Етапи транскрипції. Транскрипція в біології – це що таке? Результат транскрипції у біології

Транскрипція- Процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається у всіх живих клітинах. Іншими словами, це перенесення генетичної інформації із ДНК на РНК.
У процесі транскрипції генів відбувається біосинтез молекул РНК, комплементарних одному з ланцюгів матричної ДНК, що супроводжується полімеризацією чотирьох рибонуклеозидтрифосфатів (ATP, GTP, CTP і UTP) з утворенням 3"-5"-фосфодіефірних зв'язків та звільненням неорганічного пірофосфату.
Транскрипція каталізується ферментом ДНК-залежною РНК-полімеразою. Процес синтезу РНК протікає у напрямку від 5"- до 3"-кінцю, тобто по матричному ланцюгу ДНК РНК-полімераза рухається в напрямку 3"->5"
РНК-полімерази можуть складатися з однієї або кількох субодиниць. У мітохондрій та деяких бактеріофагів, наприклад SP6, T7 з невеликим числом генів простих геномів, де відсутня складна регуляція РНК-полімеразу складається з однієї субодиниці. Для бактерій та еукаріотів, з великим числом генів та складними системами регуляції РНК-полімерази складаються з декількох субодиниць. Показано, що фагові РНК-полімерази, що складаються з однієї субодиниці, можуть взаємодіяти з білками бактерій, які змінюють їх властивості [Патрушев, 2000].
У прокаріотів синтез всіх видів РНК здійснюється одним і тим же ферментом.
У еукаріотів - 3 ядерні РНК-полімерази, мітохондріальні РНК-полімерази, хлоропластні РНК-полімерази.
Субстратами для РНК-полімераз є рибонуклеозид-трифосфати (активовані нуклеотиди). Весь процес транскрипції здійснюється за рахунок енергії макроергічних зв'язків активованих нуклеотидів.

Перший нуклеотид у РНК завжди є пурином у формі трифосфату.
Чинники транскрипції- білки, що взаємодіють з один одним, регуляторними ділянками ДНК і РНК-полімеразою з утворенням транскрипційного комплексу і регулюють транскрипцію. Завдяки факторам транскрипції та регуляторним послідовностям генів стає можливим специфічний синтез РНК.
Принципи транскрипції
компліментарність - mRNA компліментарна матричного ланцюга ДНК і аналогічна кодуючого ланцюга ДНК
антипаралельність
уніполярність
беззатравність - РНК-полімераза не вимагає праймера
асиметричність
Стадії транскрипції

1. розпізнавання промотора та зв'язування- РНК-полімераза зв'язується з ТАТА-боксом 3'-промотора за допомогою основних факторів транскрипції, додаткові фактори інгібують або стимулюють приєднання
2. ініціація- утворення першого фосфодіефірного зв'язку між Pu та першим нуклеотидом. До пуринтрифосфату приєднується нуклеотид компліментарний другому нуклеотиду ДНК з відщепленням пірофосфату від нуклеозидтрифосфату з діефірним зв'язком.
3. елонгація(3'→5')- мРНК гомологічна нематричної (кодуючої, смислової) ДНК, синтезується на матричній ДНК; який із двох ланцюгів ДНК буде матрицею, визначається напрямком промотора
4. термінація

Транскрипційні фабрики

Існує ряд експериментальних даних, що свідчать про те, що транскрипція здійснюється в так званих транскрипційних фабриках: величезних, за деякими оцінками, до 10 МДа комплексах, що містять близько 8 РНК-полімераз II та компоненти подальшого процесингу та сплайсингу, а також пруф-ридингу новосинтезованого транскрипт. У ядрі клітини відбувається постійний обмін між пулами розчинної та задіяної РНК-полімерази. Активна РНК-полімераза задіяна в такому комплексі, який, у свою чергу, є структурною організуючою компактизацією хроматину одиницею. Останні дані. свідчать про те, що транскрипційні фабрики існують і без транскрипції, вони фіксовані в клітці (поки не ясно, взаємодіють вони з матриксом клітини чи ні) і являють собою незалежний ядерний субкомпартмент. Спроби виділити білковий функціональний комплекс транскрипційної фабрики поки що не призвели до успіху через його величезні розміри та низьку розчинність.

1. Ініціація - перший етап транскрипції, під час якого відбувається зв'язування РНК-полімеразиз промотором та утворення першого міжнуклеотидного зв'язку.

У бактерій холофермент РНК-полімеразу безпосередньо дізнається певні послідовності нуклеотидних пар у складі промотора: послідовність 5-ТАТААТ-3 (розташована на відстані 10 нуклеотидів від точки початку транскрипції і називається боксом Прибнова) і послідовність 5-ТТГАЦА-3 (віддалена від точки на 35 нуклеотидів). У деяких оперонах, наприклад, у лактозному, необхідна попередня взаємодія з промотором додаткового білка ( САРзмінює структуру промотора, різко підвищуючи його спорідненість до РНК-полімерази).

РНК-полімерази еукаріотів не здатні самостійно зв'язуватися з промоторами генів, що транскрибуються. У приєднанні до транскриптонів РНК-полімераз беруть участь загальні фактори транскрипції (TF). Вони відрізняються від σ-факторів прокаріотів тим, що можуть зв'язуватися з ДНКнезалежно від РНК-полімерази. Полімерази I, II і III вимагають присутності різних факторів транскрипції, що позначаються TF I, TF II і TF III відповідно. Промотори еукаріотвлаштовані складніше, ніж прокаріотичні, і складаються з кількох елементів. Знизу найближчим до точки початку транскрипції є ТАТА-домен, званий також доменом Хогнесса. Потім слідують домени ЦААТ та ГЦ. Промотори еукаріотів можуть містити різні комбінації цих елементів, але жоден з них не зустрічається у всіх промоторах. Домен ЦААТ грає істотну роль ініціації транскрипції, ТАТА і ГЦ, очевидно, виконують допоміжні функції.

Зв'язавшись із промотором, РНК-полімераза викликає локальну денатурацію ДНК, тобто поділ ланцюгів ДНК протягом приблизно 15 нуклеотидних пар. Утворюється транскрипційне «вічко». Першим у ланцюг РНК, що будується, включається пуриновий нуклеотид - АТФ або ГТФ, при цьому всі три його фосфатних залишки зберігаються. Після утворення першого фосфодіефірного зв'язку σ-фактор у бактерій втрачає зв'язок з ферментом і залишився core-фермент починає переміщатися ДНК. РНК-полімераза еукаріотів після ініціації транскрипції також втрачає зв'язок з транскрипційними факторами і переміщається по ДНК самостійно.

2. Елонгація - Послідовне подовження зростаючого ланцюга РНК. Переміщаючись уздовж подвійної спіралі ДНК, РНК-полімераза безперервно розкручує спіраль попереду тієї ділянки, де відбувається синтез РНК. На короткий час утворюється так званий відкритий комплекс, усередині якого виникає РНК-ДНК-спіраль завдовжки близько 20 нуклеотидів.
(Рис. 30). Потім фермент (за допомогою спеціального сайту) знову закручує

Мал. 30. Елонгація транскрипції

ДНК позаду ділянки полімеризації. РНК-транскрипт виводиться з комплексу через спеціальний канал, властивий РНК-полімеразі.

Швидкість синтезу РНК у бактерій становить близько 30 нуклеотидівна секунду, проте вона не постійна і може дещо знижуватися. Такі періоди називають пауз транскрипції.

Показано, що ще до утворення гібриду РНК-ДНК РНК-полімераза переводить ДНК з-форми в А-форму. У ній площині азотистих основ не перпендикулярні до осі спіралі, а нахилені на 20 0 до перпендикуляра. Ймовірно, це полегшує роз'єднання двох сусідніх азотистих основ у ланцюзі ДНК. Параметри РНК-ДНК-спіралі практично повністю ідентичні характеристикам А-форми ДНК.

3. Термінація (закінчення транскрипції) визначається особливою нуклеотидною послідовністю ДНК, розташованої у зоні термінатора оперону.

У бактеріальних оперонах виділяють два типи термінаторів:

- ρ (ро)- незалежні термінатори (I типу);

- ρ - Залежні термінатори (II типу).

Мал. 31. ρ- незалежна термінація транскрипції у бактерій

ρ-незалежні термінаторискладаються з послідовностей, що є інвертованим повтором - паліндром (рис. 31), і розташовуються за 16-20 нуклеотидних пар від точки термінації. Паліндроми(послідовності, які читаються однаково зліва направо та праворуч наліво) ρ- незалежних термінаторів містять велику кількість Г-Ц-повторів. За цією ділянкою на матричному ланцюзі розташована оліго (А) - послідовність (4-8 аденілових нуклеотидів поспіль). Транскрипція в області паліндрому призводить до того, що в РНК-транскрипті, що вийшов, швидко утворюється стійкий елемент вторинної структури - «шпилька» - спіралізована область, що містить комплементарні.

Г-Ц-пари. "Шпилька" порушує міцність зв'язку ДНК-РНК у відкритому комплексі. Крім цього транскрипція оліго(А)-послідовності в матричному ланцюгу веде до утворення ділянки ДНК-РНК-гібриду, складеного з неміцних А-У пар, що також сприяє руйнуванню контакту між ДНК та РНК.

ρ-залежні термінатори.Одним із факторів транскрипції прокаріотів є білок ρ . ρ -фактор - це білок, що має четвертинну структуру, що володіє АТФ-азной активністю. Він здатний зв'язуватися з 5-кінцем РНК, що синтезується, довжиною близько 50 нуклеотидів. ρ -фактор рухається РНК з такою ж швидкістю, з якою РНК-полімераза рухається по ДНК. Внаслідок того, що в термінаторі багато Г-Ц-пар (з трьома водневими зв'язками), РНК-полімераза в області термінатора уповільнює хід, ρ -фактор її наздоганяє, змінює конформацію ферменту, та синтез РНК припиняється (рис. 32).

На термінаторах обох типів відбуваються три ключові події:

Зупиняється синтез РНК;

Ланцюг РНК звільняється від ДНК;

РНК-полімераза звільняється від ДНК.

З поняттям транскрипції ми зустрічаємось, вивчаючи іноземну мову. Вона допомагає нам правильно переписувати та вимовляти невідомі слова. Що розуміють під цим терміном у природознавстві? Транскрипція в біології – це ключовий процес у системі реакцій біосинтезу білка. Саме він дозволяє клітині забезпечувати себе пептидами, які виконуватимуть у ній будівельну, захисну, сигнальну, транспортну та інші функції. Тільки переписування інформації з локусу ДНК на молекулу інформаційної рибонуклеїнової кислоти запускає білоксинтезуючий апарат клітини, що забезпечує біохімічні реакції трансляції.

У цій статті ми розглянемо етапи транскрипції та синтезу білка, що протікають у різних організмів, а також визначимо значення цих процесів у молекулярній біології. Крім цього ми дамо визначення, що таке транскрипція. У біології знання з цікавих для нас процесів можна отримати з таких її розділів, як цитологія, молекулярна біологія, біохімія.

Особливості реакцій матричного синтезу

Для тих, хто знайомий з основними типами хімічних реакцій, що вивчаються в курсі загальної хімії, процеси матричного синтезу виявляться новими. Причина тут така: такі реакції, що протікають у живих організмах, забезпечують копіювання материнських молекул із використанням спеціального коду. Його відкрили не відразу, краще сказати, що сама ідея існування двох різних мов для зберігання спадкової інформації пробивала собі шлях протягом двох століть: з кінця 19 і до середини 20. Щоб краще уявити, що таке транскрипція і трансляція в біології і чому вони відносяться до реакцій матричного синтезу, звернемося для аналогії до технічної лексики.

Все як у друкарні

Уявіть, що нам потрібно надрукувати, наприклад, сто тисяч екземплярів найпопулярнішої газети. Весь матеріал, який увійде до неї, збирають на материнський носій. Цей перший зразок називається матрицею. Потім на друкарських верстатах його тиражують – знімають копії. Аналогічні процеси протікають і живої клітині, лише матрицями у ній по черзі служать молекули ДНК і и-РНК, а копіями - інформаційна РНК і молекули білків. Давайте розглянемо їх докладніше і з'ясуємо, що транскрипцією в біології називається реакція матричного синтезу, що протікає у клітинному ядрі.

Генетичний код - ключ до таємниці біосинтезу білка

У сучасній молекулярній біології вже ніхто не сперечається про те, яка речовина є носієм спадкових властивостей і зберігає дані про всі без винятку білки організму. Звичайно, це дезоксирибонуклеїнова кислота. Однак вона побудована з нуклеотидів, а білки, інформація про склад яких у ній зберігається, представлені молекулами амінокислот, які не мають жодної хімічної спорідненості з мономерами ДНК. Іншими словами, ми маємо справу з двома різними мовами. В одному з них слова – це нуклеотиди, в іншому – амінокислоти. Що ж виступить у ролі перекладача, який перекодує інформацію, отриману в результаті транскрипції? Молекулярна біологія вважає, що роль виконує генетичний код.

Унікальні властивості клітинного коду

Ось що є кодом, таблиця якого представлена ​​нижче. Над його створенням працювали цитологи, генетики, біохіміки. Крім того, у розробці коду використовували знання криптографії. З огляду на його правила можна встановити первинну структуру синтезованого білка, адже трансляція в біології - це процес перекладу інформації про структуру пептиду з мови нуклеотидів і-РНК на мову амінокислот білкової молекули.

Ідея кодування в живих організмах вперше була озвучена Г. А. Гамовим. Подальші наукові розробки призвели до формулювання основних його правил. Спочатку встановили, що будова 20 амінокислот зашифрована в 61 триплет інформаційної РНК, що призвело до поняття виродженості коду. Далі з'ясували склад нонснес-кодонів, що виконують роль старту та зупинення процесу біосинтезу білка. Потім з'явилися положення про його колінеарність та універсальність, які завершили струнку теорію генетичного коду.

Де відбувається транскрипція та трансляція?

У біології кілька її розділів, що вивчають будову та біохімічні процеси в клітині (цитологія та молекулярна біологія), визначили локалізацію реакцій матричного синтезу. Так, транскрипція відбувається у ядрі з участю ферменту РНК-полімерази. У його каріоплазмі із вільних нуклеотидів за принципом комплементарності синтезується молекула і-РНК, яка списує інформацію про будову пептиду з одного структурного гена.

Потім вона через пори в ядерній оболонці виходить із клітинного ядра і виявляється у цитоплазмі клітини. Тут і-РНК має з'єднатися з кількома рибосомами, щоб сформувати полісому - структуру, готову зустріти молекули транспортних рибонуклеїнових кислот. Їхнє завдання – принести амінокислоти до місця ще однієї реакції матричного синтезу – трансляції. Розглянемо механізми обох реакцій докладно.

Особливості утворення молекул і-РНК

Транскрипція в біології - це переписування інформації про будову пептиду зі структурного гена ДНК на молекулу рибонуклеїнової кислоти, яка називається інформаційною. Як ми вже говорили раніше, вона відбувається у ядрі клітини. Спочатку фермент ДНК-рестриктазу розриває водневі зв'язки, що з'єднують ланцюги дезоксирибонуклеїнової кислоти, та її спіраль розплітається. До вільних полінуклеотидних ділянок приєднується фермент РНК-полімераза. Він активує складання копії – молекули і-РНК, яка крім інформативних ділянок – екзонів – містить ще й порожні послідовності нуклеотидів – інтрони. Вони є баластом і вимагають видалення. Цей процес у молекулярній біології називають процесингом чи дозріванням. На ньому завершується транскрипція. Біологія коротко пояснює це так: тільки втративши непотрібні мономери, нуклеїнова кислота зможе залишити ядро ​​і буде готовою до подальших етапів біосинтезу білка.

Зворотня транскрипція у вірусів

Неклітинні форми життя разюче відрізняються від прокаріотичних та еукаріотичних клітин не лише своєю зовнішньою та внутрішньою будовою, а й реакціями матричного синтезу. У сімдесятих роках минулого століття наука довела існування ретровірусів – організмів, геном яких складається із двох ланцюгів РНК. Під дією ферменту – ревертази – такі вірусні частинки копіюють з ділянок рибонуклеїнової кислоти молекули ДНК, які потім впроваджуються в каріотип клітини-господаря. Як бачимо, списування спадкової інформації в цьому випадку йде у зворотному напрямку: від РНК до ДНК. Така форма кодування та зчитування характерна, наприклад, для патогенних агентів, що викликають різні види онкологічних захворювань.

Рибосоми та їх роль у клітинному метаболізмі

Реакції пластичного обміну, яких відноситься і біосинтез пептидів, протікають у цитоплазмі клітини. Щоб отримати готову молекулу протеїну, недостатньо скопіювати послідовність нуклеотидів зі структурного гена та перенести її до цитоплазми. Необхідні також структури, які займуться зчитуванням інформації та забезпечать з'єднання амінокислот у єдиний ланцюг за допомогою пептидних зв'язків. Це рибосоми, будови та функцій яких велику увагу приділяє молекулярна біологія. Де відбувається транскрипція, ми вже з'ясували – це каріоплазма ядра. Місце процесів трансляції – клітинна цитоплазма. Саме в ній розташовані канали ендоплазматичної мережі, на якій групами сидять білоксинтезуючі органели – рибосоми. Проте та їх наявність ще забезпечує початок пластичних реакцій. Потрібні структури, які доставлять до полісоми молекули-мономери білків – амінокислоти. Їх називають транспортними рибонуклеїновими кислотами. Що вони являють собою і яка їхня роль у трансляції?

Переносники амінокислот

p align="justify"> Невеликі молекули транспортних РНК у своїй просторовій конфігурації мають ділянку, що складається з послідовності нуклеотидів - антикодон. Для здійснення трансляційних процесів потрібно, щоби виник ініціативний комплекс. Він повинен включати триплет матриці, рибосоми та комплементарну ділянку транспортної молекули. Як тільки такий комплекс організувався – це сигнал до початку збирання білкового полімеру. Як трансляція, і транскрипція в біології - це процеси асиміляції, які відбуваються з поглинанням енергії. Для їхнього здійснення клітина готується заздалегідь, акумулюючи велику кількість молекул аденозинтрифосфорної кислоти.

Синтез цієї енергетичної речовини відбувається в мітохондріях - найважливіших органел всіх без винятку еукаріотичних клітин. Він передує початку реакцій матричного синтезу, займаючи місце у пресинтетичній стадії життєвого циклу клітини та після реакцій реплікації. Розщеплення молекул АТФ супроводжує транскрипційні процеси та реакції трансляції, що вивільнилася при цьому енергія використовується клітиною на всіх етапах біосинтезу органічних речовин.

Стадії трансляції

На початку реакцій, що призводять до утворення поліпептиду, 20 видів білка мономерів зв'язуються з певними молекулами транспортних кислот. Паралельно в клітині відбувається утворення полісоми: рибосоми приєднуються до матриці в місці розташування старт-кодону. Запуск біосинтезу починається, і рибосоми пересуваються триплетам і-РНК. До них підходять молекули, що транспортують амінокислоти. Якщо кодон в полісомі комплементарний антикодону транспортних кислот, то амінокислота залишається в рибосомі, і поліпептидна зв'язок, що утворюється, з'єднує її з вже перебувають там амінокислотами. Як тільки білоксинтезуюча органела доходить до стоп-триплету (зазвичай це УАГ, УАА чи УГА), трансляція припиняється. У результаті рибосома разом із білковою частинкою відокремлюється від и-РНК.

Як пептид набуває своєї нативної форми

Останнім етапом трансляції є процес переходу первинної структури білка в третинну форму, що має вигляд глобули. Ферменти видаляють у ній непотрібні амінокислотні залишки, приєднують моносахариди або ліпідні, а також додатково синтезують карбоксильні та фосфатні групи. Все це відбувається в порожнинах ендоплазматичного ретикулуму, куди пептид надходить після завершення біосинтезу. Далі нативна білкова молекула перетворюється на канали. Вони пронизують цитоплазму та сприяють тому, щоб пептид потрапив у певну ділянку цитоплазми і далі використовувався для потреб клітини.

У цій статті ми з'ясували, що трансляція та транскрипція в біології – це основні реакції матричного синтезу, що лежать в основі збереження та передачі спадкових задатків організму.

Спочатку встановіть послідовність етапів біосинтезу білка, починаючи з транскрипції. Всю послідовність процесів, що відбуваються при синтезі білкових молекул, можна поєднати у 2 етапи:

1. Транскрипція.

2. Трансляція.

Структурними одиницями спадкової інформації є гени – ділянки молекули ДНК, що кодують синтез певного білка. По хімічній організації матеріал спадковості та мінливості про- та еукаріотів принципово не відрізняється. Генетичний матеріал у яких представлений у молекулі ДНК, загальним є також принцип запису спадкової інформації та генетичний код. Одні й самі амінокислоти у про — і еукаріотів шифруються однаковими кодонами.

Геном сучасних прокаріотів характеризується відносно невеликими розмірами, ДНК кишкової палички має вигляд кільця, довжиною близько 1 мм. Вона містить 4 х 106 пар нуклеотидів, що утворюють близько 4000 генів. У 1961 р. Ф. Жакоб і Ж. Моно відкрили цистронну, або безперервну організацію генів прокаріотів, які повністю складаються з нуклеотидних послідовностей, що кодують, і вони повністю реалізуються в ході синтезу білків. Спадковий матеріал молекули ДНК прокаріотів розташовується безпосередньо в цитоплазмі клітини, де також знаходяться необхідні для експресії генів тРНК і ферменти. Експресія - це функціональна активність генів, або вираз генів. Тому синтезована з ДНК іРНК здатна одночасно виконувати функцію матриці у процесі трансляції синтезу білка.

Геном еукаріотів містить значно більше спадкового матеріалу. У людини загальна довжина ДНК у диплоїдному наборі хромосом становить близько 174 см. Вона містить 3 х 109 пар нуклеотидів і включає до 100000 генів. У 1977 р. було виявлено уривчастість у будові більшості генів еукаріотів, що отримав назву «мозаїчний» ген. Для нього характерні нуклеотидні послідовності, що кодують. екзонніі інтронніділянки. Для синтезу білка використовується лише інформація екзонів. Кількість інтронів варіює у різних генах. Встановлено, що ген овальбуміну курей включає 7 інтронів, а ген проколагену ссавців – 50. Функції ДНК, що мовчить, – інтронів остаточно не з'ясовані. Припускають, що вони забезпечують: структурну організацію хроматину; 2) деякі з них, очевидно, беруть участь у регуляції експресії генів; 3) інтрони вважатимуться запасом інформації для мінливості; 4) можуть грати захисну роль, приймаючи він дію мутагенів.

Транскрипція

Процес переписування інформації у ядрі клітини з ділянки молекули ДНК на молекулу мРНК (іРНК) називається транскрипція(Лат. Transcriptio - Переписування). Синтезується первинний продукт гена-мРНК. Це перший етап синтезу білка. На відповідній ділянці ДНК фермент РНК-полімераза дізнається знак початку транскрипції. промотр.Стартовою точкою вважається перший нуклеотид ДНК, який включається ферментом РНК-транскрипт. Як правило, діючі ділянки починаються кодоном АУГ, іноді у бактерій використовується ГУГ. Коли РНК-полімераза зв'язується з промотором, відбувається локальне розплітання подвійної спіралі ДНК і копіюється один із ланцюгів за принципом комплементарності. Синтезується мРНК, швидкість збирання її досягає 50 нуклеотидів в секунду. У міру руху РНК-полімерази, росте ланцюг мРНК, і коли фермент досягне кінця копіювальної ділянки - термінаторамРНК відходить від матриці. Подвійна спіраль ДНК за ферментом відновлюється.

Транскіпція прокаріотів здійснюється в цитоплазмі. У зв'язку з тим, що ДНК повністю складається з нуклеотидних послідовностей, що кодують, тому синтезована мРНК відразу виконує функцію матриці для трансляції (див. вище).

Транскрипція мРНК у еукаріотів відбувається в ядрі. Вона починається синтезом великих за розмірами молекул - попередників (про-мРНК), званих незрілої, або ядерної РНК. Первинний продукт гена-про-мРНК є точною копією транскрибованої ділянки ДНК, включає екзони та інтрони. Процес формування зрілих молекул РНК із попередників називається процесингом. Дозрівання мРНК відбувається шляхом сплайсинг- це вирізання ферментами рестриктазінтронів та з'єднання ділянок з транскрибованими послідовностями екзонів ферментами лігаз. (Мал.). Зріла мРНК значно коротше молекул-попередників про - мРНК, розміри інтронів у них варіює від 100 до 1000 нуклеотидів і більше. Перед інтронів припадає близько 80% всієї незрілої мРНК.

Наразі доведено можливість альтернативного сплайсингу,при якому з одного первинного транскрипта можуть видаляться в різних ділянках нуклеотидні послідовності і будуть утворюватися кілька зрілих мРНК. Даний вид сплайсингу характерний у системі генів імуноглобулінів у ссавців, що дає можливість формувати на основі одного транскрипту мРНК різні види антитіл.

Після завершення процесингу зріла мРНК проходить відбір перед виходом з ядра. Встановлено, що до цитоплазми потрапляє всього 5% зрілої мРНК, а решта розщеплюється в ядрі.

Трансляція

Трансляція (лат. Translatio - передача, перенесення) - Переведення інформації, укладеної в послідовності нуклеотидів молекули мРНК, в послідовність амінокислот поліпептидного ланцюга (Рис. 10). Це другий етап білкового синтезу. Перенесення зрілої мРНК через пори ядерної оболонки виробляють спеціальні білки, що утворюють комплекс із молекулою РНК. Крім транспорту мРНК, ці білки захищають мРНК від дії цитоплазматичних ферментів, що пошкоджують. У процесі трансляції центральна роль належить тРНК, вони забезпечують точну відповідність амінокислоти коду триплету мРНК. Процес трансляції-декодування відбувається в рибосомах і здійснюється в напрямку від 5 до 3 Комплекс мРНК і рибосом називається полісомою.

У ході трансляції можна виділити три фази: ініціацію, елонгацію та термінацію.

Ініціація.

На цьому етапі відбувається складання всього комплексу, що бере участь у синтезі молекули білка. Відбувається об'єднання двох субодиниць рибосом на певній ділянці мРНК, приєднання до неї першої аміноацил тРНК і цим задається рамка зчитування інформації. У молекулі будь-якої м-РНК є ділянка, комплементарна р-РНК малої субодиниці рибосоми і специфічно нею керований. Поряд з ним знаходиться ініціювальний стартовий кодон АУГ, який кодує амінокислоту метіонін.

Елонгація

- Вона включає всі реакції від моменту утворення першого пептидного зв'язку до приєднання останньої амінокислоти. На рибосомі є дві ділянки зв'язування двох молекул т-РНК. В одній ділянці-пептидильній(П) знаходиться перша т-РНК з амінокислотою метіонін і з нього починається синтез будь-якої молекули білка. До другої ділянки рибосоми-аміноацильна (А) надходить друга молекула т-РНК і приєднується до свого кодону. Між метіоніном та другою амінокислотою утворюється пептидна зв'язок. Друга т-РНК переміщається разом зі своїм кодоном м-РНК у пептидильний центр. Переміщення т-РНК з поліпептидним ланцюжком з аміноацильного центру в пептидильний супроводжується просуванням рибосоми м-РНК на крок, що відповідає одному кодону. Т-РНК, що доставила метіонін, повертається до цитоплазми, амноацильний центр звільняється. До нього надходить нова т-РНК із амінокислотою, зашифрованою черговим кодоном. Між третьою та другою амінокислотами утворюється пептидна зв'язок і третя т-РНК разом з кодоном м-РНК переміщається в пептидильний центр. Процес елонгації, подовження білкового ланцюга. Триває до тих пір, поки в рибосому не потрапить один із трьох кодонів, що не кодують амінокислоти. Це кодон - термінатор і для нього не існує відповідної т-РНК, тому жодна з т-РНК не може зайняти місце в аміноацильному центрі.

Термінація

- Завершення синтезу поліпептиду. Вона пов'язана з впізнаванням специфічним рибосомним білком одного з термінуючих кодонів (УАА, УАГ, УГА), коли він входитиме до аміноацильного центру. До рибосоми приєднується спеціальний фактор термінації, який сприяє роз'єднанню субодиниць рибосоми та звільненню синтезованої молекули білка. До останньої амінокислоти пептиду приєднується вода і її карбоксильний кінець відокремлюється від т-РНК.

Складання пептидного ланцюга здійснюється з великою швидкістю. У бактерій при температурі 37°С вона виявляється у додаванні до поліпептиду від 12 до 17 амінокислот на секунду. В еукаріот клітин до поліпептиду додається дві амінокислоти в одну секунду.

Синтезований поліпептидний ланцюг потім надходить у комплекс Гольджі, де завершується побудова білкової молекули (послідовно виникають друга, третя, четверта структури). Тут відбувається комплексування білкових молекул з жирами і вуглеводами.

Весь процес біосинтезу білка представлений у вигляді схеми: ДНК ® про іРНК ® мРНК ® поліпептидний ланцюг ® білок® комплексування білків та їх перетворення на функціонально активні молекули.

Етапи реалізації спадкової інформації також протікають подібним чином: спочатку транскрибується в нуклеотидну послідовність мРНК, а потім транслюється в амінокислотну послідовність поліпептиду на рибосомах за участю тРНК.

Транскрипція еукаріотів здійснюється під дією трьох ядерних РНК-полімераз. РНК-полімераза 1 знаходиться в ядерцях і відповідає за транскрипцію генів рРНК. РНК-полімераза 2 знаходиться в ядерному соку та відповідає за синтез попередника мРНК. РНК-полімераза 3 -невелика фракція в ядерному соку, яка здійснює синтез малих рРНК та тРНК. РНК-полімерази специфічно дізнаються про нуклеотидну послідовність транскрипції-промотор. Еукаріотична мРНК спочатку синтезується у вигляді попередниці (про-іРНК), на неї списується інформація з екзонів та інтронів. Синтезована мРНК має більші, ніж необхідно для трансляції розмірами і виявляється менш стабільною.

У процесі дозрівання молекули мРНК з допомогою ферментів рестриктаз вирізуються інтрони, і з допомогою ферментів – лігаз зшиваються екзони. Дозрівання мРНК називається процесингом, зшивання екзонів називається сплайсингом. Таким чином, зріла мРНК містить лише екзони і вона значно коротша за її попередницю – про-іРНК. Розміри інтронів варіюють від 100 до 10000 нуклеотидів та більше. Перед інтонів припадає близько 80% всієї незрілої мРНК. В даний час доведена можливість альтернативного сплайсингу, при якому з одного первинного транскрипта можуть видалятися в різних ділянках нуклеотидні послідовності і утворюватимуться кілька зрілих мРНК. Даний вид сплайсингу характерний у системі генів імуноглобулінів у ссавців, що дає можливість формувати на основі одного транскрипту мРНК різні види антитіл. Після завершення процесингу зріла мРНК проходить відбір перед виходом у цитоплазму з ядра. Встановлено, що потрапляє лише 5% зрілої мРНК, а решта розщеплюється в ядрі. Перетворення первинних транскриптонів еукаріотичних генів, пов'язане з їх екзон-інтронною організацією, та у зв'язку з переходом зрілої мРНК з ядра в цитоплазму, визначає особливості реалізації генетичної інформації еукаріотів. Отже, мозаїчний ген еукаріотів не є геном цистроном, тому що не вся послідовність ДНК використовується для синтезу білка.

ДНК - носій всієї генетичної інформації у клітині - безпосередньої участі у синтезі білків не бере. У клітинах тварин та рослин молекули ДНК містяться в хромосомах ядра та відокремлені ядерною мембраною від цитоплазми, де відбувається синтез білків. До рибосом - місць складання білків - висилається з ядра несе інформацію посередник, здатний пройти через пори ядерної мембрани. Таким посередником є ​​інформаційна РНК (і-РНК). За принципом комплементарності вона зчитується з ДНК за участю ферменту, що називається РНК-полімеразою. Процес зчитування (вірніше списування), або синтезу РНК, здійснюваний РНК-полімеразою, називається транскрипцією (лат. transcriptio - переписування). Інформаційна РНК - це однониткова молекула, і транскрипція йде з однієї нитки двониткової молекули ДНК. Якщо транскрибируемой нитки ДНК стоїть нуклеотид Р, то РНК-полимераза включає РНК Ц, якщо стоїть Т, включає А, якщо стоїть А, включає у (до складу РНК не входить Т) (рис. 46). За довжиною кожна з молекул і-РНК у сотні разів коротша за ДНК. p align="justify"> Інформаційна РНК є копією не всієї молекули ДНК, а тільки частини її - одного гена або групи поруч лежачих генів, що несуть інформацію про структуру білків, необхідних для виконання однієї функції. У прокаріотів така, група генів називається опероном. Про те, як гени об'єднані в оперон і як організовано управління транскрипцією, ви прочитаєте в розділі про біосинтез білків. На початку кожного оперону знаходиться свого роду посадковий майданчик для РНК-полімерази, званий промотором. Це специфічна послідовність нуклеотидів ДНК, яку фермент дізнається завдяки хімічній спорідненості. Тільки приєднавшись промотор, РНК-полімераза здатна почати синтез і-РНК. Дійшовши до кінця оперону, фермент зустрічає сигнал (як певної послідовності нуклеотидів), що означає кінець зчитування. Готова і-РНК відходить від ДНК і прямує до місця синтезу білків. В описаному процесі транскрипції можна виділити чотири стадії:

1) Зв'язування РНК-полімерази з промотором;

2) Ініціація – початок синтезу. Вона полягає в утворенні першої фосфодіефірного зв'язку між АТФ або ГТФ і другим нуклеотидом молекули, що синтезується, і-РНК;

3) елонгація - зростання ланцюга РНК, т. Е. Послідовне приєднання нуклеотидів один до одного в тому порядку, в якому стоять комплементарні нуклеотиди в нитки ДНК, що транскрибується. Швидкість елонгації досягає 50 нуклеотидів за секунду;

4) термінація – завершення синтезу та-РНК.