ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 МНОГОЧИСЛЕННОСТЬ ТОЧЕК НАЧАЛА РЕПЛИКАЦИИ У ЭУКАРИОТ. МЕХАНИЗМЫ ЛИЦЕНЗИРОВАНИЯ
ГЛАВА 2 ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ У ЭУКАРИОТ: ФАКТОРЫ ЭЛОНГАЦИИ, РЕАКЦИЯ ТРАНСПЕПТИДАЦИИ, ТРАНСЛОКАЦИЯ РИБОСОМЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Впервые мобильные генетические элементы были выделены из генома D. melanogaster - в составе рекомбинантных клонов в Лаборатории Хогнесса в США и Георгиева в СССР по их способности связывать значительную часть клеточной РНК.
Оказалось, что эти элементы обладают свойствами, отличающими их от всех ранее известных генов.
Живой организм характеризуется высшей степенью упорядоченности составляющих его ингредиентов и уникальной структурной организацией, обеспечивающей как его фенотипические признаки, так и многообразие биологических функций.
В этом структурно-функциональном единстве организмов, составляющем сущность жизни, белки играют важнейшую роль, не заменяемую другими органическими соединениями.
Одной из задач современной биологии и ее новейших разделов – молекулярной биологии, биоорганической химии, физико-химической биологии – является расшифровка механизмов синтеза молекулы белка, содержащей сотни, а иногда и тысячи остатков аминокислот.
Механизм синтеза должен обладать точной кодирующей системой, которая автоматически программирует включение каждого аминокислотного остатка в определенное место полипептидной цепи Кодирующая система определяет первичную структуру, а вторичная и третичная структуры белковой молекулы определяются физико-химическими свойствами и химическим строением аминокислот. [3]
ГЛАВА 1 МНОГОЧИСЛЕННОСТЬ ТОЧЕК НАЧАЛА РЕПЛИКАЦИИ У ЭУКАРИОТ. МЕХАНИЗМЫ ЛИЦЕНЗИРОВАНИЯ
Точка начала репликации (англ. origin of replication) — это фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, с которого начинается её репликация. Структура точки начала репликации (нуклеотидная последовательность) отличается у разных видов, но у всех организмов это АТ-богатая и потому легкоплавкая последовательность.
Точка начала репликации и прилегающие к ней фрагменты нуклеиновой кислоты, не отделённые сайтами терминации, составляют единицу репликации — репликон. Репликация ДНК может начинаться от точки начала репликации в одном или двух направлениях.
Хромосомы и плазмиды прокариот содержат одну, реже несколько точек начала репликации ДНК; хромосомы эукариот имеют множество таких точек. Также точки начала репликации РНК обнаружены у РНК-содержащих вирусов, например, у вирусов, содержащих двуцепочечные РНК.
До начала репликации с точкой начала репликации обычно связывается пререпликационный комплекс.
Количество точек начала репликации в геноме
Геном вироидов содержит единственную молекулу РНК и, как правило, по две точки начала репликации.
Геном бактерий чаще всего представлен единственной молекулой ДНК (хромосомой) с единственной точкой начала репликации.
Геном архей, как правило, состоит из единственной кольцевой хромосомы, которая может нести от одной до четырёх точек начала репликации.
Геномы эукариот как правило содержат множество точек начала репликации в каждой хромосоме — до ста тысяч в одной клетке человека[6]. Большое количество точек начала репликации помогает ускорить процесс удвоения значительно большего, относительно прокариот, генетического материала. У дрожжей точку начала репликации называют ARS. [1]
Согласованная активация точек начала репликации контролируется с помощью механизма называемого «лицензированием». При этом каждая точка начала репликации получает разрешение удвоиться только один раз в течение клеточного цикла.
Удвоение каждой конкретной точки начала репликации «снимает лицензию», которая не может быть возобновлена до тех пор, пока клетка не осуществит весь цикл и не пройдет через митоз.
ГЛАВА 2 ЭЛОНГАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ У ЭУКАРИОТ: ФАКТОРЫ ЭЛОНГАЦИИ, РЕАКЦИЯ ТРАНСПЕПТИДАЦИИ, ТРАНСЛОКАЦИЯ РИБОСОМЫ
Элонгация - этап биосинтеза молекул нуклеиновых кислот (в процессе транскрипции) или белков (в процессе трансляции), происходящий между инициацией и терминацией и заключающийся в последовательном присоединении мономеров (нуклеотидов или аминокислот) к растущим цепям макромолекул.
Она имеет два аспекта: генетический (сканирование значащих кодонов мРНК) и биохимический (синтез полипептидной цепи). Когда сканирующая рибосома в процессе элонгации встречает так называемый незначащий триплет (то есть триплет нуклеотидов, не кодирующий никакой аминокислоты), то происходит терминация трансляции: синтез полипептида прекращается и он освобождается из рибосомы.
Момент перехода РНК-полимеразы от инициации транскрипции к элонгации точно не определен. Три основных биохимических события характеризуют этот переход в случае РНК-полимеразы E.coli: отделение сигма-фактора, первая транслокация молекулы фермента вдоль матрицы и сильная стабилизация транскрипционного комплекса, который кроме РНК- полимеразы включает растущую цепь РНК и транскрибируемую ДНК. Эти же явления характерны и для РНК-полимераз эукариот. Переход от инициации к элонгации сопровождается разрывом связей между ферментом, промотором, факторами инициации транскрипции, а в ряде случаев - переходом РНК-полимеразы в состояние компетентности в отношении элонгации (например, фосфорилирование CTD-домена у РНК-полимеразы II). Фаза элонгации заканчивается после освобождения растущего транскрипта и диссоциации фермента от матрицы (терминация).
В процессе наращивания полипептидной цепи принимают участие два белковых фактора элонгации. Первый (EF1a — у эукариот, EF-Tu — у прокариот) переносит аминоацилированную («заряженную» аминокислотой) тРНК в А (аминоацил)-сайт рибосомы. Рибосома катализирует перенос пептида, связанного с тРНК в Р-сайте, в А-сайт и образование пептидной связи с находящимся там аминокислотным остатком. Таким образом растущий пептид удлиняется на один аминокислотный остаток. Затем второй белок (EF2 — у эукариот, EF-G — у прокариот) катализирует так называемую транслокацию. Транслокация — перемещение рибосомы по мРНК на один триплет (примерно 20 ангстрем), в результате которого пептидил-тРНК оказывается вновь в Р-сайте, а «пустая» тРНК из P-сайта переходит в Е-сайт (от слова exit). тРНК из E-сайта диссоциирует спонтанно, после чего рибосома готова к новому циклу элонгации. [7]
ГЛАВА 3 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДНК ДЛЯ КЛОНИРОВАНИЯ
Клонирование ДНК - это процесс создания нескольких идентичных копий определенного фрагмента ДНК. В типичной процедуре клонирования ДНК ген или другой интересующий фрагмент ДНК (возможно, ген для важного с медицинской точки зрения человеческого белка) сначала встраивают в кольцевой фрагмент ДНК, называемый плазмидой .
Вставка выполняется с использованием ферментов, которые «вырезают и вставляют» ДНК, и она производит молекулу рекомбинантной ДНК или ДНК, собранную из фрагментов из нескольких источников.
Диаграмма, показывающая конструкцию молекулы рекомбинантной ДНК. Круглый кусок плазмидной ДНК имеет свесы на концах, которые совпадают с концами фрагмента гена.
Плазмида и фрагмент гена объединяются, чтобы получить ген-содержащую плазмиду. Эта ген-содержащая плазмида является примером рекомбинантной ДНК или молекулы ДНК, собранной из ДНК из нескольких источников.
Диаграмма, показывающая конструкцию молекулы рекомбинантной ДНК. Круглый кусок плазмидной ДНК имеет свесы на концах, которые совпадают с концами фрагмента гена.
Плазмида и фрагмент гена объединяются, чтобы получить ген-содержащую плазмиду. Эта ген-содержащая плазмида является примером рекомбинантной ДНК или молекулы ДНК, собранной из ДНК из нескольких источников.
Далее рекомбинантная плазмида вводится в бактерии. Бактерии, несущие плазмиду, отбирают и выращивают. Когда они размножаются, они копируют плазмиду и передают ее своим потомкам, делая копии ДНК, которую она содержит.
Какой смысл делать много копий последовательности ДНК в плазмиде? В некоторых случаях нам нужно много копий ДНК для проведения экспериментов или создания новых плазмид. В других случаях кусок ДНК кодирует полезный белок, а бактерии используются как «фабрики» для производства белка. Например, человеческий ген инсулина экспрессируется в бактериях E.coli для производства инсулина, используемого диабетиками. [6]
Этапы клонирования ДНК
Клонирование ДНК используется для многих целей. В качестве примера давайте посмотрим, как клонирование ДНК можно использовать для синтеза белка (такого как человеческий инсулин) в бактериях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трансляция является чрезвычайно важным процессом, и повреждение или потеря соединений, вовлеченных в синтез белка, почти всегда приводит к развитию патологии. Клинические проявления заболевания определяются природой и функцией белка, синтез которого нарушен (структурный или функциональный белок).
Иногда так называемые аномальные белки синтезируются в результате действия мутагенных факторов и соответствующих изменений в генетическом коде (например, гемоглобина при серповидноклеточной анемии).
Последствия этих расстройств могут проявляться или приводить к летальному исходу при развитии различных синдромов.
Следует отметить, что организм обладает мощными защитными механизмами: такие изменения в генетическом аппарате быстро распознаются определенными ферментами - рестриктазой, измененные последовательности вырезаются и заменяются соответствующими нуклеотидами, включающими полимеразы и лигазы.
Развитие молекулярной генетики с 70-х годов. в значительной степени основаны на разработке и совершенствовании методов анализа и манипулирования ДНК.
Так называемая «генная инженерия» находит практическое применение во многих областях.
Например, были разработаны новые методы диагностики и лечения заболеваний, и стало возможным специфически изменять определенные свойства организма. Поскольку биологический риск не может быть полностью исключен, следует проявлять осторожность при использовании методов генной инженерии. [4]
1. Агол, В.И., Богданов, А.А., Гвоздев, В.А. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. – М.: Высш. шк., 1999. – 352 с.
2. Албертс, Б., Брей, Д., Льюис Дж. Молекулярная биология клетки. – М.: Мир, 1-3 т., 1994.
3. Коничев А.С. Молекулярная биология. – М.: Изд. центр «Академия», 2005.
4. Бокуть С.Б. Молекулярная биология. – Мн.: Высш.шк., 2005.
5. Севастьянова, Г.А. Молекулярная биология. – М.: Изд. Центр «Академия», 2003. – 400 с.
6. Сингер, М. Гены и геномы: В 2-х т. Т. 2 / М.Сингер, П. Берг. Пер. с англ.-М.: Мир, 1998.-391 с.
7. Фаллер, Д.М. Молекулярная биология клетки: Руководство для врачей / Д.М. Фаллер, Д. Шилдс. – М.: БИНОМ, 2012. – 256 c.
