Лекція №3. Частина 2. Генетична інженерія. Трансляція. Регуляція транскрипції

БІОТЕХНОЛОГІЯ У ВЕТЕРИНАРНІЙ МЕДИЦИНІ

Ветеринарна медицина.

Факультет ветеринарної медицини.

Кафедра мікробіології, вірусології та біотехнології.

ТЕМА ЛЕКЦІЇ: ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ.

ТРАНСЛЯЦІЯ. РЕГУЛЯЦІЯ ТРАНСКРИПЦІЇ.

Автор: новіцька о.В., кандидат ветеринарних наук

АНОТАЦІЯ

Викладено основи синтезу білка на матриці іРНК у прокаріот та еукаріот. Розглянуті такі процеси як елонгація, процессінг, термі нація та регуляція транскрипції у прокаріот та еукаріот.

План лекції:

1. Трансляція

a. Трансляція у прокаріот

b. Трансляція у еукаріот

2. Регуляція транскрипції у бактерій

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

1. Трансляція

Трансляція- синтез білка на матриці іРНК, що відбувається у рибосомах

В трансляції приймають участь мРНК, різні тРНК, «навантажені» відповідними амінокислотами, рибосоми та білкові фактори.

У клітині, яка синтезує білки міститься понад 60 різних видів тРНК.

тРНК – це лінійна одноланцюгова молекула довжиною 75-93 нуклеотидів. Уся молекула у просторі утворює структуру, яка нагадує букву L.

За допомогою специфічних ферментів до 3′-кінця тРНК приєднується відповідна амінокислота. Для кожної з 20 амінокислот є принаймні одна специфічна тРНК.

На іншому кінці молекули тРНК є послідовність з трьох нуклеотидів, яка називаєтьсяантикодоном – ділянка, яка розпізнає специфічний кодон у мРНК та визначає яка амінокислота буде приєднана до поліпептидного ланцюга.

ТРАНСЛЯЦІЯ У ПРОКАРІОТ

Трансляція у прокаріот ініціюється формілметіоніновою тРНК – ініціаторна тРНК.

При участі білкових факторів антикодон 3′-UAC-5′ ініціаторної тРНК^fMet(fMet – модифікований метіонін з формілірованною аміногрупою) зв’язується з кодоном -5′-AUG-3′ мРНК, яка утворює комплекс з малою рибосомною субодиницею. Ніяка інша тРНК з’єднатися з цим комплексом не може.

мРНК зв’язується з субодиницею за допомогою утворення нуклеотидних пар міжпослідовностями з 8 нуклеотидів (послідовності Шайна-Дальгарно), які знаходяться поблизу -5′-кінця мРНК і комплементарної -3′-кінцевою послідовністю рРНК.

До комплексу fMet-тРНК^{fMet -} мРНК-мала субодиниця приєднується велика субодиниця і утворюється комплекс ініціації.

повернутися до змісту

ТРАНСЛЯЦІЯ У ЕУКАРІОТ

У еукаріот трансляція ініціюється зв’язуванням специфічної «навантаженої» ініціаторної тРНК (fMet-тРНК^fMet) і факторв ініціації з малою рибосомною субодиницею.

Потім мРНК приєднується -5′-кінцем до комплексу тРНК-мала субодиниця. Цей комплекс просувається по мРНК до старт-кодона (AUG).

Потім антикодон UAC ініціаторної тРНК (fMet-тРНК^fMet) зв’язується з кодоном (AUG) мРНК. До комплексу приєднується велика рибосомна субодиниця і утворюєтьсякомплекс ініціації .

Елонгація - утворення пептидних зв’язків між сусідніми амінокислотами, черговість яких визначається черговістю кодонів мРНК

Після утворення комплексу ініціації кодон в молекулі мРНК,якій йде за кодоном АUG,спрівається з комплементарним йому антикодоном відповідної тРНК. Таким чином визначається яка з «навантажених» тРНК приєднується до рибосоми.

Якщо другим триплетом у мРНК виявляється CUG, тоді приєднується наступна тРНК з антикодоном 3′GAC-5′. Коли ця тРНК опиняється на місті, між карбоксильною групою метіоніну та аміногрупою лейцину за допомогою ферментативної активності субодиниці, утворюється пептидний зв'язок, при цьому лейцин залишається зв’язаний зі своєю тРНК, а метіонін від’єднується від ініціаторної тРНК, остання від’єднується від рибосоми.

Комплекс метіонін-лейцин-тРНК-мРНК просувається через рибосома-так званатранслокація-таким чином, щоб наступний кодон мРНК міг зв’язатися з навантаженою тРНК.

Трансляція відбувається у напрямку5-3 зі швидкістю 15 амінокислот за секунду. Коли -5′-кінець вивільняється з рибосомного комплексу, він може зв’язатися з іншим комплексом ініціації. Таким чином одна молекула мРНК може одночасно транслюватися багатьма рибосомами.

Елонгація продовжується до тих пір, поки рибосома не дійде до кодона UAA UAG UGA (стоп-кодон). тРНК з антикодонами до стоп-кодонів відсутні, їх розпізнають білкові фактори вивільнення (термі нації ).

Під час зв’язування фактора звільнення з рибосомою виникає гідроліз зв’язку між останньою тРНК та поліпептидом.

Вільна тРНК, поліпептидний ланцюг та мРНК від’єднуються від рибосоми.

Після трансляції поліпептиди модифікуються. У більшості відщеплюються N-кінцевий метіонін, тому N-кінцевим стає залишок другої амінокислоти.

У еукаріот виникає процессинг білків- поліпептидний ланцюг розщеплюється в певних сайтах з утворенням коротких білкових молекул зі специфічними функціями.

В деяких випадках до певних амінокислот приєднуються фосфатні групи, ліпиди, вуглеводи та інші низькомолекулярні сполуки.

В результаті хімічних модифікацій утворюються білки.

Генетичний словник складається з 64 кодонів, 3 з них це стоп кодони, а 1 – старт-кодон, якій ще кодує амінокислоту метіонін.

Не дивлячись на відмінності, генетичний код у всіх організмів однаковий (за рідким виключенням).

Рибосома дисоціює на субодиниці, які можуть знову приймати участь у трансляції.

повернутися до змісту

РЕГУЛЯЦІЯ ТРАНСКРИПЦІЇ У БАКТЕРІЙ.

Усі процеси, які перебувають у бактерійній клітині потребують участі білків.

Проте енергетичних ресурсів клітини не стає для одночасного здійсненнятранскрипції та трансляції (експресії) усіх структурних генів.

Тому постійно експресіруються лише ті гени, які кодують білки для підтримки основних клітинних функцій, а транскрипція інших структурних генів регулюється.

Нуклеотидна послідовність, в якій закодовано більш одного білка називається оперон.

Оперон знаходиться під контролем єдиного промотора та при його транскрипції утворюється одна довга молекула мРНК, яка кодує декілька білків.

В більшості структурних генів є два сайта зв’язування для РНК –полімерази.

Оператор – ділянка ДНК, яка регулює транскрипцію оперона

Репресор – білок, здатний взаємодіяти з оператором гена і блокувати його транскрипцію (заважає переміщенню РНК-полімерази впродовж молекули ДНК)

Корепресор – специфічний ефектор, якій зв'язується з неактивним репресором і викликає конформаційні зміни останнього, які дозволяють зв'язуватися з оператором.