системы: аминокислоты, аминоацил-т-РНК синтетазы,
тРНК, рибосомы, источники энергии, белковые факторы, ферменты.
Трансляция – это биосинтез белка на матрице мРНК.
Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи.
Генетический (биологический) код – это способ кодирования информации о строении белков
в виде нуклеотидной последовательности.
Свойства генетического кода:
Триплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту. Всего
насчитывают 61 смысловой кодон.
Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только одна
аминокислота.
Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле
(однако в митохондриях млекопитающих есть исключения).
Колинеарность – последовательность кодонов соответствует последовательности
аминокислот в кодируемом белке.
Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом.
Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нуклеотидов
или каких-либо иных сигналов.
Однонаправленность – при синтезе белка считывание кодонов идет последовательно,
без пропусков или возвратов назад.
Каждая транспортная РНК имеет определенную триплетную последовательность в
антикодоновой петле (антикодон) и может присоединить только такую аминокислоту, которая
соответствует этому антикодону. Именно от наличия того или иного антикодона в тРНК
зависит, какая аминокислота включится в белковую молекулу, т.к. ни рибосома, ни мРНК не
узнают аминокислоту.
Присоединение аминокислоты к тРНК осуществляется ферментом аминоацил-тРНК
синтетазой, имеющей специфичность одновременно к двум соединениям: какой-либо
аминокислоте и соответствующей ей тРНК. Для реакции требуется две макроэргические связи
АТФ. Аминокислота присоединяется к 3'-концу акцепторной петли тРНК через свою α-
карбоксильную группу, и связь между аминокислотой и тРНК становится макроэргической. α-
Аминогруппа остается свободной.
Рибосомы - внутриклеточные белоксинтезирующие органеллы.
Источник энергии – ГТФ, АТФ для связывания аминокислоты с тРНК, макроэргическая связь
между аминокислотой и тРНК для переноса метионина с метионил-тРНК на вторую аминоацил-
тРНК с образованием пептидной связи
Белковые факторы инициации – ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3, используются для образования
комплексов
Белковые факторы терминации – последовательно катализируют:
1. Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК.
2. Отделение от П-центра последней, уже пустой, тРНК.
3. Диссоциацию рибосомы.
Ферменты:
Пептидилтрансфераза (перенос метионина с метионил-тРНК на вторую аминоацил-тРНК
с образованием пептидной связи)
Транслоказа (перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый
кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон становится напротив П-центра,
напротив А-центра оказывается третий кодон)
8. Стадии трансляции. Субстраты и кофакторы синтеза белка. Пострансляционные
изменения белка: механизмы, примеры. Фолдинг.
Выделяют три основных стадии трансляции:
Инициация
Элонгация
Терминация
Субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот.
Кофакторы синтеза белка – АТФ, ГТФ, белковые факторы инициации, терминации
Инициация
Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три
белковых фактора инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), метионин и тРНК для метионина.
В начале этой стадии формируются два тройных комплекса:
первый комплекс – мРНК + малая субъединица + ИФ-3,
второй комплекс – метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ.
После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В
этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источником энергии служит
ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном
АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы.
А-центр (аминоацильный центр) остается свободным, он будет задействован на стадии
элонгации для связывания аминоацил-тРНК.
После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации.
Элонгация
Элонгация представляет собой циклический процесс. Первый цикл (и следующие циклы)
элонгации включает три шага:
1. Присоединение аминоацил-тРНК (еще второй) к кодону мРНК (еще
второму), аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы. Источником
энергии служит ГТФ.
2. Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в
П-центре) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связи
между метионином и второй аминокислотой. При этом уже активированная СООН-
группа метионина связывается со свободной NH
2
-группой второй аминокислоты. Здесь
источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК.
3. Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что
первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, второй кодон (на рисунке ) становится
напротив П-центра, напротив А-центра оказывается третий кодон (на рисунке ). Для этих
процессов необходима затрата энергии ГТФ. Так как вместе с мРНК перемещаются
закрепленные на ней тРНК, то инициирующая первая тРНК выходит из рибосомы, вторая
тРНК с дипептидом помещается в П-центр.
Второе повторение цикла – начинается с присоединения третьей аминоацил-тРНК к третьему
кодону мРНК, аминокислота-3 становится в А-центр. Далее трансферазная реакции повторяется
и образуется трипептид, занимающий А-центр, после чего он смещается в П-центр в
транслоказной реакции.
В пустой А-центр входит четвертая аминоацил-тРНК и начинается третий цикл элонгации: цикл
элонгации (реакции 1,2,3) повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в
полипептидную цепь.
Терминация
Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых
терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной
из аминокислот, их также называют нонсенс-кодоны. При вхождении этих кодонов внутрь
рибосомы происходит активация белковых факторов терминации, которые последовательно
катализируют:
1. Гидролитическое отщепление полипептида от конечной тРНК.
2. Отделение от П-центра последней, уже пустой, тРНК.
3. Диссоциацию рибосомы.
Источником энергии для завершения трансляции является ГТФ.
Пострансляционные изменения белка
К основным реакциям процессинга относятся:
1. Удаление с N-конца метионина или даже нескольких аминокислот специфичными
аминопептидазами.
2. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина.
3. Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи, как в случае с инсулином или
протеолитическими ферментами ЖКТ
4. Включение простетической группы:
углеводных остатков – например, гликирование требуется при синтезе гликопротеинов.
гема – например, при синтезе гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы,
витаминных коферментов – биотина, ФАД, пиридоксальфосфата и т.п.
Фолдинг белков
Фолдинг – это процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную
пространственную структуру. Для обеспечения фолдинга используется группа вспомогательных
белков под названием шапероны. Они предотвращают взаимодействие новосинтезированных белков
друг с другом, изолируют гидрофобные участки белков от цитоплазмы и "убирают" их внутрь
молекулы, правильно располагают белковые домены.
В целом шапероны способствуют переходу структуры белков от первичного уровня до третичного и
четвертичного.
9. Аминокислоты, входящие в состав белков, их строение и свойства. Пептиды.
Биологическая роль аминокислот и пептидов. Первичная структура белков. Пептидная
связь, ее характеристика. Зависимость биологических свойств белков от первичной
структуры.
Аминокислоты – это строительные блоки макромолекул белков.
В аминокислотах обязательно присутствует карбоксильная группа (СООН), аминогруппа
(NH2), асимметричный атом углерода и боковая цепь (радикал R). Строением боковой цепи
аминокислоты и отличаются друг от друга. Именно радикал придает аминокислотам большое
разнообразие строения и свойств.
Ионное строение обусловливает некоторые особенности α-аминокислот: высокую температуру
плавления (выше 200 °С), нелетучесть, растворимость в воде и нерастворимость в неполярных
органических растворителях. Способность α-аминокислот растворяться в воде является важным
фактором обеспечения их биологического функционирования: с нею связаны всасываемость α-
аминокислот, их транспорт в организме и т. п.
Кислотно-основные свойства α-аминокислот обусловливают их разделение и идентификацию
методом ионнообменной хроматографии.
Пептиды – соединения, состоящие из α-аминокислот, ковалентно связанных друг с другом
пептидной связью, образованной между α-карбоксильной гр. одной АК и α-аминогруппой
другой.
Биологическая роль аминокислот:
Аминокислоты являются мономерами пептидов и, соответственно, белков.
Являются источником образования нейромедиаторов в ЦНС (гистамин, серотонин,
дофамин, норадреналин).
Являются нейромедиаторами (глицин, ГАМК).
Участвуют в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований.
Участвуют в синтезе глюкозы.
Биологическая роль пептидов (их можно разделить по группам по их основному действию):
Пептиды, обладающие гормональной активностью (окситоцин, вазопрессин, рилизинг-
гормоны гипоталамуса, меланоцитстимулирующий гормон, глюкагон и др.).
Пептиды, регулирующие процессы пищеварения (гастрин, холецистокинин,
вазоинтестинальный пептид, желудочный ингибирующий пептид и др.).
Пептиды, регулирующие тонус сосудов и АД (брадикинин, каллидин, ангиотензин II).
Пептиды, обладающие обезболивающим действием (энкефалины и эндорфины и другие
опиоидные пептиды).
Антибиотики (грамицидин).
Антиоксиданты (глутатион).