Структура генов эукариот. Сплайсинг.
Далеко не все гены эукариотов кодируют необходимую для клетки информацию. Установлено, что достаточно протяжённые участки м-РНК вообще не кодируют аминокислоты, а являются не несущими код вставками(интроны). Наиболее ярко подобная ситуация проявляется в хромосомах эукариот, где ДНК находится в форме переплетённых друг с другом цепей, причём участки, несущие информацию (экзоны), занимают лишь около 10 % длины этих цепей. По этой причине во всех эукариотических клетках в ходе транскрипции вначале образуются пре-м-РНК, точные копии одной из цепей ДНК, которые затем освобождаются от интронов при помощи операции сплайсинга.
Существует четыре группы интронов. Интроны 1 и 2 группы осуществляют аутосплайсинг-сплайсинг без участия ферметов белковой природы.
Интроны первой группы включает две стадии. На первой стадии 3'-OH гуанидинового никлоезида образует 3’,5’-фосфодиэфирную связь с 5'концом интрона. Затем 3’-гидроксильная группа вытесненой группы- экзона нуклеофильно атакует 3’ конец интрона. В результате вырезается интрон и соединяются участки экзона
Аутоспласинг второй группы происходит по тому же принципу только в качестве нулеофила выстпает 2’-ОН группа остатка А внутри интрона. В качестве интермедиана образуется структура в форме лассо(лариат).
Самая большая группа интронов(третья группа) не подвергается аутосплайсингу – сплайсосомные интроны. Процесс сплайсинг в этом случае катализируется белковым комплексом сплайсосомой. Вутри сплайсомы интроны вырезаются по тому же механизму что и интроны второй группы. Сплайсосома состоит из из специальных РНК-комплексов – малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП). Каждый мяРНП содержит одну эукариотическую молекулу РНК (100-200 нуклеотидов), называемых малыми ядерными РНК (мяРНК). В сплайсинге учествуют пять мяРНК(U1,U2,U4,U5,U6)
|
|
|
Механизм сплайсинга в первичных транскриптах мРНК.
Вблизи 5’-конца U1-мяРНК есть последовательность комплементарная сайту сплайсинга на 5’ конце интрона. Это помогает выявить 5’-сайт сплайсинга при сборке сплайсомы. Затем U2 связывается с усатком содержащим остаток А (розовый), который осуществляет нуклефильную атаку в реакции сплайсинга.
Сборка сплайсомы.
Сначала присоединяются U1 и U2Затем присоединяются остальные фрагменты мяРНК- U4,U5,U6 , с образованием неактивной сплайсомы
После внутренних перестроек комплекс преобразуется в активную сплайсому из которой исключаются U1 и U4, а U6 соединяет с 5’-сайтом сплайсинга и с U2.()Затем следуют стадии аналогичные с сплайсинге интронов группы 2.
|
|
|
Вирусы. ВИЧ.
Вирусы — это паразитические нуклеопротеидные комплексы. Наиболее простые вирусы имеют в своем составе только одну молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК, никогда вместе) и оболочку из молекул белка. В вирусах не идут процессы обмена веществ, они размножаются только в клетке-хозяине. Поэтому их не относят к живым организмам. Вирусы, которые при своем размножении повреждают клетку-хозяина, являются возбудителями заболеваний и считаются патогенными. К заболеваниям вирусной этиологии относятся синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), бешенство, полиомиелит, корь, краснуха, оспа, гепатит, грипп и другие инфекции верхних дыхательных путей (простуды).
Вирусы, размножающиеся только в бактериях, носят название бактериофаги (коротко: фаги). Наиболее простое строение имеет фаг М13. Он состоит из одной однонитевой молекулы ДНК, содержащей примерно 7000 нуклеиновое основание, окруженной белковой оболочкой из 2700 субъединиц, упакованных по спирали. Оболочка вируса носит название капсид, а структура в целом — нуклеокапсид. M13 используется в генной инженерии в качестве вектора. Фаг Т4, один из наиболее крупных вирусов, имеет более сложное строение. В «головке» вируса содержится двунитевая ДНК, насчитывающая 170000 нуклеиновое оснований.
|
|
|
Патогенный для растений вирус табачной мозаики построен аналогично M13, но вместо ДНК содержит онРНК. K РНК-содержащим вирусам относится также вирусполиомиелита (полиовирус), вызывающий детский паралич. Нуклеокапсид вируса гриппа имеет дополнительную оболочку, заимствованную у плазматической мембраны клетки-хозяина. На липидной оболочке фиксированы вирусные белки, принимающие участие и инфицировании клетки-хозяина.
Вирус – супрамолекулярный химический комплекс, не являющийся живой субстанцией, но способный при попадании в клетку существенно влиять на её жизнедеятельность. Все вирусы несут определённый генетический материал, находящийся в виде одно- или двунитевых ДНК или РНК. Общей задачей всех вирусов является внедрение своего генетического материала в клетку, приводящее к синтезу специфических белков вируса. В дальнейшем эти белки способствуют образованию новых вирусных частиц, которые затем выходят из клетки, разрушая её мембрану. Механизм внедрения генетического материала вируса в геном клетки зависит от строения вируса. Если вирус содержит двунитевую ДНК, то, попадая в клетку, она участвует в процессе транскрипции точно также как ДНК клетки. В результате этого начинается синтез специфических белков вируса, которые зачастую могут выступать в роли праймеров, упрощая процесс транскрипции. Если вирус содержит однонитевую ДНК, то она, в первую очередь, участвует в процессе образования репликативной формы ДНК (достраивании второй цепи); при этом исходная цепь называется плюс-цепью, а достроенная - минус-цепью. Затем на минус-цепи начинается выстраивание новых плюс- цепей, которые либо превращаются в новые репликативные формы ДНК, либо входят в состав новых вирусных частиц. РНК-содержащие вирусы могут иметь как плюс-, так и минус-цепи РНК. Отличие плюс-цепей состоит в том, что они могут выступать в качестве м-РНК для производства белков на рибосомах клетки. В обоих случаях новые цепи РНК выстраиваются на старых при помощи особого фермента РНК-зависимой РНК- полимеразы (РНК-репликазы), которая либо синтезируется рибосомами на плюс-цепях, либо входит в состав вируса. Минус-цепи, выстраиваемые таким образом на плюс-цепях, участвуют в образовании новых плюс-цепей, при помощи которых синтезируются белки вируса или образуются новые вирусные частицы.
|
|
|
Отдельный класс вирусов составляют ретровирусы, содержащие фермент РНК- зависимую ДНК-полимеразу, обеспечивающий обратную транскрипцию - синтез нити ДНК на матрице вирусной РНК. Затем тот же самый фермент постепенно разрушает исходную цепь РНК, а однонитевая ДНК достраивается до двунитевой ДНК. Последняя встраивается в ДНК клетки-хозяина и принимает участие в процессах транскрипции.
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) известен как возбудитель заболевания, которое носит название синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). В структурном отношении ВИЧ подобен вирусу гриппа.
Геном ВИЧ состоит из двух молекул однонитевой РНК, каждая молекула содержит 9200 н.о.). Вирус имеет двуслойный капсид и окружен белоксодержащей мембраной. ВИЧ инфицирует главным образом Т-хелперные клетки, что в итоге может привести к выходу из строя иммунной системы.
При инфекци мембрана вируса сливается с плазматическоймембраной клетки-мишени(1) и ядро нуклеокапсида попадает в цитоплазму(2). Там вирусная РНК вначале образует гибрид РНК/ДНК (3), а затем транскрибируется с образованием днДНК (4). Обе реакции катализируются обратной транскриптазой вируса. ДНК интегрируется в геном клетки, где может оставаться в неактивном состоянии. При ее активации вначале с помощью ферментов клетки-хозяина транскрибируется фрагмент ДНК, соответствующий вирусному геному. При этом идет репликация как вирусной РНК, так и мРНК, кодирующей предшественники вирусных белков. Затем белки встраиваются в плазматическую мембрану клетки (8, 9) и там подвергаются протеолитической модификации (10). Цикл заканчивается почкованием вновь образованных вирусных частиц (11).
Группа PHК-содержащих вирусов, к которым принадлежит и ВИЧ, носит название ретровирусы, поскольку их жизненный цикл начинается с синтеза ДНК на РНК-матрице, т. е. с процесса обратного обычной транскрипции когда матрицей служит ДНК.
Плазмиды. Вирусы.
Плазмиды — дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК. Плазмиды способны удваиваться (реплицироваться) автономно, но при этом они эксплуатируют репликационную систему клетки хозяина. Большинство плазмид кодирует специальные белки — инициаторы репликации. Эти белки начинают процесс репликации, который затем подхватывается и продолжается репликационной системой клетки. Плазмиды широко используются в генной инженерии для переноса генетической информации и генетических манипуляций. Для этого создаются искусственные плазмиды — векторы, состоящие из частей, взятых из разных генетических источников, а также из искусственно созданных фрагментов ДНК. Присутствие плазмид в клетках может быть объяснено преимуществами, которые дают плазмидные гены клетке-хозяину (возможность расти в присутствии антибиотика, использование более широкого круга субстратов, защита от бактериофагов, устранение конкурентов путем синтеза бактериоцинов) или же теорией эгоистичной ДНК, как в случае криптических плазмид (т. е. плазмида поддерживается благодаря своей приспособленности к условиям внутри клетки).
Вектор (в генетике) — молекула нуклеиновой кислоты, чаще всего ДНК, используемая в генетической инженерии для передачи генетического материала другой клетке.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 889; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!