Презентация Матричные биосинтезы онлайн

Содержание слайда: Матричные биосинтезы

Содержание слайда: Матричные биосинтезы При биосинтезе белков и нуклеиновых кислот матрицей служат нуклеиновые кислоты. Матрица в ходе матричного синтеза не расходуется и может использоваться многократно.

Содержание слайда: Существует три основных типа матричных биосинтезов. Биосинтез ДНК (репликация ДНК) с использованием в качестве матрицы уже существующих молекул ДНК. Биосинтез РНК на матрице ДНК (транскрипция). Биосинтез белков с использованием в качестве матрицы и-РНК (трансляция).

Содержание слайда: Основной постулат молекулярной биологии

Содержание слайда: Генетическая организация генома млекопитающих Гаплоидный геном каждой клетки представлен 3,5*10 парами оснований и состоит из 23 пар хромосом. Это достаточно для кодирования 1,5 мм пар генов. В организме около 100 000 белков. Это означает, что большая часть геномной ДНК не кодируется.

Содержание слайда: ДНК генома делят на: Уникальные (неповторяющиеся) последовательности ДНК. Они кодируют белки. Повторяющиеся последовательности ДНК. Составляют 20-30% генома. Высоко повторяющиеся последовательности транскрипционно неактивны.

Содержание слайда: Строение ДНК Молекула ДНК среднего размера имеет длину 4 см. содержит 150 000 000 нуклеотидных пар. Общая длина ДНК в 23 парах хромосом человека 1,5 м. Первичная структура ДНК характеризуется видовой специфичностью

Содержание слайда: Первичная структура ДНК: порядок чередования дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Мононуклеотиды связаны 3`-5` -фосфодиэфирными связями.

Содержание слайда: Вторичная структура ДНК: Двойная спираль, которая удерживается за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями.

Содержание слайда: Хроматин – комплекс белка с ядерной ДНК. 2/3 хроматина –белки. 1/3 хроматина – ДНК. в хроматине содержится до 10% РНК. Белки, связывающиеся с ДНК делятся на 2 группы: гистоны, негистоновые белки.

Содержание слайда: Уровни организации хроматина

Содержание слайда: Уровни организации хромосомы

Содержание слайда: Гистоны Молекулярная масса 20 000. Хроматин содержит 5 типов гистонов: Н2А, Н2В, Нз,Н4 (нуклеосомные гистоны), Н1. Нуклеосома - фрагмент ДНК, взаимодействующий с комплексом гистонов.

Содержание слайда: Гистоны Н1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз.

Содержание слайда: Гистоны

Содержание слайда: Негистоновые белки регуляторные белки, белки, участвующие в матричном биосинтезе.

Содержание слайда: Строение РНК Первичная структура РНК: порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов в полинуклеотидной цепи. Вторичная структура РНК: За счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями образуются спирализованные петли – «шпильки».

Содержание слайда: Гибридизация Данный метод применяют для изучения видовой специфичности нуклеиновых кислот. Метод основан на способности ДНК к денатурации при нагревании (80-90) и ренатурации при последующем охлаждении.

Содержание слайда: Репликация воспроизведение (удвоение) молекул ДНК в процессе деления клетки. процесс синтеза дочерней ДНК на матрице ДНК. Структура дочерней ДНК аналогична родительской ДНК.

Содержание слайда: Функции ДНК сохранение генетической информации, воспроизведение генетической информации, реализация генетической информации,

Содержание слайда: Механизм репликации ДНК– полуконсервативный. В каждой дочерней молекуле одна нить является старой, а другая – вновь синтезированной.

Содержание слайда: Постулаты Корнберга (1955 г) Для синтеза ДНК нужны нуклеозидтрифосфаты. Реакция идёт только в присутствии уже готовой ДНК, выполняющей роль матрицы. Поскольку в молекуле ДНК нуклеотидные остатки образуют пары А-Т и Г-Ц, в реакции расходуются одинаковые количества dАТФ и ТТФ (стехиометричекий коэффициент m), dГТФ и dЦТФ(стехиометричекий коэффициент n) Требуется набор ферментов (реплисома).

Содержание слайда: Синтез нуклеиновых кислот происходит в ядре и митохондриях

Содержание слайда: Этапы репликации. Инициация репликации. Инициация репликации происходит в нескольких точках хромосомы. Точки инициации репликации- ориджины репликации.

Содержание слайда: Во время миграции репликативной вилки происходит разделение цепей родительской ДНК с участием ДНК-хеликазы.

Содержание слайда: Далее действует раскручивающий белок.

Содержание слайда: ДНК-полимераза α катализирует синтез короткого (до 10 нуклеотидов) олигонуклеотида, то есть праймера, с которого начинается синтез ДНК. ДНК-полимераза α катализирует синтез короткого (до 10 нуклеотидов) олигонуклеотида, то есть праймера, с которого начинается синтез ДНК. Затем на конец одной цепи присоединяется ДНК-полимераза δ (дельта). Расположение оснований в двух нитях не только комплементарно, но и антипараллельно.

Содержание слайда: Элонгация репликации – репликация обеих материнских цепей ДНК и связывание друг с другом фрагментов новообразованных цепей ДНК. Обе дочерние молекулы сохраняют связь с родительской. Хромосома имеет форму вилки. Обе цепи реплицируются одновременно, хотя имеют разное направление. Рост дочерних цепей должен происходить в противоположных направлениях. Синтез новых цепей идёт в направлении от 5`- к 3`- концу . На одной репликативной вилке синтезируются непрерывная нуклеотидная цепь, на другой – фрагменты Оказаки, которые потом соединяются ДНК-лигазой. Элонгация завершается отделением праймеров, формированием дочерней цепи ДНК.

Содержание слайда: Элонгация репликации

Содержание слайда: После завершения репликации происходит метилирование нуклеотидных остатков вновь образованных цепей ДНК. После завершения репликации происходит метилирование нуклеотидных остатков вновь образованных цепей ДНК. На каждом конце хромосомы присутствует специфическая нуклеотидная последовательность (GGG ТТА-теломерная ДНК). Это нужно для сохранения генетической информации. С каждым клеточным циклом ДНК хромосом будет последовательно укорачиваться.

Содержание слайда: Теломераза обеспечивает восстановление недореплицированных 5`-концов.

Содержание слайда: Схема удлинения 3`-конца ДНК с помощью РНК-содержащего фермента теломеразы.

Содержание слайда: Ферменты репликации ДНК-топоизомераза (нуклеаза) разрывает цепь ДНК (3`-5`-фосфодиэфирную связь), а в конце репликации зашивает надрезы. ДНК-хеликаза расплетает двойную спираль ДНК. Белки, дестабилизирующие спираль, связываются с одноцепочечной ДНК и предотвращают комплементарное скручивание матричных цепей.

Содержание слайда: ДНК-полимеразы имеют цинк в активном центре, для реакции необходим магний. ДНК-полимераза α синтезирует РНК (праймер, затравка) длиной до 10 нуклеотидов. ДНК-полимераза δ продолжает синтез новой непрерывной цепи в направлении от 5`- к 3`- концу (лидирующая цепь). ДНК-полимераза α и ε ведут синтез фрагментов Оказаки на отстающей цепи. Каждый фрагмент Оказаки состоит из 100 нуклеотидов, содержит праймер, который удаляет ДНК-полимераза β. ДНК-лигаза соединяет разрывы отстающей цепи ДНК.

Содержание слайда: Механизм действия ДНК-полимеразы

Содержание слайда: Расположение ферментов репликации

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репарация ошибок и повреждений ДНК Молекула ДНК подвергается спонтанным (ошибки репликации) и индуцированным повреждениям (УФО, радиация, химические вещества). Снижение активности ферментов репарации приводит к накоплению повреждений (мутаций) в ДНК.

Содержание слайда: Деградация и репарация ДНК Дефектная область одной цепи ДНК может быть исправлена по неповреждённой комплементарной цепи. Одноцепочечные разрывы ДНК, вызванные ионизирующей радиацией, может быть репарированы прямым лигированием или рекомбинацией.

Содержание слайда: Ферменты репарации ДНК-N-гликозидазы обнаруживают и удаляют повреждённые основания ДНК. ДНК-инсертаза присоединяет основания к дезоксирибозе. Эндонуклеаза определяет повреждения и гидролизует 3`-5`-фосфодиэфирную связь. Экзонуклеаза находит место разрыва цепи и удаляет повреждённый участок. ДНК-полимераза β достраивает повреждённую нуклеотидную цепь. ДНК-лигаза соединяет неповреждённый и вновь синтезированный участки цепи ДНК.

Содержание слайда: Репарация ДНК по механизму вырезания нуклеотидов

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Синтез ДНК на матрице РНК (обратная транскрипция) Фермент обратная транскриптаза (ревертаза, РНК-зависимая ДНК-полимераза) был обнаружен в 1970 году Балтимором и Теминым.

Содержание слайда: Обратная транскриптаза Сначала синтезирует РНК-ДНК-гибрид. Затем фермент РНКаза Н удаляет РНК-цепь, оставшаяся ДНК-цепь служит матрицей для синтеза второй цепи ДНК. Возникает двухцепочечная ДНК-копия, содержащая информацию, первично представленную в виде РНК-генома ретровируса.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Транскрипция- синтез РНК на матрице ДНК.

Содержание слайда: т-РНК ЦЦА конец соответствует месту присоединения АМК, Псевдоуридиновая петля обеспечивает связывание аминоацил-тРНК с поверхностью рибосомы. Дигидроуридиновая петля – место для узнавания специфического кодона. Антикодон – специфичен и комплементарен кодону м-РНК. Минорные основания в антикодоне играют роль в гибкости считывания согласно гипотезе неоднозначности соответствия.

Содержание слайда: Структура т-РНК

Содержание слайда: Синтез идёт из нуклеозидтрифосфатов. Синтез идёт из нуклеозидтрифосфатов. В синтезе участвует ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Синтез РНК идёт в направлении от 5`к 3`-концу. Фермент присоединяется к участку ДНК (промотору). На матрице ДНК комплементарно строится полирибонуклеотид, являющийся копией первичной структуры ДНК.

Содержание слайда: Промотор РНК-полимераза связывается с одной цепью нативной молекулы ДНК в определённой точке (промоторе), вызывая расплетение двойной спирали, где и происходит синтез. РНК-полимераза I участвует в синтезе пре-рРНК. РНК-полимераза II - в синтезе пре-мРНК. РНК-полимераза III - в синтезе пре-тРНК.

Содержание слайда: Транскрипция- биосинтез матричных РНК.

Содержание слайда: Экспрессия генов (поток генетической информации) Экспрессия генов (поток генетической информации) включает транскрипцию и трансляцию. Отличия транскрипции от репликации: не требует синтеза праймера, использует не всю молекулу ДНК, а отдельные её сегменты, требует наличия одной из цепей ДНК в качестве матрицы, которая полностью сохраняется, при транскрипции транскрибируются отдельные гены или группы генов, а при репликации кодируется вся родительская ДНК.

Содержание слайда: м-РНК переносит информацию от ДНК в ядре до цитоплазмы, где она соединяется с рибосомами и служит матрицей, на которой происходит синтез белка, короткоживущая, локализована в ядре и цитоплазме, одноцепочечная, комплементарна одной из цепей ДНК

Содержание слайда: Расположение функциональных участков на молекуле м-РНК

Содержание слайда: В транскрипции различают три фазы инициация, элонгация, терминация. Элонгация идёт в направлении от 5`- к 3`- концу антипараллельно матричной цепи ДНК. Активация промотора происходит с помощью белкового фактора – ТАТА. Транскриптон - участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации. У эукариотов в состав транскриптона входит один ген.

Содержание слайда: Процесс транскрипции

Содержание слайда: Посттранскрипционный процессинг- ферментативные превращения транскриптов, после чего они стают активными. Процессинг включает: кэпирование, сплайсинг, полиаденилирование, метилирование.

Содержание слайда: Посттранскрипционный процессинг м-РНК

Содержание слайда: Кэпирование присоединение остатка 7-метилгуанозина к 5`- концу молекулы и-РНК, что защищает РНК от ферментативного распада.

Содержание слайда: Полиаденилирование присоединение фрагментов АА УАА к 3`- концу и-РНК в ядре или цитоплазме. Это облегчает выход и-РНК из ядра и замедляет гидролиз в цитоплазме.

Содержание слайда: Сплайсинг генов В ядре происходит сплайсинг генов – ферментативное присоединение одного гена или части гена к другому, а также процесс удаления интронов и соединения экзонов при синтезе м-РНК.

Содержание слайда: Механизм сплайсинга

Содержание слайда: Эукариотические гены имеют фрагментарное строение: они состоят из нескольких значащих участков (экзонов), разделённых нетранслируемыми вставками (интронами). Эукариотические гены имеют фрагментарное строение: они состоят из нескольких значащих участков (экзонов), разделённых нетранслируемыми вставками (интронами). Экзон – участок гена, транскрипт которого оказывается в зрелой м-РНК. Он кодирует участок цепи белка. Интрон – вставочная последовательность в гене, которая транскрибируется, но вырезается до трансляции.

Содержание слайда: Система экзонов и интронов в гене

Содержание слайда: Сплайсосома координирует сплайсинг. Сплайсосома- комплекс малых ядерных РНК и белков (малых ядерных нуклеопротеинов). Сплайсосома координирует сплайсинг. Сплайсосома- комплекс малых ядерных РНК и белков (малых ядерных нуклеопротеинов). Регуляторные сигналы при транскрипции Энхансеры повышают уровень транскрипции. Силансеры ослабляют уровень транскрипции. Энхансеры и силансеры – участки в нетранскрибируемых последовательностях генома. Рибозимы катализируют сам сплайсинг.

Содержание слайда: Контроль на уровне транскрипции

Содержание слайда: Посттранскрипционная модификация т-РНК у т-РНК на 3`-конце формируется акцепторный участок, а в средней части молекулы – антикодон.

Содержание слайда: Посттранскрипционная модификация пре-рРНК В ходе посттранскрипционной модификации пре-рРНК и связывания со специфическими белками образуется рибосома.

Содержание слайда: Рибосомы – нуклеопротеиды. Рибосомы характеризуют по скорости их седиментации в центрифужном поле, которая количественно выражается константой седиментации S , выражаемой в единицах Сведберга. 80 S – рибосомы эукариот. Они содержат равное количество белка и РНК. 70 S - рибосомы прокариот. Соотношение РНК : белок = 2:1.

Содержание слайда: Рибосома состоит из двух субчастиц (30 S + 50 S). В меньшей субъединице содержится 20 белков. В большей содержится 30 белков. На большой субъединице находятся 2 центра: А и Р.

Содержание слайда: Структура субчастиц рибосом

Содержание слайда: Полисома объединяет 4-5 рибосом вместе с м-РНК.

Содержание слайда: Генетический код – способ записи информации об аминокислотах с помощью нуклеотидов.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Свойства генетического кода. Триплетность. Одна АМК кодируется тремя нуклеотидами. Вырожденность. Несколько кодонов кодируют одну и ту же АМК. Однозначность и специфичность. Каждому кодону соответствует одна АМК. Неперекрываемость. Отсутствие знаков препинания. Считывание триплетов идёт без пропусков. Универсальность. Среди 64 кодонов – 3 кодона нонсенс (УАГ, УАА, УГА) бессмысленные. Неоднозначность соответствия в считывании кодонов. Строгая комплементарность в двух первых буквах кодона, в случае же третьей буквы это необязательно.

Содержание слайда: Аминоацил-тРНК-синтетазы имеют три центра связывания: для АМК, для т-РНК, для АТФ.

Содержание слайда: Активация аминокислоты Требуется: аминокислота, т-РНК, АТФ, ионы магния, кодазы.

Содержание слайда: Активация аминокислоты

Содержание слайда: Схема образования аминоацил-тРНК

Содержание слайда: Трансляция – синтез белка на матрице РНК. ДНК – код АТГ, и-РНК – кодон УАУ, т –РНК – антикодон АУГ.

Содержание слайда: Этапы трансляции инициация, элонгация, терминация.

Содержание слайда: Инициация Инициирующий кодон – АУГ. Рост цепей идёт с N-конца. Синтез начинается с N-формилметионина. Необходимые компоненты: рибосомы, инициирующий кодон, инициаторная аминоацил-тРНК, факторы инициации (IF1, IF2, IF3), ГТФ, ионы магния.

Содержание слайда: Процесс формилирования предотвращает участие аминогруппы АМК в образовании пептидной связи и обеспечивает синтез белка в направлении от аминогруппы к карбоксильной. Процесс формилирования предотвращает участие аминогруппы АМК в образовании пептидной связи и обеспечивает синтез белка в направлении от аминогруппы к карбоксильной. IF3 первым связывается с малой субъединицей рибосомы. IF3 обеспечивает узнавание участка на м-РНК, куда присоединяется формилметионин-тРНК. IF1 способствует связыванию формилметионин-тРНК с малой субъединицей рибосомы и присоединению к ней м-РНК. IF2 способствует объединению большой и малой субчастиц.

Содержание слайда: Образование инициаторного комплекса Осуществляется путём присоединения белковых факторов, формилметионин-тРНК, ГТФ к малой субчастице рибосомы, к которой комплементарно антикодону присоединяется м-РНК, при участии кодона АУГ. После присоединения 50S субчастицы рибосома становится функционально активной.

Содержание слайда: Расположение функциональных центров на малой и большой субчастицах рибосомы

Содержание слайда: Элонгация трансляции Необходимо: т-РНК, АМК, ГТФ, ионы магния, рибосомы, факторы элонгации, м-РНК

Содержание слайда: Формилметионин-тРНК поступает сначала на А-центр, а потом на Р-центр. Формилметионин-тРНК поступает сначала на А-центр, а потом на Р-центр. Участок А получает другую АМК. Для этого необходим ГТФ. Рибосома делает «шаг» по м-РНК на один кодон. Формилметионин переходит на А-участок с Р-участка. На А-участке происходит синтез пептидной связи под влиянием пептидилтрансферазы. Рибосома перемещается на один кодон. Дипептид вновь переносится на Р-участок под влиянием пептидилтранслоказы. На А-участок поступает третья АМК. При перебросе в участок А дипептида образуется трипептид.

Содержание слайда: Элонгационный цикл

Содержание слайда: Реакция транспептидации

Содержание слайда: Главное событие транслокации – перемещение пептидил-тРНК Главное событие транслокации – перемещение пептидил-тРНК из А в Р-участок рибосомы. Антикодон тянет за собой кодон матрицы, приводя к перемещению матрицы на один триплет относительно рибосомы.

Содержание слайда: Для синтеза одной пептидной связи Для синтеза одной пептидной связи нужно 4АТФ: 2 АТФ - на активацию АМК и 2 ГТФ - на включение АМК т-РНК в А-центр и транслокацию.

Содержание слайда: Терминация Необходимы: рибосомы, факторы терминации (3), м-РНК, терминирующие кодоны УАГ, УАА, УГА. От рибосомы отделяется белок, т-РНК, м-РНК. м-РНК распадается до рибонуклеотидов.

Содержание слайда: Терминация трансляции

Содержание слайда: Синтез митохондриальных белков 2% клеточной ДНК находится в митохондриях. Белки, синтезируемые в митохондриях, нерастворимы и участвуют в организации структуры митохондрий.

Содержание слайда: Посттрансляционная модификация формирование третичной и четвертичной структур – фолдинг (участвуют шапероны), ограниченный протеолиз. присоединение коферментов, простетической группы, гликозилирование, метилирование, гидроксилирование, фосфорилирование, образование дисульфидных связей.

Содержание слайда: Ингибиторы белкового синтеза 50% антибиотиков являются ингибиторами белкового синтеза, 20% - антибиотиков ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот. Репликацию нарушают антибиотики, химические яды, вирусы.

Содержание слайда: Ингибиторы репликации Антибиотики (новобиоцин, митомицин) Аналоги азотистых оснований и нуклеозидов (5-бромурацил, 5-фтордезоксиурацил) Алкилирующие агенты (иприт) Мутагены (уретан, гидроксиламин, азотистая кислота и др.)

Содержание слайда: Ингибиторы синтеза нуклеотидов применяются при лечении лейкозов, опухолей, вирусных заболеваний. Они прекращают репликацию ДНК и деление клеток.

Содержание слайда: Аналоги нуклеозидов (ИДУ) применяют при лечении вирусных гепатитов. ИДУ отличаются от тимидина лишь тем, что у 5 углеродного атома метильная группа заменена на атом йода. Блокируется синтез ДНК.

Содержание слайда: Аметоптерин структурный аналог фолиевой кислоты, ингибирует дегидрофолатредуктазу, конкурирует с фолиевой кислотой за фермент, так как структурно похож на неё, но коферментом быть не может. Он ингибирует перенос одноуглеродных остатков, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, содержащихся в клетках белой крови и тем самым снижает их число, резко повышенное при ряде форм острого лейкоза.

Содержание слайда: Ингибиторы транскрипции Антибиотики Аналоги нуклеозидов (кордицепин, цитозинарабинозид) Алкалоиды (винкристин, винбластин – противоопухолевые препараты) Яды и токсины

Содержание слайда: Ингибиторы трансляции Антибиотики. Тетрациклин тормозит связывание аминоацил-тРНК с А-центром в рибосоме. Эритромицин тормозит активность пептидилтранслоказы в процессе трансляции, Хлоранфеникол ингибирует пептидилтрансферазу. Яды и токсины (дифтерийный токсин, токсины грибов).

Содержание слайда: Действие антибиотиков на белковый синтез

Содержание слайда: Влияние облучения на синтез белков Наиболее чувствительны ткани в состоянии митоза (костный мозг, эпителий кишечника). Наиболее устойчивы - клетки ЦНС. Если повреждаются соматические клетки, то они гибнут или укорачивается срок их жизни. В половых клетках изменения передаются по наследству.

Содержание слайда: При облучении активируется СРО гибель клетки, мутации, торможение деления.

Содержание слайда: Действие на репликацию мутации типа делеции, нарушается связь ДНК с гистоновыми и негистоновыми белками, хромосомные аберрации, тормозится репарация ДНК.

Содержание слайда: Влияние облучения на транскрипцию. подавление активности ферментов транскрипции, нарушение процессинга РНК. Влияние облучения на трансляцию. тормозится сборка инициаторного комплекса, происходит сборка белка с изменённой первичной структурой, появляются функционально неполноценные белки.

Содержание слайда: Мутации – разнообразные изменения генома. Мутагены – вещества, вызывающие изменения в генах. Обычно зародыш с изменёнными генами организм матери отторгает (выкидыши составляют 15% исходов беременностей). Каждый человек несёт в геноме рецессивные мутации. Наследственные заболевания среди новорожденных составляют 4-6%.

Содержание слайда: Действие мутагенов

Содержание слайда: Точечные мутации – в ДНК изменён один нуклеотид. Транзиция – изменение последовательности нуклеотидных пар. АТ ГЦ. Трансверсия (перевёрты). АТ ТА. Вставка нуклеотидов. Делеция – выпадение нуклеотидов.

Содержание слайда: Антимутагены в-каротин, витамины А, С, Е, селен (чеснок, макароны, молоко, морские продукты).

Содержание слайда: Генная инженерия – прикладное направление молекулярной генетики, исследующее возможности и способы создания лабораторным путём генетических структур и наследственно изменённых организмов. Генная инженерия подготавливает переход медицины на новый, более высокий уровень её развития и расширяет возможности профилактики и лечения многих заболеваний человека.

Содержание слайда: Цели генной инженерии Генетическая модификация микроорганизмов для увеличения количества и улучшения качества изначально вырабатываемого данным организмом продукта. Перенос генов млекопитающих и человека в микроорганизмы (бактерии, дрожжи) для синтеза с их помощью специфических белков (гормонов, вакцин, интерферона, ферментов). Генетическая модификация высших растений для увеличения их продуктивности. Генетическая модификация соматических клеток человека с наследственными заболеваниями.

Содержание слайда: Достижения генетической инженерии С помощью бактерий синтезирован соматотропин, инсулин. Воспроизведён синтез E. Coli человеческого а-интерферона. Получена безопасная вакцина против ящура.

Содержание слайда: Синтез инсулина Синтез инсулина при помощи методов генной инженерии