Шпаргалка "Молекулярная биология"

 

 

 

 

51. Особенности транскрипции эукариот.

Единицей транскрипции у эукариот является отдельный ген, а не оперон, как у прокариот.

Оператор, как таковой, отсутствует. Промотор есть, но он организован иначе.

На расстоянии -25 п.н. от +1 нукл. находится ТАТА-бокс. Его позиция  определяет точку инициации транскрипции. А на расстоянии -60-80 п.н. находится  ЦААТ-бокс, который не является абсолютно необходимым, но присутствует перед большинством генов.

Расстояние между ЦААТ и ТАТА большое и РНК-полимераза не способна накрыть всю эту область. 
ЦААТ опознается своим белком, а ТАТА - своим.

Помимо этих есть еще несколько  белков, называемых базальными факторами  транскрипции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53. Кенирование. Полиаденилирование.

Процессинг (созревание) rРНК и tРНК у эукариот принципиально не отличается от такового у прокариот.

Процессинг mРНК отличается сильно и состоит из нескольких этапов.

1. Кепирование 100% mРНК

2. Полиаденилирование ~95% mРНК

3.Сплайсинг ~95% mРНК. Сплайсингу подвергаются только полиаденилированные mРНК.

4.Редактирование  
Показано лишь для нескольких mРНК.

Все стадии процессинга mРНК происходят в РНП-частицах (рибонуклеопротеидных комплексах.

По мере синтеза про-mРНК, она тут же образует комплексы с ядерными белками - информоферами.

И в ядерные, и в цитоплазматические комплексы mРНК с белками (информосомы) входят sРНК.

Таким образом, mРНК не бывает свободной от белков.

На всем пути следования до завершения трансляции mРНК защищена от нуклеаз. Кроме того, белки придают ей необходимую конформацию.

Определение: полисома - комплекс mРНК с несколькими или многими рибосомами.

В составе информосом mРНК может жить от нескольких минут до нескольких дней, не подвергаясь действию нуклеаз. (Так, mРНК живут неделями в ооцитах, предшественниках яйцеклеток).

Кепирование - надевание "шапочки".

"Сар" представляет собой метилированный ГТФ, присоединенный в необычной позиции 5'-5' и две метилированные рибозы в первых двух нуклеотидах mРНК.

По мере образования про-mРНК (еще до 30-ого нуклеотида), к 5'-концу, несущему пуринтрифосфат, присоединяется гуанин, после чего происходит метилирование

Назначение "Сар" 1. Защита 5'-конца mРНК от действия экзонуклеаз.

2.За счет узнавания  "Сар"-связывающими белками происходит правильная установка mРНК на рибосоме.

Полиаденилирование Когда синтез про-mРНК завершен, то на расстоянии примерно 20 нуклеотидов в направлении к 3' - концу от последовательности 5'-AAУAA-3' происходит разрезание специфической эндонуклеазой и к новому 3'-концу присоединяется от 30 до 300 остатков АМФ (безматричный синтез).

Каждый вид  mРНК имеет "поли-А хвост" определенной длины. Он защищает 3'-конец от гидролиза, т.к. покрыт полиА-связывающими белками.

В значительной степени  время жизни mРНК коррелирует с длиной полиА-хвоста.

mРНК ряда генов не полиаденилируется (например гистоновых генов).

Полиаденилированные про-mРНК подвергаются сплайсингу.

 

 

 

 

 

 

 

 

54. Сплайсинг. В 1978г. Филипп Шарп (Массачусетский технологический институт) открыл явление сплайсинга РНК (от англ. to splace - сшивать без узлов).

Определение: экзоны - кодирующие участки генов.

Определение: интроны - некодирующие участки генов.

На долю интронов приходится в 5-7 раз больше нуклеотидных пар, чем  на долю экзонов. Количество экзонов  в гене больше, чем интронов.

Определение: сплайсинг - вырезание копий интронов из про-mРНК и сшивание копий экзонов с образованием mРНК.

Копии интронов гидролизуются  до нуклеотидов.

Сплайсинг показан для  большинства mРНК и некоторых tРНК. У простейших найден автосплайсинг rРНК. Сплайсинг показан даже для археобактерий.

Не существует единого  механизма сплайсинга. Описано по крайней мере 5 разных механизмов.

В ряде случаев сплайсинг  осуществляют ферменты-матюразы.

В некоторых случаях в  процессе сплайсинга участвуют sРНК.

В случае автосплайсинга процесс  происходит благодаря третичной  структуре про-РНК.

Для mРНК высших организмов существуют обязательные правила сплайсинга:

Правило 1. 5' и 3' концы интрона очень консервативны: 5'(ГT-интрон-AГ)3' .

Правило 2. При сшивании копий экзонов  соблюдается порядок их расположения в гене, но могут быть выброшены  некоторые из них.

Представление об интроне, как  пустой, ничего не кодирующей последовательности, неверно.

Некоторые интроны кодируют ферменты-матюразы, вырезающие копии  этих интронов.

На вопрос, зачем эукариотическим  геномам экзон - интронная структура, можно ответить только в единичных  случаях.

 

 

 

 

55. Альтернативный  сплайсинг mРНК кальцитонинового гена у млекопитающих (крыса).

Во всех клетках есть кальцитониновый  ген, но в клетках щитовидной железы он экспрессируется в виде гормона кальцитонина, а в клетках гипофиза - нейропептида CGRP (пептида, имеющего отношение к гену кальцитонина).

Ген один, а белки получаются разные в результате сплайсинга mРНК и процессинга полипептидов.

В клетках других тканей этот ген не экспрессируется.

Сплайсинг осуществляется белковыми  комплексами - сплайсосомами, в которых  помимо ферментов, вырезающих и сшивающих  участки про-mРНК, имеются белки, придающие про-mРНК нужную конформацию, и несколько sPНК.

Сплайсосома непосредственно  связана с ферментами, занимающимися полиаденилированием.

 

 

 

 

 

 

 

52. Энхансеры. Сайленсеры. Полисома.

 

Определение: базальные факторы транскрипции - белки, необходимые для инициации  транскрипции.

Базальные факторы транскрипции необходимы для инициации транскрипции всеми тремя ядерными РНК-полимеразами.

Для любого гена, кодирующего белок, есть энхансеры (усилители).

Определение: энхансеры - последовательности ДНК, усиливающие  транскрипцию при взаимодействии со специфическими белками.

Энхансеры - это  не непрерывные последовательности нуклеотидов.

Существуют так  называемые модули - это отдельные  части энхансеров.

Одинаковые модули могут  встречаться в разных энхансерах.

Для каждого энхансера  набор модулей уникален.

Модули - это короткие последовательности, не более 2-х витков спирали (20 п.н.), которые  могут находиться перед, за и даже внутри гена.

Таким образом, М1+М2+М3+М4 - один энхансер, но он состоит из 4-х модулей.

Все 4 модуля узнаются своими белками, а они, сидя на ДНК, взаимодействуют  друг с другом.

Если в клетке присутствуют все соответствующие белки, то участку  ДНК придается определенная конформация  и начинается синтез mРНК.

Все соматические клетки многоклеточного  эукариотического организма имеют  абсолютно одинаковый набор генов. Почему же клетки дифференцированы и  специализированы?

Дело в том, что все  гены работают на фоновом уровне и  не имеют фенотипического проявления.

Экспрессируются лишь те гены, у которых все энхансерные  модули узнаны своими белками и эти  белки взаимодействуют друг с  другом.

Кроме энхансеров есть сайленсеры (ослабители).

Определение: сайленсеры - последовательности ДНК, ослабляющие транскрипцию при взаимодействии с белками.

При соответствующем наборе белков экспрессия отдельных генов  в клетке может быть подавлена.

 

56. Автосплайсинг. Автосплайсинг открыт Томасом Чеком (США) в 1982 году.

Он работал с инфузорией Tetrаchymenа thermophyla.

У этой инфузории образуется 35S про-rРНК длиной 6400 нуклеотидов.

Без участия дополнительных соединений белковой природы из этой про-rРНК вырезается внутренний участок длиной в 414 нуклеотида.

Два экзона сшиваются с  образованием 26S rРНК.

Единственное требование - определенная концентрация ионов  магния.

Про-rРНК имеет третичную структуру и обладает каталитичекой активностью.

Впервые было показано, что  каталитической активностью обладают не только белки.

Определение: РНК-зимы - РНК с каталитической активностью.

Сегодня описано несколько  десятков РНК-зимов.

 

 

57. Малые РНК. sРНК обнаружены в количестве 103-105 копий на клетку.

Поскольку в большинстве  случаев эти РНК обогащены  урацилом, они называются U1, U2...

Их размер от 100 до 300 нукл.

Все они кодируются в ядре, но работают как в ядре (small nuclear - SN), так и в цитоплазме (small cytoplasmic - SC).

SNURPS - РНП (рибонуклеопротеидные  комплексы) в ядре. snРНК входят в состав РНП, участвующих в полиаденилированиии и сплайсинге.

SCURPS - РНП в  цитоплазме. Входят в состав информосом.

Малая РНК U4 присутствует в  комплексах, участвующих в полиаденилировании.

Если получить антитела к  белкам, связывающимся с U4, то не происходит полиаденилирования и сплайсинга.

При красной волчанке (аутоимунном заболевании) вырабатываются антитела к белкам комплекса с U4.

Гистоновая mРНК не полиаденилируется потому, что sРНКU7, которая комплементарна 3'-концу гистоновой mРНК, защищает ее от полиаденилирования.

Малые РНК U1, U2, U4, U5, U6 входят в состав сплайсосомы.

 

 

6. Упорядоченность биологических систем и обмен энергией с окружающей средой

Первый закон термодинамики  — закон о сохранении энергии, согласно которому энергия не может  появляться или исчезать и переходит  из одной формы в другую. Живая  клетка как раз и представляет собой систему, в которой постоянно происходит преобразование, или Трансформация, Одних форм энергии в другие, и прежде всего энергии внешних источников во внутренние энергетические ресурсы самой клетки.

Второй закон термодинамики  утверждает, что в изолированной  системе самопроизвольно могут  идти только те процессы, в результате которых степень неупорядоченности, или энтропия1, возрастает, и система переходит из менее вероятного в более вероятное состояние.

В то же время очевидно, что все живые системы организованы сложным образом — множество атомов собраны в чрезвычайно сложные молекулы, а молекулы — в исключительно точные структуры. При этом живая клетка демонстрирует удивительную стабильность и, поддерживая свой внутренний порядок, координирует в пространстве и во времени множество реакций и процессов.

С термодинамической точки  зрения поддержание внутренней организации  возможно благодаря постоянному  поступлению в клетку энергии  извне, часть которой выделяется в окружающее пространство в виде тепла. Тепловая энергия усиливает хаотичное движение молекул. Выделяя тепло, клетка тем самым компенсирует внутреннюю упорядоченность, повышая энтропию окружающей среды. Постоянная потеря тепла требует ввода в клетку энергии, отличной от тепловой. Растения используют для этой цели поглощенную световую энергию, а животные — энергию, выделяемую при окислении органических молекул.

7. Основные особенности организации биологических систем

Биологические системы различаются  по степени сложности своей организации. Друг относительно друга биосистемы выстраиваются по уровням сложности  и при этом включены одна в другую, по принципу «матрешки». В то же время  биосистема любого уровня достаточно обособлена и целостна.

Биосистемы разной степени сложности  – представляют собой структурные  уровни организации жизни, среди  которых выделяют следующие: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. Дадим их краткую характеристику.

Уровни организации живой  природы

1. Молекулярный. Любая система состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов. С этого уровня начинаются процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ, передача наследственной информации и др. На молекулярном уровне проходит граница между живой и неживой природой.

2. Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свойства живых систем только в клетках живых организмов.

3. Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных по происхождению и строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции.