A prokarióta fehérjét kódoló gének transzkripciójával előállított elsődleges transzkriptumok mRNS-ként működnek további módosítás vagy feldolgozás nélkül. Valójában az mRNS transzláció gyakran már a transzkriptum 3' végének szintézise előtt megkezdődik. Teljesen más helyzet figyelhető meg az rRNS és tRNS molekulák esetében. Ebben az esetben rRNS vagy tRNS gének klaszterei, vagy akár ezeknek a géneknek a szakaszai között is előfordulnak. Bár ezeknek a géneknek a transzkripciója mindig bizonyos promótereknél kezdődik, és bizonyos terminátoroknál végződik, az elsődleges RNS-transzkriptumok specifikus nyírásának és módosításának kell bekövetkeznie, hogy érett funkcionális formák jöjjenek létre. Az ilyen molekuláris eseményekre együttesen hivatkozunk poszttranszkripciós módosításokként vagy egyszerűen RNS-feldolgozásként. Az rRNS- és tRNS-feldolgozás mechanizmusait, valamint az azt végrehajtó enzimeket a legteljesebben tanulmányozzák E. coliés ezzel a rendszerrel illusztráljuk az RNS poszt-transzkripciós feldolgozás jellemzőit. Az eukarióta RNS hasonló módosításai; ebben az esetben az rRNS és tRNS feldolgozás mellett a transzkriptum érésének bonyolultabb rendszereit alkalmazzák mRNS képzéssel.
a. rRNS-t és tRNS-t kódoló gének csoportjai
A genomban E. coli hét különálló, rRNS-t kódoló transzkripciós egységet azonosítottak és térképeztek fel. Mindegyik transzkripciós egység egy RNS-molekula, amely ~5000 nukleotidból áll, és az 5S-, 16S- és 23S-pRNS-t kódoló szekvenciák egy példányát tartalmazza. A transzkripció ebben a régióban a 16S -> 23S -> 5S irányban történik. A három rRNS-t kódoló szekvencia mellett a transzkriptumok inszerteket is tartalmaznak különböző hosszúságúés a tRNS gének egy vagy több kópiája. A távtartók az rRNS szekvenciák előtt, között és után is elhelyezkedhetnek, a tRNS gének pedig általában az egymásba szúrt vagy 3'-terminális spacer szegmenseken belül helyezkednek el.A funkcionálisan érett RNS molekulák kialakulásához az ilyen transzkriptumok feldolgozása is meg kell történjen A feldolgozás előtt vagy közben, módosítás specifikus bázisok a spacerekben, valamint az rRNS és tRNS génekben.
b. Az rRNS-tRNS ko-transzkriptumok levágása
Az elsődleges transzkriptumok kezdeti hasítását tRNS-t vagy 16S, 23S vagy 58 rRNS-szekvenciát tartalmazó fragmensekre az RNáz III endonukleáz végzi. Célpontjai rövid RNS-duplexek, amelyek intramolekuláris bázispárosodás során képződnek az egyes rRNS-szegmenseket szegélyező szekvenciákban. Például a 16S-pRNS szekvenciát szegélyező spacer régiók komplementer régiói hajtűszárat alkotnak, amelynek hurkában a 16S-pRNS szekvencia. Hasonló hajtűk alkotják a 23S- és 5S-pRNS-szekvenciákat. Az RNáz III töréseket vezet be a kétszálú szárba, ami egy RNS-láncot eredményez, amely tartalmazza az egyik vagy másik rRNS szekvenciáját, amelyet rövid spacer régiók szegélyeznek 5'-foszfát- és 3'-hidroxil-végekkel. A spacer szekvenciák extra nukleotidjait ezután eltávolítják, valószínűleg ugyanaz az RNS-exonukleáz, amely a tRNS-feldolgozás utolsó lépéseit is katalizálja. Az enzimatikus hasításhoz elvileg csak azokat a nukleotidszekvenciákat kell átírni, amelyek hajtűket alkotnak. A feldolgozás azonban csak a teljes primer transzkriptum szintézisének befejezése után következik be, mivel úgy tűnik, hogy az endonukleáz III által felismert teljes RNS-transzkriptum megfelelő hajtogatásához riboszómális vagy más fehérjékre van szükség. A többgénes transzkriptumokból lehasított tRNS-szegmensek feldolgozása ugyanúgy történik, mint az egyes gének transzkripciós egységeiből származó tRNS feldolgozása.
ban ben. Érett tRNS-ek képződése nagyobb transzkriptumokból
Annak ellenére, hogy egyes tRNS-kódoló gének az rRNS-transzkripciós egységek belsejében találhatók, és rRNS-génekkel együtt expresszálódnak, a tRNS-gének többségét egyetlen gének képviselik, vagy klaszterekbe kombinálódnak. Egyes klaszterek ugyanazon gének több ismétlődését tartalmazzák, míg mások különböző és nem rokon tRNS géneket tartalmaznak. Egyes esetekben minden klaszter egyetlen nagy RNS-molekulává íródik át, amelyet az érett tRNS-fragmensek szekvenciális hasítására dolgoznak fel. Az érett funkcionális tRNS kialakulásához nyilvánvalóan a bázisok specifikus módosítása és a 3'-CCA-terminális egy, kettő vagy mindhárom nukleotid hozzáadása szükséges.
Függetlenül attól, hogy az elsődleges transzkriptum egy vagy több tRNS szekvenciát tartalmaz-e, vagy ezek a szekvenciák az rRNS spacer régióiba vannak beépítve, az összes tRNS 5' vége egyetlen endonukleáz, az RNáz P részvételével jön létre. Úgy tűnik, az RNáz P felismeri a A tRNS jellegzetes hajtogatott szerkezete a prekurzor polinukleotidban, és lehasítja az érett tRNS szekvencia 5' vége előtt elhelyezkedő vezető vagy spacer szekvenciát. A tRNS 3' végeit többféle tevékenység alakítja ki.Egy eddig nem azonosított endonukleáz elhasítja a prekurzort azon a hajtű helyén, ahol az érett tRNS 3' vége van, majd egy másik endonukleáz, az RNáz D befejezi a megfelelő 3 kialakulását. Egyes esetekben az exonukleáz hasítása pontosan az érett tRNS 3' CCA-végén áll le, más esetekben pedig az exonukleáz úgy működik, hogy egy primervéget képez, amelyhez a tRNS nukleotidil-transzferáz egy vagy több invariáns terminális nukleotidot ad.
Az RNáz P megkülönböztető jellemzője, hogy a hasítási hely a tRNS-molekula megfelelő hajtogatásának eredményeként jön létre. A nukleotidszekvencia azon változásai, amelyek nem szakítják meg ezt a redőt, nem befolyásolják az 5"-es vég feldolgozását. Az RNáz P másik szokatlan tulajdonsága, hogy fehérjéből és RNS-ből áll. Ennek az RNS-nek specifikus szekvenciája 377 nukleotidból áll, és maga is RNS-polimeráz enyhén átírja a génből nagyobb méretű majd érett molekula méretűvé dolgozzák fel. Ennek az RNS-nek egy meglepő tulajdonsága kiderült, hogy önmagában képes katalizálni ugyanazt az endonukleáz reakciót, mint egy teljes ribonukleoprotein; a fehérje nem rendelkezik független endonukleáz aktivitással. Így az endonukleáz aktivitás magában az RNS-ben rejlő lehet, míg a fehérje szükségesnek tűnik az RNS szerkezetének a legaktívabb konfigurációban tartásához.
Az érett tRNS-ek nemcsak jellegzetes konformációval rendelkeznek, hanem módosított nukleotidokat is tartalmaznak. Ezen módosítások közül sok nélkülözhetetlen a tRNS bizonyos fiziológiai funkcióihoz. Ma már csak néhányat jellemeztek a rengeteg módosítási reakciót katalizáló enzimek teljes seregéből. Nyilvánvaló azonban, hogy a módosítások főként a prekurzor RNS szakaszban és a teljesen feldolgozott tRNS-ben fordulnak elő. Az ilyen módosító enzimek különösen érdekesek bizonyos szekvenciákra vonatkozó szokatlan specifitásuk miatt: például csak az egyes uracil-maradékok alakulnak tiouracillá, metilálódnak timinné vagy redukálódnak dihidrouracillá. Még rejtélyesebb a pszeudouridilát képződése az uracil és a ribóz közötti szokásos kötés módosításával.
Ez olyan folyamatok összessége, amelyek biztosítják a szintetizált RNS (RNS-transzkriptum) átalakulását funkcionálisan aktív RNS-vé (érett RNS), amely felhasználható a fehérjeszintézisben. Maguk az RNS-transzkriptumok funkcionálisan nem aktívak. A folyamat az eukariótákra jellemző.
A feldolgozás hatására az RNS szerkezete és kémiai szerveződése megváltozik. Az érett RNS képződését megelőző RNS-transzkriptumot ún pro-mRNS(vagy az RNS típusától függően - pro-tRNS, pro-rRNS), azaz. RNS prekurzor. Az eukarióták és prokarióták szinte minden RNS-átirata (kivéve a prokarióta mRNS-t) feldolgozás alatt állnak. Az RNS-transzkriptum átalakulása érett RNS-vé a sejtmagban kezdődik, amikor az RNS szintézise még nem fejeződött be és nem vált el a DNS-től. A mechanizmusoktól függően az RNS érésének több szakaszát különböztetjük meg.
A pro-mRNS kölcsönhatása fehérjével.
A pro-mRNS metilezése.
Az 5'-vég lezárása.
Poliadeniláció.
Illesztés.
A szakaszok grafikus sorrendjét az 58. ábra mutatja. Megjegyzendő, hogy az élő szervezetekben a fenti folyamatok mindegyike párhuzamosan fut egymással.
a. A pro-mRNS kölcsönhatása fehérjével.
Baktériumokban még az 5' transzkripció vége előtt a transzkriptum vége azonnal kapcsolódik a riboszómához, és az mRNS bekerül a transzlációba. Ezért a bakteriális mRNS-hez gyakorlatilag nincs szükség módosításra. Az eukariótákban a szintetizált transzkriptum elhagyja a sejtmagot, bejut a citoplazmába, és ott csatlakozik a riboszómához. Útközben védeni kell az erős reagensekkel való véletlen találkozástól, és ugyanakkor hozzáférhetőnek kell lennie a feldolgozó enzimek számára. Ezért az RNS-transzkriptum azonnal kölcsönhatásba lép a fehérjével, amint az megnyúlik. Itt helyénvaló egy analógia - az RNS-transzkriptum úgy helyezkedik el a fehérjén, mint egy műtőasztalon, kémiai kötések rögzítik, és ezzel egyidejűleg módosulási helyek válnak elérhetővé benne. A fehérjéhez kapcsolódó RNS-t ribonukleoproteinnek (informoszómának) nevezik. Ebben a formában a transzkriptum a sejtmagban található. A sejtmag elhagyásakor egyes RNS-ek továbbra is a fehérjével kombinációban maradnak, míg mások elhagyják a komplexet és részt vesznek a transzlációban.
b. A pro-mRNS metilezése.
Leggyakrabban olyan baktériumokban fordul elő, amelyek speciális védekezési mechanizmussal rendelkeznek az idegenekkel szemben
DNS (vírus, fág). Ez a berendezés számos enzimből áll, amelyek elvágják az idegen DNS-t vagy RNS-t bizonyos helyeken, ahol egy adott nukleotidszekvencia található. Az enzimeket ún korlátozza. Nyilvánvaló, hogy a saját, újonnan szintetizált RNS-transzkriptumot is megtámadhatják restrikciós enzimek. Ennek megakadályozására speciális enzimek ún metilázok, metilálják saját RNS-transzkriptumukat azokon a helyeken, amelyeket saját enzimeik vághatnak. Az eukariótákban az RNS-transzkriptum kevésbé metilált.
Promoter Terminator
Átírás
Pro-mRNS fixi-protein
fehérjére szakadt
Pro-mRNS metiláció
A pro-mRNS lezárása
Rizs. 58. A feldolgozás főbb pontjainak vázlata.
ban ben. 5'-vég lezárása.
Kémiai és konformációs változásból áll
A szintetizált RNS 5' vége. A sapkázás az RNS-szintézis idején, még annak szétválása előtt történik. A folyamat abból áll, hogy a speciális pro-RNS szabad végéhez kapcsolódnak vegyi anyagok, amelyek megváltoztatják a terminális régió konformációját. A fordítási folyamat elindításához felső határra van szükség.
A pro-mRNS GDP (guanozin-difoszfát) 5'-végéhez speciális enzimek kapcsolódnak, majd metilálják azt.
5' pro-mRNS
CH 3
CEP = HDF + CH 3
59. ábra. A CEP szerkezete az eukarióta pre-mRNS 5' végén.
CEP funkciók.
Beindítja a fehérjeszintézist.
Megvédi a pro-mRNS-t a bomlástól.
Részt vesz az intronok eltávolításában.
d) Poliadenilezés.
Ez az a folyamat, amikor 100-200 adenilsav-maradékot kapcsolnak a pro-mRNS 3'-végéhez. Ezeket a maradékokat poli-A szekvenciáknak (poli-A farok) nevezik. Nem minden pro-mRNS megy keresztül poliadeniláción. Például minden típusú hiszton molekulája nem tartalmaz poli-A szekvenciákat. A poliadeniláció megakadályozza, hogy az mRNS elpusztuljon.
A növekvő mRNS-láncnak van egy speciális nukleotidszekvenciája (AAAAAA). Egy speciális enzim (poliA polimeráz) megtalálja ezt a nukleotidkombinációt, ezen a helyen levágja a pro-mRNS-t, és poliadenil farkot képez.
A poli-A sorozatok értéke:
Megkönnyíti az mRNS felszabadulását a sejtmagból a citoplazmába.
Védje az mRNS-t a pusztulástól.
Nemrég egy újabb érdekesség poly-A tulajdonság szekvenciák - részt vesznek a pro-mRNS szintézis leállításában. A pro-mRNS-ben az AAUAAAA szekvenciát alkotó RNS-polimeráz jelet kap az RNS-transzkriptum szintézisének befejezéséről. De a szintézis nem áll le azonnal. Teljesen leáll, miután az RNS-polimeráz egy meghatározott nukleotidszekvenciával találkozik a DNS-templát szálon (különböző géneknél ez eltérő), amely végső jelet ad az RNS-szintézis leállításához.
GTP PolyA - szekvencia
rArArArArArArArA-ON
CH 3
CEP = GTP + CH 3
Rizs. 60. A CEP szerkezete az eukarióta pro-mRNS 5' végén és a poliadenil szekvencia a pro-mRNS 3' végén.
e) Összefűzés.
NÁL NÉL Az RNS-transzkriptum bizonyos számú nukleotidszekvenciát tartalmaz, amelyek szükségesek voltak a transzláció sikeres befejezéséhez és a transzkriptum ezt követő módosításához (sapkás, poliadeniláció stb.). Az RNS fő szerepének betöltéséhez a citoplazmában - a transzlációban - ezeknek a szekvenciáknak nemcsak funkcionális jelentősége nincs, hanem megzavarhatják a fehérjeszintézis normál lefolyását. Ezért a sejt mechanizmust biztosít az elsődleges transzkriptum felszabadítására számos olyan szekvenciából, amelyek nem kritikusak a transzlációban.
Ezek a sorozatok elsősorban intronok.
A gén, amelyből a pro-mRNS-t átírtuk, kódoló és nem kódoló szekvenciákat tartalmaz. A gén kódoló szekvenciái határozzák meg az aminosavat és azok szekvenciáját a fehérjében. A nem kódoló szekvenciák nem rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal. Egy génben a kódoló és nem kódoló szekvenciák váltakoznak, számuk az egyes génektől függ. Az elsődleges transzkriptum kódoló és nem kódoló szekvenciákat is tartalmaz. A gének és a pro-RNS ilyen szerveződése jellemző az eukariótákra. A nem kódoló pro-mRNS szekvenciákat ún intronok, és a kódolás exonok. Az intronok hossza 50-12 000 nukleotid lehet. Gene elindul és
exonnal végződik. A gén nem folytonos szerkezete a legtöbb eukarióta jellemzője. Az intronok minden típusú RNS-t tartalmazhatnak - mRNS, tRNS, rRNS.
Az emberi genomban az exonok (kódoló fehérjék) teljes halmaza mindössze 1,1-1,4%-ot foglal el. Egy átlagos emberi gén 9 intront tartalmaz. Ahogy leegyszerűsíted
organizmusok szerveződése, exonjaik összértéke megnő (például baktériumokban ez 86%).
Egy többkomponensű komplex vesz részt az intronok RNS-transzkriptumból való kivágásában és a fennmaradó exonok fúziójában. Fő összetevői a kis nukleáris RNS (snRNS) és enzimfehérjék.
Általában a komplexet kis nukleáris ribonukleoproteineknek, snRNP-knek illspliosome . Maga a folyamat meglehetősen bonyolult és több szakaszból áll (lásd 58. ábra).
1. Alakformálássplioszómák . Az intron elejéhez és végéhez (56. ábra, E) fehérje- és snRNS-töredékek kapcsolódnak, és splioszómát alkotnak. (56. ábra, E) Az snRNP komplex csatolása (56. ábra, F).
Exon 1 Intron Exon 2
A hurok
intron kivágva
Rizs. 61. A toldás sémája (magyarázat a szövegben).
A szomszédos exonok közelítése egy intronhurok kialakulása miatt. Vágás az exon-intron határon és a szomszédos (első és második) exon összekapcsolása (56. ábra, C).
A hurok és a splioszóma eltávolítása és megsemmisítése (56. ábra, D, G).
Figyelembe kell venni, hogy ha az intron sérült (mutált), előfordulhat, hogy a splicing nem fejeződik be, az intron nem vágható ki, és a végtermék, az mRNS számára szokatlan nukleotidszekvenciákat hordoz. Nyilvánvaló, hogy ez a transzláció megzavarásához és egy bizonyos fehérje metabolizmusból való kizárásához vezethet.
e) Alternatív toldás.
Ez a fajta splicing akkor fordul elő, ha ugyanaz a gén különböző szövetekben expresszálódik.
Lényege, hogy egy gén ugyanazon szakasza különböző szövetekben intronként és exonként is működhet. Ez különböző mRNS-ek képződéséhez vezet, amelyek különböző enzimaktivitású fehérjéket kódolnak.
Tehát a pajzsmirigy sejtjeiben a kalcitonin hormon szintetizálódik. Gátolja a kalcium felszabadulását a csontokból. A kalciumszintézist szabályozó gén
A kalcitonint szabályozó gén
uh és uh és uh és uh és uh
1 2 3 4 5 6
uh és uh és uh és uh és uh
pro-mRNS
1 2 3 4 5 6
a pajzsmirigyben az agysejtekben
mRNS
1 2 3 4 1 2 3 5 6
Kalcitonin Kalcitoninszerű fehérje
62. ábra. Kalcitonin és kalcitoninszerű fehérje alternatív splicingje.
citonin, 6 exonból áll, ennek a génnek az elsődleges transzkriptuma (pro-mRNS) szintén 6 exonból áll (62. ábra). Az elsődleges transzkriptumból 4 exont tartalmazó érett mRNS képződik - 1,2,3,4. Az 5. és 6. exont intronként olvastuk be és kivágtuk. Ez és az RNS alapján szintetizálódik a kalcitonin. Az agysejtekben a 6 exont tartalmazó elsődleges transzkriptumból érett mRNS képződik, amely 5 exonból áll - 1,2,3,5,6. A negyedik exont intronként kivágták. Az ilyen mRNS szabályozza az ízérzékelésért felelős kalcitoninszerű fehérje szintézisét.
Egy másik génIcarus(a legendás Icarusról kapta a nevét) alternatív splicing révén 6 különböző polipeptid szintézisét képes biztosítani. Ezen túlmenően, a polipeptidek egymás között a sejtben körülbelül 20 különböző polipeptid együttest alkotnak ugyanabból vagy különböző polipeptidből.
A splicing mechanizmus megsértése olyan kóros állapotokhoz vezethet, amelyek az gyakori név talaszémia. Ide tartoznak azok a betegségek, amelyek az egyik hemoglobinlánc (α- vagy β-lánc) szintézisének részleges vagy teljes elnyomásával járnak. Például a hemoglobin β-láncának szintézisének hiányával összefüggő betegségek a β-láncot kódoló gén két régiójában - a poliadenilációért felelős helyen és az egyik intronban - bekövetkező mutációkból származhatnak. Az első esetben a poliadenil farok képződési folyamata megszakad, és a hemoglobin alsó β-lánca képződik. A második esetben a splioszóma nem képes kivágni a sérült intront, és nem képződik az érett hemoglobin β-lánc mRNS. Mindenesetre a vörösvértestek normális működése jelentősen romlik.
MZ. A feldolgozás (vagy RNS-érés) az újonnan szintetizált, inaktív RNS (pro-mRNS) funkcionálisan aktív RNS-vé történő átalakításának folyamata. A folyamat a pro-mRNS szerkezeti és kémiai módosításaihoz kapcsolódik. A sejtmagban az RNS citoplazmába való felszabadulásáig fordul elő. Több szakaszból áll: a pro-mRNS rögzítése egy fehérjéhez, egyes bázisok metilezése, az egyik vég megjelölése, a másik (ellentétes) vég poliadenilezése, az intronok kivágása és az exonok összefűzése. Az utolsó két folyamatot illesztésnek nevezzük.
Kérdések a vizsgákhoz.
1. Hogyan határozzák meg az enzimek azokat a helyeket, ahol a DNS-molekula károsodott?
VÁLASZ. A legtöbb esetben helyi denaturáció következik be a DNS-molekula károsodásának helyén. Enzimek határozzák meg.
2. Mi történik a DNS-molekula károsodásának helyén?
VÁLASZ. A sérülés helyén helyi denaturáció lép fel.
3. Mi alapján állítják helyre a javító enzimek a szükséges nukleotidszekvenciát egy DNS-szál károsodásának helyén?
VÁLASZ. A DNS-szál ellentétes szakaszának nukleotidjaival való komplementaritás elvén alapul.
4. Mi alapján tölti ki helyesen a DNS-polimeráz a sérült DNS-szálban lévő réseket nukleotidokkal?
VÁLASZ. A felépített lánc nukleotidjainak az ellentétes szál nukleotidjaival való komplementaritása elvén alapul.
5. Milyen típusú javítást hajt végre egy foton által aktivált enzim?
VÁLASZ. Fotoreaktiválás.
6. Melyik enzim végez javítást a nap energiájával?
VÁLASZ. Fotoliáz.
Melyik enzim vesz részt közvetlenül az RNS-molekula szintézisében?
VÁLASZ. DNS-függő RNS polimeráz vagy RNS polimeráz.
Sorolja fel az átírási időszakokat!
VÁLASZ. Kezdeményezés, megnyúlás, befejezés.
Melyek az iniciációs komplex komponensei a transzkripció során?
VÁLASZ. A promóteren lerakódott speciális fehérjéből RNS polimeráz és transzkripciós faktorok.
9. Mi a neve annak a DNS-régiónak, ahol a transzkripció során az iniciációs komplex keletkezik?
VÁLASZ. a promóteren.
10. Mi a neve annak a nukleotidszekvenciának a prokariótákban, amelyet egy speciális fehérje határoz meg, amely a promóteren a transzkripció iniciációja során kicsapódik?
VÁLASZ. Blokk Pribnov.
11. Mi a neve az eukariótákban azt a nukleotidszekvenciát, amelyet egy speciális fehérje határoz meg, amely a promóteren a transzkripció iniciációja során kicsapódik?
VÁLASZ. TATA doboz.
12. Hol található a DNS-molekulában a Pribnov-blokk a prokariótákban?
VÁLASZ. a promóteren.
13. Hol található a DNS-molekulában a TATA doboz az eukariótákban?
VÁLASZ. a promóteren.
14. Mi a neve a transzkripciós szemet alkotó enzimkomplexnek?
VÁLASZ. kezdeményező komplexum.
15. Mi a neve a DNS-molekula azon szakaszának, amelyből az RNS szintézis megindul?
VÁLASZ. Kiindulópont, az átírás kezdőhelye.
16. Nevezze meg azokat a nukleotidokat, amelyek a terminátorban vannak, és esetleg részt vesznek a transzkripció leállításában!
VÁLASZ. G, C.
17. Nevezze meg a terminátorban azt a másodlagos szerkezetet, amely részt vehet a transzkripció leállításában!
VÁLASZ. Hajtű.
18. Mi a neve a terminátorban található és a transzkripció leállításában esetlegesen részt vevő kodonoknak?
VÁLASZ. Nonszensz (nonszensz) kodonok.
Alatt Az RNS-feldolgozás alatt az érésének folyamatát értjük, amely az átírása közben és után következik be, és megelőzi a fordítás folyamatát.
Feldolgozás különböző típusok Az RNS különböző módon megy végbe. Az mRNS (mRNS) feldolgozása azonban nem megy végbe prokariótákban. Általában az RNS-feldolgozást az eukarióta mRNS példáján tekintjük.
Mint tudják, az RNS szintetizálása az egyik DNS-szál helyén történik, és ezt a folyamatot transzkripciónak nevezik. NÁL NÉL iskolai tanfolyamáltalában közvetlenül a transzkripció követi a transzlációs folyamatot, amelyben az mRNS-t templátként használják fehérjeszintézishez. A transzkripció és a transzláció között azonban az RNS egy sor átalakuláson megy keresztül, melynek eredményeként funkcionálisan aktívvá válik. Ezeket a módosításokat együttesen feldolgozásnak nevezzük. Egyes szakaszai már az átíráskor előfordulnak.
Tekintsük az eukarióta hírvivő (hírvivő) RNS feldolgozását.
sapkázás. Még a transzkripciós szakaszban egy metilguanozin molekula, amely egy metilált nitrogénbázisú guanozin, egy trifoszfát (három foszforsavmaradék) hídon keresztül kapcsolódik az RNS molekula kezdeti (5") végéhez. A ribóz aminosavak szintén metilálódnak Az mRNS első két nukleotidja.Ezeket a folyamatokat cappingnek nevezzük, kialakul sapka(kalap). Megvédi a molekulát az enzimatikus lebomlással szemben, részt vesz a feldolgozás egyéb szakaszaiban, és beindítja a transzlációt.
Poliadeniláció. A transzkripció befejezése után sok adenin nukleotid (100-tól 250-ig) kapcsolódik az RNS végéhez (3"). Poliadenil-vég képződik - poli-A. Ez is teljesít. védő funkció a lebontó enzimek működésének megakadályozása.
Illesztés. Az mRNS-prekurzor molekula (pre-mRNS) egy DNS-szegmens (gén) másolata, amely nem transzlált régiókat tartalmaz (a végeken találhatók), valamint váltakozó intronokat és exonokat. Az intronok nem vesznek részt a fordításban, és a fordítás előtt el kell távolítani őket. A splicing az mRNS vágásának, az intronok eltávolításának és a fennmaradó exonok összefűzésének folyamata.
A splicing hatására az mRNS-molekula hossza jelentősen lecsökken. A folyamatot egy speciális komplex katalizálja - spliceosome, beleértve a kis nukleáris RNS-t és enzimfehérjéket. Az exonok térhálósíthatók különböző utak(változhat másképp, néhány kihagyható). Ezt a jelenséget alternatív splicingnek nevezik. Ennek eredményeként egy pre-mRNS több különböző mRNS-t eredményezhet, amelyeken különböző fehérjék szintetizálódnak.
A transzfer RNS-eket (tRNS-eket) is gyakran feldolgozzák. Ez azonban náluk más, elsősorban az egyes nukleotidok metilációjával kapcsolatos. Ennek eredményeként a tRNS felveszi jellegzetes formáját és aktívvá válik (aminosavakhoz kötődni képes).
A riboszómális RNS (rRNS) feldolgozása alapvetően a közös transzkriptum (pre-rRNS) levágásában rejlik, melynek részeiből (a négyből) három különböző rRNS molekula keletkezik.
A feldolgozás után az érett mRNS molekulák, a tRNS, a képződött riboszóma részszemcsék (rRNS-t tartalmaznak) a sejtmagból a citoplazmába szállítják, ahol mindegyik szerepüket ellátva biztosítják a transzláció (fehérjeszintézis) folyamatát.
Az RNS polimeráz leáll, amikor eléri a stopkodonokat. Egy fehérjeterminációs faktor, az úgynevezett ρ-faktor (görögül ρ - "ro") segítségével egy enzimet és egy szintetizált RNS-molekulát választanak le a DNS-mátrixból, amely a elsődleges átirat, az mRNS vagy tRNS vagy rRNS prekurzora.
Közvetlenül a szintézis után az elsődleges RNS-transzkriptumok különböző okok miatt még nem rendelkeznek aktivitással, „éretlenek”, és ezt követően egy sor változáson mennek keresztül, amelyeket feldolgozásnak neveznek. Az eukariótákban minden típusú pre-RNS feldolgozódik, a prokariótákban csak az rRNS és a tRNS prekurzorok dolgoznak fel.
A fehérjékről információt hordozó DNS-szakaszok transzkripciója során heterogén nukleáris RNS-ek keletkeznek, amelyek jóval nagyobbak, mint az mRNS. A tény az, hogy a gének mozaikszerkezete miatt ezek a heterogén RNS-ek informatív (exonokat) tartalmaznak.
és informatív ( intronok) szakaszok.
1. A splicing (angolul splice - stick together end-to-end) egy speciális folyamat, amelyben kis nukleáris RNS-ek közreműködésével intronokat távolítanak el és exonokat őriznek meg.
2. Cappping (angol cap - cap) - még az átírás során is előfordul. Az eljárás abból áll, hogy a pre-mRNS terminális nukleotidját az N7-metil-guanozin 5'-szénéhez kapcsolják az 5'-trifoszfáthoz.
A "sapka" szükséges ahhoz, hogy megvédje az RNS-molekulát az 5'-végről működő exonukleázoktól, valamint az mRNS-hez kötődjön a riboszómához, és meginduljon a transzláció.
3. Poliadeniláció- ATP molekulákat használó poliadenilát polimeráz segítségével 100-200 adenil nukleotid kapcsolódik az RNS 3"-os végéhez, poli(A) farkot képezve. A poli(A) farok az RNS molekula exonukleázokkal szembeni védelméhez szükséges 3"-véggel dolgozik.
Az rRNS-prekurzorok nagyobb molekulák, mint az érett rRNS-ek. Érésük a preriboszomális RNS kisebb formákra való feldarabolására redukálódik, amelyek már közvetlenül részt vesznek a riboszóma kialakulásában. Az eukarióták 5S-, 5,8S-, 18S- és 28S-rRNS-sel rendelkeznek. Ugyanakkor az 5S-rRNS külön-külön szintetizálódik, és a nagy preriboszomális 45S-RNS-t specifikus nukleázok hasítják le, és kialakul
5,8S-rRNS, 18S-rRNS és 28S-rRNS.
Nál nél a prokarióta riboszomális RNS-molekulák tulajdonságaikban teljesen eltérőek(5S-, 16S-
23S-rRNS), amely számos antibiotikum feltalálásának és alkalmazásának alapja az orvostudományban
1. Kialakulása a C-C-A szekvencia 3" végén. Ehhez néhány pre-tRNS a 3' végről a felesleges nukleotidokat addig távolítjuk el, amíg a hármas „ki nem válik” C-C-A, mások is csatlakoznak ehhez a sorozathoz.
2. Antikodon hurok kialakulása a pre-tRNS középső részében lévő intron összeillesztése és eltávolítása révén történik.
3. Nukleotid módosítás a molekulában dezaminációval, metilezéssel, redukcióval. Például pszeudouridin és dihidrouridin képződése.
rRNS feldolgozás: az elsődleges transzkriptum kivágása, metiláció, splicing. Az eukariótákban az összes rRNS egyetlen transzkriptum részeként szintetizálódik. Exo és endonukleázok érett sRNS-ekké vágják. A prekurzor 18, 5,8, 28S rRNS-t tartalmaz, és 45S RNS-nek hívják. Az rRNS feldolgozása megköveteli az snRNS részvételét. Egyes organizmusokban a 28S RNS prekurzor inszerteket/intranszokat tartalmaz, amelyek a feldolgozás eredményeként eltávolítódnak, és az RNS-fragmensek összeolvadnak a splicing következtében.
Az upprokarióta rRNS prekurzor 16, 23, 5S rRNS-t és több tRNS prekurzort tartalmaz. A 3 és 5' végeket komplementer szomszédos bázispárok hozzák össze. Ezt a szerkezetet az RNáz III hasítja. A fennmaradó ribonukleotidokat exonukleázok/trimmeléssel levágják. A tRNS 5'-végét az RNáz, a 3'-végét pedig az RNáz feldolgozza. A tRNS nukleotidil-transzferáz kiegészíti a CCA-farkat.
Az eukariótákban a tRNS prekurzor intront tartalmaz, nem korlátozódik a konzervált szekvenciákra, és az antikodon hurokba épül be. Intronok eltávolítása és illesztés szükséges. A splicing a tRNS másodlagos szerkezetének felismerésén alapul, és a nukleáz (az RNS mindkét oldalról az exon-intron határon hasad) és a ligáz (szabad 3 és 5'-kúpok keresztkötése) aktivitású enzimek részvételét igényli. . Felszabaduláskor az intronátRNS normál szerkezetébe gyűrődik.
mRNS feldolgozás. Az 5'-vég módosítása (sapka). A 3'-vég módosítása (poliadeniláció). Primer mRNS-transzkriptumok splicingje, spliceoszóma. Autosplicing. Alternatív toldás.
Pre-mRNS feldolgozás Az eukarióta több szakaszból áll:
1. Extra hosszú végsorozatok levágása.
2. Csatlakozás a CEP szekvencia 5'-végéhez, amelyben szükségszerűen jelen van a 7-metilguanozin, amelyből a CEP kezdődik. Ezután 1-3 metilezett ribonukleotid következik. Feltételezhető, hogy a CEP szükséges az mRNS stabilizálásához, megakadályozva az 5'-exonukleázok általi hasítását, és a riboszóma is felismeri. A CEP kialakulása lehetővé teszi az összeillesztést.
3. Intronok kivágása és exonok összeillesztése.
A splicing általában speciális ribonukleoprotein-részecskéket (RNP-ket) foglal magában – kis nukleáris RNP-ket (snRNP-ket), amelyek magukban foglalják az U1-U6-nak nevezett uracilban gazdag snRNS-eket (néha ribozimeknek is nevezik) és számos fehérjét. Ezek az RNP részecskék az intronok és exonok találkozásánál funkcionális komplexet alkotnak, az úgynevezett spliceoszómák(splicesomes). Az U-részecskék feladata az illesztési helyek felismerése. A felhasználói felület különösen az 5'-es illesztési helyet, az U2 pedig a 3'-es illesztési helyet ismeri fel. Ebben az esetben komplementer kölcsönhatás és konvergencia lép fel e helyek és az U1 és U2 részecskék RNS-ében lévő megfelelő szekvenciák között. Így az intron hurkolása következik be. A szomszédos exonok az egyes exonokat felismerő tényezők kölcsönhatása következtében kerülnek egymással kapcsolatba.
Néhány intron eltávolításra kerül autosplicing, amely nem igényel további komponenseket, csak maguk a pre-mRNS-ek. Az első lépés az intron 5' pozíciójában lévő foszfodiészter kötés megszakítása, melynek eredményeként az 1. exon elválik az intront tartalmazó RNS-molekulától és a 2. exon, amely az intron 3'-végétől felfelé található. Emlőssejtekben az elágazó hely egy konzervált szekvenciát tartalmaz, a kulcs A-nukleotid ebben a szekvenciában az intron 3'-végétől 3'-irányban 18-28 bp pozícióban található. Az élesztőben ez a szekvencia UACUAAC. Az intront lasszó formájában távolítják el.
Egyes esetekben nem minden exon transzformálódik aminosavszekvenciává. Ennek eredményeként egy génből több mRNS is kiolvasható - alternatív toldás. Ezenkívül az alternatív promóterek és terminátorok használata megváltoztathatja a transzkriptum 5' és 3' végét.
4. Nukleotidok hozzáadása egy 150-200 adenilnukleotidból álló szekvencia 3'-végéhez, speciális poli(A)-polimerázokkal.
5. Alapok módosítása az átiratban. Nagyon gyakran a pre-mRNS érése során bizonyos bázisok kémiai átalakulása történik, például az egyik nitrogéntartalmú bázis átalakul egy másikká (C-ből U-ba vagy fordítva).
Így a transzkripció eredményeként ribonukleinsavak keletkeznek. Így a nukleinsavak biztosítják a sejtélet fenntartását a genetikai információk tárolásával és kifejezésével, a fehérje bioszintézisének meghatározásával, valamint bizonyos tulajdonságok és funkciók megszerzésével a szervezetben.
A baktériumsejtekben a riboszómák a kész mRNS-régióhoz kapcsolódnak, amely elkezd elválni a mátrixtól, és azonnal megkezdi a fehérjeszintézist. Így egyetlen transzkripciós-transzlációs komplexum keletkezik, amely elektronmikroszkóppal detektálható.
Az RNS szintézise az eukariótákban a sejtmagban történik, és térben el van választva a fehérjeszintézis helyétől - a citoplazmától. Az eukariótákban az újonnan szintetizált RNS azonnal kondenzálódik, és sok szomszédos fehérjetartalmú részecske keletkezik. Ezek a részecskék körülbelül 5000 nukleotid hosszúságú RNS-t tartalmaznak, amelynek fonala egy fehérjeváz köré tekercselve heterogén nukleáris ribonukleoprotein komplexeket (nRNP-ket) képez. Heterogének, mert különböző méretűek. Ezen komplexek némelyike splicemoszóma, és részt vesz a premRNS inronjainak és splicing exonjainak eltávolításában.
A feldolgozás után az érett eukarióta mRNS molekulákat a receptorfehérjék (amelyek a sejtmag pórusaiban találhatók) felismerik, amelyek megkönnyítik az mRNS bejutását a citoplazmába. Ugyanakkor a hnRNP-t alkotó fő fehérjék soha nem hagyják el a sejtmagot, és lecsúsznak az mRNS-ről, ahogy az áthalad a nukleáris pórusokon.
A citoplazmában az mRNS ismét egyesül a fehérjékkel, de már citoplazmatikusakkal, mRNP-ket képezve. Ugyanakkor kimutathatóak a szabad mRNP részecskék (citoplazmatikus informoszómák), valamint a poliszómákkal (riboszómák komplexei) (poliszomális informoszómák) kapcsolódó mRNP-k. A poliszómához kapcsolódó miRNS-ek aktívan transzlálódnak. Az informoszómákhoz kapcsolódó fehérjék biztosítják az mRNS tárolását a citoplazmában, nem transzlált helyzetben. Az mRNS poliszómákra való átmenetét a fehérjék megváltozása kíséri - a represszor fehérjék hasítása vagy módosulása és az aktivátor fehérjék kötődése. Így, be eukarióta sejtek Az mRNS mindig komplexben van olyan fehérjékkel, amelyek az mRNS-aktivitás tárolását, szállítását és szabályozását biztosítják.
