Структура и функции биополимеров (ДНК, РНК, белки)
advertisement
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
