Küpsemine (RNA töötlemine). Töötlemine, splaissimine
RNA töötlemine (RNA transkriptsioonijärgsed modifikatsioonid) on protsesside kogum eukarüootsetes rakkudes, mis viivad primaarse RNA transkripti muundamiseni küpseks RNA-ks.
Tuntuim on messenger-RNA-de töötlemine, mida nende sünteesi käigus muudetakse: korkimine, splaissimine ja polüadenüülimine. Ribosomaalsed RNA-d, ülekande-RNA-d ja väikesed tuuma-RNA-d on samuti modifitseeritud (teiste mehhanismide abil).
Splaissimine (inglise keelest splaissing - millegi otste splaissimiseks või liimimiseks) on protsess, mille käigus lõigatakse RNA molekulidest välja teatud nukleotiidjärjestused ja ühendatakse järjestused, mis jäävad RNA töötlemise ajal “küpsesse” molekuli. See protsess toimub kõige sagedamini eukarüootides sõnumitooja RNA (mRNA) küpsemise ajal, mille käigus RNA-d ja valke hõlmavate biokeemiliste reaktsioonide kaudu eemaldatakse mRNA lõigud, mis ei kodeeri valku (intronid), ja lõigud, mis kodeerivad aminorühma. happejärjestus – eksonid on omavahel seotud. Seega muundatakse ebaküps pre-mRNA küpseks mRNA-ks, millest loetakse (tõlgitakse) rakuvalgud. Enamikul prokarüootsetel valku kodeerivatel geenidel ei ole introneid, seega esineb nendes mRNA-eelset splaissimist harva. Transfer RNA-de (tRNA-de) ja muude mittekodeerivate RNA-de splaissimine toimub ka eukarüootide, bakterite ja arhee esindajatel.
Töötlemine ja splaissimine on võimelised ühendama üksteisest kaugel olevaid struktuure üheks geeniks, seega on neil suur evolutsiooniline tähtsus. Sellised protsessid lihtsustavad spetsifikatsiooni. Valkudel on plokkstruktuur. Näiteks on ensüümiks DNA polümeraas. See on pidev polüpeptiidahel. See koosneb oma DNA polümeraasist ja endonukleaasist, mis lõikab DNA molekuli otsast. Ensüüm koosneb 2 domeenist, mis moodustavad 2 sõltumatut kompaktset osakest, mis on ühendatud polüpeptiidsillaga. Kahe ensüümi geeni piiril on intron. Domeenid olid kunagi eraldi geenid, kuid siis muutusid need lähedasemaks.
Sellise geenistruktuuri rikkumised põhjustavad geenihaigusi. Introni struktuuri rikkumine on fenotüübiliselt nähtamatu, eksonijärjestuse rikkumine viib mutatsioonini (globiini geenide mutatsioon).
Valkude biosüntees on polüpeptiidahela aminohappejääkidest sünteesimise kompleksne mitmeetapiline protsess, mis toimub elusorganismide rakkude ribosoomidel mRNA ja tRNA molekulide osalusel. Valkude biosünteesi võib jagada transkriptsiooni, töötlemise ja translatsiooni etappideks. Transkriptsiooni käigus loetakse DNA molekulides krüpteeritud geneetiline informatsioon ja see info kirjutatakse mRNA molekulidesse. Järjestikuste töötlemisetappide seeria jooksul eemaldatakse mRNA-st mõned fragmendid, mis on järgmistes etappides mittevajalikud, ja redigeeritakse nukleotiidjärjestusi. Pärast koodi transportimist tuumast ribosoomidesse toimub valgumolekulide tegelik süntees üksikute aminohappejääkide kinnitumisel kasvavale polüpeptiidahelale.
Vahendaja rolli, kelle ülesandeks on DNA-s talletatud päriliku informatsiooni töövormi tõlkimine, täidavad ribonukleiinhapped – RNA.
ribonukleiinhapped on esindatud ühe polünukleotiidahelaga, mis koosneb nelja tüüpi nukleotiididest, mis sisaldavad suhkrut, riboosi, fosfaati ja ühte neljast lämmastiku alusest - adeniini, guaniini, uratsiili või tsütosiini
Maatriks ehk informatsioon, RNA (mRNA või mRNA). Transkriptsioon. Kindlaksmääratud omadustega valkude sünteesimiseks saadetakse nende ehituskohta “juhised” aminohapete peptiidahelasse kaasamise järjekorra kohta. See juhis sisaldub maatriksi ehk messenger-RNA (mRNA, mRNA) nukleotiidjärjestuses, mis on sünteesitud vastavates DNA osades. mRNA sünteesi protsessi nimetatakse transkriptsiooniks.
Sünteesiprotsessi ajal, kui RNA polümeraas liigub mööda DNA molekuli, ühendatakse üheahelalised DNA lõigud, mida see on läbinud, taas topeltheeliksiks. Transkriptsiooni käigus toodetud mRNA sisaldab DNA vastavasse sektsiooni salvestatud teabe täpset koopiat. Aminohappeid kodeerivate külgnevate mRNA nukleotiidide kolmikuid nimetatakse koodoniteks. MRNA koodonjärjestus kodeerib peptiidahela aminohapete järjestust. MRNA koodonid vastavad teatud aminohapetele (tabel 1).
Transfer RNA (tRNA). Saade. Transfer RNA (tRNA) mängib olulist rolli päriliku teabe kasutamise protsessis raku poolt. Viies vajalikud aminohapped peptiidahelate kogunemiskohta, toimib tRNA translatsiooni vahendajana.
Sellel on neli põhiosa, mis täidavad erinevaid funktsioone. Aktseptori "tüvi" moodustavad kaks komplementaarset ühendatud terminaalset tRNA osa. See koosneb seitsmest aluspaarist. Selle varre 3" ots on veidi pikem ja moodustab üheahelalise piirkonna, mis lõpeb vaba OH rühmaga CCA järjestusega. Transporditav aminohape on selle otsa külge kinnitatud. Ülejäänud kolm haru on komplementaarsed paaris nukleotiidjärjestused, mis lõpetavad paarituid alasid, mis moodustavad silmuseid. Nende harude keskmine – antikoodon – koosneb viiest nukleotiidipaarist ja sisaldab oma ahela keskel antikoodonit. Antikoodon on kolm mRNA koodoniga komplementaarset nukleotiidi, mis kodeerib selle tRNA-ga peptiidide sünteesikohta transporditavat aminohapet.
Üldiselt iseloomustab erinevat tüüpi tRNA-sid nukleotiidjärjestuse teatav püsivus, mis enamasti koosneb 76 nukleotiidist. Nende arvu varieerumine on peamiselt tingitud nukleotiidide arvu muutustest lisaahelas. tRNA struktuuri toetavad komplementaarsed piirkonnad on tavaliselt konserveerunud. Nukleotiidjärjestuse järgi määratud tRNA primaarstruktuur moodustab tRNA sekundaarse struktuuri, mis on ristikulehe kujuga. Sekundaarstruktuur määrab omakorda kolmemõõtmelise tertsiaarse struktuuri, mida iseloomustab kahe risti asetseva topeltheeliksi moodustumine (joon. 27). Ühe neist moodustavad aktseptor ja TψC harud, teise antikoodon ja D harud.
Transporditud aminohape asub ühe topeltheeliksi lõpus ja antikoodon asub teise otsas. Need alad asuvad üksteisest võimalikult kaugel. tRNA tertsiaarse struktuuri stabiilsus säilib tänu täiendavate vesiniksidemete esinemisele polünukleotiidahela aluste vahel, mis paiknevad selle erinevates osades, kuid tertsiaarstruktuuris ruumiliselt lähestikku.
Erinevatel tRNA tüüpidel on sarnased tertsiaarsed struktuurid, kuigi mõningate variatsioonidega.
Üks tRNA tunnuseid on selles ebatavaliste aluste olemasolu, mis tekivad keemilise modifitseerimise tulemusena pärast normaalse aluse kaasamist polünukleotiidahelasse. Need muudetud alused määravad tRNA-de suure struktuurilise mitmekesisuse nende struktuuri üldplaanis.
14..Valgusünteesi ribosomaalne tsükkel (initsiatsioon, pikenemine, lõpetamine). Valkude translatsioonijärgsed transformatsioonid.
Valgu sünteesi ribosomaalne tsükkel. Ribosoomidel viiakse läbi mRNA ja tRNA interaktsiooni protsess, mis tagab teabe tõlke nukleotiidide keelest aminohapete keelde. Viimased on rRNA ja erinevate valkude komplekssed kompleksid, milles esimesed moodustavad raamistiku. Ribosomaalsed RNA-d ei ole mitte ainult ribosoomide struktuurne komponent, vaid tagavad ka nende seondumise mRNA spetsiifilise nukleotiidjärjestusega. See loob peptiidahela moodustumise algus- ja lugemisraami. Lisaks tagavad nad interaktsiooni ribosoomi ja tRNA vahel. Paljud valgud, mis moodustavad ribosoome, täidavad koos rRNA-ga nii struktuurseid kui ka ensümaatilisi rolle.
Pro- ja eukarüootide ribosoomid on ehituselt ja funktsioonilt väga sarnased. Need koosnevad kahest alamosakesest: suured ja väikesed. Eukarüootides moodustavad väikese alamosakese üks rRNA molekul ja 33 erineva valgu molekuli. Suur alaühik ühendab kolm rRNA molekuli ja umbes 40 valku. Prokarüootsed ribosoomid ning mitokondrite ja plastiidide ribosoomid sisaldavad vähem komponente.
Ribosoomidel on kaks soont. Üks neist hoiab kasvavat polüpeptiidahelat, teine mRNA-d. Lisaks on ribosoomidel kaks tRNA sidumissaiti. Aminoatsüül-A sait sisaldab aminoatsüül-tRNA-d, mis kannab spetsiifilist aminohapet. Peptiidi P-sait sisaldab tavaliselt tRNA-d, mis on laetud peptiidsidemetega ühendatud aminohapete ahelaga. A- ja P-saitide moodustumise tagavad ribosoomi mõlemad alamosakesed.
Igal hetkel skriinib ribosoom mRNA segmenti, mis on umbes 30 nukleotiidi pikk. See tagab ainult kahe tRNA interaktsiooni kahe külgneva mRNA koodoniga (joonis 3.31).
Teabe tõlkimine aminohapete "keelde" väljendub peptiidahela järkjärgulises kasvus vastavalt mRNA-s sisalduvatele juhistele. See protsess toimub ribosoomidel, mis pakuvad tRNA abil teabe dekodeerimise järjestust. Translatsiooni käigus saab eristada kolme faasi: peptiidahela sünteesi initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine.
Initsiatsioonifaas ehk peptiidide sünteesi algus koosneb kahe eelnevalt tsütoplasmas eraldunud ribosoomi alamosakese ühinemisest mRNA teatud lõigul ja esimese aminoatsüül-tRNA kinnitumisest sellele. See määrab ka mRNA-s sisalduva teabe lugemisraami (joonis 3.32).
Mis tahes mRNA molekulis on selle 5" otsa lähedal piirkond, mis on komplementaarne väikese ribosomaalse subühiku rRNA-ga ja on selle poolt spetsiifiliselt äratuntav. Selle kõrval asub initsieeriv stardikoodon OUT, mis kodeerib aminorühma. happeline metioniin.Ribosoomi väike alaühik ühendub mRNA-ga nii, et stardikoodon OUT asub P-kohale vastavas piirkonnas.Sellisel juhul on võimeline võtma ainult initsieeriv tRNA, mis kannab metioniini. asetatakse väikese subühiku lõpetamata P-saiti ja kombineeritakse komplementaarselt stardikoodoniga.Pärast kirjeldatud sündmust ühinevad ribosoomi suured ja väikesed subühikud, moodustades selle peptidüül- ja aminoatsüülgraafikud (joonis 3.32).
Initsiatsioonifaasi lõpuks hõivab P-sait metioniiniga seotud aminoatsüül-tRNA, samas kui ribosoomi A-sait asub stardikoodoni kõrval.
Kirjeldatud translatsiooni initsiatsiooni protsesse katalüüsivad spetsiaalsed valgud – initsiatsioonifaktorid, mis on paindlikult seotud ribosoomi väikese subühikuga. Pärast initsiatsioonifaasi lõppemist ja ribosoomi - mRNA - initsieeriva aminoatsüül-tRNA kompleksi moodustumist eraldatakse need tegurid ribosoomist.
Elongatsioonifaas ehk peptiidi pikendamine hõlmab kõiki reaktsioone alates esimese peptiidsideme moodustumise hetkest kuni viimase aminohappe lisamiseni. See esindab tsükliliselt korduvaid sündmusi, mille käigus toimub A-saidis asuva järgmise koodoni aminoatsüül-tRNA spetsiifiline äratundmine ning antikoodoni ja koodoni vaheline täiendav interaktsioon.
tRNA kolmemõõtmelise korralduse iseärasuste tõttu. (vt punkt 3.4.3.1), kui ühendate selle antikoodoni mRNA koodoniga. aminohape, mida ta transpordib, asub A-saidis, varem kaasatud aminohappe lähedal, mis asub P-saidis. Kahe aminohappe vahel moodustub peptiidside, mida katalüüsivad spetsiaalsed ribosoomi moodustavad valgud. Selle tulemusena kaotab eelnev aminohape ühenduse oma tRNA-ga ja liitub A-saidis paikneva aminoatsüül-tRNA-ga. Sel hetkel P-sektsioonis asuv tRNA vabaneb ja läheb tsütoplasmasse (joonis 3.33).
Peptiidahelaga laetud tRNA liikumisega A-saidist P-saiti kaasneb ribosoomi edasiliikumine piki mRNA-d ühele koodonile vastava sammu võrra. Nüüd puutub järgmine koodon kokku A-kohaga, kus vastav aminoatsüül-tRNA tunneb selle spetsiifiliselt ära, mis paigutab sinna oma aminohappe. Seda sündmuste jada korratakse seni, kuni ribosoomi A-kohta jõuab terminaatorkoodon, millele puudub vastav tRNA.
Peptiidahela kokkupanek toimub olenevalt temperatuurist üsna suure kiirusega. Bakterites 37 °C juures väljendub see subpeptiidile 12–17 aminohappe lisamises 1 sekundi kohta. Eukarüootsetes rakkudes on see kiirus madalam ja väljendub kahe aminohappe lisamises 1 sekundi kohta.
Lõpetamisfaas ehk polüpeptiidi sünteesi lõpetamine on seotud ühe terminatsioonikoodoni (UAA, UAG või UGA) äratundmisega spetsiifilise ribosomaalse valgu poolt, kui see siseneb ribosoomi A-saidi tsooni. Sel juhul lisatakse peptiidahela viimasele aminohappele vesi ja selle karboksüülots eraldatakse tRNA-st. Selle tulemusena kaotab valminud peptiidahel ühenduse ribosoomiga, mis laguneb kaheks alamosakeseks (joon. 3.34).
Valkude translatsioonijärgsed transformatsioonid. Translatsiooni käigus sünteesitud peptiidahelad omandavad oma primaarstruktuuri alusel sekundaarse ja tertsiaarse ning paljude ja kvaternaarse organisatsiooni, mille moodustavad mitmed peptiidahelad. Sõltuvalt valkude poolt täidetavatest funktsioonidest võivad nende aminohappejärjestused läbida erinevaid transformatsioone, moodustades funktsionaalselt aktiivseid valgumolekule.
Paljud membraanivalgud sünteesitakse eelvalkudena, mille N-otsas on liiderjärjestus, mis võimaldab neil membraani ära tunda. See järjestus lõigatakse ära küpsemise ja valgu membraani sisestamise ajal. Sekretoorsetel valkudel on N-otsas ka liiderjärjestus, mis tagab nende transpordi läbi membraani.
Mõned valgud kannavad vahetult pärast translatsiooni täiendavaid aminohapete pro-järjestusi, mis määravad aktiivsete valkude prekursorite stabiilsuse. Valkude küpsemisel eemaldatakse need, tagades inaktiivse valgu ülemineku aktiivseks valguks. Näiteks insuliin sünteesitakse esmalt pre-proinsuliinina. Sekretsiooni käigus lõhustatakse eeljärjestus ja seejärel toimub proinsuliin modifikatsioon, mille käigus osa ahelast eemaldatakse sellest ja see muundatakse küpseks insuliiniks.
I - RNA polümeraas seondub DNA-ga ja hakkab sünteesima mRNA-d 5" → 3" suunas;
II – RNA polümeraasi edenedes kinnituvad ribosoomid mRNA 5" otsa külge, alustades valgusünteesi;
III - ribosoomide rühm järgib RNA polümeraasi, selle lagunemine algab mRNA 5" otsast;
IV - lagunemisprotsess on aeglasem kui transkriptsioon ja translatsioon;
V - pärast transkriptsiooni lõppu vabaneb mRNA DNA-st, translatsioon ja lagunemine jätkuvad sellel 5" otsas
Moodustades translatsioonijärgsete transformatsioonide käigus tertsiaarseid ja kvaternaarseid organisatsioone, omandavad valgud võime aktiivselt toimida, liitudes teatud rakustruktuuridega ning täites ensümaatilisi ja muid funktsioone.
Pro- ja eukarüootsetes rakkudes geneetilise teabe rakendamise kaalutletud tunnused näitavad nende protsesside põhimõttelist sarnasust. Järelikult kujunes bioloogilise koodi abil krüpteeritava teabe transkriptsiooni ja sellele järgneva translatsiooniga seotud geeniekspressiooni mehhanism tervikuna välja juba enne nende kahe rakulise organisatsiooni moodustumist. Pro- ja eukarüootide genoomide erinev areng tõi kaasa erinevused nende päriliku materjali korralduses, mis ei saanud mõjutada selle ekspressioonimehhanisme.
Meie teadmiste pidev täiendamine pärilikkus- ja varieeruvusmaterjali korralduse ja toimimise kohta määrab geeni kui selle materjali funktsionaalse üksuse ideede arengu.
Geeni ja tunnuse vaheline seos. Näide. "Üks geen - üks ensüüm" hüpotees, selle kaasaegne tõlgendus.
Eukarüootsete geenide ekson-introni korralduse ja alternatiivse splaissimise võimaluse avastused on näidanud, et primaarse transkripti sama nukleotiidjärjestus võib tagada mitme erineva funktsiooniga polüpeptiidahela või nende modifitseeritud analoogide sünteesi. Näiteks pärmi mitokondrid sisaldavad kasti (või cob) geeni, mis kodeerib hingamisteede ensüümi tsütokroom b. See võib esineda kahel kujul (joonis 3.42). "Pikkal" geenil, mis koosneb 6400 aluspaari pikkusest, on 6 eksonit kogupikkusega 1155 aluspaari. ja 5 intronit. Geeni lühike vorm koosneb 3300 bp. ja sellel on 2 intronit. See on tegelikult "pikk" geen, millel puuduvad kolm esimest introni. Geeni mõlemad vormid on võrdselt hästi ekspresseeritud.
Pärast "pika" kasti geeni esimese introni eemaldamist, mis põhineb kahe esimese eksoni kombineeritud nukleotiidjärjestusel ja osal teise introni nukleotiididest, moodustub maatriks sõltumatu valgu - RNA maturaasi jaoks (joonis 1). 3.43). RNA maturaasi ülesanne on tagada splaissimise järgmine etapp – teise introni eemaldamine primaarsest transkriptsioonist ja lõpuks tsütokroom b matriitsi moodustamine.
Teine näide on lümfotsüütide antikehamolekulide struktuuri kodeeriva primaarse transkripti splaissimise mustri muutus. Antikehade membraanivormil on C-otsas pikk aminohapete “saba”, mis tagab valgu fikseerimise membraanile. Antikehade sekreteeritud vormil sellist saba ei ole, mis on seletatav seda piirkonda kodeerivate nukleotiidide eemaldamisega primaarsest transkriptsioonist splaissimise käigus.
Viiruste ja bakterite puhul on kirjeldatud olukorda, kus üks geen võib olla samaaegselt teise geeni osa või teatud DNA nukleotiidjärjestus võib olla osa kahest erinevast kattuvast geenist. Näiteks faagi FX174 genoomi füüsiline kaart (joonis 3.44) näitab, et geeni B järjestus asub geeni A sees ja geen E on osa geeni D järjestusest. See faagi korralduse tunnus genoom suutis selgitada olemasolevat lahknevust oma suhteliselt väikese suuruse (koosneb 5386 nukleotiidist) ja aminohappejääkide arvu vahel kõigis sünteesitud valkudes, mis ületab antud genoomi mahu jaoks teoreetiliselt lubatu. Erinevate peptiidahelate kokkupanemise võimaluse kattuvatest geenidest (A ja B või E ja D) sünteesitud mRNA-le tagab ribosoomi sidumissaitide olemasolu selles mRNA-s. See võimaldab teise peptiidi translatsiooni alustada uuest lähtepunktist.
Geeni B nukleotiidjärjestus on samaaegselt osa geenist A ja geen E on osa geenist D
λ-faagi genoomist leiti ka kattuvaid geene, mis olid tõlgitud nii kaadrinihkega kui ka samas lugemisraamis. Samuti eeldatakse, et ühe DNA lõigu mõlemast komplementaarsest ahelast on võimalik transkribeerida kahte erinevat mRNA-d. See eeldab promootorpiirkondade olemasolu, mis määravad RNA polümeraasi liikumise erinevates suundades piki DNA molekuli.
Kirjeldatud olukorrad, mis näitavad samast DNA järjestusest erineva teabe lugemise lubatavust, viitavad sellele, et kattuvad geenid on viiruste ja võib-olla ka prokarüootide genoomi korralduse üsna tavaline element. Eukarüootides võimaldab geenide katkestus ka erinevate peptiidide sünteesi samast DNA järjestusest.
Seda kõike silmas pidades on vaja geeni määratlust muuta. Ilmselgelt ei saa me enam rääkida geenist kui pidevast DNA järjestusest, mis unikaalselt kodeerib konkreetset valku. Ilmselt tuleks praegu siiski kõige vastuvõetavamaks pidada valemit "Üks geen - üks polüpeptiid", kuigi mõned autorid teevad ettepaneku seda muuta: "Üks polüpeptiid - üks geen". Igal juhul tuleb terminit geen mõista kui päriliku materjali funktsionaalset ühikut, mis oma keemilise olemuse poolest on polünukleotiid ja määrab polüpeptiidahela, tRNA või rRNA sünteesimise võimaluse.
Üks geen, üks ensüüm.
1940. aastal kasutasid J. Beadle ja Edward Tatum uut lähenemist, et uurida, kuidas geenid tagavad ainevahetuse mugavamal uurimisobjektil – mikroskoopilisel seenel Neurospora crassa.Nad said mutatsioonid, milles; puudus ühe või teise metaboolse ensüümi aktiivsus. Ja see tõi kaasa asjaolu, et mutantseen ei olnud võimeline iseseisvalt sünteesima teatud metaboliiti (näiteks aminohapet leutsiini) ja sai elada ainult siis, kui toitainekeskkonda lisati leutsiin. J. Beadle'i ja E. Tatumi sõnastatud teooria "üks geen, üks ensüüm" saavutas geneetikute seas kiiresti laialdase tuntuse ja nad ise said Nobeli preemia.
meetodid. nn biokeemiliste mutatsioonide valik, mis põhjustab erinevaid metaboolseid radu tagavate ensüümide tegevuse häireid, osutus väga viljakaks mitte ainult teaduse, vaid ka praktika jaoks. Esiteks viisid need geneetika ja tööstuslike mikroorganismide selektsiooni tekkeni ning seejärel mikrobioloogiatööstuseni, kus kasutatakse mikroorganismide tüvesid, mis toodavad üle selliseid strateegiliselt olulisi aineid nagu antibiootikumid, vitamiinid, aminohapped jne. Valiku ja geenitehnoloogia põhimõtted supertootjate tüved põhinevad ideel, et "üks geen kodeerib ühte ensüümi". Ja kuigi see idee sobib suurepäraselt praktikaks, toob mitme miljoni dollari suuruse kasumi ja päästab miljoneid elusid (antibiootikumid) - see pole lõplik. Üks geen ei ole ainult üks ensüüm.
Tugevdajad.
Need suurendavad transkriptsiooni spetsiifiliste valkudega suhtlemisel. Enhanserid ei ole pidevad, vaid katkenud DNA järjestused. Need on jaotatud mooduliteks (M1, M2, M3, M4). Erinevates võimendustes võib leida identseid mooduleid, kuid iga võimendaja puhul on moodulite komplekt ainulaadne. Moodul on lühike järjestus, mis koosneb kuni kahest heeliksi pöördest – ligikaudu 20 nukleotiidipaarist. Moodulid on orienteeritud geeni ette, taha ja isegi sees. Seega on M1, M2, M3 ja M4 üks võimendaja, mis koosneb neljast moodulist. Igaüks neist tunneb ära oma valkude järgi ja nad omakorda suhtlevad üksteisega. Kui rakus on kõik vastavad valgud olemas, siis antakse DNA lõigule teatud konformatsioon ja algab mRNA süntees.
Värskendamine. Kõigil mitmerakulise eukarüootse organismi somaatilistel rakkudel on sama geenide komplekt. Kõik neis olevad geenid toimivad taustatasemel ja neil puudub fenotüübiline ilming ning ainult need, milles kõik enhansermoodulid on valkude järgi äratuntud, ekspresseeritakse ja need valgud interakteeruvad üksteisega.
Summutid. Need on järjestused, mis valkudega suhtlemisel nõrgendavad transkriptsiooni. Sobiva valkude komplektiga saab üksikute geenide ekspressiooni pärssida.
Mõned allasurutud (ekspresseerimata) geenid aktiveeritakse sündmuste kaskaadiga, mille käivitab temperatuuri tõus või hormoonide süntees. Vereringesse sattunud hormoon seondub retseptoritega, tungib rakku, interakteerub raku valkudega, muudab nende konformatsiooni, selline valk tungib tuuma, seondub regulatoorse elemendiga ja algab vastavate geenide transkriptsioon. On valke, mis interakteeruvad regulatoorsete elementidega, et blokeerida transkriptsiooni. Näiteks: NRSF valk blokeerib vastavate geenide transkriptsiooni, seda valku ei sünteesita neuronites ja selle tulemusena toimub aktiivne transkriptsioon.
RNA töötlemine eukarüootides.
Kõik RNA-d alluvad järeltranskriptsioonile. rRNA ja tRNA töötlemine ei erine põhimõtteliselt prokarüootidest.
Eukarüootne mRNA töötlemine
1. Korgistamine. Kõik 100% sünteesitud mRNA. Kork on metüülitud guanosiintrifosfaat, mis on kinnitatud ebatavalises asendis (5' kuni 5') ja kaks metüülitud riboosi.
Funktsioonid: korki siduvate valkude äratundmine, kaitse eksonukleaaside toime eest
Kui moodustub pro-mRNA (kuni 30 nukleotiidi), lisatakse 5" otsa guaniin, mis kannab tingimata puriini (adeniin, guanosiin), mis seejärel metüleeritakse. Osalemine: guaniini transferaas.
2. Polüadenüülimine. Ainult 95% kõigist mRNA-dest ja just need 95% sisenevad splaissimisetappi. Ülejäänud 5% ei ole splaissitud ja see on messenger RNA, milles alfa- ja beeta-interferoonid ning histooni valgud on krüpteeritud.
Pärast mRNA sünteesi lõppu eelneb polüadenidatsioonile spetsiifilise endokuleaasi lõikamine). Pro-mRNA 3. otsale lähemal, nimelt 20 nukleotiidi pärast spetsiifilist järjestust (AAAAA), toimub matriitsivaba süntees. Igal mRNA tüübil on teatud pikkusega polüsaba, mis on kaetud polüassotsieeruvate valkudega. MRNA eluiga korreleerub polüsaba pikkusega.
3. 95% mRNA-st on splaissitud. F. Sharp, 1978. Väljalõigatud intronite koopiad hüdrolüüsitakse nukleotiidideks. Viivad läbi maturaasid. Mõnikord osaleb splaissimises sRNA. Reeglid: 1. külgneb GT-AG-ga, 2. Nueratsioon jääb alles, kuid eksoni saab välja lõigata koos intronitega.
Cis splaissimine(intramolekulaarne splaissimine) toimub tuumas. Esimene etapp hõlmab splaissikompleksi kokkupanekut. Järgmisena toimub lõhustamine 5-tollises splaissimiskohas; reaktsiooni käigus koguneb kaks toodet - õigesti ligeeritud eksonid ja vaba terve intron "lasso" tüüpi struktuuri kujul. Paljud valkude tuumafaktorid ja ribonukleoproteiini kompleksid - Väikesed tuuma ribonukleoproteiinid. Seda kompleksi, mis katalüüsib splaissimist, nimetatakse splaissingosoomiks. See koosneb intronist, mis on seotud vähemalt 5 RNP-ga ja mõne lisavalguga. Splaissingosoomid moodustuvad RNA molekulide sidumisel, valkude kinnitamisel RNA-ga ja nende valkude omavahelisel sidumisel. Sellise splaissimise lõpp-produkt on introni väljalõikamine ja seda külgnevate eksonite õmblemine.
Trans-splaissimine see on näide molekulidevahelisest splaissimisest. Näidatud kõigi mRNA-de puhul trüpanosoomides ja demonstreeritud meeseentes in vitro. Selle käigus toimub kahe erinevates RNA molekulides paikneva eksoni ligeerimine koos nendega külgnevate intronite samaaegse eemaldamisega.
Alternatiivne splaissimine Drosophilast leitud inimestele ja viirustele ning see on näidustatud geenide jaoks, mis kodeerivad valke, mis osalevad tsütoskeleti moodustamises, lihaskontraktsioonides, membraaniretseptorite koostamises, peptiidhormoonides, vahepealses metabolismis ja DNA transpositsioonis. See protsess toimub ka splaissingosoomis ja on seotud polüadenüülimises osalevate ensüümidega. Seega on mRNA kogu oma teekonnal kuni translatsiooni lõppemiseni kaitstud nukleaaside eest sellega seotud valkude (informifers) abil. mRNA kompleks ifnormosoomide informofooridega pluss sRNA. Informosoomide osana elab mRNA mitu minutit kuni mitu päeva.
4. Redigeerimine
tRNA splaissimine.
Intronid tRNA geenides paiknevad ühe nukleotiidi järel antikoodoni järel, tRNA 3. otsale lähemal. 14 kuni 60 nukleotiidi. tRNA splaissimise mehhanismi saab kõige paremini uurida pärmis, samuti katsetes teiste madalamate eukarüootide ja taimedega. Introni väljalõikamise ülesanne antikoodoni ahelas realiseeritakse järgmiste osalejate osalusel:
Endonukleaasid (tunnevad ära introni ja lõhustavad pro-tRNA mõlemas splaissimiskohas, et moodustada eksonite vabad 3" ja 5" otsad)
Multifunktsionaalne valk (katalüüsib kõiki reaktsioone, välja arvatud viimane - fosfataas)
2" fosfataas (eemaldab monofosfaadi 5" terminali eksoni 2" otsast)
Ligaas (ristlingid)
rRNA splaissimine.
Madalamate eukarüootide tuuma-rRNA geenid sisaldavad spetsiaalseid introneid, mis läbivad ainulaadse splaissimismehhanismi. Need on I rühma intronid ja neid ei leidu selgroogsete geenides. Üldised omadused: nad ise katalüüsivad oma splaissimist (autosplaising), info splaissimiseks sisaldub lühikestes sisemistes järjestustes introni sees (need järjestused tagavad molekuli voltimise koos iseloomuliku ruumilise struktuuri moodustumisega), selle splaissimise algatab vaba guanosiin (eksogeenne) või mõni selle 5-tolline fosforüülitud derivaat, on lõppsaaduseks küps rRNA lineaarne RNA ja tuuma intronid (ringikujulised)
Autosplicing 1982, ripslastel, Thomas Check
See protsess on magneesiumioonide suhtes tundlik. See splaissimine näitab, et mitte ainult valkudel, vaid ka pro-rRNA-l on katalüütiline aktiivsus. 1. rühma intronite iseliitumine toimub järjestikku transesterdamisreaktsioonides, kus fosfodiestri vahetusprotsessidega ei kaasne hüdrolüüsi.
2. rühma intronite splaissimine ei ole väga levinud, neid leidub pärmseene 2 mitokondriaalses geenis: tsütokroom oksüdaasi ühe alaühiku geen ja tsütokroom B geen läbivad ka isesplaissimise, kuid splaissimise initsiatsioon toimub selle osalusel. endogeense guanosiiniga, st guanosiiniga, mis asub intronis endas. Vabanenud intronid on nagu lasso, kus introni 5" otsa RNA fosfaat on fosfodiestersideme kaudu ühendatud sisemise nukleotiidi 2" hüdroksüülrühmaga.
Geeniekspressiooni reguleerimine eukarüootides
Vahetult pärast sünteesi ei oma primaarsed RNA transkriptid erinevatel põhjustel veel aktiivsust, on “ebaküpsed” ja läbivad seejärel mitmeid muutusi, mida nimetatakse töötlemiseks. Eukarüootides töödeldakse igat tüüpi pre-RNA-d, prokarüootides töödeldakse ainult rRNA ja tRNA prekursoreid.
Messenger RNA prekursorite töötlemine
Valkude kohta teavet kandvate DNA lõikude transkribeerimisel moodustuvad heterogeensed tuuma-RNA-d, mis on mRNA-st palju suuremad. Fakt on see, et geenide mosaiikstruktuuri tõttu sisaldavad need heterogeensed RNA-d informatiivseid (eksonid) ja mitteinformatiivseid (intronid) piirkondi.
1. Splaissimine splaiss- tagumikku liimimine) on spetsiaalne protsess, milles osalemisel väikesed tuuma RNA-d Intronid eemaldatakse ja eksonid jäetakse alles.
Splaissimise sündmuste jada
2. Korgistamine kork– päis) – esineb transkriptsiooni ajal. Protsess seisneb 5" süsiniku N7-metüül-guanosiini lisamises pre-mRNA terminaalse nukleotiidi 5"-trifosfaadile.
"Kork" on vajalik RNA molekuli kaitsmiseks 5" otsast töötavate eksonukleaaside eest, samuti mRNA sidumiseks ribosoomiga ja translatsiooni alustamiseks.
3. Polüadenüülimine– polüadenülaatpolümeraasi abil, kasutades ATP molekule, kinnitub RNA 3" otsa 100 kuni 200 adenüülnukleotiidi, moodustades polüadenüülfragmendi - polü(A) saba. Polü(A) saba on vajalik kaitsmiseks eksonukleaaside RNA molekul, mis töötab 3" otsast.
Messenger RNA skemaatiline esitus pärast töötlemist
Ribosomaalse RNA prekursori töötlemine
rRNA prekursorid on suuremad molekulid võrreldes küpsete rRNA-dega. Nende küpsemine taandub preribosomaalse RNA lõikamisele väiksemateks vormideks, mis on otseselt seotud ribosoomi moodustumisega. Eukarüootides on nelja tüüpi rRNA-d – 5S-, 5,8S-, 18S- ja 28S-rRNA. Sel juhul sünteesitakse 5S rRNA eraldi ja suur preribosomaalne 45S RNA lõhustatakse spetsiifiliste nukleaasid 5,8S rRNA, 18S rRNA ja 28S rRNA moodustumisega.
Prokarüootides on ribosomaalsete RNA molekulidel täiesti erinevad omadused (5S-, 16S-, 23S-rRNA), mis on aluseks mitmete antibiootikumide leiutamisele ja kasutamisele meditsiinis.
Transfer RNA prekursori töötlemine
1. Nukleotiidide muutmine molekulis deamineerimise, metüülimise, redutseerimise teel.
Näiteks pseudouridiini ja dihüdrouridiini moodustumine.
Modifitseeritud uridüülnukleotiidide struktuur
2. Antikoodoni ahela moodustumine toimub splaissimise teel
See on protsesside kogum, mis tagab sünteesitud RNA (RNA transkripti) muundamise funktsionaalselt aktiivseks RNA-ks (küpseks RNA-ks), mida saab kasutada valkude sünteesil. RNA transkriptid ise ei ole funktsionaalselt aktiivsed. Protsess on omane eukarüootidele.
Töötlemise tulemusena muutub RNA struktuur ja keemiline korraldus. RNA transkripti enne küpse RNA moodustumist nimetatakse pro-mRNA(või olenevalt RNA tüübist – pro-tRNA, pro-rRNA), st. prekursor RNA. Peaaegu kõik eukarüootide ja prokarüootide RNA transkriptid (välja arvatud prokarüootne mRNA) kuuluvad töötlemisele. RNA transkripti muundumine küpseks RNA-ks algab tuumas, kui RNA süntees ei ole veel lõppenud ja see pole DNA-st eraldatud. Sõltuvalt mehhanismidest eristatakse mitut RNA küpsemise etappi.
Pro-mRNA interaktsioon valguga.
Pro-mRNA metüülimine.
5' otsakate.
Polüadenüülimine.
Splaissimine.
Etappide graafiline järjestus on näidatud joonisel 58. Tuleb märkida, et elusorganismides toimuvad kõik ülaltoodud protsessid üksteisega paralleelselt.
A. Pro-mRNA interaktsioon valguga.
Bakterites ühendub transkripti 5' ots isegi enne transkriptsiooni lõppu kohe ribosoomiga ja mRNA lülitatakse translatsiooni. Seetõttu ei ole bakteriaalse mRNA puhul praktiliselt mingeid modifikatsioone vaja. Eukarüootides väljub sünteesitud transkript tuumast, siseneb tsütoplasmasse ja ühineb seal ribosoomiga. Teel peab see olema kaitstud juhusliku kokkupuutumise eest tugevate reaktiividega ja samal ajal olema ensüümide töötlemiseks juurdepääsetav. Seetõttu interakteerub RNA transkript kohe valguga, kui see pikeneb. Siinkohal sobib analoogia - RNA transkript asub valgu peal justkui operatsioonilaual, see on fikseeritud keemiliste sidemetega ning samas muutuvad ligipääsetavaks ka modifikatsioonikohad selles. Valguga seotud RNA-d nimetatakse ribonukleoproteiiniks (informosoomiks). Sellisel kujul leitakse ärakiri tuumas. Tuumast lahkudes jäävad osad RNA-d jätkuvalt valguga seotuks, teised aga väljuvad kompleksist ja osalevad translatsioonis.
b. Pro-mRNA metüülimine.
Kõige sagedamini esineb bakterites, millel on spetsiaalne aparaat kaitseks võõraste sissetungijate eest.
DNA (viirus, faag). See aparaat koosneb paljudest ensüümidest, mis lõikavad võõra DNA või RNA teatud kohtades, kus asub konkreetne nukleotiidjärjestus. Ensüüme nimetatakse - restriktsiooniensüümid. On selge, et restriktsiooniensüümid võivad rünnata ka teie enda äsja sünteesitud RNA transkripti. Et seda ei juhtuks, kutsutakse spetsiaalseid ensüüme metülaasid, metüleerivad oma RNA transkripti kohtades, mida nende enda ensüümid saavad lõigata. Eukarüootides on RNA transkript metüülitud vähemal määral.
Promootor Terminaator
Transkriptsioon
Pro-mRNA fix- Valk
rebitud oravale
Pro-mRNA metüülimine
Pro-mRNA piiramine
Riis. 58. Töötlemise põhipunktide skeem.
V. 5' otsa piiramine.
Koosneb keemilisest ja konformatsioonilisest muutusest
sünteesitud RNA 5' otsa. Korkimine toimub RNA sünteesi ajal, isegi enne selle eraldamist. Protsess hõlmab spetsiaalsete kemikaalide kinnitamist pro-RNA vaba otsa külge, mis muudavad terminaalse piirkonna konformatsiooni. Tõlkeprotsessi alustamiseks on vajalik ülempiir.
Spetsiaalsed ensüümid kinnitavad GDP (guanosiindifosfaat) pro-mRNA 5' otsa ja seejärel metüleerivad selle.
5' pro-mRNA
CH 3
KEP = GDF + CH 3
Joon.59. Korgi struktuur eukarüootse pre-mRNA 5' otsas.
CEP-i funktsioonid.
Käivitab valgusünteesi.
Kaitseb pro-mRNA-d lagunemise eest.
Osaleb intronite eemaldamises.
d) polüadenüülimine.
See on protsess, mille käigus kinnitatakse 100–200 adenüülhappe jääki pro-mRNA 3'-otsa. Neid jääke nimetatakse polü-A järjestusteks (polü-A sabad). Mitte kõik pro-mRNA-d ei läbi polüadenüülimist. Näiteks ei sisalda igat tüüpi histoonide molekulid polü-A järjestusi. Polüadenüülimine kaitseb mRNA-d hävitamise eest.
MRNA kasvaval ahelal on spetsiaalne nukleotiidide järjestus (AAAAA). Spetsiaalne ensüüm (polüA polümeraas) leiab selle nukleotiidide kombinatsiooni, lõikab pro-mRNA selles kohas ja moodustab polüadenülaadi saba.
Polü-A järjestuste tähendus:
Hõlbustada mRNA vabanemist tuumast tsütoplasmasse.
Kaitseb mRNA-d hävitamise eest.
Hiljuti avastati veel üks huvitav polü-A järjestuste omadus – need osalevad pro-mRNA sünteesi lõpetamises. RNA polümeraas, mis moodustab pro-mRNA-s järjestuse AAUAAA, saab signaali RNA transkripti sünteesi lõpuleviimiseks. Kuid süntees ei peatu kohe. Selle täielik seiskumine toimub pärast seda, kui RNA polümeraas kohtab DNA matriitsi ahelas spetsiifilist nukleotiidjärjestust (see on erinevate geenide puhul erinev), mis annab lõpliku signaali RNA sünteesi peatamiseks.
GTP PolyA - järjestus
rararararararara-ON
CH 3
CEP = GTP + CH 3
Riis. 60. CEP struktuur eukarüootse pro-mRNA 5' otsas ja polüadenülaadi järjestus pro-mRNA 3' otsas.
d. Splaissimine.
IN RNA transkript sisaldab teatud arvu nukleotiidjärjestusi, mis olid vajalikud translatsiooni edukaks lõpuleviimiseks ja sellele järgnevaks transkripti modifitseerimiseks (korkimine, polüadenüülimine jne). RNA peamise rolli täitmiseks tsütoplasmas - translatsioonis ei oma need järjestused mitte ainult funktsionaalset tähtsust, vaid võivad häirida valkude sünteesi normaalset kulgu. Seetõttu on rakul mehhanism primaarse transkripti vabastamiseks paljudest järjestustest, mis ei ole translatsioonis kriitilised.
Need järjestused hõlmavad peamiselt intronid.
Geen, millest pro-mRNA transkribeeriti, sisaldab kodeerivaid ja mittekodeerivaid järjestusi. Geeni kodeerivad järjestused määravad valgu aminohapped ja nende järjestuse. Mittekodeerivatel järjestustel seda omadust pole. Kodeerivad ja mittekodeerivad järjestused vahelduvad geenis ning nende arv sõltub üksikutest geenidest. Esmane transkript sisaldab ka kodeerivaid ja mittekodeerivaid järjestusi. Selline geenide ja pro-RNA organiseeritus on iseloomulik eukarüootidele. Pro-mRNA mittekodeerivaid järjestusi nimetatakse intronid ja kodeering – eksonid. Intronite pikkus võib olla 50 kuni 12 000 nukleotiidi. Geen algab ja
lõpeb eksoniga. Geeni katkendlik struktuur on iseloomulik enamikule eukarüootidele. Intronid võivad sisaldada igat tüüpi RNA-d – mRNA, tRNA, rRNA.
Kogu eksonite (kodeerivate valkude) komplekt inimese genoomis hõivab ainult 1,1–1,4%. Inimese keskmine geen sisaldab 9 introni. Nagu me lihtsustame
organismide organiseerituse tõttu suureneb nende eksonite kogusuurus (näiteks bakterites on see 86%).
Mitmekomponentne kompleks osaleb intronite väljalõikamisel RNA transkriptsioonist ja ülejäänud eksonite kokkuõmblemisest. Selle peamised komponendid on väikesed tuuma-RNA-d (snRNA-d) ja ensüümvalgud.
Kompleksi tervikuna nimetatakse väikesteks tuuma ribonukleoproteiinideks, snRNP-deks võisplioosne . Protsess ise on üsna keeruline ja koosneb mitmest etapist (vt joonis 58).
1. Moodustaminespliosoomid . Valgu ja snRNA fragmendid on kinnitatud introni algusesse ja lõppu (joonis 56, E), moodustades spliosoomi. (joonis 56, D) snRNP kompleksi kinnitus (joonis 56, E).
Ekson 1 Intron Ekson 2
Silmus
intron eemaldatud
Riis. 61. Splaissimisskeem (selgitus tekstis).
Naabereksonite lähendamine introniahela moodustumise tõttu. Lõikamine eksoni-introni piiril ja külgnevate (esimese ja teise) eksoni ühendamine (joonis 56, B).
Silmuse ja spliosoomi eemaldamine ja hävitamine (joonis 56, D, G).
Tuleb märkida, et kui intron on kahjustatud (muteerunud), ei pruugi splaissimine lõppeda, intron välja lõigata ja valmistoode – mRNA – kannab endas ebatavalisi nukleotiidjärjestusi. On selge, et see võib põhjustada translatsiooni katkemise ja teatud valgu metabolismist väljajätmise
e. Alternatiivne splaissimine.
Seda tüüpi splaissimine toimub siis, kui sama geeni ekspresseeritakse erinevates kudedes.
Selle olemus seisneb selles, et sama geenipiirkond erinevates kudedes võib toimida introni ja eksonina. See viib erinevate mRNA-de moodustumiseni, mis kodeerivad erineva ensümaatilise aktiivsusega valke.
Nii sünteesitakse kilpnäärme rakkudes hormoon kaltsitoniin. See pärsib kaltsiumi vabanemist luudest. Geen, mis kontrollib kaltsiumi sünteesi
Kaltsitoniini kontrolliv geen
e ja e ja e ja e ja e ja e
1 2 3 4 5 6
e ja e ja e ja e ja e ja e
pro-mRNA
1 2 3 4 5 6
Kilpnäärmes Ajurakkudes
mRNA
1 2 3 4 1 2 3 5 6
Kaltsitoniin Kaltsitoniinitaoline valk
Joonis 62. Kaltsitoniini ja kaltsitoniinitaolise valgu alternatiivne splaissimine.
tsütoniin, koosneb 6 eksonist, selle geeni esmane transkript (pro-mRNA) koosneb samuti 6 eksonist (joonis 62). Primaarsest transkriptist moodustub küps mRNA, mis sisaldab 4 eksonit - 1,2,3,4. Eksonid nr 5 ja 6 loeti introniteks ja lõigati välja. Selle RNA alusel sünteesitakse kaltsitoniini. Ajurakkudes moodustub 6 eksonit sisaldavast primaarsest transkriptist küps mRNA, mis koosneb 5 eksonist - 1,2,3,5,6. Neljas ekson lõigati välja intronina. See mRNA kontrollib kaltsitoniinitaolise valgu sünteesi, mis vastutab maitse tajumise eest.
Teine geenIkarus(nimetatud legendaarse Icaruse järgi) on võimeline alternatiivse splaissimise kaudu võimaldama 6 erineva polüpeptiidi sünteesi. Lisaks moodustavad polüpeptiidid rakus omavahel umbes 20 erinevat samade või erinevate polüpeptiidide ansamblit.
Splaissimismehhanismi rikkumine võib põhjustada patoloogilisi seisundeid, mida ühiselt nimetatakse talasseemia. Nende hulka kuuluvad haigused, mis on seotud ühe hemoglobiiniahela (α- või β-ahela) sünteesi osalise või täieliku pärssimisega. Näiteks võivad hemoglobiini β-ahela sünteesi puudumisega seotud haigused tekkida β-ahelat kodeeriva geeni kahes osas - polüadenüülimise eest vastutavas kohas ja ühes intronis - toimuvate mutatsioonide tagajärjel. Esimesel juhul katkeb polüadenülaadi saba moodustumise protsess ja moodustub mittetäielik hemoglobiini β-ahel. Teisel juhul ei suuda spliosoom kahjustatud intronit välja lõigata ja hemoglobiini β-ahela küps mRNA ei moodustu. Igal juhul on punaste vereliblede normaalne funktsioon oluliselt häiritud.
MZ. Töötlemine (või RNA küpsemine) on äsja sünteesitud inaktiivse RNA (pro-mRNA) konverteerimine funktsionaalselt aktiivseks RNA-ks. Protsess on seotud pro-mRNA struktuursete ja keemiliste modifikatsioonidega. Esineb tuumas kuni RNA vabanemiseni tsütoplasmasse. See koosneb mitmest etapist: pro-mRNA kinnitumine valgu külge, osade aluste metüleerimine, ühe otsa markeerimine, teise (vastas) otsa polüadenüülimine, intronite väljalõikamine ja eksonite õmblemine. Kaht viimast protsessi nimetatakse splaissimiseks.
Küsimused eksamiteks.
1. Kuidas määravad ensüümid enamiku kohti, kus on DNA molekuli kahjustus?
VASTUS. Enamikul juhtudel toimub DNA molekuli kahjustuse kohas lokaalne denaturatsioon. Seda määravad ensüümid.
2. Mis juhtub DNA molekuli kahjustuse kohas?
VASTUS. Kahjustuse kohas toimub lokaalne denaturatsioon.
3. Mille alusel taastavad parandusensüümid vajaliku nukleotiidjärjestuse ühe DNA ahela kahjustuskohas?
VASTUS. Põhineb komplementaarsuse põhimõttel DNA ahela vastaspiirkonna nukleotiididega.
4. Mille alusel täidab DNA polümeraas õigesti nukleotiididega tühimikud kahjustatud DNA ahelas?
VASTUS. Põhineb ülesehitatud ahela nukleotiidide komplementaarsuse põhimõttel vastasahela nukleotiididega.
5. Millist parandustööd viib läbi ensüüm, mida aktiveerib footon?
VASTUS. Fotoreaktiveerimine.
6. Milline ensüüm parandab päikeseenergiat?
VASTUS. Fotolüaas.
Milline ensüüm osaleb otseselt RNA molekuli sünteesis?
VASTUS. DNA-sõltuv RNA polümeraas või RNA polümeraas.
Loetlege transkriptsiooni perioodid.
VASTUS. Initsiatsioon, pikenemine, lõpetamine.
Millistest komponentidest koosneb initsiatsioonikompleks transkriptsiooni ajal?
VASTUS. Spetsiaalsest valgust, mis on ladestunud promootorile, RNA polümeraasile ja transkriptsioonifaktoritele.
9. Kuidas nimetatakse DNA lõiku, kus transkriptsiooni käigus moodustub initsiatsioonikompleks?
VASTUS. Promootori kohta.
10. Kuidas nimetatakse prokarüootides nukleotiidjärjestust, mille määrab transkriptsiooni initsiatsiooni käigus promootorile ladestuv spetsiaalne valk?
VASTUS. Pribnovi plokk.
11. Kuidas nimetatakse eukarüootides nukleotiidjärjestust, mille määrab transkriptsiooni initsiatsiooni käigus promootorile ladestuv spetsiaalne valk?
VASTUS. TATA kast.
12. Kus asub prokarüootide DNA molekulis Pribnowi plokk?
VASTUS. Promootori kohta.
13. Kus DNA molekulis asub eukarüootides TATA kast?
VASTUS. Promootori kohta.
14. Mis on transkriptsioonisilma moodustava ensümaatilise kompleksi nimi?
VASTUS. Initsiatsioonikompleks.
15. Kuidas nimetatakse DNA molekuli lõiku, millest algab RNA süntees?
VASTUS. Lähtepunkt, transkriptsiooni alguskoht.
16. Nimetage nukleotiidid, mis paiknevad terminaatoris ja võivad osaleda transkriptsiooni lõpetamises.
VASTUS. G, C.
17. Nimetage terminaatoris olev sekundaarstruktuur, mis võib olla seotud transkriptsiooni lõpetamisega,
VASTUS. Juuksenõel.
18. Mis on terminaatoris paiknevate ja transkriptsiooni lõpetamisega seotud koodonite nimed?
VASTUS. Mõttetud (mõttetud) koodonid.
Kõik mRNA töötlemise etapid toimuvad RNP osakestes (ribonukleoproteiini kompleksid).
Pro-RNA sünteesimisel moodustab see kohe kompleksid tuumavalkudega - infopakkujad. Nii mRNA tuuma- kui ka tsütoplasmaatilistes kompleksides valkudega ( infosomes) hõlmab s-RNA-sid (väikesi RNA-sid).
Seega ei ole i-RNA kunagi valkudest vaba, seetõttu on i-RNA kogu tee ulatuses kuni translatsiooni lõppemiseni kaitstud nukleaaside eest. Lisaks annavad valgud sellele vajaliku konformatsiooni.
Kuigi äsja sünteesitud pro-mRNA (primaarne transkript ehk hRNA – heterogeenne tuuma RNA) on veel tuumas, töödeldakse seda ja muundatakse küpseks i-RNA-ks enne, kui see tsütoplasmas funktsioneerima hakkab. Heterogeenne tuuma-RNA kopeerib kogu DNA nukleotiidjärjestuse promootorist terminaatorini, kaasa arvatud transleerimata piirkonnad. Pärast seda läbib hRNA transformatsioone, mis tagavad toimiva maatriksi küpsemise polüpeptiidahela sünteesiks. Tavaliselt on hRNA mitu korda (mõnikord kümneid kordi) suurem kui küps mRNA. Kui hRNA moodustab ligikaudu 10% genoomist, siis küps mRNA moodustab vaid 1-2%.
Järjestikuste töötlemisetappide seeria jooksul eemaldatakse pro-RNA-st (transkript) mõned fragmendid, mis on järgmistes etappides mittevajalikud, ja redigeeritakse nukleotiidjärjestusi.
Korkimisel 7-metüülguanosiin kinnitub trifosfaatsilla kaudu transkripti 5" otsa külge, ühendades need ebaharilikus asendis 5"-5", samuti kahe esimese nukleotiidi ribooside metüleerimine. Korkimisprotsess algab juba enne pro-RNA molekuli transkriptsiooni lõpp. Pro-i-RNA moodustumisel (isegi enne 30. nukleotiidi) lisatakse puriintrifosfaati kandvasse 5" otsa guaniin, misjärel toimub metüülimine.
Korkide rühma funktsioonid:
ü mRNA väljaveo reguleerimine tuumast;
ü transkripti 5" otsa kaitse eksonukleaaside eest;
ü osalemine translatsiooni algatamises: mRNA molekuli äratundmine ribosoomi väikeste subühikute poolt ja mRNA korrektne paigaldamine ribosoomile.
Polüadenüülimine seisneb adenüülhappe jääkide kinnitamises transkripti 3" otsas, mis toimub spetsiaalse ensüümi polü(A) polümeraasi abil.
Kui pro-RNA süntees on lõppenud, siis ligikaudu 20 nukleotiidi kaugusel järjestusest 5"-AAUAA-3 3" otsa suunas, toimub läbilõige spetsiifilise endonukleaasi ja 30 kuni 300 AMP vahel. jäägid lisatakse uude 3" otsa ( mallivaba süntees).
Splaissimine [Inglise] “liitma” – ühendama, liitma]. Pärast polüadenüülimist eemaldatakse pro-RNA intronid. Protsessi katalüüsivad splaissosoomid ja seda nimetatakse splaissimiseks. 1978. aastal Philip Sharp(Massachusettsi Tehnoloogiainstituut) avastas RNA splaissimise fenomeni.
Splaissimist on näidatud enamiku mRNA-de ja mõnede tRNA-de puhul. Algloomadel on leitud r-RNA automaatne splaissimine. Splaissimist on näidatud isegi arheobakterite puhul.
Ühtset splaissimismehhanismi pole. Kirjeldatud on vähemalt 5 erinevat mehhanismi: mõnel juhul teostavad splaissimist maturaasi ensüümid, mõnel juhul osaleb splaissimise protsessis s-RNA. Autosplissimise korral toimub protsess pro-r-RNA tertsiaarse struktuuri tõttu.
Kõrgemate organismide mRNA jaoks kehtivad kohustuslikud splaissimise reeglid:
1. reegel . Introni 5" ja 3" otsad on väga konservatiivsed: 5"(GT-intron-AG)3".
2. reegel . Eksonite koopiate kokkuõmblemisel järgitakse nende asukoha järjekorda geenis, kuid mõned neist võidakse kõrvale jätta.
Splaissimise täpsust reguleerib s-RNA : väikesed tuuma RNA-d (snRNA-d), millel on intronite otstega täiendavad piirkonnad. snRNA on komplementaarne intronite otstes olevate nukleotiididega – seostub nendega ajutiselt, tõmmates introni ahelasse. Kodeerivate fragmentide otsad ühendatakse, misjärel eemaldatakse intron ahelast ohutult.
③ SAATE[alates lat. "translatio" – ülekanne] seisneb polüpeptiidahela sünteesis vastavalt mRNA-s kodeeritud teabele. MRNA molekul (pärast töötlemist eukarüootides ja ilma prokarüootides töötlemata) osaleb teises maatriksiprotsessis - saateid(polüpeptiidide süntees), mis toimub ribosoomidel (joon. 58).
Ribosoomid on väikseimad mittemembraanilised rakulised organellid ja need on võib-olla kõige keerulisemad. Puuris E. coli Seal on umbes 10 3–5 x 10 3 ribosoomi. Prokarüootse ribosoomi lineaarsed mõõtmed on 210 x 290Å. Eukarüootides – 220 x 320Å.
Ribosoomide klassi on neli:
1. Prokarüootsed 70S.
2. Eukarüootsed 80S.
3. Mitokondrite ribosoomid (55S – loomadel, 75S – seentel).
4. Kloroplastide ribosoomid (70S kõrgemates taimedes).
S – settimise koefitsient või Svedbergi konstant. Peegeldab molekulide või nende komponentide settimise kiirust tsentrifuugimise ajal, sõltuvalt konformatsioonist ja molekulmassist.
Iga ribosoom koosneb 2 subühikust (suurest ja väikesest).
Keerukus tuleneb asjaolust, et kõik ribosomaalsed elemendid on ühes eksemplaris, välja arvatud üks valk, mida 50S subühikus on 4 koopiat ja mida ei saa asendada.
rRNA-d ei toimi mitte ainult ribosomaalsete subühikute karkassidena, vaid on ka otseselt seotud polüpeptiidide sünteesiga.
23S r-RNA sisaldub katalüütilis peptidüültransferaasi tsentris, 16S r-RNA on vajalik paigaldamiseks i-RNA initsiatsioonikoodoni 30S alaühikule, 5S r-RNA on vajalik aminoatsüül-tRNA õigeks orientatsiooniks ribosoom.
Kõigil rRNA-del on arenenud sekundaarne struktuur: umbes 70% nukleotiididest on kokku pandud juuksenõeladeks.
rRNA-d on suures osas metüleeritud (CH 3 rühm riboosi teisel positsioonil, samuti lämmastiku alustes).
rRNA-st ja valkudest subühikute kokkupanemise järjekord on rangelt määratletud. Subühikud, mis ei ole omavahel seotud, on dissotsieerunud ribosoomid. Ühendatud ribosoomid. Assotsiatsiooniks on vaja mitte ainult konformatsioonilisi muutusi, vaid ka magneesiumiioone Mg 2+ (kuni 2x10 3 iooni ribosoomi kohta). Magneesium on vajalik rRNA negatiivse laengu kompenseerimiseks. Kõik maatriksi sünteesi reaktsioonid (replikatsioon, transkriptsioon ja translatsioon) on seotud magneesiumioonidega Mg 2+ (vähemal määral mangaaniioonidega Mn 2+).
TRNA molekulid on suhteliselt väikesed nukleotiidjärjestused (75-95 nukleotiidi), mis on teatud piirkondades komplementaarselt ühendatud. Selle tulemusena moodustub kujult ristikulehte meenutav struktuur, milles eristatakse kahte kõige olulisemat tsooni - aktseptori osa ja antikoodon.
tRNA aktseptorosa koosneb komplementaarselt ühendatud 7 aluspaarist ja veidi pikemast 3'-otsas lõppevast üksikust lõigust, mille külge on kinnitatud transporditav vastav aminohape.
Teine oluline tRNA piirkond on antikoodon, mis koosneb kolmest nukleotiidist. Selle antikoodoniga määrab t-RNA vastavalt komplementaarsuse põhimõttele oma koha mRNA-s, määrates seeläbi polüpeptiidahelasse transporditava aminohappe lisamise järjekorra.
Koos mRNA spetsiifilise koodoni täpse äratundmise funktsiooniga seob tRNA molekul ja toimetab valgusünteesi piirkonda spetsiifilise aminohappe, mis on seotud aminoatsüül-tRNA süntetaasi ensüümiga. Sellel ensüümil on võime ruumiliselt ära tunda ühelt poolt tRNA antikoodon ja teiselt poolt vastav aminohape. Transpordi-RNA-sid kasutatakse 20 tüüpi aminohapete transportimiseks.
Ribosoomidel viiakse läbi mRNA ja tRNA interaktsiooni protsess, mis tagab teabe tõlke nukleotiidide keelest aminohapete keelde.
Ribosoomid on ribosomaalse RNA (rRNA) ja mitmesuguste valkude komplekssed kompleksid. Ribosomaalne RNA ei ole ainult ribosoomide struktuurne komponent, vaid tagab ka selle seondumise i-RNA spetsiifilise nukleotiidjärjestusega, luues peptiidahela moodustumise käigus alguse ja lugemisraami. Lisaks tagavad need ribosoomi interaktsiooni tRNA-ga.
Ribosoomidel on kaks tsooni. Üks neist hoiab kasvavat polüpeptiidahelat, teine mRNA-d. Lisaks on ribosoomidel kaks t-RNA sidumissaiti. Aminoatsüülpiirkond sisaldab aminoatsüül-tRNA-d, mis kannab spetsiifilist aminohapet. Peptüül sisaldab t-RNA-d, mis vabaneb oma aminohappest ja lahkub ribosoomist, kui see liigub mRNA ühte koodonisse.
Tõlkeprotsessi käigus eristatakse järgmist: etapid :
1. Aminohapete aktiveerimise etapp . Vabade aminohapete aktiveerimine toimub spetsiaalsete ensüümide (aminoatsüül-tRNA süntetaaside) abil ATP juuresolekul. Igal aminohappel on oma ensüüm ja oma tRNA.
Aktiveeritud aminohape liitub oma tRNA-ga, moodustades aminoatsüül-tRNA (aa-tRNA) kompleksi. Ainult aktiveeritud aminohapped on võimelised moodustama peptiidsidemeid ja moodustama polüpeptiidahelaid.
2. Algatus . See algab mRNA juhtiva 5" otsa liitumisega dissotsieerunud ribosoomi väikese subühikuga. Ühendus toimub nii, et alguskoodon (alati AUG) satub "lõpetamata" P-saiti. aa-t-RNA kompleks kinnitub t-RNA antikoodoni (UAC) abil mRNA stardikoodoni külge.Seal on arvukalt (eriti eukarüootides) valke - initsiatsioonitegurid.
Prokarüootides kodeerib stardikoodon N-formüülmetioniini ja eukarüootides N-metioniini. Seejärel lõigatakse need aminohapped ensüümide poolt välja ja need ei sisaldu valgu koostises. Pärast initsiatsioonikompleksi moodustumist alamühikud ühendatakse ning P- ja A-saidid on “lõpetatud” (joon. 60).
3. Pikendamine . See algab teise aa-tRNA kompleksi lisamisega mRNA järgmise koodoniga komplementaarse antikoodoniga mRNA A-saiti. Ribosoom sisaldab kahte aminohapet, mille vahel tekib peptiidside. Esimene tRNA vabaneb aminohappest ja lahkub ribosoomist. Ribosoom liigub mööda mRNA ahelat ühe kolmiku võrra (suunas 5"→3"). 2. aa-tRNA liigub P-saiti, vabastades A-saidi, mille hõivab järgmine 3. aa-tRNA. Samamoodi lisatakse nende tRNA-de poolt toodud 4., 5. jne aminohapped.
4. Lõpetamine . Polüpeptiidahela sünteesi lõpuleviimine. Tekib siis, kui ribosoom jõuab ühte stoppkoodonitest. Seal on spetsiaalsed valgud ( lõpetamise tegurid), mis need valdkonnad ära tunnevad.
Üks mRNA molekul võib sisaldada mitut ribosoomi (seda moodustist nimetatakse polüsoomiks), mis võimaldab sünteesida korraga mitut polüpeptiidahelat
Valkude biosünteesi protsess hõlmab suuremat hulka spetsiifilisi biokeemilisi koostoimeid. See esindab looduse põhiprotsessi. Vaatamata äärmisele keerukusele (eriti eukarüootsetes rakkudes) kestab ühe valgumolekuli süntees vaid 3-4 sekundit.
Aminohappejärjestus koostatakse ülekande-RNA-de (tRNA-de) abil, mis moodustavad aminohapetega komplekse – aminoatsüül-tRNA-sid. Igal aminohappel on oma t-RNA, millel on vastav antikoodon, mis "sobib" mRNA koodoniga. Translatsiooni ajal liigub ribosoom mööda mRNA-d ja seda tehes kasvab polüpeptiidahel. Valkude biosünteesi tagab ATP energia.
Valmis valgu molekul lõigatakse seejärel ribosoomi küljest lahti ja transporditakse soovitud asukohta rakus, kuid valgud vajavad aktiivse oleku saavutamiseks täiendavat translatsioonijärgset modifikatsiooni.
Valkude biosüntees toimub kahes etapis. Esimene etapp hõlmab transkriptsiooni ja RNA töötlemist, teine etapp hõlmab translatsiooni. Transkriptsiooni käigus sünteesib ensüüm RNA polümeraas RNA molekuli, mis on komplementaarne vastava geeni järjestusega (DNA osa). DNA nukleotiidjärjestuse terminaator määrab, millisel hetkel transkriptsioon peatub. Järjestikuste töötlemisetappide käigus eemaldatakse mRNA-st mõned fragmendid ja nukleotiidjärjestusi muudetakse harva. Pärast RNA sünteesi DNA matriitsil transporditakse RNA molekulid tsütoplasmasse. Translatsiooniprotsessi käigus tõlgitakse nukleotiidjärjestuses salvestatud teave aminohappejääkide järjestusse.
19.DNA. Struktuur, omadused, koodisüsteem.
Gogol N. loo "Nõiutud koht" ümberjutustamine
Horisondi suhtes nurga all paisatud keha liikumine Lennukauguse arvutamine
Tervikust osa ja selle osast terviku leidmine