Kematangan (pemprosesan RNA). Pemprosesan, penyambungan
Pemprosesan RNA (pengubahsuaian pasca transkripsi RNA) ialah satu set proses dalam sel eukariotik yang membawa kepada penukaran transkrip RNA primer kepada RNA matang.
Yang paling terkenal ialah pemprosesan RNA messenger, yang mengalami pengubahsuaian semasa sintesisnya: capping, splicing, dan polyadenylation. RNA ribosom, RNA pemindahan, dan RNA nuklear kecil juga diubah suai (oleh mekanisme lain).
Penyambungan (daripada penyambungan bahasa Inggeris - untuk menyambung atau melekatkan hujung sesuatu) ialah proses memotong jujukan nukleotida tertentu daripada molekul RNA dan menyambung jujukan yang kekal dalam molekul "matang" semasa pemprosesan RNA. Proses ini paling kerap berlaku semasa pematangan RNA messenger (mRNA) dalam eukariota, di mana, melalui tindak balas biokimia yang melibatkan RNA dan protein, bahagian mRNA yang tidak kod untuk protein (intron) dikeluarkan dan bahagian yang mengekod amino. jujukan asid - ekson bersambung antara satu sama lain. Oleh itu, pra-mRNA yang tidak matang ditukar kepada mRNA matang, dari mana protein sel dibaca (diterjemahkan). Kebanyakan gen pengekodan protein prokariotik tidak mempunyai intron, jadi penyambungan pra-mRNA jarang berlaku di dalamnya. Penyambungan RNA pemindahan (tRNA) dan RNA bukan pengekodan lain juga berlaku pada wakil eukariota, bakteria dan archaea.
Pemprosesan dan penyambungan mampu menggabungkan struktur yang berjauhan antara satu sama lain menjadi satu gen, jadi ia mempunyai kepentingan evolusi yang besar. Proses sedemikian memudahkan penentuan. Protein mempunyai struktur blok. Sebagai contoh, enzim adalah polimerase DNA. Ia adalah rantai polipeptida berterusan. Ia terdiri daripada polimerase DNA sendiri dan endonuclease, yang membelah molekul DNA dari hujungnya. Enzim ini terdiri daripada 2 domain, yang membentuk 2 zarah padat bebas yang disambungkan oleh jambatan polipeptida. Di sempadan antara 2 gen enzim terdapat intron. Domain itu pernah menjadi gen yang berasingan, tetapi kemudian mereka menjadi lebih rapat.
Pelanggaran struktur gen tersebut membawa kepada penyakit gen. Pelanggaran struktur intron secara fenotip tidak dapat dilihat; pelanggaran dalam urutan ekson membawa kepada mutasi (mutasi gen globin).
Biosintesis protein ialah proses pelbagai peringkat kompleks sintesis rantai polipeptida daripada sisa asid amino, yang berlaku pada ribosom sel organisma hidup dengan penyertaan molekul mRNA dan tRNA. Biosintesis protein boleh dibahagikan kepada peringkat transkripsi, pemprosesan dan terjemahan. Semasa transkripsi, maklumat genetik yang disulitkan dalam molekul DNA dibaca dan maklumat ini ditulis ke dalam molekul mRNA. Semasa satu siri peringkat pemprosesan berturut-turut, beberapa serpihan yang tidak diperlukan dalam peringkat seterusnya dikeluarkan daripada mRNA, dan jujukan nukleotida diedit. Selepas mengangkut kod dari nukleus ke ribosom, sintesis sebenar molekul protein berlaku dengan melekatkan residu asid amino individu ke rantai polipeptida yang semakin meningkat.
Peranan perantara, yang berfungsi untuk menterjemahkan maklumat keturunan yang disimpan dalam DNA ke dalam bentuk kerja, dimainkan oleh asid ribonukleik - RNA.
asid ribonukleik diwakili oleh satu rantai polinukleotida, yang terdiri daripada empat jenis nukleotida yang mengandungi gula, ribosa, fosfat dan satu daripada empat bes nitrogen - adenine, guanina, urasil atau sitosin
Matriks, atau maklumat, RNA (mRNA, atau mRNA). Transkripsi. Untuk mensintesis protein dengan sifat tertentu, "arahan" dihantar ke tapak pembinaannya mengenai susunan kemasukan asid amino dalam rantai peptida. Arahan ini terkandung dalam jujukan nukleotida matriks, atau RNA messenger (mRNA, mRNA), yang disintesis dalam bahagian DNA yang sepadan. Proses sintesis mRNA dipanggil transkripsi.
Semasa proses sintesis, apabila RNA polimerase bergerak di sepanjang molekul DNA, bahagian DNA untai tunggal yang telah dilaluinya sekali lagi digabungkan menjadi heliks berganda. MRNA yang dihasilkan semasa transkripsi mengandungi salinan tepat maklumat yang direkodkan dalam bahagian DNA yang sepadan. Tiga kali ganda nukleotida mRNA bersebelahan yang mengekod asid amino dipanggil kodon. Urutan kodon mRNA mengekod urutan asid amino dalam rantai peptida. Kodon mRNA sepadan dengan asid amino tertentu (Jadual 1).
Pemindahan RNA (tRNA). Siarkan. Pemindahan RNA (tRNA) memainkan peranan penting dalam proses penggunaan maklumat keturunan oleh sel. Dengan menghantar asid amino yang diperlukan ke tapak pemasangan rantai peptida, tRNA bertindak sebagai perantara translasi.
Ia mempunyai empat bahagian utama yang melaksanakan fungsi yang berbeza. "Batang" penerima dibentuk oleh dua bahagian terminal tRNA yang saling bersambung. Ia terdiri daripada tujuh pasangan bes. Hujung 3" batang ini lebih panjang sedikit dan membentuk kawasan beruntai tunggal yang berakhir dengan jujukan CCA dengan kumpulan OH bebas. Asid amino yang diangkut dilekatkan pada hujung ini. Tiga cabang yang tinggal ialah jujukan nukleotida berpasangan pelengkap yang menamatkan kawasan tidak berpasangan yang membentuk gelung. Bahagian tengah cawangan ini - antikodon - terdiri daripada lima pasang nukleotida dan mengandungi antikodon di tengah gelungnya. Antikodon ialah tiga nukleotida yang saling melengkapi kepada kodon mRNA, yang mengekodkan asid amino yang diangkut oleh tRNA ini ke tapak sintesis peptida.
Secara umum, pelbagai jenis tRNA dicirikan oleh ketekalan tertentu jujukan nukleotida, yang paling kerap terdiri daripada 76 nukleotida. Perubahan dalam bilangan mereka adalah disebabkan terutamanya oleh perubahan dalam bilangan nukleotida dalam gelung tambahan. Kawasan pelengkap yang menyokong struktur tRNA biasanya dipelihara. Struktur utama tRNA, ditentukan oleh urutan nukleotida, membentuk struktur sekunder tRNA, yang berbentuk seperti daun semanggi. Sebaliknya, struktur sekunder menentukan struktur tertiari tiga dimensi, yang dicirikan oleh pembentukan dua heliks berkembar yang terletak berserenjang (Rajah 27). Salah satunya dibentuk oleh cabang penerima dan TψC, yang satu lagi oleh cabang antikodon dan D.
Asid amino yang diangkut terletak di hujung salah satu heliks berganda, dan antikodon terletak di hujung yang lain. Kawasan-kawasan ini terletak sejauh mungkin antara satu sama lain. Kestabilan struktur tertier tRNA dikekalkan kerana berlakunya ikatan hidrogen tambahan di antara asas rantai polinukleotida, yang terletak di bahagian yang berlainan daripadanya, tetapi rapat secara spasial dalam struktur tertier.
Jenis tRNA yang berbeza mempunyai struktur tertiari yang serupa, walaupun dengan beberapa variasi.
Salah satu ciri tRNA ialah kehadiran bes luar biasa di dalamnya, yang timbul akibat pengubahsuaian kimia selepas kemasukan bes biasa dalam rantai polinukleotida. Pangkalan yang diubah ini menentukan kepelbagaian struktur besar tRNA dalam pelan umum strukturnya.
14..Kitaran ribosom sintesis protein (permulaan, pemanjangan, penamatan). Transformasi selepas translasi protein.
Kitaran ribosom sintesis protein. Proses interaksi antara mRNA dan tRNA, yang memastikan terjemahan maklumat daripada bahasa nukleotida kepada bahasa asid amino, dijalankan pada ribosom. Yang terakhir adalah kompleks kompleks rRNA dan pelbagai protein, di mana yang pertama membentuk rangka kerja. RNA ribosom bukan sahaja komponen struktur ribosom, tetapi juga memastikan pengikatannya pada urutan nukleotida mRNA tertentu. Ini menetapkan permulaan dan bingkai bacaan untuk pembentukan rantai peptida. Di samping itu, mereka memastikan interaksi antara ribosom dan tRNA. Banyak protein yang membentuk ribosom, bersama-sama dengan rRNA, melaksanakan kedua-dua peranan struktur dan enzim.
Ribosom pro dan eukariota sangat serupa dalam struktur dan fungsi. Mereka terdiri daripada dua subzarah: besar dan kecil. Dalam eukariota, subzarah kecil dibentuk oleh satu molekul rRNA dan 33 molekul protein yang berbeza. Subunit besar menggabungkan tiga molekul rRNA dan kira-kira 40 protein. Ribosom prokariotik dan ribosom mitokondria dan plastid mengandungi lebih sedikit komponen.
Ribosom mempunyai dua alur. Salah seorang daripada mereka memegang rantaian polipeptida yang semakin meningkat, yang lain memegang mRNA. Di samping itu, ribosom mempunyai dua tapak pengikat tRNA. Tapak aminoasil A mengandungi aminoasil-tRNA yang membawa asid amino tertentu. Tapak peptidil P biasanya mengandungi tRNA, yang dimuatkan dengan rantaian asid amino yang disambungkan oleh ikatan peptida. Pembentukan tapak A- dan P dipastikan oleh kedua-dua subzarah ribosom.
Pada bila-bila masa tertentu, ribosom menyaring segmen mRNA yang panjangnya kira-kira 30 nukleotida. Ini memastikan interaksi hanya dua tRNA dengan dua kodon mRNA bersebelahan (Rajah 3.31).
Terjemahan maklumat ke dalam "bahasa" asid amino dinyatakan dalam pertumbuhan beransur-ansur rantai peptida mengikut arahan yang terkandung dalam mRNA. Proses ini berlaku pada ribosom, yang menyediakan urutan maklumat penyahkodan menggunakan tRNA. Semasa terjemahan, tiga fasa boleh dibezakan: permulaan, pemanjangan dan penamatan sintesis rantai peptida.
Fasa permulaan, atau permulaan sintesis peptida, terdiri daripada penyatuan dua subzarah ribosom yang sebelum ini dipisahkan dalam sitoplasma pada bahagian tertentu mRNA dan lampiran aminoasil-tRNA pertama kepadanya. Ini juga menetapkan bingkai bacaan untuk maklumat yang terkandung dalam mRNA (Rajah 3.32).
Dalam molekul mana-mana mRNA, berhampiran hujung 5", terdapat kawasan yang melengkapi rRNA subunit ribosom kecil dan dikenali secara khusus olehnya. Di sebelahnya terletak kodon permulaan OUT, yang mengekod amino asid metionin Subunit kecil ribosom bersambung kepada mRNA sedemikian rupa sehingga kodon permulaan OUT terletak di rantau yang sepadan dengan tapak P. Dalam kes ini, hanya tRNA permulaan, yang membawa metionin, dapat mengambil letakkan di tapak-P subunit kecil yang belum selesai dan digabungkan secara komplementari dengan kodon permulaan. Selepas peristiwa yang diterangkan, subunit besar dan kecil ribosom bersatu dengan pembentukan plot peptidil dan aminoasilnya (Rajah 3.32).
Menjelang akhir fasa permulaan, tapak P diduduki oleh aminoacyl-tRNA yang terikat kepada metionin, manakala tapak A ribosom terletak di sebelah kodon permulaan.
Proses permulaan terjemahan yang dijelaskan dimangkinkan oleh protein khas - faktor permulaan, yang secara fleksibel dikaitkan dengan subunit kecil ribosom. Setelah selesai fasa permulaan dan pembentukan ribosom - mRNA - memulakan kompleks aminoacyl-tRNA, faktor-faktor ini dipisahkan daripada ribosom.
Fasa pemanjangan, atau pemanjangan peptida, merangkumi semua tindak balas dari saat pembentukan ikatan peptida pertama hingga penambahan asid amino terakhir. Ia mewakili peristiwa berulang secara kitaran di mana pengiktirafan spesifik aminoacyl-tRNA kodon seterusnya yang terletak di tapak A berlaku, dan interaksi pelengkap antara antikodon dan kodon berlaku.
Disebabkan oleh keanehan organisasi tiga dimensi tRNA. (lihat bahagian 3.4.3.1) apabila menyambungkan antikodonnya kepada kodon mRNA. asid amino yang diangkutnya terletak di tapak-A, berhampiran dengan asid amino yang dimasukkan sebelum ini yang terletak di tapak-P. Ikatan peptida terbentuk antara dua asid amino, dimangkinkan oleh protein khas yang membentuk ribosom. Akibatnya, asid amino sebelumnya kehilangan hubungannya dengan tRNAnya dan bergabung dengan aminoasil-tRNA yang terletak di tapak A. TRNA yang terletak di bahagian P pada masa ini dilepaskan dan masuk ke dalam sitoplasma (Rajah 3.33).
Pergerakan tRNA yang dimuatkan dengan rantai peptida dari tapak A ke tapak P disertai dengan kemajuan ribosom sepanjang mRNA dengan langkah yang sepadan dengan satu kodon. Kini kodon seterusnya bersentuhan dengan tapak A, di mana ia akan "diiktiraf" secara khusus oleh aminoasil-tRNA yang sepadan, yang akan meletakkan asid aminonya di sana. Urutan peristiwa ini diulang sehingga kodon terminator, yang tiada tRNA yang sepadan, tiba di tapak A ribosom.
Pemasangan rantaian peptida berlaku pada kelajuan yang agak tinggi, bergantung pada suhu. Dalam bakteria pada 37 °C ia dinyatakan dalam penambahan 12 hingga 17 asid amino setiap 1 s kepada subpeptida. Dalam sel eukariotik, kadar ini lebih rendah dan dinyatakan dalam penambahan dua asid amino setiap 1 s.
Fasa penamatan, atau penyiapan sintesis polipeptida, dikaitkan dengan pengecaman oleh protein ribosom tertentu bagi salah satu kodon penamatan (UAA, UAG atau UGA) apabila ia memasuki zon tapak A ribosom. Dalam kes ini, air ditambah kepada asid amino terakhir dalam rantai peptida, dan hujung karboksilnya dipisahkan daripada tRNA. Akibatnya, rantaian peptida yang lengkap kehilangan sambungannya dengan ribosom, yang terurai kepada dua subzarah (Rajah 3.34).
Transformasi selepas translasi protein. Rantaian peptida yang disintesis semasa terjemahan, berdasarkan struktur utamanya, memperoleh organisasi menengah dan tertier, dan banyak dan kuaterner, yang dibentuk oleh beberapa rantai peptida. Bergantung pada fungsi yang dilakukan oleh protein, urutan asid amino mereka boleh mengalami pelbagai transformasi, membentuk molekul protein yang berfungsi secara aktif.
Banyak protein membran disintesis sebagai pra-protein yang mempunyai jujukan pendahulu di terminal-N yang membolehkan mereka mengenali membran. Urutan ini terputus semasa pematangan dan penyisipan protein ke dalam membran. Protein rembesan juga mempunyai jujukan pemimpin di terminal-N, yang memastikan pengangkutannya merentasi membran.
Sesetengah protein sejurus selepas terjemahan membawa pro-jujukan asid amino tambahan yang menentukan kestabilan prekursor protein aktif. Apabila protein matang, ia dikeluarkan, memastikan peralihan protein tidak aktif menjadi protein aktif. Sebagai contoh, insulin mula-mula disintesis sebagai pra-proinsulin. Semasa rembesan, urutan pra diputuskan, dan kemudian proinsulin menjalani pengubahsuaian di mana bahagian rantai dikeluarkan daripadanya dan ia ditukar kepada insulin matang.
I - RNA polimerase mengikat DNA dan mula mensintesis mRNA dalam arah 5" → 3";
II - semasa RNA polimerase maju, ribosom dilekatkan pada hujung 5" mRNA, memulakan sintesis protein;
III - sekumpulan ribosom mengikuti polimerase RNA, degradasinya bermula pada hujung 5" mRNA;
IV - proses degradasi lebih perlahan daripada transkripsi dan terjemahan;
V - selepas tamat transkripsi, mRNA dibebaskan daripada DNA, terjemahan dan degradasi diteruskan pada hujung 5"
Dengan membentuk organisasi tertiari dan kuaterner semasa transformasi pasca translasi, protein memperoleh keupayaan untuk berfungsi secara aktif, digabungkan ke dalam struktur selular tertentu dan melaksanakan fungsi enzimatik dan lain-lain.
Ciri-ciri yang dipertimbangkan dalam pelaksanaan maklumat genetik dalam sel pro dan eukariotik mendedahkan persamaan asas proses ini. Akibatnya, mekanisme ekspresi gen yang dikaitkan dengan transkripsi dan terjemahan maklumat seterusnya, yang disulitkan menggunakan kod biologi, dibangunkan secara keseluruhan walaupun sebelum kedua-dua jenis organisasi selular ini dibentuk. Evolusi genom pro dan eukariota yang berbeza membawa kepada perbezaan dalam organisasi bahan keturunan mereka, yang tidak boleh tetapi menjejaskan mekanisme ekspresinya.
Peningkatan berterusan pengetahuan kita tentang organisasi dan fungsi bahan keturunan dan kebolehubahan menentukan evolusi idea tentang gen sebagai unit berfungsi bahan ini.
Hubungan antara gen dan sifat. Contoh. Hipotesis "satu gen - satu enzim", tafsiran modennya.
Penemuan organisasi exon-intron gen eukariotik dan kemungkinan penyambungan alternatif telah menunjukkan bahawa jujukan nukleotida yang sama bagi transkrip primer boleh menyediakan sintesis beberapa rantai polipeptida dengan fungsi yang berbeza atau analognya yang diubah suai. Contohnya, mitokondria yis mengandungi gen kotak (atau tongkol) yang mengekod enzim pernafasan sitokrom b. Ia boleh wujud dalam dua bentuk (Rajah 3.42). Gen "panjang", yang terdiri daripada 6400 bp, mempunyai 6 ekson dengan jumlah panjang 1155 bp. dan 5 intron. Bentuk pendek gen terdiri daripada 3300 bp. dan mempunyai 2 intron. Ia sebenarnya adalah gen "panjang" yang tidak mempunyai tiga intron pertama. Kedua-dua bentuk gen sama-sama dinyatakan dengan baik.
Selepas mengeluarkan intron pertama gen kotak "panjang", berdasarkan jujukan nukleotida gabungan dua ekson pertama dan sebahagian daripada nukleotida intron kedua, matriks terbentuk untuk protein bebas - RNA maturase (Rajah 1). 3.43). Fungsi RNA maturase adalah untuk memastikan langkah penyambungan seterusnya - penyingkiran intron kedua daripada transkrip primer dan akhirnya pembentukan templat untuk cytochrome b.
Contoh lain ialah perubahan dalam corak penyambungan transkrip utama pengekodan struktur molekul antibodi dalam limfosit. Bentuk membran antibodi mempunyai "ekor" asid amino yang panjang di terminal-C, yang memastikan penetapan protein pada membran. Bentuk antibodi yang dirembeskan tidak mempunyai ekor sedemikian, yang dijelaskan oleh penyingkiran nukleotida yang mengekod rantau ini daripada transkrip utama semasa penyambungan.
Dalam virus dan bakteria, situasi telah diterangkan di mana satu gen boleh menjadi sebahagian daripada gen lain secara serentak, atau urutan nukleotida DNA tertentu boleh menjadi sebahagian daripada dua gen bertindih yang berbeza. Sebagai contoh, peta fizikal genom phage FX174 (Rajah 3.44) menunjukkan bahawa jujukan gen B terletak di dalam gen A, dan gen E adalah sebahagian daripada jujukan gen D. Ciri organisasi phage ini. genom dapat menjelaskan percanggahan sedia ada antara saiznya yang agak kecil (ia terdiri daripada 5386 nukleotida) dan bilangan sisa asid amino dalam semua protein yang disintesis, yang melebihi apa yang secara teorinya dibenarkan untuk kapasiti genom tertentu. Kemungkinan memasang rantai peptida yang berbeza pada mRNA yang disintesis daripada gen bertindih (A dan B atau E dan D) dipastikan dengan kehadiran tapak pengikat ribosom dalam mRNA ini. Ini membolehkan terjemahan peptida lain bermula dari titik permulaan yang baharu.
Urutan nukleotida gen B adalah sebahagian daripada gen A secara serentak, dan gen E adalah sebahagian daripada gen D
Gen bertindih, diterjemahkan kedua-duanya dengan anjakan bingkai dan dalam bingkai bacaan yang sama, juga ditemui dalam genom λ phage. Ia juga diandaikan bahawa adalah mungkin untuk menyalin dua mRNA berbeza daripada kedua-dua helai pelengkap satu bahagian DNA. Ini memerlukan kehadiran kawasan promoter yang menentukan pergerakan RNA polimerase dalam arah yang berbeza di sepanjang molekul DNA.
Situasi yang diterangkan, menunjukkan keizinan membaca maklumat yang berbeza daripada urutan DNA yang sama, mencadangkan bahawa gen bertindih adalah elemen yang agak biasa dalam organisasi genom virus dan, mungkin, prokariot. Dalam eukariota, ketakselanjaran gen juga membolehkan sintesis pelbagai peptida daripada urutan DNA yang sama.
Dengan semua ini dalam fikiran, adalah perlu untuk meminda definisi gen. Jelas sekali, kita tidak boleh lagi bercakap tentang gen sebagai urutan DNA berterusan yang secara unik menyandikan protein tertentu. Nampaknya, pada masa ini, formula "Satu gen - satu polipeptida" masih harus dianggap sebagai yang paling boleh diterima, walaupun beberapa penulis mencadangkan untuk mengubahnya: "Satu polipeptida - satu gen". Walau apa pun, istilah gen mesti difahami sebagai unit berfungsi bahan keturunan, yang oleh sifat kimianya adalah polinukleotida dan menentukan kemungkinan mensintesis rantai polipeptida, tRNA atau rRNA.
Satu gen, satu enzim.
Pada tahun 1940, J. Beadle dan Edward Tatum menggunakan pendekatan baru untuk mengkaji bagaimana gen menyediakan metabolisme dalam subjek penyelidikan yang lebih mudah - kulat mikroskopik Neurospora crassa. Mereka memperoleh mutasi di mana; tiada aktiviti satu atau lain enzim metabolik. Dan ini membawa kepada fakta bahawa kulat mutan tidak dapat mensintesis metabolit tertentu dengan sendirinya (contohnya, asid amino leucine) dan hanya boleh hidup apabila leucine ditambahkan ke dalam medium nutrien. Teori "satu gen, satu enzim" yang dirumuskan oleh J. Beadle dan E. Tatum dengan cepat mendapat pengiktirafan luas di kalangan ahli genetik, dan mereka sendiri telah dianugerahkan Hadiah Nobel.
Kaedah. pemilihan apa yang dipanggil "mutasi biokimia" yang membawa kepada gangguan dalam tindakan enzim yang menyediakan laluan metabolik yang berbeza ternyata sangat membuahkan hasil bukan sahaja untuk sains, tetapi juga untuk amalan. Pertama, mereka membawa kepada kemunculan genetik dan pemilihan mikroorganisma perindustrian, dan kemudian kepada industri mikrobiologi, yang menggunakan strain mikroorganisma yang menghasilkan berlebihan bahan-bahan strategik penting seperti antibiotik, vitamin, asid amino, dll. Prinsip pemilihan dan kejuruteraan genetik strain pengeluar super adalah berdasarkan idea bahawa "satu gen mengekod satu enzim." Dan walaupun idea ini sangat baik untuk diamalkan, membawa keuntungan berjuta-juta dolar dan menyelamatkan berjuta-juta nyawa (antibiotik) - ia bukan muktamad. Satu gen bukan hanya satu enzim.
Penambah.
Mereka meningkatkan transkripsi apabila berinteraksi dengan protein tertentu. Penambah bukan urutan DNA yang berterusan tetapi terganggu. Mereka disusun ke dalam modul (M1, M2, M3, M4). Modul yang sama boleh didapati dalam penambah yang berbeza, tetapi bagi setiap penambah set modul adalah unik. Modul ialah urutan pendek yang terdiri daripada tidak lebih daripada 2 lilitan heliks - kira-kira 20 pasangan nukleotida. Modul berorientasikan di hadapan, di belakang, dan juga di dalam gen. Oleh itu, M1, M2, M3 dan M4 adalah satu penambah yang terdiri daripada 4 modul. Setiap daripada mereka diiktiraf oleh proteinnya, dan mereka, seterusnya, berinteraksi antara satu sama lain. Jika semua protein yang sepadan terdapat dalam sel, maka bahagian DNA diberi konformasi tertentu dan sintesis mRNA bermula.
Mengemas kini. Semua sel somatik organisma eukariotik multiselular mempunyai set gen yang sama. Semua gen di dalamnya beroperasi pada tahap latar belakang dan tidak mempunyai manifestasi fenotip, dan hanya yang di mana semua modul penambah diiktiraf oleh protein mereka dinyatakan dan protein ini berinteraksi antara satu sama lain.
Penyenyap. Ini adalah urutan yang melemahkan transkripsi apabila berinteraksi dengan protein. Dengan set protein yang sesuai, ekspresi gen individu boleh ditindas.
Sesetengah gen yang ditindas (tidak dinyatakan) diaktifkan oleh rangkaian peristiwa yang dicetuskan oleh peningkatan suhu atau sintesis hormon. Hormon itu, setelah memasuki aliran darah, mengikat kepada reseptor, menembusi sel, berinteraksi dengan protein selular, mengubah konformasinya, protein seperti itu menembusi nukleus, mengikat unsur pengawalseliaan, dan transkripsi gen yang sepadan dimulakan. Terdapat protein yang berinteraksi dengan unsur pengawalseliaan untuk menyekat transkripsi. Sebagai contoh: protein NRSF menyekat transkripsi gen yang sepadan; protein ini tidak disintesis dalam neuron dan, akibatnya, transkripsi aktif berlaku.
Pemprosesan RNA dalam eukariota.
Semua RNA tertakluk kepada pasca transkripsi. Pemprosesan rRNA dan tRNA pada asasnya tidak berbeza daripada prokariot.
Pemprosesan mRNA eukariotik
1. Menghad. Semua 100% mRNA yang disintesis. Penutupnya ialah guanosin trifosfat bermetilasi yang dilekatkan pada kedudukan luar biasa (5' hingga 5') dan dua ribosa metilasi.
Fungsi: pengiktirafan protein pengikat topi, perlindungan terhadap tindakan exonucleases
Apabila pro-mRNA terbentuk (sehingga 30 nukleotida), guanin ditambah pada hujung 5", yang semestinya membawa purin (adenine, guanosine), yang kemudiannya dimetilasi. Penyertaan: guanine transferase.
2. Poliadenilasi. Hanya 95% daripada semua mRNA, dan 95% inilah yang memasuki peringkat splicing. 5% yang lain tidak disambung dan ini adalah RNA messenger di mana interferon alfa dan beta serta protein histon disulitkan.
Selepas selesai sintesis mRNA, poliadenidasi didahului dengan pemotongan endokulease tertentu). Lebih dekat dengan hujung ke-3 pro-mRNA, iaitu 20 nukleotida selepas urutan khusus (AAAA), sintesis bebas templat berlaku. Setiap jenis mRNA mempunyai polytail dengan panjang tertentu, ditutup dengan protein polyAssociating. Jangka hayat mRNA berkorelasi dengan panjang polytail.
3. 95% mRNA disambung. F. Sharp, 1978. Salinan intron yang dipotong dihidrolisiskan kepada nukleotida. Dijalankan oleh matang. Kadangkala sRNA terlibat dalam penyambungan. Peraturan: 1. diapit oleh GT-AG, 2. Nuerasi kekal, tetapi ekson boleh dikeluarkan bersama-sama dengan intron.
Cis splicing(penyambungan intramolekul) berlaku dalam nukleus. Peringkat pertama melibatkan pemasangan kompleks splicing. Seterusnya, belahan berlaku di tapak penyambungan 5"; semasa tindak balas, dua produk terkumpul - ekson berikat dengan betul dan intron keseluruhan bebas dalam bentuk struktur jenis "lasso". Banyak faktor nuklear protein dan kompleks ribonukleoprotein - Ribonukleoprotein nuklear kecil. Kompleks ini, yang memangkinkan penyambungan, dipanggil splicingosome. Ia terdiri daripada intron yang dikaitkan dengan sekurang-kurangnya 5 RNP dan beberapa protein aksesori. Splicingosomes terbentuk dengan memasangkan molekul RNA, melekatkan protein pada RNA, dan menghubungkan protein ini antara satu sama lain. Hasil akhir penyambungan tersebut ialah pemotongan intron dan jahitan ekson yang mengapitnya.
Trans-splicing ini adalah contoh penyambungan antara molekul. Ditunjukkan untuk semua mRNA dalam trypanosomes dan ditunjukkan dalam cendawan madu secara in vitro. Semasa itu, pengikatan dua ekson yang terletak dalam molekul RNA yang berbeza berlaku dengan penyingkiran serentak intron yang mengapitnya.
Penyambungan alternatif ditemui daripada Drosophila kepada manusia dan virus dan ditunjukkan untuk gen pengekodan protein yang terlibat dalam pembentukan sitoskeleton, pengecutan otot, pemasangan reseptor membran, hormon peptida, metabolisme perantaraan dan transposisi DNA. Proses ini juga berlaku dalam splicingosome dan dikaitkan dengan enzim yang terlibat dalam poliadenilasi. Oleh itu, mRNA sepanjang laluannya sehingga selesai terjemahan dilindungi daripada nuklease dengan bantuan protein yang berkaitan dengannya (informifers). Kompleks mRNA dengan informofor daripada ifnormosomes, ditambah sRNA. Sebagai sebahagian daripada informosom, mRNA hidup dari beberapa minit hingga beberapa hari.
4. Mengedit
penyambungan tRNA.
Intron dalam gen tRNA terletak satu nukleotida selepas antikodon, lebih dekat dengan hujung ke-3 tRNA. Daripada 14 hingga 60 nukleotida. Mekanisme penyambungan tRNA paling baik dikaji dalam yis, serta dalam eksperimen dengan eukariota dan tumbuhan rendah yang lain. Tugas pengasingan intron dalam gelung antikodon direalisasikan melalui penyertaan:
Endonucleases (mengenal intron dan membelah pro-tRNA di kedua-dua tapak splice untuk membentuk bebas 3" dan 5" hujung ekson)
Protein pelbagai fungsi (memangkinkan semua tindak balas kecuali yang terakhir - fosfatase)
2"fosfatase (mengeluarkan monofosfat dari hujung 2" exon terminal 5")
Ligase (pautan silang)
penyambungan rRNA.
Gen rRNA nuklear eukariota bawah mengandungi intron khas yang menjalani mekanisme penyambungan yang unik. Ini adalah intron kumpulan I dan tidak terdapat dalam gen vertebrata. Sifat am: mereka sendiri memangkinkan penyambungan mereka (autosplicing), maklumat untuk penyambungan terkandung dalam urutan dalaman yang pendek di dalam intron (urutan ini memastikan lipatan molekul dengan pembentukan struktur spatial ciri), penyambungan ini dimulakan oleh guanosin bebas (eksogen) atau mana-mana derivatif terfosforilasi 5"nya, produk akhir ialah RNA linear rRNA matang dan intron teras (bulatan)
Autosplicing 1982, pada ciliates, Thomas Check
Proses ini sensitif kepada ion magnesium. Splicing ini menunjukkan bahawa bukan sahaja protein tetapi juga pro-rRNA mempunyai aktiviti pemangkin. Penyambungan sendiri intron kumpulan 1 berlaku secara berurutan dalam tindak balas trans-esterifikasi, di mana proses pertukaran fosfodiester tidak disertai dengan hidrolisis.
Penyambungan intron kumpulan 2 tidak begitu biasa, ia terdapat dalam 2 gen mitokondria yis: gen salah satu subunit cytochrome oxidase dan gen cytochrome B juga mengalami penyambungan sendiri, tetapi permulaan penyambungan berlaku dengan penyertaan. guanosin endogen, iaitu guanosin yang terletak di dalam intron itu sendiri. Intron yang dilepaskan adalah seperti laso, di mana 5" terminal RNA fosfat intron disambungkan oleh ikatan fosfodiester kepada kumpulan hidroksil 2" nukleotida dalaman.
Peraturan ekspresi gen dalam eukariota
Sejurus selepas sintesis, transkrip RNA primer, atas pelbagai sebab, belum mempunyai aktiviti, adalah "tidak matang" dan seterusnya mengalami beberapa perubahan yang dipanggil pemprosesan. Dalam eukariota, semua jenis pra-RNA diproses; dalam prokariot, hanya prekursor rRNA dan tRNA diproses.
Pemprosesan prekursor RNA Messenger
Apabila menyalin bahagian DNA yang membawa maklumat tentang protein, RNA nuklear heterogen terbentuk, saiznya lebih besar daripada mRNA. Hakikatnya adalah disebabkan oleh struktur mozek gen, RNA heterogen ini termasuk kawasan bermaklumat (ekson) dan tidak bermaklumat (intron).
1. Penyambungan sambung- gluing punggung) adalah proses khas di mana, dengan penyertaan RNA nuklear kecil Intron dikeluarkan dan ekson dikekalkan.
Urutan peristiwa penyambungan
2. Menghad topi– pengepala) – berlaku semasa transkripsi. Proses ini terdiri daripada menambah 5" karbon N 7 -metil-guanosine kepada 5"-trifosfat nukleotida terminal pra-mRNA.
"Tudung" diperlukan untuk melindungi molekul RNA daripada exonucleases yang bekerja dari hujung 5", serta untuk pengikatan mRNA ke ribosom dan untuk permulaan terjemahan.
3. Poliadenilasi– dengan bantuan poliadenilat polimerase menggunakan molekul ATP, daripada 100 hingga 200 nukleotida adenil dilekatkan pada hujung 3" RNA, membentuk serpihan poliadenil - ekor poli(A). Ekor poli(A) diperlukan untuk melindungi molekul RNA daripada exonucleases, bekerja dari hujung 3".
Perwakilan skematik RNA messenger selepas pemprosesan
Pemprosesan prekursor RNA ribosom
Prekursor rRNA adalah molekul yang lebih besar berbanding dengan rRNA matang. Kematangan mereka turun untuk memotong RNA preribosomal ke dalam bentuk yang lebih kecil, yang terlibat secara langsung dalam pembentukan ribosom. Dalam eukariota, terdapat empat jenis rRNA - 5S-, 5.8S-, 18S- dan 28S-rRNA. Dalam kes ini, rRNA 5S disintesis secara berasingan, dan RNA 45S preribosomal yang besar dibelah oleh nuklease dengan pembentukan 5.8S rRNA, 18S rRNA dan 28S rRNA.
Dalam prokariot, molekul RNA ribosom mempunyai sifat yang berbeza sama sekali (5S-, 16S-, 23S-rRNA), yang merupakan asas untuk penciptaan dan penggunaan beberapa antibiotik dalam perubatan.
Pemprosesan prekursor RNA pemindahan
1. Pengubahsuaian nukleotida dalam molekul melalui deaminasi, metilasi, pengurangan.
Sebagai contoh, pembentukan pseudouridine dan dihydrouridine.
Struktur nukleotida uridil yang diubah suai
2. Pembentukan gelung antikodon berlaku melalui penyambungan
Ini adalah satu set proses yang memastikan penukaran RNA yang disintesis (transkrip RNA) kepada RNA aktif berfungsi (RNA matang), yang boleh digunakan dalam sintesis protein. Transkrip RNA sendiri tidak berfungsi secara aktif. Proses ini adalah ciri eukariota.
Hasil daripada pemprosesan, struktur dan organisasi kimia RNA berubah. Transkrip RNA sebelum pembentukan RNA matang dipanggil pro-mRNA(atau bergantung pada jenis RNA – pro-tRNA, pro-rRNA), i.e. RNA prekursor. Hampir semua transkrip RNA eukariota dan prokariot (kecuali mRNA prokariotik) tertakluk kepada pemprosesan. Transformasi transkrip RNA kepada RNA matang bermula dalam nukleus, apabila sintesis RNA belum lengkap dan ia belum dipisahkan daripada DNA. Bergantung pada mekanisme, beberapa peringkat pematangan RNA dibezakan.
Interaksi pro-mRNA dengan protein.
Metilasi pro-mRNA.
5' penutup hujung.
Poliadenilasi.
Penyambungan.
Urutan peringkat grafik ditunjukkan dalam Rajah 58. Perlu diingatkan bahawa dalam organisma hidup semua proses di atas berlaku selari antara satu sama lain.
A. Interaksi pro-mRNA dengan protein.
Dalam bakteria, walaupun sebelum tamat transkripsi, hujung 5' transkrip serta-merta bersambung ke ribosom dan mRNA dimasukkan dalam terjemahan. Oleh itu, secara praktikal tiada pengubahsuaian diperlukan untuk mRNA bakteria. Dalam eukariota, transkrip yang disintesis meninggalkan nukleus, memasuki sitoplasma dan di sana bergabung dengan ribosom. Dalam perjalanannya, ia mesti dilindungi daripada pertemuan tidak sengaja dengan reagen kuat dan, pada masa yang sama, boleh diakses oleh enzim pemprosesan. Oleh itu, transkrip RNA segera berinteraksi dengan protein apabila ia memanjang. Analogi adalah sesuai di sini - transkrip RNA terletak pada protein seolah-olah di atas meja operasi, ia ditetapkan oleh ikatan kimia, dan pada masa yang sama tapak pengubahsuaian di dalamnya menjadi boleh diakses. RNA yang dikaitkan dengan protein dipanggil ribonucleoprotein (informosome). Dalam bentuk ini, transkrip ditemui dalam nukleus. Apabila meninggalkan nukleus, sesetengah RNA terus kekal berhubung dengan protein, manakala yang lain meninggalkan kompleks dan mengambil bahagian dalam terjemahan.
b. Metilasi pro-mRNA.
Selalunya berlaku pada bakteria, yang mempunyai alat khas untuk melindungi daripada penceroboh asing.
DNA (virus, phage). Radas ini terdiri daripada beberapa enzim yang memotong DNA atau RNA asing di tapak tertentu di mana urutan nukleotida tertentu terletak. Enzim dipanggil - enzim sekatan. Adalah jelas bahawa transkrip RNA anda yang baru disintesis juga boleh diserang oleh enzim sekatan. Untuk mengelakkan perkara ini berlaku, enzim khas dipanggil metilasi, metilasi transkrip RNA mereka sendiri di tapak yang boleh dipotong oleh enzim mereka sendiri. Dalam eukariota, transkrip RNA dimetilasi ke tahap yang lebih rendah.
Penamat Promoter
Transkripsi
Pembetulan pro-mRNA- Protein
koyak pada tupai
Metilasi pro-mRNA
Pembatasan pro-mRNA
nasi. 58. Skim perkara utama pemprosesan.
V. Menghadkan hujung 5'.
Terdiri daripada perubahan kimia dan konformasi
5' hujung RNA yang disintesis. Pembatasan berlaku pada masa sintesis RNA, walaupun sebelum ia dipisahkan. Proses ini melibatkan melekatkan bahan kimia khas pada hujung bebas pro-RNA, yang mengubah konformasi kawasan terminal. Pembatasan adalah perlu untuk memulakan proses terjemahan.
Enzim khas melampirkan KDNK (guanosine diphosphate) pada hujung 5' pro-mRNA dan kemudian metilasinya.
5' pro-mRNA
CH 3
KEP = GDF + CH 3
Rajah 59. Struktur penutup pada hujung 5' pra-mRNA eukariotik.
Fungsi CEP.
Memulakan sintesis protein.
Melindungi pro-mRNA daripada pereputan.
Mengambil bahagian dalam penyingkiran intron.
d. Poliadenilasi.
Ini ialah proses melekatkan 100–200 sisa asid adenylik pada hujung 3’ pro-mRNA. Sisa-sisa ini dipanggil jujukan poli-A (ekor poli-A). Tidak semua pro-mRNA menjalani poliadenilasi. Contohnya, molekul semua jenis histon tidak mengandungi jujukan poli-A. Poliadenilasi melindungi mRNA daripada kemusnahan.
Pada rantaian mRNA yang semakin meningkat terdapat urutan khas nukleotida (AAAA). Enzim khas (polyA polymerase) menemui gabungan nukleotida ini, memotong pro-mRNA di tempat ini dan membentuk ekor polyadenylate.
Maksud jujukan poli-A:
Memudahkan pembebasan mRNA daripada nukleus ke dalam sitoplasma.
Melindungi mRNA daripada kemusnahan.
Baru-baru ini, satu lagi sifat menarik jujukan poli-A telah ditemui - mereka terlibat dalam penamatan sintesis pro-mRNA. Polimerase RNA, membentuk urutan AAUAAA dalam pro-mRNA, menerima isyarat untuk melengkapkan sintesis transkrip RNA. Tetapi sintesis tidak berhenti serta-merta. Hentian lengkapnya berlaku selepas polimerase RNA menemui urutan nukleotida tertentu pada helai templat DNA (ia berbeza untuk gen yang berbeza), yang memberikan isyarat akhir untuk menghentikan sintesis RNA.
GTP PolyA - jujukan
rarararararara-ON
CH 3
CEP = GTP + CH 3
nasi. 60. Struktur CEP pada 5'hujung pro-mRNA eukariotik dan jujukan polyadenylate pada 3'akhir pro-mRNA.
d. Penyambungan.
DALAM Transkrip RNA mengandungi beberapa jujukan nukleotida tertentu yang diperlukan untuk menjayakan penyiapan terjemahan dan pengubahsuaian seterusnya transkrip (penutup, poliadenilasi, dll.). Untuk melaksanakan peranan utama RNA dalam sitoplasma - terjemahan, jujukan ini bukan sahaja tidak mempunyai kepentingan berfungsi, tetapi boleh mengganggu perjalanan normal sintesis protein. Oleh itu, sel mempunyai mekanisme untuk melepaskan transkrip utama daripada beberapa urutan yang tidak kritikal dalam terjemahan.
Urutan ini terutamanya termasuk intron.
Gen dari mana pro-mRNA ditranskripsikan mengandungi urutan pengekodan dan bukan pengekodan. Urutan pengekodan gen menentukan asid amino dan urutannya dalam protein. Urutan bukan pengekodan tidak mempunyai sifat ini. Urutan pengekodan dan bukan pengekodan silih berganti dalam gen, dan bilangannya bergantung pada gen individu. Transkrip utama juga mengandungi urutan pengekodan dan bukan pengekodan. Organisasi gen dan pro-RNA ini adalah ciri eukariota. Urutan bukan pengekodan pro-mRNA dipanggil intron, dan pengekodan – ekson. Panjang intron boleh dari 50 hingga 12,000 nukleotida. Gen bermula dan
berakhir dengan ekson. Struktur gen yang tidak berterusan adalah ciri kebanyakan eukariota. Intron boleh mengandungi semua jenis RNA - mRNA, tRNA, rRNA.
Keseluruhan set ekson (protein pengekodan) dalam genom manusia hanya menduduki 1.1 - 1.4%. Purata gen manusia mengandungi 9 intron. Sambil kita permudahkan
organisasi organisma, jumlah saiz ekson mereka meningkat (contohnya, dalam bakteria ia adalah 86%).
Kompleks berbilang komponen mengambil bahagian dalam pengasingan intron daripada transkrip RNA dan mencantumkan ekson yang tinggal. Komponen utamanya ialah RNA nuklear kecil (snRNA) dan protein enzim.
Kompleks secara keseluruhan dipanggil ribonukleoprotein nuklear kecil, snRNPs, ataulicik . Proses itu sendiri agak kompleks dan terdiri daripada beberapa peringkat (lihat Rajah 58).
1. Pembentukanspliosom . Serpihan protein dan snRNA dilekatkan pada permulaan dan penghujung intron (Rajah 56, E) membentuk spliosom. (Rajah 56, D) Lampiran kompleks snRNP (Rajah 56, E).
Exon 1 Intron Exon 2
Satu gelung
intron dikeluarkan
nasi. 61. Skema penyambungan (penjelasan dalam teks).
Merapatkan ekson berjiran kerana pembentukan gelung intron. Memotong pada sempadan ekson-intron dan menyambungkan ekson bersebelahan (pertama dan kedua) (Rajah 56, B).
Penyingkiran dan pemusnahan gelung dan spliosom (Rajah 56, D, G).
Perlu diingatkan bahawa jika intron rosak (bermutasi), penyambungan mungkin tidak selesai, intron tidak boleh dipotong, dan produk siap—mRNA—akan membawa jujukan nukleotida yang luar biasa untuknya. Adalah jelas bahawa ini boleh menyebabkan gangguan terjemahan dan pengecualian protein tertentu daripada metabolisme
e. Penyambungan alternatif.
Jenis splicing ini berlaku apabila gen yang sama dinyatakan dalam tisu yang berbeza.
Intipatinya ialah kawasan gen yang sama dalam tisu yang berbeza boleh bertindak sebagai intron dan ekson. Ini membawa kepada pembentukan mRNA yang berbeza, yang menyandikan protein dengan aktiviti enzimatik yang berbeza.
Ini adalah bagaimana hormon kalsitonin disintesis dalam sel-sel kelenjar tiroid. Ia menghalang pembebasan kalsium daripada tulang. Gen yang mengawal sintesis kalsium
Gen yang mengawal kalsitonin
e dan e dan e dan e dan e dan e
1 2 3 4 5 6
e dan e dan e dan e dan e dan e
pro-mRNA
1 2 3 4 5 6
Dalam kelenjar tiroid Dalam sel otak
mRNA
1 2 3 4 1 2 3 5 6
Calcitonin Protein seperti calcitonin
Rajah 62. Penyambungan alternatif calcitonin dan protein seperti calcitonin.
cytonin, terdiri daripada 6 ekson, transkrip utama gen ini (pro-mRNA) juga terdiri daripada 6 ekson (Rajah 62). Daripada transkrip primer, mRNA matang terbentuk yang mengandungi 4 ekson - 1,2,3,4. Ekson #5 dan 6 dibaca sebagai intron dan dipotong. Calcitonin disintesis berdasarkan RNA ini. Dalam sel otak, dari transkrip utama yang mengandungi 6 ekson, mRNA matang terbentuk, yang terdiri daripada 5 ekson - 1,2,3,5,6. Ekson keempat dipotong sebagai intron. MRNA ini mengawal sintesis protein seperti calcitonin, yang bertanggungjawab untuk persepsi rasa.
Gen lainIcarus(dinamakan sempena Icarus legenda) mampu menyediakan sintesis 6 polipeptida berbeza melalui penyambungan alternatif. Di samping itu, polipeptida terbentuk di antara mereka dalam sel kira-kira 20 ensembel berbeza polipeptida yang sama atau yang berbeza.
Gangguan mekanisme splicing boleh membawa kepada keadaan patologi, yang secara kolektif dipanggil talasemia. Ini termasuk penyakit yang berkaitan dengan penindasan separa atau lengkap sintesis salah satu rantai hemoglobin (α- atau β-rantai). Sebagai contoh, penyakit yang berkaitan dengan kekurangan sintesis rantai hemoglobin β boleh timbul akibat mutasi dalam dua bahagian gen yang mengekod rantai β - di tapak yang bertanggungjawab untuk poliadenilasi dan dalam salah satu intron. Dalam kes pertama, proses pembentukan ekor polyadenylate terganggu dan rantai β hemoglobin yang tidak lengkap terbentuk. Dalam kes kedua, spliosom tidak dapat mengeluarkan intron yang rosak dan mRNA matang rantaian β hemoglobin tidak terbentuk. Walau apa pun, fungsi normal sel darah merah akan terjejas dengan ketara.
MZ. Pemprosesan (atau pematangan RNA) ialah proses menukar RNA yang baru disintesis, tidak aktif (pro-mRNA) kepada RNA aktif berfungsi. Proses ini dikaitkan dengan pengubahsuaian struktur dan kimia pro-mRNA. Berlaku dalam nukleus sehingga RNA dilepaskan ke dalam sitoplasma. Ia terdiri daripada beberapa peringkat: lampiran pro-mRNA kepada protein, metilasi beberapa asas, menandakan salah satu hujung, poliadenilasi hujung yang lain (bertentangan), pemotongan intron dan jahitan ekson. Dua proses terakhir dipanggil splicing.
Soalan untuk peperiksaan.
1. Bagaimanakah enzim menentukan kebanyakan tempat di mana terdapat kerosakan pada molekul DNA?
JAWAPAN. Dalam kebanyakan kes, denaturasi tempatan berlaku di tapak kerosakan pada molekul DNA. Ia ditentukan oleh enzim.
2. Apakah yang berlaku di tapak kerosakan pada molekul DNA?
JAWAPAN. Denaturasi tempatan berlaku di tapak kerosakan.
3. Atas dasar apakah enzim pembaikan memulihkan urutan nukleotida yang diperlukan di tapak kerosakan pada satu helai DNA?
JAWAPAN. Berdasarkan prinsip pelengkap kepada nukleotida kawasan bertentangan untaian DNA.
4. Atas dasar apakah DNA polimerase mengisi dengan betul jurang dalam untaian DNA yang rosak dengan nukleotida?
JAWAPAN. Berdasarkan prinsip saling melengkapi nukleotida rantai terbina kepada nukleotida untaian bertentangan.
5. Apakah jenis pembaikan yang dijalankan oleh enzim yang diaktifkan oleh foton?
JAWAPAN. Pengaktifan semula foto.
6. Enzim yang manakah melakukan pembaikan menggunakan tenaga suria?
JAWAPAN. Fotolyase.
Enzim yang manakah terlibat secara langsung dalam sintesis molekul RNA?
JAWAPAN. RNA polimerase atau RNA polimerase yang bergantung kepada DNA.
Senaraikan tempoh transkripsi.
JAWAPAN. Permulaan, pemanjangan, penamatan.
Apakah komponen yang terdiri daripada kompleks permulaan semasa transkripsi?
JAWAPAN. Daripada protein khas yang didepositkan pada promoter, RNA polimerase dan faktor transkripsi.
9. Apakah nama bahagian DNA di mana kompleks permulaan terbentuk semasa transkripsi?
JAWAPAN. Pada promoter.
10. Apakah nama jujukan nukleotida dalam prokariot, yang ditentukan oleh protein khas yang didepositkan pada promoter semasa permulaan transkripsi?
JAWAPAN. blok Pribnov.
11. Apakah nama jujukan nukleotida dalam eukariota, yang ditentukan oleh protein khas yang didepositkan pada promoter semasa permulaan transkripsi?
JAWAPAN. kotak TATA.
12. Di manakah blok Pribnow terletak dalam molekul DNA dalam prokariot?
JAWAPAN. Pada promoter.
13. Di manakah dalam molekul DNA terletaknya kotak TATA dalam eukariota?
JAWAPAN. Pada promoter.
14. Apakah nama kompleks enzim yang membentuk mata transkripsi?
JAWAPAN. Kompleks permulaan.
15. Apakah nama bahagian molekul DNA dari mana sintesis RNA bermula?
JAWAPAN. Titik permulaan, tapak permulaan transkripsi.
16. Namakan nukleotida yang terletak dalam terminator dan mungkin mengambil bahagian dalam penamatan transkripsi.
JAWAPAN. G, C.
17. Namakan struktur sekunder dalam terminator, yang mungkin terlibat dalam penamatan transkripsi,
JAWAPAN. Jepit rambut.
18. Apakah nama kodon yang terdapat dalam penamat dan mungkin terlibat dalam penamatan transkripsi?
JAWAPAN. Kodon tidak masuk akal (karut).
Semua peringkat pemprosesan mRNA berlaku dalam zarah RNP (kompleks ribonukleoprotein).
Apabila pro-RNA disintesis, ia segera membentuk kompleks dengan protein nuklear - infofers. Kedua-dua dalam kompleks nuklear dan sitoplasma mRNA dengan protein ( infosomes) termasuk s-RNA (RNA kecil).
Oleh itu, i-RNA tidak pernah bebas daripada protein, oleh itu, di sepanjang laluan sehingga selesai terjemahan, i-RNA dilindungi daripada nuklease. Di samping itu, protein memberikannya konformasi yang diperlukan.
Walaupun pro-mRNA yang baru disintesis (transkrip utama atau hRNA - RNA nuklear heterogen) masih dalam nukleus, ia diproses dan ditukar menjadi i-RNA matang sebelum ia mula berfungsi dalam sitoplasma. RNA nuklear heterogen menyalin keseluruhan jujukan nukleotida DNA daripada promoter kepada terminator, termasuk kawasan yang tidak diterjemahkan. Selepas ini, hRNA mengalami transformasi yang memastikan kematangan matriks berfungsi untuk sintesis rantai polipeptida. Biasanya, hRNA adalah beberapa kali (kadang-kadang berpuluh kali ganda) lebih besar daripada mRNA matang. Jika hRNA membentuk kira-kira 10% daripada genom, maka mRNA matang hanya membentuk 1-2%.
Semasa satu siri peringkat pemprosesan berturut-turut, beberapa serpihan yang tidak diperlukan dalam peringkat seterusnya dikeluarkan daripada pro-RNA (transkrip), dan jujukan nukleotida disunting.
Apabila capping 7-methylguanosine dilekatkan pada hujung 5" transkrip melalui jambatan trifosfat, menyambungkannya dalam kedudukan luar biasa 5"-5", serta metilasi ribosa dua nukleotida pertama. Proses penutupan bermula sebelum akhir transkripsi molekul pro-RNA. Sebagai pembentukan pro-i-RNA (walaupun sebelum nukleotida ke-30), guanin ditambah pada hujung 5" yang membawa purin trifosfat, selepas itu metilasi berlaku.
Fungsi kumpulan topi:
ü peraturan eksport mRNA daripada nukleus;
ü perlindungan hujung 5" transkrip daripada exonucleases;
ü penyertaan dalam permulaan terjemahan: pengiktirafan molekul mRNA oleh subunit kecil ribosom dan pemasangan mRNA yang betul pada ribosom.
Poliadenilasi terdiri daripada melekatkan sisa asid adenylic pada hujung 3" transkrip, yang dijalankan oleh enzim poli(A) polimerase khas.
Apabila sintesis pro-RNA selesai, maka pada jarak kira-kira 20 nukleotida dalam arah ke hujung 3" dari urutan 5"-AAUAA-3", pemotongan berlaku oleh endonuklease tertentu dan dari 30 hingga 300 AMP sisa ditambah pada hujung 3" baharu (sintesis bebas templat).
Penyambungan [Bahasa Inggeris] “splice” – sambung, sambung]. Selepas poliadenilasi, pro-RNA mengalami penyingkiran intron. Proses ini dimangkinkan oleh spliceosomes dan dipanggil splicing. Pada tahun 1978 Philip Sharp(Institut Teknologi Massachusetts) menemui fenomena penyambungan RNA.
Penyambungan ditunjukkan untuk kebanyakan mRNA dan beberapa tRNA. Autosplicing r-RNA telah ditemui dalam protozoa. Penyambungan juga telah ditunjukkan untuk archaeobacteria.
Tiada mekanisme penyambungan tunggal. Sekurang-kurangnya 5 mekanisme berbeza telah diterangkan: dalam beberapa kes, penyambungan dilakukan oleh enzim maturase, dalam beberapa kes, s-RNA terlibat dalam proses penyambungan. Dalam kes autosplicing, proses berlaku disebabkan oleh struktur tertier pro-r-RNA.
Untuk mRNA organisma yang lebih tinggi, terdapat peraturan penyambungan mandatori:
Peraturan 1 . Hujung 5" dan 3" intron adalah sangat konservatif: 5"(GT-intron-AG)3".
Peraturan 2 . Apabila mencantumkan salinan ekson, susunan lokasi mereka dalam gen dihormati, tetapi sesetengah daripada mereka mungkin dibuang.
Ketepatan splicing dikawal oleh s-RNA : RNA nuklear kecil (snRNA), yang mempunyai kawasan pelengkap kepada hujung intron. snRNA adalah pelengkap kepada nukleotida di hujung intron - ia mengikat mereka buat sementara waktu, menarik intron ke dalam gelung. Hujung serpihan pengekodan dicantumkan, selepas itu intron dikeluarkan dengan selamat dari rantai.
③ SIARAN[dari lat. “translatio” – pemindahan] terdiri daripada sintesis rantai polipeptida mengikut maklumat yang dikodkan dalam mRNA. Molekul mRNA (selepas pemprosesan dalam eukariota dan tanpa pemprosesan dalam prokariot) mengambil bahagian dalam proses matriks lain - siaran(sintesis polipeptida), yang berlaku pada ribosom (Rajah 58).
Ribosom ialah organel selular bukan membran terkecil, dan ia mungkin yang paling kompleks. Dalam sangkar E coli Terdapat kira-kira 10 3 – 5x10 3 ribosom hadir. Dimensi linear ribosom prokariotik ialah 210 x 290Å. Dalam eukariota - 220 x 320Å.
Terdapat empat kelas ribosom:
1. Prokariotik 70S.
2. Eukariotik 80S.
3. Ribosom mitokondria (55S – dalam haiwan, 75S – dalam kulat).
4. Ribosom kloroplas (70S dalam tumbuhan yang lebih tinggi).
S – pekali pemendapan atau pemalar Svedberg. Mencerminkan kadar pemendapan molekul atau komponennya semasa sentrifugasi, bergantung pada konformasi dan berat molekul.
Setiap ribosom terdiri daripada 2 subunit (besar dan kecil).
Kerumitan ini berpunca daripada fakta bahawa semua unsur ribosom hadir dalam satu salinan, kecuali satu protein, yang terdapat dalam 4 salinan dalam subunit 50S dan tidak boleh diganti.
rRNA bukan sahaja berfungsi sebagai perancah untuk subunit ribosom, tetapi juga terlibat secara langsung dalam sintesis polipeptida.
23S r-RNA disertakan dalam pusat peptidyl transferase catalytic, 16S r-RNA diperlukan untuk pemasangan pada subunit 30S kodon permulaan i-RNA, 5S r-RNA diperlukan untuk orientasi aminoacyl-tRNA yang betul pada ribosom.
Semua rRNA mempunyai struktur sekunder yang dibangunkan: kira-kira 70% daripada nukleotida dipasang ke dalam jepit rambut.
rRNA sebahagian besarnya dimetilasi (kumpulan CH 3 dalam kedudukan kedua ribosa, serta dalam bes nitrogen).
Urutan pemasangan subunit daripada rRNA dan protein ditakrifkan dengan ketat. Subunit yang tidak bersambung antara satu sama lain ialah ribosom tercerai. Bersatu - ribosom yang berkaitan. Persatuan memerlukan bukan sahaja perubahan konformasi, tetapi juga ion magnesium Mg 2+ (sehingga 2x10 3 ion setiap ribosom). Magnesium diperlukan untuk mengimbangi caj negatif rRNA. Semua tindak balas sintesis matriks (replikasi, transkripsi dan terjemahan) dikaitkan dengan ion magnesium Mg 2+ (pada tahap yang lebih rendah, ion mangan Mn 2+).
Molekul TRNA ialah jujukan nukleotida yang agak kecil (75-95 nukleotida), saling bersambung di kawasan tertentu. Akibatnya, struktur terbentuk yang menyerupai daun semanggi dalam bentuk, di mana dua zon paling penting dibezakan - bahagian penerima dan antikodon.
Bahagian penerima tRNA terdiri daripada 7 pasangan asas yang dicantum secara komplementari dan bahagian tunggal yang lebih panjang sedikit berakhir pada hujung 3′, yang mana asid amino sepadan yang diangkut dilampirkan.
Satu lagi kawasan penting tRNA ialah antikodon, terdiri daripada tiga nukleotida. Dengan antikodon ini, t-RNA, mengikut prinsip saling melengkapi, menentukan tempatnya pada mRNA, dengan itu menentukan susunan penambahan asid amino yang diangkutnya ke rantai polipeptida.
Bersama-sama dengan fungsi mengenali secara tepat kodon tertentu dalam mRNA, molekul tRNA mengikat dan menghantar ke tapak sintesis protein asid amino khusus yang dilampirkan oleh enzim sintetase aminoacyl-tRNA. Enzim ini mempunyai keupayaan untuk mengenali secara spatial, di satu pihak, antikodon tRNA dan, di sisi lain, asid amino yang sepadan. RNA pengangkutan digunakan untuk mengangkut 20 jenis asid amino.
Proses interaksi antara mRNA dan tRNA, yang memastikan terjemahan maklumat daripada bahasa nukleotida kepada bahasa asid amino, dijalankan pada ribosom.
Ribosom adalah kompleks kompleks RNA ribosom (rRNA) dan pelbagai protein. RNA ribosom bukan sahaja komponen struktur ribosom, tetapi juga memastikan pengikatannya kepada urutan nukleotida tertentu i-RNA, mewujudkan bingkai permulaan dan bacaan semasa pembentukan rantai peptida. Di samping itu, mereka memastikan interaksi ribosom dengan tRNA.
Ribosom mempunyai dua zon. Salah seorang daripada mereka memegang rantaian polipeptida yang semakin meningkat, yang lain memegang mRNA. Di samping itu, ribosom mempunyai dua tapak pengikatan t-RNA. Rantau aminoasil mengandungi aminoasil-tRNA yang membawa asid amino tertentu. Peptidil mengandungi t-RNA, yang dibebaskan daripada asid aminonya dan meninggalkan ribosom apabila ia bergerak ke satu kodon mRNA.
Semasa proses terjemahan, perkara berikut dibezakan: peringkat :
1. Peringkat pengaktifan asid amino . Pengaktifan asid amino bebas dijalankan menggunakan enzim khas (aminoacyl-tRNA synthetases) dengan kehadiran ATP. Setiap asid amino mempunyai enzim sendiri dan tRNA sendiri.
Asid amino yang diaktifkan bergabung dengan tRNAnya untuk membentuk kompleks aminoasil-tRNA (aa-tRNA). Hanya asid amino yang diaktifkan mampu membentuk ikatan peptida dan membentuk rantai polipeptida.
2. Permulaan . Ia bermula dengan penyambungan hujung 5" utama mRNA dengan subunit kecil ribosom tercerai. Sambungan berlaku sedemikian rupa sehingga kodon permulaan (sentiasa AUG) berakhir di tapak P "belum selesai". kompleks aa-t-RNA dengan bantuan antikodon t-RNA ( UAC) melekat pada kodon permulaan mRNA. Terdapat banyak (terutama dalam eukariota) protein - faktor permulaan.
Dalam prokariot, kodon permulaan mengekod N-formylmetionine, dan dalam eukariota, ia mengekod N-metionine. Selepas itu, asid amino ini dipotong oleh enzim dan tidak termasuk dalam protein. Selepas pembentukan kompleks permulaan, subunit disatukan dan tapak P- dan A "selesai" (Rajah 60).
3. Pemanjangan . Ia bermula dengan penambahan kompleks aa-tRNA kedua dengan antikodon pelengkap kepada kodon seterusnya mRNA ke tapak A mRNA. Ribosom mengandungi dua asid amino, di antaranya ikatan peptida berlaku. TRNA pertama dibebaskan daripada asid amino dan meninggalkan ribosom. Ribosom bergerak sepanjang helai mRNA dengan satu triplet (dalam arah 5"→3"). Aa-tRNA ke-2 bergerak ke tapak-P, membebaskan tapak-A, yang diduduki oleh aa-tRNA ke-3 seterusnya. Dengan cara yang sama, asid amino ke-4, ke-5, dsb. yang dibawa oleh tRNA mereka ditambah.
4. Penamatan . Penyempurnaan sintesis rantai polipeptida. Berlaku apabila ribosom mencapai salah satu kodon hentian. Terdapat protein khas ( faktor penamatan) yang mengiktiraf kawasan ini.
Satu molekul mRNA boleh mengandungi beberapa ribosom (pembentukan ini dipanggil polisom), yang membolehkan sintesis beberapa rantai polipeptida secara serentak
Proses biosintesis protein melibatkan lebih banyak interaksi biokimia tertentu. Ia mewakili proses asas alam semula jadi. Walaupun kerumitan yang melampau (terutamanya dalam sel eukariotik), sintesis satu molekul protein berlangsung hanya 3-4 saat.
Urutan asid amino dibina menggunakan RNA pemindahan (tRNA), yang membentuk kompleks dengan asid amino - aminoacyl-tRNAs. Setiap asid amino mempunyai t-RNA sendiri, yang mempunyai antikodon sepadan yang "padanan" dengan kodon mRNA. Semasa penterjemahan, ribosom bergerak di sepanjang mRNA, dan apabila ia berbuat demikian, rantai polipeptida berkembang. Biosintesis protein disediakan oleh tenaga ATP.
Molekul protein siap kemudiannya dibelah daripada ribosom dan diangkut ke lokasi yang dikehendaki dalam sel, tetapi protein memerlukan pengubahsuaian pasca terjemahan tambahan untuk mencapai keadaan aktifnya.
Biosintesis protein berlaku dalam dua peringkat. Peringkat pertama termasuk transkripsi dan pemprosesan RNA, peringkat kedua termasuk terjemahan. Semasa transkripsi, enzim RNA polimerase mensintesis molekul RNA yang merupakan pelengkap kepada jujukan gen yang sepadan (sebahagian daripada DNA). Penamat dalam urutan nukleotida DNA menentukan pada titik mana transkripsi akan berhenti. Semasa satu siri langkah pemprosesan berturut-turut, beberapa serpihan dikeluarkan daripada mRNA, dan jujukan nukleotida jarang diedit. Selepas sintesis RNA pada templat DNA, molekul RNA diangkut ke dalam sitoplasma. Semasa proses terjemahan, maklumat yang direkodkan dalam jujukan nukleotida diterjemahkan ke dalam urutan sisa asid amino.
19.DNA. Struktur, sifat, sistem kod.
Apakah analisis morfologi sesuatu perkataan: contoh pada semua bahagian pertuturan
Apakah kata nama yang tidak mempunyai jantina?
Peraturan untuk menulis bukan dengan participles pendek