Επεξεργασία - αυτή είναι η ωρίμανση του preRNA που συντίθεται στο DNA και η μετατροπή του σε ώριμο RNA. Λαμβάνει χώρα στον πυρήνα του κυττάρου στους ευκαρυώτες.
Συστατικά της επεξεργασίας
- Μετακίνησηνουκλεοτίδια. Αποτέλεσμα: σημαντική μείωση στο μήκος και τη μάζα του αρχικού RNA.
- Ενταξηνουκλεοτίδια. Αποτέλεσμα: μια ελαφρά αύξηση στο μήκος και τη μάζα του αρχικού RNA.
- Τροποποίηση(τροποποίηση) νουκλεοτιδίων. Αποτέλεσμα: η εμφάνιση σπάνιων «εξωτικών» δευτερευόντων («μικρότερων») νουκλεοτιδίων στο RNA.
Αφαίρεση νουκλεοτιδίων
1. Χωρισμός μεμονωμένα νουκλεοτίδια, ένα κάθε φορά, από τα άκρα της αλυσίδας RNA. Εκτελείται από ένζυμα εξωνουκλεάσες. Τυπικά, το preRNA ξεκινά στο άκρο 5" του ATP ή του GTP και τελειώνει στο άκρο 3" με τις περιοχές GC. Χρειάζονται μόνο για την ίδια τη μεταγραφή, αλλά δεν χρειάζονται για να λειτουργήσει το RNA, επομένως διαχωρίζονται.
2. Αποκοπή Θραύσματα RNA που αποτελούνται από πολλά νουκλεοειδή. Εκτελείται από ένζυμα ενδονουκλεάσες. Με αυτόν τον τρόπο, οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων διαχωρισμού απομακρύνονται από τα άκρα του preRNA.
3. Τομή preRNA σε μεμονωμένα μεμονωμένα μόρια RNA. Εκτελείται από ένζυμα ενδονουκλεάσης. Με αυτόν τον τρόπο, λαμβάνεται ριβοσωμικό RNA (rRNA) και ιστονικό RNA (mRNA).
4. Συναρμολόγηση . Αυτό τομή μεσαίες τομές (ιντρονικές αλληλουχίες) από το preRNA και στη συνέχεια του ράψιμο . Η εκτομή πραγματοποιείται από ένζυμα ενδονουκλεάσης και η διασύνδεση πραγματοποιείται με λιγάσες. Το αποτέλεσμα είναι mRNA που αποτελείται μόνο από εξωνικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων. Όλα τα προ-mRNA είναι ματισμένα, εκτός από τα ιστονικά.
Ως αποτέλεσμα της αφαίρεσης νουκλεοτιδίων στο mRNA, για παράδειγμα, αντί για 9200 νουκλεοτίδια, μπορεί να παραμείνουν μόνο 1200.
Κατά μέσο όρο, μετά την επεξεργασία, μόνο το 13% του μήκους του προ-mRNA παραμένει στο ώριμο mRNA και το 87% χάνεται.
Προσθήκη νουκλεοτιδίων
Ένα τροποποιημένο νουκλεοτίδιο 7-μεθυλγουανυλίου συνδέεται στο pre-mRNA από το αρχικό άκρο 5" χρησιμοποιώντας έναν άτυπο πυροφωσφορικό δεσμό· αυτό είναι ένα συστατικό "καπάκι" ("καπάκια") mRNA. Αυτό το κάλυμμα δημιουργείται στο αρχικό στάδιο της σύνθεσης RNA για να προστατεύσει το εκκολαπτόμενο RNA από επιθέσεις των ενζύμων εξωνουκλεασών που αποκόπτουν τα τερματικά νουκλεοτίδια από το RNA.
Μετά την ολοκλήρωση της σύνθεσης του pre-mRNA, τα νουκλεοτίδια αδενυλίου προστίθενται διαδοχικά στο τελικό του τμήμα από το 3" άκρο από το ένζυμο πολυαδενυλική πολυμεράση, έτσι ώστε ένα πολυαδενυλικό "ουρά" περίπου 200-250 Α-νουκλεοτίδια. Οι στόχοι για αυτή τη διαδικασία είναι οι αλληλουχίες AAAAAAA και GGUUGUUGGUU στο τέλος του preRNA. Ως αποτέλεσμα, η ίδια η ουρά του preRNA κόβεται και αντικαθίσταται με μια ουρά polyA.
Βίντεο:Προμήθεια preRNA με κάλυμμα και ουρά
στο προ- tRNA ουρά στο 3" άκρο του δημιουργείται με τη διαδοχική προσθήκη τριών νουκλεοτιδίων: C, C και A. Αποτελούν τον κλάδο δέκτη του RNA μεταφοράς.
Τροποποίηση νουκλεοτιδίων
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τροποποιημένα δευτερεύοντα νουκλεοτίδια εμφανίζονται στο ώριμο RNA ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας και δεν ενσωματώνονται στο RNA κατά τη σύνθεσή του στο DNA.
Στα νουκλεοτίδια του καλύμματος υπάρχουν mRNA Εμφανίζεται μεθυλίωση της ριβόζης.
σε προ- rRNA Τα υπολείμματα ριβόζης μεθυλιώνονται επιλεκτικά σε όλο το μήκος της αλυσίδας, με συχνότητα περίπου 1%, δηλ. 1 νουκλεοτίδιο στα 100.
σε προ- tRNA η τροποποίηση γίνεται με τους πιο ποικίλους τρόπους. Για παράδειγμα, αν η ουριδίνη ανάγεται γίνεται διυδροουριδίνη, αν ισομεριστεί γίνεται ψευδουριδίνη, αν μεθυλιωθεί γίνεται μεθυλουριδίνη, η αδενοσίνη μπορεί να απαμινωθεί μετατρέπεται σε ινοσίνη και αν στη συνέχεια μεθυλιωθεί γίνεται μεθυλινοσίνη. Συμβαίνουν επίσης και άλλες τροποποιήσεις νουκλεοτιδίων.
Βίντεο:Λεπτομέρειες για την επεξεργασία
Αποτέλεσμα επεξεργασίας
Τα αρχικά preRNA συντομεύονται και τροποποιούνται . Τα κύτταρα εμφανίζονται στον πυρήνα ώριμο RNA ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ: rRNA (28S, 18S, 5.8S, 5S), tRNA (1-3 τύποι για καθένα από τα 20 αμινοξέα), mRNA (χιλιάδες επιλογές ανάλογα με τον αριθμό των γονιδίων που εκφράζονται σε ένα δεδομένο κύτταρο). Εδώ στον πυρήνα, το rRNA συνδέεται με ριβοσωμικές πρωτεΐνες και σχηματίζει μεγάλες και μικρές ριβοσωμικές υπομονάδες. Φεύγουν από τον πυρήνα και εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα. Και το mRNA δεσμεύεται για να μεταφέρει πρωτεΐνες και με αυτή τη μορφή εξέρχεται από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα.
Αυτό το στάδιο είναι που διακρίνει την εφαρμογή της υπάρχουσας γενετικής πληροφορίας σε κύτταρα όπως οι ευκαρυώτες και οι προκαρυώτες.
Ερμηνεία αυτής της έννοιας
Μεταφρασμένος από τα αγγλικά, αυτός ο όρος σημαίνει «επεξεργασία, επεξεργασία». Η επεξεργασία είναι η διαδικασία παραγωγής ώριμων μορίων ριβονουκλεϊκού οξέος από προ-RNA. Με άλλα λόγια, πρόκειται για ένα σύνολο αντιδράσεων που οδηγούν στον μετασχηματισμό των πρωτογενών προϊόντων μεταγραφής (προ-RNA διαφόρων τύπων) σε ήδη λειτουργικά μόρια.
Όσον αφορά την επεξεργασία του r- και του tRNA, συνήθως καταλήγει στην αποκοπή περιττών θραυσμάτων από τα άκρα των μορίων. Αν μιλάμε για mRNA, τότε μπορεί να σημειωθεί ότι στους ευκαρυώτες αυτή η διαδικασία συμβαίνει με τρόπο πολλαπλών σταδίων.
Έτσι, αφού έχουμε ήδη μάθει ότι η επεξεργασία είναι ο μετασχηματισμός ενός πρωτογενούς μεταγράφου σε ένα ώριμο μόριο RNA, αξίζει να προχωρήσουμε στην εξέταση των χαρακτηριστικών του.
Κύρια χαρακτηριστικά της υπό εξέταση έννοιας
Αυτά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- τροποποίηση και των δύο άκρων του μορίου και του RNA, κατά την οποία προσαρτώνται συγκεκριμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, υποδεικνύοντας τη θέση της αρχής (τέλους) της μετάφρασης.
- Το μάτισμα είναι η αποκοπή μη πληροφοριακών αλληλουχιών ριβονουκλεϊκών οξέων που αντιστοιχούν σε ιντρόνια DNA.
Όσο για τα προκαρυωτικά, το mRNA τους δεν υπόκειται σε επεξεργασία. Έχει την ικανότητα να λειτουργεί αμέσως μετά την ολοκλήρωση της σύνθεσης.
Πού λαμβάνει χώρα η εν λόγω διαδικασία;
Σε κάθε οργανισμό, η επεξεργασία του RNA λαμβάνει χώρα στον πυρήνα. Διεξάγεται μέσω ειδικών ενζύμων (μια ομάδα από αυτά) για κάθε μεμονωμένο τύπο μορίου. Τα προϊόντα μετάφρασης όπως τα πολυπεπτίδια που διαβάζονται απευθείας από το mRNA μπορούν επίσης να υποβληθούν σε επεξεργασία. Τα λεγόμενα πρόδρομα μόρια των περισσότερων πρωτεϊνών - κολλαγόνο, ανοσοσφαιρίνες, πεπτικά ένζυμα, ορισμένες ορμόνες - υφίστανται αυτές τις αλλαγές, μετά τις οποίες αρχίζει η πραγματική τους λειτουργία στο σώμα.
Έχουμε ήδη μάθει ότι η επεξεργασία είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμου RNA από προ-RNA. Τώρα αξίζει να εμβαθύνουμε στη φύση του ίδιου του ριβονουκλεϊκού οξέος.
RNA: χημική φύση
Είναι ένα συμπολυμερές ριβονουκλεοτιδίων πυριμιδίνης και πουρίνης, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους, όπως και στο DNA, με φωσφοδιεστερικές γέφυρες 3' - 5'.
Αν και αυτοί οι δύο τύποι μορίων είναι παρόμοιοι, διαφέρουν με διάφορους τρόπους.
Διακριτικά χαρακτηριστικά του RNA και του DNA
Πρώτον, το ριβονουκλεϊκό οξύ έχει ένα υπόλειμμα άνθρακα, το οποίο βρίσκεται δίπλα σε βάσεις πυριμιδίνης και πουρίνης, φωσφορικές ομάδες - ριβόζη, ενώ το DNA έχει 2'-δεοξυριβόζη.
Δεύτερον, τα συστατικά πυριμιδίνης είναι επίσης διαφορετικά. Παρόμοια συστατικά είναι τα νουκλεοτίδια της αδενίνης, της κυτοσίνης και της γουανίνης. Το RNA περιέχει ουρακίλη αντί για θυμίνη.
Τρίτον, το RNA έχει μια 1-κλωνη δομή και το DNA είναι ένα 2-κλώνο μόριο. Αλλά στην αλυσίδα του ριβονουκλεϊκού οξέος υπάρχουν περιοχές με αντίθετη πολικότητα (συμπληρωματική αλληλουχία), χάρη στις οποίες η μονή αλυσίδα του μπορεί να διπλώσει και να σχηματίσει "φουρκέτες" - δομές προικισμένες με 2-έλικα χαρακτηριστικά (όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα).
Τέταρτον, λόγω του γεγονότος ότι το RNA είναι μια μονή αλυσίδα που είναι συμπληρωματική μόνο σε μία από τις αλυσίδες DNA, η γουανίνη δεν χρειάζεται απαραίτητα να υπάρχει σε αυτό με το ίδιο περιεχόμενο με την κυτοσίνη και την αδενίνη - όπως η ουρακίλη.
Πέμπτον, το RNA μπορεί να υδρολυθεί με αλκάλια σε 2', 3'-κυκλικούς διεστέρες μονονουκλεοτιδίων. Το ρόλο του ενδιάμεσου προϊόντος στην υδρόλυση παίζει ο 2', 3', 5-τριεστέρας, ο οποίος δεν μπορεί να σχηματιστεί για DNA κατά τη διάρκεια μιας παρόμοιας διαδικασίας λόγω της απουσίας 2'-υδροξυλικών ομάδων. Σε σύγκριση με το DNA, η αλκαλική αστάθεια του ριβονουκλεϊκού οξέος είναι μια χρήσιμη ιδιότητα τόσο για διαγνωστικούς όσο και για αναλυτικούς σκοπούς.
Αυτή η αλληλουχία είναι συμπληρωματική της γονιδιακής αλυσίδας (κωδικοποίησης) από την οποία «διαβάζεται» το RNA. Λόγω αυτής της ιδιότητας, το μόριο του ριβονουκλεϊκού οξέος μπορεί να συνδεθεί ειδικά με τον κωδικοποιητικό κλώνο, αλλά δεν μπορεί να το κάνει αυτό με τον μη κωδικοποιητικό κλώνο DNA. Η αλληλουχία RNA, εκτός από την αντικατάσταση του Τ με U, είναι παρόμοια με αυτή του μη κωδικοποιητικού κλώνου του γονιδίου.
Τύποι RNA
Σχεδόν όλοι εμπλέκονται σε μια τέτοια διαδικασία όπως είναι γνωστοί οι ακόλουθοι τύποι RNA:
- Πρότυπο (mRNA).Αυτά είναι μόρια κυτταροπλασματικού ριβονουκλεϊκού οξέος που χρησιμεύουν ως πρότυπα για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
- Ριβοσωμικό (rRNA).Αυτό είναι ένα κυτταροπλασματικό μόριο RNA που παίζει το ρόλο τέτοιων δομικών συστατικών όπως τα ριβοσώματα (οργανίδια που εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών).
- Μεταφορά (tRNA). Αυτά είναι μόρια που συμμετέχουν στη μετάφραση (μετάφραση) των πληροφοριών mRNA σε μια αλληλουχία αμινοξέων ήδη σε πρωτεΐνες.
Ένα σημαντικό μέρος του RNA με τη μορφή πρώτων μεταγραφών, που σχηματίζονται και σε κύτταρα θηλαστικών, υπόκειται σε αποικοδόμηση στον πυρήνα και δεν παίζει πληροφοριακό ή δομικό ρόλο στο κυτταρόπλασμα.
Σε ανθρώπινα κύτταρα (καλλιεργημένα) έχει βρεθεί μια κατηγορία μικρών πυρηνικών ριβονουκλεϊκών οξέων που δεν εμπλέκονται άμεσα στη σύνθεση πρωτεϊνών, αλλά έχουν αντίκτυπο στην επεξεργασία του RNA, καθώς και στη γενική κυτταρική «αρχιτεκτονική». Τα μεγέθη τους ποικίλλουν, περιέχουν 90 - 300 νουκλεοτίδια.
Το ριβονουκλεϊκό οξύ είναι το κύριο γενετικό υλικό ενός αριθμού φυτικών και ζωικών ιών. Μερικοί ιοί RNA δεν περνούν ποτέ από το στάδιο RNA στο DNA. Ωστόσο, πολλοί ζωικοί ιοί, για παράδειγμα ρετροϊοί, χαρακτηρίζονται από αντίστροφη μετάφραση του γονιδιώματος RNA τους, κατευθυνόμενη από εξαρτώμενη από RNA ανάστροφη μεταγραφάση (DNA πολυμεράση) με το σχηματισμό αντιγράφου 2-κλωνου DNA. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το αναδυόμενο μεταγράφημα 2-κλώνου DNA ενσωματώνεται στο γονιδίωμα, διασφαλίζοντας στη συνέχεια την έκφραση ιικών γονιδίων και την παραγωγή νέων αντιγράφων γονιδιωμάτων RNA (επίσης ιικού).
Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις του ριβονουκλεϊκού οξέος
Τα μόριά του, που συντίθενται με RNA πολυμεράσες, είναι πάντα λειτουργικά ανενεργά και δρουν ως πρόδρομοι, δηλαδή προ-RNA. Μετατρέπονται σε ήδη ώριμα μόρια μόνο αφού υποστούν τις αντίστοιχες μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις του RNA - τα στάδια της ωρίμανσης του.
Ο σχηματισμός των ώριμων mRNAs ξεκινά κατά τη διάρκεια της σύνθεσης RNA και της πολυμεράσης II στο στάδιο της επιμήκυνσης. Ήδη στο 5'-άκρο του σταδιακά αναπτυσσόμενου κλώνου RNA, το GTP συνδέεται με το 5'-άκρο και στη συνέχεια το ορθοφωσφορικό αποκόπτεται. Η γουανίνη στη συνέχεια μεθυλιώνεται για να σχηματίσει 7-μεθυλ-GTP. Αυτή η ειδική ομάδα που βρίσκεται στο mRNA ονομάζεται «καπάκι» (cap).
Ανάλογα με τον τύπο του RNA (ριβοσωμικό, μεταφορά, εκμαγείο κ.λπ.), οι πρόδρομοι υφίστανται διάφορες διαδοχικές τροποποιήσεις. Για παράδειγμα, οι πρόδρομοι mRNA υφίστανται μάτισμα, μεθυλίωση, κάλυψη, πολυαδενυλίωση και μερικές φορές επεξεργασία.
Ευκαρυώτες: γενικά χαρακτηριστικά
Το ευκαρυωτικό κύτταρο δρα ως περιοχή ζωντανών οργανισμών και περιέχει τον πυρήνα. Εκτός από τα βακτήρια, τα αρχαία, όλοι οι οργανισμοί είναι πυρηνικοί. Τα φυτά, οι μύκητες, τα ζώα, συμπεριλαμβανομένης μιας ομάδας οργανισμών που ονομάζονται πρωτίστες, είναι όλοι ευκαρυωτικοί οργανισμοί. Μπορούν να είναι τόσο μονοκύτταρα όσο και πολυκύτταρα, αλλά όλα έχουν ένα κοινό σχέδιο κυτταρικής δομής. Είναι γενικά αποδεκτό ότι αυτοί οι πολύ διαφορετικοί οργανισμοί έχουν την ίδια προέλευση, γι' αυτό η πυρηνική ομάδα θεωρείται ως μια μονοφυλετική ταξινόμηση της υψηλότερης τάξης.
Με βάση κοινές υποθέσεις, οι ευκαρυώτες εμφανίστηκαν πριν από 1,5 - 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Σημαντικός ρόλος στην εξέλιξή τους δίνεται στη συμβιογένεση -τη συμβίωση ενός ευκαρυωτικού κυττάρου που είχε έναν πυρήνα ικανό για φαγοκυττάρωση και βακτήρια που καταπίνονται από αυτόν - οι πρόδρομοι των πλαστιδίων και των μιτοχονδρίων.
Προκαρυώτες: γενικά χαρακτηριστικά
Πρόκειται για ζωντανούς οργανισμούς ενός κυττάρου που δεν έχουν πυρήνα (σχηματισμένο) και άλλα μεμβρανικά οργανίδια (εσωτερικά). Το μόνο μεγάλο κυκλικό 2κλωνο μόριο DNA που περιέχει τον κύριο όγκο του γενετικού υλικού ενός κυττάρου είναι αυτό που δεν σχηματίζει σύμπλοκο με πρωτεΐνες ιστόνης.
Τα προκαρυωτικά περιλαμβάνουν αρχαία και βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των κυανοβακτηρίων. Οι απόγονοι των κυττάρων χωρίς πυρήνα είναι ευκαρυωτικά οργανίδια - πλαστίδια, μιτοχόνδρια. Χωρίζονται σε 2 taxa εντός της κατάταξης τομέα: Archaea και Bacteria.
Αυτά τα κύτταρα δεν έχουν πυρηνικό περίβλημα· η συσκευασία DNA συμβαίνει χωρίς τη συμμετοχή ιστονών. Ο τύπος τροφοδοσίας τους είναι οσμοτροφικός και το γενετικό υλικό αντιπροσωπεύεται από ένα που είναι κλειστό σε έναν δακτύλιο και υπάρχει μόνο 1 ρεπλικόνιο. Οι προκαρυώτες εξακολουθούν να έχουν οργανίδια που έχουν δομή μεμβράνης.
Διαφορά μεταξύ ευκαρυωτών και προκαρυωτών
Το θεμελιώδες χαρακτηριστικό των ευκαρυωτικών κυττάρων συνδέεται με την παρουσία της γενετικής συσκευής σε αυτά, η οποία βρίσκεται στον πυρήνα, όπου προστατεύεται από μια μεμβράνη. Το DNA τους είναι γραμμικό, σχετίζεται με πρωτεΐνες ιστόνης, άλλες χρωμοσωμικές πρωτεΐνες που απουσιάζουν στα βακτήρια. Κατά κανόνα περιέχουν 2 πυρηνικές φάσεις. Το ένα έχει ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, και στη συνέχεια συγχωνεύονται, 2 απλοειδή κύτταρα σχηματίζουν ένα διπλοειδές, το οποίο περιέχει ήδη ένα 2ο σύνολο χρωμοσωμάτων. Συμβαίνει επίσης ότι με επακόλουθη διαίρεση το κύτταρο γίνεται ξανά απλοειδές. Αυτό το είδος του κύκλου ζωής, καθώς και η διπλοειδικότητα γενικά, δεν είναι τυπικό για τους προκαρυώτες.
Η πιο ενδιαφέρουσα διαφορά είναι η παρουσία ειδικών οργανιδίων στους ευκαρυώτες, τα οποία έχουν τη δική τους γενετική συσκευή και αναπαράγονται με διαίρεση. Αυτές οι δομές περιβάλλονται από μια μεμβράνη. Αυτά τα οργανίδια είναι πλαστίδια και μιτοχόνδρια. Όσον αφορά τη δραστηριότητα και τη δομή της ζωής τους, είναι εκπληκτικά παρόμοια με τα βακτήρια. Αυτή η περίσταση ώθησε τους επιστήμονες να σκεφτούν ότι είναι απόγονοι βακτηριακών οργανισμών που μπήκαν σε συμβίωση με ευκαρυώτες.
Τα προκαρυωτικά έχουν μικρό αριθμό οργανιδίων, κανένα από τα οποία δεν περιβάλλεται από δεύτερη μεμβράνη. Δεν έχουν ενδοπλασματικό δίκτυο και λυσοσώματα.
Μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ των ευκαρυωτών και των προκαρυωτικών είναι η παρουσία του φαινομένου της ενδοκυττάρωσης στους ευκαρυώτες, συμπεριλαμβανομένης της φαγοκυττάρωσης στις περισσότερες ομάδες. Το τελευταίο είναι η ικανότητα σύλληψης, εγκλεισμού σε ένα κυστίδιο μεμβράνης, και στη συνέχεια πέψης διαφόρων στερεών σωματιδίων. Αυτή η διαδικασία παρέχει την πιο σημαντική προστατευτική λειτουργία στο σώμα. Η εμφάνιση φαγοκυττάρωσης οφείλεται πιθανώς στο γεγονός ότι τα κύτταρα τους είναι μεσαίου μεγέθους. Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι δυσανάλογα μικρότεροι, γι' αυτό και κατά την εξέλιξη των ευκαρυωτών προέκυψε η ανάγκη που σχετίζεται με τον εφοδιασμό του κυττάρου με σημαντική ποσότητα τροφής. Ως αποτέλεσμα, ανάμεσά τους εμφανίστηκαν τα πρώτα κινητά αρπακτικά.
Η επεξεργασία ως ένα από τα στάδια της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών
Αυτό είναι το δεύτερο στάδιο, το οποίο ξεκινά μετά τη μεταγραφή. Η επεξεργασία πρωτεϊνών συμβαίνει μόνο σε ευκαρυώτες. Αυτή είναι η ωρίμανση του mRNA. Για την ακρίβεια, πρόκειται για την αφαίρεση περιοχών που δεν κωδικοποιούν μια πρωτεΐνη και την προσθήκη μαρτύρων.
συμπέρασμα
Αυτό το άρθρο περιγράφει τι είναι η επεξεργασία (βιολογία). Εξηγεί επίσης τι είναι το RNA, παρατίθενται οι τύποι του και οι μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις. Εξετάζονται τα διακριτικά χαρακτηριστικά των ευκαρυωτών και των προκαρυωτών.
Τέλος, αξίζει να υπενθυμίσουμε ότι η επεξεργασία είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμου RNA από προ-RNA.
Η επεξεργασία RNA (μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις του RNA) είναι ένα σύνολο διεργασιών σε ευκαρυωτικά κύτταρα που οδηγούν στη μετατροπή του πρωτογενούς μεταγράφου RNA σε ώριμο RNA.
Η πιο γνωστή είναι η επεξεργασία των αγγελιαφόρων RNA, τα οποία υφίστανται τροποποιήσεις κατά τη σύνθεσή τους: κάλυψη, μάτισμα και πολυαδενυλίωση. Τα ριβοσωμικά RNA, τα RNA μεταφοράς και τα μικρά πυρηνικά RNA τροποποιούνται επίσης (με άλλους μηχανισμούς).
Το μάτισμα (από το αγγλικό splice - μάτισμα ή κόλληση των άκρων κάποιου) είναι η διαδικασία αποκοπής ορισμένων αλληλουχιών νουκλεοτιδίων από μόρια RNA και ένωσης αλληλουχιών που παραμένουν στο «ώριμο» μόριο κατά την επεξεργασία του RNA. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει συχνότερα κατά την ωρίμανση του αγγελιαφόρου RNA (mRNA) στους ευκαρυώτες, κατά την οποία, μέσω βιοχημικών αντιδράσεων που περιλαμβάνουν RNA και πρωτεΐνες, τμήματα του mRNA που δεν κωδικοποιούν μια πρωτεΐνη (εσώνια) αφαιρούνται και τμήματα που κωδικοποιούν το αμινο αλληλουχία οξέος - τα εξόνια συνδέονται μεταξύ τους. Έτσι, το ανώριμο προ-mRNA μετατρέπεται σε ώριμο mRNA, από το οποίο διαβάζονται (μεταφράζονται) οι κυτταρικές πρωτεΐνες. Τα περισσότερα γονίδια που κωδικοποιούν τις προκαρυωτικές πρωτεΐνες δεν έχουν ιντρόνια, επομένως το μάτισμα πριν από το mRNA είναι σπάνιο σε αυτά. Συνδυασμός RNA μεταφοράς (tRNA) και άλλων μη κωδικοποιητικών RNA εμφανίζεται επίσης σε εκπροσώπους ευκαρυωτών, βακτηρίων και αρχαίων.
Η επεξεργασία και το μάτισμα είναι ικανά να συνδυάζουν δομές που είναι απομακρυσμένες η μία από την άλλη σε ένα μόνο γονίδιο, επομένως έχουν μεγάλη εξελικτική σημασία. Τέτοιες διαδικασίες απλοποιούν την ειδογένεση. Οι πρωτεΐνες έχουν δομή μπλοκ. Για παράδειγμα, το ένζυμο είναι η πολυμεράση του DNA. Είναι μια συνεχής πολυπεπτιδική αλυσίδα. Αποτελείται από τη δική του πολυμεράση DNA και μια ενδονουκλεάση, η οποία διασπά το μόριο DNA από το τέλος. Το ένζυμο αποτελείται από 2 τομείς, οι οποίοι σχηματίζουν 2 ανεξάρτητα συμπαγή σωματίδια που συνδέονται με μια πολυπεπτιδική γέφυρα. Στο όριο μεταξύ των 2 ενζυμικών γονιδίων υπάρχει ένα εσώνιο. Οι τομείς ήταν κάποτε ξεχωριστά γονίδια, αλλά στη συνέχεια έγιναν πιο κοντά.
Οι παραβιάσεις αυτής της γονιδιακής δομής οδηγούν σε γονιδιακές ασθένειες. Η παραβίαση της δομής του ιντρονίου είναι φαινοτυπικά αόρατη· μια παραβίαση της αλληλουχίας των εξονίων οδηγεί σε μετάλλαξη (μετάλλαξη γονιδίων σφαιρίνης).
Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών είναι μια σύνθετη διαδικασία πολλαπλών σταδίων σύνθεσης μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας από υπολείμματα αμινοξέων, που εμφανίζεται στα ριβοσώματα κυττάρων ζωντανών οργανισμών με τη συμμετοχή μορίων mRNA και tRNA. Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών μπορεί να χωριστεί στα στάδια της μεταγραφής, της επεξεργασίας και της μετάφρασης. Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, διαβάζονται γενετικές πληροφορίες που είναι κρυπτογραφημένες σε μόρια DNA και αυτές οι πληροφορίες γράφονται σε μόρια mRNA. Κατά τη διάρκεια μιας σειράς διαδοχικών σταδίων επεξεργασίας, ορισμένα θραύσματα που δεν είναι απαραίτητα στα επόμενα στάδια αφαιρούνται από το mRNA και οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων επεξεργάζονται. Μετά τη μεταφορά του κώδικα από τον πυρήνα στα ριβοσώματα, η πραγματική σύνθεση των πρωτεϊνικών μορίων λαμβάνει χώρα με τη σύνδεση μεμονωμένων υπολειμμάτων αμινοξέων στην αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Ο ρόλος ενός ενδιάμεσου, του οποίου η λειτουργία είναι να μεταφράζει τις κληρονομικές πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA σε μορφή εργασίας, παίζουν τα ριβονουκλεϊκά οξέα - RNA.
Τα ριβονουκλεϊκά οξέα αντιπροσωπεύονται από μία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, η οποία αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων που περιέχουν ζάχαρη, ριβόζη, φωσφορικό και μία από τις τέσσερις αζωτούχες βάσεις - αδενίνη, γουανίνη, ουρακίλη ή κυτοσίνη
Μήτρα, ή πληροφορίες, RNA (mRNA, ή mRNA). Μεταγραφή. Προκειμένου να συντεθούν πρωτεΐνες με καθορισμένες ιδιότητες, αποστέλλονται «οδηγίες» στο σημείο κατασκευής τους σχετικά με τη σειρά συμπερίληψης των αμινοξέων στην πεπτιδική αλυσίδα. Αυτή η οδηγία περιέχεται στην νουκλεοτιδική αλληλουχία της μήτρας, ή αγγελιαφόρου RNA (mRNA, mRNA), που συντίθεται στα αντίστοιχα τμήματα του DNA. Η διαδικασία της σύνθεσης του mRNA ονομάζεται μεταγραφή.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης, καθώς η RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος του μορίου DNA, τα μονόκλωνα τμήματα DNA που έχει διασχίσει συνδυάζονται και πάλι σε μια διπλή έλικα. Το mRNA που παράγεται κατά τη μεταγραφή περιέχει ένα ακριβές αντίγραφο των πληροφοριών που καταγράφονται στο αντίστοιχο τμήμα του DNA. Τα τριπλάσια γειτονικά νουκλεοτίδια mRNA που κωδικοποιούν αμινοξέα ονομάζονται κωδικόνια. Η αλληλουχία κωδικονίου του mRNA κωδικοποιεί την αλληλουχία αμινοξέων στην πεπτιδική αλυσίδα. Τα κωδικόνια του mRNA αντιστοιχούν σε ορισμένα αμινοξέα (Πίνακας 1).
Μεταφορά RNA (tRNA). Αναμετάδοση. Το RNA μεταφοράς (tRNA) παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία χρήσης κληρονομικών πληροφοριών από ένα κύτταρο. Με την παροχή των απαραίτητων αμινοξέων στη θέση συναρμολόγησης των πεπτιδικών αλυσίδων, το tRNA δρα ως μεταφραστικό ενδιάμεσο.
Έχει τέσσερα κύρια μέρη που εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Το «στέλεχος» δέκτης σχηματίζεται από δύο συμπληρωματικά συνδεδεμένα τερματικά μέρη του tRNA. Αποτελείται από επτά ζεύγη βάσεων. Το άκρο 3" αυτού του στελέχους είναι ελαφρώς μακρύτερο και σχηματίζει μια μονόκλωνη περιοχή που τελειώνει με μια αλληλουχία CCA με μια ελεύθερη ομάδα ΟΗ. Το μεταφερόμενο αμινοξύ συνδέεται σε αυτό το άκρο. Οι υπόλοιποι τρεις κλάδοι είναι συμπληρωματικές ζευγαρωμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που καταλήγουν σε μη ζευγαρωμένες περιοχές που σχηματίζουν βρόχους. Το μέσο αυτών των κλάδων - το αντικωδικόνιο - αποτελείται από πέντε ζεύγη νουκλεοτιδίων και περιέχει ένα αντικωδικόνιο στο κέντρο του βρόχου του. Ένα αντικωδικόνιο είναι τρία νουκλεοτίδια συμπληρωματικά του κωδικονίου mRNA, που κωδικοποιεί το αμινοξύ που μεταφέρεται από αυτό το tRNA στη θέση σύνθεσης πεπτιδίου.
Γενικά, διαφορετικοί τύποι tRNA χαρακτηρίζονται από μια ορισμένη σταθερότητα της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας, η οποία συνήθως αποτελείται από 76 νουκλεοτίδια. Η διακύμανση του αριθμού τους οφείλεται κυρίως σε αλλαγές στον αριθμό των νουκλεοτιδίων στον πρόσθετο βρόχο. Οι συμπληρωματικές περιοχές που υποστηρίζουν τη δομή tRNA συνήθως διατηρούνται. Η πρωτογενής δομή του tRNA, που προσδιορίζεται από την νουκλεοτιδική αλληλουχία, σχηματίζει τη δευτερογενή δομή του tRNA, το οποίο έχει σχήμα φύλλου τριφυλλιού. Με τη σειρά της, η δευτερεύουσα δομή καθορίζει την τρισδιάστατη τριτογενή δομή, η οποία χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό δύο κάθετα τοποθετημένων διπλών ελίκων (Εικ. 27). Ένα από αυτά σχηματίζεται από τους κλάδους δέκτη και TψC, ενώ ο άλλος από τους κλάδους αντικωδικονίου και D.
Το μεταφερόμενο αμινοξύ βρίσκεται στο άκρο μιας από τις διπλές έλικες και το αντικωδικόνιο βρίσκεται στο άκρο της άλλης. Αυτές οι περιοχές βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο μακριά η μία από την άλλη. Η σταθερότητα της τριτοταγούς δομής του tRNA διατηρείται λόγω της εμφάνισης πρόσθετων δεσμών υδρογόνου μεταξύ των βάσεων της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας, που βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη της, αλλά χωρικά κοντά στην τριτοταγή δομή.
Διαφορετικοί τύποι tRNA έχουν παρόμοιες τριτοταγείς δομές, αν και με ορισμένες παραλλαγές.
Ένα από τα χαρακτηριστικά του tRNA είναι η παρουσία ασυνήθιστων βάσεων σε αυτό, οι οποίες προκύπτουν ως αποτέλεσμα χημικής τροποποίησης μετά την ένταξη μιας κανονικής βάσης στην πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Αυτές οι αλλοιωμένες βάσεις καθορίζουν τη μεγάλη δομική ποικιλομορφία των tRNA στο γενικό σχέδιο της δομής τους.
14..Ριβοσωμικός κύκλος πρωτεϊνοσύνθεσης (έναρξη, επιμήκυνση, τερματισμός). Μετα-μεταφραστικοί μετασχηματισμοί πρωτεϊνών.
Ριβοσωμικός κύκλος πρωτεϊνοσύνθεσης. Η διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ mRNA και tRNA, η οποία εξασφαλίζει τη μετάφραση των πληροφοριών από τη γλώσσα των νουκλεοτιδίων στη γλώσσα των αμινοξέων, πραγματοποιείται στα ριβοσώματα. Τα τελευταία είναι πολύπλοκα σύμπλοκα rRNA και διαφόρων πρωτεϊνών, στα οποία οι πρώτες σχηματίζουν ένα πλαίσιο. Τα ριβοσωμικά RNA δεν αποτελούν μόνο δομικό συστατικό των ριβοσωμάτων, αλλά διασφαλίζουν επίσης τη σύνδεσή τους σε μια συγκεκριμένη νουκλεοτιδική αλληλουχία mRNA. Αυτό δημιουργεί το πλαίσιο έναρξης και ανάγνωσης για το σχηματισμό της πεπτιδικής αλυσίδας. Επιπλέον, εξασφαλίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του ριβοσώματος και του tRNA. Πολλές πρωτεΐνες που αποτελούν τα ριβοσώματα, μαζί με το rRNA, εκτελούν τόσο δομικό όσο και ενζυματικό ρόλο.
Τα ριβοσώματα των προ- και των ευκαρυωτών είναι πολύ παρόμοια σε δομή και λειτουργία. Αποτελούνται από δύο υποσωματίδια: μεγάλα και μικρά. Στους ευκαρυώτες, το μικρό υποσωματίδιο σχηματίζεται από ένα μόριο rRNA και 33 μόρια διαφορετικών πρωτεϊνών. Η μεγάλη υπομονάδα συνδυάζει τρία μόρια rRNA και περίπου 40 πρωτεΐνες. Τα προκαρυωτικά ριβοσώματα και τα ριβοσώματα των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων περιέχουν λιγότερα συστατικά.
Τα ριβοσώματα έχουν δύο αυλακώσεις. Το ένα από αυτά κρατά την αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα, το άλλο κρατά το mRNA. Επιπλέον, τα ριβοσώματα έχουν δύο θέσεις σύνδεσης tRNA. Η θέση αμινοακυλ Α περιέχει ένα αμινοακυλο-tRNA που φέρει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Η πεπτιδυλική θέση P συνήθως περιέχει tRNA, το οποίο είναι φορτωμένο με μια αλυσίδα αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς. Ο σχηματισμός των θέσεων Α και Ρ εξασφαλίζεται και από τα δύο υποσωματίδια του ριβοσώματος.
Σε κάθε δεδομένη στιγμή, το ριβόσωμα εξετάζει ένα τμήμα mRNA που έχει μήκος περίπου 30 νουκλεοτίδια. Αυτό εξασφαλίζει την αλληλεπίδραση μόνο δύο tRNA με δύο γειτονικά κωδικόνια mRNA (Εικ. 3.31).
Η μετάφραση των πληροφοριών στη «γλώσσα» των αμινοξέων εκφράζεται στη σταδιακή ανάπτυξη της πεπτιδικής αλυσίδας σύμφωνα με τις οδηγίες που περιέχονται στο mRNA. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε ριβοσώματα, τα οποία παρέχουν την αλληλουχία αποκωδικοποίησης πληροφοριών χρησιμοποιώντας tRNA. Κατά τη μετάφραση, μπορούν να διακριθούν τρεις φάσεις: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός της σύνθεσης πεπτιδικής αλυσίδας.
Η φάση έναρξης, ή η αρχή της πεπτιδικής σύνθεσης, αποτελείται από την ένωση δύο ριβοσωμικών υποσωματιδίων που είχαν προηγουμένως διαχωριστεί στο κυτταρόπλασμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του mRNA και την προσάρτηση του πρώτου αμινοακυλο-tRNA σε αυτό. Αυτό ορίζει επίσης το πλαίσιο ανάγνωσης για τις πληροφορίες που περιέχονται στο mRNA (Εικ. 3.32).
Στο μόριο οποιουδήποτε mRNA, κοντά στο 5" άκρο του, υπάρχει μια περιοχή που είναι συμπληρωματική με το rRNA της μικρής ριβοσωματικής υπομονάδας και αναγνωρίζεται συγκεκριμένα από αυτό. Δίπλα βρίσκεται το κωδικόνιο έναρξης OUT, το οποίο κωδικοποιεί το αμινο όξινη μεθειονίνη. Η μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με το mRNA με τέτοιο τρόπο ώστε το κωδικόνιο έναρξης OUT να βρίσκεται στην περιοχή που αντιστοιχεί στη θέση P. Στην περίπτωση αυτή, μόνο το αρχικό tRNA, που φέρει τη μεθειονίνη, μπορεί να λάβει Τοποθετήστε στην ημιτελή θέση P της μικρής υπομονάδας και συνδυάστε συμπληρωματικά με το κωδικόνιο έναρξης. Μετά το περιγραφόμενο γεγονός, οι μεγάλες και οι μικρές υπομονάδες του ριβοσώματος ενώνονται με το σχηματισμό των πεπτιδυλικών και αμινοακυλικών γραφημάτων του (Εικ. 3.32).
Στο τέλος της φάσης έναρξης, η θέση P καταλαμβάνεται από το αμινοακυλο-tRNA που είναι συνδεδεμένο με τη μεθειονίνη, ενώ η θέση Α του ριβοσώματος βρίσκεται δίπλα στο κωδικόνιο έναρξης.
Οι περιγραφόμενες διαδικασίες έναρξης μετάφρασης καταλύονται από ειδικές πρωτεΐνες - παράγοντες έναρξης, οι οποίοι συνδέονται ευέλικτα με τη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος. Με την ολοκλήρωση της φάσης έναρξης και τον σχηματισμό του συμπλόκου αμινοακυλ-tRNA που εκκινεί ριβόσωμα - mRNA, αυτοί οι παράγοντες διαχωρίζονται από το ριβόσωμα.
Η φάση επιμήκυνσης, ή επιμήκυνση του πεπτιδίου, περιλαμβάνει όλες τις αντιδράσεις από τη στιγμή του σχηματισμού του πρώτου πεπτιδικού δεσμού έως την προσθήκη του τελευταίου αμινοξέος. Αντιπροσωπεύει κυκλικά επαναλαμβανόμενα γεγονότα στα οποία λαμβάνει χώρα ειδική αναγνώριση του αμινοακυλο-tRNA του επόμενου κωδικονίου που βρίσκεται στη θέση Α και λαμβάνει χώρα μια συμπληρωματική αλληλεπίδραση μεταξύ του αντικωδικονίου και του κωδικονίου.
Λόγω των ιδιαιτεροτήτων της τρισδιάστατης οργάνωσης του tRNA. (βλ. ενότητα 3.4.3.1) όταν συνδέετε το αντικωδικόνιό του με ένα κωδικόνιο mRNA. το αμινοξύ που μεταφέρει βρίσκεται στη θέση Α, κοντά στο αμινοξύ που περιλαμβάνεται προηγουμένως που βρίσκεται στη θέση Ρ. Ένας πεπτιδικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ δύο αμινοξέων, που καταλύεται από ειδικές πρωτεΐνες που συνθέτουν το ριβόσωμα. Ως αποτέλεσμα, το προηγούμενο αμινοξύ χάνει τη σύνδεσή του με το tRNA του και ενώνεται με το αμινοακυλο-tRNA που βρίσκεται στη θέση Α. Το tRNA που βρίσκεται στο τμήμα P αυτή τη στιγμή απελευθερώνεται και πηγαίνει στο κυτταρόπλασμα (Εικ. 3.33).
Η κίνηση του tRNA φορτωμένου με μια πεπτιδική αλυσίδα από τη θέση Α στη θέση Ρ συνοδεύεται από την προώθηση του ριβοσώματος κατά μήκος του mRNA από ένα βήμα που αντιστοιχεί σε ένα κωδικόνιο. Τώρα το επόμενο κωδικόνιο έρχεται σε επαφή με τη θέση Α, όπου θα «αναγνωριστεί» ειδικά από το αντίστοιχο αμινοακυλο-tRNA, το οποίο θα τοποθετήσει εκεί το αμινοξύ του. Αυτή η ακολουθία γεγονότων επαναλαμβάνεται έως ότου ένα κωδικόνιο τερματισμού, για το οποίο δεν υπάρχει αντίστοιχο tRNA, φτάσει στη θέση Α του ριβοσώματος.
Η συναρμολόγηση της πεπτιδικής αλυσίδας γίνεται με αρκετά υψηλή ταχύτητα, ανάλογα με τη θερμοκρασία. Στα βακτήρια στους 37 °C εκφράζεται με την προσθήκη 12 έως 17 αμινοξέων ανά 1 δευτερόλεπτο στο υποπεπτίδιο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο ρυθμός αυτός είναι χαμηλότερος και εκφράζεται με την προσθήκη δύο αμινοξέων ανά 1 s.
Η φάση τερματισμού, ή η ολοκλήρωση της σύνθεσης πολυπεπτιδίου, σχετίζεται με την αναγνώριση από μια συγκεκριμένη ριβοσωμική πρωτεΐνη ενός από τα κωδικόνια τερματισμού (UAA, UAG ή UGA) όταν εισέρχεται στη ζώνη Α-θέσης του ριβοσώματος. Σε αυτή την περίπτωση, νερό προστίθεται στο τελευταίο αμινοξύ της πεπτιδικής αλυσίδας και το καρβοξυλικό άκρο του διαχωρίζεται από το tRNA. Ως αποτέλεσμα, η ολοκληρωμένη πεπτιδική αλυσίδα χάνει τη σύνδεσή της με το ριβόσωμα, το οποίο διασπάται σε δύο υποσωματίδια (Εικ. 3.34).
Μετα-μεταφραστικοί μετασχηματισμοί πρωτεϊνών. Οι πεπτιδικές αλυσίδες που συντίθενται κατά τη μετάφραση, με βάση την πρωταρχική τους δομή, αποκτούν δευτεροταγή και τριτοταγή και πολλές και τεταρτοταγή οργάνωση, που σχηματίζονται από πολλές πεπτιδικές αλυσίδες. Ανάλογα με τις λειτουργίες που επιτελούν οι πρωτεΐνες, οι αλληλουχίες αμινοξέων τους μπορούν να υποστούν διάφορους μετασχηματισμούς, σχηματίζοντας λειτουργικά ενεργά πρωτεϊνικά μόρια.
Πολλές μεμβρανικές πρωτεΐνες συντίθενται ως προ-πρωτεΐνες που έχουν μια αλληλουχία οδηγό στο Ν-άκρο που τους επιτρέπει να αναγνωρίσουν τη μεμβράνη. Αυτή η αλληλουχία αποκόπτεται κατά την ωρίμανση και την εισαγωγή της πρωτεΐνης στη μεμβράνη. Οι εκκριτικές πρωτεΐνες έχουν επίσης μια αλληλουχία οδηγό στο Ν-άκρο, η οποία εξασφαλίζει τη μεταφορά τους μέσω της μεμβράνης.
Ορισμένες πρωτεΐνες αμέσως μετά τη μετάφραση φέρουν πρόσθετες προ-αλληλουχίες αμινοξέων που καθορίζουν τη σταθερότητα των προδρόμων των ενεργών πρωτεϊνών. Όταν η πρωτεΐνη ωριμάσει, αφαιρούνται, διασφαλίζοντας τη μετάβαση της ανενεργής πρωτεΐνης σε ενεργή πρωτεΐνη. Για παράδειγμα, η ινσουλίνη συντίθεται αρχικά ως προ-προϊνσουλίνη. Κατά τη διάρκεια της έκκρισης, η προ-αλληλουχία αποκόπτεται και στη συνέχεια η προϊνσουλίνη υφίσταται μια τροποποίηση κατά την οποία ένα μέρος της αλυσίδας αφαιρείται από αυτήν και μετατρέπεται σε ώριμη ινσουλίνη.
Η πολυμεράση I - RNA συνδέεται με το DNA και αρχίζει να συνθέτει mRNA στην κατεύθυνση 5" → 3".
II - καθώς προχωρά η RNA πολυμεράση, τα ριβοσώματα συνδέονται στο άκρο 5" του mRNA, ξεκινώντας την πρωτεϊνική σύνθεση.
III - μια ομάδα ριβοσωμάτων ακολουθεί την RNA πολυμεράση, η αποικοδόμησή της αρχίζει στο 5" άκρο του mRNA.
IV - η διαδικασία αποικοδόμησης είναι πιο αργή από τη μεταγραφή και τη μετάφραση.
V - μετά το τέλος της μεταγραφής, το mRNA απελευθερώνεται από το DNA, η μετάφραση και η αποικοδόμηση συνεχίζονται σε αυτό στο άκρο 5"
Σχηματίζοντας τριτοταγείς και τεταρτοταγείς οργανώσεις κατά τη διάρκεια μετα-μεταφραστικών μετασχηματισμών, οι πρωτεΐνες αποκτούν την ικανότητα να λειτουργούν ενεργά, να ενσωματώνονται σε ορισμένες κυτταρικές δομές και να εκτελούν ενζυματικές και άλλες λειτουργίες.
Τα θεωρούμενα χαρακτηριστικά της εφαρμογής της γενετικής πληροφορίας σε προ- και ευκαρυωτικά κύτταρα αποκαλύπτουν τη θεμελιώδη ομοιότητα αυτών των διεργασιών. Κατά συνέπεια, ο μηχανισμός γονιδιακής έκφρασης που σχετίζεται με τη μεταγραφή και την επακόλουθη μετάφραση πληροφοριών, η οποία είναι κρυπτογραφημένη χρησιμοποιώντας τον βιολογικό κώδικα, αναπτύχθηκε στο σύνολό της ακόμη και πριν από τη διαμόρφωση αυτών των δύο τύπων κυτταρικής οργάνωσης. Η αποκλίνουσα εξέλιξη των γονιδιωμάτων των προ- και των ευκαρυωτών οδήγησε σε διαφορές στην οργάνωση του κληρονομικού υλικού τους, οι οποίες δεν μπορούσαν παρά να επηρεάσουν τους μηχανισμούς έκφρασής του.
Η συνεχής βελτίωση των γνώσεών μας σχετικά με την οργάνωση και τη λειτουργία του υλικού κληρονομικότητας και μεταβλητότητας καθορίζει την εξέλιξη των ιδεών για το γονίδιο ως λειτουργική μονάδα αυτού του υλικού.
Σχέση μεταξύ γονιδίου και χαρακτηριστικού. Παράδειγμα. Η υπόθεση «ένα γονίδιο - ένα ένζυμο», η σύγχρονη ερμηνεία της.
Οι ανακαλύψεις της οργάνωσης εξωνίου-ιντρονίου των ευκαρυωτικών γονιδίων και η δυνατότητα εναλλακτικού ματίσματος έχουν δείξει ότι η ίδια νουκλεοτιδική αλληλουχία του πρωτογενούς μεταγράφου μπορεί να παρέχει τη σύνθεση αρκετών πολυπεπτιδικών αλυσίδων με διαφορετικές λειτουργίες ή των τροποποιημένων αναλόγων τους. Για παράδειγμα, τα μιτοχόνδρια ζυμομύκητα περιέχουν ένα γονίδιο κουτιού (ή cob) που κωδικοποιεί το αναπνευστικό ένζυμο κυτόχρωμα b. Μπορεί να υπάρχει σε δύο μορφές (Εικ. 3.42). Το «μακρύ» γονίδιο, που αποτελείται από 6400 bp, έχει 6 εξόνια με συνολικό μήκος 1155 bp. και 5 εσώνια. Η βραχεία μορφή του γονιδίου αποτελείται από 3300 bp. και έχει 2 εσώνια. Στην πραγματικότητα είναι ένα «μακρύ» γονίδιο που του λείπουν τα τρία πρώτα εσώνια. Και οι δύο μορφές του γονιδίου εκφράζονται εξίσου καλά.
Μετά την αφαίρεση του πρώτου ιντρονίου του γονιδίου "μακρύ" κουτί, με βάση τη συνδυασμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων των δύο πρώτων εξονίων και μέρους των νουκλεοτιδίων του δεύτερου ιντρονίου, σχηματίζεται μια μήτρα για μια ανεξάρτητη πρωτεΐνη - RNA μακράση (Εικ. 3.43). Η λειτουργία της RNA μακράσης είναι να εξασφαλίσει το επόμενο βήμα του ματίσματος - την αφαίρεση του δεύτερου ιντρονίου από το πρωτεύον αντίγραφο και τελικά τον σχηματισμό ενός προτύπου για το κυτόχρωμα b.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι μια αλλαγή στο σχέδιο ματίσματος του πρωτογενούς μεταγράφου που κωδικοποιεί τη δομή των μορίων αντισωμάτων στα λεμφοκύτταρα. Η μεμβρανική μορφή των αντισωμάτων έχει μια μακριά «ουρά» αμινοξέων στο καρβοξυτελικό άκρο, η οποία εξασφαλίζει τη στερέωση της πρωτεΐνης στη μεμβράνη. Η εκκρινόμενη μορφή αντισωμάτων δεν έχει τέτοια ουρά, κάτι που εξηγείται από την απομάκρυνση των νουκλεοτιδίων που κωδικοποιούν αυτή την περιοχή από το πρωτεύον αντίγραφο κατά τη διάρκεια του ματίσματος.
Σε ιούς και βακτήρια, έχει περιγραφεί μια κατάσταση όπου ένα γονίδιο μπορεί ταυτόχρονα να είναι μέρος ενός άλλου γονιδίου ή μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA μπορεί να είναι μέρος δύο διαφορετικών επικαλυπτόμενων γονιδίων. Για παράδειγμα, ο φυσικός χάρτης του γονιδιώματος του φάγου FX174 (Εικ. 3.44) δείχνει ότι η αλληλουχία του γονιδίου Β βρίσκεται μέσα στο γονίδιο Α και το γονίδιο Ε είναι μέρος της αλληλουχίας του γονιδίου D. Αυτό το χαρακτηριστικό της οργάνωσης του φάγου Το γονιδίωμα μπόρεσε να εξηγήσει την υπάρχουσα ασυμφωνία μεταξύ του σχετικά μικρού του μεγέθους (αποτελείται από 5386 νουκλεοτίδια) και του αριθμού των υπολειμμάτων αμινοξέων σε όλες τις συντιθέμενες πρωτεΐνες, που υπερβαίνει το θεωρητικά επιτρεπτό για μια δεδομένη χωρητικότητα γονιδιώματος. Η δυνατότητα συναρμολόγησης διαφορετικών πεπτιδικών αλυσίδων σε mRNA που συντίθεται από επικαλυπτόμενα γονίδια (Α και Β ή Ε και Δ) διασφαλίζεται από την παρουσία θέσεων δέσμευσης ριβοσώματος εντός αυτού του mRNA. Αυτό επιτρέπει την έναρξη της μετάφρασης ενός άλλου πεπτιδίου από ένα νέο σημείο εκκίνησης.
Η νουκλεοτιδική αλληλουχία του γονιδίου Β είναι ταυτόχρονα μέρος του γονιδίου Α και το γονίδιο Ε είναι μέρος του γονιδίου D
Επικαλυπτόμενα γονίδια, μεταφρασμένα τόσο με μετατόπιση πλαισίου όσο και στο ίδιο πλαίσιο ανάγνωσης, βρέθηκαν επίσης στο γονιδίωμα του φάγου λ. Υποτίθεται επίσης ότι είναι δυνατή η μεταγραφή δύο διαφορετικών mRNA και από τους δύο συμπληρωματικούς κλώνους ενός τμήματος DNA. Αυτό απαιτεί την παρουσία περιοχών προαγωγέα που καθορίζουν την κίνηση της RNA πολυμεράσης σε διαφορετικές κατευθύνσεις κατά μήκος του μορίου DNA.
Οι περιγραφόμενες καταστάσεις, που υποδεικνύουν την επιτρεπτή ανάγνωση διαφορετικών πληροφοριών από την ίδια αλληλουχία DNA, υποδηλώνουν ότι τα επικαλυπτόμενα γονίδια είναι ένα αρκετά κοινό στοιχείο της οργάνωσης του γονιδιώματος των ιών και, πιθανώς, των προκαρυωτών. Στους ευκαρυώτες, η γονιδιακή ασυνέχεια επιτρέπει επίσης τη σύνθεση μιας ποικιλίας πεπτιδίων από την ίδια αλληλουχία DNA.
Έχοντας υπόψη όλα αυτά, είναι απαραίτητο να τροποποιηθεί ο ορισμός του γονιδίου. Προφανώς, δεν μπορούμε πλέον να μιλάμε για ένα γονίδιο ως μια συνεχή αλληλουχία DNA που κωδικοποιεί μοναδικά μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Προφανώς, επί του παρόντος, ο τύπος "Ένα γονίδιο - ένα πολυπεπτίδιο" θα πρέπει να εξακολουθεί να θεωρείται ο πιο αποδεκτός, αν και ορισμένοι συγγραφείς προτείνουν την αλλαγή του: "Ένα πολυπεπτίδιο - ένα γονίδιο". Σε κάθε περίπτωση, ο όρος γονίδιο πρέπει να κατανοηθεί ως μια λειτουργική μονάδα κληρονομικού υλικού, το οποίο από τη χημική του φύση είναι πολυνουκλεοτίδιο και καθορίζει τη δυνατότητα σύνθεσης πολυπεπτιδικής αλυσίδας, tRNA ή rRNA.
Ένα γονίδιο, ένα ένζυμο.
Το 1940, ο J. Beadle και ο Edward Tatum χρησιμοποίησαν μια νέα προσέγγιση για να μελετήσουν πώς τα γονίδια παρέχουν μεταβολισμό σε ένα πιο βολικό ερευνητικό αντικείμενο - τον μικροσκοπικό μύκητα Neurospora crassa. Πήραν μεταλλάξεις στις οποίες; δεν υπήρχε δραστηριότητα του ενός ή του άλλου μεταβολικού ενζύμου. Και αυτό οδήγησε στο γεγονός ότι ο μεταλλαγμένος μύκητας δεν ήταν σε θέση να συνθέσει μόνος του έναν συγκεκριμένο μεταβολίτη (για παράδειγμα, το αμινοξύ λευκίνη) και μπορούσε να ζήσει μόνο όταν προστέθηκε λευκίνη στο θρεπτικό μέσο. Η θεωρία «ένα γονίδιο, ένα ένζυμο» που διατυπώθηκε από τους J. Beadle και E. Tatum κέρδισε γρήγορα ευρεία αναγνώριση μεταξύ των γενετιστών και οι ίδιοι τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ.
Μέθοδοι. Η επιλογή των αποκαλούμενων «βιοχημικών μεταλλάξεων» που οδηγούν σε διαταραχές στη δράση των ενζύμων που παρέχουν διαφορετικές μεταβολικές οδούς αποδείχθηκε πολύ γόνιμη όχι μόνο για την επιστήμη, αλλά και για την πράξη. Πρώτα, οδήγησαν στην εμφάνιση της γενετικής και στην επιλογή βιομηχανικών μικροοργανισμών, και στη συνέχεια στη μικροβιολογική βιομηχανία, η οποία χρησιμοποιεί στελέχη μικροοργανισμών που υπερπαράγουν τόσο στρατηγικά σημαντικές ουσίες όπως αντιβιοτικά, βιταμίνες, αμινοξέα κ.λπ. Οι αρχές της επιλογής και της γενετικής μηχανικής των στελεχών υπερπαραγωγών βασίζονται στην ιδέα ότι «ένα γονίδιο κωδικοποιεί ένα ένζυμο». Και παρόλο που αυτή η ιδέα είναι εξαιρετική για πρακτική, φέρνει κέρδη πολλών εκατομμυρίων δολαρίων και σώζει εκατομμύρια ζωές (αντιβιοτικά) - δεν είναι οριστική. Ένα γονίδιο δεν είναι μόνο ένα ένζυμο.
Σύνθεση RNA (μεταγραφή RNA).
Δομή του RNA.
Οργάνωση γενετικού υλικού σε ευκαρυώτες.
Μέθοδος καταγραφής γενετικών πληροφοριών
Οργάνωση γενετικού υλικού. Λειτουργικά μέρη του γονιδιώματος.
Γενικές πληροφορίες για τη γονιδιακή έκφραση.
1. Γενικές πληροφορίες για τη γονιδιακή έκφραση
Όπως γνωρίζετε, το DNA περιέχει ορισμένες γενετικές πληροφορίες:
Σχετικά με τη δομή όλων των πρωτεϊνών και του RNA του σώματος, καθώς και για τη σειρά εφαρμογής αυτών των πληροφοριών σε διαφορετικά κύτταρα κατά την οντογένεση και σε διάφορες λειτουργικές καταστάσεις.
Δεδομένου ότι όλα τα σωματικά κύτταρα του σώματος έχουν το ίδιο σύνολο 46 χρωμοσωμάτων, τότε, παρά τις έντονες διαφορές μεταξύ των κυττάρων, όλα περιέχουν την ίδια γενετική πληροφορία στο DNA τους. (Ορισμένες εξαιρέσεις είναι τα λεμφοκύτταρα, κατά τον σχηματισμό των οποίων συμβαίνει η αναδιάταξη των γονιδίων της ανοσοσφαιρίνης.)
Κατά την αντιγραφή του DNA, οι γενετικές πληροφορίες αναπαράγονται στο σύνολό τους και στη συνέχεια μεταβιβάζονται στα θυγατρικά κύτταρα. Αλλά, επιπλέον, αυτές οι πληροφορίες εκφράζονται (εφαρμόζονται) στο κύτταρο, καθορίζοντας όλες τις εκδηλώσεις της δραστηριότητας ζωής του. Ωστόσο, δεν εκφράζονται όλες οι γενετικές πληροφορίες στον πυρήνα, αλλά μόνο μερικές από αυτές.
Η έκφραση πληροφοριών σχετικά με τη δομή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης περιλαμβάνει 2 κύρια στάδια:
α) Το πρώτο από αυτά είναι η μεταγραφή: ο σχηματισμός στον κυτταρικό πυρήνα στο αντίστοιχο γονίδιο (εντοπισμένο σε ένα από τα χρωμοσώματα) ενός ειδικού αγγελιοφόρου - αγγελιοφόρου RNA (mRNA).
Το νόημα αυτής της διαδικασίας είναι η επανεγγραφή πληροφοριών σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης από έναν τεράστιο ακίνητο φορέα (DNA ως μέρος ενός χρωμοσώματος) σε έναν μικρό κινητό φορέα - mRNA. Η κατάσταση είναι περίπου η ίδια όταν ένα από αυτά αντιγράφεται σε μια δισκέτα από έναν σκληρό δίσκο υπολογιστή που περιέχει χιλιάδες αρχεία. Επομένως, το mRNA που διαβάζεται από διαφορετικά γονίδια πρέπει να διαφέρει μεταξύ τους, όπως τα ίδια τα γονίδια διαφέρουν μεταξύ τους. Μια άλλη σημαντική περίσταση: το άμεσο προϊόν της γονιδιακής μεταγραφής ονομάζεται πιο σωστά πρόδρομος του mRNA (προ-mRNA). Το γεγονός είναι ότι το νεοσχηματισμένο mRNA υφίσταται ωρίμανση, ή επεξεργασία, αμέσως (στον πυρήνα). Ταυτόχρονα, υφίσταται σημαντική τροποποίηση. Και μόνο μετά από αυτό το ώριμο mRNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα από τον πυρήνα.
β) Το δεύτερο από τα κύρια στάδια της γονιδιακής έκφρασης είναι η μετάφραση: η πρωτεϊνική σύνθεση σε ριβοσώματα σύμφωνα με ένα πρόγραμμα που υπαγορεύεται από το mRNA. Η ουσία αυτού του προγράμματος είναι να καθοριστεί η σειρά με την οποία τα αμινοξέα πρέπει να περιλαμβάνονται στην πεπτιδική αλυσίδα που χτίζεται. Επιπλέον, η διαδικασία περιλαμβάνει όχι ελεύθερα, αλλά ενεργοποιημένα αμινοξέα: καθένα από αυτά συνδέεται με το λεγόμενο. RNA μεταφοράς (tRNA), δηλ., έχει τη μορφή αμινοακυλο-tRNA (aa-tRNA). Για καθένα από τα 20 αμινοξέα υπάρχει η δική του ειδική μορφή tRNA, και πιο συχνά ούτε μία, αλλά πολλές μορφές.
Τα ριβοσώματα παίζουν το ρόλο των μοριακών μηχανών στη μετάφραση, διασφαλίζοντας τη σωστή αλληλεπίδραση των συμμετεχόντων. Το ριβόσωμα περιέχει τέσσερα μόρια, δηλ. ριβοσωμικό RNA (rRNA) - ένα μόριο καθενός από τους 4 τύπους rRNA. Σε συνδυασμό με ριβοσωμικές πρωτεΐνες, σχηματίζουν δύο υπομονάδες του ριβοσώματος και εκτελούν δομικές και, πιθανώς, καταλυτικές λειτουργίες σε αυτές. Έτσι, τρεις κατηγορίες RNA εμπλέκονται στη μετάφραση - mRNA, tRNA και rRNA.
2. Οργάνωση γενετικού υλικού. Λειτουργικά μέρη του γονιδιώματος
Τα γονίδια και η δομή τους
Οι πραγματικές πληροφορίες σχετικά με τη δομή των πρωτεϊνών και του RNA καταγράφονται σε τμήματα του DNA που ονομάζονται γονίδια και σιστρόνια.
Γονίδιοείναι ένα τμήμα του DNA που κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη.
Σίστροντο ίδιο τμήμα του DNA που κωδικοποιεί μία πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Στα ζώα και τους ανθρώπους, τα σιστρόνια βρίσκονται συχνά σε διαφορετικά χρωμοσώματα και συνήθως ονομάζονται επίσης γονίδια. Εκτός από τα γονίδια για όλες τις πρωτεΐνες στο σώμα, τα χρωμοσώματα περιέχουν επίσης γονίδια RNA - τέσσερις τύπους ριβοσωμικού RNA και αρκετές δεκάδες RNA μεταφοράς.
Το σύνολο των γονιδίων που καθορίζουν τις κληρονομικές πληροφορίες ενός οργανισμού ονομάζεται γονιδίωμα.
Σχεδόν όλα τα ευκαρυωτικά γονίδια (σε αντίθεση με τα προκαρυωτικά γονίδια) έχουν ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα: δεν περιέχουν μόνο περιοχές κωδικοποίησης - εξόνια, αλλά και χωρίς κωδικοποίηση - εσώνια. Τα εξόνια και τα εσώνια είναι διάσπαρτα μεταξύ τους, γεγονός που δίνει στο γονίδιο μια «σπασμένη» δομή.
Ο αριθμός των ιντρονίων σε ένα γονίδιο ποικίλλει από 2 έως αρκετές δεκάδες. Υπάρχουν περίπου 50 από αυτά στο γονίδιο της μυοσίνης. Μερικές φορές τα εσώνια αντιπροσωπεύουν έως και το 90% του συνολικού μήκους του γονιδίου.
Άλλα μέρη του DNA
Μεταξύ γονιδίων υπάρχουν επίσης μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες - αποστάτες. Παρά το κοινό όνομα, ο λειτουργικός τους ρόλος μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικός.
α) Πολλές περιοχές διαχωρισμού παίζουν προφανώς δομικό ρόλο:
Συμμετοχή στη σωστή τοποθέτηση της νουκλεοσωμικής αλυσίδας σε ανώτερες δομές χρωματίνης,
Στην προσκόλληση των χρωμοσωμάτων στη συσκευή κεντρολίου κ.λπ.
β) Άλλες μη κωδικοποιητικές περιοχές του DNA χρησιμεύουν ως ειδικοί τόποι δέσμευσης για ορισμένες πρωτεΐνες:
Ένζυμα που λειτουργούν στο DNA
Πρωτεΐνες που εκτελούν ρυθμιστική λειτουργία.
Σε αυτή την περίπτωση, οι θέσεις δέσμευσης για την RNA πολυμεράση (ένα ένζυμο που συνθέτει το RNA στο DNA) ονομάζονται υποστηρικτές. Είτε βρίσκονται πολύ κοντά στην αρχή ενός γονιδίου (ή μιας ομάδας γονιδίων), είτε διαχωρίζονται από το γονίδιο από κάποιους άλλους λειτουργικούς τόπους.
γ) Στους ευκαρυώτες (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων), η ρύθμιση της «ανάγνωσης» των γονιδίων πραγματοποιείται όχι μόνο από πρωτεΐνες καταστολέα, αλλά και από πρωτεΐνες ενεργοποιητές - τα λεγόμενα. παράγοντες μεταγραφής.
Οι τελευταίοι περιλαμβάνουν τους ήδη αναφερθέντες γενικούς μεταγραφικούς παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη σύνδεση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα. Αυτοί οι παράγοντες υπάρχουν σε όλα τα κύτταρα και είναι απαραίτητοι για να «διαβάσουν» οποιοδήποτε λειτουργικό γονίδιο.
Άλλοι μεταγραφικοί παράγοντες αυξάνουν τη δραστηριότητα ορισμένων μόνο γονιδίων και οι τόποι DNA που δεσμεύουν τέτοιους παράγοντες ονομάζονται ενισχυτές.
δ) Τέλος, το DNA μπορεί να περιέχει βραχείς τόπους που χρησιμεύουν ως σήματα τερματισμού ( λήξη) Μεταγραφή DNA.
Καλούνται οι περιοχές τερματισμού που βρίσκονται μετά τα γονίδια τερματιστές.
3. Μέθοδος καταγραφής γενετικών πληροφοριών
Λειτουργικός ρόλος κλώνων DNA
Οι δύο κλώνοι DNA στην περιοχή του γονιδίου είναι θεμελιωδώς διαφορετικοί ως προς τον λειτουργικό τους ρόλο: ένας από αυτούς είναι κωδικοποίησηή σημασιολογικός, δεύτερο - μήτρα.
Αυτό σημαίνει ότι στη διαδικασία της «ανάγνωσης» ενός γονιδίου (μεταγραφή ή σύνθεση προ-mRNA), μόνο ένας κλώνος DNA, το εκμαγείο, λειτουργεί ως πρότυπο. Το προϊόν αυτής της διαδικασίας, το pre-mRNA, είναι πανομοιότυπο σε αλληλουχία νουκλεοτιδίων με τον κωδικοποιητικό κλώνο του DNA (με την αντικατάσταση των βάσεων θυμίνης με βάσεις ουρακίλης).
Έτσι, αποδεικνύεται ότι με τη βοήθεια του προτύπου DNA, οι γενετικές πληροφορίες του κωδικοποιητικού κλώνου DNA αναπαράγονται στη δομή του RNA κατά τη μεταγραφή.
Στα σχέδια, είναι σύνηθες να απεικονίζεται ένα γονίδιο έτσι ώστε η κωδικεύουσα αλυσίδα να βρίσκεται στην κορυφή. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τον γενικό κανόνα για την απεικόνιση του DNA, το άκρο 5" του κωδικοποιητικού κλώνου θα πρέπει να βρίσκεται στα αριστερά.
Οι πληροφορίες για το κύκλωμα κωδικοποίησης είναι γραμμένες προς την κατεύθυνση 5´→3´. Επομένως, ο υποκινητής βρίσκεται στο άκρο 5" του κωδικοποιητικού κλώνου του γονιδίου. Και αυτό το ίδιο άκρο θεωρείται ότι είναι το άκρο 5" ολόκληρου του γονιδίου (αν και ο κλώνος του εκμαγείου έχει ένα άκρο 3' εδώ).
Βασικές ιδιότητες του γενετικού κώδικα
Η μονάδα πληροφοριών στον κωδικοποιητικό κλώνο του DNA είναι τρίδυμα- μια αλληλουχία τριών νουκλεοτιδίων.
Οι 4 τύποι νουκλεοτιδίων (που βρίσκονται στο DNA) μπορούν να σχηματίσουν 64 τύπους τριδύμων. Από αυτές, οι 61 τριπλέτες είναι σημασιολογικές, δηλαδή κωδικοποιούν το ένα ή το άλλο από τα 20 αμινοξέα, και 3 τρίδυμα είναι «άλογα».
Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν, κατά μέσο όρο, αρκετές σημασιολογικές τριπλέτες ανά αμινοξύ (στην πραγματικότητα, από 1 έως 6). Για το λόγο αυτό ονομάζεται γενετικός κώδικας εκφυλισμένος. Αν δεν ήταν αυτό, οι τυχαίες σημειακές μεταλλάξεις (αντικαταστάσεις ορισμένων νουκλεοτιδίων στο DNA με άλλα) με πολύ υψηλή συχνότητα θα οδηγούσαν στην εμφάνιση τριδύμων «χωρίς νόημα».
Ταυτόχρονα ο κώδικας ειδικός: κάθε μία από τις τριπλέτες αίσθησης αντιστοιχεί μόνο σε ένα αμινοξύ.
Οι πληροφορίες για την ίδια την πρωτεΐνη είναι ότι στο πλήρες γονίδιο (με εξαίρεση τα ιντρόνια) μια γραμμική ακολουθία τριδύμων κωδικοποιεί μια παρόμοια γραμμική αλληλουχία αμινοξέων στην πρωτογενή δομή αυτής της πρωτεΐνης (στην κατεύθυνση από το αμινο στο καρβοξυλικό άκρο του πεπτιδίου αλυσίδα).
Αυτό αποδεικνύεται αρκετά επαρκές, καθώς η πρωταρχική δομή της πρωτεΐνης καθορίζει τη χωρική διαμόρφωση του μορίου της πρωτεΐνης, καθώς και τις φυσικοχημικές και βιολογικές του ιδιότητες.
Η γραμμική αντιστοιχία μεταξύ της αλληλουχίας των τριδύμων στα εξόνια ενός γονιδίου και των αμινοξέων στην πεπτιδική αλυσίδα συμβολίζεται ως συγγραμμικότηταγενετικός κώδικας.
Άρα, ο γενετικός κώδικας είναι τριπλός. συγκεκριμένη, εκφυλισμένη, συγγραμμική και συνεχής. Σε αυτή τη λίστα προστίθεται συνήθως ευστροφία: σε όλους τους τύπους οργανισμών η έννοια οποιασδήποτε τριάδας είναι η ίδια.
Γενετικός κώδικας
Όταν μιλάμε για κώδικα, μέχρι στιγμής αναφερόμασταν στον σημασιολογικό κλώνο του DNA. Το ίδιο όμως, λαμβάνοντας υπόψη την αντικατάσταση της θυμίνης (Τ) με ουρακίλη (U), είναι και η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο pre-mRNA.
Οι τριπλέτες mRNA που αντιστοιχούν σε τριπλέτες DNA ονομάζονται κωδικόνια. Πράγματι, αυτοί είναι άμεσα:
Προσδιορίζεται η σειρά συμπερίληψης των αμινοξέων στην πεπτιδική αλυσίδα που συντίθεται στο ριβόσωμα.
Τα κωδικόνια ενός αμινοξέος διαφέρουν μόνο στο τελευταίο (τρίτο) νουκλεοτίδιο.
Σε αμινοξέα που έχουν παρόμοια δομή, τα κωδικόνια είναι επίσης παρόμοια μεταξύ τους: ταιριάζουν με δύο νουκλεοτίδια ή ένα, αλλά κεντρικό, νουκλεοτίδιο.
4. ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΕ ΕΥΚΑΡΥΩΤΕΣ
Γονίδια για έναν αριθμό πρωτεϊνών και RNA
Ένα από τα διακριτικά χαρακτηριστικά πολλών ευκαρυωτικών γονιδίων είναι η παρουσία στη σύνθεσή τους μη κωδικοποιητικών περιοχών - ιντρονίων.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι ότι, μαζί με μοναδικά γονίδια (που αντιπροσωπεύονται σε ένα απλοειδές γονιδίωμα σε έναν μόνο αριθμό αντιγράφων), υπάρχουν επανειλημμένα επαναλαμβανόμενα γονίδια.
Για να επεξηγήσουμε αυτά τα δύο χαρακτηριστικά, ας δούμε μερικά συγκεκριμένα γονίδια:
Γονίδια ιστόνης
Ιστόνες- βασικές (από την άποψη των ιδιοτήτων οξέος-βάσης) πρωτεΐνες που συμμετέχουν στο σχηματισμό της δομής νουκλεοσώματος της χρωματίνης. Καθένας από τους πέντε τύπους αυτών των πρωτεϊνών (HI, H2A, H2B, H3 και H4) κωδικοποιείται από ένα αντίστοιχο γονίδιο.
Γονίδια ριβοσωμικού RNA
Τα ριβοσώματα περιέχουν τέσσερις τύπους rRNA. Αυτά τα RNA διαφέρουν ως προς τη σταθερά καθίζησης.
Η λειτουργία των γονιδίων επηρεάζεται από πολλές πρωτεΐνες.
Γενικοί παράγοντες μεταγραφής
Οι γενικοί μεταγραφικοί παράγοντες είναι μεταγραφικοί παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη δέσμευση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα, και οι ίδιοι αλληλεπιδρούν επίσης με τον προαγωγέα.
πρωτεΐνη p53 ως παράγοντας μεταγραφής
Μεταξύ του μεγάλου αριθμού των ήδη ανακαλυφθέντων μεταγραφικών παραγόντων, η πρωτεΐνη p53 είναι ίσως η πιο γνωστή. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ελέγχει εξαιρετικά σημαντικές κυτταρικές διεργασίες και, λόγω αυτού, εμπλέκεται σε μεγάλο αριθμό διαφόρων ρυθμιστικών αλυσίδων.
Λειτουργικός ρόλος.
Η πρωτεΐνη p53 (ή το γονίδιο της) ενεργοποιείται ως απόκριση σε διάφορες βλάβες στην κυτταρική δομή:
Μη επισκευασμένα σπασίματα και άλλες βλάβες στο DNA
Παραβίαση του διαχωρισμού των χρωμοσωμάτων στη μίτωση,
Καταστροφή μικροσωληνίσκων κ.λπ.
Ως αποτέλεσμα, μέσω της μεσολάβησης της πρωτεΐνης p53, το κύτταρο ανταποκρίνεται σε βλάβη της δομής του
Είτε παραμένει σε ένα ή άλλο στάδιο του μιτωτικού κύκλου και διορθώνει αυτές τις βλάβες.
Ή (αν οι διορθώσεις είναι αδύνατες) σταματάει να διαιρείται εντελώς και μπαίνει στη διαδικασία της κυτταρικής γήρανσης.
Ή (αν το κατεστραμμένο κύτταρο είναι δυνητικά επικίνδυνο για το περιβάλλον του) πραγματοποιεί απόπτωση, δηλαδή, με απλά λόγια, αυτοκτονία.
Συγκεκριμένα, κύτταρα στα οποία έχει συμβεί μετασχηματισμός όγκου, μεταξύ άλλων, υφίστανται απόπτωση. Από αυτή την άποψη, είναι σαφές γιατί η αγγειογένεση αναστέλλεται ταυτόχρονα: αυτός είναι ένας άλλος τρόπος περιορισμού της ανάπτυξης του όγκου.
Επομένως, η πρωτεΐνη p53 είναι ένας από τους σημαντικότερους ογκοκατασταλτές. Στην πλειονότητα των αναπτυσσόμενων όγκων, οι λειτουργίες της πρωτεΐνης p53 είναι εξασθενημένες με τον ένα ή τον άλλο τρόπο.
5. ΔΟΜΗ RNA
Όλοι οι παράγοντες μεταγραφής, όπως και η ίδια η μεταγραφή, έχουν σχεδιαστεί για να διασφαλίζουν μόνο ένα πράγμα - τον σχηματισμό του RNA με την απαιτούμενη ταχύτητα σε ορισμένα μέρη των χρωμοσωμάτων.
Γενικό σχέδιο της δομής του RNA
Όπως το DNA, το RNA είναι γραμμικά (δηλαδή μη διακλαδισμένα) πολυνουκλεοτίδια με την ίδια αρχή οργάνωσης:
Αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων, καθένα από τα οποία περιλαμβάνει μια αζωτούχα βάση, μια πεντόζη και ένα φωσφορικό υπόλειμμα.
Τα νουκλεοτίδια συνδέονται σε μια αλυσίδα χρησιμοποιώντας 5',3'-φωσφοδιεστερικούς δεσμούς.
Οι πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες είναι πολικές, δηλαδή έχουν διακριτά άκρα 5" και 3".
Υπάρχουν όμως και διαφορές από το DNA. Το κυριότερο είναι ότι τα μόρια RNA (εκτός από το RNA ορισμένων ιών) δεν είναι δίκλωνα, αλλά μονόκλωνα. Ο λόγος είναι τα ακόλουθα τρία χαρακτηριστικά της πρωτογενούς δομής.
α) Πρώτον, η πεντόζη στο RNA δεν είναι δεοξυριβόζη, αλλά ριβόζη, η οποία περιέχει μια επιπλέον υδροξυ ομάδα. Το τελευταίο κάνει τη δίκλωνη δομή λιγότερο συμπαγή.
β) Δεύτερον, ανάμεσα στις τέσσερις κύριες, ή κύριες, αζωτούχες βάσεις, αντί για θυμίνη, υπάρχει η ουρακίλη, η οποία διαφέρει από τη θυμίνη μόνο στην απουσία μεθυλικής ομάδας στην 5η θέση.
6. ΣΥΝΘΕΣΗ RNA (ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ DNA)
Γενικά χαρακτηριστικά της μεταγραφής
Σε αντίθεση με την αντιγραφή του DNA, η μεταγραφή του DNA συμβαίνει σχεδόν σε όλα τα εμπύρηνα κύτταρα - τόσο διαιρούμενα όσο και μη.
Επιπλέον, στα διαιρούμενα κύτταρα εμφανίζεται σε οποιαδήποτε στιγμή του μιτωτικού κύκλου, εκτός από την περίοδο αντιγραφής (στους ευκαρυώτες) και την ίδια τη διαίρεση.
Επιπλέον, η μεταγραφή οποιουδήποτε τμήματος του DNA μπορεί να συμβεί όχι μόνο σχεδόν σε οποιαδήποτε στιγμή του κύκλου, αλλά και επανειλημμένα - αυθαίρετο αριθμό φορών. Από την άλλη πλευρά, το σύνολο των περιοχών που μεταγράφονται σε ένα κελί συχνά αλλάζει υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων.
Η ενζυματική υποστήριξη της διαδικασίας πραγματοποιείται από RNA πολυμεράση. Οι ευκαρυώτες έχουν τρεις τύπους αυτού του ενζύμου:
RNA πολυμεράση Ι - για τη σύνθεση προ-rRNA.
RNA πολυμεράση II - για τη σύνθεση προ-mRNA και
RNA πολυμεράση III - για προ-tRNA σύνθεση
Το ένζυμο σέρνεται κατά μήκος του DNA και καταλύει την εναλλακτική ενσωμάτωση στην αναπτυσσόμενη αλυσίδα ριβονουκλεοτιδίων που είναι συμπληρωματικά με τα νουκλεοτίδια της αλυσίδας του εκμαγείου DNA.
Μια άλλη ομοιότητα με τη σύνθεση DNA είναι η κατεύθυνση ανάπτυξης της αλυσίδας που χτίζεται - 5´→3´. Αυτό σημαίνει ότι τα επόμενα νουκλεοτίδια αυτής της αλυσίδας προστίθενται στο άκρο των 3".
Όπως συμβαίνει με όλες τις συνθέσεις μήτρας, ο κλώνος που κατασκευάζεται είναι αντιπαράλληλος προς τον κλώνο του προτύπου DNA. Κατά συνέπεια, το τελευταίο μεταγράφεται από το ένζυμο προς την κατεύθυνση 3΄→5΄.
Υπάρχουν όμως και θεμελιώδεις διαφορές από τη σύνθεση DNA.
α) Ασυμμετρία της διαδικασίας: όπως γνωρίζουμε, μόνο ένας κλώνος DNA χρησιμοποιείται ως πρότυπο. Δεν είναι απολύτως σαφές πώς το ενζυμικό σύστημα επιλέγει τη σωστή αλυσίδα. Προφανώς, τον βασικό ρόλο εδώ παίζουν ορισμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων σε μία από τις αλυσίδες, που αναγνωρίζονται από το σύστημα.
β) Συντηρητική διαδικασία: το μόριο DNA επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση με την ολοκλήρωση της σύνθεσης RNA. Κατά τη σύνθεση του DNA, τα μόρια ανανεώνονται κατά το ήμισυ, γεγονός που καθιστά την αντιγραφή ημι-συντηρητική.
γ) Τέλος, η σύνθεση RNA δεν απαιτεί κανένα εκκινητή για να ξεκινήσει, ενώ η αντιγραφή DNA απαιτεί εκκινητή RNA.
Μηχανισμός μεταγραφής
Έναρξη μεταγραφής
Το πρώτο και ίσως πιο σημαντικό στάδιο της μεταγραφής είναι έναρξή του: σύνδεση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα και σχηματισμός του πρώτου διανουκλεοτιδικού δεσμού.
Έχουμε ήδη μιλήσει για τη δέσμευση της RNA πολυμεράσης περισσότερες από μία φορές, οπότε τώρα θα θυμηθούμε μόνο τα κύρια σημεία (με την προσθήκη ορισμένων πληροφοριών).
Σε ευκαρυώτεςΗ προκαταρκτική δέσμευση ενός ολόκληρου συνόλου πρωτεϊνών γενικών παραγόντων μεταγραφής στον προαγωγέα απαιτείται πάντα για να σχηματιστεί ένα σύμπλοκο. Με τη δέσμευση στον προαγωγέα, η RNA πολυμεράση προκαλεί τοπική μετουσίωση του DNA, δηλ. διαχωρισμό κλώνων DNA σε περίπου 1,5 στροφές DNA. Όπως λένε, σχηματίζεται ένα μεταγραφικό «μάτι». Χάρη σε αυτό, τα νουκλεοτίδια της αλυσίδας του προτύπου DNA στην περιοχή του «ματιού» γίνονται διαθέσιμα για σύζευξη με rNTP (τριφωσφορικός ριβονουκλεοζίτης).
Το πρώτο που περιλαμβάνεται στην υπό κατασκευή αλυσίδα RNA είναι πάντα ένα νουκλεοτίδιο πουρίνης - ATP ή GTP, και τα τρία φωσφορικά του υπολείμματα διατηρούνται.
Στη συνέχεια σχηματίζεται ο πρώτος φωσφορικός δεσμός 5", 3" με το δεύτερο νουκλεοτίδιο.
Επιμήκυνση μεταγραφής
Το επόμενο στάδιο μετά την έναρξη είναι η επιμήκυνση: η σταδιακή επιμήκυνση της αναπτυσσόμενης αλυσίδας προ-RNA στο τελικό της μέγεθος.
Αυτό συμβαίνει καθώς η RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος του DNA. Αντίστοιχα, κινείται και το μεταγραφικό «μάτι», δηλαδή η περιοχή του τοπικού DNA που ξετυλίγεται. Στο μεταγραφόμενο τμήμα του DNA, η δίκλωνη ελικοειδής δομή αποκαθίσταται αμέσως μετά την αναχώρηση της RNA πολυμεράσης.
Η κατά προσέγγιση ταχύτητα κίνησης του ενζύμου και σύνθεσης RNA είναι 30 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο.
Τερματισμός μεταγραφής
Το τελευταίο στάδιο είναι ο τερματισμός ή το τέλος της μεταγραφής.
Το σήμα για αυτό είναι ειδικές περιοχές πλούσιες σε GC στο τέλος των γονιδίων. Δεδομένου ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ των ζευγών GC είναι αρκετά ισχυρή, η τοπική μετουσίωση τέτοιων περιοχών στο DNA είναι πιο δύσκολη. Αυτό επιβραδύνει την πρόοδο της RNA πολυμεράσης και μπορεί να χρησιμεύσει ως σήμα για να σταματήσει τη μεταγραφή.
Αλλά ακόμη και πριν από το τέλος της διαδικασίας, μια περιοχή πλούσια σε GC καταφέρνει επίσης να εμφανιστεί στο τέλος του νεοσυντιθέμενου RNA. Λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των νουκλεοτιδίων του, σχηματίζει μια «φουρκέτα».
Δηλαδή, οι αλληλεπιδράσεις με νουκλεοτίδια του κλώνου του προτύπου DNA αντικαθίστανται από αλληλεπιδράσεις «ενδο-φουρκέτας». Αυτό διευκολύνει την αποκόλληση του RNA από το DNA.
7. ΩΡΙΜΑΝΣΗ (ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ) RNA
Σχεδόν όλες οι διαδικασίες ωρίμανσης RNA μπορούν να χωριστούν σε τρεις τύπους:
Αφαίρεση μερικών
Συμμετοχή σε άλλους και
Τροποποίηση των ίδιων ή τρίτων νουκλεοτιδίων.
Αφαίρεση «επιπλέον» ακολουθιών
γενική περιγραφή
Η αφαίρεση «επιπλέον» νουκλεοτιδίων πραγματοποιείται με ειδικές νουκλεάσες. Οι εξωνουκλεάσες αποκόπτουν διαδοχικά ένα νουκλεοτίδιο κάθε φορά από ένα συγκεκριμένο άκρο της αλυσίδας (3' ή 5'). Και οι ενδονουκλεάσες κόβουν την αλυσίδα κάπου στα μεσαία τμήματα, οδηγώντας στον κατακερματισμό της.
Μηχανισμός ματίσματος
Ένα από τα βασικά σημεία του μηχανισμού που εξετάζουμε είναι η διασφάλιση της ακρίβειας της κοπής της αλυσίδας προ-RNA: ένα σφάλμα ακόμη και ενός νουκλεοτιδίου θα οδηγήσει σε μια «μετατόπιση πλαισίου», η οποία θα αλλάξει την έννοια όλων των κωδικονίων mRNA ή του αντικωδικονίου tRNA .
Η ακρίβεια επιτυγχάνεται λόγω δύο περιστάσεων:
Πρώτον, στην αρχή και στο τέλος κάθε εσωνίου υπάρχουν ορισμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων: για παράδειγμα, τα εσώνια αρχίζουν πάντα με G-U και τελειώνουν με το διπλό A-G.
Δεύτερον, για την αναγνώριση αυτών των αλληλουχιών, χρησιμοποιούνται ειδικά RNA. μικρά πυρηνικά RNA (snRNA). Τα τελευταία σχετίζονται με ένζυμα που καταλύουν το μάτισμα. Τέτοια σύμπλοκα ριβονουκλεοπρωτεϊνών ονομάζονται σπλιοσώματα.
Το μάτισμα ξεκινά με την αλληλεπίδραση δύο snRNAs στην αρχή και στο τέλος ενός ιντρονίου. Αυτό δίνει έναν «προσανατολισμό» για την ενδονουκλεάση: η τελευταία δρα στα όρια δίκλωνων και μονόκλωνων περιοχών.
Το πρώτο σπάσιμο προ-RNA συμβαίνει στην περιοχή του 5' άκρου του ιντρονίου - αυτή είναι η θέση του αριστερού άκρου του αριστερού snRNA. Σε αυτή την περίπτωση, το άκρο 5" του ιντρονίου συνδέεται με ένα από τα νουκλεοτίδια στο μεσαίο τμήμα του ίδιου ιντρονίου, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό μιας δομής δακτυλίου.
Προσθήκη και τροποποίηση νουκλεοτιδίων
Έτσι, κατά τη διαδικασία της προ-RNA ωρίμανσης, το τελευταίο χάνει σημαντικό μέρος των νουκλεοτιδίων του. Αλλά υπάρχει επίσης μη μεταγραφική προσθήκη μεμονωμένων νουκλεοτιδίων.
Στην περίπτωση του pre-mRNA, ένα νουκλεοτίδιο 7-μεθυλογουανυλίου, ένα συστατικό του "καπακιού", συνδέεται στο άκρο 5" (χρησιμοποιώντας έναν πυροφωσφορικό δεσμό, ο οποίος είναι άτυπος για τα πολυνουκλεοτίδια). Και στο άκρο 3" Το πολυ(Α) τμήμα περίπου 200 νουκλεοτιδίων είναι διογκωμένο νουκλεοτίδιο προς νουκλεοτίδιο. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται ειδικά ένζυμα. ειδικότερα, για το σχηματισμό του πολυ(Α) θραύσματος πολυαδενυλικής πολυμεράσης.
Στην περίπτωση του pre-tRNA, τρία νουκλεοτίδια προστίθενται με τη σειρά από το άκρο 3" - C, C και A, σχηματίζοντας έναν κλάδο δέκτη.
Η ωρίμανση του mRNA ονομάζεται επεξεργασία. Η βιολογική σημασία της επεξεργασίας σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο έγκειται στη δυνατότητα λήψης διαφορετικών συνδυασμών γονιδιακών εξονίων, και επομένως απόκτησης μεγαλύτερης ποικιλίας πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται από μια μοναδική αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA.
Επιπλέον, η τροποποίηση των άκρων 3' και 5' του mRNA χρησιμεύει για τη ρύθμιση της εξαγωγής του από τον πυρήνα, τη διατήρηση της σταθερότητας στο κυτταρόπλασμα και τη βελτίωση της αλληλεπίδρασης με τα ριβοσώματα.
Ακόμη και πριν ολοκληρωθεί η μεταγραφή, λαμβάνει χώρα πολυαδενυλίωση του άκρου 3' (Ενότητα 6.3). Μια 7-μεθυλγουανοσίνη προστίθεται στο άκρο 5" του mRNA μέσω μιας τριφωσφορικής γέφυρας, που ενώνεται στην ασυνήθιστη θέση 5"^5" και οι ριβόζες των δύο πρώτων νουκλεοτιδίων μεθυλιώνονται. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται κάλυψη.
Η διαδικασία κοπής συγκεκριμένων αλληλουχιών νουκλεοτιδίων από μόρια RNA και σύνδεσης αλληλουχιών που διατηρούνται στο «ώριμο» μόριο κατά την επεξεργασία του RNA ονομάζεται μάτισμα. Κατά το μάτισμα, τμήματα mRNA που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες (εσώνια) αφαιρούνται και εξόνια, τμήματα που κωδικοποιούν μια αλληλουχία αμινοξέων, ενώνονται μεταξύ τους και το ανώριμο προ-mRNA μετατρέπεται σε ώριμο mRNA, από το οποίο οι πρωτεΐνες των κυττάρων συντίθενται (μεταφράζονται).
Το μάτισμα απαιτεί την παρουσία ειδικών ακολουθιών 3" και 5". Το μάτισμα καταλύεται από ένα μεγάλο σύμπλεγμα RNA και πρωτεϊνών που ονομάζεται spliceosome. Το μάτισμα περιλαμβάνει πέντε μικρές πυρηνικές ριβονουκλεοπρωτεΐνες (snRNPs) - u1, u2, u4, u5 και ub. Το RNA που είναι μέρος του snRNP αλληλεπιδρά με το εσώνιο και μπορεί να εμπλέκεται στην κατάλυση. Συμμετέχει στο μάτισμα ιντρονίων που περιέχουν GU στη θέση 5" και AG στη θέση ματίσματος 3".
Μερικές φορές, κατά τη διαδικασία της ωρίμανσης, τα mRNA μπορούν να υποστούν εναλλακτικό μάτισμα, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι τα εσώνια που υπάρχουν στο pre-mRNA αποκόπτονται σε διάφορους εναλλακτικούς συνδυασμούς, στους οποίους αποκόπτονται και ορισμένα εξόνια. Μερικά από τα προϊόντα εναλλακτικού ματίσματος προ-mRNA είναι μη λειτουργικά, όπως στον προσδιορισμό του φύλου στη μύγα των καρπών Drosophila, αλλά συχνά το εναλλακτικό μάτισμα προ-mRNA ενός μόνο γονιδίου παράγει πολλαπλά mRNA και τα πρωτεϊνικά προϊόντα τους.
Είναι επί του παρόντος γνωστό ότι στους ανθρώπους, το 94% των γονιδίων υπόκεινται σε εναλλακτικό μάτισμα (το υπόλοιπο 6% των γονιδίων δεν περιέχουν ιντρόνια). Το εναλλακτικό μάτισμα σε πολυκύτταρους ευκαρυώτες είναι ένας βασικός μηχανισμός για την αύξηση της ποικιλομορφίας των πρωτεϊνών χωρίς τη δημιουργία περιττών αντιγράφων γονιδίων, και επιτρέπει επίσης τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης (εκδήλωση) σε ιστούς και σταδίου.
