Шпаргалка по "Биологии"

Белковые транс-факторы: белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов.

 

35. Особенности строения  промоторов генов эукариот. Базальные  факторы транскрипции и их роль в инициации транскрипции.

Промотор — участок ДНК, с  которым связывается ДНК-пол, и  который заканчивается точкой +1 (точка начала транскрипции).

Промотор прокариот:

3'___________________________________________5'

5'______-35___________-10____________+1_______3'

           TTGACA            TATAAT                  CAT

Промотор эукариот:

3'__________________________________________  5'

5'____-300/-100_____-100/-50_____-25___+1______3'

                GC                GCAAT      TATAA  

Факторы:

ТВР-фактор (одна из субъединиц TF2D) – распознает ТАТА-бокс;

ТАFs (TBP-ассоциированный фактор) — распознает ТВР;

TF2A — привлекает белок для следующего фактора;

TF2B – имеет 3 активных центра: 1ым свызывается с предыдущим фактором, 2ым со следующим фактором, 3им с РНК-пол

TF2F – обладая геликазной аетивностью, связывается с РНК-пол

TF2E – привлекает следующий фактор

TF2H – обладая коназной активностью, фосфорилирует белок, воздействует на РНК-пол2.

 

36. Цис-регуляторные элементы  эукариотических генов: энхансеры, сайленсеры, инсуляторы (локализация, характеристика, механизмы взаимодеиствия с промоторами генов эукариот).

Энхансер - небольшой участок ДНК, способный связываться с белками (а именно факторами транскрипции), при этом увеличивая уровень транскрипции гена или группы генов. Энхансеру необязательно находиться в непосредственной близости от генов, на которые он действует, и даже необязательно располагаться с ними на одной хромосоме. Энхансеру также нет необходимости располагаться вблизи от сайта инициации транскрипции для того, чтобы влиять на ее уровень. Непосредственное влияние на промотор энхансеры не оказывают, они действуют опосредованно через белки-активаторы. Взаимодействуя с комплексом-медиатором они активируют полимеразу II и общие факторы транскрипции, что ведет к транскрибированию генов. Энхансеры также могут находиться внутри интронов.

Сайленсер — последовательность ДНК, с которой связываются белки-репрессоры (факторы транскрипции). Связывание белков-репрессоров с сайленсерами приводит к понижению или к полной супрессии синтеза РНК ферментом ДНК-зависимой РНК-полимерозой. Сайленсеры могут находиться на расстоянии до 2500 пар нуклеотидов от промотора.

Инсулятор - последовательности ДНК, особые регуляторные элементы, которые обладают способностью блокировать сигналы, исходящие от окружения. Эта функция инсуляторов включает две активности. Во-первых, они блокируют взаимодействие между энхансером и промотором, если находится между ними. При этом инсулятор выполняет только разделительную функцию и не влияет на активность энхансера и промотора. Во-вторых, инсулятор выполняет барьерную функцию для распространяющегося конденсированного хроматина. Показано, что существуют инсуляторы, как выполняющие одну из двух функций, так и обе.

 

37. Роль структуры хроматина в регуляции транскрипции генов эекариот (гетерохроматин, эухроматин). Участие малых интерферирующих РНК в подавлении транскрипции (РНК-интерференция). Метилирование как способ контроля активности генов эукариот.

Важным фактором, влияющим на прохождение промотор-проксимальной паузы, является структура хроматина в районе промотора. образование нуклеосом более чем в 100 раз увеличивает продолжительность транскрипционной паузы. Наиболее активным для транскрипции уровень укладки ДНК все же является нуклеосомный. Нуклеосома состоит из 4 пар гистонов, которые образуют её кор (ядро). Две пары димеров H2A-H2B и тетрамер из 2 пар гистонов H3 и H4. ДНК делает вокруг нуклеосомы 1.75 оборота.  Минимальное количество оснований на нуклеосоме - 146. Кроме того, в организацию нуклеосомной последовательности вовлечён гистон H1. Считается, что он ассоциирован с линкерной ДНК.

РНК-интерференция —  подавление активности генов с помощью молекул микроРНК: одна из цепей микроРНК комплементарна мРНК, и на концах находится по 1му неспаренному нуклеотиду. ПромикроРНК состоит из шпильки и петли. Комплекс ферментов Diser (работая как эндонуклеаза) формирует N микроРНК, которая называется малая интерферирующая РНК (siRNA). Затем комплекс ферментов Risc присоединяется к цепи микроРНК. После присоединения образовавшегося комплекса к мРНК, Risc работает как эндонуклеаза — мРНК деградирует. Если образуется не siRNA, то Risc просто блокирует транскрипцию — мРНК не деградирует.

Метилирование ДНК - это модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК. Заключается в присоединении метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида. Участвует метил-трансфераза. Если происходит метилирование в промоторе, то происходит инактивация транскрипции.

 

38. Процессинг пре-мРНК эукариот и его этапы (сплайсинг, модификация 3'- и 5'-концов мРНК). Роль мяРНК в сплайсинге гяРНК. Структура сплайсосомы.

1. Кэпирование. «Кэп» - метилгуанозин- присоединяется с помощью гуанилинтрансферазы 5'-5' связью к первому нуклеотиду. Последующие кэпируются с помощью метилтрансферазы. Значения: защита 5'конца от разрушения, взаимодействие с рибосомой, возможно,участие в выходе мРНК из ядра.

2. Полиаденилирование. На РНК есть сигнальная пос-ть AAUAAA. После считывания этой пос-ти через 20 нуклеотидов РНК-пол2 разрезает РНК,а polyA-полимераза присоединяет пос-ть из n числа А. Значение: защита 3' конца от разрушения, участие в выходе мРНК из ядра, возможно, участие в сплайсинге.

3. Сплайсинг — вырезание int и сшивание ex.

5'__ex1__GU______int______A__polyPd__AG_____ex2__3'

В вырезании int участвуют рибозимы (это мяРНП = мяРНК + белки). Сплайсосому составляют 5 малоядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) и некоторое количество дополнительных белковых факторов.  Содержащиеся в сплайсосоме мяРНП называются U1, U2, U4, U5 и U6. U1, находящийся на пос-ти GU, присоединяется к остальным, кот находятся на пос-ти AG. Рибозимы активируют транч-сайт А и к нему присоединяется G (из пос-ти GU). Сплаисосома активирует последний нуклеотид ex1,и он разрушает связь между int и ex2.

Зрелая мРНК:

5'G___5'UTR___AUG_____________UAG___3'UTR__AAA3'    

  кэп/нетрансл/старт код/рамка счит/стоп к./нетранс/polyA

39. Конститутивный и  альтернативный сплайсинг. Роль  альтернативного сплайсинга в  регуляции экспрессии генов. Аутосплайсинг рРНК Tetrahymena.

Конститутивный сплайсинг — экзоны сшиваются в разных случаях в одинаковом порядке, давая одинаковые белки. При сплайсинге большей части про-мРНК каждый интрон вырезается в соответствующих 5`-и 3`-сайтах сплайсинга. В результате все экзоны и порядок их расположения в транскрипте сохраняются в зрелой мРНК и образуют непрерывную последовательность

Альтернативный сплайсинг - это образование разных мРНК из одной и той же пре-мРНК, синтезированной с одного гена. Это достигается благодаря комбинированию порядка и количества экзонов. С одного и того же гена синтезируются разные белки.

Аутосплайсинг —  происходит без участия какого-либо фермента, т.е. мРНК сама является катализатором этого процесса. Необходимо лишь наличие ионов Mg и   нуклеотида с G, который разрывает связь между int и ex1, присоединяясь в int. Последний нуклеотид ex1 атакует связь ex2-int.

 

40. Синтез белка в клетке (принципы и этапы трансляции). Активация АК и образование аминоацил-тРНК.

Принципы: матричность и коллинеарность (соответствие триплетов в матрице аминокис-там в белке).

Образ комплекса: 1. Активация АК: от АТР к АК присоединяется АМР вместо ОН, освобождается Р-Р.

2. Присоединение к тРНК: вместо  АМР присоединяется тРНК и  освобождается АМР.

В образовании участвует фермент аминоацил-тРНК-синтетаза, имеющий 3 активных центра.

Этапы трансляции:

1. Инициация. а) диссоциация рибосомы (IF1 и IF3); б) +мРНК; в) +формилметионин в Р-участок рибосомы; г) взаимодействие кодон-антикодон; д) +большая субъединица; е) сброс IF.

2. Элонгация. а)образ комплекса аминоацил-тРНК; б) его доставка в А-участок (Tu и GTP); в) образ пептидной связи (пептидил-трансфераза); г) транслокация рибосомы на 1 кодон (фактор G+GTP); д) регенерация факторов.

3. Терминация.

 

41.Организация рибосом прокариот и эукариот (рибосомные РНК и рибосомные белки). Функциональные сайты рибосомы.

Прокариоты. 70S = малая 30S (16S pPHK и 21 белок) + большая 50s (5S, 23S pPHK и 34 белка).

Эукариоты. 80S = малая 40S (18S pPHK и ≈35 белков) + большая 60S (5S, 5,8S, 28S pPHK и ≈50 белков).

А-участок (аминоацильный) — в нем  находится АК, которую необходимо присоединить к растущему полипептиду.

Р-участок (пептидильный) — в нем  находится растущий полипептид.

Е-участок (exit-сайт) — через него выходит тРНК.

42.Инициация трансляции. Инициирующие кодоны и инициаторные тРНК у про- и эукариот. Факторы инициации трансляции.

1. Малая субъединица (30S) + IF3 (осуществляет диссоциац) + IF1 (блокир А-центр; вспомогат для IF3) => диссоциация рибосомы.

2. +мРНК в малую субъединицу.

3. Взаимодействие комплементарных пос-тей Шайна-Дальгарно (на мРНК за 10 нуклеотидов от стартового кодона) и антиШайна-Дальгарна (на 16S pPHK) — у прокариот; или пос-ть Козак и   пос-ть на 18S pPHK — у эукариот.  

4. Доставка формилметионина-тРНК  в Р-сайт с помощью IF2 и GTP.

*стартовая АК у прокариот — формилметионин, у эукариот — метионин (валин).

5.Взаимодействие кодона мРНК  с антикодоном тРНК.

**стартовый кодон — AUG

***стартовый антикодон —  UAC

6. Присоединение большой субъединицы.

7. Сброс IF.

****У эукариот IF около 15 штук.

 

43. Элонгация. Роль  белковых факторов и 50S субъединицы рибосомы в элонгации. Принципы кодон антикодонового взаимодействия. Терминация трансляции.

Элонгация.

1. образование комплекса аминоацил-тРНК (см. вопр 40).

2. Доставка этого комплекса в А-участок рибосомы с помощью Tu (EF1) и GTP → Tu и GDF.

3. Образование пептидной связи  между АК (участвует пептидил-трансфераза).

4. Транслокация рибосомы на 1 кодон  с помощью фактора G (EF3) и GTP. тРНК выходит из рибосомы через Е-участок.

5. Регенерация Tu фактора и GTP с помощью Ts (EF2).

Терминация.

На мРНК есть стоп-кодоны (UUA, UAG, UGA), которые распознают факторы RF1, RF2 и останавливают синтез белка.

RF3 снабжает энергией другие два фактора.

 

44. Структурная организация  генетического материала вирусов.

По природе вирусы являются автономными  генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вирусы представляют собой микроскопические частицы, состоящие из молекул нуклеиновых  кис-т— (ДНК или РНК, некоторые, например, мимивирусы, имеют оба типа молекул), заключённые в белковую оболочку, способные инфицировать живые организмы.

ДНК-содержащие:

-одноцепочечные линейные (парвовирусы);

-одноцепочечные кольцевые (бактериофаг  М13);

-двуцепочечные линейные (аденовирусы,  герпес-вирусы);

-двуцепочечные кольцевые (папиловирусы)

РНК-содержащие:

-двуцепочечные линейные (реовирусы)

-одноцепочечные линейные:

   ~с позитивным геномом  - вирусная РНК в роли матрицы  (ретровирусы);

     ~с негативным геномом  (грипп, корь).

 

 

 

 

45. Структурно-функциональная организация генома бактерий.

Гены, необходимые для жизнедеятельности  и определяющие видовую специфичность, расположены у бактерий чаще всего  в единственной ковалентно замкнутой  молекуле ДНК — хромосоме. Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены.

Помимо хромосомы, в клетках  бактерий часто находятся плазмиды — также замкнутые в кольцо ДНК, способные к независимой репликации. Они могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях. Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от присутствия лишь у одного вида-хозяина до плазмиды, встречающейся почти у всех грамотрицательных бактерий. В плазмидах кодируются механизмы устойчивости к антибиотикам, разрушения специфических веществ и т.д.

В ДНК бактерий, как и в ДНК  других организмов, выделяются транспозоны — мобильные сегменты, способные перемещаться из одной части хромосомы к другой, или во внехромосомные ДНК. В отличие от плазмид, они неспособны к автономной репликации, и содержат IS-сегменты — участки, которые кодируют свой перенос внутри клетки. IS-сегмент может выступать в роли отдельной транспозоны. Когда хроматин конденсируется с образованием метафазной хромосомы, соленоидные структуры образуют петли диаметром 200 нм, содержащие ДНК длиной 80000 п.о. Петли связаны с остовом из белков (ядерный остов), причем примерно 20 петель образуют минидиски. Большое число минидисковукладывается в стопку, составляя хромосому. Вследствие этого ДНК оказывается свернута настолько плотно, что даже самая маленькая хромосома человека содержит около 50 млн п.о.

 

46. Основные компоненты  хроматина эукариот.

-ДНК

-Гистоновые белки Гистоны (Б) — небольшие, сильно основные белки, ассоциированные непосредственно с ДНК. Они принимают участие в структурной организации хроматина, нейтрализуя за счет положительных зарядов аминокислотных остатков отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что делает возможной плотную упаковку ДНК в ядре.

-Группа негистоновых белков высоко гетерогенна и включает структурные ядерные белки, множество ферментов и факторов транскрипции, связанных с определенными участками ДНК и осуществляющих регуляцию генной экспрессии и других процессов

-РНК

Нуклеосомный уровень организации  ДНК в хроматине. (диаметр 11 нанометров).Образован  белковым кором(он состоит из гистовых белков Н2А, Н2В, Н3,Н4, которые взяты  по два раза) и накрученной нанего нитью ДНК. ДНК образует 1,75 витка, что составляет примерно 146 пар нуклеотидов. Участки ДНК между корами называются линкерными ДНК (50 пар нулеотидов), на которых находятся гистоновые белки Н1. Происходит укорочение ДНК в 6 раз.

 

47. Уровни компактизации  ДНК в хроматине.

1. Нуклеосомный (диаметр 11 нанометров). Образован белковым кором (он состоит из гистовых белков Н2А, Н2В, Н3,Н4, которые взяты по два раза) и накрученной на него нитью ДНК. ДНК образует 1,75 витка, что составляет примерно146 пар нуклеотидов. Участки ДНК между корами называются линкерными ДНК (50 пар нулеотидов), на которых находятся гистоновые белки Н1. Происходит укорочение ДНК в 6 раз.

2. Нуклеомерный. Диаметр 30 нанометров. Нуклеосомная нить укладывается в спираль за счет взаимодействия белков Н1 друг с другом. Структура называется нуклеомерная фибрилла.

3.Доменно-петлевой. Нуклеомерная нить укладывается в петли при помощи негистоновых белков, диаметр 300.

4. Метафазная хромосома. Диаметр 700 нанометров.