Биохимические основы наследственности

Такая матрица называется лидирующей. На матрице от 5’ к 3’–концу синтез происходит плотив движения в виде коротких отрезков, называемых фрагментами Оказаки. Рост цепи в данной матрице начинается только после того как на матрице ДНК появляется одноцепочечный участок, длина которого составляет 200 нуклеотидов (аналогично длине фрагмента Оказаки). Данная матрица называется запаздывающей или отстающей. Синтез начинается с образования праймера, который представляет собой олигорибонуклеотид (РНК), включающий 10 мононуклеотидов. Образование праймера катализируется праймазой, входящей в роли субъединицы в состав ДНК-полимеразы α. Синтез лидирующей цепи продолжают ДНК-полимеразы δ, а синтез отстающей цепи связан с работой ДНК-полимеразы δ или ε. Эти ферменты обладают экзонуклеазной активностью, способны в ходе процесса репликации исправлять ошибки, отщепляя неправильно «собранные» нуклеотиды. Терминация.В каждом фрагменте Оказаки содержится 200 нуклеотидов, в том числе РНК-праймер. Праймер удаляется с использованием эндонуклеазы и РНКазы, а ДНК-полимераза β применяется с целью заполнения разрыва по принципу комплементарности. В качестве субстрата применяется дНТФ. ДНК-лигаза объединяет фрагменты в полинуклеотидную цепь.Таким образом, суммарное уравнение синтеза ДНК будет следующим:m (дАТФ + дТТФ) + n(дГТФ + дЦТФ) ДНК + 2 (m+n)H4P2O7.2.2. Транскрипция (синтез РНК) и трансляция (биосинтез белка)Транскрипция – это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. Транскрипция катализируется ДНК-полимеразой, которая, опираясь на принципы комплементарности к матричной ДНК, образует полирибонуклеотиды. В эукариотической клетке процесс локализуется в ядре и митохондриях. В процессе транскрипции в ядре задействуются такие ферменты как:РНК-полимераза I. Фермент катализирует образование рРНК.РНК-полимераза II. Фермент катализирует синтез мРНК.РНК-полимераза III. Фермент катализирует тРНК.В целом, как и репликация, транскрипция – это эндогенный процесс, субстратом синтеза и источниками энергии для которого служат АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ. Процесс происходит в направлении от 5’ до 3’–конца на антипараллельной матрице. Как и в случае с репликацией в процессе транскрипции выделяются такие процессы как:Иниципация. На этом этапе РНК-полимераза узнает место начала транскрипции (промотор), которое имеет специфическую последовательность нуклеотидов – ТАТА. К ТАТА-последовательности присоединяется белок (ТАТА-фактор), который стимулирует связывание РНК-полимеразы и факторов инициации транскрипции с ДНК. В результате образуется комплекс, который вызывает расплетание двойной нити ДНК длиной в один виток (10 нуклеотидных пар). Эдонгация. На этапе элонгации происходит непосредственно синтез РНК, который производится в соответствии с информацией, содержащейся в гене. Факторы инициации при этом удаляются, а факторы элонгации присоединяются. По мере движения РНК-полимеразы по нити ДНК освободившийся промотор может использоваться другими ферментами, поэтому один ген одновременно транскрибируется несколькими РНК-полимеразами.Терминация. Процесс начинается после того как РНК-полимераза достигает специфической последовательности нуклеотидов, называемой сайтом терминации. Сайт терминации располагается на конце гена. При этом от РНК-полимеразы отсоединяется фактор элонгации и присоединяется фактор терминации, которые отделяет РНК-продукт и ферменты от матрицы ДНК. Суммарно процесс транскрипции выглядит следующим образом:aГТФ + bАТФ+ cУТФ+ dЦТФРНК + (a + b + c + d) H4P2O7.Таким образом, репликация и транскрипция – это два процесса, которые позволяют реализовать информацию, локализующуюся в ДНК. В последующем синтезированная РНК принимает участие в процессе трансляции (биосинтеза белка). В ходе трансляции информация, «записанная» на мРНК в виде последовательности нуклеотидов «переводится» на язык аминокислот при участии тРНК и рибосом. Как следствие образуется молекула белка со строго определенной аминокислотной последовательностью.Процесс трансляцииимеет три этапа:Инициация. Инициация трансляции связана с присоединением к области «кэпа» 40S-субъединицы рибосомы, факторов иницииации и молекулы ГТФ. Кэп – это стуктура на 5’–конце мРНК. Кэп состоит из модифицированных нуклеотидов, отличается разнообразием. Получившийся комплекс скользит по мРНК вплоть до встречи с инициирующим кодоном, имеющим последовательность AUG. Комплекс останавливается, к нему присоединяется 60S-субъединица рибосомы, ГТФгидролизуется до ГДФ и H3PO4, фактор инициации подвергается удалению. Таким образом, формируется полная 80S рибосома с двумя активными центрами. Это Р-центра (петидильный) и А-центр (аминоацильный). Элонгация – процесс, который в свою очередь состоит из 3 стадий:Связывание аминоацил-тРНК в А-центре. У аминоацил-тРНК антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемуся в области А-центра. Образование пептидной связи. На данном этапе образуется пептидная связь между α-NH2–группой аминокислоты (располагается в А-центре в составе аминоацил-тРНК)и карбоксильной группой метеонина или другой аминокислоты, которая входит в растущую полипептидную цепь. Процесс катализируется пептидилтрансферазой. Продукт элонгации –это удлиненная на одну аминокислоту пептидил-тРНК, которая располагается в А-центре рибосомы.Транслокация – это процесс перемещения рибосомы по мРНК. В этом случае рибосома продвигается по мРНК в направлении от 5’ до 3’–конца. В процесс принимают участие ГТФ (источник энергии) и фактор элонгации аЕF2. В результате из А-центра пептидил-тРНК попадает в р-центр, а А-центр становится следующим кодоном мРНК. Также на данном этапе тРНК, которая потеряла метеонин или растущий пептид теряет связь с Р-центром и уходит в цитозоль клетки. Путем многократного повторения всех трех этапов элонгации происходит увеличение полипептидной цепи.Терминация – это этап, который наступает, когда А-центр рибосомы попадает на сто-кодон. Это УАА, УАГ, УГА. Белковые факторы терминации (RF1, RF3) узнает стоп-кодон, освобождает синтезированный полипептид. В дальнейшем белок претерпевает ряд посттрансляционных модификаций – фолдинг, образование лисульфидных связей, частичный протеолиз, присоединение простетической группы, сборку протомеров в олигомерные белки, модификация аминокислотных остатков.Таким образом, можно говорить о том, что процесс трансляции заканчивает цикл реализации наследственного потенциала нуклеиновых кислот.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:Нуклеиновые кислоты представляют собой биологические полимеры, которые состоят из нуклеотидов. В свою очередь нуклеотиды кодируют последовательность аминокислот в белках. Следовательно, нуклеиновые кислоты – это молекулярная основа наследственности. Биологическая роль нуклеиновых кислот состоит в хранении и передаче наследственной информации.Биохимические основы реализации наследственного потенциала нуклеиновых кислот лежат в области репликации, транскрипции, трансляции.Таким образом, цель и задачи работы достигнуты.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВБиологическая химия: учебник/ В.К. Кухта, Т.С. Морозкина, Э.И. Олецкий, А.Д. Таганович; Под ред. А.Д. Тагановича. – Минск: Асар, М.: Издательство БИНОМ, 2008. – 688 с. Биология: Учебник/ Под рел. Е.С. Северина. – 2-е ищл., испр. – М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2004. – 784 с.Биоорганическаяхимия: Учебник/ И.В. Романовский и др.; Под общ.ред. И.В. Романовского. – Минск: Новое знание; М.: ИНФРА-М, 2015. – 504 с.Биохимия: Учебник/ Под ред. Е.С. Северина. – 2-е изд., испр. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – 784 с.Генетика. Учебник для вузов/ Под ред. академика РАМН В.И. Иванова. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 638 с.Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия: Учебник. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2002. – 696 с.СеверинЕ.С., АлейниковаТ.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биологическая химия. – М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. – 364 с.Щербак И.Г. Биологическая химия: Учебник. – СПб.: Издательство СПбГМУ, 2005. – 480 с.