I. Введение
Молекулярная
биология как самостоятельная наука, изучающая молекулярные основы
жизнедеятельности клетки, и как первая область человеческих знаний,
сформированная на нераздельном естествознании, на триединстве физики,
химии и биологии. Этапы развития молекулярной
биологии.
II. Структура нуклеиновых
кислот
Состав,
первичная (ковалентная) и вторичная структура ДНК.
Нуклеозиды, нуклеотиды: их строение и конформация. Конформация азотистых
оснований и фуранозного кольца. Пространственные структуры нуклеотидного
звена, реализуемые в полинуклеотидах (C2'-эндо-
и C3'-эндо-,
син- и анти-конформации). Полинуклеотидная цепь. Предпосылки создания
модели молекулы ДНК: рентгеноструктурные данные Астбери, Уилкинса,
Фурберга и Франклин, электрохимическое титрование Галланда, вариабельность
и закономерности нуклеотидного состава ДНК (правила Чаргаффа), структура
фосфодиэфирной связи. Модель ДНК Уотсона и Крика. Параметры и архитектура
двойной спирали ДНК. Принцип комплиментарности. Межцепочечные и
внутрицепочечные (стэкинг) взаимодействия в ДНК. Полиморфизм ДНК (формы
B,
A,
C,
D,
E).
Неканонические формы ДНК (Z,
H,
кресты, P).
Биологическое значение разных форм ДНК.
Третичная структура ДНК.
Свойства кольцевых ковалентно замкнутых ДНК. Явление суперспирализации
ДНК. Топологическая и геометрические характеристики кольцевых замкнутых
ДНК: порядок (число) зацеплений, кручение (Tw),
райзинг (Wr); связь
между ними — формула
Уайта. Отрицательная и положительная суперспирализация. Топоизомеразы
I и
II типа
про- и эукариот, свойства, функции и механизм действия. Общность строения
и механизма действия топоизомераз I типа
(I A и
III).
Механизм действия топоизомеразы I B.
Кристаллическая структура топоизомераз I типа.
Строение и свойство топоизомераз II типа.
Бактериальные ДНК-гиразы, субъединичный состав, функции субъединиц,
механизм действия. Процессивность гиразы. Модель инверсии знака. Общность
строения и свойств ДНК-гиразы и топоизомеразы II низших
эукариот. Рентгеноструктурный анализ топоизомеразы II
дрожжей. Молекулярная модель каталитических реакций топоизомеразы
II.
Топологические изомеры ДНК. Суперспирализация как способ запасания
энергии.
Физико-химические свойства ДНК.
Чувствительность молекул ДНК к кислотам, щелочам, температуре;
гидродинамические и оптические свойства ДНК. Денатурация (плавление) ДНК,
кооперативность и обратимость процесса. Кривые плавления и температура
плавления ДНК. «Отжиг» — реассоциация (ренатурация) ДНК. Кинетика
реассоциации денатурированной ДНК. Кинетические параметры реассоциации
геномных ДНК, их зависимость от сложности генома. «Аномалии» кинетики
реассоциации ДНК эукариот. Наличие в геноме эукариот последовательностей,
повторяющихся в разной степени (сателлитные, умеренно повторяющиеся и
уникальные последовательности ДНК).
Макромолекулярная структура РНК.
Первичная, вторичная, третичная структура РНК. Виды РНК, их
функции.
III. Структурно-функциональная
организация
бактериальных и
эукариотических геномов
Бактериальный геном. Характеристика геномной ДНК. Компактизация ДНК
бактерий. Суперспирализованные петли нуклеоида. ДНК-связывающие белки
петель, структура и функции. Роль доменной организации в функционировании
бактериального генома.
Геном
эукариот. Структурные элементы генома: полипуриновые и
полипиримидиновые блоки, обращённые повторы, сателлитная ДНК, умеренно
повторяющиеся и уникальные последовательности. Функции структурных
элементов генома. Основные свойства генома эукариот: избыточность,
компактность, компартментализация и нестабильность. Отличия генома
эукариот от генома прокариот.
Структура хроматина. Основные
компоненты хроматина (ДНК, гистоны, негистоновые белки, РНК): структура и
функции. Уровни компактизации ДНК хроматина. Концепция нуклеосомной
организации ДНК в хроматине. Структура 10 нм (нуклеосомной) фибриллы: кор
нуклеосомы, нуклеосома; роль гистона Н1 в укладке нуклеосомного филамента.
Структура 30 нм фибриллы. Роль отдельных доменов коровых гистонов в её
образовании. Модели укладки 30 нм фибриллы. Высшие уровни организации
хроматина: доменно-петлевой (60—80 нм) и фибрилла 100—130 нм, интерфазный
хроматин, хромосома. Динамика хроматина и регуляция его компактизации.
Фазирование нуклеосом. Подвижность (скольжение) нуклеосом. Основные
пути формирования высших уровней организации хроматина: посттрансляционные
модификации гистонов, гистоновый код, синтез различных форм линкерного
гистона Н1 и степень связывания с элементами ядерного матрикса.
Необходимость декомпактизации хроматина для протекания матричных
процессов. Роль интерферирующих РНК в структурных перестройках хроматина и
системном распространении сайленсинга.
Основные подходы для изучения структуры хроматина: биохимический
подход, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, сканирующая
электронная микроскопия, ядерный магнитный резонанс.
Пластичность (непостоянство)
геномов.
Явление транспозиции. Открытие транспозиции у бактерий. Перемещающиеся
(мобильные) элементы бактерий (IS,
Tn,
эписомы, m-подобные фаги), их
характеристика, особенности. Функция транспозазы и резольвазы.
Молекулярные механизмы транспозиции (репликативная и нерепликативная
транспозиция).
Мобильные элементы эукариот. Ретротранспозоны:
ретровирусы и ретропозоны вирусного суперсемейства (Ty-элемент дрожжей, copia D. melanogaster, LINEs млекопитающих); их
характеристика; механизм транспозиции. Ретропозоны невирусного
суперсемейства SINE: В1, В2, Alu и
процессированные псевдогены; их характеристика; механизм транспозиции.
Мобильные элементы, ограниченные инвертированными повторами: Р-элемент
дрозофилы и Ac-элемент кукурузы; механизм их транспозиции.
Функции мобильных элементов генома. Возможная роль в
эволюции.
Молекулярно-биологические методы анализа
генома.
Принципы молекулярно-биологических подходов, положивших начало
молекулярной биологии гена: электрофорез ПАА и агарозном гелях, в
пульсирующем электрическом поле; молекулярная гибридизация,
блот-гибридизация, энзиматическое введение метки в ДНК, рестрикционное
картирование и секвенирование ДНК (метод Максама и Гилберта, метод Сэнгера,
секвенирование с использованием микрочиповых технологий,
пиросеквенирование и полони-секвенирование, секвенирование с помощью
нанопор), молекулярное клонирование, амплификация ДНК in vitro — ПЦР. Решаемые этими подходами
задачи. Создание банков данных нуклеотидных последовательностей геномов
разных организмов. Возникновение геномики, биоинформатики,
функциональной геномики (транскриптомики, протеомики) и сопровождающих их
технологий.
IV. Молекулярные
механизмы копирования полинуклеотидов
Репликация
ДНК.
Матричный характер репликации. Доказательство полуконсервативного способа
репликации ДНК. Одно- и двунаправленная репликация. Контролирующие
элементы репликации.
Репликация ДНК у прокариот. Ориджин репликации
E. coli,
структура и функции. Ферментативный аппарат и вспомогательные белки
репликации. ДНК-полимеразы прокариот (I,
II,
III),
структура, функции, полимеразная и экзонуклеазные активности этих
ферментов. Особенности строения ДНК-полимеразы I
(полимеразный и экзонуклеазные домены); организация полимеразного домена.
Механизм полимеризации дочерней цепи и участие в этом основных доменов,
субдоменов ДНК-полимеразы I и
канала между ними. Особенности строения ДНК-полимеразы III.
ДНК-полимераза III —
асимметричный мультисубъединичный комплекс. Кор фермента, g-комплекс и холофермент.
Функции отдельных субъединиц. Вилка репликации. Модель «петля Корнберга».
Праймосома и реплисома, их состав. Особые свойства геликаз. Свойства белка
Dna A
как инициатора репликации; роль метилирования ДНК в инициации репликации.
Механизм действия ферментов и их субъединиц в вилке репликации.
Процессивность ДНК-полимеразы III,
факторы процессивности. Терминация репликации у бактерий:
последовательности ter и
белок TUS,
их роль в терминации. Особенности регуляции репликации у E. coli и
плазмиды ColE1. Топологические проблемы
репликации. Роль негативной суперспирализации ДНК и топоизомераз в
репликации.
Особенности репликации ДНК у
эукариот.
Полирепликонный характер репликации. ДНК-полимеразы эукариот
(a, b, g, d, e, x), их компартментализация,
структура, свойства, функции. Субъединичный состав полимеразы
a (полимераза a/праймаза). Полимеразные и
экзонуклеазные свойства полимераз d и e. Процессивность полимераз a, d,
e.
Ориджины репликации у эукариот: ARS и
другие ориджины. Комплекс ORC и
инициация репликации. Структура и свойства белков, участвующих в
репликации: RPA,
геликаза А, RFC,
PCNA.
Автономные 5'®3'-экзонуклеазы и корректазы
(3'®5'-экзонуклеазы). Топология
репликации. Теломеры эукариотических хромосом. Теломераза, композиция
(субъединичный состав) теломеразного комплекса, характеристика РНК и
белковых субъединиц. Каталитическая субъединица теломеразы — обратная
транскриптаза (TERT).
Механизм действия теломеразы. Репрессия теломеразы и старение клеток в
культуре (предел Хейфлика). Точность процесса репликации.
Репарация ДНК. Химические изменения
(повреждения), возникающие в ДНК. Многообразие систем репарации: прямая
реактивация, фотореактивация, эксцизионная репарация, индуцируемая
репарация, SOS-репарация, репарация неспаренных нуклеотидов.
Молекулярные механизмы репарации и их энзимология. Репаросома про- и
эукариот.
Ферментативная рестрикция и модификация
ДНК.
Явление рестрикции. Метилазы — специфические модификаторы ДНК. Открытие
рестрицирующих эндонуклеаз (рестриктаз). Номенклатура и классификация
ферментов рестрикции и модификации, принципы классификации. Прототипы,
изошизомеры. Строение рестриктаз-метилаз I,
II и
III
класса, возможные механизмы действия ферментов. Распространение систем
рестрикции-модификации, их биологическая роль. Рестриктазы — незаменимые инструменты
экспериментальной молекулярной биологии.
Обратная транскрипция. Обратная транскрипция —
РНК-зависимый синтез ДНК. Открытие обратной транскрипции. Особенности
генома ретровирусов (на примере вируса саркомы птиц и ВИЧ). Гены и
продукты их экспрессии, роль в обратной транскрипции и репродукции
вирусов. РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза):
субъединичный состав, структура, функции субъединиц и доменов, входящих в
них. Этапы обратной транскрипции. Специфичность праймера.
Полифункциональные свойства обратной транскриптазы. Образование
провирусной ДНК, особенности её строения, проникновение в ядро и механизмы
интеграции в геном хозяйской клетки. Транскрипция провирусной ДНК.
Промоторы, энхансеры, терминаторы транскрипции. Сплайсинг образующихся
транскриптов. Регуляция транскрипции. Трансформирующее начало
ретровирусов. Роль вирусных онкогенов в трансформации клетки,
доказательства. Вирусные и клеточные онкогены, сходство и различия.
Продукты вирусных и клеточных онкогенов (онкобелки), особенности
структуры, функции и механизмы действия некоторых представителей
(Src,
Erb,
Sis,
Ras,
Myc,
Fos,
Jun).
Гипотезы злокачественной трансформации клеток: заражение высокоонкогенными
вирусами, активация протоонкогенов в результате инсерций, транслокаций и
амплификации, мутагенез клеточных регуляторных генов.
Транскрипция. Транскрипция — первый этап
реализации генетической информации (экспрессии генов). Матричный характер
транскрипции (ферментативный синтез РНК на матрице ДНК). Механизм
полимеризации цепи РНК-транскрипта. ДНК-зависимые РНК-полимеразы
эубактерий, архей, бактериофагов и эукариот, их сравнительная
характеристика. Характеристика основных типов РНК (мРНК, рРНК, тРНК,
мяРНК). Общая характеристика процесса транскрипции. Основные этапы
транскрипции (преинициация, инициация, элонгация и терминация). Закрытый и
открытый комплексы РНК-полимеразы с матрицей. Строение транскрипционного
«пузырька». Понятие промотора, коровый (минимальный) промотор. «Сила»
промотора. Базальная и активированная транскрипция.
Транскрипция у прокариот. Строение промотора
прокариот (на примере E. coli):
последовательности –10 (Прибнов-бокс) и –35. Сила консенсусного и
природных промоторов E. coli.
Строение РНК-полимеразы эубактерий: коровый фермент (a2bb')
и холофермент (a2bb's). Ингибиторы РНК-полимеразы
— рифампицин и стрептолидигин. Роль a-, b- и b'-субъединиц РНК-полимеразы в транскрипции; участие
шаперонина (w-субъединицы) в сборке
холофермента РНК-полимеразы. Мажорные и минорные s-субъединицы. Роль
s-субъединиц в узнавании
различных промоторов холоферментом РНК-полимеразы. Сборка
транскрипционного комплекса на промоторе, формирование транскрипционного
«пузырька» (преинициация), инициация, элонгация и терминация. Факторы
элонгации транскрипции E. coli
(Gre A и
Gre B).
Особенности структуры терминаторов транскрипции, факторы терминации
транскрипции (r-фактор, Nus-факторы); r-зависимая и r-независимая терминация.
Регуляция транскрипции прокариотических генов.
Понятие оперона и регулона, катаболитные (лактозный) и анаболитные
(триптофановый) опероны. Негативная и позитивная регуляция. Цис- и
транс-регуляторы. Операторы. Регуляторные белки (активаторы и репрессоры),
индукторы (ко-активаторы) и ко-репрессоры. Структура регуляторных белков:
ДНК-связывающий и транс-активаторный домены. Структурный мотив
«спираль-поворот-спираль» (на примере lac-репрессора и репрессора фага l). Лактозный оперон
E. coli:
строение и регуляция (негативная регуляция lac-репрессором и позитивная регуляция комплексом
САР-белок/цАМФ). Триптофановый оперон E. coli:
строение и регуляция (негативная регуляция комплексом trp-репрессора с ко-репрессором (триптофаном) и
регуляция аттенуацией). Строение аттенуатора, образование альтернативных
структур аттенуатора, аттенуация с участием рибосом. Другие типы
аттенуации: с участием тРНК и РНК-связывающих белков. Точность процесса
транскрипции (в сравнении с репликацией ДНК).
Транскрипция у эукариот. Три формы эукариотической
РНК-полимеразы (I,
II,
III),
три класса эукариотических генов (I,
II,
III,
соответственно) и виды транскрибируемых с них РНК. РНК-полимераза IV растений. Чувствительность
полимераз к антибиотику a-аманитину. Субъединичный
состав разных форм фермента. Гомология некоторых субъединиц
эукариотических РНК-полимераз с субъединицами бактериальной и архейной
полимераз. Кристаллическая структура про- и эукариотической РНК-полимераз:
общий план строения (основные домены и каналы), положение и состав
активного сайта фермента. Открытая и закрытая конформации РНК-полимеразы и
их роль в стабилизации связи фермента с ДНК-матрицей. Общие субъединицы
всех трёх форм эукариотической РНК-полимеразы и их возможная роль в
координации транскрипции генов разных классов. Коровый промотор,
разнообразие промоторов генов классов I,
II и
III.
Базальные транскрипционные факторы, сборка преинициаторного комплекса
(ПИК) на промоторе. Промоторы генов класса II:
ТАТА-бокс-содержащие и не содержащие ТАТА-бокс. Инициаторная
последовательность (инициатор). Регуляторные последовательности
конститутивно транскрибируемых генов (GC-богатые мотивы) и тканеспецифичных генов
(последовательность СААТ). Формирование преинициаторного комплекса (ПИК)
на промоторах. Варианты взаимодействия преинициаторного комплекса с
коровым и инициаторным элементами. Пошаговая сборка ПИК на
ТАТА-бокс-содержащем промоторе и предсборка холофермента РНК-полимеразы
II.
Мультисубъединичный состав базального транскрипционного фактора
TFIID: TBP и
TAF’ы. Особенности строения TBP.
Кристаллографические исследования комплексов ДНК—TBP,
объясняющие механизм действия этого фактора. Участие TBP в
транскрипции генов всех трех классов (в составе базальных транскрипционных
факторов SL1,
TFIID и TFIIIB). Особая роль TAF’ов в ПИК на промоторах, не содержащих ТАТА-бокс.
Базальные транскрипционные факторы TFIIA, THIIB, TFIIF, THIIE. Энзиматические активности
базального фактора TFIIH, две формы этого фактора
(холо-THIIH и репаросома) и их роль в
транскрипции и репарации. Уникальный С-терминальный домен (СТД) самой
крупной субъединицы РНК-полимеразы II.
Роль фосфорилирования СТД в транскрипции и созревании РНК. Понятие
холофермента эукариотической РНК-полимеразы. TAF-независимая транскрипция и роль в ней сложного
комплекса белков-регуляторов и кофакторов транскрипции (медиатора). Электронно-микроскопические и рентгеноструктурные
исследования транскрипционного комплекса РНК-полимеразы II (Р. Корнберг).
Особенности строения промоторов генов классов
I и
III и
сборка на них базального транскрипционного комплекса. Промотор и базальные
транскрипционные факторы (SL1
и UBF)
генов класса I.
Три типа промоторов и базальные транскрипционные факторы (TFIIIA, TFIIIB и TFIIIC) генов класса III.
Регуляция транскрипции у эукариот. Цис- и
транс-регуляторные элементы. Цис-регуляторные элементы эукариотических
генов: промоторы, энхансеры (сайленсеры), инсуляторы. Локализация
промоторов и их специфичность во времени и пространстве, доказательства
этого феномена (на примере гена алкогольдегидрогеназы Drosophila и химерных генов,
трансфицированных в пронуклеус ранних эмбрионов мыши). Локализация
энхансеров, их модульное строение. Возможные механизмы действия
энхансеров. Тканеспецифичность энхансеров и её доказательство (на примере
гена тяжёлых цепей иммуноглобулина и трансфицированного в культуры клеток
репортёрного гена САТ, слитого с энхансерами различных тканеспецифических
генов. Модели, объясняющие взаимодействие промоторов, энхансеров
(сайленсеров), инсуляторов.
Транскрипционные факторы: белки-активаторы
(репрессоры) и кофакторы. Сиквенс-специфические ДНК-связывающие активаторы
(репрессоры). Типы ДНК-связывающих доменов транс-активаторов
(репрессоров): «цинковые пальцы», «гомеодомен» со структурным мотивом
«спираль-поворот-спираль» (HTH),
«POU-домен», «спираль-петля-спираль» (bHLH),
«лейциновая молния» (bZip)
и другие. Типы транс-активаторных (репрессорных) доменов: кислые
(отрицательно заряженные), глутамин-богатые, пролин-богатые,
серин-треонин-богатые активаторные домены и аланин-богатые,
гистидин-богатые, глицин-аланин-богатые репрессорные домены. Рецепторы
стероидных гормонов, характеристика их функциональных доменов; комплексы
рецепторов с гормонами и гормон-чувствительные элементы: роль в регуляции
транскрипции генов, активируемых стероидными гормонами. Подходы в изучении
сайт-специфических ДНК-белковых взаимодействий: метод футпринтинга, метод
ковалентных сшивок.
Роль структуры хроматина в регуляции транскрипции.
Необходимость разрушения (декомпактизации) хроматиновой фибриллы для
протекания матричных процессов. Чувствительность хроматина к ДНКазе
I.
Возможные варианты декомпактизации хроматина для обеспечения инициации и
элонгации транскрипции; белковые ферментативные комплексы, участвующие в
этом процессе — гистоновые ацетилтрансферазы и деацетилазы и АТР-зависимые
ремоделирующие хроматин комплексы: SWI/SNF,
NURF,
RSC,
CHRAC, ACF.
Роль нуклеосомного позиционирования в связывании TBP.
Участие HMG-белков как архитектурных факторов в активации
транскрипции. Участие малых интерферирующих РНК в образовании
гетерохроматина и подавлении транскрипции (РНК-интерференция,
транскрипционный сайленсинг генов – TGS). Метилирование как способ контроля активности генов
эукариот.
Факторы элонгации транскрипции (TFIIF, TFIIS, P-TEFb,
комплекс элонгин/SIII,
ELL,
FACT);
роль фосфорилирования СТД РНК-полимеразы II в
элонгации транскрипции. Терминация транскрипции, её связь с процессингом
3’-конца РНК-транскрипта.
V.
Процессинг первичных РНК-транскриптов
Процессинг у прокариот. Полицистронная и
моноцистронная мРНК. Полиаденилирование мРНК. Первичные транскрипты рРНК и
тРНК, их процессинг. Специфичность нуклеаз процессинга (РНКаза
III,
эндонуклеаза М, экзо-3'-нуклеаза D,
РНКаза Р).
Процессинг у эукариот. Прерывистое
(экзон-интронное) строение эукариотических генов и его доказательство
(опыты Шамбона). Распространение экзон-интронного строения генов у
прокариот, эукариот и вирусов. Сплайсинг.
Процессинг рРНК. Созревание 28S,
18S b
5,8S
рРНК из первичного транскрипта 45S
пре-рРНК. Специфичность эндо- и экзонуклеаз процессинга.
Аутокаталитический сплайсинг рРНК Tetrahymena. Доказательства
существования ферментативных свойств у рРНК тетрахимены (эксперименты
Чеха). Важность нативной структуры последовательностей экзонов и интрона
для правильного сплайсинга. Механизм аутосплайсинга рРНК. G-3’-ОН как косубстрат реакции. Реакции
трансэтерификации и превращения интрона. Активный центр рибозима
(последовательность ВАП). Фрагмент L–19 — истинный рибозим, доказательства. Особенности
интронов групп I и
II и
интронов пре-мРНК. Эндонуклеазы, обратные транскриптазы и матуразы,
кодируемые последовательностями в интронах I и
II
группы, и их роль в подвижности интронов. Молекулярные механизмы
ретропозиции интронов. Специфичность эндонуклеаз в поиске
последовательностей-мишеней (явление «intron homing»). Обратный сплайсинг и
образование твинтронов.
Процессинг пре-мРНК. Гетерогенные ядерные РНК
(гяРНК) и гяРНП. Кэпирование 5'-конца гяРНК. Процессинг 3’-конца
транскрипта: участие цис-регуляторных последовательностей и транс-факторов
в этом процессе; эндонуклеазы процессинга и polyA-полимераза. Сплайсинг
пре-мРНК. Особенности интронов в пре-мРНК, 5'- и 3'-сплайс-сайты, сайт
ветвления. Механизм сплайсинга, роль инвариантного аденозина в этом
процессе. Доказательство роли мяРНП и отдельных белков в сплайсинге гяРНК
в бесклеточных системах. Сплайсосома. Влияние на сплайсинг мутаций в
канонических последовательностях экзон-интронных границ. Конститутивный и
альтернативный сплайсинг. Участие специфических белков (SR-белки и РТВ) в выборе альтернативных сплайс-сайтов.
Роль альтернативного сплайсинга в регуляции экспрессии генов.
Транс-сплайсинг, механизм (формирование зрелых мРНК тубулинов
трипаносом).
Процессинг тРНК. Созревание 5'-конца с
помощью РНКазы Р. РНКаза Р — РНК-белковый комплекс, обладающий
рибозимной активностью. Созревание 3’-конца тРНК с помощью дистрибутивной
3'-экзонуклеазы и/или специфичной нуклеотидилтрансферазы. Сплайсинг тРНК.
Локализация интронов в первичных транскриптах тРНК и их вырезание
специфическими эндонуклеазами. Сшивание экзонов специфическими лигазами.
Участие в сплайсинге киназ и фосфатаз.
Редактирование (эдитинг) РНК. Редактирование пре-мРНК
митохондрий трипаносомы. Обнаружение РНК-гидов (gRNA,
guide RNA).
Возможные механизмы инсерционного и делеционного редактирования: модели
энзиматического каскада, трансэтерификации и нуклеазо-лигазная.
Редактирование пре-мРНК млекопитающих по механизму сайт-специфического
дезаминирования аденозина (на примере пре-мРНК глутаминового и
серотонинового рецепторов); участие ферментов DRADA и RED,
их гетерогенность. Функциональная роль Z-формы ДНК при редактировании пре-мРНК. Механизм
высокоспецифического дезаминирования цитозина (редактирование мРНК
аполипопротеина В млекопитающих). Участие цитидиндезаминазы в этом
процессе. Роль редактирования РНК.
VI. Трансляция — рибосомальный синтез белка
Трансляция — реализация
заключённой в мРНК генетической информации в аминокислотную
последовательность. Участники процесса трансляции: иРНК, тРНК,
аминоацил-тРНК-синтетазы, их характеристика (структура и функции).
Организация рибосом. Методы исследования
структурной и функциональной организации рибосом. Рибосомные РНК и
рибосомные белки: особенности структуры. Роль РНК-РНК, РНК-белковых и
белок-белковых взаимодействий в организации структуры и функционировании
рибосомы. Большая и малая субчастицы рибосомы про- и эукариот.
Функциональные сайты рибосомы: сайты связывания аминоацил-тРНК,
пептидил-тРНК и деацилированной тРНК (А-, Р-, Е-сайты); сайты связывания
факторов элонгации трансляции (EF-Tu и
EF-G),
сайт выхода синтезированного белка. Роль рибосомных РНК и белков для
функционирования активных сайтов рибосомы. Механизм реакции
транспептидации и участие в этом процессе больших рибосомных РНК
(23S
и
28S) как рибозимов.
Подготовка аминокислот к трансляции. Активирование аминокислот.
Аминоацил-тРНК-синтетазы, механизм специфического узнавания субстратов
(аминокислот и тРНК-адаптеров).
Стадии трансляции. Инициация. Связывание мРНК с
малой субчастицей рибосомы. Роль кэпирования мРНК у эукариот и
специфического контекста последовательности в 5'-нетранслируемой области
мРНК для эффективной инициации. Образование инициаторного комплекса на
связывающем сайте рибосомы. Инициирующие кодоны и инициаторные тРНК у про-
и эукариот. Принципы кодон-антикодонового взаимодействия. Неоднозначность генетического кода; «гипотеза
качаний» Ф. Крика и ее экспериментальное подтверждение методом
рентгено-структурных исследований транслирующей
рибосомы. Вспомогательные факторы инициации.
Элонгация. Роль фактора переноса — Т (EF-Tu в
бактериях) и связанного GTP
при поступлении аминоацил-тРНК в А-сайт рибосомы. Гидролиз
GTP и
высвобождение фактора элонгации Т. Роль 50S
субчастицы рибосомы в реакции транспептидации, механизм реакции.
Характеристика этапа транслокации, необходимость фактора транслокации
(EF-G
бактерий, eEF-2
эукариот). Изменение конформации рибосомы после гидролиза GTP и
удаления фактора транслокации. Роль конформационных изменений факторов
элонгации.
Терминация. Терминирующие кодоны и факторы терминации
(рилизинг-факторы) RF1/2 и RF3
у прокариот и
eRF1
и eRF3
у эукариот. Механизмы освобождения полипептида, вытеснения тРНК из
рибосомы и отделение рибосомы от мРНК. Диссоциация рибосомы.
Регуляция трансляции у про- и эукариот, способы
регуляции. Регуляция трансляции с участием микро-РНК и
малых интерферирующих РНК
(РНК-интерференция, пост-транскрипционный сайленсинг
генов – PTGS).
Литература (основная):
Белясова Н. Биохимия и молекулярная биология. М.,
Книжный дом, 2004.
Зенгер В. Принципы структурной организации
нуклеиновых кислот. М., Мир, 1987.
Молекулярная биология. Структура и биосинтез
нуклеиновых
кислот (под ред. акад. Спирина А.С.). М., Высшая школа, 1990.
Патрушев. Экспрессия генов. М., Наука, 2000.
Спирин А.С. Молекулярная биология: Структура рибосом
и биосинтез белка. М., Высшая школа, 1986.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М., Мир,
1998.
Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М., Академкнига, 2002.
Литература (дополнительная):
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная
биология клетки. М., Мир, 1994.
Калинин В.Л. Транскрипция и регуляция экспрессии
генов. Санкт-Петербург, изд-во СПбГТУ, 2001.
Михайлов В.С. ДНК-полимеразы эукариот. // Мол. биол.
1999. Т.
33. №
4. С. 567—580.
Писарчик А.В., Картель Н.А. Простые повторяющиеся
последовательности и экспрессия генов. // Мол. биол. 2000. Т.
34. № 3. С.
357-362.
Чемерис М.В., Ахунов Б.Д., Вахитов А.И.
Секвенирование ДНК. М., Наука, 1999.
Якубовская Е.А., Габибов А.Г. Топоизомеразы.
Механизмы изменения топологии ДНК. // Мол. биол. 1999. Т.
33. № 3. С.
368-384.
Lewin B. Genes. Oxford University Press. 2003.
