10. Матричный синтез рнк. Транскрипция.

Транскрипция – первый этап реализации генетической информации.

Транскрипция – процесс матричного синтеза всех видов РНК, осуществляемый ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

Принципы транскрипции:

1.Комплиментарность. 2.Антипараллельность. 3.Беззатравочность. 4.Ассиметричность.

Особенности РНК-полимераз:

1. Не нуждаются в праймерах.

2. Избирательное взаимодействие с промотором.

3. Фермент с пятеричной структурой.

4. Каждая субъединица выполняет свои функции.

а) Узнавание особой последовательности промотора, которая обогащена А и Т (у прокариот – блок Грибнова, у эукариот – блок Гольдверга-Хочнесса).

б) Нуклеотид-трансферазная активность.

в) Взаимодействие с ФРТ.

Выделяют следующие стадии транскрипции:

1. Стадия связывания матрицы (присоединение фермента к матрице, участку первичного узнавания).

2. Инициация синтеза РНК.(РНК-полимераза связывается с отдельными нуклеотидами в области промотора, и образуется двойной закрытый комплекс. Промотор – последовательность нуклеотидов, находящихся вначале транскрибируемой системы и узнаваемый голоферментом РНК-полимеразы, эта последовательность не транскрибируется. Происходит прочное связывание РНК-полимеразы, после чего осуществляется частичное плавление одноцепочечной цепи ДНК и образуется двойной открытый комплекс. Фермент должен открыть определенное количество оснований, чтобы получить доступ к информации, затем образуется тройной открытый комплекс из специфического двойного.)

3. Стадия элонгации – наращивание синтезируемой цепи РНК. (РНК-полимераза не выбирает, а перебирает нуклеотиды и как только находит нужный нуклеотид присоединяет его фосфодиэфирной связью. Скорость у эукариот – 20-30нктд./сек, у прокариот 40-50нктд./сек.)

4. Терминация и освобождение от фермента. (РНК-полимераза достигнув терминатора (тугоплавкого участка), меняет свою конформацию.)

Транскриптон – единица транскрипции, часть ДНК, которая копируется в процессе биосинтеза РНК на ней, она несет информацию о структуре одного или нескольких белков. Транскриптон делится на неинформативную зону (регуляторная зона) и информативную зону.

11. Процессинг мРНК.

У эукариот про-мРНК подвергается процессингу (созреванию). Иногда в про-мРНК нах-ся до 90% некодирующих уч-ков. Первичным транслятом РНК-полимер.-2 у эукариот явл-ся про-мРНК. В ходе процессинга про-мРНК расщепляется на более короткие цепи.

1. Кэпирование. Присоединение к 5’ концу КЭПа (для предохранения от экзонуклеаз и для начала трансляции – образ-я инициаторного комплекса). Отщепл-ся после транскрипции. Не все синтезир. в клеточн. ядре РНК подверг-ся кэпированию. Только РНК-полимер.-2 связана с ферментами кэпирования про-мРНК. РНК-полимер.-1 и 3 не кэпируются, на 5’ конце обр-ся 3 фосфатные группы (не подвергаются модификации 3’ конца, не транслируются эти продукты).

2. Модификации 3’ конца про-мРНК. После присоед-я КЭП, РНК-полимер. продолжает присоединять нуклеотиды к 3’ концу. Процессинг завершенного транскрипта нач-ся с привешивания хвоста к нуклеотидам, котор. станет 3’ концом мРНК. Первичный транскрипт разрезается и поли-А присоед-ся к свободному 3’ концу через 20 нуклеот. за послед-ю ААУААА. Поли-А обеспеч. стабильность мРНК в цитоплазме, т.к. наличие поли-А защищает 3’ конец от экзонуклеаз. Также поли-А уч-ет в сплайсинге и транспорте зрелых мРНК.

3. Сплайсинг.

12. Трансляция Биосинтез белка, его основные этапы. Активация АК.

Биосинтез белка происх. в рибосомах. В этом процессе тРНК выполняет роль адаптора (считывает информацию). Активация аминокислот и присоед. их к тРНК идет с участием АТФ. Синтезу предшествует транскрипция. Трансляция проходит в 5 стадий:

1. Активация АК (рекогниция), узнавание АК идет в рибосоме

2. Инициация синтеза полипепт. цепи

3. Элонгация (рост цепи)

4. Терминация

5. Сворачивание полипепт. цепи и процессинг (посттрансляц. превращ. белка)

Активация АК. В цитоплазме содерж. 20 различн. АК, присоед-ся эфирной связью к соответств. тРНК. Эти процессы катализир. различн. активирующими ферментами (аминоацил-тРНК-синтетазы). Каждый фермент специфичен к АК и соотв. тРНК. На этой стадии использ. АТФ. тРНК переносят АК к рибосомам и в определенном порядке вносят их в растущую полипептидн. цепь.

Инициация синтеза полипепт. цепи идет на рибосоме. Рибос. эукар. и прокар. примерно одинак., отлич. лишь молекулярн. массой. У эукар. 80S, у прокар. 70S. Рибосомы сост. из 2х субчастиц неправ. формы, между ними щель, из нее выходит полипептидная цепь, через нее проходит мРНК во время синтеза. Скелет рибос. сост. из рРНК. Рибос. не участв-е в синтезе белка, диссоциируют на субъед. и могут нах-ся в своб. состоянии или связ. с ЭПС. Для инициации необх. мРНК (как ген. матрица), различ. аминоацил-тРНК (источник АК при сборке белка и для считывания текста), рибосомы, ГТФ (как источник энерг. – у прокариот), белковые факторы(у прокар.). В ходе инициац. происход. сборка, цепь строится с N-конца, заканч-ся С-концом. 1я АК – формилметионин (у прокар.)(кодируется триплетом АУГ – инициирующий триплет). У эукариот иниц. АК – метионин. Уч-ют 3 белковых фактора JF-1,2 и 3 и ГТФ, они не входят в состав рибосом. За выбор из среды и специфичность связывания аминоацил-тРНК в присутствии матрицы отвечает малая субчастица. На ней находятся центры связывания матрицы, кодон-антикодоновых пар и ацилированных тРНК. Т.о. на стадии инициации происходит сборка аппарата синтеза белка из отдельных компонентов и протек. подготов. р-ии. Факторы инициации повторно используются для инициации синтеза новых цепей.

Элонгация.(цикл). Протек. в 3 этапа. Необх. инициир. комплекс, след-я аминоацил-тРНК (соотв. след. триплету мРНК) и факторы элонгации: EF, Tu, Ts, Y. На малой субъед. рибос. есть А-сайт (аминоацил-тРНК – связывающий участок), рядом с ним распол. Р-сайт (пептидил-тРНК – связ. уч-к). В рез-те 1 стадии в А-уч-к встает 2ой триплет. Однако кодон-антикодоновых взаимод. недостат., чтобы обеспечить правильное связ. аминоацил-тРНК, есть специфич. контакт в А-сайте между тРНК и рРНК. На второй стадии образуется пептидная связь между АК в А-уч-ке и Р-уч-ке, при этом АК из Р-уч-ка переходит в А.Эту р-ю катализ. пептидилтрансфераза (явл-ся частью большой субъед.). В рез-те этой р-ии в А-уч-ке образ-ся дипептидил-тРНК, а в Р-уч-ке остается своб. тРНК. 3я стадия. рибосома перемещ-ся вдоль мРНК на 1 триплет в стор. 3’ конца. Своб. тРНК уходит, а в Р-уч-к перемещ-ся дипептидил-тРНК. Перемещ. рибос. вдоль мРНК наз. транслокацией. В этом процессе уч-ют белковые факторы. На эту р-ю нужна энергия ГТФ. В А-уч-ке наход. т.о. след. кодон и т.д. цикл повтор-ся многократно. На присоед. кажд. АК необх. энергия 2х мол-л ГТФ. Растущая полипептид. цепь все время ост-ся связ. с тРНК последней включ. АК.

Терминация.Заканчивает синтез полипепт. цепи. Сигн. терминац. явл-ся один из 3 терминир-х кодонов мРНК, он распол. за кодоном последней АК (УГА, УАГ, УАА – нонсенс или бессмысленные триплеты). Как только рибос. достигла терминирующ. кодона, нач. действие терминир. факторов. Они измен. акт-ть пептидилтрансферазы, кот. к пептидил-тРНК присоед. H2O вместо АК.  происходит: 1) гидролитическое отщепление полипептида от конечной мРНК; 2) отделение от Р-уч-ка последней пустой тРНК; 3) диссоц. рибос. на 2 субчаст. для синтеза новой цепи.

Сворачивание полипепт. цепи и процессинг. Полипепт. цепь на рибосоме самопроизв. сворач-ся по мере роста, нач. с N-конца. Кажд АК-остаток находит такую конформацию, кот. соотв. мин. свободн. энергии. Эта конформ. опред-ся АКой послед-ю белка. Белок, новая полипепт. цепь не может принять оконч. конформ-ю, пока не подверг-ся процессингу.

1. может удал-ся формильная группа, а также неск. АК остатков, след. за ней

2. некотор. белки содерж. на N-конце доп. послед-ть, служ. для доставки белка, а потом удал-ся с помощью особых пептидаз

3. в ряде белков OH-гр. АК остатков подверг-ся ферментативному фосфорилир-ю с уч-ем ферментов и АТФ

4. метилирование остатков лизина

5. присоед. простетич. гр. к белку после выхода его из рибосомы

6. образ. дисульфид. связей между мол-ми цистеина.