Въведение

Биосинтезата на протеини може да бъде разделена на етапи на транскрипция, обработка и транслация. Четенето става по време на транскрипция генетична информация, криптирана в ДНК молекули, и записваща тази информация в иРНК молекули. По време на серия от последователни етапи на обработка някои фрагменти, които са ненужни в следващите етапи, се отстраняват от иРНК и нуклеотидните последователности се редактират. След като кодът се транспортира от ядрото до рибозомите, действителният синтез на протеинови молекули се осъществява чрез прикрепване на отделни аминокиселинни остатъци към нарастващата полипептидна верига.

Обработка

Между транскрипцията и транслацията, молекулата на иРНК претърпява поредица от последователни промени, които осигуряват съзряването на функциониращата матрица за синтеза на полипептидната верига. С появата на обработката в еукариотната клетка стана възможно да се комбинират генни екзони, за да се получи по-голямо разнообразие от протеини, кодирани от една последователност от ДНК нуклеотиди.

Запушване

Химическа структура на капачката

Когато се случи затваряне, 7-метилгуанозин се добавя към 5" края на транскрипта чрез трифосфатен мост, свързвайки ги в необичайна позиция 5"-5", както и рибозно метилиране на първите два нуклеотида. Процесът на затваряне започва още преди края на транскрипцията на пре-тРНК молекулата.

Функции на групата на шапката:

регулиране на износа на иРНК от ядрото;
защита на 5" края на транскрипта от екзонуклеази;
участие в инициирането на предаването

Полиаденилиране

Полиаденилирането включва добавянето на 100 до 200 остатъка на аденилова киселина към 3" края на транскрипта, извършвано от специален ензим поли(А) полимераза.

Снаждане

След полиаденилиране иРНК претърпява отстраняване на интрони. Процесът се катализира от сплайсозомата и се нарича сплайсинг.

Излъчване

След това готовата протеинова молекула се отцепва от рибозомата и се транспортира до желаното място в клетката. За да постигнете своето активно състояниенякои протеини изискват допълнителна пост-транслационна модификация.

Фондация Уикимедия.

2010 г.

Този термин има и други значения, вижте Обработка (биология). Дейност по обработка, която включва обработка и съхранение на информация, необходима за извършване на плащания. Терминът често се използва в банковата индустрия... ... Wikipedia

Доставяне на малки РНК, съдържащи фиби, с помощта на базиран на лентивирус вектор и механизма на РНК интерференция в клетки на бозайници РНК интерференция (... Уикипедия

Pre mRNA със стволова бримка. Азотните атоми в базите са подчертани в синьо, кислородните атоми във фосфатния скелет на молекулата в червено. Рибонуклеиновите киселини (РНК) са нуклеинови киселини, полимери от нуклеотиди, които съдържат остатъка ... ... Wikipedia.

Централна догма молекулярна биологияобобщаващо правилото за прилагане на генетичната информация, наблюдавана в природата: информацията се предава от нуклеинови киселини към протеин, но не в обратна посока. Правилото е формулирано от Франсис... ... Уикипедия

Pre mRNA със стволова бримка. Азотните атоми в базите са подчертани в синьо, кислородните атоми във фосфатния скелет на молекулата в червено. Рибонуклеиновите киселини (РНК) са нуклеинови киселини, полимери на нуклеотиди, които съдържат остатък от ортофосфорна киселина ... Wikipedia.

Pre mRNA със стволова бримка. Азотните атоми в базите са подчертани в синьо, кислородните атоми във фосфатния скелет на молекулата в червено са една от трите основни макромолекули (другите две са ... Wikipedia).

Централната догма на молекулярната биология обобщава правилото за прилагане на генетичната информация, наблюдавана в природата: информацията се предава от нуклеиновите киселини към протеините, но не в обратната посока. Правилото е формулирано от Франсис Крик... ... Уикипедия

Схема на протеинов синтез от рибозома Протеиновата биосинтеза е сложен многоетапен процес на синтез на полипептидна верига от ... Wikipedia

Това е набор от процеси, които осигуряват превръщането на синтезирана РНК (РНК транскрипт) във функционално активна РНК (зряла РНК), която може да се използва в синтеза на протеини. Самите РНК транскрипти не са функционално активни. Процесът е характерен за еукариотите.

В резултат на обработката структурата и химическата организация на РНК се променят. РНК транскриптът преди образуването на зряла РНК се нарича про-иРНК(или в зависимост от вида на РНК – про-тРНК, про-рРНК), т.е. прекурсор РНК. Почти всички РНК транскрипти на еукариоти и прокариоти (с изключение на прокариотна иРНК)подлежат на обработка. Трансформацията на РНК транскрипт в зряла РНК започва в ядрото, когато синтезът на РНК все още не е завършен и тя не е отделена от ДНК. В зависимост от механизмите се разграничават няколко етапа на узряване на РНК.

Взаимодействие на про-тРНК с протеин.

Метилиране на про-иРНК.

5' крайно затваряне.

Полиаденилиране.

Снаждане.

Графичната последователност от етапи е показана на фигура 58. Трябва да се отбележи, че в живите организми всички горепосочени процеси протичат паралелно един на друг.

А. Взаимодействие на про-тРНК с протеин.

При бактериите, дори преди края на транскрипцията, 5' краят на транскрипта веднага се свързва с рибозомата и иРНК се включва в транслацията. Следователно практически не се изисква модификация за бактериална иРНК. При еукариотите синтезираният транскрипт напуска ядрото, навлиза в цитоплазмата и там се комбинира с рибозомата. По пътя си той трябва да бъде защитен от случайни срещи със силни реактиви и в същото време да бъде достъпен за обработващите ензими. Следователно РНК транскриптът незабавно взаимодейства с протеина, докато се удължава. Тук е подходяща аналогия - транскриптът на РНК се разполага върху протеина като на операционна маса, той се фиксира чрез химични връзки и в същото време местата за модификация в него стават достъпни. РНК, свързана с протеина, се нарича рибонуклеопротеин (информозома). В тази форма транскриптът се намира в ядрото. При напускане на ядрото някои РНК продължават да остават във връзка с протеина, докато други напускат комплекса и участват в транслацията.

b. Метилиране на про-иРНК.

Най-често се среща при бактерии, които имат специален апарат за защита срещу чужди нашественици.

ДНК (вирусна, фагова). Този апарат се състои от редица ензими, които разрязват чужда ДНК или РНК на определени места, в които се намира специфична нуклеотидна последователност. Ензимите се наричат - рестрикционни ензими. Ясно е, че вашият собствен новосинтезиран РНК транскрипт също може да бъде атакуван от рестрикционни ензими. За да не се случи това, специални ензими, наречени метилази,метилират собствения си РНК транскрипт в онези места, които могат да бъдат срязани от техните собствени ензими. При еукариотите РНК транскриптът е метилиран в по-малка степен.

Промоутър Терминатор

Транскрипция

Pro-mRNA fix- Протеин

разкъсан на катерица

Про-иРНК метилиране

Про-mRNA затваряне

ориз. 58. Схема на основните точки на обработка.

V. Запушване на 5' края.

Състои се от химическа и конформационна промяна

5' край на синтезираната РНК. Затварянето се извършва по време на синтеза на РНК, дори преди тя да бъде отделена. Процесът се състои в прикрепване на специални протеини към свободния край на про-РНК химикали, които променят конформацията на крайната област. Ограничаването е необходимо за започване на процеса на превод.

Специални ензими прикрепват GDP (гуанозин дифосфат) към 5' края на про-иРНК и след това я метилират.

5' про-иРНК

CH 3

KEP = GDF + CH 3

Фиг.59. Структура на капачката в 5’-края на еукариотната пре-иРНК.

Функции на CEP.

Инициира протеиновия синтез.

Предпазва про-иРНК от разпадане.

Участва в отстраняването на интроните.

г. Полиаденилиране.

Това е процесът на свързване на 100-200 остатъка от аденилова киселина към 3' края на про-иРНК. Тези остатъци се наричат поли-А последователности (поли-А опашки). Не всички про-mRNA претърпяват полиаденилиране. Например, молекулите на всички видове хистони не съдържат поли-А последователности. Полиаденилирането предпазва иРНК от разрушаване.

На нарастващата верига на иРНК има специална последователност от нуклеотиди (AAAAA). Специален ензим (полиА полимераза) намира тази комбинация от нуклеотиди, отрязва про-иРНК на това място и образува полиаденилатна опашка.

Значение на поли-А последователности:

Улесняват освобождаването на иРНК от ядрото в цитоплазмата.

Предпазва иРНК от разрушаване.

Наскоро беше открито още нещо интересно свойство на поли-Апоследователности - те участват в терминирането на синтеза на про-иРНК. РНК полимеразата, образуваща последователността AAUAAA в про-тРНК, получава сигнал за завършване на синтеза на РНК транскрипта. Но синтезът не спира веднага. Пълното му спиране настъпва, след като РНК полимеразата се натъкне на специфична нуклеотидна последователност на шаблонната верига на ДНК (тя е различна за различните гени), което дава крайния сигнал за спиране на синтеза на РНК.

GTP PolyA - последователност

рарарарарарарара-ON

CH 3

CEP = GTP + CH 3

ориз. 60. Структура на CEP в 5'-края на еукариотната про-иРНК и полиаденилната последователност в 3'-края на про-иРНК.

d. Снаждане.

INРНК транскриптът съдържа определен брой нуклеотидни последователности, които са били необходими за успешното завършване на транслацията и последващата модификация на транскрипта (заграждане, полиаденилиране и т.н.). За да изпълняват основната роля на РНК в цитоплазмата - транслацията, тези последователности не само няма да имат функционално значение, но могат да попречат на нормалното протичане на протеиновия синтез. Следователно, клетката има механизъм за освобождаване на първичния транскрипт от редица последователности, които не са критични при транслацията.

Тези последователности включват предимно интрони.

Генът, от който е транскрибирана про-тРНК, съдържа кодиращи и некодиращи последователности. Кодиращите последователности на гена определят аминокиселините и тяхната последователност в протеина. Некодиращите последователности нямат това свойство. В един ген се редуват кодиращи и некодиращи последователности, като техният брой зависи от отделните гени. Първичният транскрипт също съдържа кодиращи и некодиращи последователности. Тази организация на гени и про-РНК е характерна за еукариотите. Некодиращите последователности на про-иРНК се наричат интронии кодиране – екзони.Дължината на интроните може да бъде от 50 до 12 000 нуклеотида. Генът започва и

завършва с екзон. Прекъснатата структура на гена е характерна за повечето еукариоти. Интроните могат да съдържат всички видове РНК – иРНК, тРНК, рРНК.

Целият набор от екзони (кодиращи протеини) в човешкия геном заемат само 1,1 - 1,4%. Средният човешки ген съдържа 9 интрона. Както опростяваме

организацията на организмите, общият размер на техните екзони се увеличава (например при бактериите той е 86%).

Многокомпонентен комплекс участва в изрязването на интрони от РНК транскрипта и зашиването на останалите екзони. Основните му компоненти са малки ядрени РНК (snRNA) и ензимни протеини.

Комплексът като цяло се нарича малки ядрени рибонуклеопротеини, snRNP илисплиозома . Самият процес е доста сложен и се състои от няколко етапа (виж фиг. 58).

1. Формиранесплиозоми . Фрагменти от протеин и snRNA са прикрепени към началото и края на интрона (фиг. 56, E), образувайки сплиозома. (Фиг. 56, D) Прикрепване на snRNP комплекса (Фиг. 56, E).

Екзон 1 Интрон Екзон 2

Цикъл

отстранен интрон

ориз. 61. Схема на снаждане (пояснение в текста).

Сближаване на съседни екзони поради образуването на интронна верига. Разрязване на границата екзон-интрон и свързване на съседни (първи и втори) екзони (фиг. 56, B).

Отстраняване и унищожаване на бримката и сплиозомата (фиг. 56, D, G).

Трябва да се отбележи, че ако интронът е повреден (мутиран), снаждането може да не е завършено, интронът може да не бъде изрязан и крайният продукт - иРНК - ще носи нуклеотидни последователности, които са необичайни за него. Ясно е, че това може да доведе до нарушаване на транслацията и изключване на определен протеин от метаболизма

д. Алтернативно снаждане.

Този тип снаждане възниква, когато един и същ ген се експресира в различни тъкани.

Същността му е, че една и съща генна област в различни тъкани може да действа като интрон и екзон. Това води до образуването на различни иРНК, които кодират протеини с различна ензимна активност.

Така се синтезира хормонът калцитонин в клетките на щитовидната жлеза. Той инхибира отделянето на калций от костите. Генът, който контролира синтеза на калций

Ген, контролиращ калцитонин

д и д и д и д и д и д

1 2 3 4 5 6

д и д и д и д и д и д

про-иРНК

1 2 3 4 5 6

В щитовидната жлеза В мозъчните клетки

тРНК

1 2 3 4 1 2 3 5 6

Калцитонин Калцитонин-подобен протеин

Фиг.62. Алтернативно снаждане на калцитонин и калцитонин-подобен протеин.

цитонин, се състои от 6 екзона, първичният транскрипт на този ген (pro-mRNA) също се състои от 6 екзона (фиг. 62). От първичния транскрипт се образува зряла иРНК, съдържаща 4 екзона - 1,2,3,4. Екзони #5 и 6 се четат като интрони и се изрязват. На базата на тази РНК се синтезира калцитонин. В мозъчните клетки от първичен транскрипт, съдържащ 6 екзона, се образува зряла иРНК, състояща се от 5 екзона - 1,2,3,5,6. Четвъртият екзон беше изрязан като интрон. Тази иРНК контролира синтеза на калцитонин-подобен протеин, който е отговорен за вкусовото възприятие.

Друг генИкар(наречен на легендарния Икар) е в състояние да осигури синтеза на 6 различни полипептида чрез алтернативен сплайсинг. В допълнение, полипептидите образуват помежду си в една клетка около 20 различни ансамбли от едни и същи полипептиди или различни.

Нарушаването на механизма на снаждане може да доведе до патологични състояния, които са общо име таласемия. Те включват заболявания, свързани с частично или пълно потискане на синтеза на една от хемоглобиновите вериги (α- или β-вериги). Например, заболявания, свързани с липсата на синтез на β веригата на хемоглобина, могат да възникнат в резултат на мутации в две секции на гена, кодиращ β веригата - в мястото, отговорно за полиаденилирането, и в един от интроните. В първия случай се нарушава процесът на образуване на полиаденилатната опашка и се образува непълна β-верига на хемоглобина. Във втория случай сплиозомата не е в състояние да изреже увредения интрон и не се образува иРНК на зряла β-верига на хемоглобина. Във всеки случай нормалната функция на червените кръвни клетки ще бъде значително нарушена.

МЗ. Обработката (или съзряването на РНК) е процес на превръщане на новосинтезирана, неактивна РНК (про-иРНК) във функционално активна РНК. Процесът е свързан със структурни и химични модификации на про-иРНК. Среща се в ядрото, докато РНК се освободи в цитоплазмата. Състои се от няколко етапа: прикрепване на про-mRNA към протеин, метилиране на някои бази, маркиране на един от краищата, полиаденилиране на другия (противоположния) край, изрязване на интрони и зашиване на екзони. Последните два процеса се наричат снаждане.

Въпроси за изпити.

1. Как ензимите определят повечето места, където има увреждане на ДНК молекулата?

ОТГОВОР. В повечето случаи настъпва локална денатурация на мястото на увреждане на ДНК молекулата. Определя се от ензими.

2. Какво се случва на мястото на увреждане на ДНК молекулата?

ОТГОВОР. На мястото на увреждане възниква локална денатурация.

3. На каква база ремонтните ензими възстановяват необходимата нуклеотидна последователност на мястото на увреждане на една ДНК верига?

ОТГОВОР. Въз основа на принципа на комплементарност към нуклеотидите на противоположната област на ДНК веригата.

4. На какво основание ДНК полимеразата правилно запълва празнините в увредената ДНК верига с нуклеотиди?

ОТГОВОР. Въз основа на принципа на комплементарност на нуклеотидите на изградената верига към нуклеотидите на противоположната верига.

5. Какъв тип възстановяване се извършва от ензим, който се активира от фотон?

ОТГОВОР. Фотореактивиране.

6. Кой ензим извършва ремонт с помощта на слънчева енергия?

ОТГОВОР. Фотолиаза.

Кой ензим участва пряко в синтеза на РНК молекулата?

ОТГОВОР. ДНК-зависима РНК полимераза или РНК полимераза.

Избройте периодите на транскрипция.

ОТГОВОР. Начало, удължаване, завършване.

От какви компоненти се състои иницииращият комплекс по време на транскрипция?

ОТГОВОР. От специален протеин, депозиран върху промотора, РНК полимераза и транскрипционни фактори.

9. Как се нарича участъкът на ДНК, където се образува иницииращият комплекс по време на транскрипцията?

ОТГОВОР. На промоутъра.

10. Как се нарича нуклеотидната последователност при прокариотите, която се определя от специален протеин, отложен върху промотора по време на инициирането на транскрипцията?

ОТГОВОР. Прибнов блок.

11. Как се нарича нуклеотидната последователност при еукариотите, която се определя от специален протеин, отложен върху промотора по време на инициирането на транскрипцията?

ОТГОВОР. ТАТА кутия.

12. Къде се намира блокът Pribnow в молекулата на ДНК при прокариотите?

ОТГОВОР. На промоутъра.

13. Къде в молекулата на ДНК се намира ТАТА кутията при еукариотите?

ОТГОВОР. На промоутъра.

14. Какво е името на ензимния комплекс, който образува транскрипционното око?

ОТГОВОР. Инициационен комплекс.

15. Как се нарича участъкът от молекулата на ДНК, от който започва синтезата на РНК?

ОТГОВОР. Начална точка, начално място на транскрипция.

16. Назовете нуклеотидите, които се намират в терминатора и евентуално участват в терминирането на транскрипцията.

ОТГОВОР. G, C.

17. Назовете вторичната структура в терминатора, която вероятно участва в прекратяването на транскрипцията,

ОТГОВОР. Фиби за коса.

18. Какви са имената на кодоните, разположени в терминатора и вероятно участващи в прекратяването на транскрипцията?

ОТГОВОР. Безсмислени (безсмислени) кодони.

Непосредствено след синтеза първичните РНК транскрипти по различни причини все още нямат активност, „незрели“ са и впоследствие претърпяват редица промени, наречени обработка. При еукариотите се обработват всички видове пре-РНК; при прокариотите се обработват само прекурсорите на рРНК и тРНК.

Обработка на прекурсор на информационна РНК

При транскрибиране на ДНК участъци, които носят информация за протеини, се образуват хетерогенни ядрени РНК, много по-големи по размер от иРНК. Факт е, че поради мозаечната структура на гените, тези хетерогенни РНК включват информативни (екзони) и неинформативни (интрони) области.

1. Снаждане снаждане- челно лепене) е специален процес, в който с участието малки ядрени РНКИнтроните се отстраняват и екзоните се запазват.

Последователност от събития на снаждане

2. Запушване капачка– заглавие) – възниква по време на транскрипция. Процесът се състои от добавяне на 5" въглерод N 7 -метил-гуанозин към 5"-трифосфат на крайния нуклеотид на пре-иРНК.

"Капачката" е необходима за защита на РНК молекулата от екзонуклеази, работещи от 5" края, както и за свързването на иРНК към рибозомата и за началото на транслацията.

3. Полиаденилиране– с помощта на полиаденилат полимераза, използваща ATP молекули, от 100 до 200 аденилови нуклеотида се прикрепват към 3" края на РНК, образувайки полиаденилов фрагмент - поли(А) опашката. Поли(А) опашката е необходима за защита РНК молекулата от екзонуклеази, работеща от 3" края.

Схематично представяне на информационна РНК след обработка

Обработка на прекурсор на рибозомна РНК

Прекурсорите на рРНК са по-големи молекули в сравнение със зрелите рРНК. Съзряването им се свежда до разрязване на прерибозомната РНК на по-малки форми, които участват пряко в образуването на рибозомата. При еукариотите има четири вида рРНК − 5S-, 5.8S-, 18S- и 28S-рРНК. В този случай 5S рРНК се синтезира отделно и голямата прерибозомна 45S РНК се разцепва от специфични нуклеазис образуването на 5.8S rRNA, 18S rRNA и 28S rRNA.

При прокариотите молекулите на рибозомната РНК имат напълно различни свойства (5S-, 16S-, 23S-rRNA), което е в основата на изобретяването и използването на редица антибиотици в медицината.

Обработка на прекурсор на трансферна РНК

1. Модифициране на нуклеотиди в молекула чрез дезаминиране, метилиране, редукция.
Например, образуването на псевдоуридин и дихидроуридин.

Структура на модифицирани уридил нуклеотиди

2. Образуването на антикодонна верига става чрез сплайсинг

ПРЕКРАТЯВАНЕ

РНК полимеразата ще спре, когато достигне стоп кодони. С помощта на протеиновия терминиращ фактор, т. нар. ρ фактор (на гръцки ρ - “rho”), ензимът и синтезираната РНК молекула, която е първичен препис, прекурсорът на тРНК или тРНК или рРНК.

ПРЕРАБОТА НА РНК

ОБРАБОТКА НА ПРЕДШЕСТВЕНА МРНК

И неинформативен (интрони) региони.

1. Сплайсинг (англ. splice - залепване от край до край) е специален процес, при който с участието на малки ядрени РНК се премахват интрони и се запазват екзони.

2. Капиране (англ. cap - шапка) - възниква при транскрипция. Процесът се състои от добавяне на 5" въглерод N7 -метил-гуанозин към 5"-трифосфат на крайния нуклеотид на пре-иРНК.

3. Полиаденилиране– с помощта на полиаденилатна полимераза, използваща ATP молекули, от 100 до 200 аденилови нуклеотида се прикрепват към 3" края на РНК, образувайки поли(А) опашка. Поли(А) опашката е необходима за защита на РНК молекулата от екзонуклеази работа с 3"-край.

ОБРАБОТКА НА ПРЕДШЕСТВЕНИКА НА RRNA

Прекурсорите на рРНК са по-големи молекули в сравнение със зрелите рРНК. Съзряването им се свежда до разрязване на прерибозомната РНК на по-малки форми, които участват пряко в образуването на рибозомата. Еукариотите имат 5S, 5.8S, 18S и 28S рРНК. В този случай 5S рРНК се синтезира отделно и голямата прерибозомна 45S РНК се разцепва от специфични нуклеази, за да образува

5.8S rRNA, 18S rRNA и 28S rRNA.

U прокариоти, рибозомните РНК молекули са напълно различни по своите свойства(5S-, 16S-

23S-rRNA), която е в основата на изобретяването и използването на редица антибиотици в медицината

П ПРЕДШЕСТВЕНИК НА ОБРАБОТА ТРНК

1. Образуване в 3" края на последователността C-C-A. За това някоипре-тРНК от 3" края излишните нуклеотиди се отстраняват, докато триплетът бъде „изложен“ C-C-A, за други тази последователност се добавя.

2. Образуване на антикодонна бримкавъзниква чрез снаждане и отстраняване на интрон в средната част на пре-тРНК.

3. Нуклеотидна модификацияв молекулата чрез дезаминиране, метилиране, редукция. Например, образуването на псевдоуридин и дихидроуридин.

В прокариотните организми първичните транскрипти на -кодиращи гени започват да се използват като шаблони за протеинов синтез дори преди транскрипцията да е завършена. Транскрипцията и транслацията при прокариотите са свързани процеси. Прокариотните рРНК и тРНК транскрипти са много по-дълги от съответните зрели РНК молекули. По този начин много tRNA транскрипти съдържат повече от една tRNA молекула. По този начин, за прокариотните организми, обработката на първичните rRNA и tRNA транскрипти е необходима стъпкаобразуване на зрели молекули.

Почти всички първични РНК транскрипти при еукариотите претърпяват сложен процесинг в периода между техния синтез и началото на изпълнението на съответната функция – като иРНК или като независими структурни фактори, като тРНК. Обработката се извършва предимно в самото ядро. Обработката включва реакции на затваряне, разцепване и лигиране, добавяне на допълнителни крайни нуклеотиди и нуклеозидна модификация. От 50 до 75% от ядрената РНК на бозайници, включително вериги с 5 капачки, впоследствие не се включва в цитоплазмената иРНК. Това количество загуба на интрануклеарна РНК е значително по-високо от това, което може да се изчисли, като се вземе предвид само премахването на некодиращи области на транскрипти (вижте по-долу). Точната функция на "излишната" РНК в ядрото на клетките на бозайниците остава неизвестна.

Благодарение на разработването на методи за рестрикционно картографиране и секвениране на ДНК молекули, беше възможно да се установи, че в много еукариотни гени, между екзони (т.е. кодиращи фрагменти от последователност) има разширени участъци от ДНК, които не носят генетична информация, директно преведена в аминокиселинната последователност на протеините (виж Глава 38). Такива междинни последователности или интрони се намират в повечето, но не във всички гени на висши еукариоти. Първичните транскрипти на структурни гени също включват области, съответстващи на нитрони. В процес, наречен сплайсинг, тези области на първичния транскрипт се изрязват прецизно и съответните екзони се зашиват заедно. Процесът протича в ядрото, след което образуваните иРНК молекули навлизат в цитоплазмата, където се транслират (фиг. 39.9).

Точните механизми на безпогрешно изрязване на интрони и кръстосано свързване на екзони и транспорт на РНК в цитоплазмата все още са неизвестни. Въпреки това изследванията последните годинидаде много нова информация за тези процеси. Въпреки че нуклеотидните последователности в интроните, дори в рамките на един и същ транскрипт, са много хетерогенни, възможно е да се идентифицира консенсусна последователност за всяка от двете връзки на интрони с екзони (места на сплайсинг) (фиг. 39.10). Консенсусната последователност на местата на снаждане на границата интрон-екзон не е такава

ориз. 39.9. Разположение на кодиращи и некодиращи последователности (интрони) в структурата на гена за пилешки овалбумин. На фигурата информационните сегменти, които изграждат зрялата иРНК, са номерирани и подчертани в черно. Първичният транскрипт започва отляво на L екзона и завършва в 3-нетранслираната област след екзон 7. Структурата на зрялата иРНК е показана в долната част на фигурата; Над него са номерата на екзоните, а под него са номерата на нуклеотидната последователност, точката на започване на транслацията и позицията на стоп кодона.

уникален, за да осигури високоспецифичното му разцепване единствено чрез действието на специализирана ендонуклеаза. Присъстваща в значителни количества, малката ядрена РНК (U1 РНК) съдържа последователност, комплементарна на консенсусната последователност на мястото на снаждане (фиг. 39.11). Освен това е установено, че U1-RNA молекулите в еукариотното ядро се свързват специфично с определени протеинови фактори. Такива РНК-протеинови комплекси селективно се свързват с 5- и 3-последователни места на снаждане в РНК. Антителата срещу протеиновия комплекс U1 инхибират процеса на изрязване на интрон in vitro.

Интересното е, че антитела срещу някои специфични U1 протеинови комплекси са открити при пациенти с автоимунно заболяване системен лупус еритематозус. Все още не е ясно как това е пряко свързано със самото заболяване.

Наскоро беше открито, че процесът на отстраняване на интрони от прекурсорни молекули на иРНК създава необичайна структура, подобна на бримка. Оказа се, че 5-ият край на интронната последователност е свързан чрез Т-5-фосфодиестерна връзка с аденилат, разположен на разстояние 28-37 нуклеотида от 3-ия му край. Този процес и съответните структури са схематично представени на фиг. 39.12.

Що се отнася до загадката на връзките и съответните зрели, тя вече може да се счита за решена. Хетерогенната ядрена РНК се състои от първични транскрипти плюс молекули, разположени върху ранни етапиобработка, които след затваряне, добавяне на поли А опашка и премахване на интрони се транспортират в цитоплазмата вече под формата на зряла

Обработката е друга потенциална точка на регулиране на генната експресия. По този начин беше демонстрирана възможността за алтернативен сплайсинг за същия първичен транскрипт. Например, α-амилаза иРНК от слюнчените жлезии от черен дроб на плъх се различават един от друг по структурата на 5-терминалните области на последователността. Останалите региони на иРНК, включително кодиращия регион и мястото на полиаденилиране, са идентични. Допълнителен анализ показа, че за две различни ограничени лидерни последователности, за да се прикрепят към едно и също тяло на иРНК

ориз. 39.11. Предложеният механизъм за идентифициране на мястото на снаждане, когато интроните са отстранени от формира комплементарен комплекс с дисталния край на консенсусната последователност на мястото на снаждане в 3-тия край на екзон а. Другият край взаимодейства с консенсусното място на снаждане на екзон b. Структурата, посочена с пунктираната линия, е изрязана и молекулата е омрежена по протежение на G остатъците (защрихована кутия).

ориз. 39.12. Предложен път на сплайсинг Разцепването на -мястото е придружено от образуването на бримка и нейното последващо освобождаване поради разцепване от екзон b. Интронът е показан като линия, екзоните a и b като квадрати. Тези реакции протичат с участието на тези, обединени в силен комплекс, който е част от структурата на рибонуклеопротеините, който се нарича "spliceosome".

използват се различни места за снаждане. Друг пример за алтернативен сплайсинг е образуването на иРНК молекули, кодиращи две тежки вериги на имуноглобулини. Едната молекула иРНК кодира свързаната с мембраната тежка верига, а другата кодира секретираната тежка верига (виж глава 41). По този начин сплайсингът е необходим за образуването на зрели молекули на иРНК и в допълнение може да се използва като един от механизмите за диференциална генна експресия.

Както се оказва, поне една форма на β-таласемия, заболяване, при което нивото на експресия на една от хемоглобиновите вериги е значително намалено, е резултат от нуклеотидно заместване на границата интрон-екзон, което предотвратява отстраняването на на интрона и води до намаляване или пълно потискане на синтеза на β-таласемия.

Пратени РНК (иРНК)

Както бе споменато по-горе, молекулите на бозайниците съдържат затваряща структура в 3" края и, в повечето случаи, полиаденилатна опашка в 3" края. Затваряща структура се добавя към иРНК в ядрото, преди иРНК да се прехвърли в цитоплазмата. ПолиА структурата е прикрепена към 3" края на транскрипта или в ядрото, или в цитоплазмата. Вторично метилиране на иРНК молекулата, включително 2-хидроксилни групи и N6 аденилатни атоми

остатъци възниква след преминаване на РНК молекулата в цитоплазмата. Този процес може да се случи и в ядрото и да играе определена роля в снаждането. - Затварящата структура изглежда е необходима за образуването на нуклеопротеиновия комплекс, който от своя страна е необходим за сплайсинг. В допълнение, той може да участва в инициирането на транспорт и превод

Функцията на полиаденилатната опашка на иРНК е неизвестна. В много случаи наличието или отсъствието на поли А не е пряко свързано с транспорта в цитоплазмата, тъй като не всички полиаденилирани хетерогенни ядрени РНК се освобождават в цитоплазмата и не всички цитоплазмени са полиаденилирани. В клетките на бозайници, по време на процеси, протичащи в цитоплазмата, полиаденилатните "опашки" на иРНК могат да бъдат удължени или съкратени.

Обръщането на полиА-съдържаща иРНК в култивирани клетки на бозайници е процес от първи ред със стойност, близка до времето на удвояване на броя клетки в културата. Кинетиката на разграждане на хистонови не-поли А структури е процес от нулев порядък, характеризиращ се със зависимо от възрастта разграждане с продължителност на живота около 6 часа. Все още не е ясно дали тези разлики са свързани с наличието или отсъствието на крайни полиА последователности или с някои други структурни характеристики на иРНК молекули от този клас.

Размерът на молекулите на цитоплазмената иРНК, дори след отстраняване на поли А веригата, остава значително по-голям (често 2-3 пъти) от необходимия за кодиране на съответния полипептид. Има излишни нетранслирани региони както в 5-, така и в 3-края на транслирания регион и, като правило, 3-нетранслираният регион достига по-голяма дължина. Точната функция на тези последователности е неизвестна; има причина да се смята, че те участват в обработката, транспорта, разграждането и транслацията на РНК.

Трансферни РНК (тРНК)

Молекулите, както е описано в гл. 37 и 40, изпълняват функцията на адапторни молекули по време на транслация в протеинови последователности. Молекулите съдържат много необичайни („малки“) бази на нуклеинова киселина. Някои от тях са метилирани производни на конвенционални бази, други съдържат неконвенционални гликозидни връзки. tRNA молекулите както на про-, така и на еукариотите първоначално се транскрибират като големи прекурсори, които често съдържат повече от една tRNA молекула, които претърпяват нуклеонтична обработка чрез действието на специален клас рибонуклеази. В допълнение, гените на някои тРНК съдържат единичен интрон с дължина 10-40 нуклеотида, разположен непосредствено преди областта, съответстваща на рамото на антикодона. Следователно обработката на първичните транскрипти на много tRNA молекули трябва да включва етапа на отстраняване на интрона и прецизно снаждане в кодона - региона на разпознаване. Тази стъпка е критична за функционирането на тРНК като адапторни молекули в протеиновия синтез. Нуклеолитичната обработка на tRNA прекурсорите очевидно се ръководи не от самата нуклеотидна последователност, а от специална триизмерна структура, която tRNA молекулите могат да образуват, и следователно се реализира само за молекули, способни да се сгъват в определени функционални структури.

Допълнителни модификации на tRNA молекули включват алкилиране на нуклеотиди и добавяне на характерен CCA триплет към 3-тия край на молекулата. Този триплет служи като точка на свързване на съответната аминокиселина, насочена от тази tRNA молекула в реакцията на синтеза на полипептид. Метилирането на прекурсорите на tRNA на бозайници вероятно се случва в ядрото, а разцепването и прикрепването на CCA триплета се случва в цитоплазмата, тъй като скоростта на оборот за крайната част на tRNA е по-висока, отколкото за молекулата като цяло. За да се прикрепи аминокиселина към CCA края, са необходими определени ензими в цитоплазмата на клетките на бозайниците.

Рибозомни РНК (рРНК)

В клетките на бозайниците рибозомните РНК молекули (две големи и една второстепенна) се транскрибират като част от голям общ първичен транскрипт (фиг. 39.13). Обработката на този транскрипт с образуването на зрели транскрипти, транспортирани в цитоплазмата, се извършва в нуклеола, където са локализирани самите рибозомни РНК гени. Във всяка клетка има стотици копия на тези гени. Транскрипционните единици съдържат последователности, подредени една след друга в посока 5-3. Размерът на първичния транскрипт претърпява интензивно метилиране директно в нуклеола. В този прекурсор съответният регион съдържа 65 метилирани рибозни остатъка и 5 метилирани бази на нуклеинова киселина. Метилирането се извършва само в области, които впоследствие образуват зрели рРНК молекули. Прекурсорът 458 претърпява нуклеолитична обработка, но сигналите за обработка се различават значително от съответните сигнали в. Вероятно механизмът на обработка също се различава от механизма на нуклеолитична обработка по време на узряване

ориз. 39.13. Схема на образуване на зряла рибозомна РНК по време на обработката на прекурсорни молекули на РНК. Краен продуктобозначени с черни правоъгълници. (Възпроизведено с разрешение от Perry R.P.: Processing of RNA Annu. Rev. Biochem. 1976, 45:605.)

Почти половината от оригиналния първичен препис (фиг. 39.13) е деградиран. По време на обработката настъпва по-нататъшно метилиране в нуклеолите и там се свързва с рибозомните протеини и образува голямата субединица на рибозомата. Молекулата също се образува в нуклеола и е неразделна част от голямата рибозомна субединица. Молекулата, в комбинация с набор от съответни полипептиди, образува малката субединица на рибозомата.