Матричные биосинтезы

Комплементарные пары АО
Пиримидины
Пурины

Двойная спираль ДНК (вид сбоку)
Пары взаимодействующих АО
Большая бороздка
Малая бороздка
Сахарофосфатный остов

Матричные биосинтезы
Особый тип биохимических процессов (реакций), в ходе которых каталитически синтезируются нерегулярные биополимеры, причем последовательность мономерных остатков в них определяется в соответствии с матрицей – исходной молекулой-клише.

Информационные потоки в клетке – основная догма биологии
репарация
рекомбинация
посттрансляционная модификация
Репликация РНК
ГЕНОТИП
(ген)
ФЕНОТИП
(экспрессия гена)
сплайсинг

УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ БИОСИНТЕЗОВ
ДНК – геном организма. ДНК – матрица для репликации и транскрипции
1 gagttttatc gcttccatga cgcagaagtt aacactttcg gatatttctg atgagtcgaa
61 aaattatctt gataaagcag gaattactac tgcttgttta cgaattaaat cgaagtggac
121 tgctggcgga aaatgagaaa attcgaccta tccttgcgca gctcgagaag ctcttacttt
181 gcgacctttc gccatcaact aacgattctg tcaaaaactg acgcgttgga tgaggagaag
241 tggcttaata tgcttggcac gttcgtcaag gactggttta gatatgagtc acattttgtt
301 catggtagag attctcttgt tgacatttta aaagagcgtg gattactatc tgagtccgat
361 gctgttcaac cactaatagg taagaaatca tgagtcaagt tactgaacaa tccgtacgtt
421 tccagaccgc tttggcctct attaagctca ttcaggcttc tgccgttttg gatttaaccg
481 aagatgattt cgattttctg acgagtaaca aagtttggat tgctactgac cgctctcgtg
541 ctcgtcgctg cgttgaggct tgcgtttatg gtacgctgga ctttgtggga taccctcgct
601 ttcctgctcc tgttgagttt attgctgccg tcattgctta ttatgttcat cccgtcaaca
661 ttcaaacggc ctgtctcatc atggaaggcg ctgaatttac ggaaaacatt attaatggcg
721 tcgagcgtcc ggttaaagcc gctgaattgt tcgcgtttac cttgcgtgta cgcgcaggaa
781 acactgacgt tcttactgac gcagaagaaa acgtgcgtca aaaattacgt gcggaaggag
841 tgatgtaatg tctaaaggta aaaaacgttc tggcgctcgc cctggtcgtc cgcagccgtt
901 gcgaggtact aaaggcaagc gtaaaggcgc tcgtctttgg tatgtaggtg gtcaacaatt
961 ttaattgcag gggcttcggc cccttacttg aggataaatt atgtctaata ttcaaactgg
Примерно 1/5 генома фага фХ174

Геномы живых организмов
Человек – примерно 3,3 млрд пар нуклеотидов (100 толстенных томов, если напечатать весь геном без пробелов)

РНК: разные виды, разное строение – разные функции
УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ БИОСИНТЕЗОВ
мРНК - перенос информации от ДНК к белку (сотни-тысячи нуклеотидов, обычно линейная структура)
хранение генетической информации (вирусы)
рРНК - структура Rs (+ катализ)
рибозимы - катализ, сплайсинг
тРНК - трансляция
регуляция

ФЕРМЕНТЫ (ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы и др.)
Рибосомы (трансляция)
Разнообразные белки – “факторы”
Субстраты (вещества, из которых строятся биополимеры)
Макроэрги (ГТФ и др.)
И многое другое
УЧАСТНИКИ МАТРИЧНЫХ БИОСИНТЕЗОВ

Центральная догма без “наворотов”
ДНК РНК Белок
ДНК
Транскрипция
Трансляция
Репликация
Три основных матричных биосинтеза обеспечивают реализацию генетической информации (проявление фенотипа) и передачу дочерним клеткам при делении.

Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК

Транскрипция
У прокариот ДНК не отделено от цитоплазмы и транскрипция и трансляция идут одновременно

Транскрипция
Как РНК-полимераза узнает откуда начинать транскрипцию (начало гена)? Не копировать же все подряд? Нельзя начать с середины гена – получится бессмысленный белок.
Начало транскрипции – промотор – место посадки РНК-полимеразы
Конец транскрипции – терминатор – место, где фермент сваливается с матричной ДНК

Промоторы
recA ttgatactgtat---gagcatacagtataat
rpsL ttgacaccttttc--ggcatcgccctaaaat
aroF ttgaaaacttta---ctttatgtgttatcgt
lpdA tttaaaaattgtt--aacaattttgtaaaat
cyoA tttacagtaatgt--aaccttcccgtaaaat
uvrD ttggcatctctg---acctcgctgatataat
atpI ttgaaatcacgg---gggcgcaccgtataat
tonB ttgaatatgattgc-tatttgcatttaaaat
rpsU tttacaaagcagca-gcaattgcagtaaaat
cirA ttgataattgtta--tcgtttgcattatcgt
fur ttttcatttaggc--gtggcaattctataat
ampC ttgtcacgctga---ttggtgtcgttacaat
uvrB gtgatgaactgttt-ttttatccagtataat
argC ttgacacacct----ctggtcatgatagtat
rpmH ttgactccggagt--gtacaattattacaat
rplT ttaacgttttta---actttttaattagaat
gyrA tttacctcaaactgcgcggctgtgttataat
Гилберт-бокс
(-35)
Прибноу-бокс
(-10)

Особенности транскрипции у эукариот – Процессинг РНК
(сплайсинг, кепирование, поладенилирование)
Процесс транскрипции и трансляции разнесен во времени и пространстве
Альтернативный сплайсинг позволяет считывать с одного гена несколько вариантов белка!

Трансляция – рибосомальный синтез белка на матрице мРНК
Если синтез РНК по матрице ДНК основывался на принципе комплементарности, то как строить АК последовательность по нуклеотидной последовательности РНК?
АК – 20
Нуклеотидов РНК – 4
Нужен шифр, чтоб закодировать 20 АК = генетический код
Одна АК кодируется триплетом (3) нуклеотидов
кодон

Универсальный генетический код

генетический код митохондрий млекопитающих

Действующие лица
Аминоацил-тРНК-синтетазы – осуществляют декодирование
Транспортные РНК (тРНК) – посредник, переносит аминокислоту к кодону
Матричная РНК (мРНК) – промежуточный носитель информации
Рибосомы – осуществляют матричный синтез
Факторы – белки, которые помогают рибосоме (в частности снабжают процесс энергией –GTP)

Аминоацил-тРНК-синтетаза и тРНК

Состав рибосомы
Две субчастицы: 30S и 50S
Рибосомная РНК (рРНК):
5S
16S
23S
Около 50 белков
Рибосомные гены многократно дуплицированы

Структура рибосомы (малая субчастица)

Инициаторный кодон
В бактериях бывают ATG (Met) и GTG (Val)
В эукариотах только ATG (Met)
Всегда начинается с f-Met :
C
NH
O
CH
CH2
S
CH3
CH
R
NH
C
O
H

Где начинается трансляция? прокариоты
dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATG
gyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATG
serS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATG
bofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATG
csfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATG
xpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATG
metS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATG
gcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATG
spoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATG
ftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATG
pabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATG
rplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATG
tufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATG
rpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATG
rpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATG
rplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG

Где начинается трансляция? прокариоты
dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATG
gyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATG
serS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATG
bofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATG
csfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATG
xpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATG
metS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATG
gcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATG
spoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATG
ftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATG
pabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATG
rplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATG
tufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATG
rpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATG
rpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATG
rplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG
Последовательность Шайна-Дальгарно (SD)

Элонгация трансляции

Терминация трансляции
Белок синтезировался, свернулся. Может пройти посттрансляционная модификация и активный белок начнет выполнять свою функцию – фенотип проявится.

Трансляция, полисомы у прокариот

Как подошли к репликации?
Опыты Эйвери, правило Чартгафа, Уотсон и Крик
Опыт Мезельсона и Сталя
Артур Ко́рнберг – ДНКП

Репликация – удвоение ДНК, матричный синтез ДНК на ДНК

Участники репликации
Хеликаза
SSB белки
Топоизомеразы и гираза
Праймаза
ДНК-полимеразы
Лигаза
Теломераза (у эукариот)
Субстраты (dNTP)

Репликационная вилка

ДНК-полимераза III

Репликация – удвоение ДНК, матричный синтез ДНК на ДНК

Инициация репликации ДНК