Молекулярные основы наследственности

Биосинтез белков (трансляция)

Компоненты, необходимые
для трансляции
Аминокислоты
Рибосомы (белоксинтезирующие машины)
Матричные РНК (мРНК)
Транспортные РНК (тРНК)
Ферменты, активирующие аминокислоты
(аминоацил-тРНК-синтетазы)
6. Энергия

Рибосома
Рибосома представляет собой крупный мультиферментный комплекс, построенный из молекул белков и РНК
Каждая рибосома состоит из двух частиц – большой и малой
У эукариот приблизительно половину массы рибосом составляет РНК
Малая субчастица состоит из одной молекулы 18Sp РНК и примерно 30 молекул белков
Большая субчастица состоит из 3-х молекул рРНК (5SpРНК, 5,8SpРНК, 28SpРНК) и приблизительно 40 молекул белков

тРНК-адапторная молекула белкового синтеза

Две основные функции тРНК
Акцепторная – способность ковалентно связываться с остатком аминокислоты, превращаясь в аминоацил-тРНК
Адапторная – способность взаимодействовать своим антикодоном с кодоном мРНК, соответствующим транспортируемой аминокислоте и обеспечивать включение этой аминокислоты в законное место в растущей цепи белка

Стадии трансляции
Начинается синтез белка с формирования инициаторного комплекса, состоящего из малой субчастицы рибосомы, мРНК и инициаторной тРНК, узнающей старт-кодон АУГ и несущей аминокислоту метионин. Этот процесс катализируется факторами инициации. После этого присоединяется большая субчастица рибосомы и образуется готовая функциональная единица для синтеза белка.
Наращивание (удлиннение) полипептидной цепи
Окончание синтеза
Стоп-кодоны: УАА, УАГ, УГА
ИНИЦИАЦИЯ
ЭЛОНГАЦИЯ
ТЕРМИНАЦИЯ

Инициация трансляции
Инициация трансляции – это серия молекулярных событий, которые приводят к взаимодействию рибосомы с началом кодирующей последовательности мРНК и последующему считыванию (трансляции) этой последовательности
Инициация начинается после диссоциации рибосомы на малую и большую субчастицы и образования инициаторного комплекса, состоящего из малой субчастицы рибоосомы, мРНК, инициаторной тРНК ( первой) и факторов инициации.
Малая субчастица связывает:
- специальные белки – факторы инициации;
- 5’-конец мРНК, узнавая кэп;
- обеспечивает взаимодействие инициаторного кодона мРНК с антикодоном специальной инициаторной метионил-тРНК и задаёт рамку считывания информации;
После формирования инициаторного комплекса большая рибосома связывается с малой, что завершает инициацию.

Наращивание полипептидной цепи
при трансляции
5’
3’
Процесс наращивания (элонгации) полипептидной цепи на рибосоме представляет собой цикл, состоящий из 3-х этапов:
1. узнавание кодона;
2. образование пептидной связи;
3. траснлокация.
Рибосома
А
П
пентидил-тРНК
амикоацил-тРНК

Уровни регуляции экспрессии генов у эукариот
Первый – на уровне инициации транскрипции
Второй – на уровне процессинга первичного
транскрипта в зрелую мРНК
Третий – РНК – интерференция
Четвёртый – на уровне трансляции
Пятый – посттрансляционные механизмы
регуляции (на уровне процессинга белка)

Регуляция экспрессии генов на уровне инициации транскрипции
В регуляции на уровне инициации транскрипции принимает участие ряд
регуляторных нуклеотидных последовательностей ДНК и транскрипционные факторы (специальные белки).
Прежде всего, это расположенные близко от кодирующих последовательностей гена – промоторы. Промоторы связывают РНК-полимеразу, факторы инициации транскрипции и запускают синтез РНК.
Кроме промоторов, в РНК имеются дополнительные регуляторные элементы (последовательности): энхансеры (усилители) и сайленсеры (глушители).
Энхансеры и сайленсеры располагаются на произвольном расстоянии от гена (до нескольких тысяч п.н.).
Их функционирование основано на связывании со специфическими белками-регуляторами. Белок-регулятор может усиливать (в энхансере) или ослаблять (в сайленсере) инициацию транскрипции путём изменения активности промотора.

РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
на транскрипционном уровне
Промоторы - инициация транскрипции
Дополнительные регуляторные элементы:
Энхансеры/Сайленсеры - тканеспецифическое усиление/ослабление транскрипции
Инсуляторы - блокировка энхансеров/сайленсеров
Сайты связывания регуляторных белков

Дополнительные регуляторные элементы

Регуляция экспрессии генов
на уровне процессинга
Это - регуляция функциональных генов в результате альтернативного сплайсинга. При альтернативном сплайсинге образуются различные формы мРНК из одного и того же гена и, как результат, образование разных белков (изоформ белка).

РНК-интерференция
РНК-интерференция - это подавление экспрессии генов у эукариот (замалчивание генов) на посттранскрипционном уровне, индуцированное короткими интерфериующими РНК (миРНК).
Регуляторные малые интерферирующие РНК – это двухцепочечные РНК длиной 19-25 п.н., которые вызывают деградацию мРНК. Они дают сигнал ферментам (эндонуклеазам), которые разрушают молекулу мРНК и таким образом блокируют трансляцию, а значит, блокируют работу генов.
РНК-интерференция обнаружена у большинства эукариотических организмов, включая человека.

Регуляция экспрессии на уровне
трансляции
Позитивная регуляция на основе сродства мРНК с факторами инициации. Факторы инициации (специфические белки) катализируют образование инициаторного комплекса.
Негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию трансляции.
Подавление трансляции с помощью регуляторных микроРНК, которые связываются с мРНК-мишенью, блокируют трансляцию и запускают деградацию мРНК. мкРНК – одноцепочечные РНК длиной 18-24 нуклеотида, кодируемые специальными генами.
Сайт связывания мкРНК находится в 3’-нетранслируемом участке мРНК.