 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Этапы биосинтеза ДНК - инициация, элонгация, терминация, роль ДНК-полимераз
1-й этап - инициация:
· Топоизомераза I - ослабляет суперспирализацию ДНК
· Белок Rep Хеликаза - раскручивает ДНК в репликационной вилке
· SSB - связывается с одноцепочечной ДНК в репликативной в илке для предотвращения образования двойной спирали
· Праймаза (РНК-полимераза) - синтезирует РНК-затравку
2-й этап – элонгация:
· ДНК-полимераза III - п олимераза, катализирующая репликацию
· ДНК-полимераза I - удаляет РНК-затравку, заполняя пробел
· ДНК лигаза - к атализирует образование 3 - 5 -фосфодиэфирной связи, с оединяя фрагменты Оказаки
3-й этап – терминация: когда исчерпана ДНК-матрица и репликация прекращается
· Топоизомераза II - разделяет ДНК после репликации
11. Биосинтез РНК, его регуляция, роль РНК-полимераз. Процессинг РНК, его биологическое значение. Альтернативный сплайсинг. Регуляция экспрессии генов иммуноглобулинов. Молекула ДНК, хранящая генетическую информацию, непосредственного участия в синтезе белка не принимает, но с нее по мере необходимости считывается информация, то есть специфические участки ДНК копируются (транскрибируются) в виде РНК с последующей трансляцией в полипептидную цепь белка. Транскрипция, как и репликация ДНК, - эндоэргический процесс, сопряженный с использованием нуклеозидтрифосфатов в качестве субстратов и источников энергии. ТРАНСКРИПЦИЯ - это синтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Принципы транскрипции:
1. Комплементарность.
2. А нтипараллельность.
3. Униполярность.
4. Беззатравочность.
5. Асимметричность
РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК. Рост цепи РНК идет только в направлении 5‘-3'. Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в поли- или олигонуклеотидной затравке. Транскрипция осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. Эукариотические клетки обычно содержат три различных типа РНК-полимераз:
· РНК-полимераза-1 катализирует синтез РНК с коэффициентом седиментации 45S, кото-рая является предшественником трех различных рибосомных РНК (28S рРНК, 18S рРНК, 5,8S рРНК).
· РНК-полимераза-2 синтезирует гяРНК (гетероядерные), которые служат предшественниками мРНК (матричной) и мяРНК (малоядерной).
· РНК-полимераза-3 транскрибирует гены, кодирующие тРНК, 5S РНК и некоторые мяРНК
Субстратами для РНК-полимераз служат рибонуклеозид-трифосфаты (активированные нуклеотиды). Весь процесс транскрипции осуществляется за счет энергии макроэргических связей актвированных нуклеотидов. Механизм синтеза РНК по многим свойствам напоминает синтез ДНК. Для работы РНК-полимеразы необходимы:
- Матрица. Роль матрицы, как правило, выполняет двуцепочечная ДНК.
- Субстраты. Необходимы все четыре рибонуклеозид трифосфата АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ.
- Ионы двухвалентных металлов. Обычно это ионы Mg2+.
Схема синтеза РНК может выглядеть следующим образом:
аАТФ + bГТФ + cЦТФ + dУТФ à РНК + (a+b+c+d) пирофосфат.
Синтез молекулы РНК идет в направлении 5’à 3’ с перемещением фермента по матрице в направлении 3’à 5’. Механизм соединения нуклеотидов под влиянием РНК-полимеразы подобен синтезу ДНК и заключается в нуклеофильной атаке внутреннего фосфата очередного рНТФ 3’-ОН группой на конце растущей цепи. Необратимость реакции связана с гидролизом пирофосфата, высвобождаемого в реакции синтеза РНК.
Однако существует и ряд особенностей в синтезе РНК. РНК-полимераза не нуждается в затравочном олигонуклеотиде (праймере), включает в синтезируемую цепь РНК рибонуклеотиды, вместо дезоксирибонуклеотидов, перемещается значительно медленнее по матрице (приблизительно 50-100 оснований/сек для РНК против около 1000 оснований/сек для ДНК). Точек инициации транскрипция намного больше чем у репликации. Число молекул РНК-полимераз в клетке намного больше, чем ДНК-полимераз. Наконец, точность полимеризации РНК - намного ниже, чем ДНК. Это допустимо, так как дефектные молекулы РНК могут быть просто удалены и взамен синтезированы новые «правильные» молекулы. Транскриптон (оперон) - единица транскрипции.
Синтез молекул РНК начинается в определенных местах ДНК, называемых промоторами и завершается в терминаторах. Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции - транскриптон (оперон у прокариот). В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК, в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК.
Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения.
2 коротких консервативных участка последовательностей, расположенных на расстоянии 35 нуклеотидных пар в сторону 5’ конца от начала транскрипции (область -30 на рис.) и на расстоянии 10 нуклеотидов в ту же сторону (область -10). АТ богатый участок области -10 получил название ТАТА бокса или Прибнов бокса. Считается, что эта последовательность может быть легко денатурирована РНК-полимеразой и является удобным местом начала транскрипции.
Первый шаг в транскрипции - связывание РНК-полимеразысДНК, с последующим перемещением к инициирующему участку ДНК. Поиск промотора РНК-полимеразой начинается (на рисунке этап 1) с неспецифического связывания фермента с ДНК, и последующего перемещения по ДНК, без диссоциации до достижения последовательности промотора, с которым фермент связывается со значительно более высоким сродством. Этому способствует фактор, потому что базовый фермент имеет одинаковое сродство к любой последовательности ДНК.
Первоначальное взаимодействие РНК-полимеразы и промотора образует закрытый комплекс, цепь ДНК в этом комплексе не раскручена.
РНК-полимераза раскручивает несколько пар оснований ДНК, от приблизительно -10 до -1, образуя открытый промоторный комплекс, названный так потому, что в нем цепи ДНК открыты, или раскручены, фермент готов начать синтез цепи РНК.
После синтеза первых 10 нуклеотидов, субъединица отделяется от комплекса транскрипции, и дальнейший процесс транскрипции катализируется базовой (коровой) полимеразой (см. рисунок, шаги 5 и 6). Хотя и субъединица покинула фермент, элонгирующий комплекс является довольно устойчивым. Элонгация, таким образом, продолжается до заключительного этапа.
Во время элонгации (см. рисунок выше, шаги 5 и 6), коровый феремент перемещается по двуцепочечной матрице ДНК, одновременно раскручивает ДНК, копируя одноцепочечную матрицу ДНК с образованием транскрипта (вновь синтезируемая РНК). Фермент скручивает матрицу позади 3 ' конца растущей цепи РНК.
В областях окончания транскрипции происходит диссоциации РНК-полимеразы и ДНК.
Процессинг РНК
Кэпирование и полиаденилирование иРНК называется процессингом ( посттранскрип-ционной модификацией).
Кэпирование:
К 5 ' концу всех эукариотических иРНК присоединяется во время процессинга остаток 7-метилгуанозина с образованием уникальной 5 'à 5 ' фосфодиэфирной связи. Этот дополнительный нуклеотид получил название кэп или колпачек.
Функции кэпа:
1. он защищает РНК от экзонуклеаз
2. помогает связыванию молекулы мРНК с рибосомой.
Полиаденилирование:
3'-конец также модифицируется сразу после завершения транскрипции. Специальный фермент – полиаденилат-полимераза присоединяет к 3'-концу каждого РНК-транскрипта от 20 до 250 остатков адениловой кислоты (поли(А)). Полиаденилатполимераза узнает специфическую последовательность AAУAAA, отщепляет от первичного транскрипта небольшой фрагмент в 11-30 нуклеотидов и затем присоединяет поли(А) последовательность. Принято считать, что такой "хвост" способствует последующему процессингу РНК и экспорту зрелых молекул мРНК из ядра.
По мере участия иРНК в процессах трансляции, длина полиА фрагмента уменьшается. Критическим для стабильности считается 30 адениловых нуклеотидов.
Вся совокупность ядерных транскриптов РНК-полимеразы II известна как гетерогенная ядерная РНК (гяРНК).
Все 3 класса РНК транскрибируются с генов, которые содержат интроны (неинформативные участки) и экзоны (участки ДНК, несущие информацию). Последовательности, кодируемые интронами ДНК, должны быть удалены из первичного транскрипта до того, как РНК станет биологически активной. Процесс удаления копий интронных последовательностей получил название сплайсинга РНК.
Сплайсинг РНК катализируется комплексами белков с РНК, известными как «малые ядерные рибонуклеопротеидные частицы» (мяРНП, англ. small nuclear ribonucleic particles, snRNP).Такие каталитические РНК носят название рибозимов.
Функции интронов:
· защищают функционально активную часть генома клетки от повреждающего действия химических или физических (лучевых) факторов
· позволяет при помощи так называемого альтернативного сплайсинга увеличить генетическое разнообразие генома без увеличения числа генов.
Альтернативный сплайсинг:
В результате изменения распределение экзонов одного транскрипта во время сплайсинга возникают различные РНК и следовательно различные белки.
Известны уже более 40 генов, транскрипты которых подвергаются альтернативному сплайсингу. Например, транскрипт гена кальцитонина, в результате альтернативного сплайсинга дает РНК, которая служит матрицей для синтеза кальцитонина (в щитовидной железе) или специфического белка, отвечающего за вкусовое восприятие (в мозге). Еще более сложному альтернативному сплайсингу подвергается транскрипт гена -тропомиозина. Были идентифицированы по крайней мере 8 различных тропомиозиновых иРНК, полученных из одного транскрипта (см рис)
Регуляция экспрессии генов иммуноглобулинов См. Белки-5, вопрос №1.5
12. Патология обмена азотистых оснований и НК. Нарушения процессов репарации ДНК и их последствия. Причины возникновения и основные клинические проявления оротацидурии, ксантинурии, синдрома Леша-Нихана и подагры. Очень высокая концентрация мочевой кислоты (образуются при распаде пуринов) в крови ведет к довольно распространенной группе болезней, называемых подагрой. Частота подагры зависит от страны и составляет около 3/1000. Подагра - группа патологических состояний, связанных с заметно повышенными уровнями урата (мочевой кислоты) в крови (в норме 3-7 мг/100 мл). О величине растворимого уратного пула можно судить по содержанию урата натрия в сыворотке крови. Когда этот показатель превышает растворимость урата натрия в сыворотке (гиперурикемия), образуются кристаллы. Содержание урата натрия в сыворотке крови при 37°С составляет 2—6 мг%. Кристаллы могут отлагаться в мягких тканях, особенно в суставах или вокруг них. Эти отложения уратов называются «узлами». Накопление кристаллов урата натрия в тканях, их фагоцитоз полиморфно-ядерными лейкоцитами в суставной щели могут вызывать резкую воспалительную реакцию— острый подагрический артрит. Хронический подагрический артрит приводит к деформации сустава.
Ниже приводится таблица, указывающая на возможные причины нарушения обмена пуриновых нуклеотидов
| Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов. | |||
| Болезнь | Дефект | Природа дефекта | коментарий |
| Подагра | ФРПФ синтетаза | Увеличение активности фермента из-за повышенный Vmax | Повышенное образование Гиперурикемия |
| Подагра | ФРПФ синтетаза | Фермент устойчив к торможению продуктами | Гиперурикемия |
| Подагра | ФРПФ синтетаза | Фермент имеет высокое сродство к рибоза-5-фосфату (снижение Km) | Гиперурикемия |
| Подагра | ФРПФ синтетаза | Потеря способности к торможению по типу обратной связи | Гиперурикемия |
| Подагра | ГГФРТa | Частично дефектный фермент | Гиперурикемия |
| Синдром Леша-Нихана | ГГФРТ | Отсутствие фермента | См. выше |
| ТКИД | АДАb | Отсутствие фермента | См. выше |
| Иммунодефицит | ПНФc | Отсутствие фермента | См. выше |
| Почечно каменная болезнь | АФРТd | Отсутствие фермента | 2,8-дигидрокси- адениловый почечный литиаз |
| Ксантинурия | Ксантиноксидаза | Отсутствие фермента | Гипоурикемия и ксантиновый почечный литиаз |
| Боллезнь Гирке | Глюкозо-6-фосфатаза | Отсутствие фермента | См. выше |
| аГипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансфераза; bаденозин дезаминаза; cпуриновая нуклеотидфосфорилаза; daденозин фосфорибозил трансфераза ТКИД- тяжелый комбинированный иммунодефицит |
Причинамиповышения могут быть нарушения функции трех основных ферментов обмена пуринов (см. рисунок).
ФРПФ –синтетазы: дефекты в структуре этого фермента могут приводить к потере его чувствительности к торможению по типу обратной связи пуриновыми нуклеотидами. Тем самым, увеличивается образование пуриновых нуклеотидов и как следствие - чрезмерный синтез мочевой кислоты.
Синдром Леша—Найхана (полное отсутствие ГГФРТ) наследуется как сцепленный с X-хромосомой рецессивный признак. Болезнь характеризуется корковым параличом, сопровождающимся хореоатетозом, судоргами, стремлением к члено-вредительству и тяжелой гиперурикемией. В моче наблюдается образование камней мочевой кислоты. Матери больных детей гетерозиготны в отношении ГГФРТазной недостаточности, у них часто обнаруживается гиперурикемия, но без неврологических симптомов. Частичная недостаточность ГГФРТазы, вызванная мутациями соответствующего гена, встречается и у мужчин. Для таких больных характерна тажелая гиперурикемия, не сопровождающаяся существенными неврологическимими нарушениями
Недостаточность ксантиноксидазы, вызванная либо генетическим дефектом, либо тяжелым поражением печени, приводит к гипоурикемии и увеличение экскреции оксипуринов — гипоксантина и ксантина. При тяжелой недостаточности ксантиноксидазы у пациентов часто развивается ксантинурия и образование ксантиновых камней.
Поиск по сайту: