КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ - НФАУ
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ Дисциплина - БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ТЕМА ЛЕКЦИИ: ПЕРЕНОС ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ. БІОСИНТЕЗ БЕЛКА В КЛЕТКАХ. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА. СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 226 ФАРМАЦИЯ, ПРОМЫШЛЕННАЯ ФАРМАЦИЯ Лектор: доц. Сенюк И.В. copyright © 2006 pearson education inc. publishing as benjamin cummings https://www.slideshare.net/Ekaterinazlt/10-39624168
ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Виды переноса генетической информации. 2. Репликация ДНК. Основные этапы репликации. Репарация поврежденной ДНК 3. Транскрипция. Молекулярные основы транскрипции. Процессинг пре- мРНК. 4. Генетический код. 5. Рибосомы, их структура и химический состав. 6. Трансляция. Этапы биосинтеза белка. 7. Посттрансляционные изменения белков. 8. Ингибиторы биосинтеза белков. Механизм действия антибиотиков. Препараты, усиливающие биосинтез белка. 9. Регуляция биосинтеза белков. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ 1. Экзонно-интронная организация генома эукариот. 2. Механизмы регуляции экспрессии генов у эукариот. 3. Молекулярные механизмы и классификация хромосомных мутаций. 4. Современные методы изучения кариотипа человека.
Рекомендованная литература: Основная 1. Біологічна хімія: підручник / за загальною редакцією проф. А.Л.Загайка, проф. К.В. Александрової – Х.: Вид-во «Форт», 2014. – С. 228 – 290. 2. Конспект лекцій. Вспомогательная 1. Губський Ю.І. Біологічна хімія: Підручник. – Київ - Вінниця: Нова книга, 2007. – С. 284-326. 2. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини: Підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2001. –С. 463-490. 4. Біологічна хімія. Тести та ситуаційні задачі: Навч. посібник / За ред. проф. Склярова О.Я. - Львів: Світ, 2006 – 272 с. .. Информационные ресурсы, в т.ч. в сети Интернет 1. Сайт кафедры биологической химии: http://biochem.nuph.edu.ua/ 2. Библиотека НФаУ: e-mail library@nuph.edu.ua 3. Сайт дистанционного обучения http://www.pharmel.kharkiv.edu/
Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации в хаотичной Вселенной определяется генетической информацией, которая реализуется, сохраняется, воспроизводится, а иногда и совершенствуется в четырех генетических процессах: •Репликации (самоудвоении ДНК) •Репарации (исправлении ошибок в ДНК ) •Рекомбинации (изменении сочетания генов в геноме) •Реализации (синтезе РНК и белка) http://riboworld.com/antib/50santirot.php
Эти процессы, в которых создаются и поддерживаются клеточные белки и нуклеиновые кислоты, одномерны: в каждом из них информация, заключенная в линейной последовательности нуклеотидов, используется для образования либо для изменения другой линейной последовательности нуклеотидов (молекулы ДНК или РНК) или линейной последовательности аминокислот (молекулы белка). Поэтому генетические события проще для понимания, чем большинство других клеточных процессов, связанных с выражением информации, которую несут в себе сложные трехмерные поверхности белковых молекул. Быть может, именно благодаря этой относительной простоте генетических механизмов мы знаем и понимаем их гораздо лучше, чем большую часть других событий, происходящих в клетке.
http://uoitbiology12u2014.weebly.com/dna-history.html https://profiles.nlm.nih.gov/CC/A/A/L/P/_/ccaalp_.jpg Ф.Мишер О. Эвери http://mamahelp.com.ua/articles/geneticheskaya-diagnostika-v-reproduktivnoj-meditsine/
http://www.cosmicnoise.it/o/items/show/467 http://cienciasdejoseleg.blogspot.com/2014/06/recapitulemos-un-poco-la-historia-del.html М. Уилкинс Э. Чаргафф http://www.theodoraross.com/people/rosalind-franklin/ https://diogenesii.wordpress.com/2014/02/28/february-28-1953-a/ Р. Франклин https://ru.scribd.com/document/203751556/A-Dupla-Helice Дж. Уотсон, Ф. Крик
Особенности организации генома эукариот 1. Экзон-интронная организация (короткие кодирующие участки – экзоны чередуются с длинными некодирующими – интронами) 2. Наличие мобильных генетических элементов (транспозоны) https://lh3.googleusercontent.com/fEiQ_i9WT_8u- 38qby WTzGMjiJgiYbJgMqb7Xvz3ahrIqpAi8tJLpOIJ5zAuvPr6fT7tDw=s85 http://eshop.biogen.cz/sekvenace-nove-generace-exom[1]
Функции интронов 1. «Буфер» от мутаций 2. Возможность альтернативного сплайсинга 3. Кодирование некоторых ферментов сплайсинга http://svitppt.com.ua/biologiya/yakscho-spadkovist-neoptimalna-redaguvannya-transkriptomu-genomu-mozku.html
Геном человека Общая структура ДНК генома: 45-50% - повторяющиеся последовательности 40% - «паразитическая» ДНК 5% - транскрибируемая (экзонная) часть 30 тысяч генов (31780) 40%генов – функции неизвестны 22000 генов – определено 14500 генов - картировано 12% генов – ДНК-связывающие белки https://cazmeister.wordpress.com/2011/07/18/prdm9-the-most-exciting-gene-in-the-genome-si/ 12% генов – сигнальные белки 10% генов – ферменты 3% генов – белки цитоскелета 3% генов – белки клеточной адгезии 1% генов – структурные белки 2700 генов болезней http://biorezonans.3bb.ru/viewtopic.php?id=445&p=19
Репликация ДНК Репликация – это комплементарный синтез ДНК на матрице ДНК, происходящий из нуклеозидтрифосфатов с затратой энергии их макроэргических связей в направлении 5’3’ по полуконсервативному механизму http://www.printablediagram.com/dna-diagrams/
Репликация ДНК в направлении 5' → 3' обеспечивает эффективную коррекцию При таком направлении синтеза каждый нуклеотид сам несет энергию для своего присоединения https://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bind/olbindtransciption.html
Полуконсервативный механизм синтеза ДНК Каждая из новосинтезированных молекул несет одну цепь родительской ДНК, и вторую – комплементарную ей - дочернюю http://www.liche.uk/p/biology-part-1.html
https://studfiles.net/preview/2276460/
Репликация ДНК Ферменты репликации: 1. Геликаза (расплетает двойную спираль), гираза, расплетающие белки 2. Дестабилизирующие белки (препятствуют повторному замыканию) 3. Топоизомеразы (обратимые нуклеазы, решают проблему «кручения») 4. Праймаза (синтезирует РНК-затравку (праймер) на 5’-конце лидирующей цепи и на некотором удалении от 3’-конца отстающей цепи) 5. ДНК-полимераза - осущетсвляет комплементарный синтез цепи ДНК из нуклеозидтрифосфатов в направлении 5’3’ 6. ДНК-лигаза сшивает отдельные фрагменты Оказаки на отстающей цепи в единую цепь
Репликация ДНК праймер топоизомераза https://biology.stackexchange.com/questions/40714/alternatives-to-pcr
Проблема «кручения» http://m.photoviewer.naver.com/blog?listUrl=https%3A%2F%2Fm.blog.naver.com%2FPostView.nhn%3FblogId%3Djesus24968%26logNo%3D220912633980&imgId=5&host=https%3A%2F%2Fm.blog.naver.com%2Fphotoviewer&historyBack=true&blogId=jesus24968&logNo=220912633980#main/5
ДНК-полимераза http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/chemistry/classes_stud/uk/med/biol/ptn/3/11.%20%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%96%20 %D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D1%96%D0%B7%D0%BC%D0%B8%20%D1%80%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D1%96%D0%BA%D0%B0%D1%86%D1%96%D1%97%20%D0%94%D0 %9D%D0%9A.htm
http://slideplayer.com.br/slide/4093138/
http://ingeniuscolombia.com/clases/universidad.html
Теломеры и теломераза Теломераза — фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК (TTAGGG у позвоночных) к 3'- концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках. Теломеры содержат уплотненную ДНК и стабилизируют хромосомы. При каждом делении клетки теломерные участки укорачиваются. https://darkovelcek.wordpress.com/2016/02/19/the-end-of-mad-sin-or-medicine-as-we-call-it/
Метилирование ДНК Мет илирования ДНК - модификация молекулы ДНК без изменения ее нуклеот идной последоват ельност и. Метилирования ДНК Метилирование по остаткам цитозина встречается у всех выключает гены, в которых оно основных группах живых http://slideplayer.com/slide/6137354/ происходит. организмов, но более Метилирование осуществляют: высокий уровень у • Инициирующая метилаза (в эмбриогенезе) эукариот. У человека • Поддерживающая метилаза метилированны около 1% (дифференцированные клетки) ДНК генома. https://www.yumpu.com/en/document/view/36156415/understanding-dna-methylation-gene-silencing http://archive.is/RAvdt
Теломеры та теломераза Теломераза - фермент, который добавляет особые последовательности ДНК (TTAGGG у позвоночных) к 3'- концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в клетке. Теломеры содержат уплотненную ДНК и стабилизируют хромосомы. При каждом делении клетки теломерные участки укорачиваются.
Репарация ДНК Репарация ДНК — способность клеток исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК. Источники повреждения ДНК: 1. Ультрафиолетовое излучение 2. Радиация 3. Химические вещества 4. Ошибки репликации ДНК 5. Дезаминирование 1. Репарирующие эндонуклеазы 2. ДНК-полимераза 3. ДНК-лигаза https://alfa-img.com/show/alternative-nhej-and-nhej.html
Реализация наследственной информации Превращение информации в признаки http://isite.lps.org/sputnam/biology/unit%205%20genetics/dna_prot.jpe
«Центральная догма» молекулярной биологии
РНК-содержащие вирусы (ретровирусы) 1. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации в одноцепочечной РНК. 2. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении. 3. Обратная транскриптаза — фермент, катализирующий синтез ДНК на матрице РНК в процессе, называемом обратной транскрипцией. 4. Обратная транскрипция необходима, в частности, для осуществления жизненного цикла ретровирусов (РНК- содержащих вирусов http://www.mef.unizg.hr/~mtaradi/nastava/imunologija/predavanja/uvodno/prezentacija/retro_v.gif
СХЕМА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА РНК-СОДЕРЖАЩИХ ВИРУСОВ
Прионы Прионы — особый класс инфекционных патогенов, представленных белками с аномальной третичной структурой, не содержащими нуклеиновые кислоты. Прионные болезни возникают в результате структурного изменения нормального https://fermer.ru/blog/750/beshenstvo-97368 поверхностного мембранного белка Прионы являются патогенными и часто заразными. Они вызывают прионную болезнь 1. Болезнь Крейтцфельда–Якоба; 2. Вариантная БКЯ 3. Вариабельная протеаза-чувствительная прионопатия 4. Синдром Герстманна–Штройсслера– Шейнкера Фатальная бессонница 5. Куру http://www2.cedarcrest.edu/academic/bio/hale/bioT_EID/lectures/madcowmoreprions.html
«Центральная догма» молекулярной биологии
http://slideplayer.com/slide/10941591/
Транскрипция Транскрипция – это комплементарный синтез РНК на матрице определенного участка ДНК (гена), происходящий из нуклеозидтрифосфатов с затратой энергии их макроэргических связей, в направлении 5’3’ https://www.slideshare.net/diegogabrielprado/transcripcion-del-gen-biotech2011
Ферменты транскрипции: РНК-полимераза І – синтезирует рРНК РНК-полимераза ІІ - синтезирует пре-мРНК РНК-полимераза ІІІ - синтезирует тРНК http://slideplayer.es/slide/3117662/
РНК-полимераза ІІ В связке РНК-полимеразы участвует α-субъединица и σ-фактор, распознающие элементы ДНК, предшествующих гена. Во время елонгационной фазы транскрипции происходит добавление рибонуклеотидов к цепочке. В этот момент σ-фактор отделяется, что позволяет РНК- полимеразному комплексу начать движение. http://blogchicplanet.blogspot.com/2010/07/i-wanted-to-talk-about-few-of-really.html
Присоединению РНК – полимеразы предшествует расплетание ДНК в особой А/Т-богатой последовательности – ТАТА-боксе РНК-полимераза присоединяется к особой последовательности на ДНК – промотору, определяющему, какая из цепей ДНК – кодирующая для данного гена. http://slideplayer.es/slide/3117662/
Регуляция транскрипции У прокариотов - оперонная организация генома Оперон - функциональная единица организации генома прокариот. В состав оперона входят один или несколько структурных генов. Эти гены отвечают за синтез белков, вовлеченных в одну цепочку биохимических превращений. Так, лактозный оперон кишечной палочки содержит наследственную информацию о трех белках, участвующие в поглощении и расщеплении лактозы.
Гены эукариот имеют более сложное строение. В структурной части генов есть участки, кодирующие наследственную информацию - экзоны, и участки, ее не кодируют - интроны. Количество и расположение интронов специфические для каждого гена. Такое строение структурных генов еукаритотив называется мозаичным. Происходит усложнение и разнообразие регуляторных участков. Перед оператором могут располагаться участки ДНК, влияющие на уровень транскрипции.
Регуляция транскрипции У эукариот – усиление или ослабление экспрессии 1. Энхансеры (усиливают) 2. Сайленсеры (ослабляют) 3. Аттеньюаторы (прерывают) http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/gnw/trrd/db_schema.shtml
Регуляция транскрипции
Сразу по окончании транскрипции РНК соединяются с белками: Пре-мРНК соединяются с белками, осуществляющими их созревание (процессинг), и затем формируют информосомы тРНК (после процессинга) соединяются с белками – факторами инициации (часть метиониновых тРНК) или факторами элонгации (остальные тРНК) рРНК (после процессинга) включаются в состав рибосом
Процессинг (созревание мРНК) 1. Сплайсинг (удаление интронных последовательностей, и соединение экзонных) 2. Кэпирование (с 5’-конца присоединяется кэп – 7- метилгуанозин – отличающий мРНК от других типов РНК 3. Полиаденилирование (с 3’-конца присоединяется полиадениловый «хвост», отличающий сплайсированную мРНК, и необходимый для ее транспорта в цитоплазму http://www.pinsdaddy.com/adding-to-mrna-cap-and-tail_f%7Ch20HakDF6Kf0WKDM0ohssFxiKuiQbz721jjLoGaeU/2
Процессинг (созревание мРНК) Альтернативный сплайсинг http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt25/bio3.htm
CRISPR/Cas - системы CRISPR-clustered regularly interspaced short palindromic repeats CAS- CRISPR associated sequence
CRISPR/Cas - системы
Генетический код Генетический код – способ перевода информации с языка полинуклеотидов на язык полипептидов Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов- триплетом (ДНК), кодоном (РНК) http://helpiks.org/5-30453.html
Свойства генетического кода 1. Вырожденность (каждая аминокислота (кроме триптофана и метионина) кодируется более, чем одним триплетом http://www.myshared.ru/slide/663329/
Свойства генетического кода 2. Неперекрываемость – каждый из триплетов независим друг от друга. Каждый из нуклеотидов кодона читается только один раз. Разница между перекрывающимися и неперекрывающимися триплетами: Неперекрывающийся код Перекрывающийся код 1, 2, 3 – номера триплетов
Свойства генетического кода 3. Непрерывность – в кодировании принимают участие все нуклеотиды. При этом код не имеет сигналов разделения (знаков пунктуации), показывающих начало одного или конец другого триплета. Поэтому приобретает исключительное значение определение начала считывания (рамки). Если будет сбита рамка считывания, это приведет к биосинтезу дефектного белка, что имеет место, например, при действии отдельных антибиотиков на биосинтез белка у микроорганизмов и приводит к их гибели (например, стрептомицин и др.). 4. Специфичность – каждой аминокислоте соответствуют только определенные кодоны, которые не могут кодировать другие аминокислоты. 5. Колинеарность - соблюдается соответствие линейной после- довательности триплетов мРНК и аминокислот в полипептиде. 6. Универсальность - триплеты, кодирующие одну и ту же аминокислоту, имеют одинаковый состав и последовательность для всех организмов (бактерий, растений, животных и человека).
Трансляция Трансляция - матричный синтез белка на рибосомах, с использованием в качестве матрицы мРНК, с затратой энергии ГТФ https://studfiles.net/preview/5624854/page:3/
Структура рибосом Рибосомы являются немембранные органелл клетки, состоящий из рРНК и рибосомных белков (протеинов). Рибосома осуществляет биосинтез белков транслируя с мРНК полипептидную цепь. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/af/Ribosome_mRNA_translation_uk.svg/260px -Ribosome_mRNA_translation_uk.svg.png http://riboworld.com/70s/70index.php
Малая субъединица – связывающая; Большая - каталитическая Рибосомные https://fc.vseosvita.ua/002l0m- a5de/007.jpg РНК Функциональные центры рибосомы https://upload.wikimedia.org/wikipedia/uk/d/de/RNA-binding_sites_in_ribosome.jpg http://slideplayer.com/slide/5669019/
https://www.slideshare.net/PabloCollova/traduccionampsintesisproteinas2013
тРНК Транспортная РНК имеет 3 терминальные нуклеотиды для прикрепления аминокислоты. Ковалентная связь между аминокислотой и РНК катализирует фермент аминоацил- тРНК-синтетазы. Также тРНК в содержит антикодон, что может прикрепляться к трем комплементарных оснований (кодон) в последовательности мРНК.
Образование аминоацил-тРНК Аминоацил-тРНК- синтетазы (АРСазы) – ферменты, абсолютно специфичные по отношению к аминокислотам, и относительно специфичные по отношению к тРНК http://slideplayer.com/slide/7389298/
Этапы трансляции http://riboworld.com/nobel/yonath-hh-images/xxx/original/jmhmpg-50-pRNA-eri-pp-wb.php
ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ http://medicina.med.up.pt/bcm/trabalhos/2005/Biocel_final/main/trad_dna.htm
Инициаторный комплекс – малая субъединица рибосомы, инициаторная (метиониновая) тРНК, мРНК http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt26/bio5.htm
Элонгация Присоединяется очередная аа-тРНК и образуется пептидная связь (пептидилтрансферазная реакция), и перемещение рибосомы (транслокация) http://jpkc.szpt.edu.cn/2007/swhx/Resource_list.asp?typeid=1&ClassID=0&page=62
Транспептидация
Транслокация http://www.foodmate.net/4images/3/4/10138.html
Терминация При достижении стоп-кодона рибосома диссоциирует, освобождая полипептидную цепь http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/376/385232/Media-Portfolio/chapter_26/text_images/FG26_08.JPG
Полирибосома По каждой м РНК движется одновременно несколько рибосом http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt26/bio6.htm http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/376/385232/Media-Portfolio/chapter_26/text_images/FG26_08-01UN.JPG
Регуляция трансляции http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt26/bio6.htm
Посттрансляционная модификация Гликозилирование, фосфорилирование, ограниченый протеолиз и др. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt26/bio7.htm
membrane fusion lysosome secretion mitochondrion golgi START:cytoplasm R.E.R. nucleus
Фолдинг белков • Ферменты фолдинга, или фолдазы. На сегодня открыты два таких белка. • Молекулярные шапероны. Необходимы в стехиометрических количествах, однако в состав конечных продуктов фолдинга не входят. • Шаперонины (обеспечивают формирование третичной структуры) http://slideplayer.com/slide/10899009/
Патологии фолдинга • Многие болезни связаны с неправильным фолдингом. • Первой из таких болезней была описана куру в начале 1950-х годов D. Carleton Gadjusek. Это неврологическое расстройство, встречающееся у аборигенов Новой Гвинеи. • Симптомы куру, что буквально означает "trembling with fear", подобны таковым для скрепи (болезнь овец) и болезни Крейцфельда-Якоба у людей. http://virtuallaboratory.colorado.edu/Biofundamentals-web/lectureNotes-Revision/Topic3-7_Assemblying%20Proteins.htm
Фолдинг белков и прионы • Причина куру, скрепи, болезни Крейцфельда-Якоба заключается в присутствии ненормальной формы нормального белка, называемой прионом. Таким образом мы можем рассматривать прионы как антишапероны. • Идея рассмотрения белков в качестве инфекционных агентов принадлежит Stan Prusiner.
http://www.fisio.cinvestav.mx/posgrado/biologia-celular/lodish/ch04/figure-04-01.jpg
Вещества, влияющие на процессы экспрессии генов
Вещества, влияющие на процессы экспрессии генов http://www.pingrysmartteam.com/2005-2006.htm http://www.pingrysmartteam.com/2005-2006.htm Актиномицин D Рифампицин Хлорамфеникол Пуромицин Тетрациклин
http://riboworld.com/antib/30santib.php
http://riboworld.com/antib/50santirot.php
Мутации случайные, ненаправленные изменения наследственной информации 1. Точечные 1. Делеции 2. Вставки 3. Замены 2. Генные 1. Делеции 2. Инверсии 3. Транслокации 4. Дупликации 3. Геномные 1. Нуллесомии 2. Моносомии 3. Полисомии http://www.creationnisme.com/2009/05/dixargumentsdementis/
http://slideplayer.com/slide/9966892/
Трисомии Синдром Дауна Синдром Шерешевского- Тернера Синдром Клайнфельтера https://public.wikireading.ru/151476 http://modwear.ru/medicine/sindrom-shereshevskogo-ternera-2.html http://enfermedadescromosomicas.blogspot.com/2009/02/
ВИСНОВКИ 1. Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации определяется генетической информацией, реализуемой сохраняемой, воспроизводимой в четырех генетических процессах: репликации, репарации, рекомбинации, реализации (синтезе РНК и белка). 2. Репликация - это комплементарный синтез ДНК на матрице ДНК, что происходит с нуклеозидтрифосфатов с расходом энергии их макроэргических связей в направлении 5 '→ 3' по полуконсервативному механизму. 3. Транскрипция - это комплементарный синтез РНК на матрице определенного участка ДНК (гена), что происходит с нуклеозидтрифосфатов с расходом энергии их макроэргических связей, в направлении 5 '→ 3' . 4. Трансляция - матричный синтез белка на рибосомах, с использованием в качестве матрицы мРНК, с расходом энергии ГТФ5.
Дякую за увагу!
Вы также можете почитать