grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Молекулярные указатели для биомолекул

Краткое описание: 
Сазонов В.Ф. Молекулярные указатели для биомолекул [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [сайт]. Дата обновления: 17.04.2018. URL: http://kineziolog.su/content/molekulyarnye-ukazateli-dlya-biomolekul (дата обращения: __.__.201_). _Рассматриваются "молекулярные указатели (molecular signposts)", которые используются "живыми биомолекулами", т.е. ДНК, РНК и белками, для запуска важнейших биохимических процессов в организме, определяющих жизнь биомолекул, а именно репликацию, транскрипцию, трансляцию и деятельность белков.

Определение понятий

Молекулярные указатели (molecular signposts) - это характерные участки (сайты) "живых биомолекул", которые распознаются другими биомолекулами, вступающими с ними в связь для запуска или остановки определённого биохимического процесса. © 2014-2017 Сазонов В.Ф.  © 2014-2016 kineziolog.bodhy.ru  © 2016-2017 kineziolog.su.

"Живые биомолекулы" - это биомолекулы трёх классов - ДНК, РНК и белки, - несущие взаимоконвертируемую информацию и способные к согласованному взаимодействию для обеспечения жизни. © 2014-2017 Сазонов В.Ф.  © 2014-2016 kineziolog.bodhy.ru  © 2016-2017 kineziolog.su.

Жизнедеятельность организма на молекулярном уровне обеспечивается химическими реакциями, скоординированными по времени. Эти реации связываются в цепочки, состоящие из последовательных реакций, к которым своевременно присоединяются другие реакции.

Каким образом очередной процесс вовлекается в сеть текущих химических реакций организма? Каким образом химические процессы направляются в нужную сторону?

Для этого существует специальная система, которую мы образно назвали системой "молекулярных указателей". Подобно дорожным указательным знакам, эти молекулярные указатели помогают подключать очередной нужный биохимический процесс к текущим биохимическим реакциям.

С практической точки зрения очень важно, что этими молекулярными указателями можно пользоваться в своих интересах: можно цеплять к ним искусственные метки-маркёры, можно их искусственно блокировать или, наоборот, активировать и таким свособом искусственно управлять молекулярными процессами в биосистемах.

Молекулярные указатели для запуска биохимических процессов в организме

Молекулярные указатели репликации на ДНК

Молекулярный указательФункциональная рольПоследовательность нуклеотидов в ДНК
Указатель репликативной точки  на ДНК: репликатор, ориджин (Ori)

Прокариоты

Запуск процесса репликации ДНК начинается именно от этого участка (участка Ori у прокариот), т.е. это указатель для инициации репликации.

Ori (ориджины) - это AT-богатые, легкоплавкие участки ДНК длинной ~200 п.н., расположенные, как правило, между генами в промоторных областях. Но ориджины репликации у эукариот могут располагаться также внутри кодирующей части генов, причем активность генов не связана со степенью репликации.

С этим указателем связывается группа из нескольких молекул узнающих белков, которые начинают инициацию репликации ДНК.

У прокариот в связь с ориджинами вступают белки DnaA, т.е. первые белки, инициирующие репликацию ДНК.

Эукариоты

Инициация репликации у эукариот происходит на специфических множественных последовательностях нуклеотидов – репликаторах. ARS (autonomously replicating sequence) - это репликаторы дрожжей, наиболее изученные. Именно они определяют место начало инициации репликации.
Первым этапом инициации репликации у дрожжей является взаимодействие регуляторных последовательностей репликатора, по крайней мере, с шестью различными белками, которые образуют комплекс, распознающий область начала репликации: ORС (origin-recognition complex).

Сравнение первичных структур шести отдельных репликаторов эукариот показало, что все они содержат DUE-элементы, участки прикрепления к ядерному матриксу (SAR/MAR), канонические ARS-последовательности дрожжей, пиримидиновые тракты, а также ранее неидентифицированную каноническую последовательность WAWTTDDWWWDHWGWHMAWTT, где W = A/T, D = A/C/T, H = A/C/T, a M = A/C.

Большинство из известных в
настоящее время репликаторов локализованы в 5’-концевых последовательностях функционирующих генов, но они могут располагаться также внутри кодирующей части генов, при этом один ген может содержать несколько репликаторов-ориджинов.

 Участок ДНК, богатый парами А-Т
Указатель окончания репликации: ter-сайт (terminus)Указатели окончания репликации ter (terminus) находятся на противоположной стороне от ориджина кольцевой хромосомы E. coli. Ter-сайты работают как ловушки: репликационная вилка попадает в них и не выходит из этой области размером в 450 т.п.н. Имеется 6 ter-сайтов терминации. Белок Tus связывается с ter-сайтом и останавливает геликазу DnaB. Синтез ведущей цепи ДНК останавливается в 1 нуклеотиде от места связывания белка Tus. Ter-сайты работают только в одном направлении. Для каждого раунда репликации обычно используется только один сайт терминации. Остановившаяся на сайте терминации репликационная вилка ждет другую вилку, которая придёт с другой стороны. 
Указатель на теломере для теломеразы

Концевой участок теломеры (ТАГ), с которым связывается теломеразная РНК.

Теломераза связывается путём гибридизации своей РНК с крайним теломерным полуповтором G-цепи ДНК (с триплетом ТАГ) своим комплиментарным триплетом АУЦ, а следующие за ним в РГК нуклеотиды (ЦЦААУЦ) служат матрицей для удлинения 3´-конца G-цепи ДНК на один теломерный повтор, т.е. добавляют к нити ДНК участок ГГТ_ТАГ.

Концевой триплет ТАГ

 

 

Молекулярные указатели транскрипции на ДНК

Молекулярный указательФункциональная рольПоследовательность нуклеотидов в ДНК
Указатель начала транскрипции на ДНК у прокариот: ТАТААТГ - бокс Прибнова, Прибнов-бокс (также известен как Прибнов-Шаллер бокс: англ. Pribnow-Schaller box)

Прибнов-бокс распознаётся белками, которые связываюся с ним. Это запускает создание комплекса инициации транскрипции гена. Фукнции данного указателя сходны с ТАТА-боксом, встречающимся у эукариотов и археев, который тоже запускает транскрипцию.

Бокс Прибнова-Шаллера - это специфическая нуклеотидная последовательность в области промоторного участка хромосом прокариот, располагается на 10 п.н. выше транскрибируемого участка ДНК. Прибнов-бокс (ТАТААТГ) называют также консенсусной последовательностью, поскольку она встречается у многих организмов с небольшими различиями.

 

Участок ДНК, богатый A-Т парами:  ТАТААТГ.
Указатель начала транскрипции на ДНК у эукариот: ТАТА-бокс (TATA-box), или бокс Голдберга-Хогнесса

С ним связывается РНК-полимераза при инициации транскрипции у эукариот.

Консервативная последовательность ДНК (цис-регуляторный элемент), богатая A-Т парами (ТAТA(A-Т)A(A-Т)), содержащая обычно 7 или 8 нуклеотидов. Расположена приблизительно за 25 пар оснований перед сайтом начала транскрипции. Этот модуль повторяется в регуляторных элементах, он служит в качестве сайта связывания для РНК-полимеразы. ТАТА-бокс обнаружен в промоторной области генов у архебактерий и эукариот, примерно 24% генов человека содержат ТАТА-бокс в пределах центрального промотора. ТАТА-бокс функционально эквивалентен боксу Прибнова у прокариот.

Участок ДНК, богатый A-Т парами: ТAТA(A-Т)A(A-Т), содержащий обычно 7 или 8 нуклеотидов.
Указатель для РНК-полимеразыЭтот указатель распознаётся РНК-полимеразой, которая связывается с ним во время инициации транскрипции. Располагается на 25 п.н. выше Прибнов-бокса, т.е. на 35 п.н. выше транскрибируемого участка ДНК.Участок ДНК, богатый Г+Ц последовательностями нуклеотидов.

 

 

Молекулярные указатели на РНК

Молекулярный указательФункциональная рольПоследовательность нуклеотидов в мРНК
(генетический код)
Указатель начала трансляции, т.е. синтеза белка на мРНК

Стартовый кодон, отмечающий начало трансляции белка на мРНК. Он же кодирует аминокислоту метионин. AUG - первый кодон после лидерной последовательности в мРНК. Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).

АУГ
Указатель окончания трансляции на мРНК

Стоп-кодон, отмечающий окончание синтеза белковой молекулы на мРНК.

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих триплетов, или стоп-сигналов. На мРНК им соответствуют кодоны: UAA, UAG, UGA. Они терминируют (оканчивают) трансляцию.

УАА, УАГ, УГА

Молекулярные указатели на белках

Молекулярный указательФункциональная рольПоследовательность аминокислот и генетический код в мРНК
Указатель  
Указатель на биолиганде для запуска его адгезии с клеточной мембранойЛокус белка-лиганда, узнаваемый внеклеточным доменом многих мембранных белков-интегринов для формирования связи в виде адгезии. Если на мембране другой клетки белок, выступающий в роли лиганда, имеет этот локус, то интегрин вступает с ним в связь.

-Арг-Гли-Асп-

ЦГ(А,У,Г,Ц)/АГ(А,Г)--ГГ(А,У,Г,Ц)--ГА(У,Ц)

 

Источники:

  1. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. М.: ООО "Медицинское информационное агентство", 2003. 544 с.
  2. Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии / под ред. К. Уилсон, Дж. Уолкер. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 848 с.
  3. Norio P. DNA replication: the unbearable lightness of origins. EMBO reports 7, 8, 779–781 (2006).
  4. Reyes-Lamothe Rodrigo et al., Independent Positioning and Action of Escherichia coli Replisomes in Live Cells, Cell. 2008 April 4; 133(1): 90–102.

 © 2014-2018 Сазонов В.Ф. © 2014-2016  kineziolog.bodhy.ru

© 2016-2018  kineziolog.su

 

Ваша оценка: 
0
Голосов пока нет