Этапы биосинтеза белка, Транскрипция - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Транскрипция
Мост между геном (кодонами) и белком обеспечивается РНК. Точнее, информация, закодированная в последовательности азотистых оснований ДНК, вначале переносится от ДНК к матричной РНК (мРНК). Этот этап переноса информации носит название транскрипции и происходит у прокариотов в нуклеоиде, а у эукариотов - в ядре.
Транскрипция - первый этап в передаче генетической информации, сущность которого заключается в синтезе мРНК, т. е. в "переписывании" генетической информации в молекулы мРНК. Основными структурами, которые участвуют в транскрипции, являются ДНК-матрица (цепь ДНК), РНК-полимераза и хромосомные белки (гистоновые и негистоновые). Однако наряду с молекулами мРНК с ДНК транскрибируются молекулы РНК и других видов (рибосомная и транспортная), также имеющие важное значение в реализации генетической информации. Все эти РНК называются еще ядерными. Размеры транскрибируемых молекул РНК зависят от посылаемых с цепи ДНК-шаблона сигналов начала и остановки синтеза (кодонов инициации и терминации). Наиболее обильными РНК в клетках всех видов являются молекулы рибосомной РНК (рРНК), которые выполняют роль структурных компонентов рибосом. У эукариот синтез рРНК контролируется огромным количеством генов (сотни копий) и происходит в ядрышке.
В клетках человека гены для рРНК локализованы на 13, 14, 15, 21 и 22-й парах хромосом. Молекулы рРНК являются продуктами процессинга первичных транскриптов (про-рРНК). В меньших количествах в клетках обнаруживаются молекулы транспортных РНК (тРНК), которые участвуют в декодировании информации (трасляции). Молекулы мРНК составляют около 3% общей клеточной РНК, они очень нестабильны. Период их полужизни необычайно краток у прокариотов, составляя 2-10 минут. У эукариотов время полужизни молекул мРНК составляет несколько часов или даже несколько недель. У прокариотов молекулы мРНК - непосредственные продукты транскрипции. Напротив, у эукариотов они являются продуктами процессинга первичных РНК-транскриптов.
Синтез молекул мРНК происходит в ядре клетки, откуда через ядерную мембрану они проходят в цитоплазму к рибосомам. Он очень сходен с репликацией ДНК. Отличие заключается лишь в том, что в качестве матрицы (шаблона) для копирования цепи мРНК используется только одна цепь ДНК. При этом копирование мРНК может начаться с любого пункта одиночной цепи ДНК. Важно подчеркнуть, что какой-либо ген транскрибируется лишь с одной цепи. В то же время два даже соседних гена могут транскрибироваться с разных цепей. Таким образом, для транскрипции может использоваться любая из двух цепей ДНК. Одна из цепей транскрибируется одними РНК-полимеразами, другая - другими РНК-полимеразами. Поскольку обе цепи ДНК имеют противоположную полярность, то транскрипция на каждой из цепей проходит в противоположных направлениях. Цепь, которая содержит те же последовательности, что и мРНК, называют кодирующей, а цепь, обеспечивающую синтез мРНК (на основе комплементарного спаривания), - антикодирующей. Из-за считывания кода с мРНК для его записи используют основания А, Г, У, Ц.
В меньших количествах в клетках обнаруживаются молекулы транспортных РНК (тРНК), которые участвуют в декодировании информации (трансляции). Молекулы тРНК также являются продуктами процессинга первичных транскриптов. Существенной особенностью тРНК служит свернутый характер их вторичной структуры, которая имеет форму клеверного листа.
Все РНК транскрибируются с ДНК, которая несет множественные копии соответствующих генов. Механизм синтеза РНК сходен с механизмом репликации ДНК. Непосредственными предшественниками в синтезе РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты, причем здесь действует то же правило спаривания оснований, за исключением того, что кодируются лишь ограниченные сегменты цепи ДНК и что тимин в ДНК заменяется на урацил. Урацил спаривается с аденином таким же образом, как и тимин. Цепь РНК растет в направлении от 5'- к 3'-концу с освобождением пирофосфата.
Синтез РНК обеспечивается РНК-полимеразами. У прокариот синтез мРНК, рРНК и тРНК осуществляет лишь один тип РНК-полимеразы, количество молекул которой в клетках достигает 3000. Каждая из молекул этой РНК-полимеразы состоит из шести полипептидов, какими являются субъединицы в и в' (молекулярная масса 155 000 и 151 000 соответственно), двух субъединиц б (36 000) и еще двух низкомолекулярных субъединиц д ищ, инициация транскрипции обеспечивается комплексом полимераза + белки(около шести белковых комплексов). Связывание РНК-полимеразы с ДНК происходит на участке, называемом промотором.
УЕ. coliпромоторы содержат последовательность ТАТААТ (бокс Прибнау), а контролируются белковым фактором. Напротив, в клетках эукариот существуют три РНК-полимеразы, представляющие собой сложные молекулы, содержащие от одной до нескольких полипептидных цепей. Каждая из этих РНК-полимераз, прикрепляясь к промотору на ДНК, обеспечивает транскрипцию разных последовательностей ДНК. РНК-полимераза I синтезирует рибосомальную РНК (основные молекулы РНК больших и малых субъединиц рибосом). РНК-полимераза II синтезирует все мРНК и часть малых рРНК, РНК-полимераза III синтезирует тРНК и РНК 5S'-субъединиц рибосом.
Эукариотические РНК-полимеразы также характеризуются сложным строением. РНК-полимераза II многих организмов построена из 12 различных полипептидов, три из которых гомологичны субъединицам в', в и б РНК-полимеразы из E. coli, РНК-полимеразы I и III обладают 5 субъединицами, сходными с субъединицами РНК-полимеразы II. РНК-полимераза II инициирует транскрипцию, причем для этого требуется белок ДНК-геликаза, детерминируемая у дрожжей геном RA 25, а у человека - геном XRB. Как отмечено выше, транскрипция у эукариот - более сложный процесс по сравнению с прокариотами. мРНК эукариотов образуется в ядре из первичных генных транскриптов длиной 1000-500 000 пар оснований в результате процессинга. Другими словами, формируемые первичные транскрипты (про-мРНК) не на всем протяжении способны к трансляции. Для того чтобы про-мРНК стала "зрелой" мРНК, которая полностью транслируется, она еще в ядре вовлекается в процессинг, который заключается в том, что из про-мРНК "вырезают" нетранслируемые участки (интроны), после чего транслируемые участки (эксоны) воссоединяются (сплайсинг - процессинг).
В результате образуются непрерывные последовательности, т. е. молекулы "зрелой" мРНК, которые по своим размерам значительно меньше молекул про-мРНК. Биологические механизмы сплайсинга определяются участием в этом процессе малых ядерных рибону-клеопротеиновых частиц, которые концентрируются в интерфазном ядре совместно с рибонуклеопротеидными факторами сплайсинга. Внутриклеточное распределение факторов сплайсинга контролируется одной из киназ. Четыре реакции процессинга РНК катализируются РНК-энзимами (рибозимами). Помимо модификации ядерной про-мРНК путем "вырезания" и сплайсинга ее сегментов, изредко имеет место так называемое "редактирование" РНК, которое заключается в конверсии одного основания в другое.
Например, в клетках печени синтезируемый белок аполидопротеин имеет молекулярную массу порядка 242 000 дальтон. Это результат конверсии в кодирующем гене цитозина в урацил (в клетках кишечника), что ведет к образованию стоп-кодона и, следовательно, более короткого белка. Наконец, возможна модификация РНК и путем посттранскрипционного добавления к 3'-концу 30-50 нуклеотидов полиадениловой кислоты на расстоянии 15 нуклеотидов от последовательности ААУААА. По этой причине транскрипция заканчивается вдали от полиА-сигнала, а про-цессинг удаляет экстрануклеотиды до полиА-добавления.
Синтезированная "зрелая" мРНК является первичным продуктом действия генов и идет затем из ядра в цитоплазму, где служит матрицей для формирования полипептидных цепей на рибосомах. Считают, что в клетках имеется по 2000-3000 молекул мРНК, находящихся на разных уровнях синтеза и распада. В частности, установлены рибозимы с полинуклеотидкиназной активностью, способные катализировать АТФ-зависимое фосфорилирование.
Большинство эукариотических промоторов содержит ТАТА-последовательность, локализованную на расстоянии 30 оснований от сайта транскрипционного старта. Инициация транскрипции обеспечивается совместным действием полимеразы и шести дополнительных белков.
Установление интронов поставило вопрос об их происхождении. В объяснении происхождения используют две гипотезы. В соответствии с одной гипотезой интроны были представлены уже в пред-ковых генах, в соответствии с другой - интроны были включены в гены, которые оригинально были непрерывными.
Наряду с описанной транскрипцией у некоторых РНК-овых вирусов известна обратная транскрипция, при которой матрицей для синтеза ДНК является РНК и которая осуществляется ферментом, получившим название обратной транскриптазы (ревертазы). Здесь информация идет по схеме РНК -- ДНК -- белок. Как свидетельствуют исследования, обратная транскриптаза найдена как у прокариотов, так и у эукариотов. Считают, что ревертаза имеет очень древнее происхождение и существовала еще до разделения организмов на прокариоты и эукариоты.
Похожие статьи
-
Трансляция - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Трансляция - важная составная часть общего метаболизма, и ее сущность заключается в переводе генетической информации с мРНК, являющейся первичным...
-
Заключение - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
В ходе написания курсовой работы мне удалось выяснить что биосинтез белков осуществляется во всех клетках про - и эукариот. Информация о первичной...
-
В цитозоле клеток 20 различных аминокислот присоединяются б-карбоксильной группой к 3'-гидроксильному акцепторному концу соответствующих тРНК с...
-
Для синтеза полипептидной цепи необходимо большое количество компонентов, совместное и согласованное взаимодействие которых приводит к образованию белка....
-
Ген. Взаимосвязь между геном и признаком - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Долгое время ген рассматривали как минимальную часть наследственного материала (генома), обеспечивающую развитие определенного признака у организмов...
-
Введение - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации в хаотичной Вселенной зависит от генетической информации, которая реализуется,...
-
Ген и его строение - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Ген представляет собой элементарную единицу функции наследственного материала. Это означает, что фрагмент молекулы ДНК, соответствующий отдельному гену и...
-
Биосинтез РНК(Транскрипция) - Регуляция экспрессии генов у прокариот
Синтез РНК можно представить следующей схемой : Субстратами реакции служат трифосфаты рибонуклеозидов. Реакция идет только в присутствии ДНК, выполняющей...
-
Физиологическая роль белка, Структурная функция белка - Строение, функции и значение белков
Структурная функция белка Белки сложные органические соединения, построенные из аминокислот. В состав белковых молекул входят азот, углерод, водород и...
-
Биосинтез белка - Этические принципы научных исследований
Проходит в рибосоме, к которой подходит и-РНК, прикрепляется в функциональной зоне рибосомы. Одновременно в рибосоме помещается 2 триплета и-РНК. В...
-
Белки Белки - это полимеры, состоящие из мономеров - аминокислот. В состав белков входит до 20 различных аминокислот. Соединения из нескольких...
-
Транскрипция и трансляция - Этические принципы научных исследований
ДНК - носитель генетической информации. Впервые понятие ген было сформулировано в 1941 году Д. Бидлом и Э. Татумом. В настоящее время геном называют...
-
Расшифровка генетической информации - ДНК
Полимерные цепи белков состоят из мономерных звеньев - аминокислот и последовательность расположения их в белковой молекуле строго специфична. В связи с...
-
Цитогенетические исследования в 20--30-х гг. 20 в. свидетельствовали о том, что передача и хранение наследственных признаков связаны с хромосомами,...
-
Обмен белков - Роль белков в организме
Аминокислоты, образовавшиеся после расщепления белков в пищеварительном тракте, всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество...
-
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из органического основания аденина (I), углевода рибозы (II) и трех остатков фосфорной кислоты (III)....
-
Регуляция транскрипции в клетках осуществляется на уровне индивидуальных генов, их блоков и даже целых хромосом. Возможность управления многими генами,...
-
Роль белков в организме - Роль белков в организме
Функции белков в организме разнообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков. Белки -- незаменимый...
-
Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую - с ее реализацией, с обеспечением...
-
Транскрипция и трансляция - Экспрессия генов
У прокариота и эукариота гены представляют собой последовательности нуклеотидов ДНК. На матрице ДНК происходит транскрипция -- синтез комплементарной...
-
Обмен белков в организме человека - Строение, функции и значение белков
Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе...
-
Благодаря постоянному и беспорядочному броуновскому движению молекул воды [4] две идентичные по всем параметрам биомолекулы (БМ) способны не только...
-
Строение, свойства и функции - Роль белков в организме
"Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое, без сомнения, является наиболее важным из всех известных веществ живой природы, и без...
-
Введение - Роль белков в организме
Нормальная деятельность организма возможна при непрерывном поступлении пищи. Входящие в состав пищи жиры, белки, углеводы, минеральные соли, вода и...
-
Классификация белков - Роль белков в организме
Белки подразделяются на две большие группы: простые белки, или протеины, и сложные белки, или протеиды. При гидролизе протеинов в кислом водном растворе...
-
Непременным компонентом вирусной частицы является какая-либо одна из двух нуклеиновых кислот, белок и зольные элементы. Эти три компонента являются...
-
Понятие ген - Перспективная наука геномика
Структурной и функциональной единицей генома является ген. Ген контролирует развитие определенного признака или свойства организма. Совокупность генов...
-
Теория оперона - Регуляция экспрессии генов у прокариот
На основании генетических исследований индукции в-галактозидазы, участвующей в клетках E. coli, в гидролитическом расщеплении лактозы, Франсуа Жакоб и...
-
Белким -- высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединенных в цепочку пептидной связью. В живых организмах...
-
Одним из представителей РОФ третьего эшелона является Цп - исключительно активный гликопротеин 2 - глобулиновой фракции сыворотки крови человека и высших...
-
Фагоциты как центральное звено неспецифической защиты организма На современном этапе развития медицинской науки иммунофагоцитарная система...
-
Сшивки с белками - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
При наличии на поверхности носителя функциональных групп, способных вступать в химические реакции с функциональными группами фермента с образованием...
-
Азотистое равновесие - Строение, функции и значение белков
Азотистое равновесие - это соотношение между количеством азота, содержащегося в принятой пище, и количеством азота, выведенного из организма. Если обе...
-
Инсулин, строение, биосинтез - Биохимия поджелудочной железы
1. Инсулин получил название от наименования панкреатического островка (лат. insula - островок). 2. Немного истории: В чистом виде инсулин был получен в...
-
Обмен белков - Питательные вещества
После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество...
-
Введение, Белки - Анализ пищевых веществ, необходимых для организма человека
Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8 %), Он постоянно расходует эти...
-
Именно броуновское движение органических молекул в водной среде является причиной не только самоорганизации БС, но и их самовосстановления....
-
Роль трансформации при литической инфекции - Строгие постулаты Коха
Согласно общепринятым взглядам, способность вируса вызывать заболевание - это всего лишь побочный эффект работы механизмов, лежащих в основе размножения...
-
Экспрессия генов - Экспрессия генов
Экспрессия генов -- это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный...
-
Отцом генной инженерии считается чешский монах Грегор Мендель, экспериментировавший с генами душистого горошка более 150 лет назад. Для новой и...
Этапы биосинтеза белка, Транскрипция - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков