Транскрипция. Матричная РНК, её структура и функциональные участки, различия у про- и эукариот. РНК-полимеразы про- и эукариот.

Транскрипция – синтез цепи РНК на матрице одной из цепей ДНК-дуплекса. Эта РНК идентична кодирующей ДНК (кДНК) и комплементарна матричной ДНК цепи.

Транскрипция осуществляется ДНК-зависимыми РНК полимеразами (РНК-пол). Активности РНК-пол:

· Расщепление и восстановление двуцепочечных ДНК

· Удержание в правильной ориентации расплетенных цепей ДНК и РНК-продукта

· Катализ добавления нуклеотидов к растущей РНК

· Отщепление 3’-нуклеотидов в случае ошибки и возобновления синтеза (при участии дополнительных факторов)

Этапы:

1. Распознавание матрицы начинается со связывания РНК-пол с двуцепочечным участком ДНК в области промотора (связывание TBP (ТАТА-связывающий белок) с ТАТА-боксом). Образуется «закрытый» комплекс, который под действием факторов инициации превращается в «открытый». Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, т.е. образуется транскрипционная вилка, в которой матрица доступна для инициации синтеза цепи РНК.

2. Инициация. Происходит синтез первых нуклеотидных звеньев. Может затянуться из-за абортивной инициации (высвобождение коротких транскриптов; синтез начинается заново, пока полимераза не сдвинется на 8-10 нуклеотидов). После того как синтезирован фрагмент из 8-10 нуклеотидных остатков, σ -субъединица отделяется от РНК-полимеразы (в 70% случаев, т.к. для инициации не нужна), а вместо неё к молекуле фермента присоединяются несколько факторов элонгации.

3. Элонгация. Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК. Синтез молекулы РНК идёт от 5'- к З'-концу комплементарно матричной цепи ДНК. Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль, около 12 пар нуклеотидных остатков, с матричной цепью ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по матрице в направлении от 3'- к 5'-концу впереди неё происходит расхождение, а позади - восстановление двойной спирали ДНК.

4. Терминация. Распознавание специфической последовательности ДНК (терминатор), прекращающей дальнейший рост цепи РНК. Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре-мРНК), комплементарного матрице, и РНК-полимеразы от матрицы. РНК-полимераза может вступить в следующий цикл транскрипции после присоединения субъединицы σ.

 

I. Структура мРНК у про- и эукариот

мРНК (и РНК) – промежуточная копия последовательности ДНК, несущей информацию о строении белка.

Прокариоты

Размеры синтезированной мРНК у бактерий практически совпадают с размерами гена – средний размер бактериальной мРНК – 1 500 нуклеотидов. Если транскрибируется оперон (совокупность генов), то длина мРНК может достигать 5‐ 15 т.н.

Бактериальные мРНК очень нестабильны (время полураспада около 2 мин). Не претерпевают существенных модификаций. Трансляция и транскрипция не разобщены во времени – как только синтезируется свободный 5’-конец определенной длины, рибосомы садятся на него и начинают трансляцию.

Деградация осуществляется в 2 ступени:

· Серия эндонуклеотических разрезов (в направлении 5’-3’)

· Экзонуклеазная деградация небольших фрагментов (3’-5’).

Структура:

1. Лидер – 5’ не транслируемый участок (5’UTR)

2. Трейлер – 3’ не транслируемый участок (3’UTR)

3. Рамка считывания – участок мРНК, кодирующий синтез полипептида (от старт-кодона до стоп-кодона).

Эукариоты

У эукариот длина мРНК значительно укорачивается после созревания (сплайсинга), в ходе которого удаляются интроны. Длина типичной зрелой мРНК – от сотен до нескольких тыс нуклеотидов.

Относительно стабильна (время полураспада у животных 4-24 ч).

Транскрипция и трансляция разобщены во времени и пространстве. Транскрипция и процессинг осуществляется в ядре; трансляция – в цитоплазме.

Процессинг:

1. Модификация концов (защищает от экзонуклеаз):

· 5’-конец – кэпирование.

Фосфатаза фосфорилирует 5’-конец (за счет фосфата ГТФ).

Гуанилтрансфераза добавляет G через 5’-5’-связь

Метилтрансфераза добавляет от 1 до 3 метильных групп к основанию или рибозе нового концевого гуанидина

Функции кэпа:

А) для узнавания мРНК при инициации трансляции

Б) для защиты 5’-конца от рибонуклеаз, специфически разрезающих фосфодиэфирные связи в направлении 5’-3’ и атакующих незащищенный 5’-конец

В) участвует в созревании 3’-конца мРНК

Г) осуществляет экспорт мРНК из ядра в цитоплазму

Д) участвует в сплайсинге

Е) участвует в регуляции транскрипции

· 3’-конец – полиаденилирование (добавление к транскрипту поли-А-хвоста из ~200 нуклеотидов). PABP (поли-А-связывающий белок) – определяет длину хвоста, наматывая на себя поли-А-хвост.

Специальная эндонуклеаза узнает AAUAAA-участок и на расстоянии ~20 нуклеотидов от него в направлении к 3’-концу делает надрез на пре-мРНК. Затем происходит добавление поли(А)-хвоста – 30-300 адениловых нуклеотидов (безматричный синтез).

Функции полиаденилирования:

А) способствует экспорту зрелых мРНК из ядра

Б) защищает мРНК от действия нуклеаз в цитоплазме, тем самым увеличивая период полураспада (чем длиннее хвост, тем дольше «живет»)

В) служит в качестве сигнала узнавания для рибосомы

2. Созревание пре-мРНК (сплайсинг) – вырезание интронов (по типу лассо) и сшивание экзонов в том же порядке.

3. Альтернативный сплайсинг – форма сплайсинга, обеспечивающая кодирование одним геном структурно и функционально различающихся полипептидов. Происходит соединение экзонов в различной последовательности. У человека 94% генов подвергает альтернативному сплайсингу. 1 ген кодирует множество форм белка.

4. Редактирование РНК – процесс, в ходе которого информация, содержащаяся в молекуле РНК, изменяется путем химической модификации оснований. В настоящее время установлено редактирование тРНК, рРНК и мРНК эукариот. Редактирование РНК в клетках прокариот не описано.

· Модификация нуклеотидов (дезаминирование С в U и А в инозин)

· Вставка нуклеотидов без матрицы

Биологические последствия редактирования мРНК:

А) образование пригодной для трансляции мРНК из транскриптов, которые не могут дать функциональный белок

Б) редактирование может дать новый белок, отличный по функциональной активности (аполипопротеин В100 – в кишечник САА в UAA и В48 – в печени без редактирования)

Структура:

5’-кэп – 7-метилгуанозин; Лидер (5’UTR); Кодирующая последовательность; Трейлер (3’UTR); 3’-поли(А)-хвост.

 

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: