Введение в молекулярную биологию

Введение в молекулярную биологию

Миронов Андрей Александрович

Литература• Э.Рис, М.Стернберг

Введение в молекулярную биологию(Мир, 2002; оригинал 1984)

• http://rnp-group.genebee.msu.su/lectures (А. Головин)

• Б.Льюин «Гены» (Мир, 1987)• Б.Албертс - … - Дж. Уотсон «Молекулярная

биология клетки»(Мир, 1994; оригинал 1989)

• М.Сингер, П.Берг «Гены и геномы»(Мир, 1998; оригинал 1991)

Программа

• Лекция 1 – Биополимеры и их структуры

• Лекция 2 – Процессы передачи информации

• Лекция 3 – Регуляция

• ЗАЧЕТ (можно в начале второго семестра)

Молекулярная биология

• Структура биополимеров• Функции биополимеров• Молекулярные механизмы

1.Структуры

ДНК

• хранение генетической информации, наследственность

• линейный сополимер ортофосфорной кислоты и дезоксирибозы, выделенный Ф. Мишером в 1869 из ядер (nucleus) лейкоцитов

Полинуклеотидная цепь ДНК

Гетероциклические основания Гетероциклические основания (нуклеотиды)(нуклеотиды)

T A

C G

ПуриныПиримидины

Комплементарные парыКомплементарные пары

ПуриныПиримидины

Изогеометричность комплементарных пар

Двойная спираль ДНК (вид с торца)

Двойная спираль ДНК (вид сбоку)

Широкая бороздаУзкая борозда

Стэкинг-взаимодействие

Ориентированность цепей

5’конец

5’конец

3’конец

3’конец

Стандартная запись последовательности

Направление с 5’ к 3’концу

5’ gagttttatc gcttccatga cgcagaagtt

Комплементарная последовательность

3’ ctcaaaatag cgaaggtact gcgtcttcaa

5’aacttctgcg tcatggaagc gataaaactc

1020 нуклеотидов из 5386 нт. генома фага фХ174

1 gagttttatc gcttccatga cgcagaagtt aacactttcg gatatttctg atgagtcgaa 61 aaattatctt gataaagcag gaattactac tgcttgttta cgaattaaat cgaagtggac 121 tgctggcgga aaatgagaaa attcgaccta tccttgcgca gctcgagaag ctcttacttt 181 gcgacctttc gccatcaact aacgattctg tcaaaaactg acgcgttgga tgaggagaag 241 tggcttaata tgcttggcac gttcgtcaag gactggttta gatatgagtc acattttgtt 301 catggtagag attctcttgt tgacatttta aaagagcgtg gattactatc tgagtccgat 361 gctgttcaac cactaatagg taagaaatca tgagtcaagt tactgaacaa tccgtacgtt 421 tccagaccgc tttggcctct attaagctca ttcaggcttc tgccgttttg gatttaaccg 481 aagatgattt cgattttctg acgagtaaca aagtttggat tgctactgac cgctctcgtg 541 ctcgtcgctg cgttgaggct tgcgtttatg gtacgctgga ctttgtggga taccctcgct 601 ttcctgctcc tgttgagttt attgctgccg tcattgctta ttatgttcat cccgtcaaca 661 ttcaaacggc ctgtctcatc atggaaggcg ctgaatttac ggaaaacatt attaatggcg 721 tcgagcgtcc ggttaaagcc gctgaattgt tcgcgtttac cttgcgtgta cgcgcaggaa 781 acactgacgt tcttactgac gcagaagaaa acgtgcgtca aaaattacgt gcggaaggag 841 tgatgtaatg tctaaaggta aaaaacgttc tggcgctcgc cctggtcgtc cgcagccgtt 901 gcgaggtact aaaggcaagc gtaaaggcgc tcgtctttgg tatgtaggtg gtcaacaatt 961 ttaattgcag gggcttcggc cccttacttg aggataaatt atgtctaata ttcaaactgg

Размеры ДНК

Организмы Число пар оснований

Длина (м)

Фаги и вирусы 103 – 105 10-6

Бактерии 106 – 107 10-3

Дрожжи 107 – 108 10-2

Животные 109 – 1010 1

ДНК• Функция: хранение генетической

информации, наследственность• СЛОВА:• Нуклеотиды• Комплементарность• Пурины и пиримидины• Шаг спирали• Широкая и узкая борозда

РНК

• мРНК - перенос информации от ДНК к белку

• хранение генетической информации (вирусы и фаги)

• рибозимы - катализ• рРНК - структура (+ катализ)• тРНК - трансляция• регуляция

Отличие РНК от ДНК

OCH2

H1’

2’3’

4’

5’

OHO

PO3

C

N

CN

CH

CH

OH

OOCH2

H1’

2’3’

4’

5’

HO

PO3

C

NH

CN

CH

C

O

O

CH3

ДНК РНК

Однонитевая цепь

5’-accgaagccuugcg cgcaaggcuucggu-3’cgua gc

cgcaaggcuucggu-3’5’-accga

agccuugc

g

Однонитевая цепь

cgua gc

cgcaaggcuucggu-3’5’-accgaagccuugcg

Однонитевая цепь

cgua gc

cgcaaggcuucggu-3’

Шпилька

5’-accga

agccuu

gcgcgua gc

||||||||||||||

Более сложные структуры

Еще один тип пары: GU

Вторичная структура тРНК

Пространственная структура тРНК

Вторичная структура рРНК

Третичные взаимодействия

• Неканонические взаимодействия между неспаренными основаниями

• Взаимодействия между спиралями

Белки

• ферментативный катализ• транспорт• структура (цитоскелет и т.п.)• передача сигнала

фосфолипиды

Вид биологической мембраны

Как читают ДНК?

M13E.coli

1. Разбивают на фраггменты

2. Клонируют в фаге M13 3. Получают много однонитевых ДНК

Как читают ДНК ?

Праймер

ДНК-полимеразаA

C

G

TA*

A

C

G

T

A

C

G

TA*

A

CT A

C

G

TA*

A

CT

A*

G

Как читают ДНК ?

A*A*

A*A*

A*

-a-----a--------a--a---a-aa---aa-a------ ---------c-c--cc----c-c---------c-c---c- g-g-------g-------g--g--g--g-----------g ---tttt-t---tt---t----------tt-----ttt-- gagttttatcgcttccatgacgcagaagttaacactttcg

Восстановление последовательности

Фрагменты

Контиг

2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Центральная догма

Основные процессы

• Транскрипция• Трансляция• Репликация

Транскрипция =матричный синтез

РНК по ДНК

Транскрипция in vivo

Знаки препинания на ДНК

• Начало транскрипции – промотор• Конец транскрипции – терминатор

Инициаторный комплекс

Промоторы•recA cgttgatactgtatgagcatacagtataatgcta•rpsL attgacaccttttcggcatcgccctaaaatctga•aroF tgttgaaaactttactttatgtgttatcgtggca•lpdA ttttaaaaattgttaacaattttgtaaaatagta•cyoA tttacagtaatgtaaccttcccgtaaaatgtcac•uvrD aattggcatctctgacctcgctgatataatacct•atpI gttgaaatcacgggggcgcaccgtataatttagg•tonB ttgaatatgattgctatttgcatttaaaatgcat•rpsU tttacaaagcagcagcaattgcagtaaaattata•cirA cttgataattgttatcgtttgcattatcgtggtg•fur ttttcatttaggcgtggcaattctataatttatg•ampC attgtcacgctgattggtgtcgttacaatgacac•uvrB gtgatgaactgtttttttatccagtataatgaac•argC cttgacacacctctggtcatgatagtatgagtgt•rpmH cttgactccggagtgtacaattattacaatctgt•rplT gttaacgtttttaactttttaattagaatgtcac•gyrA tttacctcaaactgcgcggctgtgttataatgca

Промоторы•recA ttgatactgtat---gagcatacagtataat•rpsL ttgacaccttttc--ggcatcgccctaaaat•aroF ttgaaaacttta---ctttatgtgttatcgt•lpdA tttaaaaattgtt--aacaattttgtaaaat•cyoA tttacagtaatgt--aaccttcccgtaaaat•uvrD ttggcatctctg---acctcgctgatataat•atpI ttgaaatcacgg---gggcgcaccgtataat•tonB ttgaatatgattgc-tatttgcatttaaaat•rpsU tttacaaagcagca-gcaattgcagtaaaat•cirA ttgataattgtta--tcgtttgcattatcgt•fur ttttcatttaggc--gtggcaattctataat•ampC ttgtcacgctga---ttggtgtcgttacaat•uvrB gtgatgaactgttt-ttttatccagtataat•argC ttgacacacct----ctggtcatgatagtat•rpmH ttgactccggagt--gtacaattattacaat•rplT ttaacgttttta---actttttaattagaat•gyrA tttacctcaaactgcgcggctgtgttataat

Гилберт-бокс(-35)

Прибноу-бокс(-10)

Промотор

Слабые промоторы• carB ttatcgagttaattgagcagtaccgtaaaac• nagB tttactggctaaa--ccagaaaacttatttt• ilvG ttgccagcccacgg-tcggtcgacttactgt• cysK atgtcattattt---cccttctgtatataga• smp ttgcttctggca---acattaagtctcaaat• amn gtgacatacta----tcggatgtgcggtaat• ileR atgccagcagag---ttttttatgcgttaat• fabB ttgttcggcgtac--aagtgtacgctattgt• dnaN atatcaaagaag---atttttcaaatttaat• argC tcgataaatggcg--gtaatttgtttttcat• araB ctgacgcttttt---atcgcaactctctact• sulA ttgtcactggatgt-actgtacatccataca• trpR gttactgatccgc--acgtttatgatatgct• dnaN ttgcaggaaaaact-ggtcaccatcgacaat• cspA ttgcatcacccgc--caatgcgtggcttaat• rpsU tcgcccctggaga--aagcctcgtgtatact• rpoH ttcacaagcttgcattgaacttgtggataaa

Lac - промотор

gcgcccaatacgcaaaccgcctctccccgcgcgttggccgattcattaatgcagctggca

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggaat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

cggtacccggggatcctctagagtcgacctgcaggcatgcaagcttggcactggccgtcg

ttttacaacgtcgtgactgggaaaaccctggcgttacccaacttaatcgccttgcagcac

atccccctttcgccagctggcgtaatagcgaagaggcccgcaccgatcgcccttcccaac

agttgcgcagcctgaatggcgaatggcgcctgatgcggtattttctccttacgcatctgt

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggaat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtatgttgtgtggAat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Lac - промотор

cgacaggtttcccgactggaaagcgggcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagct

cactcattaggcaccccaggcTTtACActttatgcttccggctcgTATgtTgtgtggAat

tgtgagcggataacaatttcacacaggaaacagctatgaccatgattacgaattcgagct

Элонгация Транскрипции

ДНК

РНК

5’

pppA

pppApppC

pppU

pppU

pppG

pppC

Скорость транскрипции = 100 нукл./сек.

Терминация транскрипции

Инициация транскрипции у эукариот

Промоторная область – 1000 нуклеотидов

Факторы транскрипции (разные и много)

Энхансер (участок на ДНК)

Слова про транскрипцию

• Транскрипция• Инициация транскрипции - субъединица• Элонгация транскрипции• Терминация транскрипции • Промотор • Сайт связывания• Скорость транскрипции

Процессинг РНК(сплайсинг, кепирование, поладенилирование)

Ген кональбумина

интроны (7500 пн) 17 экзонов (2500 пн)

Бывают интроны более 1 млн нукл.

Механизм сплайсинга

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг позволяет продуцировать с одного гена несколько вариантов белка

Слова

• Посттранскрипционная модификация РНК

• Кэпирование• Полиаденилирование• Сплайсинг• Альтернативный сплайсинг • Пре-мРНК• мРНК

Трансляция = матричный синтез белка

Генетический код – соответствие нуклеотидной последовательности

аминокислотной

• триплетный• неперекрывающийся• вырожденный

Универсальный генетический кодA T G C

A AAA lys ATA Ile AGA Arg ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Arg ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA *** TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

генетический код митохондрий млекопитающихA T G C

A AAA lys ATA Met AGA *** ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG *** ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

Митохондрии дрожжей A T G C

A AAA lys ATA Met AGA Arg ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Arg ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Thr CGA Arg CCA ProCAT His CTT Thr CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Thr CGG Arg CCG ProCAC His CTC Thr CGC Arg CCC Pro

Thr

Митохондрии дрозофилыA T G C

A AAA lys ATA Met AGA Ser ACA ThrAAT Asn ATT Ile AGT Ser ACT ThrAAG Lys ATG Met AGG Ser ACG ThrAAC Asn ATC Ile AGC Ser ACC Thr

T TAA *** TTA Leu TGA Trp TCA SerTAT Tyr TTT Phe TGT Cys TCT SerTAG *** TTG Leu TGG Trp TCG SerTAC Tyr TTC Phe TGC Cys TCC Ser

G GAA Glu GTA Val GGA Gly GCA AlaGAT Asp GTT Val GGT Gly GCT AlaGAG Glu GTG Val GGG Gly GCG AlaGAC Asp GTC Val GGC Gly GCC Ala

C CAA Gln CTA Leu CGA Arg CCA ProCAT His CTT Leu CGT Arg CCT ProCAG Gln CTG Leu CGG Arg CCG ProCAC His CTC Leu CGC Arg CCC Pro

Нестандартный код

• Митохондрии• Хлоропласты• Микоплазмы• Простейшие• Всего известно 23 таблиц

Действующие лица• Аминоацил-тРНК-синтетазы –

осуществляют декодирование• Транспортные РНК (тРНК) – посредник,

переносит аминокислоту к кодону• Матричная РНК (мРНК) – промежуточный

носитель информации• Рибосомы – осуществляют матричный

синтез• Факторы – белки, которые помогают

рибосоме (в частности снабжают процесс энергией –GTP)

Транспортная РНК

Аминоацил-тРНК-синтетаза и тРНК

Рибосома

Состав рибосомы

• Две субчастицы: 30S и 50S• Рибосомная РНК (рРНК):

– 5S– 16S– 23S

• Около 50 белков

Рибосомные гены многократно дуплицированы

Структура рибосомы (малая субчастица)

Инициация трансляции

f-Met

Инициаторный кодон

• В бактериях бывают ATG (Met) и GTG (Val)

• В эукариотах только ATG (Met)• Всегда начинается с f-Met :

C NH

O

CH

CH2

S

CH3

CH

R

NHC

O

H

Где начинается трансляция? прокариоты

dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATGgyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATGserS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATGbofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATGcsfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATGxpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATGmetS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATGgcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATGspoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATGftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATGpabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATGrplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATGtufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATGrpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATGrpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATGrplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG

Где начинается трансляция? прокариоты

dnaN ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATGgyrA GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATGserS TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATGbofA CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATGcsfB GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATGxpaC ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATGmetS ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATGgcaD AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATGspoVC TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATGftsH GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATGpabB AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATGrplJ CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATGtufA AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATGrpsJ TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATGrpoA CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATGrplM AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG

Последовательность Шайна-Дальгарно (SD)

Где начинается трансляция? Эукариоты

• Как правило, первый ATG-кодон. Иногда – второй, редко -третий

Элонгация трансляции

Цикл элонгации трансляции

Терминация трансляции

Сопряжение транскрипции и трансляции у прокариот

РНК полимераза

Рибосома

Сопряжение транскрипции и трансляции у прокариот

Перенос информации у эукариот

Ядро

РНК полимераза

Интрон

ЭкзонПре-мРНК

Вырезанный интрон

Сплайсосома

мРНК

Рибосомы

Полисомы

Полисомы

Супрессорные тРНК

• т-РНК с антикодоном к стоп-кодону

Загадка

• А что, если мРНК кончилась, а стоп-кодон не найден?

Кодоны, которые надо знать

• Стартовый (инициаторный)

• Дополнительные старт-кодоны GTG,TTG

• Стоп-кодоны

Рамка считывания5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt E F Y R F H D A E V5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt S F I A S M T Q K5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt V L S L P * R R S ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ H K I A E M V Y F N ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ T K D S G H R L L ctcaaaatagcgaaggtactgcatcttcaa5’ N * R K G S T S T

5’gagttttatcgcttccatgacgcagaagtt

Открытая рамка (ORF)Рамка от старт-кодона до стоп-кодона

gagttttatcgcttccatgacgcagaagttaacactttcggatatttctgatgagtcgaaaaattatcttgataaagcaggaattactactgcttgtttacgaattaaatcgaagtggactgctggcggaaa ATG aga aaa ttc gac cta tcc ttg cgc agc tcg aga agc tct acc ttt gcg acc ttt cgc cat caa cta acg att ctg tca aaa act gac gcg ttg gat gag gag aag tgg ctt aat atg ctt ggc acg ttc gtc aag gac tgg ttt aga tat gag tca cat ttt gtt cat ggt aga gat tct ctt gtt gac att tta aaa gag cgt gga tta cta tct gag tcc gat gct gtt caa cca cta ata ggt aag aaa tca TGAgtcaagttactgaacaatccgtacgtttccagaccgctttggcctctattaagctcattc aggcttctgccgttttggattTAAccgaag ATG att tcg att ttc TGAcgagta acaaagtttggattgctactgaccgctctcgtgctcgtcgctgcgttgaggcttgcgttt ATG gta cgc tgg act ttg tgg gat acc ctc gct ttc ctg ctc ctg ttg agt tta ttg ctg ccg tca ttg ctt att ATG ttc atc ccg tca aca ttc aaa cgg cct gtc tca tca tgg aag gcg ctg aat tta cgg aaa aca tta tta ATG gcg tcg agc gtc cgg tta aag ccg ctg aat tgt tcg cgt tta cct tgc gtg tac gcg cag gaa aca ctg acg ttc tta ctg acg cag aag aaa acg tgc gtc aaa aat tac gtg cgg aag gag TGAtgtaatgtcTAAaggTAAaaaacgttctggcgctcgccctggtcgtccgcagccgttgcgaggtacTAAaggcaagcgTAAaggcgctcgtctttggtatgtaggtggtcaacaattttaattgcaggggcttcggccccttacttgaggataaattatgtcTAAtattcaaactgg

Слова• Трансляция• Генетический код• Антикодоновая петля и Акцепторный

стебель тРНК• Заряженная (аминоацелированная) тРНК• Матричная РНК• Сайт связывания рибосом (RBS)• Старт-кодон(ы) и Стоп-кодоны • Первый остаток в белке• Терминация трансляции• Рамка считывания• ORF

Репликация ДНК

Репликация ДНК (Мезельсон-Сталь, 1958)

Инициация репликации ДНК

Матричный ступенчатый синтез ДНК

ДНК-полимераза III

ДНК-полимераза III

Проблема полярности; фрагменты Окадзаки

Еще про репликацию

• Размеры фрагментов Оказаки = 1..2 т.н.п• Скорость репликации – около 1000 пар

оснований в секунду. • Количество вилок до 6

Варианты репликации

Хромосома прокариот

Хромосома эукариот

Теломера

• Хромосома эукариот линейная• Репликация начинается с праймера• При каждой репликации конец

хромосомы укорачивается• Клетка человека может делиться 42

раза

ЗАГАДКА

Слова• Репликация ДНК• Направление синтеза новой ДНК• Инициация репликации• Праймер• Репликационная вилка• Фрагменты Оказаки• Репликационная вилка• Репликация в прокариотах• Репликация в эукариотах• Репликация типа катящегося колеса

Рекомбинация

Структура Холидея

Ник

Транспозиция

Выщепление

Интеграция в другое место

Ретропозиция и ретровирусы

Обратная транскрипция

Итреграция

РНК

ДНК

Хромосома

РНКТранскрипция

кДНК

ДНКТранскрипция

СплайсингПре-мРНКЗрелая РНК

Обратная транскрипция

Комплементарная ДНК,кДНК, cDNA.ДНК без интронов

Другие процессы

• Трансформация• Трансдукция• Репарация• Редактирование РНК

3.Регуляция

Уровни регуляции

• Структура хроматина• Модификация ДНК• Транскрипция• Сплайсинг• Стабильность мРНК• Трансляция• Стабильность белка• Модификация белка• Ингибирование белка

Регуляция транскрипции у прокариот

• Фактор транскрипции: взаимодействие с РНК-полимеразой– репрессоры– активаторы

• Лиганд (корепрессор, эффектор):– способствует/препятствует

связыванию с ДНК

Регуляция транскрипции trp оперона

Репрессор TrpR - ДНК

Репрессор TrpR – ДНК (модель)

Репрессор TrpR - триптофан

Почему димер?

Концентрация лигандаЭф

фек

тивн

ость

реп

ресс

ии

Концентрация лигандаЭф

фек

тивн

ость

реп

ресс

ии

Мономер Димерcgtagtagctattacttgttatagctactacgcgtagtagctcttaccagtgatagctaccacgcgtaacagcaattacgcgtagtagctattacgcgtgatagctactacacgtaatagctattacg

Палиндром – самокомплементарная последовательность

Механизмы действия• Связывается с оператором• Закрывает промотор• Меняет структуру ДНК• Взаимодействует с РНК полимеразой

Область действия оператора

• Несколько совместно транскрибируемых генов (оперон)

Примеры

• триптофановый репрессор – биосинтез триптофана – связан с ДНК при наличии триптофана

• лактозный репрессор– катаболизм (использование) лактозы– связан с ДНК при отсутствии лактозы

• арабинозный активатор– катаболизм (использование) арабинозы– связан с ДНК при наличии арабинозы

Катаболитная репрессия

• CRP– активатор генов

катаболизма глюкозы– репрессор генов

катаболизма других сахаров

• Локальные активаторы и репрессоры– арабинозный активатор– лактозный репрессор

Эффектор необязательно вещество

• Повышение температуры (тепловой шок)• Понижение температуры (холодовой шок)• Повреждение ДНК• Перенаселенность• Общий стресс (например, голод)• Окислительный стресс• Осмотическое давление

Примеры

• Концентрация Fe2+ говорит о том, что бактерия находится внутри организма и пора включать патогенность

• Перенаселенность V.Fisheri в световом органе удильщика является сигналом для свечения.

Отрицательная обратная связь

промоторы

оператор

Ген-репрессор Метаболические гены

Активация

репрессия

Регуляция фага λ

cro

cI

Регуляция трансляции

5’

5’

Рибосома

AUGSD

АнтисмысловаяАнтиСенс РНК 5’

Регуляция транскрипции у эукариот

Передача сигнала у эукариот• Рецепторы –

специфичность• Каскад –

усиление• Сеть –

объединение• Адаптация -

затухание

Генная сеть