Презентация Обмен нуклеиновых кислот. Биосинтез белков онлайн

Содержание слайда: Обмен нуклеиновых кислот. Биосинтез белков. Нуклеиновые кислоты – уникальные молекулы. ДНК – хранит наследственную информацию о структуре белков, РНК реализуют ее в процессе синтеза белков. Образование ДНК, РНК и белка осуществляется по механизму матричного синтеза.

Содержание слайда:

Содержание слайда: ИСТОРИЯ открытия нуклеиновых кислот Мишер (1869г.) выделение ДНК из ядерного материала тимуса, селезенки и спермиев. Чаргафф Э. (1951г.) - соотношение пуринов и пиримидинов в ДНК. Уотсон Д., Крик Ф.(1953г.) – модель пространственной структуры ДНК. Жакоб Ф., Моно Ж.(1961г.)– гипотеза оперона, контролирующего синтез белка. Ниренберг М. (1968 г.) – расшифровка генетического кода.

Содержание слайда: Строение нуклеиновых кислот Нуклеиновые кислоты – линейные полимеры, состоящие из нуклеотидов, соединенных 3-5 О-Р-О связями. Нуклеотиды состоят из азотистых оснований (пуринов или пиримидинов), сахаров (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Комплементарные азотистые основания соединяются в ДНК водородными связями Цепи ДНК антипараллельны: 5-ОР и 3-ОН концы.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Пурины и пиримидины Азотистые основания – гетероциклические, плоские структуры, существуют в кето – и энольной форме, образуют производные (метилцитозин, гидроксиметилцитозин, метиламинопурин) Плохо растворимы в воде, разделяются тонкослойной хроматографией, поглощают УФ при 260 нм.

Содержание слайда: Пространственная структура нуклеиновых кислот Первичная структура – последовательность нуклеотидов Вторичная структура – двойная спираль ДНК (А,В,С,Д – переходные конформации); «петлеобразная» структура т РНК Третичная структура -суперспирали, кольцевые структуры.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Внешний обмен нуклеиновых кислот Нуклеопротеины пищи в кислом желудочном соке распадаются на нуклеиновые кислоты и белки. ДНК-аза и РНК-аза поджелудочной железы гидролизуют 3’-5’ О-Р-О связи . Фосфодиэстеразы гидролизуют олигонуклеотиды до 3’и 5’-мононуклеотидов. Нуклеотидазы и фосфатазы гидролизуют мононуклеотиды до нуклеозидов и остатков фосфорной кислоты.

Содержание слайда: Метаболическая роль нуклеотидов Мономеры для синтеза ДНК и РНК Поддержание энергетического гомеостаза АДФ – АТФ (иногда другие нуклеотиды) Участие в синтезе углеводов (УДФ); липидов (ЦТФ) Участие в обезвреживании веществ (УДФ - глю, ФАФС Образование нуклеотидных форм кофакторов (НАД, НАДФН,ФАД, КоА) Образование активной формы метионина (аденозил – S met), диацилглицерола – (ЦДФ-диацилглицерол), холина (ЦДФ – фосфорилхолин). Циклические формы нуклеотидов (цАМФ, цГМФ, цИМФ) – мессенджеры гормонов. Аллостерические эффекторы ферментов.

Содержание слайда: Катаболизм пуринов АМФ аденозин инозин  гипоксантин  ксантин  мочевая кислота ГМФ  гуанозин  гуанин  ксантин  мочевая кислота Ключевой фермент –ксантиноксидаза (ФМН+, Мо2+, Fe2+), конкурентный ингибитор – аллопуринол Только 15% мочевой кислоты распадается до аллантоевой кислоты, NH3 ,CO2 и H2O. Накопление мочевой кислоты – камни мочевыводящих путей; подагра.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Катаболизм пиримидинов ЦМФ  УМФ  урацил ТМФ  тимин Восстановление и гидролиз пиримидинов  раскрытие кольца  NH3, CO2, - аланин,  – аминобутират. Нарушение распада пиримидиннуклеотидов  накопление НТФ в эритроцитах  гемолиз; нарушения нервной системы.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Синтез нуклеотидов Синтез нуклеотидов лимитируется синтезом азотистых оснований de novo. Бьюкенен с помощью меченых атомов показал происхождение атомов в гетероциклах (асп, гли, глн, формил- и метенил - тетрагидрофолат, СО2). Источник фосфата – экзогенный. Источник рибозы – глюкоза (пентозофосфатный шунт).

Содержание слайда:

Содержание слайда: Биосинтез пуринов На основе 5-фосфорибозил -1- пирофосфата строится имидазольное кольцо, затем пуриновое. Общий предшественник пуриновых нуклеотидов – инозинмонофосфат. ИМФ превращается в АМФ и ГМФ 10- 20% аденина и гуанина используются в готовом виде (в эмбриогенезе, у взрослых – в нервной ткани).

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Биосинтез пиримидинов Биосинтез пиримидинов начинается с построения азотистого гетероцикла с участием NH3,,СО2,глу, асп. Общий предшественник пиримидинов оротовая кислота соединяется с 1 –фосфорибозил-5 – пирофосфатом , образуя ОМФ УМФ. УМФ + глн  ЦМФ. Тимидиловый нуклеотид (для ДНК) образуется только на базе дезоксирибозы из dУДФ или dЦДФ.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Образование нуклеозидтрифосфатов АМФ + АТФ  2АДФ ГМФ + АТФ  ГДФ + АДФ ГДФ + АТФ  ГТФ + АДФ УМФ + АТФ –> УДФ + АДФ УДФ + АТФ  УТФ + АДФ Реакции катализируются нуклеозидфосфокиназами

Содержание слайда: Синтез дезоксинуклеотидов Все нуклеотиды образуются с участием фосфорибозилпирофосфата. Дезоксирибонуклеотиды образуются при восстановлении рибозы до дезоксирибозы в составе готовых нуклеотидов (НДФ). Ферменты: рибонуклеотидредуктаза (Fe2+), тиоредоксин редуктаза (SH, NADFH).

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Реакция матричного синтеза. Удвоение цепей ДНК, матрицей служит каждая из одноцепочечных последовательностей «материнской» ДНК. Репликация связана с S- периодом клеточного цикла (подготовка клетки к делению). Механизм репликации – комплементарность, полуконсервативность. Результат - образуются двухроматидные хромосомы, число хромосом не увеличивается..

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Этапы: инициация, элонгация, терминация синтеза и созревание дочерней цепи (метилирование). Репарация ошибок и повреждений. В репликации участвует большое количество белков-регуляторов и комплекс ферментов : топоизомеразы, хеликазы, ДНК – полимеразы , , ДНК – лигаза)

Содержание слайда: Репликация ДНК Этап инициации: Сигналом начала репликации служат белковые факторы роста (модифицирующие регуляторные белки?) Формирование одноцепочечных матриц: топоизомераза «разрезает» сахарофосфатный остов, хеликаза «расплетает» двойную спираль, топоизомераза восстанавливает О-Р-О связь. Формируется репликативная «вилка», стабилизирутся одноцепочечные участки (SSB – белки)

Содержание слайда: Репликация ДНК Механизм реакции: Субстратами служат дезоксинуклеозидтрифосфаты 3-ОН группа дезоксирибозы (рибозы) производит нуклеофильную атаку атома Р в поступающем нуклеотиде. Оставшийся пирофосфат спонтанно гидролизуется. Полимеразная реакция (образование одной О-Р-О связи) потребляет энергию гидролиза двух макроэргических связей.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Этап элонгации: Направление синтеза 5 3 ДНК – полимераза синтезирует«затравку» (РНК- праймер) из 8-10 рибонуклеотидов. ДНК – полимераза к РНК – праймеру присоединяет 50 дезоксинуклеотидов. Основной синтез ведет ДНК – полимераза  Н - связи между комплементарными основаниями возникают раньше, чем фосфодиэфирные между нуклеотидами

Содержание слайда: Репликация ДНК Реплицируются одновременно обе одноцепочечные матрицы (53) Одна (лидирующая) цепь реплицируется непрерывно, вторая (отстающая) – фрагментами, против движения репликативной вилки. Каждый фрагмент создается ДНК-полимеразой РНК-праймер) и достраивается ДНК-полимеразой . ДНК-полимераза  отщепляет РНК-овые праймеры и застраивает бреши ДНК-овыми нуклеотидами. ДНК-лигаза «сшивает» фрагменты, катализируя реакцию между 3-ОН и 5-ОР концами (механизм, отличный от полимеразной реакции).

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Скорость репликации огромна, т.к. реакция идет в нескольких местах одновременно – ориджины репликации. Сайты репликации, ограниченные двумя ориджинами – репликонами. В ориджинах идет двунаправленная репликация до встречи репликонов (модель катящихся колец)

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК ДНК- полимеразы иделают 1 ошибку на 105 - 106 нуклеотидов (ДНК-полимераза  ошибается чаще). Полимеразы способны редактировать свои ошибки, обладая кроме полимеразной еще двумя видами гидролазной активности (экзо- и эндонуклеазной). Поэтому фермент узнает ошибочно встроенные нуклеотиды и удаляет их.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Ошибки в ДНК (мутации) возникают спонтанно (ошибки репликации, дезаминирование нуклеотидов, депуринизация ДНК и т.д.) Индуцируются мутагенными факторами (физическими, химическими). Например, димеризация тимина под влиянием УФО.

Содержание слайда: Репликация ДНК Комплекс ферментов репарации узнает и вырезает поврежденные и химически измененные нуклеотиды, ДНК-полимераза  встраивает комплементарные нуклеотиды (если матрица сохранна!), ДНК-лигаза сшивает 3-ОН и 5-ОР концы.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Репликация ДНК Количество раундов репликации ДНК (а значит число возможных делений клетки) зависит от длины теломерных участков на концах хромосом ( -GGGTTA -)n. После каждого раунда репликации теломерные участки укорачиваются (нет фермента, способного достраивать цепь 35 на месте удаленного 5”- праймера) В активно пролиферирующих клетках фермент теломераза (РНК –зависимая) синтезирует теломерные повторы. Последовательность РНК служит матрицей для синтеза теломерных участков.

Содержание слайда: Репликация ДНК Созревание молекулы ДНК: Через несколько минут после завершения репликации происходит метилирование аденина (в –GATC- участках) и цитозина ( в –GC-) в дочерней цепи. До метилирования дочерняя цепь отличается от материнской и в ней могут быть репарированы ошибки. Фермент метилтрансфераза (SAM) СН3 группы не препятствуют репликации, но необходимы для регуляции транскрипции и формирования хромосом.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Ингибиторы репликации Антибиотики (дауномицин, доксорубицин, рифампицин, актиномицин Д) способны встраиваться (интеркаляция) между основаниями ДНК, ингибируя ее матричную активность. Мелфалан алкилирует ДНК, препятствуя репликации. Налидиксовая кислота, новобиоцин, номермицин – ингибиторы ДНК-гираз у прокариотов и топоизомераз у эукариотов.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Транскрипция Считывание информации с ДНК-матрицы на РНК, синтез тРНК, иРНК, рРНК с помощью одной полимеразы (у прокариотов) или трех (у эукариотов). Не связана с определенным этапом клеточного цикла. Предшествует трансляции – синтезу белка.

Содержание слайда: Транскрипция Механизм РНК – полимеразной реакции тот же, что и ДНК – полимеразной, направление синтеза 53, (субстратами служат нуклеозидтрифосфаты, аденину ДНК комплементарен урацил в РНК). РНК-полимераза не требует «затравки». РНК – полимераза не редактирует свои ошибки. У прокариотов РНК-полимераза синтезирует все виды РНК, у эукариотов РНК-полимераза I синтезирует т РНК, II – м РНК, III – р РНК. РНК-полимераза – олигомерный белок из 5 субъединиц (2  Причем, субъединица – одинакова для всех полимераз и отвечает за связывание с промотором.

Содержание слайда: Транскрипция В ДНК – матрице выделяют транскиптоны. Участки, ограниченные промоторами и сайтами терминации, между которыми 1 структурный ген у эукариотов или несколько – у прокариотов. В каждом транскрипте есть информативные (экзоны) и неинформативные (интроны) сайты. в соответствии с таковыми в ДНК – матрице.

Содержание слайда: Транскрипция 3 стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация. Инициация синтеза начинается с «узнавания» полимеразой промоторного сайта (не менее 25 нуклеотидов от начала матрицы). Промотор (примерно 40 нуклеотидов) ограничен -TATA- и –CAAT- боксами, узнаваемых соответствующими белками – регуляторами начала транскрипции.

Содержание слайда: Инициация транскрипции Для формирование транскрипционной вилки (раскручивание одного витка спирали ДНК-матрицы) к ТАТА-боксу присоединяется белковый фактор ТАТА РНК-полимераза начинает синтез пре-РНК, после присоединения 8-10 нуклеотидов  субъединица фермента (узнающая промотор) отсоединяется.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Элонгация транскрипции Белковые факторы элонгации обеспечивают расплетение ДНК перед продвижением РНК-полимеразы и восстановление двойной спирали позади нее. Растущий РНК-транскрипт образует временную гибридную (РНК-ДНК) молекулу.

Содержание слайда: Терминация транскрипции При достижении РНК - полимеразой сайта терминации белковый фактор терминации освобождает пре-РНК из комплекса с ДНК – матрицей. К РНК – полимеразе может вновь присоединяться  – субъединица и фермент вновь начнет транскрипцию с соответствующего промотора.

Содержание слайда: Созревание РНК-транскриптов Процессингу (созреванию) подвергаются все виды РНК (и, т, р). А) Ковалентная модификация 5- и 3- концов пре-РНК Б) Сплайсинг (вырезание интронных последовательностей)

Содержание слайда: Ковалентная модификация иРНК Гуанилил-трансфераза присоединяет ГДФ к 5- ОР концу (5-О-Р-О-5 связь), 5 – кэпирование происходит еще на стадии элонгации. 5 - кэп охраняет молекулу от действия экзонуклеаз, способствует инициации трансляции. Метилтрансфераза образует N7- гуанин – CH3. Поли - А – полимераза многократно (100-200 раз) аденилирует 3-ОН конец, что будет продлевать существование транскрипта в цитоплазме. Все 3 фермента образуют комплекс с РНК-полимеразой II, работают только с претранскриптом иРНК.

Содержание слайда:

Содержание слайда: СПЛАЙСИНГ иРНК Сплайсинг: образование зрелой мРНК: Вырезание интронных последовательностей (ограниченных AGGU- и - GAGG- последовательностями) с помощью комплекса малых ядерных РНК и белков. Формируются сплайсосомы: узнаются последовательности, вырезаются и сшиваются экзоны. Альтернативный сплайсинг (из одного предшественника – разные зрелые мРНК) Длина пре-иРНК – 5000 нуклеотидов, длина мРНК 500- 3000 нуклеотидов.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Процессинг первичных транскриптов тРНК РНК - аза отщепляет нуклеотиды с 3 – ОН конца до 3 – АCC или присоединяет нуклеотиды до образования на 3 – ОН конце АCC триплета. Модификация оснований (в зрелых тРНК много минорных оснований- метилгуанина, дигидроуридина). Удаление интрона и формирование антикодона в большой петле (длина первичного транскрипта 100 нуклеотидов, зрелых т РНК – 70 – 90). Сколько видов тРНК в клетке? Чем они отличаются дуг от друга?

Содержание слайда:

Содержание слайда: Созревание рибосомальных РНК Образуется множество первичных транскриптов 5 S и 45 S. 45 S транскрипт в ходе сплайсинга образует 18 S, 5,8 S и 28 S. В комплексе с белками эти РНК в цитоплазме образуют большие и малые субъединицы рибосом. Сколько видов рибосом в клетке?

Содержание слайда: Ингибиторы транскрипции Рифампицин связывается с - субъединицей РНК –полимеразы, ингибируя образование первой фосфодиэфирной связи в транскрипте, на уже начавшийся синтез не влияет.

Содержание слайда: Трансляция Перевод генетической информации с кодонов мРНК на аминокислотную последовательность белка (экспрессия гена). Генетический код: триплетный, линейный, неперекрывающийся, специфический, универсальный, избыточный. Соответсвие кодонов и аминокислот было расшифровано с помощью синтеза пептидов на искусственных полирибонуклеотидах (ААА-ААА лиз – лиз). М. Ниренберг и Г. Маттеи

Содержание слайда: Трансляция Что необходимо для синтеза белка? 20 аминокислот м РНК Рибосома АТФ, ГТФ Белковые факторы регуляции инициации, элонгации и терминации. 20 аминоацил- т РНК-синтетаз 50 т РНК (одна т РНК способна связываться с несколькими кодонами м РНК – эффект «качания»)

Содержание слайда: Узнавание и активация аминокислот в цитоплазме Специфическая для каждой аминокислоты аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует реакцию в два этапа: Образование аминоациладенилата и перенос аминоацила на 3-ОН группу т РНК. Фермент совершает 1 ошибку на 1300 аминокислот (редактирует свою работу), т. к. имеет каталитический центр гидролиза.

Содержание слайда: Реакция активации аминокислот Аминокислота +АТФ +т РНК   т РНК + АМФ + ФФ. 2 этапа: Аминокислота +АТФ аминоациладенилат + ФФ. Аминоациладенилат + т РНК-3 ОН AМФ + т РНК-АК.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Инициация трансляции Малая субъединица (40S) + т РНК-мет + ГТФ + eIF -2 (эукариотический инициирующий фактор). + eIF-3 + м РНК + АТФ  скольжение малой субъединицы до AUG кодона. Гидролиз ГТФ позволяет присоединиться большой (60S) субъединицы, в пептидильном центре которой оказывается т РНК- мет. Аминоацильный центр пока свободен.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Элонгация трансляции Поступающие, нагруженные аминокислотами т РНК связываются с кодонами м РНК в аминоацильном центре. Пептидилтрансфераза большой субъединицы катализирует образование пептидной связи между аминокислотами. В пептидильном центре наращивается пептид, рибосома продвигается на один кодон (с участием фактора элонгации EF-2 и энергии гидролиза ГТФ).

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Терминация трансляции В аминоацильном центре оказывается нонсенс – кодон (UAG, UAA, UGA) для которого нет соответствующей т РНК. Факторы терминации (RF) освобождают пептид от последней т РНК, гидролизуя ГТФ, рибосома диссоциирует на малую и большую субъединицы.

Содержание слайда: Созревание белковых молекул Посттрансляционный процессинг осуществляется ферментами ЭПС: Лимитированный протеолиз Ковалентная модификация аминокислот Образование S – S мостов Формирование третичной пространственных структур (с участием шаперонов) Присоединение простетических групп, образование сложных белков.

Содержание слайда: Ингибиторы трансляции Стрептомицин – препятствует связыванию формилметионин- т РНК с рибосомой, нарушая инициацию трансляции. Связывается с белком малой субъединицы рибосом и нарушает правильное считывание информации с м РНК. Пуромицин связывается в А-участке рибосомы, конкурируя с аминоацил-т РНК и освобождает полипептид до завершения синтеза (как и тетрациклины) Левомицетин соединяется с большой субъединицей и ингибирует пептидилтрансферазную реакцию. Пенициллины и цефалоспорины нарушают процесс созревания белков клеточной стенки бактерий. Эритромицин взаимодействует с большой субъединицей рибосом и препятствует элонгации синтеза белка.

Содержание слайда: Действие токсинов Аманитин (токсин бледной поганки), циклический пептид, связывается с эукариотической РНК-полимеразой II, блокируя синтез м РНК. Рицин (токсин клещевины) является гликозилазой, удаляющей аденин из большой субъединицы рибосом. Дифтерийный токсин, является АДФ-рибозилтрансферазой, модифицирует фактор элонгации синтеза белка.

Содержание слайда:

Содержание слайда: