Структура и функции биополимеров (ДНК, РНК, белки)

реклама
Три модели репликации ДНК
Правильная - полуконсервативная
(Matthew Meselson и Franklin Stahl, 1958)
Коетки растут на
среде с 15N
(тяжелый изотоп)
потом их
переносят на
среду с 14N
(легкий изотоп)
Q: Что было бы
для двух
других
моделей?
Реплицирующаяся ДНК
Инициация репликации ДНК
Матричный ступенчатый синтез
ДНК
ДНК-полимераза III
ДНК-полимераза III
Проблема полярности;
фрагменты Окадзаки
Репликация ДНК в целом
Варианты репликации
Топологический инвариант
Микроскопия суперспиральной ДНК
репликация - кино
Центральная догма (F.Crick)
Центральная догма (F.Crick)
ДНК  РНК  белок
РНК
• мРНК - перенос информации от ДНК
к белку
• хранение генетической информации
(вирусы и фаги)
• рибозимы - катализ
• рРНК - структура (+ катализ)
• тРНК - трансляция
• регуляция
Вторичная структура рРНК
Транскрипция: инициаторный
комплекс
recA
rpsL
aroF
lpdA
cyoA
uvrD
atpI
tonB
rpsU
cirA
fur
ampC
uvrB
argC
rpmH
rplT
gyrA
Промоторы
ttgatactgtat---gagcatacagtataat
ttgacaccttttc--ggcatcgccctaaaat
ttgaaaacttta---ctttatgtgttatcgt
tttaaaaattgtt--aacaattttgtaaaat
tttacagtaatgt--aaccttcccgtaaaat
ttggcatctctg---acctcgctgatataat
ttgaaatcacgg---gggcgcaccgtataat
ttgaatatgattgc-tatttgcatttaaaat
tttacaaagcagca-gcaattgcagtaaaat
ttgataattgtta--tcgtttgcattatcgt
ttttcatttaggc--gtggcaattctataat
ttgtcacgctga---ttggtgtcgttacaat
gtgatgaactgttt-ttttatccagtataat
ttgacacacct----ctggtcatgatagtat
ttgactccggagt--gtacaattattacaat
ttaacgttttta---actttttaattagaat
tttacctcaaactgcgcggctgtgttataat
Промотор
Слабые промоторы
carB
nagB
ilvG
cysK
smp
amn
ileR
fabB
dnaN
argC
araB
sulA
trpR
dnaN
cspA
rpsU
rpoH
ttatcgagttaattgagcagtaccgtaaaac
tttactggctaaa--ccagaaaacttatttt
ttgccagcccacgg-tcggtcgacttactgt
atgtcattattt---cccttctgtatataga
ttgcttctggca---acattaagtctcaaat
gtgacatacta----tcggatgtgcggtaat
atgccagcagag---ttttttatgcgttaat
ttgttcggcgtac--aagtgtacgctattgt
atatcaaagaag---atttttcaaatttaat
tcgataaatggcg--gtaatttgtttttcat
ctgacgcttttt---atcgcaactctctact
ttgtcactggatgt-actgtacatccataca
gttactgatccgc--acgtttatgatatgct
ttgcaggaaaaact-ggtcaccatcgacaat
ttgcatcacccgc--caatgcgtggcttaat
tcgcccctggaga--aagcctcgtgtatact
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
транскрипция - кино
Регуляция транскрипции у прокариот
• Фактор транскрипции:
взаимодействие с РНК-полимеразой
– репрессоры
– активаторы
• Лиганд (кофактор):
– способствует/препятствует
связыванию с ДНК
Регуляция транскрипции trp оперона
Репрессор TrpR - ДНК
Репрессор TrpR – ДНК (модель)
Репрессор TrpR - триптофан
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
Регуляция транскрипции у эукариот
Кроссинговер и рекомбинация
• гены с одной хромосомы наследуются не
независимо
• рекомбинация позволяет картировать
гены (и мутации)
Генетическая
карта
Коллинеарность гена и белка
(Brenner, 1964)
Коллинеарность гена и белка
(Charles Yanofsky, 1967)
Генетический код
• Генетический код – соответствие между ДНК и белком
(George Gamow, 1954 (Георгий Гамов)
• Крик и соавторы (1961):
– не перекоывающийся (одна мутация – одна
аминокислота)
– вырожденный (несоклько кодонов для одной
аминокислоты)
– без запятых (меркеров между кодонами)
– периодический
кодон - триплет
• мутации, вызванные актидиновыми красителями
– не протекающие (функция не ослабляется, а исчезает)
– механизм – вставки/делеции оснований
(дальше все путается код без запятых)
CUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUA
LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeu
вставка
G
CUACUACUACGUACUACUACUACUACUACUACUACUACU
LeuLeuLeuArgThrThrThrThrThrThrThrThrThr
делеция
U
CUACUACUACUACUACUACUACUACUACACUACUACUAC
LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuHisTyrTyrTyr
Двойные мутанты и ревертанты
• два класса мутаций: (+) и (–)
• двойной мутант (+)¤(+) и (–)¤(–) – все еще мутантные
фенотипы
• двойные мутанты (+)¤(–) и (–)¤(+) – протекающие
фенотипы
CUACUACUACGUACUACUACUACUACUACUACUACUACU
LeuLeuLeuArgThrThrThrThrThrThrThrThrThr
¤
CUACUACUACUACUACUACUACUACUACACUACUACUAC
LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuHisTyrTyrTyr
CUACUACUACGUACUACUACUACUACUACACUACUACUA
LeuLeuLeuArgThrThrThrThrThrThrLeuLeuLeu
Тройные мутанты – реверсия!
• тройные мутанты из одного класса, (+)¤(+)¤(+) и (–)¤(–)¤(–),
дают протекающие фенотипы
CUACUACUACGUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACU
LeuLeuLeuArgThrThrThrThrThrThrThrThrThrThr
¤
CUACUACUACUACUACUACGUACUACUACUACUACUACUACU
LeuLeuLeuLeuLeuLeuArgThrThrThrThrThrThrThr
двойной мутант – нет функции
CUACAUCUACGUACUACUACGUACUACUACUACUACUACUAC
LeuLeuLeuArgThrThrThrTyrTyrTyrTyrTyrTyrTyr
¤
CUACUACUACUACUACUACUACUACUACGUACUACUACUACU
LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuArgThrThrThrThr
тройной мутант – слабая функция
CUACUACUACGUACUACUACGUACUACUACGUACUACUACUA
LeuLeuLeuArgThrThrThrTyrTyrTyrValLeuLeuLeu
Связывание триплетов
(из лекции Крика, 1966)
Генетический код
Генетический код: синонимы
TTT
TTC
TTA
TTG
CTT
CTC
CTA
CTG
ATT
ATC
ATA
ATG
GTT
GTC
GTA
GTG
F
F
L
L
L
L
L
L
I
I
I
M/ start
V
V
V
V
TCT
TCC
TCA
TCG
CCT
CCC
CCA
CCG
ACT
ACC
ACA
ACG
GCT
GCC
GCA
GCG
S
S
S
S
P
P
P
P
T
T
T
T
A
A
A
A
TAT
TAC
TAA
TAG
CAT
CAC
CAA
CAG
AAT
AAC
AAA
AAG
GАT
GАC
GАA
GАG
Y
Y
stop
stop
H
H
Q
Q
N
N
K
K
D
D
E
E
TGT
TGC
TGA
TGG
CGT
CGC
CGA
CGG
AGT
AGC
AGA
AGG
GGT
GGC
GGA
GGG
C
C
stop
W
R
R
R
R
S
S
R
R
G
G
G
G
Трансляция: рибосома
Трансляция (полисомы)
Polysomes
Адапторная гипотеза (F.Crick и
S.Brenner)
тРНК: вторичная и третичная структура
тРНК: пространственная структура
тРНК и аминоасил-тРНК синтетаза
Инициация трансляции
Старт трансляции
dnaN
gyrA
serS
bofA
csfB
xpaC
metS
gcaD
spoVC
ftsH
pabB
rplJ
tufA
rpsJ
rpoA
rplM
ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATG
GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATG
TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATG
CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATG
GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATG
ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATG
ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATG
AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATG
TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATG
GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATG
AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATG
CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATG
AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATG
TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATG
CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATG
AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG
Выравнивание сайтов связывания рибосом
dnaN
gyrA
serS
bofA
csfB
xpaC
metS
gcaD
spoVC
ftsH
pabB
rplJ
tufA
rpsJ
rpoA
rplM
ACATTATCCGTTAGGAGGATAAAAATG
GTGATACTTCAGGGAGGTTTTTTAATG
TCAATAAAAAAAGGAGTGTTTCGCATG
CAAGCGAAGGAGATGAGAAGATTCATG
GCTAACTGTACGGAGGTGGAGAAGATG
ATAGACACAGGAGTCGATTATCTCATG
ACATTCTGATTAGGAGGTTTCAAGATG
AAAAGGGATATTGGAGGCCAATAAATG
TATGTGACTAAGGGAGGATTCGCCATG
GCTTACTGTGGGAGGAGGTAAGGAATG
AAAGAAAATAGAGGAATGATACAAATG
CAAGAATCTACAGGAGGTGTAACCATG
AAAGCTCTTAAGGAGGATTTTAGAATG
TGTAGGCGAAAAGGAGGGAAAATAATG
CGTTTTGAAGGAGGGTTTTAAGTAATG
AGATCATTTAGGAGGGGAAATTCAATG
Элонгация
Терминация трансляции
трансляция - кино
Диалекты кода
• Генетический код не универсален, но
– различия невелики
– встречаются обычно в небольших геномах и
геномах органелл (и у инфузорий)
– затрагивают ограниченный набор семейств.
– Часто увеличивается симметрия.
– многие изменения затрагивают стоп-кодоны.
• Дополнительные аминокислоты
– формилметионин
– селеноцистеин
– пирролизин
Селеноцистеин
• Во всех трех основных ветках (бактерии, археи, эукариоты)
• кодон UGA, затем специальная шпилечная структура (SECIS)
– без SECIS UGA – стоп-кодон
– несколько генов на геном (нет у растений)
– в гомологичных белках соответствует цистеину (более эффективен в
ферментах)
• Сложный механизм (специальная тРНК, сериновая тРНК-синтетаза,
превращение серина в SeCys на тРНК, специальный фактор
элонгации)
Выравнивание SECIS
Консенсусная
структура
примеры
Скачать