60. Трансляция. Последовательность событий на рибосоме. Посттрансляционные измемнения белков. Регуляция биосинтеза белка
Трансляция - перевод генетического текста иРНК в последовательность АК в белке (биосинтез белка на мРНК).
Инициация. В начале этой стадии формируются два тройных комплекса: 1.- мРНК + малая субъединица + ИФ-3, 2 - метионил-тРНК + ИФ-2 + ГТФ. После тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации (ИФ-1, ИФ-2, ИФ-3), источником энергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК и располагается в П-центре (пептидильный центр) большой субъединицы. А-центр (аминоацильный центр) остается свободным.
Элонгация. Элонгация представляет собой циклический процесс. Три шага: 1.Присоединение аминоацил-тРНК (еще второй) к кодону мРНК (еще второму), аминокислота при этом встраивается в А-центр рибосомы (ист.энер. - ГТФ). 2.Фермент пептидилтрансфераза осуществляет перенос метионина с метионил-тРНК (в П-центре) на вторую аминоацил-тРНК (в А-центре) с образованием пептидной связи между активированной карбо-ксильной группой метионина и аминогруппой второй аминокислоты между метионином и второй аминокислотой. Источником энергии служит макроэргическая связь между аминокислотой и тРНК. 3.Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы: 1 кодон АУГ оказывается вне рибосомы, 2й кодон становится напротив П-центра, напротив А-центра оказывается 3 кодон (ГТФ). Вместе с мРНК перемещаются закрепленные на ней тРНК, первая тРНК выходит из рибосомы, вторая тРНК с дипептидом помещается в П-центр. Цикл элонгации (реакции 1,2,3) повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь.
Терминация. Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов - стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной из аминокислот. К таким кодонам присоединяются специальные белки (рилизинг-факторы), которые высвобождают синтезированный пептид и вызывают диссоциацию субъединиц рибосомы.
Чтобы получить максимальное количество "белковых копий" на каждой мРНК может располагаться не одна, а несколько рибосом, встающих последовательно друг за другом и синтезирующих пептидные цепи - полирибосомы.
После того как пептидная цепь отходит от рибосомы она должна принять свою биологически активную форму. Реакции превращения полипептида в активный белок называются процессинг или посттрансляционная модификация белков.
Включает несколько видов химической модификации:
- ограниченный протеолиз - это отщепление либо пептидного фрагмента, либо N-концевой АК (МЕТ);
- реакция ацетилирования - присоединение ацетильного остатка;
- фосфорилирование - присоединение остатка фосфорной кислоты с образованием сложных белков (фосфопротеины);
- гликозилирование АК с образование гликопротеинов и протеогликанов;
- гидроксилирование АК - присоединение - ОН группы. Наиболее часто данному процессу подвергаются ПРО и ЛИЗ с образованием гидроксипролина и гидроксилизина (необходим при образ-нии коллагена);
- окисление АК;
- образование вторичной, третичной и четвертичной структур - характерно для олигомерных белков. При образовании данных структур белок сворачивается - процесс фолдинга. Для этого необходимы специализированные белки - шапероны. Они ускоряют сворачивание белков, исправляют некорректные формы вторичной, третичной структур.
Регуляция биосинтеза белка.
Прокариоты.
1. неоднородность генетического материала. В геноме имеются:
- структурные гены, которые кодируют синтез структурных белков или ферментов; - регуляторные гены. 2. регуляция биосинтеза происходит на этапе транскрипции; 3. регуляция осущ-ся путем репрессии (подавление транскрипции) и индукции (разрешение транскрипции).
Эукариоты.
Основные уровни регуляции биосинтеза:
1. на уровне транскрипции: - групповая репрессия генов белками - гистонами; - амплификация генов - увеличение числа копий заданного участка ДНК или гена. (у опухолевых клето); - регуляция сигналами-усилителями. Сигналы-усилители - энхансеры - выступающий участок ДНК, знач-о увеличение скорости транскрипции. Пр.: действие гормонов коры надпочечников.
2. регуляция на уровне процессинга иРНК: - разрешение или запрещение процессинга (е все пре-иРНК превращаются в зрелые иРНК); - дифференциальный процессинг. В клетках эукариот возможен многовариантный процессинг. Пр.: С-клетки щитовидной железы и нейроны имеют одинаковый ген, который в С-клетках кодирует выработку кальцитонина (регулирует уровень Са2+), а в нейронах дифференцирует процессинг белка CGRP-пептид (регулирует АД).
3. на уровне стабильности и активности иРНК. В цитоплазме иРНК консервируются путем взаимодействия с белками-информатионами, образуя комплексы - информосомы, что позв-ет синтез-ть большее кол-во молекул белка на ней.
4. регуляция на уровне трансляции: - репрессия или активация трансляции с исп-ем белковых факторов (ФИ и ФЭ); - избирательная дискриминация иРНК (при инфицировании клетки вирусом транслируется вирусная РНК, а РНК хозяина дискриминируется); - механизм повышения эффективности трансляции включает образование полисом - это комплекс нескольких рибосом с одной иРНК.
61. Генетический код, понятие, характеристика
Генетический (биологический) код - это способ кодирования информации о строении белков в виде нуклеотидной последовательности. Он предназначен для перевода четырехзначного языка нуклеотидов (А, Г, У, Ц) в двадцатизначный язык аминокислот.
Свойства генетического кода:
1. генетический код триплетный, т.е. одна последовательность состоит из 3-х нуклеотидов. Имеется 43 (64) варианта, а необходимо 20, поэтому генетический код имеет квазидуплетность - смысловую нагрузку для большинства АК несут первые 2 нуклеотида, а третий нуклеотид для некоторых АК не важен вообще, а для других имеет значение пуриновый он или пиримидиновый. И только для ТРИ и МЕТ важен 3 нуклеотид;
2. однозначность - один код (триплет) несет информацию только об одной АК;
3. вырожденность - одной АК соответствует несколько кодонов. Это происходит вследствие того, что кодонов 64, а АК - 20. Так, СЕР соответствует 6 кодонов, ГЛИ и АЛА - по 4 кодона. Большей части АК соответствует по 2 кода, только ТРИ и МЕТ кодируются 1 кодоном;
Также имеются кодоны, которые не несут смысловой нагрузки - нонсенс (бессмысленные) кодоны - терминирующие кодоны;
4. неперекрещиваемость - считывание информации идет от одного триплета к другому триплету последовательно;
5. универсальность - для всего живого генетический код един.
Т.о., в виде генетического кода записана информация об одной АК, а последовательность нуклеотидов (в виде триплетов) несет информацию о последовательности АК в полипептидной цепи.
Отрезок ДНК, несущий информацию о последовательности АК в одной полипептидной цепи, называется геном.
Функции гена:
1. хранение информации об одной полипептидной цепи;
2. передача информации из поколения в поколение клеток;
3. передача информации с ДНК на РНК - транскрипция (синтез РНК);
4. передача информации с РНК на последовательность АК в последовательность полипептидной цепи - трансляция (декодирование информации РНК в последовательность АК) - биосинтез белка.
62. Молекулярные мутации, причины возникновения, частота, типы. Репарация повреждений
ДНК человека содержит около 3 млрд. нуклеотидов. Точность их копирования зависит от точности: а) репликации, б) транскрипции, в) трансляции. Факторы нарушения структуры ДНК: УФО, ионизация, химические агенты, спонтанные изменения. Чаще всего происходит депуринизация (50'000 нуклеотидов за 70 лет жизни) - 40% всех пуриновых нуклеотидов (за 70 лет). Реже - дезаминирование и депиримидирование.
Этим процессам препятствуют процессы репарации ДНК.
Механизм репарации ДНК:
1. ДНК-эндонуклеаза обнаруживает участок повреждения и вызывает в этом месте разрыв фосфодиэфирных связей.
2. ДНК-экзонуклеаза отщепляет с образовавшихся концов нуклеотиды, в том числе и поврежденные.
3. ДНК-полимераза репарирующая восстанавливает нуклеотиды по принципу комплементарности.
Генные мутации
Изменчивость генотипа наблюдается в результате мутаций. изменения репаративная система "не замечает". Они затрагивают небольшие участки ДНК (на уровне генов).
Виды генных мутаций:
1. Замена нуклеотидов или кодонов. Замена одного нуклеотида - точечная мутация. 1.1. Замена нуклеотида без изменения смысла кодона. Напр., ААА (лиз)> ААГ (лиз). 1.2. Замена нуклеотида с изменением смысла кодона. Напр., ААГ (лиз)> ГАГ (глу). Это миссенс-мутация. 1.3. Замена с образованием терминирующего кодона. Напр., ААА (лиз)> УАА (обрыв транскрипции). Это нонсенс-мутация.
2. Вставка. 2.1. Вставка одного или нескольких кодонов (т.е. триплетов), при этом не происходит сдвига рамки считывания. Напр., ААА ГЦА ГГА ЦЦА > ААА ГАГ ГЦА ГГА ЦЦА. В белке появляется одна или несколько "лишних" АК. 2.2. Вставка 1, 2 и др., но не кратного трем кол-ва нуклеотидов. Происходит сдвиг рамки считывания. Напр., ААА ГЦА ГГА ЦЦА > ААА ГАГ ЦАГ ГАЦ ЦА. Получается пептид со случ-й АК-тной посл-тью.
3.Делеция. 3.1. Выпадение одного или нескольких кодонов. Нет сдвига рамки считывания. Образуется белок, укороченный на одну или несколько АК. 3.2. Выпадение нуклеотидов 1, 2, но не кратного трем кол-ва. Сдвиг рамки считывания. Синт-ся пептид со случ-й посл-тью АК.
Мутации, возникающие в половых клетках, передаются по наследству. Мутации соматических клеток могут приводить к раковому преобразованию клетки.
По биологическим последствиям мутации:
молчающие, нейтральные, вредные, полезные
63. Основные липиды тканей ч-ка. Резервные и протоплазматические липиды
Липиды - это сложные органические вещества биологической природы, не растворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.
Все липиды делятся на простые и сложные. Простые: триглицериды, стерины, стериды и воски. Сложные: фосфолипиды, гликолипиды. Фосфолипиды делятся на сфинголипиды и глицерофосфолипиды. К глицерофосфолипидам относятся: фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозит и плазмогены (ацетальфосфатиды). К гликолипидам: цереброзиды, ганглиозиды, сульфатиды.
Наряду с белками и углеводами, липиды являются основными продуктами питания. В организме человека они поступают с продуктами растительного и животного происхождения. Суточная потребность взрослого человека составляет 80-100 г. Липиды составляют 10-20% от массы тела. Из них 25% приходится на структурные липиды, остальные относятся к резервным. Установлено, что 98% резервных липидов находится в жировой ткани.
Резервные липиды (жиры) представлены триглицеридами (ТГ). Они используются для энергетических нужд организма. Важнейшими ТГ являются эфиры глицерина и ВЖК. ВЖК могут быть как предельными (пальмитиновая, стеариновая), так и непредельными (олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая).
Фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды являются структурными компонентами биологических мембран клеток, они не имеют такой энергетической ценности, как ТГ.
Стерины (холестерин - ХС) также относятся к структурным липидам. ХС является предшественником ряда биологически активных веществ (БАВ), например стероидных гормонов (эстрогенов, андрогенов, минерало- и глюкокортикоидов), витаминов группы D и желчных кислот.
Арахидоновая кислота (С19Н31СООН), входя в состав ФЛ, может принимать участие в образовании гормоноподобных веществ (простагландинов, лейкотриенов СМ.на отд.листе дальше).
Формы существования липидов в организме человека
1. Жировые включения, которых больше всего в адипоцитах. Это форма существования триглицеридов.
2. Биомембраны. Они не содержат триглицеридов, зато в них присутствуют фосфолипиды, гликолипиды и холестерин.
3. Липопротеины. Могут включать в себя липиды всех классов. Различают следующие группы липопротеинов:
1. хиломикроны; 2. ЛПОНП (липопротеины очень низкой плотности); 3. ЛПП (липопротеины промежуточной плотности); 4. ЛПНП (липопротеины низкой плотности); 5. ЛПВП (липопротеины высокой плотности).