Посттранскрипционный процессинг. Основные этапы. Значение. Регуляция биосинтеза белка на уровне транскрипции
· Первичные транскрипты мРНК, прежде чем будут использованы в ходе синтеза белка, подвергаются ряду вокалентной модификации. Эти модификации необходимы для функционирования мРНК в качестве матрицы.
· Модификация 5’ – конца.
Начинается на стадии элонгации.
Когда длина первичного транскрипта достигает примерно 30 нуклеотидных остатков, происходит кэпирование его 5’ – конца гуанилилтрансферазой, которая гидролизует макроэргическую связь в молекуле ГТФ и присоединяет нуклеотиддифосфатный остаток 5’ – фосфатной группой к 5’ – концу синтезированного фрагмента РНК с образованием 5’, 5’ – фосфодиэфирной связи.
Последующее метилирование остатка гуанина в составе ГТФ с образование N7-метилгуанозина завершает формирование кэпа.
Модифицированные 5’ – конец обеспечивает инициацию трансляции, удлиняет время жизни мРНК, защищая её от действия 5’ – экзонуклеаз в цитоплазме.
Кэпирование необходимо для инициации синтеза белка, так как инициирующие триплеты AUG, GUG распознаются рибосомой только если присутствует кэп. Наличие кэпа также нужно для работы сложной ферментной системы, обеспечивающей удаление интронов.
· Модификация 3’ – конца.
3’ – конец транскриптов, синтезированных РНК – полимеразой II, также подвергаются модификациям, при которых специальным ферментом полиА – полимеразой формируется полиА – последовательность (полиА – «хвост»), состоящая из 100-200 остатков адениловой кислоты.
Сигнал к началу полиаденилирования – последовательность –AAUAAA- на растущей цепи РНК
К 3’ – концу в точке разрыва полиА – полимераза наращивает полиА – «хвост». Наличие полиА – последовательности на 3’ – конце облегчает выход мРНК из ядра и замедляет её годролиз в цитоплазме.
· Сплайсинг первичных транскриптов мРНК.
Последовательности нуклеотидов, присутствующие в ДНК, но не входящие в состав зрелой мРНК – интроны, а последовательности, присутствующие в мРНК, - кодирующие, или экзоны.
Первичный транскрипт – строго комплементарная матрице нуклеиновая кислота (пре – мРНК), содержащая как экзоны, так и интроны. Длина – от 80 до 1000 нуклеотидов.
Последовательности интронов «вырезаются» из первичного транскрипта, концы экзонов соединяются друг с другом. Такая модификация РНК – сплайсинг. Происходит в ядре, в цитоплазму поступает уже «зрелая» мРРНРНК.
Процесс «вырезания» интронов протекает при участии малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП), в состав которых входит малая ядерная РНК, нуклеотидная цепь которой связана с белковым остовом, состоящим из нескольких протомеров.
· Посттранскрипционные модификации первичного транскрипта тРНК (процессинг тРНК).
первичный транскрипт тРНК содержит около 100 нуклеотидов, а после процессинга – 70-90 нуклеотидных остатков.
Происходят при участии РНК-аз (рибонуклеаз).
Формирование 3’ – конца тРНК катализирует РНК-аза, представляющая собой 3’ – экзонуклеазу, «отрезающую» по одному нуклеотиду, пока не достигает последовательности
-ССА,одинаковой для всех тРНК.
Пре – тРНК содержит всего один интрон, состоящий из 14-16 нуклеотидов. Удаление интрона и сплайсинг приводят к формированию структуры, называемой «антикодон» - триплета нуклеотидов, обеспечивающего взаимодействие тРНК с комплементарным кодоном мРНК в ходе синтеза белков.
· Посттранскрипционные модификации (процессинг) первичного транскрипта рРНК. Формирование рибосом.
Гены рРНК транскрибируются РНК – полимеразой I с образованием идентичных транскриптов. Первичные транскрипты имеют длину около 13000 нуклеотидных остатков (45S рРНК).
Прежде чем покинуть ядро в составе рибосомной частицы, молекула 45S рРНК подвергается процессингу, в результате образуется 28S рРНК (около 2000 нуклеотидов) и 5,8S рРНК (около 160 нуклеотидов), которые являются компонентами рибосом. Остальная часть транскрипта разрушается в ядре.
Рибосома – органелла клетки, участвующая в биосинтезе белка. Рибосома эукариотов состоят из двух, большой и малой, субъединиц: 60S и 40S. Белки рибосом выполняют структурную, регуляторную и каталитическую функции.
· Регуляция синтеза белка на уровне транскрипции.
Транскрипция – первая стадия реализации генетической информации в клетке. В ходе процессинга образуются молекулы мРНК, служащие матрицей для синтеза белков, а также транспортные, рибосомальные и другие виды молекул РНК, выполняющие структурные, адапторные и каталитические функции.
Происходит в ядре. ДНК служит только матрицей и в ходе транскрипции не изменяется.
Рибонуклеозидтрифосфаты (ЦТФ, ГТФ, АТФ, УТФ) – субстраты и источники энергии, необходимые для протекания полимеразной реакции, образования 3’, 5’ – фосфодиэфирной связи между рибонуклеозидмонофосфатами.
Синтез РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК – промоторах, и завершается в терминирующих участках (сайты терминации).
Участок ДНК, ограниченный прогмотором и сайтом терминации – единица транскрипции – транскрипт.
Транскрипционные факторы – белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами и ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции. Соотношение информативной и неинформативной частей в транскриптонах = 1:9(эукариоты).
Биосинтез РНК осуществляется ДНК – зависимыми РНК – полимеразами. В ядрах эукариотов обнаружены 3 специализированные РНК – полимеразы: РНК – полимераза I, синтезирующая пре – рРНК, РНк – полимераза II, синтезирующая пре – мРНК, РНК – полимераза III – синтезирующая пре – тРНК.
РНК – полимеразы – олигомерные ферменты, состоящие из нескольких субъединиц - 2α, β, β’, σ. Субъединица σ выполняет регуляторну. Функцию, это один из факторов инициации транскрипции.
РНК – полимеразы I, II, III, узнающие разные промоторв, содержат разные по стороению субъединицы σ.
· Стадии транскрипции.
Инициации. Характеризуется активацией промотора с помощью белка – ТАТА – фактора. Его присоединение облегчает взаимодействие промотора с РНК – полимеразой. Образуется транскрипционная вилка.
Элонгация. Её факторы повышают активность РНК – полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК. Синтез РНК идёт от 5’- к 3’ – концу комплементарно матричной цепи ДНК.
Терминация. Раскручивание двойной спирали ДНК в области терминации делает его доступным для фактора терминации. Завершается синтез РНК в строго определённых участках матрицы – терминаторах (сайты терминации). Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре – мРНК), комплементарного матрице, и РНК – полимеразы от матрицы. РНК – полимераза может вступить в следующийц цикл транскрипции после присоединения субъединицы σ.