Obrada - ovo je sazrijevanje preRNA sintetizirane na DNA i njezino pretvaranje u zrelu RNA. U eukariota se odvija u jezgri stanice.

Komponente obrade

  1. Uklanjanje nukleotidi. Rezultat: značajno smanjenje duljine i mase izvorne RNA.
  2. Pristupanje nukleotidi. Rezultat: lagano povećanje duljine i mase izvorne RNA.
  3. Izmjena(modifikacija) nukleotida. Rezultat: pojava rijetkih "egzotičnih" minornih ("manjih") nukleotida u RNA.

Uklanjanje nukleotida

1. Odvajanje pojedinačne nukleotide, jedan po jedan, s krajeva lanca RNA. Izvode ga enzimi egzonukleaze. Tipično, preRNA počinje na 5" kraju ATP-a ili GTP-a, a završava na 3" kraju s GC regijama. Oni su potrebni samo za samu transkripciju, ali nisu potrebni za funkcioniranje RNA, pa se odvajaju.

2. Odsijecanje Fragmenti RNA koji se sastoje od nekoliko nukleoida. Izvode ga enzimi endonukleaze. Na taj se način s krajeva preRNA uklanjaju razmaknice nukleotidne sekvence.

3. Rezanje preRNA u pojedinačne pojedinačne molekule RNA. Provode ga enzimi endonukleaze. Na taj način se dobiva ribosomska RNA (rRNA) i histonska RNA (mRNA).

4. Spajanje . Ovaj rezanje srednje dijelove (introničke sekvence) iz preRNA i zatim njezine šivanje . Eksciziju izvode enzimi endonukleaze, a unakrsno povezivanje ligaze. Rezultat je mRNA koja se sastoji samo od egzoničnih nukleotidnih sekvenci. Sve pre-mRNA su spojene, osim histonskih.

Kao rezultat uklanjanja nukleotida u mRNA, primjerice, umjesto 9200 nukleotida može ostati samo 1200.

U prosjeku, nakon obrade, samo 13% duljine pre-mRNA ostaje u zreloj mRNA, a 87% se gubi.

Dodavanje nukleotida

Modificirani 7-metilgvanilni nukleotid vezan je za pre-mRNA s početnog 5" kraja pomoću atipične pirofosfatne veze; ovo je komponenta "kapa" ("kape") mRNA. Ova kapica se stvara u početnoj fazi sinteze RNA kako bi zaštitila nastajuću RNA od napada enzima egzonukleaza koji cijepaju terminalne nukleotide iz RNA.

Nakon završetka sinteze pre-mRNA, adenil nukleotidi se sekvencijalno dodaju njenom konačnom dijelu od 3" kraja pomoću enzima poliadenilatne polimeraze, tako da poliadenilatni "rep" od približno 200-250 A-nukleotida. Ciljevi za ovaj proces su sekvence AAAAAAA i GGUUGUUGGUU na kraju preRNA. Kao rezultat toga, vlastiti rep preRNA je odsječen i zamijenjen poliA repom.

Video:Opskrba preRNA s kapom i repom

Na prije tRNA rep na svom 3" kraju nastaje uzastopnim dodavanjem tri nukleotida: C, C i A. Oni tvore akceptorsku granu prijenosne RNA.

Modifikacija nukleotida

Važno je napomenuti da se modificirani manji nukleotidi pojavljuju u sazrijevajućoj RNA kao rezultat obrade, a ne integriraju se u RNA tijekom njezine sinteze na DNA.

U nukleotidima kapice nalaze se mRNA Dolazi do metilacije riboze.

u pre- rRNA Ribozni ostaci se metiliraju selektivno duž cijele duljine lanca, s učestalošću od približno 1%, tj. 1 nukleotid od 100.

u pre- tRNA modifikacija se događa na najrazličitije načine. Na primjer, ako se uridin reducira, postaje dihidrouridin, ako se izomerizira, postaje pseudouridin, ako se metilira, postaje metiluridin.Adenozin se može deaminirati, pretvarajući se u inozin, a ako se zatim metilira, postaje metilinozin. Također se javljaju i druge modifikacije nukleotida.

Video:Detalji o obradi

Rezultat obrade

Izvorne preRNA su skraćene i modificirane . Stanice se pojavljuju u jezgri zrela RNA različiti tipovi: rRNA (28S, 18S, 5.8S, 5S), tRNA (1-3 vrste za svaku od 20 aminokiselina), mRNA (tisuće opcija ovisno o broju gena izraženih u određenoj stanici). Ovdje u jezgri, rRNA se veže na ribosomske proteine ​​i formira velike i male ribosomske podjedinice. Napuštaju jezgru i ulaze u citoplazmu. I mRNA se veže na transportne proteine ​​i u tom obliku izlazi iz jezgre u citoplazmu.

Upravo je ta faza ono što razlikuje implementaciju postojeće genetske informacije u stanice kao što su eukarioti i prokarioti.

Tumačenje ovog pojma

U prijevodu s engleskog ovaj izraz znači "obrada, obrada". Obrada je proces proizvodnje zrelih molekula ribonukleinske kiseline iz pre-RNA. Drugim riječima, radi se o skupu reakcija koje dovode do transformacije primarnih produkata transkripcije (pre-RNA raznih vrsta) u već funkcionalne molekule.

Što se tiče obrade r- i tRNA, ona se najčešće svodi na odsijecanje nepotrebnih fragmenata s krajeva molekula. Ako govorimo o mRNA, onda se može primijetiti da se u eukariotima ovaj proces odvija na višefazni način.

Dakle, nakon što smo već naučili da je procesiranje transformacija primarnog prijepisa u zrelu molekulu RNA, vrijedi prijeći na razmatranje njegovih značajki.

Glavne značajke koncepta koji se razmatra

To uključuje sljedeće:

  • modifikacija i krajeva molekule i RNA, pri čemu se na njih vežu specifični nizovi nukleotida, koji označavaju mjesto početka (kraja) translacije;
  • spajanje je odsijecanje neinformativnih sekvenci ribonukleinske kiseline koje odgovaraju intronima DNA.

Što se tiče prokariota, njihova mRNA ne podliježe obradi. Ima sposobnost rada odmah nakon završetka sinteze.

Gdje se odvija predmetni proces?

U svakom organizmu, obrada RNK se odvija u jezgri. Provodi se preko posebnih enzima (njihove skupine) za svaku pojedinu vrstu molekule. Produkti prevođenja kao što su polipeptidi koji se izravno čitaju iz mRNA također se mogu obraditi. Takozvane prekursorske molekule većine proteina - kolagen, imunoglobulini, probavni enzimi, neki hormoni - prolaze kroz te promjene, nakon čega počinje njihovo stvarno funkcioniranje u tijelu.

Već smo naučili da je procesiranje proces formiranja zrele RNA iz pre-RNA. Sada je vrijedno zadubiti se u prirodu same ribonukleinske kiseline.

RNA: kemijska priroda

To je kopolimer pirimidinskih i purinskih ribonukleotida, koji su međusobno, kao i u DNK, povezani 3' - 5' fosfodiesterskim mostovima.

Iako su ove dvije vrste molekula slične, razlikuju se na nekoliko načina.

Razlikovne značajke RNA i DNA

Prvo, ribonukleinska kiselina ima ostatak ugljika, koji je uz pirimidinske i purinske baze, fosfatne skupine - ribozu, dok DNA ima 2'-deoksiribozu.

Drugo, komponente pirimidina su također različite. Slične komponente su nukleotidi adenina, citozina i gvanina. RNK sadrži uracil umjesto timina.

Treće, RNK ima jednolančanu strukturu, a DNK je dvolančana molekula. Ali u lancu ribonukleinske kiseline postoje regije suprotnog polariteta (komplementarni slijed), zahvaljujući kojima se njegov pojedinačni lanac može presavijati i formirati "ukosnice" - strukture obdarene karakteristikama 2 spirale (kao što je prikazano na gornjoj slici).

Četvrto, zbog činjenice da je RNA jedan lanac koji je komplementaran samo jednom od lanaca DNA, gvanin ne mora nužno biti prisutan u njemu u istom sadržaju kao citozin, a adenin - kao uracil.

Peto, RNK se može hidrolizirati alkalijama do 2', 3'-cikličkih diestera mononukleotida. Ulogu međuproizvoda u hidrolizi ima 2', 3', 5-triester, koji nije sposoban formirati DNA tijekom sličnog procesa zbog odsutnosti 2'-hidroksilnih skupina. U usporedbi s DNK, alkalna labilnost ribonukleinske kiseline je korisno svojstvo i za dijagnostičke i za analitičke svrhe.

Ovaj niz je komplementaran lancu gena (kodiranje) iz kojeg se "čita" RNA. Zbog ovog svojstva, molekula ribonukleinske kiseline može se specifično vezati za kodirajući lanac, ali ne može to učiniti s nekodirajućim lancem DNK. Sekvenca RNA, osim zamjene T s U, slična je sekvenci nekodirajućeg lanca gena.

Vrste RNA

Gotovo svi su uključeni u takav proces jer su poznati sljedeći tipovi RNA:

  1. Template (mRNA). To su citoplazmatske molekule ribonukleinske kiseline koje služe kao kalupi za sintezu proteina.
  2. Ribosomska (rRNA). Ovo je citoplazmatska molekula RNA koja igra ulogu takvih strukturnih komponenti kao što su ribosomi (organele uključene u sintezu proteina).
  3. Transport (tRNA). To su molekule koje sudjeluju u translaciji (translaciji) informacija mRNA u niz aminokiselina već u proteinima.

Značajan dio RNA u obliku prvih transkripata, koji nastaju uključujući i stanice sisavaca, podložan je razgradnji u jezgri, au citoplazmi ne igra informacijsku ili strukturnu ulogu.

U ljudskim stanicama (kultiviranim) pronađena je klasa malih nuklearnih ribonukleinskih kiselina koje nisu izravno uključene u sintezu proteina, ali imaju utjecaj na procesiranje RNK, kao i na opću staničnu "arhitekturu". Veličine su im različite, sadrže 90 - 300 nukleotida.

Ribonukleinska kiselina je glavni genetski materijal niza biljnih i životinjskih virusa. Neki RNA virusi nikada ne prolaze kroz stadij RNA u DNA. Ipak, mnoge životinjske viruse, na primjer retroviruse, karakterizira obrnuta translacija njihovog RNA genoma, usmjerena o RNA-ovisnoj reverznoj transkriptazi (DNA polimeraza) uz stvaranje 2-lančane kopije DNA. U većini slučajeva, transkript dvolančane DNA u nastajanju ugrađuje se u genom, čime se osigurava ekspresija virusnih gena i proizvodnja novih kopija genoma RNA (također virusnih).

Posttranskripcijske modifikacije ribonukleinske kiseline

Njegove molekule, sintetizirane RNA polimerazama, uvijek su funkcionalno neaktivne i djeluju kao prekursori, odnosno pre-RNA. Oni se pretvaraju u već zrele molekule tek nakon što prođu odgovarajuće posttranskripcijske modifikacije RNK - faze njezinog sazrijevanja.

Stvaranje zrelih mRNA počinje tijekom sinteze RNA i polimeraze II u fazi elongacije. Već na 5'-kraju postupno rastućeg RNA lanca, GTP je vezan za 5'-kraj, zatim se ortofosfat odcjepljuje. Gvanin se zatim metilira u 7-metil-GTP. Ova posebna skupina koja se nalazi u mRNA naziva se "kapa" (cap).

Ovisno o vrsti RNA (ribosomska, transportna, templatna itd.), prekursori prolaze različite sekvencijalne modifikacije. Na primjer, prekursori mRNA podvrgavaju se spajanju, metilaciji, zatvaranju, poliadenilaciji i ponekad uređivanju.

Eukarioti: opće karakteristike

Eukariotska stanica djeluje kao domena živih organizama, a sadrži jezgru. Osim bakterija, arheja, svi organizmi su nuklearni. Biljke, gljive, životinje, uključujući skupinu organizama koji se nazivaju protisti, svi su eukariotski organizmi. Mogu biti i jednostanični i višestanični, ali svi imaju zajednički plan stanične građe. Opće je prihvaćeno da ti vrlo različiti organizmi imaju isto podrijetlo, zbog čega se nuklearna skupina percipira kao monofiletski takson najvišeg ranga.

Na temelju uobičajenih hipoteza, eukarioti su nastali prije 1,5 - 2 milijarde godina. Važnu ulogu u njihovoj evoluciji ima simbiogeneza - simbioza eukariotske stanice koja je imala jezgru sposobnu za fagocitozu i bakterija koje je progutala - prekursora plastida i mitohondrija.

Prokarioti: opće karakteristike

To su 1-stanični živi organizmi koji nemaju jezgru (formiranu) i druge membranske organele (unutarnje). Jedina velika kružna 2-lančana molekula DNA koja sadrži najveći dio genetskog materijala stanice je ona koja ne tvori kompleks s histonskim proteinima.

Prokarioti uključuju arheje i bakterije, uključujući cijanobakterije. Potomci stanica bez jezgre su eukariotski organeli – plastidi, mitohondriji. Podijeljeni su u 2 taksona unutar ranga domene: Arheje i Bakterije.

Ove stanice nemaju nuklearnu ovojnicu; pakiranje DNK odvija se bez sudjelovanja histona. Hranjenje im je osmotrofno, a genetski materijal predstavlja jedan prstenasto zatvoren, a postoji samo 1 replikon. Prokarioti još uvijek imaju organele koji imaju strukturu membrane.

Razlika između eukariota i prokariota

Temeljna značajka eukariotskih stanica povezana je s prisutnošću genetskog aparata u njima, koji se nalazi u jezgri, gdje je zaštićen membranom. Njihova DNA je linearna, povezana s histonskim proteinima, drugim kromosomskim proteinima koji su odsutni u bakterijama. U pravilu sadrže 2 nuklearne faze. Jedna ima haploidni skup kromosoma, a naknadnim spajanjem 2 haploidne stanice formiraju diploidnu, koja već sadrži 2. set kromosoma. Također se događa da naknadnom diobom stanica ponovno postane haploidna. Ovakav životni ciklus, kao i diploidnost općenito, nije tipičan za prokariote.

Najzanimljivija razlika je prisutnost posebnih organela u eukariota, koji imaju vlastiti genetski aparat i razmnožavaju se diobom. Ove strukture su okružene membranom. Ove organele su plastidi i mitohondriji. Po životnoj aktivnosti i građi iznenađujuće su slične bakterijama. Ta je okolnost potaknula znanstvenike na pomisao da su oni potomci bakterijskih organizama koji su ušli u simbiozu s eukariotima.

Prokarioti imaju mali broj organela, od kojih nijedna nije okružena drugom membranom. Nedostaju im endoplazmatski retikulum i lizosomi.

Druga važna razlika između eukariota i prokariota je prisutnost fenomena endocitoze u eukariota, uključujući fagocitozu u većini skupina. Potonji je sposobnost hvatanja, zatvaranjem u membransku vezikulu, a zatim probaviti različite čvrste čestice. Ovaj proces osigurava najvažniju zaštitnu funkciju u tijelu. Pojava fagocitoze vjerojatno je posljedica činjenice da su njihove stanice srednje veličine. Prokariotski organizmi su nesrazmjerno manji, zbog čega se tijekom evolucije eukariota pojavila potreba vezana uz opskrbu stanice značajnom količinom hrane. Kao rezultat toga, među njima su se pojavili prvi mobilni grabežljivci.

Prerada kao jedna od faza biosinteze proteina

Ovo je druga faza, koja počinje nakon transkripcije. Procesiranje proteina događa se samo kod eukariota. Ovo je sazrijevanje mRNA. Točnije, radi se o uklanjanju regija koje ne kodiraju protein i dodavanju kontrola.

Zaključak

Ovaj članak opisuje što je obrada (biologija). Također objašnjava što je RNA, navedene su njezine vrste i posttranskripcijske modifikacije. Razmatraju se razlikovne značajke eukariota i prokariota.

Konačno, vrijedi podsjetiti da je procesiranje proces formiranja zrele RNA iz pre-RNA.

Procesiranje RNA (posttranskripcijske modifikacije RNA) skup je procesa u eukariotskim stanicama koji dovode do pretvorbe primarnog RNA prijepisa u zrelu RNA.

Najpoznatija je obrada glasničkih RNA, koje tijekom svoje sinteze prolaze kroz modifikacije: pokrivanje, spajanje i poliadenilacija. Ribosomske RNA, prijenosne RNA i male nuklearne RNA također su modificirane (drugim mehanizmima).

Spajanje (od engleskog splice - spojiti ili zalijepiti krajeve nečega) je proces izrezivanja određenih nukleotidnih sekvenci iz RNA molekula i spajanja sekvenci koje ostaju u "zreloj" molekuli tijekom RNA procesiranja. Taj se proces najčešće događa tijekom sazrijevanja glasničke RNA (mRNA) u eukariota, tijekom kojeg se, kroz biokemijske reakcije koje uključuju RNA i proteine, odstranjuju dijelovi mRNA koji ne kodiraju protein (introni), a dijelovi koji kodiraju amino kiseli niz – egzoni su međusobno povezani. Tako se nezrela pre-mRNA pretvara u zrelu mRNA, iz koje se čitaju (prevode) stanični proteini. Većina prokariotskih gena za kodiranje proteina nema introne, pa je spajanje prije mRNA u njima rijetko. Spajanje prijenosnih RNA (tRNA) i drugih nekodirajućih RNA događa se i kod predstavnika eukariota, bakterija i arheja.

Obrada i spajanje sposobni su kombinirati strukture koje su udaljene jedna od druge u jedan gen, pa su od velike evolucijske važnosti. Takvi procesi pojednostavljuju specijaciju. Proteini imaju blok strukturu. Na primjer, enzim je DNA polimeraza. To je kontinuirani polipeptidni lanac. Sastoji se od vlastite DNA polimeraze i endonukleaze, koja cijepa DNA molekulu s kraja. Enzim se sastoji od 2 domene, koje tvore 2 neovisne kompaktne čestice povezane polipeptidnim mostom. Na granici između 2 enzimska gena nalazi se intron. Domene su nekada bile odvojeni geni, ali su se onda približile.

Povrede takve strukture gena dovode do genskih bolesti. Povreda strukture introna je fenotipski nevidljiva, povreda sekvence egzona dovodi do mutacije (mutacija globinskih gena).

Biosinteza proteina je složeni višefazni proces sinteze polipeptidnog lanca iz aminokiselinskih ostataka koji se odvija na ribosomima stanica živih organizama uz sudjelovanje molekula mRNA i tRNA. Biosinteza proteina može se podijeliti u faze transkripcije, obrade i translacije. Tijekom transkripcije čitaju se genetske informacije šifrirane u molekulama DNA i te se informacije zapisuju u molekule mRNA. Tijekom niza uzastopnih faza obrade, neki fragmenti koji su nepotrebni u sljedećim fazama uklanjaju se iz mRNA, a nukleotidne sekvence se uređuju. Nakon prijenosa koda iz jezgre u ribosome, stvarna sinteza proteinskih molekula događa se pričvršćivanjem pojedinačnih aminokiselinskih ostataka na rastući polipeptidni lanac.



Ulogu posrednika, čija je funkcija prevesti nasljedne informacije pohranjene u DNK u radni oblik, imaju ribonukleinske kiseline - RNK.

ribonukleinske kiseline su predstavljene jednim polinukleotidnim lancem koji se sastoji od četiri vrste nukleotida koji sadrže šećer, ribozu, fosfat i jednu od četiri dušične baze - adenin, gvanin, uracil ili citozin

Matrična, ili informacijska, RNK (mRNA, ili mRNA). Transkripcija. Kako bi se sintetizirali proteini s određenim svojstvima, na mjesto njihove izgradnje šalju se “upute” o redoslijedu uključivanja aminokiselina u peptidni lanac. Ova je uputa sadržana u nukleotidnom slijedu matrične, ili glasničke RNA (mRNA, mRNA), sintetizirane u odgovarajućim dijelovima DNA. Proces sinteze mRNA naziva se transkripcija.

Tijekom procesa sinteze, dok se RNA polimeraza kreće duž molekule DNA, jednolančane sekcije DNA kroz koje je prošla ponovno se kombiniraju u dvostruku spiralu. MRNA proizvedena tijekom transkripcije sadrži točnu kopiju informacija zabilježenih u odgovarajućem dijelu DNK. Trostruki susjedni nukleotidi mRNA koji kodiraju aminokiseline nazivaju se kodoni. Kodonska sekvenca mRNA kodira sekvencu aminokiselina u peptidnom lancu. Kodoni mRNA odgovaraju određenim aminokiselinama (Tablica 1).



Prijenosna RNA (tRNA). Emitiranje. Prijenosna RNA (tRNA) ima važnu ulogu u procesu korištenja nasljednih informacija od strane stanice. Isporukom potrebnih aminokiselina na mjesto sastavljanja peptidnih lanaca, tRNA djeluje kao translacijski posrednik.

Ima četiri glavna dijela koji obavljaju različite funkcije. Akceptorsko "deblo" čine dva komplementarno povezana terminalna dijela tRNA. Sastoji se od sedam parova baza. 3" kraj ove stabljike malo je duži i tvori jednolančanu regiju koja završava CCA sekvencom sa slobodnom OH skupinom. Prenesena aminokiselina je pričvršćena na ovaj kraj. Preostale tri grane su komplementarni upareni nizovi nukleotida koji završavaju nesparena područja koja tvore petlje.Sredina tih grana – antikodon – sastoji se od pet parova nukleotida i u središtu svoje petlje sadrži antikodon.Antikodon su tri nukleotida komplementarna kodonu mRNA, koji kodira aminokiselinu koju ta tRNA prenosi do mjesta sinteze peptida.

Općenito, različite vrste tRNA karakterizira određena postojanost nukleotidnog niza koji se najčešće sastoji od 76 nukleotida. Varijacije u njihovom broju uglavnom su posljedica promjena u broju nukleotida u dodatnoj petlji. Komplementarne regije koje podupiru strukturu tRNA obično su očuvane. Primarna struktura tRNA, određena sekvencom nukleotida, tvori sekundarnu strukturu tRNA, koja ima oblik lista djeteline. Zauzvrat, sekundarna struktura određuje trodimenzionalnu tercijarnu strukturu, koju karakterizira formiranje dviju okomito smještenih dvostrukih spirala (slika 27). Jednu od njih čine akceptorske i TψC grane, drugu antikodon i D grane.

Prenesena aminokiselina nalazi se na kraju jedne od dvostrukih spirala, a antikodon se nalazi na kraju druge. Ta su područja smještena što je moguće dalje jedna od druge. Stabilnost tercijarne strukture tRNA održava se zbog pojave dodatnih vodikovih veza između baza polinukleotidnog lanca, smještenih u različitim dijelovima, ali prostorno blizu u tercijarnoj strukturi.

Različite vrste tRNA imaju slične tercijarne strukture, iako s nekim varijacijama.

Jedna od značajki tRNA je prisutnost neobičnih baza u njoj, koje nastaju kao rezultat kemijske modifikacije nakon uključivanja normalne baze u polinukleotidni lanac. Ove promijenjene baze određuju veliku strukturnu raznolikost tRNA u općem planu njihove strukture.

14..Ribosomski ciklus sinteze proteina (inicijacija, elongacija, terminacija). Posttranslacijske transformacije proteina.

Ribosomski ciklus sinteze proteina. Na ribosomima se odvija proces interakcije između mRNA i tRNA, koji osigurava prevođenje informacija s jezika nukleotida na jezik aminokiselina. Potonji su složeni kompleksi rRNA i raznih proteina, u kojima prvi čine okvir. Ribosomske RNA nisu samo strukturna komponenta ribosoma, već također osiguravaju njihovo vezanje na specifičnu nukleotidnu sekvencu mRNA. Ovo uspostavlja početak i okvir za čitanje za formiranje peptidnog lanca. Osim toga, osiguravaju interakciju između ribosoma i tRNA. Brojni proteini koji čine ribosome, zajedno s rRNA, imaju i strukturnu i enzimsku ulogu.

Ribosomi pro- i eukariota vrlo su slični po strukturi i funkciji. Sastoje se od dvije podčestice: velike i male. Kod eukariota malu subčesticu čini jedna molekula rRNA i 33 molekule različitih proteina. Velika podjedinica kombinira tri molekule rRNA i oko 40 proteina. Prokariotski ribosomi i ribosomi mitohondrija i plastida sadrže manje komponenti.

Ribosomi imaju dvije brazde. Jedan od njih drži rastući polipeptidni lanac, drugi drži mRNA. Osim toga, ribosomi imaju dva mjesta vezivanja tRNA. Aminoacil A mjesto sadrži aminoacil-tRNA koja nosi specifičnu aminokiselinu. Peptidil P-mjesto obično sadrži tRNA, koja je napunjena lancem aminokiselina povezanih peptidnim vezama. Formiranje A- i P-mjesta osiguravaju obje subčestice ribosoma.

U bilo kojem trenutku, ribosom pregledava segment mRNA koji je dugačak oko 30 nukleotida. Time se osigurava interakcija samo dviju tRNA s dva susjedna kodona mRNA (slika 3.31).

Prijevod informacija na "jezik" aminokiselina izražava se u postupnom rastu peptidnog lanca u skladu s uputama sadržanim u mRNA. Taj se proces odvija na ribosomima, koji osiguravaju slijed dekodiranja informacija pomoću tRNA. Tijekom translacije mogu se razlikovati tri faze: inicijacija, elongacija i terminacija sinteze peptidnog lanca.

Inicijacijska faza, odnosno početak sinteze peptida, sastoji se od spajanja dviju ribosomskih subčestica koje su prethodno odvojene u citoplazmi na određenom dijelu mRNA i pričvršćivanja prve aminoacil-tRNA na njega. Ovo također postavlja okvir za čitanje informacija sadržanih u mRNA (Sl. 3.32).

U molekuli bilo koje mRNA, blizu njenog 5" kraja, postoji regija koja je komplementarna rRNA male ribosomske podjedinice i ona ju specifično prepoznaje. Pokraj nje se nalazi početni startni kodon OUT, koji kodira amino kiseli metionin. Mala podjedinica ribosoma povezuje se s mRNA na takav način da se početni kodon OUT nalazi u regiji koja odgovara P-mjestu. U ovom slučaju samo početna tRNA, koja nosi metionin, može preuzeti smjestiti u nedovršeno P-mjesto male podjedinice i komplementarno spojiti s početnim kodonom.Nakon opisanog događaja velika i mala podjedinica ribosoma se sjedinjuju uz stvaranje njegovih peptidilnih i aminoacilnih parcela (sl. 3.32).

Do kraja faze inicijacije, P-mjesto zauzima aminoacil-tRNA vezana za metionin, dok se A-mjesto ribosoma nalazi pokraj startnog kodona.

Opisani procesi inicijacije translacije katalizirani su posebnim proteinima - čimbenicima inicijacije, koji su fleksibilno povezani s malom podjedinicom ribosoma. Nakon završetka faze inicijacije i formiranja kompleksa ribosom - mRNA - inicirajući aminoacil-tRNA, ti se čimbenici odvajaju od ribosoma.

Faza elongacije, odnosno produljenja peptida, uključuje sve reakcije od trenutka stvaranja prve peptidne veze do dodavanja posljednje aminokiseline. Predstavlja događaje koji se ciklički ponavljaju u kojima dolazi do specifičnog prepoznavanja aminoacil-tRNA sljedećeg kodona koji se nalazi na A-mjestu, te dolazi do komplementarne interakcije između antikodona i kodona.

Zbog osobitosti trodimenzionalne organizacije tRNA. (vidi odjeljak 3.4.3.1) kada povezuje svoj antikodon s kodonom mRNA. aminokiselina koju prenosi nalazi se na A-mjestu, blizu prethodno uključene aminokiseline smještene na P-mjestu. Između dviju aminokiselina stvara se peptidna veza koju kataliziraju posebni proteini koji čine ribosom. Kao rezultat toga, prethodna aminokiselina gubi vezu sa svojom tRNA i pridružuje se aminoacil-tRNA koja se nalazi na A-mjestu. TRNA koja se nalazi u P-odjeljku u ovom trenutku se oslobađa i odlazi u citoplazmu (slika 3.33).

Kretanje tRNA napunjene peptidnim lancem od A-mjesta do P-mjesta popraćeno je napredovanjem ribosoma duž mRNA za korak koji odgovara jednom kodonu. Sada sljedeći kodon dolazi u kontakt s mjestom A, gdje će ga posebno "prepoznati" odgovarajuća aminoacil-tRNA, koja će tamo smjestiti svoju aminokiselinu. Ovaj slijed događaja se ponavlja sve dok kodon terminatora, za koji ne postoji odgovarajuća tRNA, ne stigne na mjesto A ribosoma.

Sastavljanje peptidnog lanca odvija se prilično velikom brzinom, ovisno o temperaturi. Kod bakterija na 37 °C izražava se dodavanjem 12 do 17 aminokiselina po 1 s subpeptidu. U eukariotskim stanicama ta je stopa niža i izražava se dodavanjem dvije aminokiseline u 1 s.

Terminacijska faza, ili završetak sinteze polipeptida, povezana je s prepoznavanjem od strane specifičnog ribosomskog proteina jednog od terminacijskih kodona (UAA, UAG ili UGA) kada on uđe u zonu A-mjesta ribosoma. U ovom slučaju, voda se dodaje zadnjoj aminokiselini u peptidnom lancu, a njen karboksilni kraj se odvaja od tRNA. Kao rezultat toga, završeni peptidni lanac gubi vezu s ribosomom, koji se raspada na dvije podčestice (slika 3.34).

Posttranslacijske transformacije proteina. Peptidni lanci sintetizirani tijekom translacije, na temelju svoje primarne strukture, dobivaju sekundarnu i tercijarnu, te višestruku i kvaternarnu organizaciju, koju tvore nekoliko peptidnih lanaca. Ovisno o funkcijama koje obavljaju proteini, njihove aminokiselinske sekvence mogu proći različite transformacije, tvoreći funkcionalno aktivne proteinske molekule.

Mnogi membranski proteini se sintetiziraju kao predproteini koji imaju vodeću sekvencu na N-kraju koja im omogućuje prepoznavanje membrane. Ova sekvenca se odcjepljuje tijekom sazrijevanja i umetanja proteina u membranu. Sekretorni proteini također imaju vodeću sekvencu na N-kraju, koja osigurava njihov transport kroz membranu.

Neki proteini odmah nakon translacije nose dodatne pro-sekvence aminokiselina koje određuju stabilnost prekursora aktivnih proteina. Kada protein sazrije, oni se uklanjaju, osiguravajući prijelaz neaktivnog proteina u aktivni protein. Na primjer, inzulin se prvo sintetizira kao pre-proinzulin. Tijekom sekrecije predsekvenca se odcjepljuje, a zatim proinzulin prolazi kroz modifikaciju u kojoj se s njega uklanja dio lanca i pretvara u zreli inzulin.

I - RNA polimeraza veže se za DNA i počinje sintetizirati mRNA u smjeru 5" → 3";

II - kako RNA polimeraza napreduje, ribosomi se pričvršćuju na 5" kraj mRNA, čime započinje sinteza proteina;

III - grupa ribosoma prati RNA polimerazu, njena razgradnja počinje na 5" kraju mRNA;

IV - proces degradacije je sporiji od transkripcije i translacije;

V - nakon završetka transkripcije mRNA se oslobađa DNA, na njoj se nastavlja translacija i razgradnja na 5" kraju

Stvaranjem tercijarnih i kvartarnih organizacija tijekom posttranslacijskih transformacija, proteini stječu sposobnost aktivnog funkcioniranja, ugrađuju se u određene stanične strukture i obavljaju enzimske i druge funkcije.

Razmotrene značajke implementacije genetskih informacija u pro- i eukariotskim stanicama otkrivaju temeljnu sličnost ovih procesa. Posljedično, mehanizam ekspresije gena povezan s transkripcijom i naknadnim prevođenjem informacija, koje su šifrirane pomoću biološkog koda, razvio se kao cjelina i prije nego što su ova dva tipa stanične organizacije formirana. Divergentna evolucija genoma pro- i eukariota dovela je do razlika u organizaciji njihovog nasljednog materijala, što nije moglo utjecati na mehanizme njegove ekspresije.

Stalno usavršavanje našeg znanja o organizaciji i funkcioniranju materijala nasljeđa i varijabilnosti određuje evoluciju ideja o genu kao funkcionalnoj jedinici ovog materijala.

Odnos između gena i svojstva. Primjer. Hipoteza “jedan gen – jedan enzim”, njezino suvremeno tumačenje.

Otkrića egzon-intronske organizacije eukariotskih gena i mogućnosti alternativnog spajanja pokazala su da ista nukleotidna sekvenca primarnog transkripta može omogućiti sintezu više polipeptidnih lanaca s različitim funkcijama ili njihovih modificiranih analoga. Na primjer, mitohondriji kvasca sadrže box (ili cob) gen koji kodira respiratorni enzim citokrom b. Može postojati u dva oblika (sl. 3.42). “Dugi” gen, koji se sastoji od 6400 bp, ima 6 egzona ukupne duljine 1155 bp. i 5 introna. Kratki oblik gena sastoji se od 3300 bp. i ima 2 introna. To je zapravo "dugi" gen kojem nedostaju prva tri introna. Oba oblika gena su jednako dobro izražena.

Nakon uklanjanja prvog introna "dugog" box gena, na temelju kombinirane nukleotidne sekvence prva dva egzona i dijela nukleotida drugog introna, formira se matrica za nezavisni protein - RNA maturazu (Sl. 3.43). Funkcija RNA maturaze je osigurati sljedeći korak spajanja - uklanjanje drugog introna iz primarnog transkripta i konačno formiranje predloška za citokrom b.

Drugi primjer je promjena u obrascu spajanja primarnog transkripta koji kodira strukturu molekula protutijela u limfocitima. Membranski oblik protutijela ima dugačak "rep" aminokiselina na C-kraju, koji osigurava fiksaciju proteina na membrani. Izlučeni oblik protutijela nema takav rep, što se objašnjava uklanjanjem nukleotida koji kodiraju ovu regiju iz primarnog transkripta tijekom spajanja.

Kod virusa i bakterija opisana je situacija u kojoj jedan gen može istovremeno biti dio drugog gena, ili određeni slijed nukleotida DNA može biti dio dva različita gena koji se preklapaju. Na primjer, fizička mapa genoma faga FX174 (slika 3.44) pokazuje da se sekvenca gena B nalazi unutar gena A, a gen E je dio sekvence gena D. Ova značajka organizacije faga genoma uspio objasniti postojeći nesklad između njegove relativno male veličine (sastoji se od 5386 nukleotida) i broja aminokiselinskih ostataka u svim sintetiziranim proteinima, što premašuje ono što je teoretski dopušteno za određeni kapacitet genoma. Mogućnost sastavljanja različitih peptidnih lanaca na mRNA sintetiziranoj iz preklapajućih gena (A i B ili E i D) osigurana je prisutnošću veznih mjesta ribosoma unutar ove mRNA. To omogućuje da translacija drugog peptida započne s nove početne točke.

Nukleotidna sekvenca gena B istovremeno je dio gena A, a gena E dio je gena D

Geni koji se preklapaju, prevedeni i s pomakom okvira iu istom okviru čitanja, također su pronađeni u genomu λ faga. Također se pretpostavlja da je moguće prepisati dvije različite mRNA s oba komplementarna lanca jednog dijela DNA. To zahtijeva prisutnost promotorskih regija koje određuju kretanje RNA polimeraze u različitim smjerovima duž molekule DNA.

Opisane situacije, ukazujući na dopuštenost čitanja različitih informacija iz iste sekvence DNK, upućuju na to da su geni koji se preklapaju prilično čest element organizacije genoma virusa, a možda i prokariota. U eukariota, diskontinuitet gena također omogućuje sintezu različitih peptida iz iste DNA sekvence.

Imajući sve ovo u vidu, potrebno je izmijeniti definiciju gena. Očito, više ne možemo govoriti o genu kao kontinuiranom nizu DNA koji jedinstveno kodira određeni protein. Očigledno, trenutno se formula "Jedan gen - jedan polipeptid" još uvijek treba smatrati najprihvatljivijom, iako neki autori predlažu da se promijeni: "Jedan polipeptid - jedan gen". U svakom slučaju, pod pojmom gen treba podrazumijevati funkcionalnu jedinicu nasljednog materijala, koja je po svojoj kemijskoj prirodi polinukleotid i određuje mogućnost sinteze polipeptidnog lanca, tRNA ili rRNA.

Jedan gen, jedan enzim.

Godine 1940., J. Beadle i Edward Tatum upotrijebili su novi pristup za proučavanje kako geni osiguravaju metabolizam u prikladnijem predmetu istraživanja - mikroskopskoj gljivici Neurospora crassa Dobili su mutacije u kojima; nije bilo aktivnosti jednog ili drugog metaboličkog enzima. A to je dovelo do činjenice da mutirana gljiva nije bila u stanju sama sintetizirati određeni metabolit (na primjer, aminokiselinu leucin) i mogla je živjeti samo kada je leucin dodan u hranjivi medij. Teorija “jedan gen, jedan enzim” koju su formulirali J. Beadle i E. Tatum brzo je stekla široko priznanje među genetičarima, a oni sami su dobili Nobelovu nagradu.

Metode. odabir takozvanih “biokemijskih mutacija” koje dovode do poremećaja u djelovanju enzima koji osiguravaju različite metaboličke putove pokazao se vrlo plodonosnim ne samo za znanost, već i za praksu. Najprije su doveli do pojave genetike i selekcije industrijskih mikroorganizama, a potom i do mikrobiološke industrije koja koristi sojeve mikroorganizama koji prekomjerno proizvode tako strateški važne tvari kao što su antibiotici, vitamini, aminokiseline itd. Načela selekcije i genetskog inženjeringa sojeva superproducenta temelje se na ideji da "jedan gen kodira jedan enzim". I iako je ova ideja izvrsna za praksu, donosi višemilijunsku zaradu i spašava milijune života (antibiotici) – nije konačna. Jedan gen nije samo jedan enzim.

Sinteza RNK (transkripcija RNK).

Struktura RNA.

Organizacija genetskog materijala u eukariota.

Metoda bilježenja genetske informacije

Organizacija genetskog materijala. Funkcionalni dijelovi genoma.

Opće informacije o ekspresiji gena.

1. Opće informacije o ekspresiji gena

Kao što znate, DNK sadrži određene genetske informacije:

O strukturi svih proteina i RNA tijela, kao io redoslijedu implementacije ovih informacija u različitim stanicama tijekom ontogeneze iu različitim funkcionalnim stanjima.

Budući da sve somatske stanice u tijelu imaju isti skup od 46 kromosoma, onda, unatoč velikim razlikama među stanicama, sve sadrže iste genetske informacije u svojoj DNK. (Neke iznimke su limfociti, tijekom čijeg stvaranja dolazi do preraspodjele imunoglobulinskih gena.)

Tijekom replikacije DNK, genetske informacije se reproduciraju u cijelosti i zatim prenose na stanice kćeri. No, osim toga, te se informacije izražavaju (implementiraju) u stanici, određujući sve manifestacije njezine životne aktivnosti. Međutim, ne izražavaju se sve genetske informacije u jezgri, već samo neke od njih.

Izražavanje informacija o strukturi određenog proteina uključuje 2 glavne faze:

a) Prva od njih je transkripcija: stvaranje u jezgri stanice na odgovarajućem genu (lokaliziranom u jednom od kromosoma) posebnog glasnika - glasničke RNA (mRNA).

Smisao ovog procesa je prepisivanje informacija o strukturi proteina s ogromnog stacionarnog nosača (DNA kao dio kromosoma) na malog mobilnog nositelja - mRNA. Približno ista situacija je kada se jedan od njih kopira na disketu s tvrdog diska računala koji sadrži tisuće datoteka. Stoga se mRNA očitana s različitih gena mora razlikovati jedna od druge, kao što se međusobno razlikuju i sami geni. Još jedna važna okolnost: izravni produkt transkripcije gena ispravnije je nazvati prekursorom mRNA (pre-mRNA). Činjenica je da novostvorena mRNA odmah (u jezgri) prolazi sazrijevanje, odnosno procesiranje. Istodobno, prolazi kroz značajne izmjene. I tek nakon toga zrela mRNA ulazi u citoplazmu iz jezgre.

b) Druga od glavnih faza ekspresije gena je translacija: sinteza proteina na ribosomima prema programu koji diktira mRNA. Bit ovog programa je odrediti redoslijed kojim aminokiseline trebaju biti uključene u peptidni lanac koji se gradi. Štoviše, proces uključuje ne slobodne, već aktivirane aminokiseline: svaka od njih povezana je s tzv. transfer RNA (tRNA), tj. u obliku je aminoacil-tRNA (aa-tRNA). Za svaku od 20 aminokiselina postoji svoj specifičan oblik tRNA, a češće čak ne jedan, već nekoliko oblika.



Ribosomi igraju ulogu molekularnih strojeva u prevođenju, osiguravajući ispravnu interakciju sudionika. Ribosom sadrži četiri molekule, tj. ribosomska RNA (rRNA) – po jedna molekula svake od 4 vrste rRNA. Spajajući se s ribosomskim proteinima, oni tvore dvije podjedinice ribosoma i u njima obavljaju strukturne, a možda i katalitičke funkcije. Dakle, tri klase RNK sudjeluju u translaciji – mRNA, tRNA i rRNA.

2. Organizacija genetskog materijala. Funkcionalni dijelovi genoma

Geni i njihova struktura

Stvarne informacije o strukturi proteina i RNA zabilježene su u dijelovima DNA koji se nazivaju geni i cistroni.

Gen je dio DNK koji kodira jedan protein.

cistron isti dio DNA koji kodira jedan polipeptidni lanac.

Kod životinja i ljudi cistroni se često nalaze na različitim kromosomima i obično se nazivaju i geni. Osim gena za sve proteine ​​u tijelu, kromosomi sadrže i RNA gene – četiri vrste ribosomske RNA i nekoliko desetaka prijenosnih RNA.

Ukupni skup gena koji određuju nasljedne informacije organizma naziva se genom.

Gotovo svi eukariotski geni (za razliku od prokariotskih gena) imaju karakterističnu značajku: ne sadrže samo kodirajuća područja - egzoni, ali i nekodiranje - introni. Eksoni i introni su međusobno isprepleteni, što daje genu "slomljenu" strukturu.

Broj introna u genu varira od 2 do nekoliko desetaka; u genu za miozin ima ih oko 50. Ponekad introni zauzimaju i do 90% ukupne duljine gena.

Ostali dijelovi DNK

Između gena postoje i nekodirajuće sekvence - odstojnici. Unatoč zajedničkom nazivu, njihova funkcionalna uloga može biti potpuno različita.

a) Mnoga razmaknička područja očito igraju strukturnu ulogu:

Sudjeluju u pravilnom postavljanju nukleosomskog lanca u više strukture kromatina,

U vezivanju kromosoma na centriolni aparat itd.

b) Druge nekodirajuće regije DNA služe kao specifični vezni lokusi za određene proteine:

Enzimi koji djeluju na DNK

Proteini koji obavljaju regulatornu funkciju.

U tom slučaju, vezna mjesta za RNA polimerazu (enzim koji sintetizira RNA na DNA) nazivaju se promotori. Oni su ili blizu početka gena (ili skupine gena) ili su odvojeni od gena nekim drugim funkcionalnim lokusom.

c) U eukariota (uključujući i čovjeka) regulaciju “čitanja” gena provode ne samo proteini represori, već i proteini aktivatori - tzv. transkripcijski faktori.

Potonji uključuju već spomenute opće faktore transkripcije potrebne za vezanje RNA polimeraze na promotor. Ti su faktori prisutni u svim stanicama i neophodni su za "čitanje" bilo kojeg gena koji funkcionira.

Ostali čimbenici transkripcije povećavaju aktivnost samo određenih gena, a lokusi DNA koji vežu takve čimbenike tzv. pojačivači.

d) Konačno, DNA može sadržavati kratke lokuse koji služe kao terminacijski signali ( raskid) transkripcija DNA.

Nazivaju se terminacijske regije koje se nalaze iza gena terminatori.

3. Metoda bilježenja genetske informacije

Funkcionalna uloga DNA lanaca

Dva lanca DNA u genskoj regiji bitno su različita u svojoj funkcionalnoj ulozi: jedan od njih je kodiranje ili semantički, drugi - matrica.

To znači da u procesu "čitanja" gena (transkripcija, ili pre-mRNA sinteza) samo jedan lanac DNK, predložak, djeluje kao predložak. Produkt ovog procesa, pre-mRNA, identičan je u nukleotidnom slijedu kodirajućem lancu DNA (sa zamjenom timinskih baza s uracilnim bazama).

Tako se ispostavlja da se uz pomoć DNK šablona genetska informacija kodirajućeg lanca DNK reproducira u strukturi RNK tijekom transkripcije.

U crtežima je uobičajeno prikazati gen tako da je kodirajući lanac na vrhu; onda, u skladu s općim pravilom za prikaz DNK, 5" kraj kodirajućeg lanca treba biti smješten na lijevoj strani.

Informacije o krugu za kodiranje ispisuju se u smjeru 5´→3´; dakle, promotor se nalazi na 5" kraju kodirajućeg lanca gena. I taj isti kraj se smatra 5" krajem cijelog gena (iako njegov predložak ima 3' kraj ovdje).

Osnovna svojstva genetskog koda

Jedinica informacije u kodirajućem lancu DNK je trojka- niz od tri nukleotida.

4 vrste nukleotida (nalaze se u DNK) mogu tvoriti 64 vrste tripleta. Od toga, 61 trojka je semantička, tj. kodira jednu ili drugu od 20 aminokiselina, a 3 trojke su "besmislene".

Kao što vidite, u prosjeku postoji nekoliko semantičkih trojki po aminokiselini (u stvarnosti od 1 do 6). Iz tog razloga se genetski kod tzv degenerirati. Da nije bilo toga, nasumične točkaste mutacije (zamjene jednih nukleotida u DNK drugima) s vrlo visokom učestalošću dovele bi do pojave "besmislenih" trojki.

U isto vrijeme kod specifično: svaki od trojki smisla odgovara samo jednoj aminokiselini.

Informacija o samom proteinu je da u cijelom genu (isključujući introne) linearna sekvenca tripleta kodira sličnu linearnu sekvencu aminokiselina u primarnoj strukturi ovog proteina (u smjeru od amino prema karboksilnom kraju peptida lanac).

To se pokazalo sasvim dovoljnim, jer primarna struktura proteina određuje prostornu konfiguraciju proteinske molekule, kao i fizikalno-kemijska i biološka svojstva.

Linearna korespondencija između sekvence tripleta u egzonima gena i aminokiselina u peptidnom lancu označava se kao kolinearnost genetski kod.

Dakle, genetski kod je triplet. specifični, degenerirani, kolinearni i kontinuirani. Na ovaj popis se obično dodaje svestranost: kod svih vrsta organizama značenje bilo kojeg tripleta je isto.

Genetski kod

Kada govorimo o kodu, do sada smo mislili na semantički lanac DNK. Ali isti je, uzimajući u obzir zamjenu timina (T) s uracilom (U), slijed nukleotida u pre-mRNA.

Nazivaju se tripleti mRNA koji odgovaraju tripletima DNA kodoni. Doista, oni su ti koji izravno:

Određuje se redoslijed uključivanja aminokiselina u peptidni lanac sintetiziran na ribosomu.

Kodoni jedne aminokiseline razlikuju se samo u zadnjem (trećem) nukleotidu.

U aminokiselinama koje su slične strukture, kodoni su također slični jedni drugima: odgovaraju dva nukleotida ili jedan, ali središnji, nukleotid.

4. ORGANIZACIJA GENETSKOG MATERIJALA U EUKARIOTA

Geni za brojne proteine ​​i RNA

Jedna od karakterističnih značajki mnogih eukariotskih gena je prisutnost u njihovom sastavu nekodirajućih regija - introna.

Još jedna značajka je da, uz jedinstvene gene (zastupljene u haploidnom genomu u jednom broju kopija), postoje opetovano ponavljani geni.

Kako bismo ilustrirali ove dvije značajke, pogledajmo neke specifične gene:

Histonski geni

Histoni- bazični (u smislu kiselinsko-baznih svojstava) proteini uključeni u formiranje strukture nukleosoma kromatina. Svaki od pet tipova ovih proteina (HI, H2A, H2B, H3 i H4) kodiran je odgovarajućim genom.

Ribosomski RNA geni

Ribosomi sadrže četiri vrste rRNA. Te se RNA razlikuju po konstanti sedimentacije.

Na funkcioniranje gena utječu mnogi proteini.

Opći faktori transkripcije

Opći transkripcijski faktori su transkripcijski čimbenici koji su nužni za vezanje RNA polimeraze na promotor, a sami također stupaju u interakciju s promotorom.

p53 protein kao faktor transkripcije

Među velikim brojem već otkrivenih transkripcijskih faktora možda je najpoznatiji protein p53. To se objašnjava činjenicom da kontrolira izuzetno važne stanične procese i zbog toga je uključen u veliki broj različitih regulacijskih lanaca.

Funkcionalna uloga.

Protein p53 (ili njegov gen) aktivira se kao odgovor na različita oštećenja stanične strukture:

Nepopravljeni lomovi i druga oštećenja DNK

Kršenje segregacije kromosoma u mitozi,

Uništavanje mikrotubula itd.

Kao rezultat toga, posredstvom proteina p53, stanica reagira na oštećenje svoje strukture

Ili se zadržava u jednoj ili drugoj fazi mitotskog ciklusa i ispravlja ta oštećenja;

Ili (ako su korekcije nemoguće) potpuno se prestaje dijeliti i ulazi u proces staničnog starenja;

Ili (ako je oštećena stanica potencijalno opasna za svoju okolinu) izvrši apoptozu, odnosno, jednostavno rečeno, samoubojstvo.

Konkretno, stanice u kojima je došlo do transformacije tumora, između ostalog, prolaze kroz apoptozu. U tom pogledu, jasno je zašto je angiogeneza istovremeno inhibirana: to je još jedan način da se ograniči rast tumora.

Stoga je protein p53 jedan od najvažnijih supresora tumora. U većini tumora u razvoju, funkcije proteina p53 su na ovaj ili onaj način oštećene.

5. STRUKTURA RNK

Svi čimbenici transkripcije, kao i sama transkripcija, osmišljeni su tako da osiguraju samo jedno - stvaranje RNK potrebnom brzinom na određenim dijelovima kromosoma.

Opći plan strukture RNA

Poput DNA, RNA su linearni (tj. nerazgranati) polinukleotidi s istim principom organizacije:

Sastoje se od četiri vrste nukleotida, od kojih svaki uključuje dušikovu bazu, pentozu i fosfatni ostatak;

Nukleotidi su povezani u lanac pomoću 5´,3´-fosfodiesterskih veza;

Polinukleotidni lanci su polarni, to jest imaju prepoznatljive 5" i 3" krajeve.

Ali postoje i razlike u odnosu na DNK. Glavna je da molekule RNA (osim RNA nekih virusa) nisu dvolančane, već jednolančane. Razlog su sljedeće tri značajke primarne strukture.

a) Prvo, pentoza u RNK nije deoksiriboza, već riboza, koja sadrži dodatnu hidroksi skupinu. Potonje čini dvolančanu strukturu manje kompaktnom.

b) Drugo, između četiri glavne, ili glavne, dušične baze, umjesto timina, nalazi se uracil, koji se od timina razlikuje samo po odsutnosti metilne skupine na 5. položaju.

6. RNK SINTEZA (DNA TRANSKRIPCIJA)

Opće karakteristike transkripcije

Za razliku od replikacije DNA, transkripcija DNA događa se u gotovo svim stanicama s jezgrom – kako u stanicama koje se dijele tako iu stanicama koje se ne dijele.

Štoviše, u stanicama koje se dijele događa se u bilo kojem trenutku mitotskog ciklusa, osim u razdoblju replikacije (u eukariota) i same diobe.

Štoviše, transkripcija bilo kojeg dijela DNK može se dogoditi ne samo u gotovo bilo kojem trenutku u ciklusu, već i opetovano - proizvoljan broj puta. S druge strane, skup regija transkribiranih u stanici često se mijenja pod utjecajem određenih čimbenika.

Enzimsku potporu procesu provodi RNA polimeraza. Eukarioti imaju tri tipa ovog enzima:

RNA polimeraza I – za sintezu pre-rRNA.

RNA polimeraza II – za sintezu pre-mRNA i

RNA polimeraza III - za sintezu pre-tRNA

Enzim puže duž DNK i katalizira naizmjeničnu ugradnju u rastući lanac ribonukleotida koji su komplementarni nukleotidima DNK šablonskog lanca.

Druga sličnost sa sintezom DNA je smjer rasta lanca koji se gradi - 5´→3´. To znači da se sljedeći nukleotidi ovog lanca dodaju na 3" kraj.

Kao i kod svih sinteza šablona, ​​lanac koji se gradi je antiparalelan lancu DNK šablona. Posljedično, potonji se transkribira pomoću enzima u smjeru 3´→5´.

Ali postoje i temeljne razlike u odnosu na sintezu DNK.

a) Asimetrija procesa: kao što znamo, samo jedan lanac DNA koristi se kao predložak. Nije sasvim jasno kako enzimski sustav odabire ispravan lanac. Očigledno, ključnu ulogu ovdje igraju neke nukleotidne sekvence na jednom od lanaca koje sustav prepoznaje.

b) Konzervativni proces: molekula DNA vraća se u prvobitno stanje nakon završetka sinteze RNA. Tijekom sinteze DNA, molekule se napola obnavljaju, što replikaciju čini polukonzervativnom.

c) Konačno, za početak sinteze RNA nije potreban nikakav primer, dok replikacija DNA zahtijeva RNA početnicu.

Mehanizam transkripcije

Pokretanje transkripcije

Prva i možda najvažnija faza transkripcije je njegovo započinjanje: vezanje RNA polimeraze na promotor i stvaranje prve internukleotidne veze.

Već smo više puta govorili o vezivanju RNA polimeraze, pa ćemo se sada samo prisjetiti glavnih točaka (uz dodatak nekih informacija).

Kod eukariota Za formiranje kompleksa uvijek je potrebno prethodno vezanje cijelog skupa proteina općih transkripcijskih faktora na promotor. Vezanjem na promotor, RNA polimeraza uzrokuje lokalnu denaturaciju DNA, tj. odvajanje lanaca DNA preko približno 1,5 zavoja DNA. Kako kažu, formira se transkripcijsko "oko". Zahvaljujući tome, nukleotidi DNA šablonskog lanca u regiji "oka" postaju dostupni za uparivanje s rNTP (ribonukleozid trifosfat).

U lanac RNK u izgradnji uvijek se prvi uključuje purinski nukleotid - ATP ili GTP, a zadržavaju se sva tri njegova fosfatna ostatka.

Zatim se formira prva 5",3" fosfatna veza s drugim nukleotidom.

Elongacija transkripcije

Sljedeća faza nakon inicijacije je elongacija: postupno produljenje rastućeg pre-RNA lanca do njegove konačne veličine.

To se događa dok se RNA polimeraza kreće duž DNA. Sukladno tome, pomiče se i transkripcijsko “oko”, odnosno područje lokalnog odmotavanja DNK. Na transkribiranom dijelu DNA dvolančana spiralna struktura se obnavlja odmah nakon odlaska RNA polimeraze.

Približna brzina kretanja enzima i sinteze RNA je 30 nukleotida u sekundi.

Prestanak transkripcije

Posljednja faza je terminacija, odnosno kraj transkripcije.

Signal za to su posebne regije bogate GC-om na kraju gena. Budući da je sila interakcije između GC parova prilično jaka, lokalna denaturacija takvih regija u DNA je teža. To usporava napredovanje RNA polimeraze i može joj poslužiti kao signal da zaustavi transkripciju.

Ali čak i prije kraja procesa, regija bogata GC-om također se uspijeva pojaviti na kraju novosintetizirane RNA. Zbog interakcije između svojih nukleotida, formira "ukosnicu".

To jest, interakcije s nukleotidima DNA predloška zamijenjene su interakcijama "unutar ukosnice". To olakšava odvajanje RNK od DNK.

7. SAZRIJEVANJE (OBRADA) RNK

Gotovo svi procesi sazrijevanja RNK mogu se podijeliti u tri vrste:

Uklanjanje nekih

Pridruživanje drugima i

Modifikacija istog ili trećeg nukleotida.

Uklanjanje "dodatnih" sekvenci

Opći opis

Uklanjanje "suvišnih" nukleotida provodi se posebnim nukleazama. Egzonukleaze sekvencijalno cijepaju jedan po jedan nukleotid s određenog kraja lanca (3´ ili 5´). A endonukleaze presijecaju lanac negdje u srednjim dijelovima, što dovodi do njegove fragmentacije.

Mehanizam spajanja

Jedna od ključnih točaka mehanizma koji se razmatra je osiguravanje točnosti rezanja lanca pre-RNA: pogreška čak i jednog nukleotida dovest će do "pomaka okvira", što će promijeniti značenje svih kodona mRNA ili antikodona tRNA .

Točnost se postiže zahvaljujući dvije okolnosti:

Prvo, na početku i na kraju svakog introna postoje određeni nizovi nukleotida: na primjer, introni uvijek počinju s G-U, a završavaju s dubletom A-G.

Drugo, za prepoznavanje ovih sekvenci koriste se posebne RNA. male nuklearne RNA (snRNA). Potonji su povezani s enzimima koji kataliziraju spajanje. Takvi ribonukleoproteinski kompleksi nazivaju se spliosomi.

Spajanje počinje interakcijom dviju snRNA na početku i kraju introna. Ovo daje "orijentaciju" za endonukleazu: potonja djeluje na granicama dvolančanih i jednolančanih regija.

Prvi prekid pre-RNA događa se u području 5´ kraja introna - to je mjesto lijevog ruba lijeve snRNA. U tom se slučaju 5" kraj introna veže za jedan od nukleotida u središnjem dijelu istog introna, što dovodi do stvaranja prstenaste strukture.

Adicija i modifikacija nukleotida

Dakle, tijekom procesa sazrijevanja pre-RNA, potonji gubi značajan dio svojih nukleotida. Ali dolazi i do netranskripcijskog dodavanja pojedinačnih nukleotida.

U slučaju pre-mRNA, 7-metilgvanilni nukleotid, komponenta "čepa", pričvršćen je na 5" kraju (pomoću pirofosfatne veze, koja je netipična za polinukleotide). A na 3" kraju, poli(A) fragment od približno 200 nukleotida je proširen nukleotid po nukleotid. U tu svrhu koriste se posebni enzimi; posebno, za formiranje poli(A) fragmenta poliadenilatne polimeraze.

U slučaju pre-tRNA, tri nukleotida se redom dodaju s 3" kraja - C, C i A, tvoreći akceptorsku granu.

Sazrijevanje mRNA naziva se procesiranje. Biološki značaj obrade u eukariotskoj stanici leži u mogućnosti dobivanja različitih kombinacija eksona gena, a samim time i dobivanja veće raznolikosti proteina kodiranih jednom nukleotidnom sekvencom DNA.

Osim toga, modifikacija 3' i 5' krajeva mRNA služi za regulaciju njezinog izvoza iz jezgre, održavanje stabilnosti u citoplazmi i poboljšanje interakcije s ribosomima.

Čak i prije nego što je transkripcija dovršena, dolazi do poliadenilacije 3’-kraja (odjeljak 6.3). 7-metilgvanozin je dodan na 5" kraj mRNA preko trifosfatnog mosta, spajajući se na neuobičajenom položaju 5"^5", a riboze prva dva nukleotida su metilirane. Taj se proces naziva zatvaranjem.

Proces rezanja specifičnih nukleotidnih sekvenci iz RNA molekula i spajanje sekvenci zadržanih u "zreloj" molekuli tijekom obrade RNA naziva se spajanje. Tijekom spajanja uklanjaju se dijelovi mRNA koji ne kodiraju proteine ​​(introne), a egzoni, dijelovi koji kodiraju sekvencu aminokiselina, spajaju se jedan s drugim, a nezrela pre-mRNA pretvara se u zrelu mRNA, iz koje stanični proteini se sintetiziraju (prevode).

Spajanje zahtijeva prisutnost posebnih sekvenci od 3" i 5". Spajanje je katalizirano velikim kompleksom RNA i proteina koji se naziva spliceosom. Spliceosom uključuje pet malih nuklearnih ribonukleoproteina (snRNP) - u1, u2, u4, u5 i ub. RNA koja je dio snRNP-a u interakciji je s intronom i može biti uključena u katalizu. Sudjeluje u spajanju introna koji sadrže GU na 5" mjestu i AG na 3" mjestu spajanja.

Ponekad, tijekom procesa sazrijevanja, mRNA mogu proći alternativno spajanje, koje se sastoji u činjenici da se introni prisutni u pre-mRNA izrezuju u različitim alternativnim kombinacijama, u kojima se izrezuju i neki egzoni. Neki od proizvoda alternativnog spajanja pre-mRNA su nefunkcionalni, kao što je određivanje spola kod vinske mušice Drosophila, ali često alternativno spajanje pre-mRNA jednog gena rezultira višestrukim mRNA i njihovim proteinskim produktima.

Trenutno je poznato da je kod ljudi 94% gena podložno alternativnom spajanju (preostalih 6% gena ne sadrži introne). Alternativno spajanje u višestaničnih eukariota ključni je mehanizam za povećanje raznolikosti proteina bez stvaranja suvišnih kopija gena, a također omogućuje regulaciju ekspresije (manifestacije) gena specifičnu za tkivo i stadij.