Modning (RNA-behandling). Bearbeiding, skjøting
RNA-behandling (post-transkripsjonelle modifikasjoner av RNA) er et sett med prosesser i eukaryote celler som fører til konvertering av det primære RNA-transkriptet til modent RNA.
Den mest kjente er behandlingen av messenger-RNA, som gjennomgår modifikasjoner under syntesen: avdekning, spleising og polyadenylering. Ribosomale RNA-er, overførings-RNA-er og små nukleære RNA-er er også modifisert (ved andre mekanismer).
Spleising (fra engelsk spleise - å spleise eller lime endene av noe) er prosessen med å kutte ut visse nukleotidsekvenser fra RNA-molekyler og slå sammen sekvenser som forblir i det "modne" molekylet under RNA-behandling. Denne prosessen skjer oftest under modningen av budbringer-RNA (mRNA) i eukaryoter, hvorved, gjennom biokjemiske reaksjoner som involverer RNA og proteiner, seksjoner av mRNA som ikke koder for et protein (introner) fjernes og seksjoner som koder for aminoen. syresekvens - eksoner er koblet til hverandre. Dermed blir umodent pre-mRNA omdannet til modent mRNA, hvorfra celleproteiner leses (oversettes). De fleste prokaryote proteinkodende gener har ikke introner, så pre-mRNA-spleising er sjelden i dem. Skjøting av overførings-RNA-er (tRNA-er) og andre ikke-kodende RNA-er forekommer også i representanter for eukaryoter, bakterier og archaea.
Prosessering og spleising er i stand til å kombinere strukturer som er fjernt fra hverandre til et enkelt gen, så de er av stor evolusjonær betydning. Slike prosesser forenkler spesifikasjon. Proteiner har en blokkstruktur. For eksempel er enzymet DNA-polymerase. Det er en kontinuerlig polypeptidkjede. Den består av sin egen DNA-polymerase og en endonuklease, som spalter DNA-molekylet fra enden. Enzymet består av 2 domener, som danner 2 uavhengige kompakte partikler forbundet med en polypeptidbro. På grensen mellom de 2 enzymgenene er det et intron. Domenene var en gang separate gener, men så ble de nærmere.
Brudd på slik genstruktur fører til gensykdommer. Brudd på strukturen til intronet er fenotypisk usynlig; et brudd i eksonsekvensen fører til mutasjon (mutasjon av globin-gener).
Proteinbiosyntese er en kompleks flertrinns prosess for syntese av en polypeptidkjede fra aminosyrerester, som forekommer på ribosomer av levende organismeceller med deltakelse av mRNA- og tRNA-molekyler. Proteinbiosyntese kan deles inn i stadier av transkripsjon, prosessering og translasjon. Under transkripsjon leses genetisk informasjon kryptert i DNA-molekyler og denne informasjonen skrives inn i mRNA-molekyler. I løpet av en rekke påfølgende behandlingstrinn fjernes noen fragmenter som er unødvendige i påfølgende stadier fra mRNA, og nukleotidsekvenser redigeres. Etter å ha transportert koden fra kjernen til ribosomene, skjer selve syntesen av proteinmolekyler ved å feste individuelle aminosyrerester til den voksende polypeptidkjeden.
Rollen til en mellommann, hvis funksjon er å oversette den arvelige informasjonen som er lagret i DNA til en fungerende form, spilles av ribonukleinsyrer - RNA.
ribonukleinsyrer er representert av én polynukleotidkjede, som består av fire typer nukleotider som inneholder sukker, ribose, fosfat og en av fire nitrogenholdige baser - adenin, guanin, uracil eller cytosin
Matrise, eller informasjon, RNA (mRNA eller mRNA). Transkripsjon. For å syntetisere proteiner med spesifiserte egenskaper, sendes "instruksjoner" til konstruksjonsstedet om rekkefølgen for inkludering av aminosyrer i peptidkjeden. Denne instruksjonen er inneholdt i nukleotidsekvensen til matrise, eller messenger RNA (mRNA, mRNA), syntetisert i de tilsvarende delene av DNA. Prosessen med mRNA-syntese kalles transkripsjon.
Under synteseprosessen, når RNA-polymerase beveger seg langs DNA-molekylet, blir de enkelttrådede DNA-seksjonene den har krysset igjen kombinert til en dobbel helix. mRNA produsert under transkripsjon inneholder en nøyaktig kopi av informasjonen som er registrert i den tilsvarende delen av DNA. Trippel av tilstøtende mRNA-nukleotider som koder for aminosyrer kalles kodoner. Kodonsekvensen til mRNA koder for sekvensen av aminosyrer i peptidkjeden. Kodonene til mRNA tilsvarer visse aminosyrer (tabell 1).
Overfør RNA (tRNA). Kringkaste. Transfer RNA (tRNA) spiller en viktig rolle i prosessen med å bruke arvelig informasjon av en celle. Ved å levere de nødvendige aminosyrene til stedet for sammenstilling av peptidkjeder, fungerer tRNA som et translasjonsmellomledd.
Den har fire hoveddeler som utfører forskjellige funksjoner. Akseptoren "stammen" er dannet av to komplementære koblede terminaldeler av tRNA. Den består av syv basepar. Den 3" enden av denne stammen er litt lengre og danner en enkelttrådet region som ender med en CCA-sekvens med en fri OH-gruppe. Den transporterte aminosyren er festet til denne enden. De resterende tre grenene er komplementære parede nukleotidsekvenser som avslutter uparrede områder som danner løkker. Midten av disse grenene - antikodonet - består av fem par nukleotider og inneholder et antikodon i midten av sløyfen. Et antikodon er tre nukleotider som er komplementære til mRNA-kodonet, som koder for aminosyren som transporteres av dette tRNA til stedet for peptidsyntese.
Generelt er ulike typer tRNA karakterisert ved en viss konstanthet av nukleotidsekvensen, som oftest består av 76 nukleotider. Variasjonen i antallet skyldes hovedsakelig endringer i antall nukleotider i tilleggssløyfen. De komplementære regionene som støtter tRNA-strukturen er vanligvis bevart. Den primære strukturen til tRNA, bestemt av nukleotidsekvensen, danner den sekundære strukturen til tRNA, som er formet som et kløverblad. I sin tur bestemmer sekundærstrukturen den tredimensjonale tertiære strukturen, som er karakterisert ved dannelsen av to vinkelrett plasserte doble helikser (fig. 27). En av dem er dannet av akseptor- og TψC-grenene, den andre av antikodon- og D-grenene.
Den transporterte aminosyren er lokalisert i enden av en av de doble helixene, og antikodonet er lokalisert i enden av den andre. Disse områdene ligger så langt fra hverandre som mulig. Stabiliteten til den tertiære strukturen til tRNA opprettholdes på grunn av forekomsten av ytterligere hydrogenbindinger mellom basene til polynukleotidkjeden, lokalisert i forskjellige deler av den, men romlig nær i den tertiære strukturen.
Ulike typer tRNA har lignende tertiære strukturer, men med noen variasjoner.
En av egenskapene til tRNA er tilstedeværelsen av uvanlige baser i den, som oppstår som et resultat av kjemisk modifikasjon etter inkludering av en normal base i polynukleotidkjeden. Disse endrede basene bestemmer det store strukturelle mangfoldet av tRNA-er i den generelle planen for deres struktur.
14..Ribosomal syklus av proteinsyntese (initiering, forlengelse, avslutning). Post-translasjonelle transformasjoner av proteiner.
Ribosomal syklus av proteinsyntese. Prosessen med interaksjon mellom mRNA og tRNA, som sikrer oversettelse av informasjon fra nukleotidenes språk til aminosyrespråket, utføres på ribosomer. Sistnevnte er komplekse komplekser av rRNA og ulike proteiner, der førstnevnte danner et rammeverk. Ribosomale RNA-er er ikke bare en strukturell komponent av ribosomer, men sikrer også at de binder seg til en spesifikk nukleotidsekvens av mRNA. Dette etablerer start- og leserammen for dannelsen av peptidkjeden. I tillegg sikrer de samspillet mellom ribosomet og tRNA. Tallrike proteiner som utgjør ribosomer, sammen med rRNA, utfører både strukturelle og enzymatiske roller.
Ribosomer av pro- og eukaryoter er svært like i struktur og funksjon. De består av to underpartikler: store og små. I eukaryoter er den lille underpartikkelen dannet av ett rRNA-molekyl og 33 molekyler av forskjellige proteiner. Den store underenheten kombinerer tre rRNA-molekyler og rundt 40 proteiner. Prokaryote ribosomer og ribosomer av mitokondrier og plastider inneholder færre komponenter.
Ribosomer har to riller. En av dem holder den voksende polypeptidkjeden, den andre holder mRNA. I tillegg har ribosomer to tRNA-bindingssteder. Aminoacyl A-stedet inneholder et aminoacyl-tRNA som bærer en spesifikk aminosyre. Peptidyl P-stedet inneholder vanligvis tRNA, som er lastet med en kjede av aminosyrer forbundet med peptidbindinger. Dannelsen av A- og P-seter sikres av begge underpartiklene i ribosomet.
Til enhver tid skjermer ribosomet et segment av mRNA som er omtrent 30 nukleotider langt. Dette sikrer interaksjonen av bare to tRNA-er med to tilstøtende mRNA-kodoner (fig. 3.31).
Oversettelse av informasjon til "språket" av aminosyrer uttrykkes i den gradvise veksten av peptidkjeden i samsvar med instruksjonene i mRNA. Denne prosessen skjer på ribosomer, som gir sekvensen av dekodingsinformasjon ved hjelp av tRNA. Under translasjon kan tre faser skilles: initiering, forlengelse og terminering av peptidkjedesyntese.
Initieringsfasen, eller begynnelsen av peptidsyntese, består av foreningen av to ribosomale subpartikler som tidligere ble separert i cytoplasmaet ved en bestemt del av mRNA og festingen av det første aminoacyl-tRNA til det. Dette setter også leserammen for informasjonen som finnes i mRNA (fig. 3.32).
I molekylet til et hvilket som helst mRNA, nær dens 5"-ende, er det en region som er komplementær til rRNA-en til den lille ribosomale underenheten og gjenkjennes spesifikt av den. Ved siden av ligger det initierende startkodonet OUT, som koder for aminoen. sur metionin. Den lille underenheten av ribosomet kobles til mRNA på en slik måte at startkodonet OUT er lokalisert i regionen som tilsvarer P-stedet I dette tilfellet er det kun det initierende tRNA, som bærer metionin, som er i stand til å ta plasser i det uferdige P-stedet til den lille underenheten og kombiner komplementært med startkodonet Etter den beskrevne hendelsen forenes de store og små underenhetene til ribosomet med dannelsen av dets peptidyl- og aminoacylplott (fig. 3.32).
Ved slutten av initieringsfasen er P-stedet okkupert av aminoacyl-tRNA bundet til metionin, mens A-stedet til ribosomet ligger ved siden av startkodonet.
De beskrevne prosessene for translasjonsinitiering katalyseres av spesielle proteiner - initieringsfaktorer, som er fleksibelt assosiert med den lille underenheten til ribosomet. Etter fullføring av initieringsfasen og dannelsen av det ribosom-mRNA-initierende aminoacyl-tRNA-komplekset, separeres disse faktorene fra ribosomet.
Forlengelsesfasen, eller forlengelsen av peptidet, inkluderer alle reaksjoner fra øyeblikket av dannelsen av den første peptidbindingen til tilsetningen av den siste aminosyren. Det representerer syklisk repeterende hendelser der spesifikk gjenkjennelse av aminoacyl-tRNA av det neste kodonet lokalisert i A-stedet skjer, og en komplementær interaksjon mellom antikodonet og kodonet oppstår.
På grunn av særegenhetene ved den tredimensjonale organiseringen av tRNA. (se avsnitt 3.4.3.1) når dets antikodon kobles til et mRNA-kodon. aminosyren den transporterer befinner seg i A-stedet, nær den tidligere inkluderte aminosyren lokalisert i P-stedet. En peptidbinding dannes mellom to aminosyrer, katalysert av spesielle proteiner som utgjør ribosomet. Som et resultat mister den forrige aminosyren sin forbindelse med tRNA og slutter seg til aminoacyl-tRNA som ligger i A-stedet. tRNA som ligger i P-seksjonen i dette øyeblikket frigjøres og går inn i cytoplasmaet (fig. 3.33).
Bevegelsen av tRNA lastet med en peptidkjede fra A-stedet til P-stedet er ledsaget av fremføringen av ribosomet langs mRNAet med et trinn som tilsvarer ett kodon. Nå kommer det neste kodonet i kontakt med A-stedet, hvor det vil bli spesifikt "gjenkjent" av det tilsvarende aminoacyl-tRNA, som vil plassere aminosyren sin der. Denne hendelsessekvensen gjentas inntil et terminatorkodon, som det ikke er noe tilsvarende tRNA for, kommer til A-stedet til ribosomet.
Sammenstillingen av peptidkjeden skjer med en ganske høy hastighet, avhengig av temperatur. I bakterier ved 37 °C uttrykkes det ved tilsetning av 12 til 17 aminosyrer per 1 s til subpeptidet. I eukaryote celler er denne hastigheten lavere og kommer til uttrykk ved tilsetning av to aminosyrer per 1 s.
Avslutningsfasen, eller fullføring av polypeptidsyntese, er assosiert med gjenkjennelsen av et spesifikt ribosomalt protein av ett av termineringskodonene (UAA, UAG eller UGA) når det går inn i A-sete-sonen til ribosomet. I dette tilfellet tilsettes vann til den siste aminosyren i peptidkjeden, og karboksylenden separeres fra tRNA. Som et resultat mister den ferdige peptidkjeden sin forbindelse med ribosomet, som brytes ned i to underpartikler (fig. 3.34).
Post-translasjonelle transformasjoner av proteiner. Peptidkjeder syntetisert under translasjon, basert på deres primære struktur, får en sekundær og tertiær, og mange og kvartær organisasjon, dannet av flere peptidkjeder. Avhengig av funksjonene som utføres av proteiner, kan aminosyresekvensene deres gjennomgå forskjellige transformasjoner, og danner funksjonelt aktive proteinmolekyler.
Mange membranproteiner syntetiseres som pre-proteiner som har en ledersekvens ved N-terminalen som lar dem gjenkjenne membranen. Denne sekvensen spaltes av under modning og innsetting av proteinet i membranen. Sekretoriske proteiner har også en ledersekvens ved N-terminalen, som sikrer deres transport over membranen.
Noen proteiner umiddelbart etter translasjon bærer ytterligere aminosyre-pro-sekvenser som bestemmer stabiliteten til forløperne til aktive proteiner. Når proteinet modnes, fjernes de, noe som sikrer overgangen av det inaktive proteinet til et aktivt protein. For eksempel syntetiseres insulin først som pre-proinsulin. Under sekresjon spaltes pre-sekvensen av, og deretter gjennomgår proinsulin en modifikasjon der en del av kjeden fjernes fra det og det omdannes til modent insulin.
I - RNA polymerase binder seg til DNA og begynner å syntetisere mRNA i 5" → 3" retningen;
II - etter hvert som RNA-polymerase skrider frem, festes ribosomer til 5"-enden av mRNA, og begynner proteinsyntese;
III - en gruppe ribosomer følger RNA-polymerasen, dens nedbrytning begynner ved 5"-enden av mRNA;
IV - nedbrytningsprosessen er langsommere enn transkripsjon og oversettelse;
V - etter slutten av transkripsjonen frigjøres mRNA fra DNA, translasjon og nedbrytning fortsetter på den i 5"-enden
Ved å danne tertiære og kvaternære organisasjoner under post-translasjonelle transformasjoner, får proteiner evnen til å fungere aktivt, blir inkorporert i visse cellulære strukturer og utfører enzymatiske og andre funksjoner.
De vurderte egenskapene til implementeringen av genetisk informasjon i pro- og eukaryote celler avslører den grunnleggende likheten til disse prosessene. Følgelig utviklet mekanismen for genuttrykk assosiert med transkripsjon og påfølgende oversettelse av informasjon, som er kryptert ved hjelp av den biologiske koden, som en helhet selv før disse to typene cellulær organisasjon ble dannet. Den divergerende utviklingen av genomene til pro- og eukaryoter førte til forskjeller i organiseringen av deres arvelige materiale, som ikke kunne annet enn å påvirke mekanismene for dets uttrykk.
Den konstante forbedringen av vår kunnskap om organiseringen og funksjonen til materialet av arv og variasjon bestemmer utviklingen av ideer om genet som en funksjonell enhet av dette materialet.
Forholdet mellom gen og egenskap. Eksempel. Hypotesen "ett gen - ett enzym", dens moderne tolkning.
Oppdagelser av ekson-intron-organiseringen av eukaryote gener og muligheten for alternativ spleising har vist at den samme nukleotidsekvensen til det primære transkriptet kan gi syntesen av flere polypeptidkjeder med forskjellige funksjoner eller deres modifiserte analoger. For eksempel inneholder gjærmitokondrier et boksgen (eller cob) som koder for respirasjonsenzymet cytokrom b. Den kan eksistere i to former (fig. 3.42). Det "lange" genet, bestående av 6400 bp, har 6 eksoner med en total lengde på 1155 bp. og 5 introner. Den korte formen av genet består av 3300 bp. og har 2 introner. Det er faktisk et "langt" gen som mangler de tre første intronene. Begge former for genet er like godt uttrykt.
Etter å ha fjernet det første intronet til det "lange" boksgenet, basert på den kombinerte nukleotidsekvensen til de to første eksonene og en del av nukleotidene til det andre intronet, dannes en matrise for et uavhengig protein - RNA-maturase (fig. 3,43). Funksjonen til RNA-maturase er å sikre det neste trinnet med spleising - fjerning av det andre intronet fra det primære transkriptet og til slutt dannelsen av en mal for cytokrom b.
Et annet eksempel er en endring i spleisemønsteret til det primære transkriptet som koder for strukturen til antistoffmolekyler i lymfocytter. Membranformen av antistoffer har en lang "hale" av aminosyrer ved C-terminalen, som sikrer fiksering av proteinet på membranen. Den utskilte formen av antistoffer har ikke en slik hale, noe som forklares ved fjerning av nukleotidene som koder for denne regionen fra det primære transkriptet under spleising.
I virus og bakterier er det beskrevet en situasjon hvor ett gen samtidig kan være en del av et annet gen, eller en viss DNA-nukleotidsekvens kan være en del av to forskjellige overlappende gener. For eksempel viser det fysiske kartet av genomet til fag FX174 (fig. 3.44) at sekvensen til gen B er lokalisert inne i gen A, og gen E er en del av sekvensen til gen D. Dette trekk ved organiseringen av fagen genomet var i stand til å forklare den eksisterende avviket mellom dens relativt lille størrelse (den består av 5386 nukleotider) og antall aminosyrerester i alle syntetiserte proteiner, som overstiger det som er teoretisk tillatt for en gitt genomkapasitet. Muligheten for å sette sammen forskjellige peptidkjeder på mRNA syntetisert fra overlappende gener (A og B eller E og D) er sikret ved tilstedeværelsen av ribosombindingsseter i dette mRNA. Dette gjør at translasjon av et annet peptid kan begynne fra et nytt utgangspunkt.
Nukleotidsekvensen til gen B er samtidig en del av gen A, og gen E er en del av gen D
Overlappende gener, oversatt både med en rammeforskyvning og i samme leseramme, ble også funnet i λ-faggenomet. Det antas også at det er mulig å transkribere to forskjellige mRNA fra begge komplementære tråder i en DNA-seksjon. Dette krever tilstedeværelse av promoterregioner som bestemmer bevegelsen av RNA-polymerase i forskjellige retninger langs DNA-molekylet.
De beskrevne situasjonene, som indikerer tillateligheten av å lese forskjellig informasjon fra samme DNA-sekvens, antyder at overlappende gener er et ganske vanlig element i organiseringen av genomet til virus og muligens prokaryoter. I eukaryoter tillater gendiskontinuitet også syntese av en rekke peptider fra samme DNA-sekvens.
Med alt dette i tankene er det nødvendig å endre definisjonen av genet. Det er klart at vi ikke lenger kan snakke om et gen som en kontinuerlig sekvens av DNA som unikt koder for et spesifikt protein. Tilsynelatende, for tiden, bør formelen "Ett gen - ett polypeptid" fortsatt anses som den mest akseptable, selv om noen forfattere foreslår å endre den: "Ett polypeptid - ett gen". I alle fall må begrepet gen forstås som en funksjonell enhet av arvelig materiale, som i sin kjemiske natur er et polynukleotid og bestemmer muligheten for å syntetisere en polypeptidkjede, tRNA eller rRNA.
Ett gen, ett enzym.
I 1940 brukte J. Beadle og Edward Tatum en ny tilnærming til å studere hvordan gener gir metabolisme i et mer praktisk forskningsemne - den mikroskopiske soppen Neurospora crassa. De oppnådde mutasjoner der; det var ingen aktivitet av ett eller annet metabolsk enzym. Og dette førte til at den mutante soppen ikke var i stand til å syntetisere en bestemt metabolitt på egen hånd (for eksempel aminosyren leucin) og bare kunne leve når leucin ble tilsatt næringsmediet. "ett gen, ett enzym"-teorien formulert av J. Beadle og E. Tatum fikk raskt bred anerkjennelse blant genetikere, og de ble selv tildelt Nobelprisen.
Metoder. utvalg av såkalte "biokjemiske mutasjoner" som fører til forstyrrelser i virkningen av enzymer som gir forskjellige metabolske veier, viste seg å være svært fruktbart, ikke bare for vitenskapen, men også for praksis. Først førte de til fremveksten av genetikk og seleksjon av industrielle mikroorganismer, og deretter til den mikrobiologiske industrien, som bruker stammer av mikroorganismer som overproduserer så strategisk viktige stoffer som antibiotika, vitaminer, aminosyrer osv. Prinsippene for seleksjon og genteknologi av superprodusentstammer er basert på ideen om at "ett gen koder for ett enzym." Og selv om denne ideen er utmerket for praksis, gir overskudd på flere millioner dollar og redder millioner av liv (antibiotika) - er den ikke endelig. Ett gen er ikke bare ett enzym.
Forsterkere.
De forbedrer transkripsjon når de samhandler med spesifikke proteiner. Enhancers er ikke kontinuerlige, men avbrutt DNA-sekvenser. De er organisert i moduler (M1, M2, M3, M4). Identiske moduler kan finnes i forskjellige forsterkere, men for hver forsterker er settet med moduler unikt. En modul er en kort sekvens som består av ikke mer enn 2 omdreininger av en helix - omtrent 20 nukleotidpar. Moduler er orientert foran, bak og til og med inne i genet. Dermed er M1, M2, M3 og M4 én forsterker som består av 4 moduler. Hver av dem gjenkjennes av sine proteiner, og de samhandler på sin side med hverandre. Hvis alle de tilsvarende proteinene er tilstede i cellen, får DNA-seksjonen en viss konformasjon og syntesen av mRNA begynner.
Oppdaterer. Alle somatiske celler i en flercellet eukaryot organisme har samme sett med gener. Alle gener i dem opererer på bakgrunnsnivå og har ikke fenotypisk manifestasjon, og bare de der alle forsterkermoduler gjenkjennes av deres proteiner blir uttrykt og disse proteinene interagerer med hverandre.
Lyddempere. Dette er sekvenser som svekker transkripsjon når de interagerer med proteiner. Med et passende sett med proteiner kan uttrykket av individuelle gener undertrykkes.
Noen undertrykte (ikke uttrykte) gener aktiveres av en kaskade av hendelser utløst av en økning i temperatur eller hormonsyntese. Hormonet, som har kommet inn i blodet, binder seg til reseptorer, penetrerer cellen, interagerer med cellulære proteiner, endrer deres konformasjon, et slikt protein trenger inn i kjernen, binder seg til et regulatorisk element, og transkripsjon av de tilsvarende genene startes. Det er proteiner som interagerer med regulatoriske elementer for å blokkere transkripsjon. For eksempel: NRSF-proteinet blokkerer transkripsjonen av de tilsvarende genene; dette proteinet syntetiseres ikke i nevroner, og som et resultat oppstår aktiv transkripsjon.
RNA-behandling i eukaryoter.
Alle RNA er gjenstand for post-transkripsjon. Behandling av rRNA og tRNA er ikke fundamentalt forskjellig fra prokaryoter.
Eukaryotisk mRNA-behandling
1. Kapping. Alt 100 % syntetisert mRNA. Hetten er et metylert guanosintrifosfat festet i en uvanlig posisjon (5' til 5') og to metylerte riboser.
Funksjoner: gjenkjennelse av cap-bindende proteiner, beskyttelse mot virkningen av eksonukleaser
Etter hvert som pro-mRNA dannes (opptil 30 nukleotider), tilsettes guanin til 5"-enden, som nødvendigvis bærer purin (adenin, guanosin), som deretter metyleres. Deltakelse: guanintransferase.
2. Polyadenylering. Bare 95 % av alle mRNA, og det er disse 95 % som går inn i spleisestadiet. De andre 5% er ikke spleiset, og dette er messenger-RNA der alfa- og beta-interferoner og histonproteiner er kryptert.
Etter fullføring av mRNA-syntese, innledes polyadenidering av kutting av en spesifikk endokulease). Nærmere den 3. enden av pro-mRNA, nemlig 20 nukleotider etter den spesifikke sekvensen (AAAAA), skjer templatfri syntese. Hver type mRNA har en polyhale av en viss lengde, dekket med polyAssociating proteiner. Levetiden til mRNA korrelerer med lengden på polyhalen.
3. 95 % av mRNA er spleiset. F. Sharp, 1978. Kopier av de utskårne intronene hydrolyseres til nukleotider. Utført av maturaser. Noen ganger er sRNA involvert i skjøting. Regler: 1. flankert av GT-AG, 2. Nuerasjon gjenstår, men en ekson kan fjernes sammen med introner.
Cis skjøting(intramolekylær spleising) skjer i kjernen. Det første trinnet innebærer montering av skjøtekomplekset. Deretter skjer spaltning på 5" skjøtestedet; under reaksjonen akkumuleres to produkter - korrekt ligerte eksoner og et fritt helt intron i form av en struktur av typen "lasso". Mange nukleære faktorer av proteiner og ribonukleoproteinkomplekser - Små nukleære ribonukleoproteiner. Dette komplekset, som katalyserer skjøting, kalles spleisegosomet. Den består av et intron assosiert med minst 5 RNP-er og noen tilbehørsproteiner. Spleisesomer dannes ved å pare RNA-molekyler, feste proteiner til RNA og koble disse proteinene til hverandre. Sluttproduktet av slik spleising er utskjæring av intronet og sammenføyning av eksonene som flankerer det.
Trans-spleising dette er et eksempel på intermolekylær skjøting. Vist for alle mRNA i trypanosomer og demonstrert i honningsopp in vitro. Under det skjer ligering av to eksoner lokalisert i forskjellige RNA-molekyler med samtidig fjerning av intronene som flankerer dem.
Alternativ skjøting funnet fra Drosophila til mennesker og virus og er indikert for gener som koder for proteiner involvert i dannelsen av cytoskjelettet, muskelsammentrekninger, montering av membranreseptorer, peptidhormoner, mellommetabolisme og DNA-transposisjon. Denne prosessen skjer også i spleisingosomet og er assosiert med enzymer involvert i polyadenylering. Dermed er mRNA langs hele veien frem til fullføringen av translasjonen beskyttet mot nukleaser ved hjelp av proteiner assosiert med det (informifers). Kompleks av mRNA med informoforer fra ifnormosomer, pluss sRNA. Som en del av informosomer lever mRNA fra flere minutter til flere dager.
4. Redigering
tRNA-spleising.
Introner i tRNA-gener er lokalisert ett nukleotid etter antikodonet, nærmere den tredje enden av tRNA. Fra 14 til 60 nukleotider. Mekanismen for tRNA-spleising studeres best i gjær, så vel som i eksperimenter med andre lavere eukaryoter og planter. Oppgaven med utskjæring av intronet i antikodonsløyfen realiseres gjennom deltakelse av:
Endonukleaser (gjenkjenne intronet og spalte pro-tRNA på begge spleisesteder for å danne frie 3" og 5" ender av eksoner)
Multifunksjonelt protein (katalyserer alle reaksjoner unntatt den siste - fosfatase)
2" fosfatase (fjerner monofosfat fra 2" enden av det 5" terminale eksonet)
Ligase (krysskoblinger)
rRNA-spleising.
Kjernefysiske rRNA-gener fra lavere eukaryoter inneholder spesielle introner som gjennomgår en unik spleisemekanisme. Dette er gruppe I-introner og finnes ikke i virveldyrgener. Generelle egenskaper: de katalyserer selv skjøtingen deres (autospleising), informasjon for skjøting er inneholdt i korte interne sekvenser inne i intronet (disse sekvensene sikrer folding av molekylet med dannelse av en karakteristisk romlig struktur), denne skjøtingen initieres av fritt guanosin (eksogent) eller noen av dets 5" fosforylerte derivater, sluttproduktene er modent rRNA lineært RNA og kjerneintroner (sirkulære)
Autospleising 1982, om ciliater, Thomas Check
Denne prosessen er følsom for magnesiumioner. Denne spleisingen viser at ikke bare proteiner, men også pro-rRNA har katalytisk aktivitet. Selvspleising av gruppe 1-introner skjer sekvensielt i trans-forestringsreaksjoner, der ikke er ledsaget av hydrolyse.
Skjøting av gruppe 2-introner er ikke veldig vanlig, de finnes i 2 mitokondrielle gener av gjær: genet til en av underenhetene til cytokromoksidase og cytokrom B-genet gjennomgår også selvspleising, men initieringen av spleising skjer med deltakelse av endogent guanosin, det vil si guanosin lokalisert i selve intronet. Frigitte introner er som en lasso, der det 5" terminale RNA-fosfatet til intronet er forbundet med en fosfodiesterbinding til 2" hydroksylgruppen i det indre nukleotidet.
Regulering av genuttrykk i eukaryoter
Umiddelbart etter syntese har primære RNA-transkripter av ulike årsaker ennå ikke aktivitet, er "umodne" og gjennomgår deretter en rekke endringer som kalles prosessering. I eukaryoter behandles alle typer pre-RNA; i prokaryoter behandles bare rRNA- og tRNA-forløpere.
Messenger RNA forløper prosessering
Når man transkriberer DNA-seksjoner som bærer informasjon om proteiner, dannes heterogene kjernefysiske RNA-er, mye større i størrelse enn mRNA. Faktum er at på grunn av mosaikkstrukturen til gener inkluderer disse heterogene RNA-ene informative (eksoner) og ikke-informative (introner) regioner.
1. Skjøting skjøte- butt liming) er en spesiell prosess der, med deltakelse små kjernefysiske RNA Introner fjernes og eksoner beholdes.
Sekvens av skjøtehendelser
2. Kapping lokk– header) – oppstår under transkripsjon. Prosessen består i å tilsette 5" karbon N7-metylguanosin til 5"-trifosfatet til det terminale nukleotidet til pre-mRNA.
"Hatten" er nødvendig for å beskytte RNA-molekylet mot eksonukleaser som arbeider fra 5"-enden, samt for bindingen av mRNA til ribosomet og for starten av translasjonen.
3. Polyadenylering– ved hjelp av polyadenylatpolymerase ved bruk av ATP-molekyler, festes fra 100 til 200 adenylnukleotider til 3"-enden av RNA, og danner et polyadenylfragment - poly(A)-halen. Poly(A)-halen er nødvendig for å beskytte RNA-molekylet fra eksonukleaser, arbeider fra 3"-enden.
Skjematisk representasjon av messenger-RNA etter prosessering
Ribosomal RNA-forløperbehandling
rRNA-forløpere er større molekyler sammenlignet med modne rRNA. Deres modning kommer ned til å kutte preribosomalt RNA i mindre former, som er direkte involvert i dannelsen av ribosomet. I eukaryoter er det fire typer rRNA − 5S-, 5.8S-, 18S- og 28S-rRNA. I dette tilfellet syntetiseres 5S rRNA separat, og det store preribosomale 45S RNA spaltes av spesifikke nukleaser med dannelse av 5.8S rRNA, 18S rRNA og 28S rRNA.
Hos prokaryoter har ribosomale RNA-molekyler helt andre egenskaper (5S-, 16S-, 23S-rRNA), som er grunnlaget for oppfinnelsen og bruken av en rekke antibiotika i medisinen.
Behandling av overførings-RNA-forløper
1. Modifikasjon av nukleotider i et molekyl ved deaminering, metylering, reduksjon.
For eksempel dannelsen av pseudouridin og dihydrouridin.
Struktur av modifiserte uridylnukleotider
2. Dannelsen av en antikodonsløyfe skjer gjennom spleising
Dette er et sett med prosesser som sikrer konvertering av syntetisert RNA (RNA-transkript) til funksjonelt aktivt RNA (modent RNA), som kan brukes i syntese av proteiner. RNA-transkripsjonene i seg selv er ikke funksjonelt aktive. Prosessen er karakteristisk for eukaryoter.
Som et resultat av prosessering endres strukturen og den kjemiske organiseringen av RNA. RNA-transkriptet før dannelsen av modent RNA kalles pro-mRNA(eller avhengig av typen RNA – pro-tRNA, pro-rRNA), dvs. forløper RNA. Nesten alle RNA-transkripsjoner av eukaryoter og prokaryoter (unntatt prokaryot mRNA) er gjenstand for behandling. Transformasjonen av RNA-transkript til modent RNA begynner i kjernen, når RNA-syntesen ennå ikke er fullført og den ikke er separert fra DNA. Avhengig av mekanismene skilles flere stadier av RNA-modning.
Interaksjon av pro-mRNA med protein.
Metylering av pro-mRNA.
5' endekappe.
Polyadenylering.
Skjøting.
Den grafiske sekvensen av stadier er vist i figur 58. Det skal bemerkes at i levende organismer skjer alle de ovennevnte prosessene parallelt med hverandre.
EN. Interaksjon av pro-mRNA med protein.
I bakterier, selv før slutten av transkripsjonen, kobles 5'-enden av transkripsjonen umiddelbart til ribosomet og mRNA-en inkluderes i translasjonen. Derfor er praktisk talt ingen modifikasjon nødvendig for bakteriell mRNA. Hos eukaryoter forlater det syntetiserte transkripsjonen kjernen, går inn i cytoplasmaet og kombineres der med ribosomet. På sin vei må den beskyttes mot utilsiktede møter med sterke reagenser og samtidig være tilgjengelig for prosessering av enzymer. Derfor interagerer RNA-transkriptet umiddelbart med proteinet når det forlenges. En analogi er passende her - RNA-transkriptet er plassert på proteinet som på et operasjonsbord, det er fiksert av kjemiske bindinger, og samtidig blir modifikasjonssteder i det tilgjengelige. RNA assosiert med proteinet kalles et ribonukleoprotein (informosom). I denne formen finnes transkripsjonen i kjernen. Når de forlater kjernen, fortsetter noen RNA å forbli i forbindelse med proteinet, mens andre forlater komplekset og deltar i oversettelsen.
b. Metylering av pro-mRNA.
Oftest forekommer i bakterier, som har et spesielt apparat for å beskytte mot fremmede inntrengere.
DNA (viralt, fag). Dette apparatet består av en rekke enzymer som kutter fremmed DNA eller RNA på visse steder der en spesifikk nukleotidsekvens er lokalisert. Enzymer kalles - restriksjonsenzymer. Det er klart at ditt eget nysyntetiserte RNA-transkript også kan bli angrepet av restriksjonsenzymer. For å forhindre at dette skjer, kalte spesielle enzymer metylaser, metylere sitt eget RNA-transkript på de stedene som kan kuttes av deres egne enzymer. Hos eukaryoter er RNA-transkriptet metylert i mindre grad.
Promoter Terminator
Transkripsjon
Pro-mRNA fix- Protein
revet på ekorn
Pro-mRNA metylering
Pro-mRNA-kapping
Ris. 58. Plan over hovedpunkter i behandlingen.
V. Dekker 5'-enden.
Består av en kjemisk og konformasjonsendring
5'-enden av det syntetiserte RNA. Capping skjer på tidspunktet for RNA-syntese, selv før det separeres. Prosessen innebærer å feste spesielle kjemikalier til den frie enden av pro-RNA, som endrer konformasjonen til den terminale regionen. Begrensning er nødvendig for å starte oversettelsesprosessen.
Spesielle enzymer fester GDP (guanosin difosfat) til 5'-enden av pro-mRNA og metylerer det deretter.
5' pro-mRNA
CH 3
KEP = GDF + CH 3
Fig.59. Struktur av hetten ved 5'-enden av eukaryotisk pre-mRNA.
Funksjoner til CEP.
Setter i gang proteinsyntese.
Beskytter pro-mRNA mot forfall.
Deltar i fjerning av introner.
d. Polyadenylering.
Dette er prosessen med å feste 100–200 adenylsyrerester til 3'-enden av pro-mRNA. Disse restene kalles poly-A-sekvenser (poly-A-haler). Ikke alle pro-mRNA gjennomgår polyadenylering. For eksempel inneholder ikke molekyler av alle typer histoner poly-A-sekvenser. Polyadenylering beskytter mRNA mot ødeleggelse.
På den voksende kjeden av mRNA er det en spesiell sekvens av nukleotider (AAAAA). Et spesielt enzym (polyA-polymerase) finner denne kombinasjonen av nukleotider, kutter pro-mRNA på dette stedet og danner en polyadenylathale.
Betydningen av poly-A-sekvenser:
Forenkle frigjøringen av mRNA fra kjernen til cytoplasmaet.
Beskytter mRNA mot ødeleggelse.
Nylig ble en annen interessant egenskap ved poly-A-sekvenser oppdaget - de er involvert i termineringen av pro-mRNA-syntese. RNA-polymerase, som danner sekvensen AAUAAA i pro-mRNA, mottar et signal for å fullføre syntesen av RNA-transkriptet. Men syntesen stopper ikke umiddelbart. Dens fullstendige stopp skjer etter at RNA-polymerase møter en spesifikk nukleotidsekvens på DNA-templatetråden (den er forskjellig for forskjellige gener), som gir det endelige signalet om å stoppe RNA-syntese.
GTP PolyA - sekvens
rararararararara-ON
CH 3
CEP = GTP + CH 3
Ris. 60. Struktur av CEP ved 5'enden av eukaryotisk pro-mRNA og polyadenylatsekvensen i 3'enden av pro-mRNA.
d. Skjøting.
I RNA-transkriptet inneholder et visst antall nukleotidsekvenser som var nødvendige for vellykket fullføring av translasjonen og påfølgende modifikasjon av transkripsjonen (capping, polyadenylering, etc.). For å utføre hovedrollen til RNA i cytoplasma - translasjon, vil disse sekvensene ikke bare ha noen funksjonell betydning, men kan forstyrre det normale forløpet av proteinsyntese. Derfor har cellen en mekanisme for å frigjøre det primære transkriptet fra en rekke sekvenser som ikke er kritiske i translasjonen.
Disse sekvensene inkluderer primært introner.
Genet som pro-mRNA ble transkribert fra inneholder kodende og ikke-kodende sekvenser. De kodende sekvensene til et gen bestemmer aminosyrene og deres sekvens i proteinet. Ikke-kodende sekvenser har ikke denne egenskapen. Kodende og ikke-kodende sekvenser veksler i et gen, og antallet avhenger av de enkelte genene. Det primære transkripsjonen inneholder også kodende og ikke-kodende sekvenser. Denne organiseringen av gener og pro-RNA er karakteristisk for eukaryoter. De ikke-kodende sekvensene til pro-mRNA kalles introner, og koding – eksoner. Lengden på introner kan være fra 50 til 12 000 nukleotider. Genet begynner og
ender med et ekson. Den diskontinuerlige strukturen til genet er karakteristisk for de fleste eukaryoter. Introner kan inneholde alle typer RNA - mRNA, tRNA, rRNA.
Hele settet med eksoner (kodende proteiner) i det menneskelige genomet opptar bare 1,1 - 1,4%. Det gjennomsnittlige menneskelige genet inneholder 9 introner. Som vi forenkler
organisering av organismer, øker den totale størrelsen på deres eksoner (for eksempel i bakterier er det 86%).
Et multikomponentkompleks tar del i utskjæring av introner fra RNA-transkriptet og sammenføyning av de gjenværende eksonene. Hovedkomponentene er små kjernefysiske RNA-er (snRNA-er) og enzymproteiner.
Komplekset som helhet kalles små nukleære ribonukleoproteiner, snRNP-er ellerspliosom . Selve prosessen er ganske kompleks og består av flere stadier (se fig. 58).
1. Dannelsespliosomer . Fragmenter av protein og snRNA er festet til begynnelsen og slutten av intronet (fig. 56, E) og danner et spliosom. (Fig. 56, D) Festing av snRNP-komplekset (Fig. 56, E).
Exon 1 Intron Exon 2
En løkke
intron fjernet
Ris. 61. Skjøteskjema (forklaring i teksten).
Bringe naboeksoner nærmere hverandre på grunn av dannelsen av en intronløkke. Skjæring ved ekson-intron-grensen og sammenføyning av tilstøtende (første og andre) eksoner (fig. 56, B).
Fjerning og ødeleggelse av løkken og spliosomet (fig. 56, D, G).
Det skal bemerkes at hvis intronet er skadet (mutert), kan skjøting ikke fullføres, intronet kan ikke bli skåret ut, og det ferdige produktet - mRNA - vil bære nukleotidsekvenser som er uvanlige for det. Det er klart at dette kan føre til forstyrrelse av translasjon og utelukkelse av et bestemt protein fra metabolismen
e. Alternativ skjøting.
Denne typen spleising skjer når det samme genet uttrykkes i forskjellige vev.
Essensen er at den samme genregionen i forskjellige vev kan fungere som et intron og et ekson. Dette fører til dannelse av forskjellige mRNA-er, som koder for proteiner med forskjellige enzymatiske aktiviteter.
Dette er hvordan hormonet kalsitonin syntetiseres i cellene i skjoldbruskkjertelen. Det hemmer frigjøringen av kalsium fra bein. Genet som styrer syntesen av kalsium
Gen som kontrollerer kalsitonin
e og e og e og e og e og e
1 2 3 4 5 6
e og e og e og e og e og e
pro-mRNA
1 2 3 4 5 6
I skjoldbruskkjertelen I hjerneceller
mRNA
1 2 3 4 1 2 3 5 6
Kalsitonin Kalsitoninlignende protein
Fig.62. Alternativ spleising av kalsitonin og kalsitoninlignende protein.
cytonin, består av 6 eksoner, det primære transkriptet av dette genet (pro-mRNA) består også av 6 eksoner (fig. 62). Fra det primære transkriptet dannes et modent mRNA som inneholder 4 eksoner - 1,2,3,4. Ekson #5 og 6 ble lest som introner og skåret ut. Kalsitonin syntetiseres på grunnlag av dette RNA. I hjerneceller, fra et primært transkript som inneholder 6 eksoner, dannes et modent mRNA, bestående av 5 eksoner - 1,2,3,5,6. Det fjerde eksonet ble skåret ut som et intron. Dette mRNA kontrollerer syntesen av kalsitoninlignende protein, som er ansvarlig for smaksoppfatningen.
Et annet genIkaros(oppkalt etter den legendariske Icarus) er i stand til å gi syntese av 6 forskjellige polypeptider gjennom alternativ spleising. I tillegg danner polypeptider mellom seg i en celle omtrent 20 forskjellige ensembler av de samme polypeptidene eller forskjellige.
Forstyrrelse av skjøtemekanismen kan føre til patologiske tilstander, som samlet kalles talassemi. Disse inkluderer sykdommer assosiert med delvis eller fullstendig undertrykkelse av syntesen av en av hemoglobinkjedene (α- eller β-kjeder). For eksempel kan sykdommer assosiert med manglende syntese av hemoglobin-β-kjeden oppstå som følge av mutasjoner i to deler av genet som koder for β-kjeden - i stedet som er ansvarlig for polyadenylering og i en av intronene. I det første tilfellet blir prosessen med dannelse av polyadenylathalen forstyrret og en ufullstendig hemoglobin-β-kjede dannes. I det andre tilfellet er spliosomet ikke i stand til å fjerne det skadede intronet, og modent mRNA til hemoglobin-β-kjeden dannes ikke. Uansett vil den normale funksjonen til røde blodlegemer bli betydelig svekket.
MZ. Prosessering (eller RNA-modning) er prosessen med å konvertere nylig syntetisert, inaktivt RNA (pro-mRNA) til funksjonelt aktivt RNA. Prosessen er assosiert med strukturelle og kjemiske modifikasjoner av pro-mRNA. Oppstår i kjernen til RNA frigjøres i cytoplasmaet. Den består av flere stadier: binding av pro-mRNA til et protein, metylering av noen baser, markering av en av endene, polyadenylering av den andre (motsatte) enden, utskjæring av introner og sammenføyning av eksoner. De to siste prosessene kalles spleising.
Spørsmål til eksamen.
1. Hvordan bestemmer enzymer de fleste steder hvor det er skade på DNA-molekylet?
SVAR. I de fleste tilfeller oppstår lokal denaturering på skadestedet på DNA-molekylet. Det bestemmes av enzymer.
2. Hva skjer på skadestedet på DNA-molekylet?
SVAR. Lokal denaturering skjer på skadestedet.
3. På hvilket grunnlag gjenoppretter reparasjonsenzymer den nødvendige nukleotidsekvensen på skadestedet til en DNA-streng?
SVAR. Basert på prinsippet om komplementaritet til nukleotidene i den motsatte regionen av DNA-strengen.
4. På hvilket grunnlag fyller DNA-polymerase riktig ut hull i den skadede DNA-strengen med nukleotider?
SVAR. Basert på prinsippet om komplementaritet av nukleotidene i den oppbygde kjeden til nukleotidene til den motsatte tråden.
5. Hvilken type reparasjon utføres av et enzym som aktiveres av et foton?
SVAR. Fotoreaktivering.
6. Hvilket enzym utfører reparasjon ved hjelp av solenergi?
SVAR. Fotolyase.
Hvilket enzym er direkte involvert i syntesen av RNA-molekylet?
SVAR. DNA-avhengig RNA-polymerase eller RNA-polymerase.
List opp periodene med transkripsjon.
SVAR. Initiering, forlengelse, avslutning.
Hvilke komponenter består initieringskomplekset under transkripsjon av?
SVAR. Fra et spesielt protein avsatt på promoteren, RNA-polymerase og transkripsjonsfaktorer.
9. Hva heter DNA-delen der initieringskomplekset dannes under transkripsjon?
SVAR. På promotøren.
10. Hva heter nukleotidsekvensen i prokaryoter, som bestemmes av et spesielt protein avsatt på promotoren under initiering av transkripsjon?
SVAR. Pribnov blokk.
11. Hva heter nukleotidsekvensen i eukaryoter, som bestemmes av et spesielt protein avsatt på promoteren under initiering av transkripsjon?
SVAR. TATA boks.
12. Hvor ligger Pribnow-blokken i DNA-molekylet i prokaryoter?
SVAR. På promotøren.
13. Hvor i DNA-molekylet er TATA-boksen plassert i eukaryoter?
SVAR. På promotøren.
14. Hva er navnet på det enzymatiske komplekset som danner transkripsjonsøyet?
SVAR. Innvielseskompleks.
15. Hva heter delen av DNA-molekylet som RNA-syntesen starter fra?
SVAR. Utgangspunkt, startside for transkripsjon.
16. Nevn nukleotidene som er lokalisert i terminatoren og eventuelt deltar i termineringen av transkripsjon.
SVAR. G, C.
17. Nevn den sekundære strukturen i terminatoren, som muligens er involvert i termineringen av transkripsjon,
SVAR. Hårnål.
18. Hva heter kodonene som ligger i terminatoren og som muligens er involvert i termineringen av transkripsjon?
SVAR. Sanseløse (nonsens) kodoner.
Alle stadier av mRNA-prosessering forekommer i RNP-partikler (ribonukleoproteinkomplekser).
Når pro-RNA syntetiseres, danner det umiddelbart komplekser med kjerneproteiner - infofers. Både i nukleære og cytoplasmatiske komplekser av mRNA med proteiner ( infosomes) inkluderer s-RNA (små RNA).
Dermed er i-RNA aldri fri for proteiner, derfor er i-RNA beskyttet mot nukleaser langs hele banen til fullføringen av translasjonen. I tillegg gir proteiner den nødvendige konformasjonen.
Mens det nylig syntetiserte pro-mRNA (primært transkript eller hRNA - heterogent kjerne-RNA) fortsatt er i kjernen, blir det behandlet og omdannet til modent i-RNA før det begynner å fungere i cytoplasmaet. Heterogent kjernefysisk RNA kopierer hele DNA-nukleotidsekvensen fra promoter til terminator, inkludert utranslaterte regioner. Etter dette gjennomgår hRNA transformasjoner som sikrer modning av den fungerende matrisen for syntese av polypeptidkjeden. Vanligvis er hRNA flere ganger (noen ganger titalls ganger) større enn modent mRNA. Hvis hRNA utgjør omtrent 10 % av genomet, utgjør modent mRNA bare 1-2 %.
I løpet av en rekke påfølgende behandlingstrinn fjernes noen fragmenter som er unødvendige i påfølgende stadier fra pro-RNA (transkript), og nukleotidsekvenser redigeres.
Ved kapping 7-metylguanosin er festet til 5"-enden av transkripsjonen via en trifosfatbro, og forbinder dem i en uvanlig posisjon 5"-5", samt metylering av ribosene til de to første nukleotidene. Kappingsprosessen begynner allerede før slutten av transkripsjon av pro-RNA-molekylet. Som dannelse av pro-i-RNA (selv før det 30. nukleotid), tilsettes guanin til 5"-enden som bærer purintrifosfat, hvoretter metylering skjer.
Cap group funksjoner:
ü regulering av mRNA-eksport fra kjernen;
ü beskyttelse av 5"-enden av transkripsjonen fra eksonukleaser;
ü deltakelse i initiering av translasjon: gjenkjennelse av mRNA-molekylet av små underenheter av ribosomet og korrekt installasjon av mRNA på ribosomet.
Polyadenylering består av å feste adenylsyrerester til 3"-enden av transkripsjonen, som utføres av et spesielt enzym poly(A)-polymerase.
Når syntesen av pro-RNA er fullført, i en avstand på omtrent 20 nukleotider i retning til 3"-enden fra sekvensen 5"-AAUAA-3", skjer et kutt av en spesifikk endonuklease og fra 30 til 300 AMP rester legges til den nye 3"-enden (malfri syntese).
Skjøting [Engelsk] «spleise» – koble sammen, skjøte]. Etter polyadenylering gjennomgår pro-RNA fjerning av introner. Prosessen katalyseres av spleiseosomer og kalles spleising. I 1978 Philip Sharp(Massachusetts Institute of Technology) oppdaget fenomenet RNA-spleising.
Skjøting er vist for de fleste mRNA-er og noen tRNA-er. Autospleising av r-RNA er funnet i protozoer. Skjøting er til og med vist for arkeobakterier.
Det er ingen enkelt skjøtemekanisme. Minst 5 forskjellige mekanismer er beskrevet: i noen tilfeller utføres spleising av maturase-enzymer, i noen tilfeller er s-RNA involvert i spleiseprosessen. Ved autospleising skjer prosessen på grunn av den tertiære strukturen til pro-r-RNA.
For mRNA fra høyere organismer er det obligatoriske spleiseregler:
Regel 1 . 5" og 3" ender av intronet er veldig konservative: 5"(GT-intron-AG)3".
Regel 2 . Når du syr sammen kopier av eksoner, respekteres rekkefølgen av deres plassering i genet, men noen av dem kan bli forkastet.
Skjøtingsnøyaktighet reguleres av s-RNA : små kjernefysiske RNA (snRNA), som har regioner som er komplementære til endene av intronene. snRNA er komplementær til nukleotidene i endene av intronene - det binder seg midlertidig til dem, og trekker intronet inn i en løkke. Endene av de kodende fragmentene sammenføyes, hvoretter intronet fjernes trygt fra kjeden.
③ SENDING[fra lat. "translatio" – transfer] består i syntesen av en polypeptidkjede i samsvar med informasjonen som er kodet i mRNA. mRNA-molekylet (etter prosessering i eukaryoter og uten prosessering i prokaryoter) deltar i en annen matriseprosess - sendinger(polypeptidsyntese), som skjer på ribosomer (fig. 58).
Ribosomer er de minste ikke-membrancelleorganellene, og de er kanskje de mest komplekse. I et bur E coli Det er omtrent 10 3 – 5x10 3 ribosomer til stede. De lineære dimensjonene til et prokaryot ribosom er 210 x 290Å. I eukaryoter – 220 x 320Å.
Det er fire klasser av ribosomer:
1. Prokaryot 70S.
2. Eukaryot 80S.
3. Ribosomer av mitokondrier (55S – hos dyr, 75S – i sopp).
4. Ribosomer av kloroplaster (70S i høyere planter).
S – sedimentasjonskoeffisient eller Svedberg konstant. Gjenspeiler sedimenteringshastigheten til molekyler eller deres komponenter under sentrifugering, avhengig av konformasjon og molekylvekt.
Hvert ribosom består av 2 underenheter (store og små).
Kompleksiteten stammer fra det faktum at alle ribosomale elementer er tilstede i én kopi, med unntak av ett protein, som finnes i 4 kopier i 50S-underenheten og ikke kan erstattes.
rRNA fungerer ikke bare som stillaser for ribosomale underenheter, men er også direkte involvert i syntesen av polypeptider.
23S r-RNA er inkludert i det katalytiske peptidyltransferasesenteret, 16S r-RNA er nødvendig for installasjon på 30S underenheten til initieringskodonet til i-RNA, 5S r-RNA er nødvendig for riktig orientering av aminoacyl-tRNA på ribosom.
Alle rRNA-er har en utviklet sekundær struktur: omtrent 70 % av nukleotidene er satt sammen til hårnåler.
rRNA er i stor grad metylert (CH 3-gruppe i andre posisjon av ribose, så vel som i nitrogenholdige baser).
Rekkefølgen for montering av underenheter fra rRNA og proteiner er strengt definert. Underenheter som ikke er koblet til hverandre er dissosierte ribosomer. United-assosierte ribosomer. Assosiasjon krever ikke bare konformasjonsendringer, men også magnesiumioner Mg 2+ (opptil 2x10 3 ioner per ribosom). Magnesium er nødvendig for å kompensere for den negative ladningen til rRNA. Alle matrisesyntesereaksjoner (replikasjon, transkripsjon og translasjon) er assosiert med magnesiumioner Mg 2+ (i mindre grad, manganioner Mn 2+).
TRNA-molekyler er relativt små nukleotidsekvenser (75-95 nukleotider), komplementært forbundet i visse områder. Som et resultat dannes en struktur som ligner et kløverblad i form, der to viktigste soner skilles - akseptordelen og antikodonet.
Akseptor del av tRNA består av komplementært sammenføyde 7 basepar og en litt lengre enkelt seksjon som ender i 3'-enden, som den transporterte tilsvarende aminosyren er festet til.
En annen viktig region av tRNA er antikodon, bestående av tre nukleotider. Med dette antikodonet bestemmer t-RNA, i henhold til komplementaritetsprinsippet, sin plass på mRNA, og bestemmer derved rekkefølgen for tilsetning av aminosyren den transporterer til polypeptidkjeden.
Sammen med funksjonen til nøyaktig å gjenkjenne et spesifikt kodon i mRNA, binder tRNA-molekylet og leverer til stedet for proteinsyntese en spesifikk aminosyre festet av aminoacyl-tRNA-syntetase-enzymet. Dette enzymet har evnen til romlig å gjenkjenne på den ene siden tRNA-antikodonet og på den andre den tilsvarende aminosyren. For å transportere 20 typer aminosyrer brukes deres egne overførings-RNA.
Prosessen med interaksjon mellom mRNA og tRNA, som sikrer oversettelse av informasjon fra nukleotidenes språk til aminosyrespråket, utføres på ribosomer.
Ribosomer er komplekse komplekser av ribosomalt RNA (rRNA) og en rekke proteiner. Ribosomalt RNA er ikke bare en strukturell komponent av ribosomer, men sikrer også bindingen til en spesifikk nukleotidsekvens av i-RNA, og etablerer begynnelsen og leserammen under dannelsen av en peptidkjede. I tillegg sikrer de samspillet mellom ribosomet og t-RNA.
Ribosomer har to soner. En av dem holder den voksende polypeptidkjeden, den andre holder mRNA. I tillegg har ribosomer to t-RNA-bindingsseter. Aminoacylregionen inneholder et aminoacyl-tRNA som bærer en spesifikk aminosyre. Peptidylet inneholder t-RNA, som frigjøres fra aminosyren og forlater ribosomet når det beveger seg til ett kodon av mRNA.
Under oversettelsesprosessen skilles følgende ut: etapper :
1. Aminosyreaktiveringsstadiet . Aktivering av frie aminosyrer utføres ved bruk av spesielle enzymer (aminoacyl-tRNA-syntetaser) i nærvær av ATP. Hver aminosyre har sitt eget enzym og sitt eget tRNA.
Den aktiverte aminosyren kobler seg sammen med tRNA for å danne et aminoacyl-tRNA (aa-tRNA) kompleks. Bare aktiverte aminosyrer er i stand til å danne peptidbindinger og danne polypeptidkjeder.
2. Initiering . Den begynner med sammenføyningen av den ledende 5"-enden av mRNA med den lille underenheten til det dissosierte ribosomet. Forbindelsen skjer på en slik måte at startkodonet (alltid AUG) ender opp i det "uferdige" P-stedet. aa-t-RNA-kompleks ved hjelp av t-RNA-antikodonet (UAC) fester seg til startkodonet til mRNA. Det er mange (spesielt i eukaryoter) proteiner - initieringsfaktorer.
I prokaryoter koder startkodonet for N-formylmetionin, og i eukaryoter koder det for N-metionin. Disse aminosyrene blir deretter skåret ut av enzymer og er ikke inkludert i proteinet. Etter dannelsen av det initierende komplekset forenes underenhetene og P- og A-stedene "fullføres" (fig. 60).
3. Forlengelse . Det begynner med tilsetning av et andre aa-tRNA-kompleks med et antikodon som er komplementært til det neste kodonet til mRNA til A-stedet til mRNA. Ribosomet inneholder to aminosyrer, mellom hvilke det oppstår en peptidbinding. Det første tRNA-et frigjøres fra aminosyren og forlater ribosomet. Ribosomet beveger seg langs mRNA-tråden med en triplett (i 5"→3"-retningen). Det 2. aa-tRNA flytter til P-stedet, og frigjør A-stedet, som er okkupert av det neste 3. aa-tRNA. På samme måte blir de 4., 5., osv. aminosyrene som bringes av deres tRNA-er tilsatt.
4. Avslutning . Fullføring av syntesen av polypeptidkjeden. Oppstår når ribosomet når et av stoppkodonene. Det er spesielle proteiner ( termineringsfaktorer) som gjenkjenner disse områdene.
Ett mRNA-molekyl kan inneholde flere ribosomer (denne formasjonen kalles et polysom), som tillater syntese av flere polypeptidkjeder samtidig
Prosessen med proteinbiosyntese involverer et større antall spesifikke biokjemiske interaksjoner. Det representerer en grunnleggende naturprosess. Til tross for den ekstreme kompleksiteten (spesielt i eukaryote celler), varer syntesen av ett proteinmolekyl bare 3-4 sekunder.
Aminosyresekvensen bygges ved hjelp av transfer RNA (tRNA), som danner komplekser med aminosyrer - aminoacyl-tRNA. Hver aminosyre har sitt eget t-RNA, som har et tilsvarende antikodon som "matcher" kodonet til mRNA. Under translasjon beveger ribosomet seg langs mRNA, og etter hvert som det gjør det, vokser polypeptidkjeden. Proteinbiosyntese leveres av energien til ATP.
Det ferdige proteinmolekylet spaltes deretter fra ribosomet og transporteres til ønsket plassering i cellen, men proteinene krever ytterligere post-translasjonell modifikasjon for å oppnå sin aktive tilstand.
Proteinbiosyntese skjer i to stadier. Det første trinnet inkluderer transkripsjon og RNA-behandling, det andre trinnet inkluderer translasjon. Under transkripsjon syntetiserer enzymet RNA-polymerase et RNA-molekyl som er komplementært til sekvensen til det tilsvarende genet (del av DNA). En terminator i en DNA-nukleotidsekvens bestemmer på hvilket tidspunkt transkripsjonen vil stoppe. I løpet av en rekke påfølgende prosesstrinn fjernes noen fragmenter fra mRNA, og nukleotidsekvenser blir sjelden redigert. Etter RNA-syntese på DNA-malen, transporteres RNA-molekyler inn i cytoplasmaet. Under translasjonsprosessen blir informasjon registrert i en nukleotidsekvens oversatt til en sekvens av aminosyrerester.
19.DNA. Struktur, egenskaper, kodesystem.
Presentasjon "Thanksgiving Day" på russisk
Vitaly Kurets (Vitali Frozen): se etter deg selv i refleksjon av andre mennesker Hvorfor er du interessert i sjangeren portrettfotografering
Introduksjon til historien til den antikke verden