Úvod

Biosyntézu proteínov možno rozdeliť do štádií transkripcie, spracovania a translácie. K čítaniu dochádza počas prepisu genetická informácia, zašifrované v molekulách DNA a zaznamenávanie tejto informácie v molekulách mRNA. Počas série po sebe nasledujúcich fáz spracovania sa z mRNA odstránia niektoré fragmenty, ktoré nie sú potrebné v nasledujúcich fázach, a upravia sa nukleotidové sekvencie. Po transporte kódu z jadra do ribozómov nastáva vlastná syntéza proteínových molekúl pripojením jednotlivých aminokyselinových zvyškov na rastúci polypeptidový reťazec.

Spracovanie

Medzi transkripciou a transláciou prechádza molekula mRNA sériou postupných zmien, ktoré zabezpečujú dozrievanie funkčnej matrice pre syntézu polypeptidového reťazca. S príchodom spracovania v eukaryotickej bunke bolo možné kombinovať génové exóny na získanie väčšieho množstva proteínov kódovaných jednou sekvenciou nukleotidov DNA.

Obmedzenie

Chemická štruktúra uzáveru

Keď nastane capping, 7-metylguanozín sa pridá na 5" koniec transkriptu cez trifosfátový mostík, ktorý ich spája v nezvyčajnej polohe 5"-5", ako aj ribózová metylácia prvých dvoch nukleotidov. Proces cappingu začína ešte pred koniec transkripcie pre-mRNA molekuly.

Funkcie skupiny uzáverov:

  • regulácia exportu mRNA z jadra;
  • ochrana 5" konca transkriptu pred exonukleázami;
  • účasť na začatí vysielania

Polyadenylácia

Polyadenylácia zahŕňa pridanie 100 až 200 zvyškov kyseliny adenylovej na 3" koniec transkriptu, uskutočnené špeciálnym enzýmom poly(A) polymerázou.

Spájanie

Po polyadenylácii sa mRNA podrobuje odstráneniu intrónov. Tento proces je katalyzovaný spliceozómom a nazýva sa zostrih.

Vysielanie

Hotová proteínová molekula sa potom odštiepi z ribozómu a transportuje na požadované miesto v bunke. Aby ste dosiahli svoje aktívny stav niektoré proteíny vyžadujú dodatočnú posttranslačnú modifikáciu.


Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „Spracovanie (biológia)“ v iných slovníkoch:

    Tento výraz má iné významy, pozri Spracovanie (biológia). Spracovateľská činnosť, ktorá zahŕňa spracovanie a uchovávanie informácií potrebných na uskutočňovanie platieb. Tento výraz sa často používa v bankovom sektore... ... Wikipedia

    Dodanie malých RNA obsahujúcich vlásenky pomocou vektora na báze lentivírusu a mechanizmus RNA interferencie v cicavčích bunkách RNA interferencia (... Wikipedia

    Pre mRNA s kmeňovou slučkou. Atómy dusíka v bázach sú zvýraznené modrou farbou, atómy kyslíka vo fosfátovej kostre molekuly červenou farbou Ribonukleové kyseliny (RNA) sú nukleové kyseliny, polyméry nukleotidov, ktoré obsahujú zvyšok ... ... Wikipedia

    Centrálna dogma molekulárna biológia zovšeobecňujúce pravidlo pre implementáciu genetickej informácie pozorovanej v prírode: informácia sa prenáša z nukleových kyselín na proteín, ale nie v opačnom smere. Pravidlo sformuloval Francis... ... Wikipedia

    Pre mRNA s kmeňovou slučkou. Atómy dusíka v bázach sú zvýraznené modrou farbou, atómy kyslíka vo fosfátovej kostre molekuly červenou farbou Ribonukleové kyseliny (RNA) sú nukleové kyseliny, polyméry nukleotidov, ktoré obsahujú zvyšok kyseliny ortofosforečnej ... Wikipedia

    Pre mRNA s kmeňovou slučkou. Atómy dusíka v bázach sú zvýraznené modrou farbou, atómy kyslíka vo fosfátovej kostre molekuly červenou farbou Kyselina ribonukleová (RNA) je jednou z troch hlavných makromolekúl (ďalšie dve sú ... Wikipedia

    Ústredná dogma molekulárnej biológie zovšeobecňuje pravidlo implementácie genetickej informácie pozorovanej v prírode: informácia sa prenáša z nukleových kyselín na bielkoviny, ale nie v opačnom smere. Toto pravidlo sformuloval Francis Crick... ... Wikipedia

    Schéma syntézy proteínov ribozómom Biosyntéza proteínov je komplexný viacstupňový proces syntézy polypeptidového reťazca z ... Wikipedia

Čapovanie a polyadenylácia mRNA sa nazýva spracovanie ( post-transkripčná modifikácia).

Obmedzenie:

Počas spracovania sa na 5" koniec všetkých eukaryotických mRNA pridá zvyšok. 7-metylguanozín so vzdelaním jedinečná 5" až 5" fosfodiesterová väzba. Tento dodatočný nukleotid sa nazýva čiapka alebo čiapka.

Funkcie uzáveru :

1. chráni RNA pred exonukleázami

2. napomáha väzbe molekuly mRNA na ribozóm.

Polyadenylácia:

3" koniec je tiež upravený ihneď po dokončení transkripcie. Špeciálny enzým je polyadenylát polymeráza pripája 20 až 250 zvyškov kyseliny adenylovej (poly(A)) na 3" koniec každého RNA transkriptu. Polyadenylát polymeráza rozpoznáva špecifickú sekvenciu AAUAAA, odštiepi malý fragment 11-30 nukleotidov z primárneho transkriptu a potom pripojí poly(A) sekvenciu. Všeobecne sa uznáva, že takýto „chvost“ prispieva k následnému spracovaniu RNA a exportu zrelých molekúl mRNA z jadra.

Keď sa mRNA zúčastňuje translačných procesov, dĺžka polyA fragmentu sa znižuje. 30 adenylových nukleotidov sa považuje za kritických pre stabilitu.

Celý súbor jadrových transkriptov RNA polymerázy II je známy ako heterogénna jadrová RNA(hnRNA).

Všetky 3 triedy RNA sú transkribované z génov, ktoré obsahujú intróny(neinformatívne oblasti) a exóny(úseky DNA, ktoré nesú informáciu). Sekvencie kódované intrónmi DNA musia byť odstránené z primárneho transkriptu predtým, ako sa RNA stane biologicky aktívnou. Proces odstraňovania kópií intrónových sekvencií je tzv zostrih RNA.

Zostrih RNA je katalyzovaný komplexy proteínov s RNA, známy ako "malé jadrové ribonukleoproteínové častice"(snRNP, anglické malé jadrové ribonukleové častice, snRNP Takéto katalytické RNA sa nazývajú ribozýmy.

Funkcie intrónov:

chrániť funkčne aktívnu časť bunkového genómu pred škodlivými účinkami chemických alebo fyzikálnych (radiačných) faktorov



· umožňuje používanie tzv alternatívne spájanie zvýšiť genetickú diverzitu genómu bez zvýšenia počtu génov.


Alternatívne spájanie:

V dôsledku zmien v distribúcii exónov jedného transkriptu pri zostrihu vznikajú rôzne RNA a následne aj rôzne proteíny.

Je už známych viac ako 40 génov, ktorých transkripty podliehajú alternatívnemu zostrihu. Napríklad transkript génu pre kalcitonín v dôsledku alternatívneho zostrihu produkuje RNA, ktorá slúži ako templát pre syntézu kalcitonínu (v štítnej žľaze) alebo špecifického proteínu zodpovedného za vnímanie chuti (v mozgu). Transkript génu a-tropomyozínu podlieha ešte zložitejšiemu alternatívnemu zostrihu. Bolo identifikovaných najmenej 8 rôznych tropomyozínových mRNA odvodených z jedného transkriptu (pozri obrázok)

33 . Všeobecná schéma biosyntéza bielkovín - nevyhnutné predpoklady:

Informačný tok je schéma na prenos informácií (ústredná dogma molekulárnej biológie). Replikácia a transkripcia DNA - enzýmy, mechanizmus. Reverzná transkripcia, úloha revertáz. Spracovanie a zostrih mRNA. Charakteristika genetického kódu, kodón, antikodón.

Rozdiel medzi biosyntézou bielkovín a biosyntézou iných molekúl:

· Neexistuje žiadna zhoda medzi počtom monomérov v matrici a v reakčnom produkte (4 nukleotidy - 20 aminokyselín)

· Neexistuje žiadna komplementarita medzi mRNA (šablóna) a peptidovým reťazcom proteínu (produktu).

Všeobecná schéma biosyntézy bielkovín - nevyhnutné predpoklady:

· tok informácií(prenos informácií z DNA cez RNA do proteínu)

· plastický tok(aminokyseliny, mRNA, tRNA, enzýmy)

· tok energie(makroergie ATP, GTP, UTP, CTP)

Názov parametra Význam
Téma článku: Spracovanie RNA
Rubrika (tematická kategória) Biológia

Primárne RNA (prekurzory RNA, heterogénne jadrové RNA), tvorené ako výsledok transkripcie, sú vo väčšine prípadov funkčne neaktívne molekuly. Z tohto dôvodu ihneď po transkripcii prechádzajú radom modifikácií a menia sa na zrelé RNA. Dozrievanie primárnych transkriptov sa zvyčajne nazýva spracovanie.

Ryža. 32. ρ- závislé ukončenie transkripcie v baktériách

Pre bakteriálne bunky spracovanie prekurzorov mRNA nie je typické a je potrebné len pri tvorbe zrelých molekúl rRNA a tRNA.

Spracovanie RNA v eukaryotoch je pomerne zložitý a jemne organizovaný proces, ktorý priamo ovplyvňuje reguláciu expresie genetického materiálu. Spracovanie eukaryotickej mRNA bolo študované najpodrobnejšie, čo zahŕňa:

· zostrih – excízia nekódujúcich oblastí (intrónov) z pre-mRNA a zošívanie oblastí kódujúcich proteínovú štruktúru (exóny);

· capping – tvorba špeciálnej štruktúry na 5′ konci mRNA – cap – nastáva krátko po začatí syntézy mRNA a uskutočňuje sa za účasti GTP;

· polyadenylácia – vznik na 3′ konci poly(A) fragmentu obsahujúceho asi 200 adenylnukleotidov (obr. 33).

Ryža. 33. Spracovanie mRNA

Mechanizmus spájania

Na zostrihu eukaryotickej pre-mRNA sa podieľa množstvo proteínov, ako aj RNA špeciálny typ– malé jadrové RNA (snRNA). Podľa princípu komplementarity sa rôzne snRNA viažu na hraničné oblasti intrónov RNA. Pre túto interakciu sú nevyhnutné určité nukleotidové sekvencie na začiatku a konci intrónov: napríklad intróny vždy začínajú G-U a končia dubletom A-G. Malé jadrové RNA tvoria komplex s enzýmami, ktoré katalyzujú zostrih - spliosome.

Prvý pre-RNA zlom nastáva na 5′ konci intrónu, ktorý sa viaže na jeden z nukleotidov v strednej časti toho istého intrónu (obr. 34). Výsledkom je vytvorenie kruhovej (alebo presnejšie lassovej) štruktúry. Prvá snRNA sa disociuje a enzýmový komplex sa presúva na inú snRNA, čo označuje 3 'koniec intrónu. Tu dochádza k druhému zlomu pre-RNA. Spojenie medzi exónom 2 a intrónom je nahradené spojením s exónom 1.

Alternatívne spájanie

V niektorých prípadoch je možné zmeniť priebeh spájania a vykonať ho pomocou alternatívnej možnosti. V tomto prípade sa z jedného génu číta viac ako jeden typ mRNA. Alternatívny zostrih umožňuje telu syntetizovať proteíny s rôznymi štruktúrami a vlastnosťami na základe jedného génu. Takéto gény kódujú rodiny príbuzných proteínov zapojených do svalových kontrakcií a tvorby cytoskeletu nervov.
vlákna, peptidové hormóny atď.

Ryža. 34. Pravdepodobný mechanizmus korenia:

E – enzýmový komplex (s aktivitou nukleázy a ligázy)

Alternatívny zostrih mRNA zahŕňa tri základné mechanizmy:

1. Použitie rôznych promótorov. Ak sú v géne alternatívne promótory odlišné typy RNA môžu byť syntetizované z rôznych miest iniciácie transkripcie. Alternatívny promótor je komplexný promótor pozostávajúci z aspoň dvoch nezávisle fungujúcich častí umiestnených pred rôznymi exónmi toho istého génu. V tomto prípade sa vytvárajú prepisy, ktoré majú 5′ konce rôznej dĺžky a rôzne množstvá exóny.

2. Zmena polyadenylačného miesta primárneho transkriptu. V dôsledku toho sa mení veľkosť a štruktúra 3'-terminálnej oblasti pre-mRNA.

3. Spojenie exónov v rôznych kombináciách. V tomto prípade niektoré exóny nemusia byť zahrnuté do zostrihu. Napríklad, ak gén obsahuje iba šesť exónov (od 1. do 6.), v jednom type mRNA môžu byť usporiadané v poradí 1,2,3,4,5,6, v iných RNA by poradie malo byť odlišné. napríklad 4,5,6,1,2,3 alebo 2,5,6 alebo 1,3,5.

Alternatívny zostrih zabezpečuje jemnú reguláciu funkcie génov u eukaryotov, diferenciáciu tkanív a určuje vývoj rôznych znakov určených jedným génom. U ľudí môže asi 1/3 všetkých génov kódovať viac ako jeden proteín, to znamená, že rôzne proteíny sú kódované rôznymi kombináciami exónov toho istého génu. Prítomnosť alternatívneho zostrihu môže vysvetliť skutočnosť, že počet proteínov v ľudskom tele je niekoľkonásobne väčší ako počet génov kódujúcich proteíny.

Spracovanie RNA - pojem a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Spracovanie RNA" 2017, 2018.

Všetky štádiá spracovania mRNA sa vyskytujú v časticiach RNP (ribonukleoproteínové komplexy).

Keď sa pro-RNA syntetizuje, okamžite vytvára komplexy s jadrovými proteínmi - informačné ponuky. V jadrových aj cytoplazmatických komplexoch mRNA s proteínmi ( infosomy) zahŕňa s-RNA (malé RNA).

I-RNA teda nikdy nie je bez proteínov, preto je i-RNA počas celej dráhy až do dokončenia translácie chránená pred nukleázami. Okrem toho mu bielkoviny dodávajú potrebnú konformáciu.

Zatiaľ čo novosyntetizovaná pro-mRNA (primárny transkript alebo hRNA - heterogénna jadrová RNA) je stále v jadre, je spracovaná a prevedená na zrelú i-RNA predtým, ako začne fungovať v cytoplazme. Heterogénna jadrová RNA kopíruje celú nukleotidovú sekvenciu DNA od promótora po terminátor, vrátane nepreložených oblastí. Potom hRNA prechádza transformáciami, ktoré zabezpečujú dozrievanie funkčnej matrice na syntézu polypeptidového reťazca. Typicky je hRNA niekoľkonásobne (niekedy desaťkrát) väčšia ako zrelá mRNA. Ak hRNA tvorí približne 10 % genómu, potom zrelá mRNA tvorí len 1 – 2 %.

Počas série po sebe nasledujúcich fáz spracovania sa z pro-RNA (transkript) odstránia niektoré fragmenty, ktoré nie sú potrebné v nasledujúcich fázach, a upravia sa nukleotidové sekvencie.

Pri uzávere 7-metylguanozín je pripojený k 5" koncu transkriptu cez trifosfátový mostík, ktorý ich spája v nezvyčajnej polohe 5"-5", ako aj metylácia ribóz prvých dvoch nukleotidov. Proces uzatvárania začína ešte pred koniec transkripcie pro-RNA molekuly. Pri tvorbe pro-i-RNA (ešte pred 30. nukleotidom) sa na 5" koniec nesúci puríntrifosfát pridá guanín, po čom nastáva metylácia.

Funkcie skupiny uzáverov:

ü regulácia exportu mRNA z jadra;

ü ochrana 5" konca transkriptu pred exonukleázami;

ü účasť na iniciácii translácie: rozpoznanie molekuly mRNA malými podjednotkami ribozómu a správna inštalácia mRNA na ribozóm.

Polyadenylácia spočíva v naviazaní zvyškov kyseliny adenylovej na 3“ koniec transkriptu, čo je uskutočnené špeciálnym enzýmom poly(A) polymerázou.

Keď je syntéza pro-RNA dokončená, potom vo vzdialenosti približne 20 nukleotidov v smere k 3" koncu od sekvencie 5"-AAUAA-3" dôjde k štiepeniu špecifickou endonukleázou a od 30 do 300 AMP. zvyšky sa pridajú na nový 3" koniec (syntéza bez templátu).

Spájanie [Angličtina] „splice“ – spájať, spájať]. Po polyadenylácii sa pro-RNA podrobuje odstraňovaniu intrónov. Tento proces je katalyzovaný spliceozómami a nazýva sa zostrih. V roku 1978 Philip Sharp(Massachusetts Institute of Technology) objavil fenomén zostrihu RNA.

Zostrih je znázornený pre väčšinu mRNA a niektoré tRNA. Autosplicing r-RNA bol nájdený v prvokoch. Zostrih bol dokonca preukázaný pri archeobaktériách.

Neexistuje jediný spojovací mechanizmus. Bolo opísaných najmenej 5 rôznych mechanizmov: v niektorých prípadoch je zostrih realizovaný maturázovými enzýmami, v niektorých prípadoch je do procesu zostrihu zapojená s-RNA. V prípade autosplicingu dochádza k procesu v dôsledku terciárnej štruktúry pro-r-RNA.

Pre mRNA vyšších organizmov Existujú povinné pravidlá spájania:

Pravidlo 1 . 5" a 3" konce intrónu sú veľmi konzervatívne: 5"(GT-intron-AG)3".

Pravidlo 2 . Pri spájaní kópií exónov sa rešpektuje poradie ich umiestnenia v géne, ale niektoré z nich môžu byť vyradené.

Presnosť zostrihu je regulovaná s-RNA : malé jadrové RNA (snRNA), ktoré majú oblasti komplementárne ku koncom intrónov. snRNA je komplementárna k nukleotidom na koncoch intrónov – dočasne sa na ne naviaže, čím sa intrón vtiahne do slučky. Konce kódujúcich fragmentov sa spoja, po čom sa intrón bezpečne odstráni z reťazca.

③ VYSIELANIE[z lat. „translatio“ – transfer] spočíva v syntéze polypeptidového reťazca v súlade s informáciou zakódovanou v mRNA. Molekula mRNA (po spracovaní v eukaryotoch a bez spracovania v prokaryotoch) sa zúčastňuje ďalšieho procesu matrice - vysielania(syntéza polypeptidov), ktorá sa vyskytuje na ribozómoch (obr. 58).

Ribozómy sú najmenšie nemembránové bunkové organely a sú možno najkomplexnejšie. V klietke E. coli Prítomných je asi 103 – 5x103 ribozómov. Lineárne rozmery prokaryotický ribozóm 210 x 290 Á. V eukaryotoch - 220 x 320 Å.

Existujú štyri triedy ribozómov:

1. Prokaryotické 70S.

2. Eukaryotické 80S.

3. Ribozómy mitochondrií (55S – u zvierat, 75S – u húb).

4. Ribozómy chloroplastov (70S u vyšších rastlín).

S – sedimentačný koeficient alebo Svedbergova konštanta. Odráža rýchlosť sedimentácie molekúl alebo ich zložiek počas centrifugácie v závislosti od konformácie a molekulovej hmotnosti.

Každý ribozóm pozostáva z 2 podjednotiek (veľkej a malej).

Zložitosť vyplýva zo skutočnosti, že všetky ribozomálne elementy sú prítomné v jednej kópii, s výnimkou jedného proteínu, ktorý je prítomný v 4 kópiách v podjednotke 50S a nemožno ho nahradiť.

rRNA slúžia nielen ako skelety pre ribozomálne podjednotky, ale sú tiež priamo zapojené do syntézy polypeptidov.

23S r-RNA je zahrnutá v katalytickom peptidyltransferázovom centre, 16S r-RNA je potrebná pre inštaláciu na 30S podjednotku iniciačného kodónu i-RNA, 5S r-RNA je nevyhnutná pre správnu orientáciu aminoacyl-tRNA na ribozóm.

Všetky rRNA majú vyvinutú sekundárnu štruktúru: asi 70 % nukleotidov je zostavených do vláseniek.

rRNA sú z veľkej časti metylované (skupina CH 3 v druhej polohe ribózy, ako aj v dusíkatých bázach).

Poradie zostavovania podjednotiek z rRNA a proteínov je prísne definované. Podjednotky, ktoré nie sú navzájom spojené, sú disociované ribozómy. Spojené - asociované ribozómy. Asociácia vyžaduje nielen konformačné zmeny, ale aj horčíkové ióny Mg 2+ (až 2x10 3 iónov na ribozóm). Horčík je potrebný na kompenzáciu negatívneho náboja rRNA. Všetky reakcie syntézy matrice (replikácia, transkripcia a translácia) sú spojené s iónmi horčíka Mg 2+ (v menšej miere s iónmi mangánu Mn 2+).

Molekuly TRNA sú relatívne malé nukleotidové sekvencie (75-95 nukleotidov), komplementárne spojené v určitých oblastiach. V dôsledku toho vzniká štruktúra, ktorá tvarom pripomína ďatelinový list, v ktorom sa rozlišujú dve najdôležitejšie zóny - akceptorová časť a antikodón.

Akceptorová časť tRNA pozostáva z komplementárne spojených 7 párov báz a o niečo dlhšej jedinej sekcie končiacej na 3' konci, ku ktorej je pripojená transportovaná zodpovedajúca aminokyselina.

Ďalšou dôležitou oblasťou tRNA je antikodón pozostávajúce z troch nukleotidov. Pomocou tohto antikodónu t-RNA podľa princípu komplementarity určuje svoje miesto na mRNA, čím určuje poradie pridávania aminokyseliny, ktorú transportuje do polypeptidového reťazca.

Spolu s funkciou presného rozpoznávania špecifického kodónu v mRNA molekula tRNA viaže a dodáva na miesto syntézy proteínu špecifickú aminokyselinu pripojenú enzýmom aminoacyl-tRNA syntetázy. Tento enzým má schopnosť priestorovo rozpoznať na jednej strane antikodón tRNA a na druhej strane zodpovedajúcu aminokyselinu. Transportné RNA sa používajú na transport 20 typov aminokyselín.

Proces interakcie medzi mRNA a tRNA, ktorý zabezpečuje preklad informácií z jazyka nukleotidov do jazyka aminokyselín, sa uskutočňuje na ribozómoch.

Ribozómy sú komplexné komplexy ribozomálnej RNA (rRNA) a rôznych proteínov. Ribozomálna RNA nie je len konštrukčný komponent ribozómy, ale tiež zaisťuje jeho väzbu na špecifickú nukleotidovú sekvenciu mRNA, čím sa ustanoví začiatok a čítací rámec počas tvorby peptidového reťazca. Okrem toho zabezpečujú interakciu ribozómu s tRNA.

Ribozómy majú dve zóny. Jeden z nich drží rastúci polypeptidový reťazec, druhý drží mRNA. Okrem toho majú ribozómy dve väzbové miesta pre t-RNA. Aminoacylová oblasť obsahuje aminoacyl-tRNA nesúcu špecifickú aminokyselinu. Peptidyl obsahuje t-RNA, ktorá sa uvoľňuje zo svojej aminokyseliny a opúšťa ribozóm, keď sa presunie do jedného kodónu mRNA.

Počas procesu prekladu sa rozlišujú: etapy :

1. Fáza aktivácie aminokyselín . Aktivácia voľných aminokyselín sa uskutočňuje pomocou špeciálnych enzýmov (aminoacyl-tRNA syntetázy) v prítomnosti ATP. Každá aminokyselina má svoj vlastný enzým a vlastnú tRNA.

Aktivovaná aminokyselina sa spojí so svojou tRNA a vytvorí komplex aminoacyl-tRNA (aa-tRNA). Len aktivované aminokyseliny sú schopné vytvárať peptidové väzby a vytvárať polypeptidové reťazce.

2. Zasvätenie . Začína sa spojením vedúceho 5" konca mRNA s malou podjednotkou disociovaného ribozómu. K spojeniu dochádza tak, že štartovací kodón (vždy AUG) končí v „nedokončenom“ P-mieste. aa-t-RNA komplex sa pomocou t-RNA antikodónu (UAC) naviaže na štartovací kodón mRNA.Existuje množstvo (najmä v eukaryotoch) proteínov - iniciačné faktory.

U prokaryotov štartovací kodón kóduje N-formylmetionín a u eukaryotov kóduje N-metionín. Následne sú tieto aminokyseliny štiepené enzýmami a nie sú zahrnuté v proteíne. Po vytvorení iniciačného komplexu sa podjednotky zjednotia a P- a A-miesta sa „doplnia“ (obr. 60).

3. Predĺženie . Začína sa pridaním druhého komplexu aa-tRNA s antikodónom komplementárnym k ďalšiemu kodónu mRNA k A-miestu mRNA. Ribozóm obsahuje dve aminokyseliny, medzi ktorými vzniká peptidová väzba. Prvá tRNA sa uvoľní z aminokyseliny a opustí ribozóm. Ribozóm sa pohybuje po vlákne mRNA o jeden triplet (v smere 5"→3"). 2. aa-tRNA sa presúva do P-miesta, čím sa uvoľňuje A-miesto, ktoré je obsadené ďalšou 3. aa-tRNA. Rovnakým spôsobom sa pridávajú 4., 5. atď. aminokyseliny, ktoré prinášajú ich tRNA.

4. Ukončenie . Dokončenie syntézy polypeptidového reťazca. Vyskytuje sa, keď ribozóm dosiahne jeden zo stop kodónov. Existujú špeciálne bielkoviny ( terminačné faktory), ktoré uznávajú tieto oblasti.

Jedna molekula mRNA môže obsahovať niekoľko ribozómov (táto formácia sa nazýva polyzóm), čo umožňuje syntézu niekoľkých polypeptidových reťazcov súčasne

Za účasti prebieha proces biosyntézy bielkovín viacšpecifické biochemické interakcie. Predstavuje základný proces prírody. Napriek extrémnej zložitosti (najmä v eukaryotických bunkách) trvá syntéza jednej molekuly proteínu len 3-4 sekundy.

Aminokyselinová sekvencia je postavená pomocou transferových RNA (tRNA), ktoré tvoria komplexy s aminokyselinami – aminoacyl-tRNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú t-RNA, ktorá má zodpovedajúci antikodón, ktorý sa „zhoduje“ s kodónom mRNA. Počas translácie sa ribozóm pohybuje pozdĺž mRNA a pri tom rastie polypeptidový reťazec. Biosyntéza bielkovín je zabezpečená energiou ATP.

Hotová proteínová molekula sa potom odštiepi z ribozómu a transportuje na požadované miesto v bunke, ale proteíny vyžadujú dodatočnú posttranslačnú modifikáciu, aby dosiahli svoj aktívny stav.

Biosyntéza bielkovín prebieha v dvoch fázach. Prvý stupeň zahŕňa transkripciu a spracovanie RNA, druhý stupeň zahŕňa transláciu. Počas transkripcie enzým RNA polymeráza syntetizuje molekulu RNA, ktorá je komplementárna k sekvencii zodpovedajúceho génu (časť DNA). Terminátor v nukleotidovej sekvencii DNA určuje, v ktorom bode sa transkripcia zastaví. Počas série po sebe idúcich krokov spracovania sa z mRNA odstránia niektoré fragmenty a nukleotidové sekvencie sa len zriedka upravujú. Po syntéze RNA na templáte DNA sú molekuly RNA transportované do cytoplazmy. Počas translačného procesu sa informácie zaznamenané v nukleotidovej sekvencii prekladajú do sekvencie aminokyselinových zvyškov.

19.DNA. Štruktúra, vlastnosti, kódový systém.

V prokaryotických organizmoch sa primárne transkripty -kódujúcich génov začínajú používať ako templáty na syntézu proteínov ešte pred dokončením transkripcie. Transkripcia a preklad v prokaryotoch sú spojený proces. Prokaryotické transkripty rRNA a tRNA sú oveľa dlhšie ako zodpovedajúce zrelé molekuly RNA. Mnohé transkripty tRNA teda obsahujú viac ako jednu molekulu tRNA. Pre prokaryotické organizmy je teda spracovanie primárnych transkriptov rRNA a tRNA nevyhnutný krok tvorba zrelých molekúl.

Takmer všetky primárne transkripty RNA v eukaryotoch prechádzajú komplexným spracovaním v období medzi ich syntézou a začiatkom ich implementácie zodpovedajúcej funkcie - ako mRNA alebo ako nezávislé štruktúrne faktory, ako je tRNA. Spracovanie prebieha predovšetkým v samotnom jadre. Spracovanie zahŕňa zakrytie, štiepenie a ligačné reakcie, pridanie ďalších koncových nukleotidov a modifikáciu nukleozidov. 50 až 75 % cicavčej jadrovej RNA, vrátane 5-uzavretých vlákien, nie je následne zahrnutých do cytoplazmatickej mRNA. Toto množstvo straty intranukleárnej RNA je výrazne vyššie, ako sa dá vypočítať, ak sa vezme do úvahy iba odstránenie nekódujúcich oblastí transkriptov (pozri nižšie). Presná funkcia „nadbytočnej“ RNA v jadre cicavčích buniek zostáva neznáma.

Vďaka vývoju metód reštrikčného mapovania a sekvenovania molekúl DNA bolo možné zistiť, že v mnohých eukaryotických génoch sa medzi exónmi (t. j. fragmentmi kódujúcich sekvencií) nachádzajú rozšírené úseky DNA, ktoré nenesú genetickú informáciu priamo preloženú do aminokyselinová sekvencia proteínov (pozri kapitolu 38). Takéto intervenujúce sekvencie alebo intróny sa nachádzajú vo väčšine, ale nie vo všetkých génoch vyšších eukaryotov. Primárne transkripty štruktúrnych génov tiež zahŕňajú oblasti zodpovedajúce nitrónom. V procese nazývanom zostrih sú tieto oblasti primárneho transkriptu presne vyrezané a zodpovedajúce exóny sú spojené dohromady. Proces prebieha v jadre, následne vytvorené molekuly mRNA vstupujú do cytoplazmy, kde sú translatované (obr. 39.9).

Presné mechanizmy bezchybnej excízie intrónov a zosieťovania exónov a transportu RNA do cytoplazmy sú stále neznáme. Avšak, výskum v posledných rokoch priniesol veľa nových informácií o týchto procesoch. Hoci sú nukleotidové sekvencie v intrónoch, dokonca aj v rámci toho istého transkriptu, veľmi heterogénne, je možné identifikovať konsenzuálnu sekvenciu pre každé z dvoch spojení intrónov s exónmi (miestami zostrihu) (obr. 39.10). Konsenzuálna sekvencia miest zostrihu na hranici intrón-exón tomu tak nie je

Ryža. 39.9. Umiestnenie kódujúcich a nekódujúcich sekvencií (intrónov) v štruktúre génu kuracieho ovalbumínu. Na obrázku sú informačné segmenty, ktoré tvoria zrelú mRNA, očíslované a zvýraznené čiernou farbou. Primárny transkript začína naľavo od L exónu a končí v 3-netranslatovanej oblasti po exóne 7. Štruktúra zrelej mRNA je znázornená v spodnej časti obrázku; Nad ním sú čísla exónov a pod nimi sú čísla sekvencií nukleotidov, bod iniciácie translácie a poloha stop kodónu.

jedinečný, aby sa zabezpečilo jeho vysoko špecifické štiepenie výlučne pôsobením špecializovanej endonukleázy. Malá jadrová RNA (U1 RNA) prítomná vo významných množstvách obsahuje sekvenciu komplementárnu ku konsenzuálnej sekvencii miesta zostrihu (obr. 39.11). Okrem toho sa zistilo, že molekuly U1-RNA v eukaryotickom jadre sa špecificky viažu na určité proteínové faktory. Takéto komplexy RNA-proteín sa selektívne spájajú s 5- a 3-sekvenčnými miestami zostrihu v RNA. Protilátky proti proteínovému komplexu U1 inhibujú proces excízie intrónu in vitro.

Je zaujímavé, že protilátky proti niektorým špecifickým komplexom proteínov U1 sa našli u pacientov s autoimunitným ochorením systémovým lupus erythematosus. Ako to priamo súvisí so samotnou chorobou, je stále nejasné.

Nedávno sa zistilo, že proces odstraňovania intrónov z prekurzorových molekúl mRNA vytvára nezvyčajnú štruktúru podobnú slučke. Ukázalo sa, že 5-koniec sekvencie intrónu je spojený T-5-fosfodiesterovou väzbou s adenylátom umiestneným vo vzdialenosti 28-37 nukleotidov od jej 3-konca. Tento proces a zodpovedajúce štruktúry sú schematicky znázornené na obr. 39.12.

Čo sa týka hádanky vzťahov a zodpovedajúcich zrelých, tú už možno považovať za vyriešenú. Heterogénna jadrová RNA pozostáva z primárnych transkriptov plus molekúl umiestnených na skoré štádia spracovanie, ktoré sa po zaviečkovaní, pridaní poly A-chvostu a odstránení intrónov transportujú do cytoplazmy už vo forme zrelých

Spracovanie je ďalším potenciálnym bodom regulácie génovej expresie. Bola teda preukázaná možnosť alternatívneho zostrihu pre rovnaký primárny transkript. Napríklad mRNA a-amylázy z slinné žľazy a z pečene potkana sa navzájom líšia v štruktúre 5-koncových oblastí sekvencie. Zvyšné oblasti mRNA, vrátane kódujúcej oblasti a polyadenylačného miesta, sú identické. Ďalšia analýza ukázala, že dve rôzne zakryté vedúce sekvencie sa pripájajú k rovnakému telu mRNA

Ryža. 39.11. Navrhovaný mechanizmus identifikácie miesta zostrihu, keď sú intróny odstránené, tvorí komplementárny komplex s distálnym koncom konsenzuálnej sekvencie miesta zostrihu na 3. konci exónu a. Druhý koniec interaguje s konsenzuálnym zostrihovým miestom exónu b. Štruktúra označená bodkovanou čiarou je vyrezaná a molekula je zosieťovaná pozdĺž G zvyškov (šrafovaný rámček).

Ryža. 39.12. Navrhovaná zostrihová dráha Štiepenie v mieste - je sprevádzané vytvorením slučky a jej následným uvoľnením v dôsledku štiepenia z exónu b. Intrón je znázornený ako čiara, exóny a a b ako štvorce. Tieto reakcie sa vyskytujú za účasti tých, ktorí sú zjednotení v silnom komplexe, ktorý je súčasťou ribonukleoproteínovej štruktúry, ktorá sa nazýva „spliceozóm“.

používajú sa rôzne miesta zostrihu. Ďalším príkladom alternatívneho zostrihu je tvorba molekúl mRNA kódujúcich dva ťažké reťazce imunoglobulínov. Jedna molekula mRNA kóduje na membránu viazaný ťažký reťazec a druhá kóduje secernovaný ťažký reťazec (pozri kapitolu 41). Zostrih je teda nevyhnutný na tvorbu zrelých molekúl mRNA a navyše môže byť použitý ako jeden z mechanizmov diferenciálnej génovej expresie.

Ako sa ukázalo, aspoň jedna forma β-talasémie, ochorenia, pri ktorom je úroveň expresie jedného z hemoglobínových reťazcov výrazne znížená, je výsledkom nukleotidovej substitúcie na hranici intrón-exón, ktorá bráni odstráneniu intrónu a vedie k zníženiu alebo úplnému potlačeniu syntézy β-talasémie.reťazcov.

Messenger RNA (mRNA)

Ako je uvedené vyššie, cicavčie molekuly obsahujú kryciu štruktúru na 3" konci a vo väčšine prípadov polyadenylátový koniec na 3" konci. Krycia štruktúra sa pridá k mRNA v jadre predtým, ako sa mRNA prenesie do cytoplazmy. Štruktúra polyA je pripojená k 3" koncu transkriptu buď v jadre alebo v cytoplazme. Sekundárna metylácia molekuly mRNA vrátane 2-hydroxylových skupín a atómov N6 adenylátu

zvyšky sa vyskytujú po prechode molekuly RNA do cytoplazmy. Tento proces sa môže vyskytnúť aj v jadre a zohráva určitú úlohu pri spájaní. Zdá sa, že krycia štruktúra je nevyhnutná na vytvorenie nukleoproteínového komplexu, ktorý je zase nevyhnutný na zostrih. Okrem toho sa môže podieľať na iniciácii transportu a prekladu

Funkcia polyadenylátového konca mRNA nie je známa. V mnohých prípadoch prítomnosť alebo neprítomnosť poly A priamo nesúvisí s transportom do cytoplazmy, pretože nie všetky polyadenylované heterogénne jadrové RNA sa uvoľňujú do cytoplazmy a nie všetky cytoplazmatické RNA sú polyadenylované. V bunkách cicavcov sa počas procesov prebiehajúcich v cytoplazme môžu polyadenylátové „chvosty“ mRNA buď predĺžiť, alebo skrátiť.

Obrat mRNA obsahujúcej polyA v kultivovaných cicavčích bunkách je proces prvého rádu s hodnotou blízkou času zdvojnásobenia počtu buniek v kultúre. Kinetika degradácie histónových nepoly A štruktúr je proces nultého rádu, charakterizovaný degradáciou závislou od veku so životnosťou približne 6 hodín. Zatiaľ nie je jasné, či sú tieto rozdiely spojené s prítomnosťou alebo neprítomnosťou terminálnych polyA sekvencií alebo s niektorými inými štruktúrnymi znakmi molekúl mRNA tejto triedy.

Veľkosť molekúl cytoplazmatickej mRNA, dokonca aj po odstránení poly A reťazca, zostáva výrazne väčšia (často 2-3 krát), ako je potrebné na kódovanie zodpovedajúceho polypeptidu. Na oboch 5- a 3-koncoch preloženej oblasti je nadbytok nepreložených oblastí a spravidla 3-nepreložená oblasť dosahuje väčšiu dĺžku. Presná funkcia týchto sekvencií nie je známa; existuje dôvod domnievať sa, že sa podieľajú na spracovaní, transporte, degradácii a translácii RNA.

Prenos RNA (tRNA)

Molekuly, ako sú opísané v kap. 37 a 40, vykonávajú funkciu adaptorových molekúl počas translácie do proteínových sekvencií. Molekuly obsahujú veľa neobvyklých („vedľajších“) báz nukleových kyselín. Niektoré z nich sú metylované deriváty konvenčných zásad, iné obsahujú nekonvenčné glykozidické väzby. Molekuly tRNA pro- aj eukaryotov sú spočiatku transkribované vo forme veľkých prekurzorov, ktoré často obsahujú viac ako jednu molekulu tRNA, ktoré podliehajú nukleolintickému spracovaniu pôsobením špeciálnej triedy ribonukleáz. Okrem toho gény niektorých tRNA obsahujú jeden intrón dlhý 10-40 nukleotidov, ktorý sa nachádza bezprostredne pred oblasťou zodpovedajúcou antikodónovému ramenu. Preto spracovanie primárnych transkriptov mnohých molekúl tRNA musí zahŕňať štádium odstránenia intrónov a presného zostrihu do kodónu – rozpoznávacej oblasti. Tento krok je rozhodujúci pre to, aby tRNA fungovali ako adaptorové molekuly pri syntéze proteínov. Nukleolytické spracovanie prekurzorov tRNA zjavne nie je riadené samotnou nukleotidovou sekvenciou, ale špeciálnou trojrozmernou štruktúrou, ktorú môžu molekuly tRNA vytvárať, a preto sa realizuje len pre molekuly schopné poskladať sa do určitých funkčných štruktúr.

Ďalšie modifikácie molekúl tRNA zahŕňajú alkyláciu nukleotidov a pridanie charakteristického tripletu CCA na 3. koniec molekuly. Tento triplet slúži ako bod pripojenia zodpovedajúcej aminokyseliny riadenej touto molekulou tRNA do reakcie syntézy polypeptidu. Metylácia cicavčích prekurzorov tRNA sa pravdepodobne vyskytuje v jadre a štiepenie a pripojenie tripletu CCA nastáva v cytoplazme, pretože rýchlosť premeny pre terminálnu časť tRNA je vyššia ako pre molekulu ako celok. Na pripojenie aminokyseliny ku koncu CCA sú potrebné určité enzýmy v cytoplazme buniek cicavcov.

Ribozomálne RNA (rRNA)

V cicavčích bunkách sú molekuly ribozomálnej RNA (dve hlavné a jedna vedľajšia) transkribované ako súčasť veľkého spoločného primárneho transkriptu (obr. 39.13). Spracovanie tohto transkriptu s tvorbou zrelých transkriptov transportovaných do cytoplazmy prebieha v jadierku, kde sú lokalizované samotné gény ribozomálnej RNA. V každej bunke sú stovky kópií týchto génov. Transkripčné jednotky obsahujú sekvencie usporiadané za sebou v smere 5-3. Veľkosť primárneho transkriptu podlieha intenzívnej metylácii priamo v jadierku. V tomto prekurzore zodpovedajúca oblasť obsahuje 65 metylovaných ribózových zvyškov a 5 metylovaných báz nukleových kyselín. K metylácii dochádza iba v oblastiach, ktoré následne tvoria zrelé molekuly rRNA. Prekurzor 458 prechádza nukleolytickým spracovaním, ale signály spracovania sa výrazne líšia od zodpovedajúcich signálov. Pravdepodobne sa mechanizmus spracovania tiež líši od mechanizmu nukleolytického spracovania počas dozrievania.

Ryža. 39,13. Schéma tvorby zrelej ribozomálnej RNA pri spracovaní prekurzorových molekúl RNA. Finálny produkt označené čiernymi obdĺžnikmi. (Reprodukované so súhlasom Perryho R. P.: Processing of RNA Annu. Rev. Biochem. 1976, 45:605.)

Takmer polovica pôvodného primárneho prepisu (obr. 39.13) je degradovaná. Počas spracovania dochádza k ďalšej metylácii v jadierkach, kde sa viaže na ribozomálne proteíny a tvorí veľkú podjednotku ribozómu. Molekula sa tvorí aj v jadierku a je integrálnou súčasťou veľkej ribozomálnej podjednotky. Molekula v kombinácii so sadou zodpovedajúcich polypeptidov tvorí malú podjednotku ribozómu.