Функция нуклеиновых кислот.

Функции нуклеиновых кислот

-хранение генетической информации

-передача генетической информации

-реализация генетической информации

-участие в катализе некоторых химических реакций

-регуляция реализации генетической информации

-структурные функции

Роль хранителя генетической информации у большинства организмов выполняют двухцепочечные ДНК. У некоторых вирусов хранителем генетической информации являются одноцепочечные ДНК или РНК. Генетическая информация записана в генах. Гены несут информацию о первичной структуре белков и о структуре некоторых типов РНК. Генетическая информация передается от родителей к потомкам.В результате реализации генетической информации происходит синтез белка: ДНК ® РНК ® белок. Основная догма в процессе размножения клеток генетическая информация передается от одного поколения клеток другому. Все клетки получают одинаковую информацию.

Это возможно вследствие того, что перед делением клетки осуществляется репликация ДНК, в результате образуются две идентичные молекулы ДНК, которые и передаются потомкам.

Транскрибируемый участок ДНК ограничен со стороны 3’-конца промотором – участком с которым связывается РНК-полимераза, со стороны 5’-конца – терминатором – участком, в котором прерывается синтез РНК. Последовательность ДНК, ограниченная промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции – транскриптон. Транскриптон прокариот называют опероном.

Механизм репликации

В основе лежит принцип комплементарности. В результате образуются дочерние молекулы НК, нуклеотидные последовательности которых идентичны между собой и с материнской молекулой. Типы репликации: 1)Полуконсервативный – вновь синтезированная молекула НК состоит из одной материнской и одной дочерней полинуклеотидных цепей НК.2)Консервативный – вновь синтезированная молекула НК состоит только из дочерних полинуклеотидных последовательностей.3)Дисперсный – вновь синтезированная полинуклеотидная цепь НК состоит из фрагментов дочерних и материнских полинуклеотидных последовательностей. Для прокариот и эукариот характерен полуконсервативный тип репликации. У вирусов встречаются все три типа репликации. Репликация ДНК начинается в определенном месте – в точке начала. От точки начала репликации может происходить в одном или двух направлениях.

Бактериальная хромосома имеет одну точку начала репликации, т.е. представляет собой единицу репликации- репликон. ДНК эукариот представлена множеством репликонов. Для синтеза ДНК нужна затравка – ее синтезирует праймаза. Затем ДНК-полимераза III присоединяет нуклеотиды. Поскольку синтез ДНК осуществляется в направлении 5’→ 3’, одна цепь синтезируется непрерывно, вторая фрагментами по 100 -1000 нуклеотидов (фрагменты Оказаки). По окончанию синтеза фрагмента Оказаки ДНК-полимераза I (E.coli) удаляет затравку и заменяет ее на ДНК. Цепь ДНК сшивает ДНК-лигаза.

 

 

16. -Экспрессия генов включает транскрипцию (копирование информации с ДНК на синтезируемую РНК) и последующую трансляцию (синтез на матрице РНК соответствующего белка), репликации(удвоение молекулы ДНК при делении клетки).Возможен поток информации и в направлении от РНК к ДНК, этот процесс носит название обратная транскрипция. Информация от белков нуклеиновым кислотам не передается.

Ген - единица наследственной информации, занимающая определенное положение в геноме и контролирующая выполнение определенных функций в организме. Гены – участки ДНК, кодирующие полипептидные цепи или РНК. Белок, состоящий из различных полипептидных цепей, кодируется несколькими генами.Гены могут быть уникальными – представленными одной копией – и повторяющимися.

Все гены можно разделить на две группы: 1)Конститутивные гены («гены домашнего хозяйства») постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях (тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы). 2) Индуцибельные гены («гены роскоши») могут включаться и выключаться. Они контролируют ход онтогенеза и гены, определяющие структуру и функции компонентов клетки и целостного организма.Включение индуцибельных генов называется индукцией, выключение – репрессией. Генетический код свойства:1) Триплетность. Кодон состоит из последовательности, состоящей из трех нуклеотидов. Число кодирующих последовательностей из четырех нуклеотидов по три равно 4 ³ =64, из них 61 – смысловых кодонов, - 3 нонсен-кодона.2) Выраженность. Каждый из 61 смысловых триплетов кодирует включение в белок одну из 20 стандартных аминокислот. Включение одной и той же аминокислоты в белок определяет несколько кодонов.3) Специфичность (однозначность). Каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота. 4) Неперекрываемость кода с ледующие за инициирующим кодоном АУГ триплеты читаются последовательно не перекрываясь без каких либо пропусков вплоть до стоп-кодона, на котором синтез полипептидной цепи завершается.5) Универсальность кода т.е. смысл кодов одинаков для всех организмов

В процессе транскрипции выделяют три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. На стадии инициации РНК-полимераза, взаимодействуя с промотором, вызывает расхождение цепей ДНК и начинает синтез молекулы РНК. В ходе элонгации новосинтезированная цепь РНК образует короткие отрезки гибридной двойной спирали ДНК-РНК, которые необходимы для правильного считывания цепи ДНК. Как только РНК-полимераза достигнет терминирующих последовательностей, запускается последняя стадия – терминация. По ее завершению происходит освобождение вновь синтезированной цепи РНК).

 

Механизм трансляции.Разл-ют несколько стадий биосинтеза белка: активация аминокислот, инициация, элонгация и терминация. Синтез белка характ-тся тем, что между матрицей (иРНК) и продуктом (белком) нет комплем-го соответствия.Для расшифровки нукле-ой последовательности необходим генет-ий код. Он устанавливает соотв-ие между нуклео-й последовательностью иРНК и полипептидной цепью. Единицей генет-го кода является кодон. Кодон предст-ет собой послед-ть, состоящую из трех нуклеотидов, т.е. триплет. Три кодона служат сигналом для остановки синтеза полип. цепи - терминирующие, или нонсенс-кодоны. Каждому кодону (из 61) соответствует строго определенная аминокислота.Тран-ия иРНК начинается с иниц-го триплета – АУГ. Далее расшифр-ся каждый последующий триплет в напр-ии от 5’-конца молекулы иРНК к 3’-концу. Заканчивается синтез полип-да на одном из трех термин-их кодонов. Синтез полип. цепи начинается с N-конца.

Активация АК1.На этой стадии каждая из 20 АК присоединяется к опр-ой тРНК. При этом используется энергия АТФ. 2.Эти реакции катализ-ся 20 различными аминоацил-тРНК-синтетазами. 3.Аминоацил-тРНК-синтетазы способны узнавать 3 различных субстрата: АТФ, АК-у и тРНК.4.Каждая аминоацил-тРНК-синтетаза способна узнавать только 1 определенную АК и соотв-ие ей тРНК, в кл-е имеется, как правило, несколько изоакцепторных тРНК5.Они прис-ют аминокислотный остаток к 2’- или 3’-гидроксильной группе 3’- концевого нукл-да. 6.Реакция протекает в две стадии

Суммарная реакция активации аминокислоты выглядит так:

 

Инициация белкового синтезаИниц-ия начинается с присоединения к малой субъ-це рибосомы иРНК и первой аминоацил-тРНК (аа-тРНК), антикодон которой комплементарен инициирующему кодону АУГ. После связывания антикодона тРНК с инициирующим кодоном происходит присоединение большой субъединицы рибосомы. Образовался инициирующий комплекс, в котором инициирующая аа-тРНК находится в Р (пептидильном)-центре, а А (аминоацильный) – центр свободен.Для осуществления инициации трансляции необходима энергия. Ее поставляет ГТФ. Энергия высвобождается при гидролизе ГТФ до ГДФ и фосфата.

Элонгация белкового синтезаВ процессе элонгации происходит наращивание полип. цепи. В А-центре происходит связывание следующей аа-тРНК, антикодон которой комплементарен следующему кодону. Далее происходит образование пептидной связи за счет пептидилтрансферазной реакции. В результате образуется дипетидил-тРНК. Катализирует этот процесс рРНК большой субъединицы рибосомы.

Далее рибосома перемещается на один кодон в направлении от 5’- к 3’-концу мРНК. Дипептидил-тРНК из А-центра перемещается в Р-центр А-центр освобождается, здесь оказывается следующий кодон. Инициирующая тРНК покидает рибосому. Рибосома готова к новому циклу элонгации. Далее присоединяется третий аминокислотный остаток, потом – четвертый и т.д. В процессе трансляции затрачивается энергия, освобождающаяся при гидролизе ГТФ до ГДФ и фосфата.

ТерминацияТерминация белового синтеза наступает, как только в А-центре окажется один из терминирующих кодонов: УАГ, УГА, УАА.В этом процессе участвуют специфические белки – факторы терминации. В результате терминации происходит гидролитическое отщепление полипептида от тРНК, тРНК отделяется от рибосомы, рибосома диссоциируют на субъединицы. Поставщиком энергии для терминации синтеза белка так же, как и для инициации и элонгации, является ГТФ.

Рибосомы. Риб-мы представляют собой - крупный рибонуклеопротеидный комплекс с молек-ой массой около 2,5 мДа, сост-ий из белков и молекул рРНК. Риб-мы прокарио-их и эукариот-их организмов разл-ся по размерам. У эукариот они представлены 80S частицами, у прокариот – 70S. Рибосомы всех известных организмов построены из большой и малой субчастиц: прокариотические – 30S и 50S, а эукариотические – 40S и 60S 70S риб-мы бактерий в своем составе содержат 55-60 риб-ых белков 80S рибосом эукариот - 70-85 Рибосомы – это субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белка В прокариотических рибосомах присутствуют три вида рРНК, в эукариотических – 4.рРНК играют важную роль в структуре и биосинтетической функции рибосом. Регуляция синтеза белка. Теорию регуляции синтеза белка разработали Жакоб и Моно: в биосинтезе белка у бактерий участвуют три типа генов: структурные гены, ген-регулятор, ген-оператор. Стр. гены определяют перв-ую структуру синтезируемого белка. Синтез мРНК