Головна

процесинг РНК

  1.  процесинг
  2.  Процесинг поліпептидних ланцюгів білків
  3.  процесинг зусилля
  4.  СТАНДАРТНИЙ ПРОЦЕСИНГ
  5.  Транскрипція, генетичний код, процесинг РНК.

Процесинг РНК розглянемо в основному на прикладі процесингу мРНК, щодо інших класів РНК відзначимо лише особливості процесингу їх первинних транскриптів.

Первинні транскрипти мРНК, що становлять основну масу гяРНК, істотно відрізняються від зрілих мРНК вже за своїми розмірами. Великі розміри гяРНК обумовлені тим, що в складі гяРНК є послідовності нуклеотидів, еквівалентні Інтрони; крім того, на 3'Д кінці молекули є зайва послідовність, що утворюється за рахунок проскаківанія РНКполімерази на спейсер за кінець останнього екзона кодує області гена. Слід також зазначити, що в первинному транскрипт на його 5 'кінці відсутня КЕП, а на 3'Д кінці немає поліаденілатного блоку. Нарешті, первинний транскрипт синтезується тільки з головних нуклеотидів, тоді як в молекулах зрілих РНК присутні мінорні нуклеотиди. Таким чином, процесинг мРНК повинен включати в себе вправах, кепірованіе первинного транскрипту, по-друге, видалення послідовностей, еквівалентних Інтрони з подальшим з'єднанням ділянок РНК, еквівалентним Екзонно так званий сплайсинг, по-третє, формування 5'конца молекули, що включає в себе видалення зайвої послідовності нуклеотидів і приєднання поліаденілатного блоку, по-четверте, перетворення частини основних нуклеотидів в мінорні.

Кепірованіе майбутньої молекули мРНК відбувається вже в ході синтезу первинного транскрипту, коли довжина синтезованої молекули РНК досягає приблизно 30 нуклеотидних залишків. До 5'концевому залишку синтезується ланцюга РНК спочатку приєднується за допомогою пірофосфатной зв'язку гуаніловий нуклеотид, а потім гуанін цього нуклеотидного залишку метіліруется. Крім того, метилированию піддається залишок рибози сусіднього нуклеотидного залишку, так що на 5 'кінці молекули формується структура:

Формування 3'конца молекули йде в два етапи: на першому етапі від первинного транскрипту видаляється зайва 3'концевая послідовність. В кінці останнього екзона будь-якого гена є послідовність дезоксирибонуклеотидов, при зчитуванні якій на відстані від 10 до 30 нуклеотидів до точки розрізання первинного транскрипту в його структурі з'являється послідовність ААUААА. Спеціальний фермент поліАполімераза дізнається цю послідовність і отщепляет від первинного транскрипту всю зайву послідовність нуклеотидів, а потім приєднує до 3'концу молекули від 100 до 200 залишків адениловой кислоти, формуючи таким чином поліаденілатний блок на 3'конце молекули.

Цікаво, що і кепірованіе, і поліаденілювання можливо тільки в присутності РНКполімерази II. Здається, ферменти, відповідальні за ці два процеси, тісно пов'язані з РНКполімеразой II і в її відсутності неактивні.

Сплайсинг, т. Е. Видалення з первинного транскрипту послідовностей, еквівалентних Інтрони, являє собою досить складну задачу, особливо якщо згадати, що число інтронів в деяких генах становить кілька десятків. За сучасними уявлення цей процес йде на структурно організованих частинках сплайсосома, основу яких складають спеціальні білки. До складу сплайсосом входять також малі ядерні рібонуклеопротєїдниє частки, причому саме останні відповідальні за розрізання первинних транскриптів з видаленням интронов і подальшим з'єднанням кінців екзонів. Прийнято вважати, що для видалення кожного інтрону необхідне формування окремої сплайсосома.

Схема сплайсингу, що включає проміжне утворення

Перетворення головних нуклеотидів РНКтранскріпта в мінорні починається вже по ходу збірки рібонуклеотідной ланцюга і триває протягом усього процесингу. За деякими даними воно може тривати і після надходження мРНК в цитозоль. Ця «мінорізація» нуклеотидів включає в себе досить велику кількість варіантів їх хімічної модифікації, такі як метилювання азотистих основ і араб, гідроксіметілірованіе і ацетилювання азотистих основ, відновлення урацила до дігідроураціла або перетворення уріділовой кислоти в псевдоуріділовую кислоту, зустрічається також і гликозилирование головних мононуклеотидів. З різних природних об'єктів виділено близько 50 варіантів мінорних нуклеотидів.

Синтезовані молекули мРНК переміщуються з ядра в цитоплазмі. До теперішнього часу мало що відомо про механізм цього процесу. Припускають, що в ядерних порах є спеціальні белкірецептори, які «дізнаються» зрілі мРНК і за допомогою механізму активного транспорту переносять їх через ядерну мембрану. Молекули мРНК, які не пройшли повністю процесинг, не можуть брати участь в цьому перенесення. Рибосомальна РНК синтезується на тандемно расположеннихкопіях ідентичних генів. У геномі людини є близько 200 копій гена в розрахунку на гаплоїдний геном. Тандеми цих генів розташовані на 5 різних хромосомах. Гени транскрибируются РНКполімеразой I, причому первинний транскрипт містить рібонуклеотідние послідовності 3 з 4 Хвороби: 18SРНК, 28SРНК і 5,8S РНК. В ході процесингу відбувається розрізання первинного транс крипта з видаленням зайвих послідовностей. Четверта молекула рРНК 5SРНК утворюється окремо. Гени рРНК розташовані в петлях ДНК, що знаходяться в полісом. Тут же відбувається і утворення готових молекул рРНК. Безпосередньо в полісом рРНК взаємодіють зі вступниками сюди білками з утворенням рибосом. Далі рибосоми з ядерця надходять в цитозоль, де відбувається їх остаточне формування за рахунок взаємодії з цитозольними білками.

Транспортні РНК та 5SрРНК синтезуються за участю РНКполімерази III. Молекули тРНК спочатку утворюються у вигляді великих попередників, які зазвичай містять нуклеотидні послідовності для декількох молекул тРНК. Ці первинні транскрипти піддаються нуклеолітіческому процесингу під дією спеціальних нуклеаз, в ході якого із загального попередника виділяються окремі нуклеотидні послідовності, характерні для тієї чи іншої тРНК. Крім того, в складі генів деяких тРНК є інтрон, він також видаляється в ході нуклеолітіческого процесингу. Подальша модифікація молекул тРНК включає в себе перетворення частини основних нуклеотидів, з яких був синтезований первинний транскрипт, в мінорні за рахунок різних варіантів їх хімічної модифікації, а також приєднання до 3'концу молекули трінуклеотідамі ССА, службовця акцепторні кінцем кожної тРНК.

2.3. Синтез білкових молекул в клітинах еукаріот

Процес біосинтезу білка часто ототожнюється з поняттям «трансляція», хоча два цих терміна далеко не рівнозначні. У поняття «біосинтез білка» входять наступні процеси:

а). Підготовка пластичного матеріалу для збірки поліпептидних ланцюгів на рибосомах процес рекогніціі (впізнавання).

б). Збірка поліпептидних ланцюгів на рибосомах відповідно до інформації, що поставляється на рибосоми мРНК процес трансляції.

в). Процесинг поліпептидних ланцюгів з утворенням функціонально повноцінних білкових молекул.

У той же час, безумовно, процес трансляції є заключну фазу реалізації генетичної інформації в системі її перенесення в генеральному напрямку: ДНК Д> РНК Д> Білок.

Загальна схема процесів, що забезпечують синтез білка в клітинах:

2.3.1. Амінокислотний код і процес рекогніціі

Як відомо, послідовність амінокислот в поліпептидних ланцюгах білків зашифрована у вигляді послідовності трійок дезоксирибонуклеотидов або триплетів дезоксирибонуклеотидов в значущою ланцюга гена ДНК або у вигляді послідовності триплетів рибонуклеотидов в зоні трансляції мРНК. Оскільки безпосередньо в синте

зе поліпептидних ланцюгів білків бере участь мРНК, амінокислотний код зазвичай представляють у вигляді послідовності азотистих основ триплетів РНК.

З чотирьох головних нуклеотидів РНК з урахуванням послідовності їх розташування можна отримати 64 триплетів або кодону. 3 з них не кодують жодної амінокислоти і служать сигналами про закінчення збирання поліпептидного ланцюга, це терминирующего кодони УАА, УАГ і УГА. Таким чином, на 20 амінокислот припадає 61 кодон.

Основні властивості генетичного коду:

а). Код триплетний.

б). Код вироджених більшість амінокислот кодуються

за допомогою декількох кодонів. Наприклад, для Лей 6 кодонів, для Ала 4 кодону; тільки Мет і Три мають по одному кодону.

в). Код однозначний кожен триплет кодує тільки 1 амінокислоту.

г). Код універсальний на всіх рівнях живих систем конкретна амінокислота кодується одними і тими ж триплету. Винятки з цього правила зустрічаються, але вкрай рідко до теперішнього часу відомо лише чотири таких випадки.

д). Код неперекривающійся сусідні кодони не мають спільних нуклеотидів.

е). Код без ком між кодонами немає вставних нуклеотидів.

Один з кодонів АУГ має додаткове навантаження він виконує функцію ініціюючого кодону, якщо він розташований на початку зони трансляції мРНК.

Між кодонами мРНК і відповідними їм амінокислотами немає комплементарності, в зв'язку з чим сама послідовність кодонів мРНК не може безпосередньо визначати послідовність з'єднання амінокислот в поліпептид, подібно до того, як це відбувається реплікації або в ході транскрипції. Необхідні молекулиадаптори, які, з одного боку, могли б пов'язувати певну амінокислоту, а з іншого за рахунок комплементарного взаємодії з кодонами мРНК забезпечувати потрібну послідовність з'єднання амінокислот між собою відповідно до послідовності кодонів мРНК. Цю функцію виконують тРНК.

Кожна тРНК в своїй структурі має антикодон, здатний до комплементарному взаємодії з відповідним кодоном мРНК, проте тРНК не мають в своїй структурі ділянок, комплементарних тієї чи іншої амінокислоті. Приєднання амінокислоти до «своєї» тРНК, наприклад, Ала до тРНКАла, здійснюється за допомогою спеціальних ферментів аміноацілтРНКсінтетаз. Кожна аміноацілтРНКсінтетаза каталізує двухстадийную реакцію, на першому етапі якої в активному центрі ферменту зв'язується молекула »своєї» амінокислоти і молекула АТФ. Так, в активному центрі аланиновой аміноацілтРНКсінтетази пов'язується саме Ала і ніяка інша амінокислота. Фермент каталізує реакцію утворення аміноаціладенілата:

АміноацілтРНК

Амінокислота + АТФ> Аминоацил ~ АМФ + ФФ

синтетаза

Залишок амінокислоти зв'язується макроергічним зв'язком з фосфатної групою АМФ. Утворився аміноаціладенілат залишається пов'язаним з активним центром ферменту.

На другому етапі до активного центру ферменту приєднується тРНК, антикодон якої комплементарний кодону амінокислоти, пов'язаної в активному центрі в вигляді аміноаціладенілата. Фермент каталізує реакцію перенесення амінокислоти з АМФ на акцепторні трінуклеотідамі тРНК (3'АССтРНК), причому перенос амінокислотного залишку супроводжується і перенесенням енергії, т. Е. Зв'язок між залишком амінокислоти і тРНК також Макроергічні.

аминоацил

Аминоацил ~ АМФ + АССтРНК Д> Аминоацил ~ АССтРНК + АМФ

тРНКсінтетаза

У кожній клітині є як мінімум 20 різних аміноацілтРНКсінтетаз, по одній на кожну з 20 амінокислот. Точність роботи цих ферментів надзвичайно важлива, так як подальша доля амінокислоти, т. Е. Місце її включення в поліпептидний ланцюг, залежить тільки від тРНК. У спеціально проведених експериментах було показано, що якщо до тРНКАла приєднати іншу амінокислоту, наприклад, серин, то в синтезується поліпептидного ланцюга замість аланіну буде включатися серин.

АміноацілтРНКсінтетази певною мірою здатні контролювати точної своєї роботи: якщо на першому етапі в активному центрі ферменту утворився «неправильний» аміноаціладенілат, що містить «чужу» амінокислоту, то на другому етапі в ході зв'язування в активному центрі своєї тРНК відбувається впізнання виникла помилки і «неправильний» аміноаціладенілат розщеплюється. Наявність такого контролюючого механізму дозволяє істотно знизить частоту помилок при подальшій збірці поліпептидних ланцюгів білків.

2.3.2. Синтез поліпептидних ланцюгів на рибосомах (транскрипція)

Збірка поліпептидних ланцюгів білків відповідно до інформації, що надходить з ядра з матричної РНК, відбувається на рибосомах. Рибосоми еукаріот є клітинну органеллу, що складається з двох частин субодиниць: малої або 40S субодиниці, до складу якої входить 18S рРНК і 33 молекули білків, і великий або 60S субодиниці, що має в своєму складі три молекули рРНК (28S, 5,8S і 5S ) і 45 білкових молекул. У складі рибосоми є 4 функціональних центру: центр зв'язування мРНК; центр зв'язування тРНК, що несе синтезируемую поліпептидний ланцюг або Пцентр: центр зв'язування тРНК, що несе чергову амінокислоту, яка буде приєднуватися до синтезується поліпептидного ланцюга Ацентр;

Тцентр або пептидилтрансферазної центр, що забезпечує утворення пептидних зв'язків в синтезованих поліпептиді:

Процес транскрипції прийнято ділити на три етапи: ініціацію, елонгації і терминацию. Для ініціації синтезу поліпептиду необхідні рибосома, дисоційованому на субодиниці; ініціює мРНК, в якості якої в клітинах еукаріот використовується тРНКМет, навантажена метионином; мРНК; ГТФ; крім того, необхідно ніс

Скільки білків, так званих факторів ініціації: еФІ1, еФІ2, еФІ3, еФІ4 (А, В, С), причому фактор ініціації еФІ3 необхідний для дисоціації рибосоми на субодиниці.

Потім мРНК разом з КЕПсвязивающім білком взаємодіє з малою субодиницею рибосоми, навантаженої МеттРНК. Для цього взаємодії необхідні фактори ініціації еФІ1, еФІ4А, еФІ4Б, крім того, в ході взаємодії розщеплюється молекула АТФ. Для ефективного зв'язування мРНК з малою субодиницею рибосоми абсолютно необхідний КЕП, в відсутності Кепа зв'язування мРНК з 40Sсуб'едініцей практично не відбувається.

мет ІФ3

Далі мала субодиниця просувається по мРНК в напрямку від її Кепа до 3'концу, поки не досягне ініціюючого кодону АУГ. У складі мРНК завжди є кілька кодонів АУГ, які в межах її транслюється зони кодують метіонін, присутній в поліпептидних ланцюгах білків. Для впізнання кодону АУГ в якості саме ініціюючого кодону важливо його оточення. Оптимальною послідовністю нуклеотидів для впізнання ініціюючого кодону є послідовність АЦЦАУГГ.

Сформувався комплекс, що складається з малої субодиниці рибосоми, пов'язаної з мРНК і инициаторной МеттРНК підучив назва ініціюючого комплексу. Цей ініціює комплекс взаємодіє з великою (60S) субодиницею рибосоми, причому МеттРНК виявляється в Пцентре рибосоми. В ході цієї взаємодії відбувається розщеплення ГТФ до ГДФ і Ф, вивільняється КЕПсвязивающій білок і ряд факторів ініціації (еІФ2, еІФ3 і ін.)

Після приєднання великої субодиниці рибосоми МеттРНК виявляється в Пцентре рибосоми, а Ацентр вільний і може пов'язувати наступну аміноацілтРНК, антикодон якої комплементарний кодону мРНК, що знаходиться в Ацентре рибосоми. На цьому закінчується етап ініціації.

На наступному етапі етапі елонгації відбувається послідовне приєднання амінокислотних залишків до синтезується поліпептидного ланцюга в напрямку від її Nконца до Сконцу. Процес елонгації йде циклічно, причому в ході циклу поліпептидний ланцюг збільшується на один амінокислотний залишок.

Цикл елонгації починається з взаємодії аміноацілтРНК (АатРНК), антикодон якої комплементарний кодону мРНК, що знаходиться в Ацентре рибосоми, з ГТФ і білковим фактором елонгації I (ФЕ1):

Утворився комплекс взаємодіє з рибосомою. В ході взаємодії АатРНК зв'язується в Ацентре рибосоми так, що її антикодон взаємодіє з кодоном мРНК. ГТФ в ході взаємодії розщеплюється до ГДФ і Ф, забезпечуючи процес енергією. Після розщеплення ГТФ фактор елонгації ФЕ1 вивільняється і залишає

рибосому. В результаті в Ацентре рибосоми виявляється АатРНК, а в Пцентре виявляється тРНК, що несе синтезируемую поліпептидний ланцюг (або МеттРНК, якщо мова йде про перший циклі елонгації):

Під дією пептіділтрансферази Тцентра рибосоми синтезируемая поліпептидний ланцюг з тРНК, що знаходиться в Пцентре рибосоми (або залишок метіоніну з МеттРНК) переноситься на NH2группу амінокислоти, пов'язаної з тРНК в Ацентре рибосоми з утворенням пептидного зв'язку. Необхідна для утворення пептидного зв'язку енергія, вивільняється за рахунок розриву макроергічних зв'язку між амінокислотним залишком і тРНК.

Після перенесення пептідільний залишку вільна тРНК залишає Пцентр рибосоми, а рибосома за участю фактора елонгації ФЕ2 пересувається по мРНК в напрямку її 3'конца на відстань, рівну одному кодону. Енергетика цього переміщення рибосоми по мРНК забезпечується гідролізом молекули ГТФ до ГДФ і Ф. В результаті переміщення рибосоми в її Пцентре виявляється тРНК, що несе синтезується поліпептид (або дипептид на нашій схемі), а в її Ацентре наступний кодон матричної РНК:

Рибосома готова до нового циклу елонгації. Кількість циклів елонгації визначається кількістю кодонів в зоні трансляції мРНК. На освіту кожної пептидного зв'язку клітина витрачає 4 макроергічних еквівалента: 2 з них витрачаються на освіту аміноацілтРНК, оскільки в ході реакції, що каталізує аміноацілтРНКсінтетазой, АТФ розщеплюється до АМФ і 2Ф; ще 2 витрачаються в циклі елонгації, так як в ході кожного циклу 2 ГТФ розщеплюються до 2ГДФ і 2Ф.

Після багатьох циклів елонгації, в результаті яких синтезується поліпептидний ланцюг того чи іншого білка, в Ацентре рибосоми виявляється один з терминирующего кодонів: УАА, УГА, УАГ. Починається наступний етап етап термінації транскрипції. Поява в Ацентре терминирующего кодону впізнається за допомогою білкових вивільняє факторів або Rфакторов. Rфактори за участю ГТФ і пептіділтрансферази Тцентра рибосоми гидролизуют зв'язок між синтезованим полипептидом і тРНК, що знаходиться в П центрі рибосоми. Синтезований поліпептид йде з рибосоми. Далі з Пцентра рибосоми йде звільнена від синтезованого поліпептиду тРНК, а потім рибосома залишає мРНК. Вільна рибосома дисоціює на субодиниці і може починати синтез нової поліпептидного ланцюга.

На одній і тій же мРНК може працювати одночасно кілька рибосом. Изза досить великого власного розміру рибосом вони розташовуються на мРНК на відстані не менше 80 нуклеотидних залишків один від одного, проте на одній молекулі мРНК можуть одночасно працювати кілька десятків рибосом. Рибосоми, що працюють на одній молекулі мРНК, утворюють полірібосом або поліс.

В оцінці швидкості синтезу поліпептидного ланцюга в клітинах еукаріот в літературі існують великі розбіжності: від 100 амінокислотних залишків в хвилину до 2000 в хв. Частота помилок збірки поліпептидних ланцюгів становить 1х104. При середній довжині поліпептидних ланцюгів білків в 400 амінокислотних залишків 1 дефектна молекула доводиться на 25 синтезованих молекул білків.

Точність збірки поліпептидних ланцюгів контролюється на двох етапах: по-перше, на стадії освіти аміноацілтРНК, по-друге. на стадії зв'язування аміноацілтРНК з Ацентром рибосоми на етапі елонгації. Якщо до Ацентру рибосоми приєднується АатРНК, антикодон якої не комплементарен кодону мРНК, також знаходиться в Ацентре рибосоми, зв'язок цієї помилкової АатРНК з Ацентром нетривка і ця АатРНК залишає Ацентр раніше, ніж спрацює механізм утворення пептидного зв'язку.



 Схема роботи механізму реплікації ДНК |  Процесинг поліпептидних ланцюгів білків

 НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ І МАТРИЧНІ біосинтез |  НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ І МАТРИЧНІ біосинтез |  ДНКлігаза |  МУТАГЕНЕЗ І ЙОГО НАСЛІДКИ |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати