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

Капиране и полиаденилиране на иРНК се нарича обработка (посттранскрипционна модификация).

Покриване:

Остатък се добавя към 5" края на всички еукариотни иРНК по време на обработката. 7-метилгуанозинс образование уникална 5" à 5" фосфодиестерна връзка. Този допълнителен нуклеотид се нарича капачкаили капачка.

Функции на капачката :

1. предпазва РНК от екзонуклеази

2. спомага за свързването на иРНК молекулата с рибозомата.

Полиаденилиране:

Краят 3" също се модифицира веднага след завършване на транскрипцията. Специален ензим е полиаденилат полимеразаприкрепя от 20 до 250 остатъка на аденилова киселина (poly(A)) към 3" края на всеки РНК транскрипт. Полиаденилатната полимераза разпознава специфична последователност ААУААА,отцепва малък фрагмент от 11-30 нуклеотида от първичния транскрипт и след това прикрепя поли(А) последователност. Общоприето е, че такава "опашка" допринася за последващата обработка на РНК и износа на зрели иРНК молекули от ядрото.

Тъй като иРНК участва в процесите на транслация, дължината на полиА фрагмента намалява. 30 аденилови нуклеотида се считат за критични за стабилността.

Целият набор от ядрени транскрипти на РНК полимераза II е известен като хетерогенна ядрена РНК(hnRNA).

Всичките 3 класа РНК се транскрибират от гени, които съдържат интрони(неинформативни области) и екзони(участъци от ДНК, които носят информация). Последователностите, кодирани от ДНК интрони, трябва да бъдат отстранени от първичния транскрипт, преди РНК да стане биологично активна. Процесът на премахване на копия на интронични последователности се нарича РНК сплайсинг.

Сплайсингът на РНК се катализира комплекси от протеини с РНК, известен като "малки ядрени рибонуклеопротеинови частици"(snRNP, английски малки ядрени рибонуклеинови частици, snRNP).Такива каталитични РНК се наричат рибозими.

Функции на интроните:

защита на функционално активната част на клетъчния геном от вредното въздействие на химични или физични (радиационни) фактори



· позволява използването на т.нар алтернативно снажданеувеличаване на генетичното разнообразие на генома без увеличаване на броя на гените.


Алтернативно снаждане:

В резултат на промени в разпределението на екзоните на един транскрипт по време на сплайсинг възникват различни РНК и следователно различни протеини.

Вече са известни повече от 40 гена, чиито транскрипти подлежат на алтернативен сплайсинг. Например транскриптът на гена за калцитонин, в резултат на алтернативен сплайсинг, произвежда РНК, която служи като матрица за синтеза на калцитонин (в щитовидната жлеза) или специфичен протеин, отговорен за вкусовото възприятие (в мозъка). Генният транскрипт на α-тропомиозин претърпява още по-сложен алтернативен сплайсинг. Най-малко 8 различни иРНК на тропомиозин, получени от един транскрипт, са идентифицирани (вижте фигурата)

33 . Обща схемапротеинова биосинтеза - необходими предпоставки:

Информационният поток е схема за предаване на информация (централната догма на молекулярната биология). ДНК репликация и транскрипция - ензими, механизъм. Обратна транскрипция, ролята на ревертазите. Обработка и сплайсинг на иРНК. Характеристики на генетичния код, кодон, антикодон.

Разликата между биосинтезата на протеини и биосинтезата на други молекули:

· Няма съответствие между броя на мономерите в матрицата и в реакционния продукт (4 нуклеотида - 20 аминокиселини)

· Няма комплементарност между иРНК (матрица) и пептидната верига на протеина (продукт).

Обща схема на биосинтеза на протеини - необходими предпоставки:

· информационен поток(трансфер на информация от ДНК към РНК към протеин)

· пластичен поток(аминокиселини, иРНК, тРНК, ензими)

· енергиен поток(макроергии ATP, GTP, UTP, CTP)

Име на параметъра Значение
Тема на статията: обработка на РНК
Рубрика (тематична категория) Биология

Първичните РНК (прекурсори на РНК, хетерогенни ядрени РНК), образувани в резултат на транскрипция, в повечето случаи са функционално неактивни молекули. Поради тази причина веднага след транскрипцията те претърпяват серия от модификации и се превръщат в зрели РНК. Съзряването на първичните транскрипти обикновено се нарича обработка.

ориз. 32. ρ- зависима терминация на транскрипция в бактерии

За бактериални клеткиобработката на прекурсорите на иРНК не е типична и е необходима само по време на образуването на зрели рРНК и тРНК молекули.

Обработката на РНК при еукариотите е доста сложен и фино организиран процес, който пряко влияе върху регулирането на експресията на генетичен материал. Обработката на еукариотната иРНК е проучена най-подробно, което включва:

· сплайсинг – изрязване на некодиращи участъци (интрони) от пре-иРНК и зашиване на кодиращи протеиновата структура участъци (екзони);

· капиране - образуването на специална структура в 5′ края на иРНК - капачка - става малко след началото на синтеза на иРНК и се осъществява с участието на GTP;

· полиаденилиране – образуване в 3′ края на поли(А) фрагмент, съдържащ около 200 аденилови нуклеотида (фиг. 33).

ориз. 33. обработка на иРНК

Механизъм за снаждане

Редица протеини, както и РНК, участват в снаждането на еукариотната пре-иРНК специален тип– малки ядрени РНК (snRNA). Съгласно принципа на комплементарност, различни snRNAs се свързват с граничните области на РНК интроните. За това взаимодействие определени нуклеотидни последователности в началото и края на интроните са от съществено значение: например интроните винаги започват с G-U и завършват с дублета A-G. Малките ядрени РНК образуват комплекс с ензими, които катализират сплайсинга - сплиозома.

Първото прекъсване на пре-РНК се случва в 5' края на интрона, който се свързва с един от нуклеотидите в средната част на същия интрон (фиг. 34). Това води до образуването на пръстеновидна (или по-точно подобна на ласа) структура. Първата snRNA се дисоциира и ензимният комплекс се премества към друга snRNA, маркирайки 3' края на интрона. Това е мястото, където се случва второто пре-РНК прекъсване. Връзката между екзон 2 и интрона се заменя с връзка с екзон 1.

Алтернативно снаждане

В някои случаи е възможно да промените хода на снаждане и да го извършите, като използвате алтернативна опция. В този случай повече от един тип иРНК се четат от един ген. Алтернативното снаждане позволява на тялото да синтезира протеини с различни структури и свойства на базата на един ген. Такива гени кодират семейства от свързани протеини, участващи в мускулните контракции и образуването на цитоскелета на нервите.
фибри, пептидни хормони и др.

ориз. 34. Вероятен механизъм за подправка:

E – ензимен комплекс (с нуклеазна и лигазна активност)

Алтернативното снаждане на иРНК включва три основни механизма:

1. Използване на различни промоутъри. Ако има алтернативни промотори в гена различни видовеРНК могат да бъдат синтезирани от различни места за започване на транскрипция. Алтернативен промотор е сложен промотор, състоящ се от поне две независимо функциониращи части, разположени преди различни екзони на един и същ ген. В този случай се образуват транскрипти, които имат 5′ краища с различна дължина и различни количестваекзони.

2. Промяна в мястото на полиаденилиране на първичния транскрипт. В резултат на това размерът и структурата на 3'-терминалната област на пре-mRNA се променят.

3. Свързване на екзони в различни комбинации. В този случай някои екзони може да не бъдат включени в сплайсинг. Например, ако един ген съдържа само шест екзона (от 1-ви до 6-ти), в един тип иРНК те могат да бъдат подредени в реда 1,2,3,4,5,6, в други РНК редът трябва да е различен , например 4,5,6,1,2,3, или 2,5,6, или 1,3,5.

Алтернативният сплайсинг осигурява фина регулация на генната функция в еукариотите, тъканна диференциация и определя развитието на различни черти, определени от един ген. При хората около 1/3 от всички гени могат да кодират повече от един протеин, тоест различни протеини се кодират от различни комбинации от екзони на един и същи ген. Наличието на алтернативен сплайсинг може да обясни факта, че броят на протеините в човешкото тяло е няколко пъти по-голям от броя на гените, кодиращи протеини.

Процесинг на РНК – понятие и видове. Класификация и особености на категория "Обработка на РНК" 2017, 2018.

Всички етапи на обработка на иРНК се случват в RNP частици (рибонуклеопротеинови комплекси).

Тъй като про-РНК се синтезира, тя веднага образува комплекси с ядрени протеини - инфофери. Както в ядрените, така и в цитоплазмените комплекси на иРНК с протеини ( инфозоми) включва s-РНК (малки РНК).

По този начин i-RNA никога не е свободна от протеини, следователно по целия път до завършване на транслацията i-RNA е защитена от нуклеази. Освен това протеините му придават необходимата конформация.

Докато новосинтезираната про-иРНК (първичен транскрипт или hRNA - хетерогенна ядрена РНК) все още е в ядрото, тя се обработва и превръща в зряла i-РНК, преди да започне да функционира в цитоплазмата. Хетерогенната ядрена РНК копира цялата нуклеотидна последователност на ДНК от промотора до терминатора, включително нетранслираните региони. След това hRNA претърпява трансформации, които осигуряват узряването на функциониращата матрица за синтеза на полипептидната верига. Обикновено hRNA е няколко пъти (понякога десетки пъти) по-голяма от зрялата иРНК. Ако hRNA съставлява приблизително 10% от генома, тогава зрялата mRNA съставлява само 1-2%.

По време на серия от последователни етапи на обработка, някои фрагменти, които са ненужни в следващите етапи, се отстраняват от про-РНК (транскрипт) и нуклеотидните последователности се редактират.

При затваряне 7-метилгуанозинът е прикрепен към 5" края на транскрипта чрез трифосфатен мост, свързвайки ги в необичайна позиция 5"-5", както и метилиране на рибозите на първите два нуклеотида. Процесът на затваряне започва дори преди край на транскрипцията на про-РНК молекулата. Като образуване на про-и-РНК (дори преди 30-ия нуклеотид), гуанинът се добавя към 5" края, носещ пурин трифосфат, след което настъпва метилиране.

Функции на групата на шапката:

ü регулиране на износа на иРНК от ядрото;

ü защита на 5" края на транскрипта от екзонуклеази;

ü участие в инициирането на транслацията: разпознаване на молекулата на иРНК от малки субединици на рибозомата и правилно инсталиране на иРНК върху рибозомата.

Полиаденилиране се състои от прикрепване на остатъци от аденилова киселина към 3" края на транскрипта, което се извършва от специален ензим поли(А) полимераза.

Когато синтезата на про-РНК е завършена, тогава на разстояние от приблизително 20 нуклеотида в посока към 3" края от последователността 5"-AAUAA-3, настъпва разрез от специфична ендонуклеаза и от 30 до 300 АМР. остатъците се добавят към новия 3" край (синтез без шаблон).

Снаждане [английски] “splice” – свързвам, снаждам]. След полиаденилиране про-РНК претърпява отстраняване на интрони. Процесът се катализира от сплайсозоми и се нарича сплайсинг. През 1978г Филип Шарп(Масачузетски технологичен институт) откриха феномена на сплайсинг на РНК.

Сплайсингът е показан за повечето тРНК и някои тРНК. Автосплайсинг на r-RNA е открит в протозои. Сплайсинг дори е показано за археобактерии.

Няма единен механизъм за снаждане. Описани са най-малко 5 различни механизма: в някои случаи снаждането се извършва от ензими матураза, в някои случаи s-РНК участва в процеса на снаждане. В случай на автосплайсинг, процесът възниква поради третичната структура на про-р-РНК.

За иРНК висши организмиИма задължителни правила за снаждане:

Правило 1 . Краищата 5" и 3" на интрона са много консервативни: 5"(GT-intron-AG)3".

Правило 2 . Когато се съединяват копия на екзони, редът на тяхното местоположение в гена се спазва, но някои от тях могат да бъдат изхвърлени.

Точността на сплайсинг се регулира от s-RNA : малки ядрени РНК (snRNA), които имат региони, комплементарни на краищата на интроните. snRNA е комплементарна на нуклеотидите в краищата на интроните - тя временно се свързва с тях, издърпвайки интрона в цикъл. Краищата на кодиращите фрагменти се съединяват, след което интронът се отстранява безопасно от веригата.

③ ИЗЛЪЧВАНЕ[от лат. “translatio” – трансфер] се състои в синтеза на полипептидна верига в съответствие с информацията, кодирана в иРНК. Молекулата на иРНК (след обработка при еукариоти и без обработка при прокариоти) участва в друг матричен процес - излъчвания(полипептиден синтез), който се осъществява върху рибозомите (фиг. 58).

Рибозомите са най-малките немембранни клетъчни органели и те са може би най-сложните. В клетка E. coliима около 10 3 – 5x10 3 рибозоми. Линейни размерипрокариотна рибозома 210 x 290Å. При еукариотите – 220 x 320Å.

Има четири класа рибозоми:

1. Прокариотни 70S.

2. Еукариотни 80S.

3. Рибозоми на митохондриите (55S – при животни, 75S – при гъби).

4. Рибозоми на хлоропласти (70S при висшите растения).

S – коефициент на утаяванеили Константа на Сведберг. Отразява скоростта на утаяване на молекулите или техните компоненти по време на центрофугиране, в зависимост от конформацията и молекулното тегло.

Всяка рибозома се състои от 2 субединици (голяма и малка).

Сложността произтича от факта, че всички рибозомни елементи присъстват в едно копие, с изключение на един протеин, който присъства в 4 копия в 50S субединицата и не може да бъде заменен.

rRNA не само служат като скелета за рибозомни субединици, но също така са пряко включени в синтеза на полипептиди.

23S r-RNA е включена в каталитичния пептидил трансферазен център, 16S r-RNA е необходима за инсталиране върху 30S субединицата на иницииращия кодон на i-RNA, 5S r-RNA е необходима за правилната ориентация на аминоацил-tRNA върху рибозома.

Всички рРНК имат развита вторична структура: около 70% от нуклеотидите са сглобени във фиби.

r-РНК са до голяма степен метилирани (СН 3 група във втората позиция на рибозата, както и в азотните бази).

Редът на сглобяване на субединици от рРНК и протеини е строго определен. Субединиците, които не са свързани една с друга, са дисоциирани рибозоми. Обединени - свързани рибозоми. Асоциирането изисква не само конформационни промени, но и магнезиеви йони Mg 2+ (до 2x10 3 йони на рибозома). Магнезият е необходим за компенсиране на отрицателния заряд на рРНК. Всички реакции на матричен синтез (репликация, транскрипция и транслация) са свързани с магнезиеви йони Mg 2+ (в по-малка степен, манганови йони Mn 2+).

TRNA молекулите са относително малки нуклеотидни последователности (75-95 нуклеотида), комплементарно свързани в определени области. В резултат на това се образува структура, наподобяваща по форма лист детелина, в която се разграничават две най-важни зони - акцепторната част и антикодонът.

Акцепторна част на тРНКсе състои от комплементарно свързани 7 базови двойки и малко по-дълъг единичен участък, завършващ в 3' края, към който е прикрепена транспортираната съответна аминокиселина.

Друга важна област на tRNA е антикодон, състоящ се от три нуклеотида. С този антикодон t-RNA, въз основа на принципа на комплементарността, определя своето място върху иРНК, като по този начин определя реда на добавяне на аминокиселината, която транспортира към полипептидната верига.

Заедно с функцията за точно разпознаване на специфичен кодон в иРНК, молекулата на тРНК се свързва и доставя до мястото на протеинов синтез специфична аминокиселина, прикрепена от ензима аминоацил-тРНК синтетаза. Този ензим има способността пространствено да разпознава, от една страна, тРНК антикодона и, от друга, съответната аминокиселина. Транспортните РНК се използват за транспортиране на 20 вида аминокиселини.

Процесът на взаимодействие между иРНК и тРНК, който осигурява превода на информация от езика на нуклеотидите на езика на аминокиселините, се извършва върху рибозоми.

Рибозомите са сложни комплекси от рибозомна РНК (рРНК) и различни протеини. Рибозомната РНК е не само структурен компонентрибозоми, но също така осигурява свързването му към специфична нуклеотидна последователност на иРНК, установявайки началото и четящата рамка по време на образуването на пептидната верига. Освен това те осигуряват взаимодействието на рибозомата с тРНК.

Рибозомите имат две зони. Единият от тях държи растящата полипептидна верига, другият държи иРНК. Освен това рибозомите имат две места за свързване на t-RNA. Аминоацилният регион съдържа аминоацил-тРНК, носеща специфична аминокиселина. Пептидилът съдържа t-RNA, която се освобождава от своята аминокиселина и напуска рибозомата, когато се придвижи до един кодон на иРНК.

По време на процеса на превод се разграничават: етапи :

1. Етап на активиране на аминокиселините . Активирането на свободните аминокиселини се извършва с помощта на специални ензими (аминоацил-тРНК синтетази) в присъствието на АТФ. Всяка аминокиселина има свой собствен ензим и собствена тРНК.

Активираната аминокиселина се присъединява към своята tRNA, за да образува комплекс аминоацил-tRNA (aa-tRNA). Само активираните аминокиселини са способни да образуват пептидни връзки и да образуват полипептидни вериги.

2. Посвещение . Започва със свързването на водещия 5" край на иРНК с малката субединица на дисоциираната рибозома. Връзката се осъществява по такъв начин, че началният кодон (винаги AUG) завършва в "незавършеното" Р-място. aa-t-RNA комплекс с помощта на t-RNA антикодон (UAC) се прикрепя към стартовия кодон на иРНК. Има много (особено при еукариотите) протеини -. иницииращи фактори.

При прокариотите началният кодон кодира N-формилметионин, а при еукариотите той кодира N-метионин. Впоследствие тези аминокиселини се изрязват от ензими и не се включват в протеина. След образуването на иницииращия комплекс, субединиците се обединяват и P- и A-местата се „завършват” (фиг. 60).

3. Удължение . Започва с добавянето на втори aa-tRNA комплекс с антикодон, комплементарен на следващия кодон на иРНК към А-мястото на иРНК. Рибозомата съдържа две аминокиселини, между които възниква пептидна връзка. Първата тРНК се освобождава от аминокиселината и напуска рибозомата. Рибозомата се движи по веригата на иРНК с един триплет (в посока 5"→3"). Втората аа-тРНК се придвижва към Р-мястото, освобождавайки А-мястото, което е заето от следващата 3-та аа-тРНК. По същия начин се добавят 4-та, 5-та и т.н. аминокиселини, донесени от техните тРНК.

4. Прекратяване . Завършване на синтеза на полипептидната верига. Възниква, когато рибозомата достигне един от стоп кодоните. Има специални протеини ( фактори за прекратяване), които разпознават тези области.

Една иРНК молекула може да съдържа няколко рибозоми (тази формация се нарича полизома), което позволява синтеза на няколко полипептидни вериги едновременно

Процесът на биосинтеза на протеини протича с участието повечеспецифични биохимични взаимодействия. Той представлява фундаментален природен процес. Въпреки изключителната сложност (особено в еукариотните клетки), синтезът на една протеинова молекула трае само 3-4 секунди.

Аминокиселинната последователност се изгражда с помощта на трансферни РНК (тРНК), които образуват комплекси с аминокиселини – аминоацил-тРНК. Всяка аминокиселина има своя собствена t-RNA, която има съответен антикодон, който „съвпада“ с кодона на иРНК. По време на транслацията рибозомата се движи по иРНК и докато го прави, полипептидната верига расте. Биосинтезата на протеините се осигурява от енергията на АТФ.

Готовата протеинова молекула след това се отцепва от рибозомата и се транспортира до желаното място в клетката, но протеините изискват допълнителна пост-транслационна модификация, за да постигнат своето активно състояние.

Биосинтезата на протеина протича на два етапа. Първият етап включва транскрипция и обработка на РНК, вторият етап включва транслация. По време на транскрипцията ензимът РНК полимераза синтезира РНК молекула, която е комплементарна на последователността на съответния ген (част от ДНК). Терминатор в нуклеотидна последователност на ДНК определя в кой момент ще спре транскрипцията. По време на серия от последователни стъпки на обработка, някои фрагменти се отстраняват от иРНК и нуклеотидните последователности рядко се редактират. След синтеза на РНК върху матрицата на ДНК, молекулите на РНК се транспортират в цитоплазмата. По време на процеса на транслация информацията, записана в нуклеотидна последователност, се транслира в последователност от аминокиселинни остатъци.

19.ДНК. Структура, свойства, кодова система.

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.