Le trascrizioni primarie prodotte dalla trascrizione di geni codificanti proteine procariotiche funzionano come mRNA senza ulteriori modifiche o elaborazioni. In effetti, la traduzione dell'mRNA spesso inizia anche prima che la sintesi dell'estremità 3' del trascritto sia completata. Una situazione completamente diversa si osserva per le molecole di rRNA e tRNA. In questo caso, gruppi di geni rRNA o tRNA o anche sezioni intervallate di questi geni sono spesso trascritti per formare un singolo filamento di RNA. Sebbene la trascrizione di questi geni inizi sempre a determinati promotori e termini a determinati terminatori, è necessario che si verifichino tagli e modifiche specifiche dei trascritti di RNA primari per formare forme funzionali mature.Tali eventi molecolari sono riferiti collettivamente come modificazioni post-trascrizionali o semplicemente elaborazione dell'RNA. I meccanismi di elaborazione di rRNA e tRNA e gli enzimi mediante i quali viene eseguita sono più completamente studiati in E.coli e utilizziamo questo sistema per illustrare le caratteristiche dell'elaborazione post-trascrizionale dell'RNA. Modifiche simili dell'RNA eucariotico; in questo caso, oltre all'elaborazione di rRNA e tRNA, vengono utilizzati sistemi più complessi di maturazione del trascritto con formazione di mRNA.
un. Gruppi di geni codificanti per rRNA e tRNA
Nel genoma E.coli sono state identificate e mappate sette unità di trascrizione discrete che codificano per rRNA. Ogni unità di trascrizione è una molecola di RNA, che consiste di circa 5000 nucleotidi e contiene una copia delle sequenze codificanti per 5S-, 16S- e 23S-pRNA. La trascrizione in questa regione viene eseguita nella direzione 16S -> 23S -> 5S. Oltre a queste tre sequenze di codifica dell'rRNA, le trascrizioni contengono inserti lunghezze diverse e una o più copie dei geni tRNA. Gli spaziatori possono essere localizzati prima, tra e dopo le sequenze di rRNA e i geni del tRNA di solito si trovano all'interno di segmenti distanziatori interspersi o 3'-terminali. Per la formazione di molecole di RNA funzionalmente mature, è necessario elaborare tali trascritti. Prima o durante l'elaborazione, la modifica di basi specifiche negli spaziatori, nonché nei geni rRNA e tRNA.
b. Taglio dei co-trascritti di rRNA-tRNA
La scissione iniziale dei trascritti primari in frammenti contenenti sequenze di tRNA o 16S, 23S o 58 rRNA viene eseguita dall'endonucleasi RNasi III. I suoi bersagli sono brevi duplex di RNA formati durante l'accoppiamento di basi intramolecolari in sequenze che fiancheggiano ciascuno dei segmenti di rRNA. Ad esempio, le regioni complementari nelle regioni spaziali che fiancheggiano la sequenza 16S-pRNA formano un gambo a forcina con la sequenza 16S-pRNA nel suo anello. Forcine simili formano le sequenze 23S- e 5S-pRNA. RNasi III introduce rotture nello stelo a doppio filamento, risultando in una catena di RNA contenente la sequenza dell'uno o dell'altro rRNA fiancheggiata da brevi regioni distanziatrici con estremità 5'-fosfato e 3'-idrossile. I nucleotidi extra delle sequenze spaziali vengono quindi rimossi, possibilmente dalla stessa RNA esonucleasi che catalizza anche gli ultimi passaggi dell'elaborazione del tRNA. In linea di principio, affinché avvenga la scissione enzimatica, devono essere trascritte solo le sequenze nucleotidiche che formano le forcine. Tuttavia, l'elaborazione avviene solo dopo il completamento della sintesi dell'intero trascritto primario, poiché, a quanto pare, per il corretto ripiegamento dell'intero trascritto dell'RNA, che è riconosciuto dall'endonucleasi III, sono necessarie proteine ribosomiche o altre. L'elaborazione dei segmenti di tRNA scissi da trascrizioni multigene viene eseguita allo stesso modo dell'elaborazione di tRNA da unità di trascrizione di singoli geni.
in. Formazione di tRNA maturi da trascrizioni più grandi
Nonostante il fatto che alcuni geni codificanti per tRNA si trovino all'interno delle unità di trascrizione dell'rRNA e siano espressi insieme ai geni dell'rRNA, la maggior parte dei geni del tRNA è rappresentata da singoli geni o combinati in gruppi. Alcuni cluster contengono più ripetizioni degli stessi geni, mentre altri contengono geni tRNA diversi e non correlati. In alcuni casi, ogni cluster viene trascritto come una grande molecola di RNA, che viene elaborata per scindere in sequenza frammenti di tRNA maturi. Per la formazione di un tRNA funzionale maturo, apparentemente, deve verificarsi una specifica modifica delle basi e l'aggiunta di uno, due o tutti e tre i nucleotidi del 3'-CCA-terminale.
Indipendentemente dal fatto che il trascritto primario contenga una o più sequenze di tRNA o che queste sequenze siano inserite in regioni spaziali dell'rRNA, le estremità 5' di tutti i tRNA si formano con la partecipazione di una singola endonucleasi chiamata RNasi P. Apparentemente, la RNasi P riconosce il caratteristica struttura ripiegata del tRNA nel polinucleotide precursore e taglia via la sequenza leader o spaziatrice situata prima dell'estremità 5' della sequenza di tRNA maturo. Le estremità 3' di un tRNA sono formate da diverse attività. Un'endonucleasi finora non identificata taglia il precursore nel sito della forcella dove si trova l'estremità 3' del tRNA maturo, e quindi un'altra endonucleasi, la RNasi D, completa la formazione del 3 corretto In alcuni In altri casi, la scissione dell'esonucleasi si interrompe esattamente all'estremità 3' CCA del tRNA maturo e, in altri casi, l'esonucleasi agisce per formare un'estremità del primer a cui la nucleotidil transferasi del tRNA aggiunge uno o più nucleotidi terminali invarianti.
Una caratteristica distintiva della RNasi P è che il sito di scissione si forma a seguito del corretto ripiegamento della molecola di tRNA. I cambiamenti nella sequenza nucleotidica che non interrompono questa piega non influiscono sull'elaborazione dell'estremità 5". Un'altra proprietà insolita della RNasi P è che consiste in una proteina e RNA. Questo RNA ha una sequenza specifica di 377 nucleotidi ed è esso stesso leggermente trascritto dalla RNA-polimerasi dal gene taglia più grande e quindi elaborato alle dimensioni di una molecola matura. Una caratteristica sorprendente di questo RNA si è rivelata essere che da solo può catalizzare la stessa reazione endonucleasica di un'intera ribonucleoproteina; la proteina non ha attività endonucleasica indipendente. Pertanto, l'attività dell'endonucleasi può essere inerente all'RNA stesso, mentre la proteina sembra essere necessaria per mantenere la struttura dell'RNA nella configurazione più attiva.
I tRNA maturi non solo hanno una conformazione caratteristica, ma contengono anche nucleotidi modificati. Molte di queste modifiche sono essenziali per alcune funzioni fisiologiche del tRNA. Oggi sono stati caratterizzati solo alcuni dell'intero esercito di enzimi che catalizzano un numero enorme di reazioni di modifica. Tuttavia, è chiaro che le modificazioni si verificano principalmente allo stadio dell'RNA precursore e nel tRNA completamente elaborato. Tali enzimi modificatori sono di particolare interesse per la loro insolita specificità per alcune sequenze: ad esempio, solo i singoli residui di uracile vengono convertiti in tiouracile, metilati in timina o ridotti a diidrouracile. Ancora più misteriosa è la formazione di pseudouridilati modificando il consueto legame tra uracile e ribosio.
Si tratta di un insieme di processi che assicurano la trasformazione dell'RNA sintetizzato (trascritto di RNA) in RNA funzionalmente attivo (RNA maturo) che può essere utilizzato nella sintesi proteica. Le stesse trascrizioni di RNA non sono funzionalmente attive. Il processo è caratteristico degli eucarioti.
Come risultato dell'elaborazione, la struttura e l'organizzazione chimica dell'RNA cambia. Viene chiamato il trascritto dell'RNA prima della formazione dell'RNA maturo pro-mRNA(o a seconda del tipo di RNA - pro-tRNA, pro-rRNA), cioè Precursore dell'RNA. Quasi tutte le trascrizioni di RNA di eucarioti e procarioti (escluso mRNA procariotico) sono in elaborazione. La trasformazione di un trascritto di RNA in RNA maturo inizia nel nucleo, quando la sintesi dell'RNA non è stata ancora completata e non si è separato dal DNA. A seconda dei meccanismi, si distinguono diverse fasi di maturazione dell'RNA.
Interazione del pro-mRNA con la proteina.
Metilazione del pro-mRNA.
Chiusura della fine del 5'.
Poliadenilazione.
Impiombatura.
La sequenza grafica delle fasi è mostrata nella Figura 58. Va notato che negli organismi viventi tutti i processi di cui sopra si svolgono parallelamente l'uno all'altro.
un. Interazione del pro-mRNA con la proteina.
Nei batteri, anche prima della fine della trascrizione 5', la fine del trascritto si collega immediatamente al ribosoma e l'mRNA è incluso nella traduzione. Pertanto, praticamente non è richiesta alcuna modifica per l'mRNA batterico. Negli eucarioti, la trascrizione sintetizzata lascia il nucleo, entra nel citoplasma e lì si unisce al ribosoma. Durante il suo percorso, deve essere protetto da incontri accidentali con reagenti forti e, allo stesso tempo, essere accessibile agli enzimi di lavorazione. Pertanto, la trascrizione dell'RNA interagisce immediatamente con la proteina poiché è allungata. Un'analogia è appropriata qui: la trascrizione dell'RNA si trova sulla proteina come su un tavolo operatorio, è fissata da legami chimici e allo stesso tempo diventano disponibili siti di modifica in essa. L'RNA associato a una proteina è chiamato ribonucleoproteina (informosoma). In questa forma, la trascrizione si trova nel nucleo. Quando lasciano il nucleo, alcuni RNA continuano a rimanere in combinazione con la proteina, mentre altri lasciano il complesso e prendono parte alla traduzione.
b. Metilazione del pro-mRNA.
Molto spesso si verifica nei batteri che hanno uno speciale meccanismo di difesa contro gli estranei
DNA (virale, fago). Questo apparato è costituito da una serie di enzimi che tagliano DNA o RNA estranei in determinati siti in cui si trova una specifica sequenza nucleotidica. Si chiamano enzimi restringe. È chiaro che il proprio trascritto di RNA appena sintetizzato può anche essere attaccato dagli enzimi di restrizione. Per evitare che ciò accada, vengono chiamati enzimi speciali metilasi, metilare il proprio trascritto di RNA in siti che possono essere tagliati dai propri enzimi. Negli eucarioti, il trascritto dell'RNA è meno metilato.
Terminatore promotore
Trascrizione
Pro-mRNA fixi-proteina
strappato alle proteine
Metilazione pro-mRNA
Capping di pro-mRNA
Riso. 58. Schema dei principali punti di lavorazione.
in. Capping 5' fine.
Consiste in cambiamenti chimici e conformazionali
5'estremità dell'RNA sintetizzato. Il capping avviene al momento della sintesi dell'RNA, anche prima della sua separazione. Il processo consiste nell'attaccarsi all'estremità libera del pro-RNA speciale sostanze chimiche, che modificano la conformazione della regione terminale. Il capping è necessario per avviare il processo di traduzione.
Enzimi speciali si attaccano all'estremità 5' del PIL pro-mRNA (guanosina difosfato) e quindi lo metilano.
5' pro-mRNA
CH 3
CEP = HDF + CH 3
Fig.59. La struttura del CEP all'estremità 5' del pre-mRNA eucariotico.
Funzioni CEP.
Avvia la sintesi proteica.
Protegge il pro-mRNA dal decadimento.
Coinvolto nella rimozione degli introni.
d. Poliadenilazione.
Questo è il processo per attaccare 100-200 residui di acido adenilico all'estremità 3' del pro-mRNA. Questi residui sono chiamati sequenze poli-A (code poli-A). Non tutti i pro-mRNA subiscono la poliadenilazione. Ad esempio, le molecole di tutti i tipi di istoni non contengono sequenze poli-A. La poliadenilazione impedisce la distruzione dell'mRNA.
La catena di mRNA in crescita ha una sequenza nucleotidica speciale (AAAAAA). Un enzima speciale (poliA polimerasi) trova questa combinazione di nucleotidi, taglia il pro-mRNA in questo punto e forma una coda di poliadenile.
Il valore delle sequenze poli-A:
Facilitare il rilascio di mRNA dal nucleo nel citoplasma.
Proteggere l'mRNA dalla distruzione.
Recentemente, un altro interessante proprietà poli-A sequenze - sono coinvolti nella conclusione della sintesi del pro-mRNA. L'RNA polimerasi, che forma la sequenza AAUAAAA in pro-mRNA, riceve un segnale sul completamento della sintesi del trascritto dell'RNA. Ma la sintesi non si ferma immediatamente. Si interrompe completamente dopo che l'RNA polimerasi incontra una sequenza nucleotidica specifica sul filamento del modello di DNA (è diverso per geni diversi), che fornisce il segnale finale per interrompere la sintesi dell'RNA.
GTP PolyA - sequenza
rArArArArArArArArA-ON
CH 3
CEP = GTP + CH 3
Riso. 60. La struttura del CEP all'estremità 5' del pro-mRNA eucariotico e la sequenza poliadenilica all'estremità 3' del pro-mRNA.
e. Giunzione.
A Il trascritto dell'RNA contiene un certo numero di sequenze nucleotidiche necessarie per il completamento con successo della traduzione e la successiva modifica del trascritto (capping, poliadenilazione, ecc.). Per svolgere il ruolo principale dell'RNA nel citoplasma - traduzione, queste sequenze non solo non avranno alcun significato funzionale, ma potrebbero interferire con il normale corso della sintesi proteica. Pertanto, la cella fornisce un meccanismo per il rilascio della trascrizione primaria da un numero di sequenze che non sono critiche nella traduzione.
Queste sequenze sono principalmente introni.
Il gene da cui è stato trascritto il pro-mRNA contiene sequenze codificanti e non codificanti. Le sequenze codificanti di un gene determinano l'amminoacido e la loro sequenza nella proteina. Le sequenze non codificanti non hanno questa proprietà. Le sequenze codificanti e non codificanti in un gene si alternano e il loro numero dipende dai singoli geni. La trascrizione primaria contiene anche sequenze codificanti e non codificanti. Questa organizzazione di geni e pro-RNA è caratteristica degli eucarioti. Vengono chiamate sequenze pro-mRNA non codificanti introni e la codifica esoni. La lunghezza degli introni può variare da 50 a 12.000 nucleotidi. Gene inizia e
termina con un esone. La struttura discontinua del gene è caratteristica della maggior parte degli eucarioti. Gli introni possono contenere tutti i tipi di RNA - mRNA, tRNA, rRNA.
L'intero insieme di esoni (proteine codificanti) nel genoma umano occupa solo l'1,1 - 1,4%. Il gene umano medio contiene 9 introni. Come semplifichi
organizzazione degli organismi, aumenta il valore totale dei loro esoni (ad esempio, nei batteri è dell'86%).
Un complesso multicomponente prende parte all'escissione degli introni dal trascritto dell'RNA e alla fusione degli esoni rimanenti. I suoi componenti principali sono il piccolo RNA nucleare (snRNA) e le proteine enzimatiche.
In generale, il complesso è chiamato piccole ribonucleoproteine nucleari, snRNP ospliosoma . Il processo stesso è piuttosto complicato e consiste in diverse fasi (vedi Fig. 58).
1. Modellaturaspliosomi . Frammenti di proteine e snRNA sono attaccati all'inizio e alla fine dell'introne (Fig. 56, E) formando uno spliosoma. (Fig. 56, E) Attaccamento del complesso snRNP (Fig. 56, F).
Esone 1 Introne Esone 2
Il cappio
introne tagliato
Riso. 61. Schema di splicing (spiegazione nel testo).
Approssimazione degli esoni vicini, a causa della formazione di un ciclo di introni. Tagliare al confine esone-introne e collegare gli esoni vicini (primo e secondo) (Fig. 56, C).
Rimozione e distruzione dell'ansa e dello spliosoma (Fig. 56, D, G).
Va notato che se l'introne è danneggiato (mutato), lo splicing potrebbe non essere completato, l'introne potrebbe non essere asportato e il prodotto finale, l'mRNA, trasporterà sequenze nucleotidiche insolite per esso. È chiaro che ciò può portare all'interruzione della traduzione e all'esclusione di una determinata proteina dal metabolismo.
e. Giunzione alternativa.
Questo tipo di splicing si verifica quando lo stesso gene è espresso in tessuti diversi.
La sua essenza è che la stessa sezione di un gene in diversi tessuti può agire come un introne e un esone. Ciò porta alla formazione di diversi mRNA che codificano per proteine con diverse attività enzimatiche.
Quindi nelle cellule della tiroide viene sintetizzato l'ormone calcitonina. Inibisce il rilascio di calcio dalle ossa. Il gene che controlla la sintesi del calcio
Il gene che controlla la calcitonina
uh e uh e uh e uh e uh
1 2 3 4 5 6
uh e uh e uh e uh e uh
pro-mRNA
1 2 3 4 5 6
nella ghiandola tiroidea nelle cellule cerebrali
mRNA
1 2 3 4 1 2 3 5 6
Calcitonina Proteina simile alla calcitonina
Fig.62. Splicing alternativo di calcitonina e proteina simile alla calcitonina.
citonina, è costituita da 6 esoni, anche il trascritto primario di questo gene (pro-mRNA) è costituito da 6 esoni (Fig. 62). Un mRNA maturo contenente 4 esoni - 1,2,3,4 è formato dal trascritto primario. Gli esoni n. 5 e 6 sono stati letti come introni ed eliminati. Sulla base di questo e dell'RNA, viene sintetizzata la calcitonina. Nelle cellule cerebrali, dalla trascrizione primaria contenente 6 esoni, si forma un mRNA maturo, costituito da 5 esoni - 1,2,3,5,6. Il quarto esone è stato asportato come introne. Tale mRNA controlla la sintesi di una proteina simile alla calcitonina responsabile della percezione del gusto.
Un altro geneIcaro(dal nome del leggendario Icaro) è in grado di fornire, tramite splicing alternativo, la sintesi di 6 diversi polipeptidi. Inoltre, i polipeptidi formano tra loro nella cellula circa 20 diversi insiemi degli stessi polipeptidi o di diversi.
La violazione del meccanismo di splicing può portare a condizioni patologiche che sono nome comune talassemia. Questi includono malattie associate alla soppressione parziale o completa della sintesi di una delle catene dell'emoglobina (catene α o β). Ad esempio, malattie associate alla mancata sintesi della catena β dell'emoglobina possono derivare da mutazioni in due regioni del gene che codifica per la catena β - nel sito responsabile della poliadenilazione e in uno degli introni. Nel primo caso, il processo di formazione della coda del poliadenilico viene interrotto e si forma una catena β inferiore dell'emoglobina. Nel secondo caso, lo spliosoma non è in grado di tagliare l'introne danneggiato e l'mRNA maturo della catena β dell'emoglobina non si forma. In ogni caso, la normale funzione dei globuli rossi sarà notevolmente ridotta.
MZ. L'elaborazione (o maturazione dell'RNA) è il processo di conversione dell'RNA inattivo (pro-mRNA) di nuova sintesi in RNA funzionalmente attivo. Il processo è associato a modifiche strutturali e chimiche del pro-mRNA. Si verifica nel nucleo fino al rilascio di RNA nel citoplasma. Consiste in diverse fasi: attacco del pro-mRNA a una proteina, metilazione di alcune basi, marcatura di una delle estremità, poliadenilazione dell'altra estremità (opposta), escissione di introni e cucitura di esoni. Gli ultimi due processi sono chiamati splicing.
Domande per esami.
1. In che modo gli enzimi determinano la maggior parte dei punti in cui si verifica un danno alla molecola del DNA?
RISPONDERE. Nella maggior parte dei casi, si verifica una denaturazione locale nel sito del danno alla molecola di DNA. È determinato dagli enzimi.
2. Cosa succede nel sito del danno alla molecola del DNA?
RISPONDERE. La denaturazione locale si verifica nel sito della lesione.
3. Sulla base di cosa gli enzimi riparatori ripristinano la necessaria sequenza di nucleotidi nel sito del danno a un filamento di DNA?
RISPONDERE. Basato sul principio di complementarità ai nucleotidi della sezione opposta del filamento di DNA.
4. Sulla base di cosa la DNA polimerasi riempie correttamente le lacune in un filamento di DNA danneggiato con nucleotidi?
RISPONDERE. Basato sul principio di complementarità dei nucleotidi della catena costruita ai nucleotidi del filamento opposto.
5. Che tipo di riparazione viene effettuata da un enzima attivato da un fotone?
RISPONDERE. Fotoriattivazione.
6. Quale enzima effettua la riparazione utilizzando l'energia del sole?
RISPONDERE. fotoliasi.
Quale enzima è direttamente coinvolto nella sintesi della molecola di RNA?
RISPONDERE. RNA polimerasi o RNA polimerasi DNA-dipendente.
Elenca i periodi di trascrizione.
RISPONDERE. Inizio, allungamento, terminazione.
Quali sono i componenti del complesso di iniziazione durante la trascrizione?
RISPONDERE. Da una speciale proteina depositata sul promotore, RNA polimerasi e fattori di trascrizione.
9. Qual è il nome della regione del DNA in cui si forma il complesso di iniziazione durante la trascrizione?
RISPONDERE. sul promotore.
10. Qual è il nome della sequenza nucleotidica nei procarioti, determinata da una speciale proteina che precipita sul promotore durante il periodo di inizio della trascrizione?
RISPONDERE. Blocco Pribnov.
11. Qual è il nome della sequenza nucleotidica negli eucarioti, determinata da una speciale proteina che precipita sul promotore durante il periodo di inizio della trascrizione?
RISPONDERE. scatola TATA.
12. Dove si trova nella molecola di DNA il blocco di Pribnov nei procarioti?
RISPONDERE. sul promotore.
13. In quale punto della molecola di DNA si trova la scatola TATA negli eucarioti?
RISPONDERE. sul promotore.
14. Qual è il nome del complesso enzimatico che forma l'occhio trascrizionale?
RISPONDERE. complesso iniziatore.
15. Qual è il nome della sezione della molecola di DNA da cui inizia la sintesi dell'RNA?
RISPONDERE. Punto di partenza, sito di inizio della trascrizione.
16. Denominare i nucleotidi che si trovano nel terminatore ed eventualmente partecipare alla terminazione della trascrizione.
RISPONDERE. G, C.
17. Denominare la struttura secondaria nel terminatore, che può essere coinvolta nella cessazione della trascrizione,
RISPONDERE. Tornante.
18. Quali sono i nomi dei codoni posti nel terminatore ed eventualmente coinvolti nella cessazione della trascrizione.
RISPONDERE. Codoni senza senso (non senso).
Sotto L'elaborazione dell'RNA è intesa come il processo della sua maturazione, che avviene durante e dopo la sua trascrizione e precede il processo di traduzione.
in lavorazione tipi diversi L'RNA procede in modi diversi. Tuttavia, l'elaborazione dell'mRNA (mRNA) non si verifica nei procarioti. Di solito, l'elaborazione dell'RNA è considerata sull'esempio dell'mRNA eucariotico.
Come sapete, l'RNA viene sintetizzato nel sito di uno dei filamenti di DNA e questo processo è chiamato trascrizione. A corso scolastico di solito immediatamente seguito dalla trascrizione è il processo di traduzione, in cui l'mRNA viene utilizzato come modello per la sintesi proteica. Tuttavia, tra la trascrizione e la traduzione, l'RNA subisce una serie di trasformazioni, a seguito delle quali diventa funzionalmente attivo. Queste modifiche sono collettivamente denominate elaborazione. Alcune delle sue fasi si verificano già al momento della trascrizione.
Consideriamo l'elaborazione dell'RNA messaggero eucariotico (messaggero).
tappatura. Anche nella fase di trascrizione, una molecola di metilguanosina, che è una guanosina a base di azoto metilato, è attaccata all'estremità iniziale (5 ") della molecola di RNA attraverso un ponte trifosfato (tre residui di acido fosforico). Anche i residui di ribosio sono metilati a livello primi due nucleotidi dell'mRNA Questi processi sono chiamati capping, formati cap(cappello). Protegge la molecola dalla degradazione enzimatica, partecipa ad altre fasi dell'elaborazione e avvia la traduzione.
Poliadenilazione. Dopo che la trascrizione è stata completata, molti nucleotidi di adenina (da 100 a 250) sono attaccati all'estremità (3 ") dell'RNA. Si forma un'estremità poliadenilica - poli-A. Funziona anche funzione protettiva prevenire l'azione degli enzimi degradanti.
Impiombatura. Una molecola precursore dell'mRNA (pre-mRNA) è una copia di un segmento di DNA (gene) che include regioni non tradotte (situate alle estremità) e introni ed esoni alternati. Gli introni non partecipano alla traduzione e devono essere rimossi prima della traduzione. Lo splicing è il processo di taglio dell'mRNA, rimozione degli introni e cucitura degli esoni rimanenti.
Come risultato dello splicing, la lunghezza della molecola di mRNA si riduce significativamente. Il processo è catalizzato da un complesso speciale - spliceosoma, compreso il piccolo RNA nucleare e le proteine enzimatiche. Gli esoni possono essere reticolati diversi modi(alternarsi in modo diverso, alcuni possono essere omessi). Questo fenomeno è chiamato splicing alternativo. Di conseguenza, un pre-mRNA può dare origine a diversi mRNA, sui quali verranno sintetizzate diverse proteine.
Anche gli RNA di trasferimento (tRNA) vengono spesso elaborati. Tuttavia, per loro è diverso, principalmente associato alla metilazione dei singoli nucleotidi. Di conseguenza, il tRNA assume la sua forma caratteristica e diventa attivo (capace di legarsi agli amminoacidi).
L'elaborazione dell'RNA ribosomiale (rRNA) si riduce sostanzialmente al taglio del trascritto comune (pre-rRNA), dalle cui parti si formano tre diverse molecole di rRNA (su quattro).
Dopo l'elaborazione, molecole mature di mRNA, tRNA, formate sottoparticelle ribosomiali (contenenti rRNA) vengono trasportate dal nucleo al citoplasma, dove, svolgendo ciascuno dei loro ruoli, forniscono il processo di traduzione (sintesi proteica).
L'RNA polimerasi si fermerà quando raggiunge i codoni di stop. Con l'aiuto di un fattore di terminazione proteica, il cosiddetto fattore ρ (greco ρ - "ro"), un enzima e una molecola di RNA sintetizzata vengono separati dalla matrice del DNA, che è trascrizione primaria, un precursore di mRNA o tRNA o rRNA.
Immediatamente dopo la sintesi, i trascritti di RNA primari, per vari motivi, non hanno ancora attività, sono "immaturi" e successivamente subiscono una serie di modifiche, che prendono il nome di elaborazione. Negli eucarioti vengono elaborati tutti i tipi di pre-RNA; nei procarioti vengono elaborati solo i precursori di rRNA e tRNA.
Durante la trascrizione di segmenti di DNA che trasportano informazioni sulle proteine, si formano RNA nucleari eterogenei, che sono molto più grandi dell'mRNA. Il fatto è che, a causa della struttura a mosaico dei geni, questi RNA eterogenei includono (esoni) informativi
e non informativo ( introni) sezioni.
1. Lo splicing (splice inglese - incollare end-to-end) è un processo speciale in cui, con la partecipazione di piccoli RNA nucleari, gli introni vengono rimossi e gli esoni vengono preservati.
2. Capping (cap inglese - cap) - si verifica anche durante la trascrizione. Il processo consiste nel legare il nucleotide terminale del pre-mRNA al 5'-carbonio di N7-metil-guanosina al 5'-trifosfato.
Il "cappuccio" è necessario per proteggere la molecola di RNA dalle esonucleasi che lavorano dall'estremità 5', così come per legare l'mRNA al ribosoma e per iniziare la traduzione.
3. Poliadenilazione- con l'aiuto della poliadenilato polimerasi che utilizza molecole di ATP, da 100 a 200 nucleotidi adenilici sono attaccati all'estremità 3 "dell'RNA, formando una coda poli (A). La coda poli (A) è necessaria per proteggere la molecola di RNA dalle esonucleasi lavorando con 3 "-end.
I precursori dell'rRNA sono molecole più grandi degli rRNA maturi. La loro maturazione si riduce al taglio dell'RNA preribosomale in forme più piccole, che sono già direttamente coinvolte nella formazione del ribosoma. Gli eucarioti hanno 5S-, 5.8S-, 18S- e 28S-rRNA. Allo stesso tempo, il 5S-rRNA viene sintetizzato separatamente e il grande 45S-RNA preribosomale viene scisso da nucleasi specifiche con la formazione
5,8S-rRNA, 18S-rRNA e 28S-rRNA.
In Le molecole di RNA ribosomiale procariotico sono completamente diverse nelle loro proprietà(5S-, 16S-
23S-rRNA), che è alla base dell'invenzione e dell'uso di numerosi antibiotici in medicina
1. Formazione all'estremità 3" della sequenza C-C-A. Per questo, alcuni pre-tRNA dall'estremità 3' i nucleotidi extra vengono rimossi fino a quando la tripletta non viene "esposta" C-CA, altri si uniscono a questa sequenza.
2. Formazione di un ciclo anticodone avviene per splicing e rimozione di un introne nella parte centrale del pre-tRNA.
3. Modifica nucleotidica nella molecola per deaminazione, metilazione, riduzione. Ad esempio, la formazione di pseudouridina e diidrouridina.
Elaborazione dell'rRNA: taglio del trascritto primario, metilazione, splicing. Negli eucarioti, tutti gli rRNA sono sintetizzati come parte di una singola trascrizione. Viene tagliato da eso ed endonucleasi in sRNA maturi. Il precursore contiene 18, 5,8, 28S rRNA ed è chiamato 45S RNA. L'elaborazione dell'rRNA richiede la partecipazione di snRNA. In alcuni organismi, il precursore dell'RNA 28S contiene inserti/intrans, che vengono rimossi a seguito dell'elaborazione e frammenti di RNA vengono fusi a seguito dello splicing.
Il precursore dell'rRNA upprocariotico contiene 16, 23, 5S rRNA + diversi precursori del tRNA. Le estremità 3 e 5' sono unite da coppie di basi adiacenti complementari. Questa struttura è scissa da RNasi III. I restanti ribonucleotidi vengono tagliati da esonucleasi/rifilatura. L'elaborazione dell'estremità 5' del tRNA viene eseguita dalla RNasi e l'estremità 3' viene elaborata dalla RNasi D.tRNA nucleotidil transferasi completa la coda CCA.
Negli eucarioti, il precursore del tRNA contiene un introne, non è limitato alle sequenze conservate ed è integrato nel ciclo dell'anticodone. Richiede la rimozione di introni e splicing. Lo splicing si basa sul riconoscimento della struttura secondaria del tRNA e richiede la partecipazione di enzimi con attività di nucleasi (l'RNA è diviso al confine esone-introne da entrambi i lati) e ligasi (reticolazione dei coni 3 e 5' liberi) . Al rilascio, l'intronatRNA si ripiega nella sua struttura normale.
Elaborazione dell'mRNA. Modifica dell'estremità 5' (capping). Modifica dell'estremità 3' (poliadenilazione). Splicing di trascritti di mRNA primari, spliceosoma. Autogiunzione. Giunzione alternativa.
Elaborazione pre-mRNA L'eucariota è costituito da diverse fasi:
1. Taglio delle sequenze finali extra lunghe.
2. Attaccamento all'estremità 5' della sequenza CEP, in cui è necessariamente presente 7-metilguanosina, da cui inizia la CEP. Il prossimo è 1-3 ribonucleotidi metilati. Si presume che la CEP sia necessaria per la stabilizzazione dell'mRNA, impedendone la scissione da parte delle 5'-esonucleasi, ed è anche riconosciuta dal ribosoma. La formazione di un CEP consente di sottoporsi allo splicing.
3. Tagliare gli introni e unire gli esoni.
Di norma, lo splicing coinvolge speciali particelle ribonucleoproteiche (RNP) - piccoli RNP nucleari (snRNP), che includono snRNA ricchi di uracile designati U1-U6 (a volte chiamati ribozimi) e numerose proteine. Queste particelle RNP alle giunzioni di introni ed esoni formano un complesso funzionale chiamato spliceosomi(splicesome). Le funzioni delle particelle U sono di riconoscere i siti di splicing. In particolare, UI riconosce il sito di splicing 5' e U2 riconosce il sito di splicing 3'. In questo caso, si verifica un'interazione e una convergenza complementari tra questi siti e le sequenze corrispondenti nell'RNA delle particelle U1 e U2. Pertanto, si verifica il ciclo dell'introne. Gli esoni vicini entrano in contatto tra loro come risultato dell'interazione tra fattori che riconoscono i singoli esoni.
Alcuni introni vengono rimossi con giunzione automatica, che non richiedono componenti aggiuntivi oltre ai pre-mRNA stessi. Il primo passo è rompere il legame fosfodiestere nella posizione 5' dell'introne, il che provoca la separazione dell'esone 1 dalla molecola di RNA contenente l'introne e l'esone 2. situato a monte dell'estremità 3' dell'introne. Nelle cellule di mammifero, il sito di ramificazione contiene una sequenza conservata, il nucleotide A chiave in questa sequenza si trova nella posizione 18–28 bp a monte dell'estremità 3' dell'introne. Nel lievito, questa sequenza è UACUAAC. L'introne viene rimosso sotto forma di lazo.
In alcuni casi, non tutti gli esoni si trasformano in sequenze di amminoacidi. Di conseguenza, diversi mRNA vengono letti da un gene - giunzione alternativa. Inoltre, l'uso di promotori e terminatori alternativi può modificare le estremità 5' e 3' della trascrizione.
4. Aggiunta di nucleotidi all'estremità 3' di una sequenza di 150-200 nucleotidi adenilici, effettuata da speciali poli(A)-polimerasi.
5. Modifica delle basi nella trascrizione. Molto spesso, durante la maturazione del pre-mRNA, si verificano trasformazioni chimiche di alcune basi, ad esempio la trasformazione di una base azotata in un'altra (da C a U o viceversa).
Pertanto, come risultato della trascrizione, si formano acidi ribonucleici. Pertanto, gli acidi nucleici garantiscono il mantenimento della vita cellulare immagazzinando ed esprimendo informazioni genetiche, determinando la biosintesi proteica e ottenendo determinate caratteristiche e funzioni dall'organismo.
Nelle cellule batteriche, i ribosomi si attaccano alla regione dell'mRNA già pronta che inizia a separarsi dalla matrice e inizia immediatamente la sintesi proteica. Pertanto, si forma un unico complesso trascrizionale-traduzionale, che può essere rilevato utilizzando un microscopio elettronico.
La sintesi dell'RNA negli eucarioti avviene nel nucleo ed è spazialmente separata dal sito di sintesi proteica: il citoplasma. Negli eucarioti, l'RNA di nuova sintesi condensa immediatamente per formare molte particelle adiacenti contenenti proteine. Queste particelle includono RNA lungo circa 5000 nucleotidi, il cui filo è avvolto attorno a una spina dorsale proteica, formando così complessi ribonucleoproteici nucleari eterogenei (nRNP). Sono eterogenei perché hanno dimensioni diverse. Alcuni di questi complessi sono splicemosomi e sono coinvolti nella rimozione degli inroni e degli esoni di splicing del premRNA.
Dopo l'elaborazione, le molecole di mRNA eucariotiche mature vengono riconosciute dalle proteine recettrici (incluse nei pori nucleari), che facilitano il movimento dell'mRNA nel citoplasma. Allo stesso tempo, le principali proteine che compongono l'hnRNP non lasciano mai il nucleo e scivolano via dall'mRNA mentre si muove attraverso i pori nucleari.
Nel citoplasma, l'mRNA si combina nuovamente con le proteine, ma già quelle citoplasmatiche, formando mRNP. Allo stesso tempo, vengono rilevate particelle libere di mRNP (informosomi citoplasmatici), nonché mRNP associati a polisomi (complessi di ribosomi) (informosomi polisomi). I miRNA associati ai polisomi vengono tradotti attivamente. Le proteine associate agli informosomi forniscono l'immagazzinamento dell'mRNA nel citoplasma in una posizione non tradotta. La transizione dell'mRNA ai polisomi è accompagnata da un cambiamento nelle proteine: scissione o modifica delle proteine repressorie e legame delle proteine attivatrici. Così, nel cellule eucariotiche L'mRNA è sempre complesso con le proteine che forniscono immagazzinamento, trasporto e regolazione dell'attività dell'mRNA.
