Регуляция транскрипции. Теория Оперона
Биосинтез белка
Транскрипция
Транскрипция — биосинтез молекул РНК на матрице ДНК, локализован в ядре клетки, идет постоянно, независимо от цикла клетки.
Субстратами и источниками энергии для биосинтеза РНК являются: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.
Ферментом транскрипции является РНК-полимераза ДНК-зависимая.
Кофакторами являются Mg2+.
Этапы транскрипции:
1) инициация,
2) элонгация,
3) терминация.
Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности в направлении 5'-3' со скоростью 40—50 нуклеотидов в 1 сек.
Созревание РНК (процессинг) происходит в ядре вне матрицы под действием РНК-аз, затем зрелая РНК выходит из ядра с помощью транслоказ.
Биосинтез белка (трансляция) протекает в полисомах и приводит к построению полипептидной цепи из аминокислот (первичной структуры белка). Для процесса трансляции необходимы: матрица (м-РНК), субстраты — 20 видов активированных аминокислот, энергия (1 молекула АТФ и 3 молекулы ГТФ для присоединения каждой аминокислоты), ферменты, факторы инициации, элонгации, терминации, кофакторы Mg2+, K+, адапторные молекулы т-РНК. Трансляция идет постоянно, усиливаясь во время митоза.
Этапами трансляции являются: инициация, элонгация, терминация.
Предварительный этап — образование активированных аминокислот с участием фермента аминоацил-т-РНК-синтетазы, 1 молекулы АТФ, Mg2+, 61 вида т-РНК.
Инициация требует наличия инициирующего кодона АУГ, 1 молекулы ГТФ, м-РНК, факторов инициации (IF1 IF2, IF3), Mg2+, малой и большой субъединиц рибосом, инициаторной аминоацил-т-РНК (мет-т-РНКмет).
Элонгация требует наличия инициирующего комплекса, 2 молекул ГТФ, активированной а-а-т-РНК, фактора элонгации (EF1 EF2, EG-транслоказа, EF—Tu, EF—Ts), Mg2+.
Для терминации необходимы терминирующие кодоны (УАА, УГА, УАГ) и рилизинг-факторы (RF1 RF2, RS).
Оперон — участок ДНК, кодирующий строение одного вида белков, содержащий регуляторную зону, контролирующую синтез этих белков.
Регуляция транскрипции м-РНК включает индукцию и репрессию генов.
Оперон состоит из гена-регулятора, гена-промотора, гена-оператора, структурных генов.
Индукция — «включение» процесса транскрипции. Трансляция возможна, если ген-оператор не связан с белком-регулятором. В этом случае РНК-полимераза присоединяется к гену-промотору и начинает синтез РНК, комплементарной структурным генам (м-РНК).
Репрессия — «выключение» транскрипции, когда ген-оператор связан с белком-регулятором и РНК-полимераза не имеет возможности присоединиться к гену-промотору.
Сродство белка-регулятора к гену-оператору может меняться при взаимодействии его с эффекторами.
Индукторами транскрипции служат субстраты метаболических путей, репрессорами, как правило, являются конечные продукты метаболических путей.
Роль индукторов и репрессоров могут играть гормоны.
В норме содержание общих НК в сыворотке крови взрослого человека составляет 80—100 мкг/мл. Увеличение концентрации НК в сыворотке крови свидетельствует об усилении процессов катаболизма в клетках органов и тканей.