Матричные биосинтезы. Генетический код. Биосинтез белка и его регуляция

Матричный биосинтез – процесс сборки новых макромолекул из мономеров, последовательность которых запрограммирована с помощью нуклеиновых кислот.

Матрицы – молекулы, которые содержат информацию о структуре других макромолекул.

Главные матричные биосинтезы

- Репликация ДНК происходит в клеточном ядре, предшествует делению клеток, в результате чего дочерние клетки получают полный набор генов.

- Транскрипция также осуществляется в ядре, в результате образуются матричные, транспортные и рибосомальные РНК, участвующие в синтезе белка в клетке,

- Трансляция происходит на рибосомах и приводит к образованию специфических клеточных белков.

Репликация ДНК

Репликация («удвоение») – процесс самоудвоения ДНК, или биосинтез дочерней молекулы, полностью идентичной исходной молекуле (матрице).

Основные принципы:

- комплементарность,

- антипараллельность,

- униполярность,

- потребность в затравке,

-  прерывистость,

- полуконсервативность.

Общие закономерности матричных биосинтезов:

- Активация предшественников,

- Три основных этапа: инициация, элонгация, терминация,

- Наличие на матрице элементов, указывающих на место начала и окончания синтеза,

- Модификация синтезированной молекулы.

Транскрипция: необходимые условия

2. ДНК-зависимая РНК-полимераза – главный фермент, участвующий в транскрипции.

3. Субстраты и источник энергии – рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ).

Трансляция

Трансляция («перевод») – преобразование генетической информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов мРНК, в линейную последовательность аминокислот полипептидной цепи. Осуществляется посредством генетического кода.

Свойства генетического кода.

- триплетный,

- неперекрывающийся,

- непрерывный,

- вырожденный,

- универсальный.

Генетический код – последовательность нуклеотидов мРНК, соответствующая определенным аминокислотам в полипептидной цепи.

Адапторная функция тРНК

Молекула тРНК содержит участок, способный взаимодействовать с кодонами мРНК – антикодон, и участок, взаимодействующий с соответствующими аминокислотами – 3’- конец (акцепторный стебель).

Активация аминокислот

- подготовительный этап биосинтеза белка,

- происходит в цитоплазме клетки,

- включает связывание аминокислот со специфическими тРНК с участием аминоацил тРНК синтетаз (АРС-аз).

Трансляция

Рибосома – место синтеза белка, состоит из малой (40S) и большой (60S) субчастиц. Содержит пептидильный и аминоацильный участки.

Трансляция: стадия элонгации

Удлинение полипептидной цепи на 1 аминокислотный остаток – происходит в три шага.

1 шаг: присоединение к инициирующему комплексу аминоацил тРНК, соответсвующий кодону, ноходящемуся в амиацильном участке рибосомы. Условия: белковые факторы элонгации и источник энергии – 1 молекула ГТФ.

3 шаг – тарнслокация – перемещение рибосомы относительно мРНК на 1 триплет.

Условия:

- белковые факторы элонгации,

- источники энергии.

Трансляция: стадия терминации

- Окончание синтеза полипептидной цепи.

Условия:

- появление в А-участке рибосомы одного из стоп-кодонов мРНК – УАА, УГА или УАГ,

- белковые факторы терминации.

Посттрансляционные модификации

- частичный протеолиз

- присоединение простетической группы,

- модификации аминокислотных остатков:

• Гидроклирование пролина в гидроксипролин в коллагене,
• Метилирование аргинина в гистоне,
• Йодирование тирозина в тироглобулине.

Формирование пространственной структуры

Фолдинг – сворачивание полипептидной цепи в правильную трехмерную структуру. Фолдинг протекает при участии специальной группы белков, которые называются шаперонами.

Регуляция синтеза белка

Оперон – совокупность генов, способных, включаться и выключаться в зависимости от метаболических потребностей клетки.

Состав оперона:

- структурные гены

- ген-оператор

- ген-регулятор

Основные механизмы регуляции:

- индукция,

- репрессия.