Кэпирование это в биологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Трансляция — процесс синтеза белков из аминокислот, катализируемой рибосомой на матрице матричной (информационной) РНК (мРНК или иРНК). Трансляция является одной из стадий процесса биосинтеза белков, в свою очередь части процесса экспрессии генов.

Трансляция происходит в цитоплазме, где находятся рибосомы клетки. Во время трансляции, информация, содержащаяся в мРНК, расшифровывается согласно правилам, известными как генетический код, и используется для синтеза закодированной полипептидной последовательности. Процесс трансляции можно разделить на четыре фазы: активацию, инициацию, элонгацию и терминацию.

Механизм трансляции

Общие сведения

Для осуществления процесса трансляции в клетках всех без исключения организмов существуют специальные органеллы — рибосомы. Рибосомы являются рибонуклеопротеиднимы комплексами, построенными из 2 субъединиц: большой и малой. Функция рибосом заключается в распознавании тринуклеотидних кодонов мРНК, подбор соответствующих им аминокислот и присоединении этих аминокислот к белковой цепочки, что растет. Двигаясь вдоль молекулы мРНК, рибосома распознает кодон за кодоном и синтезирует белок в соответствии информации, заложенной в молекуле мРНК.

Механизмы трансляции прокариот (бактерий и архей) и эукариот существенно отличаются, поэтому многие вещества, подавляющие прокариотических трансляцию, в значительно меньшей степени действуют на трансляцию эукариотических организмов, что позволяет использовать их в медицинской практике как антибактериальные средства, безопасные для организма млекопитающих.

Механизм трансляции прокариот

Инициация

Синтез белка всегда начинается с AUG-кодона, также кодирует метионин. Этот кодон обычно называют стартовым или инициаторним. Инициация трансляции предусматривает узнавание рибосомой этого кодона и привлечение инициаторной аминоацил-тРНК. Для инициации трансляции необходимо также наличие определенных нуклеотидных последовательностей в районе стартового кодона. Существование последовательности, отличающей стартовый AUG от внутренних, совершенно необходимо, поскольку иначе инициация синтеза белка происходила бы хаотично на всех AUG-кодонов.

Процесс инициации обеспечивается специальными белками — факторами инициации (англ. Initiation factors, сокращенно IF).

Малая рибосомная субъединица (30S) прокариот, если она не вовлечена в это время в трансляцию, существует в комплексе с факторами инициации IF1, IF3 и, в некоторых случаях, IF2:

IF3, связанный с 30S-субъединицей, предотвращает ассоциации с большой (50S) субъединицей рибосомы, тем самым сохраняя ее свободное состояние до связывания с матричной РНК. Этот белок также участвует в связывании мРНК и тРНК, а также IF2.
IF2 взаимодействует с тРНК, а также обладает способностью расщеплять ГТФ.
IF1 является, видимо, не обязательным фактором (у некоторых видов он отсутствует) повышающим сродство малой субъединицы к IF2 и IF3.

Комплекс 30S субъединицы с инициаторным факторами способен распознавать специальные последовательности мРНК, так называемые участки связывания рибосомы (англ. Ribosomt-binding site или RBS). Эти участки содержат, во-первых, инициаторний кодон AUG и, во-вторых, специальную последовательность Шайн-Дальгарно, с которой комплементарно связывается рибосомная 16S РНК. Последовательность Шайн-Дальгарно служит для того, чтобы отличить инициаторным AUG от внутренних кодонов, кодирующих метионин. После того, как 30S-субъединица связалась с мРНК, к ней привлекается инициаторным аминоацил-тРНК и IF2, если они еще не были включены в комплекс. Затем присоединяется 50S-субъединица, происходит гидролиз ГТФ и диссоциация факторов инициации. Собранная рибосома начинает синтезировать полипептидную цепочку.

Элонгация

Элонгация полипептидной цепочки заключается в добавлении новых аминокислот к карбоксильного (C-) конца цепочки, растет. Этот полипептидную цепочку выходит из рибосомы через выходной туннель в большой субъединицы.

Элонгация начинается, когда метилированных аминоацил-тРНК связывается с участком P, приводит к конформационной изменения комплекса, открывает участок A для связывания новой аминоацил-тРНК. Это связывание облегчается фактором элонгации Tu (EF-TU), малой ГТФазою. В этот момент участок P содержит начало полипепдидного цепочки, синтезируется, а участок A содержит следующую аминокислоту, которая должна быть добавлена к цепочке. После этого полипептид отделяется от тРНК в области P и пептидный связь формируется между последней аминокислотой полипептида и аминокислотой, все еще присоединена к тРНК в области A. Этот процесс, известный как образование пептидной связи, катализируемой рибозимов, пептидилтрансферазою, такая активность присуща к 23S рРНК большой (50S) рибосомной субъединицы. После образования пептидной связи, участок A содержит полипептид, тогда как участок P содержит незаряженную тРНК (тРНК без аминокислоты).

На конечной стадии элонгации, рибосома перемещается на три нуклеотида в направлении 3 'конца мРНК. Так что тРНК связанные с мРНК за счет спаривания кодон-антикодон, тРНК движется относительно рибосомы, двигая полипептид с участка A в область P, а незаряженная тРНК перемещается в область выхода (участок E). Этот процесс катализируется фактором элонгации G (EF-G).

Рибосомы продолжает транслировать кодоны оставшиеся потому что новые аминоацил-тРНК звьязуютьться с участком A, пока рибосома не встретит кодон остановки на мРНК (UAA, UGA или UAG).

Терминация и переработка

Терминация происходит, когда один из трех стоп-кодонов перемещается в область A. Эти кодоны не имеют соответствующих тРНК. В свою очередь, их признают специальные белки — факторы терминации (англ. Release factors, RF), а именно RF1 (распознающий стоп-кодоны UAA и UAG) или RF2 (распознающий стоп-кодоны UAA и UGA). Третий фактор освобождения RF-3 катализирует освобождение RF-1 и RF-2 в конце процесса терминации. Эти факторы катализируют гидролиз эфирной связи, связывающей тРНК с пептидом, и высвобождение недавно синтезированного белка с рибосомы.

Пост-терминационного комплекс, сформированный после терминации, состоит из мРНК со стоп-кодоном в области A рибосомы и тРНК. Шаг переработки рибосомы отвечает за разборку пост-трансляционного рибосомного комплекса. Как только протеин, который синтезируется, освобождается после терминации, факторы переработки рибосомы и фактор элонгации EF-G освобождают мРНК и тРНК с рибосомы и разъединяют 70S рибосомы на 30S и 50S субъединицы. IF-3 также помогает процессу переработки, предотвращая повторное связывание субъединиц за счет связывания с 30S субъединицей. Этот процесс готовит рибосому для повторения цикла трансляции.

Полисомы

Трансляция обычно осуществляется более чем одной рибосомой одновременно. Из-за относительно большой размер рибосом, они могут связываться с участками мРНК на расстоянии не менее 35 нуклеотидов. Несколько рибосом и молекула мРНК, по которой они движутся, называются полисомы или полирибосомами.

Механизм трансляции эукариот

Кэп-зависимая инициация

С помощью этого механизма транслируется подавляющее число эукариотических мРНК. Белки, участвующие в процессах инициации трансляции у эукариот называют eIF (англ. Eukaryotic Initiation Factors — эукариотические факторы инициации). Кроме факторов инициации eIF1, eIF2 и eIF3, связывающиеся с малой рибосомной субъединицей (40S), и по своим функциям приблизительно аналогичными соответствующим белкам прокариот, эукариоты имеют еще две группы факторов инициации: семейство факторов, связывающих мРНК — eIF4 и семейство факторов, связываются с большой (60S) субъединицей рибосомы, eIF5. Ниже приведен список основных факторов:

eIF4A — РНК геликазы, фермент, расплетает вторичную структуру мРНК для того, чтобы рибосома могла по ней двигаться.
eIF4B — привлекает фактор eIF4A к молекуле мРНК.
eIF4E — связывает кэп, 7-метилгуанин, расположенный на 5'-конце молекулы мРНК.
eIF4G — нужен для организации компонентов, участвующих в инициации трансляции, в единый комплекс. Содержит участки связывания eIF4B, eIF4E, рибосомы.
eIF5 — нужен для привлечения большой субъединицы рибосомы.

На первом этапе инициации трансляции имела субъединица рибосомы в комплексе с факторами инициации eIF4G, eIF4B, eIF4E и инициаторным тРНК присоединяется к 5'-концу мРНК за счет способности eIF4E связывать кэп-структуру, а белка eIF3 — мРНК. Затем белок eIF4B привлекает геликазу eIF4A, и та начинает расплетать мРНК в направлении к 3'-концу, что сопровождается затратами энергии в форме молекул АТФ. За счет работы этого белка, 40S субъединица освобождается от белков eIF4G и eIF4E, и в комплексе с факторами инициации оставшиеся движется по мРНК к инициаторным кодона AUG, где происходит диссоциация факторов инициации, остались, и привлечение 60S-субъединицы рибосомы с помощью eIF5, после чего начинается синтез полипептидной цепочки.

Кэп-независимая инициация

Тогда как в большинстве случаев эукарио трансляция требует наличия кэпа на 5 'конце мРНК, некоторые вирусные и клеточные мРНК обходят кэп-зависимый механизм за счет инициации трансляции на определенных последовательностях внутри молекулы РНК.

Этот метод трансляции был найден относительно недавно, и необходимо в условиях, которые требуют трансляции определенных мРНК в стрессовых условиях, когда общая эффективность трансляции уменьшена. Примеры включают факторы, вызывающие апоптоз, иммуноглобулины, некоторые факторы роста. Кроме того, этим механизмом иногда пользуются вирусы.

Элонгация

Элонгация трансляции эукариот очень похожа на элонгации трансляции прокариот. Основными факторами элонгации являются:

eEF-1, чьи α и βγ субъединицы отвечают прокариотических факторам EF-TU и EF-TS, соответственно;
eEF-2, что соответствует прокариотических фактора EF-G

Терминация

У эукариот существует только один фактор высвобождения, eRF, вместо трех факторов прокариот. Однако, в целом процесс терминации подобен процессу терминации прокариот.

Трансляция вручную

Принцип

Таблицы трансляции

Для большинства эукариот обычно используется стандартная таблица трансляции, в которой каждой аминокислоте соответствует одна или несколько последовательностей ДНК:.

Не все организмы используют одинаковый генетический код. Даже работая с генетическими последовательностями обычных эукариотических организмов, например дрожжей, часто желательно использовать альтернативные таблицы трансляции — а именно для транслиции митохондриальных генов. Сейчас группа таксономии NCBI определяет следующие таблицы для последовательностей, содержит GenBank:

Компьютерная трансляция

Процессинг — это этап формирования функционально активных молекул РНК из первоначальных транскриптов. Процессинг рассматривают как посттранскрипционные модификации РНК, характерные для эукариот. (У прокариот процессы транскрипции и трансляции иРНК идут почти одновременно. Этот тип РНК у них процессинга не претерпевает.)

В результате процессинга первичные транскрипты РНК превращаются в зрелые РНК. Поскольку существует несколько различных типов РНК, то для каждого из них характерны свои модификации.

Процессинг информационной (матричной) РНК

На участках ДНК, кодирующих структуру белка, образуется предшественник информационной (матричной) РНК (пре-иРНК). Пре-иРНК копирует всю нуклеотидную последовательность ДНК от промотора до терминатора транскриптона. То есть она включает концевые нетранслируемые области (5' и 3'), интроны и экзоны.

Процессинг пре-иРНК включает в себя кэпирование, полиаденилирование, сплайсинг, а также некоторые другие процессы (метилирование, редактирование).

Кэпирование — это присоединение 7-метил-ГТФ (7-метилгуанозинтрифосфат) к 5'-концу РНК, а также метилирование рибозы двух первых нуклеотидов.

В результате полиаденилирования к 3'-концу РНК присоединяется полиадениловый участок (поли-А) длинной примерно 100-200 нуклеотидов (содержащих аденин). Данные реакции обеспечивает фермент поли-А-полимераза. Сигналом к полиаденилированию служит последовательность AAUAAACA на 3'-конце. В месте -CA происходит разрезание молекулы иРНК.

Поли-А защищает молекулу РНК от ферментативного распада.

Кэпирование и полиаденилирование происходят еще на этапе транскрипции. Кэп образуется сразу после высвобождения из РНК-полимеразы 5'-конца синтезируемой РНК, а поли-А образуется сразу после терминации транскрипции.

Сплайсинг представляет собой вырезание интронов и соединение экзонов. Экзоны могут соединяться по-разному. Таким образом из одного транскрипта могут образовываться разные иРНК. В сплайсинге информационной РНК участвуют малые ядерные РНК, которые имеют участки, комплементарные концам интронов и связываются с ними. Кроме мяРНК в сплайсинге участвуют различные белки. Все вместе (белки и мяРНК) формируют нуклеопротеидный комплекс — сплайсосому.

После процессинга иРНК становится короче своего предшественника иногда в десятки раз.

Процессинг других видов РНК

При процессинге молекул рибосомальных и транспортных РНК не происходит кэпирования и полиаденилирования. Модификации данных видов РНК происходят не только у эукариот, но и у прокариот.

Три вида рибосомальной РНК эукариот образуются в результате расщепления одного транскрипта (45S-РНК).

Процессинг ряда транспортных РНК может также включать расщепление одного транскрипта, другие тРНК получаются без расщепления. Особенностью процессинга тРНК является то, что молекула РНК проходит длинную цепь модификаций нуклеотидов: метилирование, дезаминирование и др.

По окончании транскрипции бактериальных р-РНК и т-РНК, они могут быть сразу использованы в трансляции. Никаких дополнительных изменений в структуре этих молекул не происходит. Трансляция бактериальных иРНК может начинаться даже до окончания транскрипции. Это связано с отсутствием границ между ядром и цитоплазмой. Способность инициировать трансляцию прокариотических РНК, до завершения транскрипции, предоставляет уникальную возможность регуляции транскрипции некоторых генов. Еще одна особенность бактериальных иРНК – они полицистронны. Это означает, что один транскрипт является копией нескольких структурных генов У эукариот иРНК –копия одного гена.

В отличие от прокариот все типы эукариотических РНК подвергаются значительной посттранскрипционной модификации (процессингу).Вся совокупность ядерных транскриптов РНК-полимеразы II известна как гетерогенная ядерная РНК ( гяРНК ), поскольку одна из основных характеристик, отличающих эту фракцию ядерных РНК - это чрезвычайно высокая вариабельность размеров входящих в нее транскриптов.

По мере синтеза эти транскрипты ковалентно модифицируются по 5'-концам и 3'-концам таким образом, что они становятся отличными от транскриптов, синтезированных другими РНК-полимеразами. Эти модификации будут позже использованы в цитоплазме как сигналы того, что данные информационные РНК должны быть транслированы в белки.

Все 3 класса РНК транскрибируются с генов, которые содержат интроны. Последовательности, кодируемые интронами ДНК, должны быть удалены из первичного транскрипта до того, как РНК станет биологически активной. Процесс удаления копий интронных последовательностей получил название сплайсинга РНК.

В дополнение сплайсингу, у и-РНК происходит модификация 3’и 5’ концов. К 5 ' концу всех эукариотических иРНК (который синтезируется первым в процессе транскрипции) присоединяется во время процессинга остаток 7-метилгуанозина с образованием уникальной 5 'à 5 ' фосфодиэфирной связи. Этот дополнительный нуклеотид получил название кэп или колпачек. Кэпирование происходит еще до завершения синтеза всей молекулы. Образующаяся структура на 5’ конце иРНК защищает РНК от экзонуклеаз и, что не менее важно, ответственна за последующее связывание молекулы мРНК с рибосомой.

.Схема полиаденилирования иРНК.

Сразу после завершения транскрипции или после специфического расщепления в определенном месте растущей цепи РНК происходит полиаденилирование. Оно заключается в том, что специальный фермент - полиаденилатполимераза присоединяет к 3'-концу каждого РНК-транскрипта, которому суждено стать молекулой мРНК, от 20 до 250 остатков адениловой кислоты (поли(А)), что и завершает процесс образования первичного РНК-транскрипта. Полиаденилатполимераза узнает специфическую последовательность AAУAAA. Этот фермент, обладающий несколькими активностями отщепляет от первичного транскрипта небольшрй фрагмент в 11-30 нуклеотидов и затем присоединяет поли(А) последовательность Функции этой последовательности неизвестны. Принять считать, что такой "хвост" способствует последующему процессингу РНК и экспорту зрелых молекул мРНК из ядра.

Процессы 5'-кэпирования и 3'- полиаденилированияхарактерны только для транскриптов, синтезируемых РНК-полимеразой II. Это можно объяснить специфическим взаимодействием ферментов, катализирующие эти процессы с РНК-полимеразой II, но не взаимодействующих с РНК-полимеразами I и III . Необходимость маркировать подобным образом концы молекул-предшественников и-РНК может служить объяснением, почему эти молекулы синтезируются специальной РНК-полимеразой.

У эукариот молекула РНК модифицируется после транскрипции.

.Схема полиаденилирования иРНК.

Кэп, 5'-кэп (произносится как пять-штрих-кэп), или кэп-структура (от англ. cap — шапка) — структура на 5'-конце матричных РНК (мРНК) и некоторых других РНК эукариот. Кэп состоит из одного или нескольких модифицированных нуклеотидов и характерен только для транскриптов, синтезируемых РНК-полимеразой II. Наличие кэпа — один из признаков, отличающих эукариотические мРНК от прокариотических, которые несут трифосфат на 5'-конце. Это и другие отличия обуславливают существенно более высокую стабильность, особый механизм инициации трансляции и другие особенности жизненного цикла эукариотической мРНК [1] [2] .

Кэп представляет собой модифицированный рибонуклеотид — 7-метилгуанозин, соединённый 5',5'-трифосфатным мостиком с первым нуклеотидным остатком транскрипта. В узком смысле под кэпом понимают именно 7-метилгуанозин. Кроме того, первые два нуклеотида транскрипта могут быть метилированы по 2'-O-положению остатка рибозы. Кэп способствует эффективному процессингу пре-мРНК, экспорту мРНК из ядра, её трансляции и защите от быстрой деградации [3] [1] .

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (1):

Вопрос № 1. Физические методы в биологических исследованиях.

Стремительное развитие молекулярной биологии и поразительные успехи, которых она достигла за последние 10 -15 лет, во многом обусловлены применением современных физических методов исследования. Эти методы непрерывно совершенствуются и обладают в настоящее время очень большими возможностям: позволяют видеть биологические макромолекулы, определять положение в пространстве каждого атома в молекулах глобулярных белков, замечать тонкие изменения формы молекул биополимеров в растворе, разделять в центробежном поле молекулы, лишь ничтожно отличающиеся одна от другой, и т. д.

1.Рентгеноструктурный анализ биополимеров.

Значительную роль в развитии структурных исследований биополимеров сыграл рентгеноструктурный анализ метод, позволяющий определять пространственное расположение атомов в молекулах исследуемых соединений. Методы, применяемые при рентгенографических исследованиях монокристаллов и волокон, различны.

^ Кристаллы белков и вирусов.

Очень многие белки могут кристаллизоваться. Кристаллизуются также и более сложные соединения, например вирусы, которые представляют собой комплексы белков с нуклеиновыми кислотами. Образующиеся при этом кристаллы по многим своим свойствам соответствуют тому, что принято называть кристаллом в классическом смысле этого понятия. Они имеют xapaктерную внешнюю oгpaнку. Рентгенограммы свидетельствуют о достаточной правильности их трехмерной кристаллической решетки.

^ Исследование строения фибриллярных структур.

2.Электронная микроскопия.

Электроны, проходя через вещество объекта, изменяют свои траектории, рассеиваются. Число рассеянных электронов возрастает с увеличением плотности вещества, его атомного номера, толщины образца и уменьшением энергии электронов. Биологические макромолекулы для исследования их в электронном микроскопе размещаются на тончайших пленках – подложках. В свою очередь, опорой для этих пленок служат специальные сетки, изготовленные из меди электролитическим способом или сплетенные из тонкой проволоки. В практике электронномикроскопических исследований биологических макромолекул чаще всего используются коллодиевые и углеродные пленки.

^ Методы контрастирования молекул белков, нуклеиновых кислот, вирусов.

Контрастирование оттенением прежде всего производится испарение металла в вакууме. При этом атомы металла разлетаются от места испарения по прямолинейным траекториям. Этот метод позволяет не только увеличить контрастность изображения, но и установить размеры исследуемых объектов. Чаще всего для оттенения белковых молекул, вирусов, нуклеиновых кислот, рибосом используются платина, палладий, сплав платины с палладием, вольфрам, реже уран.

^ Метод углеродных реплик с предварительным оттенением . Метод реплик заключается в том, что рельеф поверхности объекта воспроизводится при помощи тонкой пленки, которая затем исследуется в электронном микроскопе.

^ 3.ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.

Инфракрасная спектроскопия.

При поглощении света с данной частотой молекула или атом получают соответствующий квант энергии или, как говорят, переходят на более высокий энергетический уровень. В инфракрасной области поглощается свет именно тех частот, которые равны частотам колебаний атомов в молекуле.

Спектрополяриметрия.

Метод дисперсии оптической активности в настоящее время стал одним из основных методов исследования структуры и конформационных превращений в биополимерах. Его широкое применение объясняется сравнительной простотой измерений, отсутствием необходимости специального препарирования образцов в отличие от других методов (рентгеноструктурный анализ, исследование инфракрасных спектров, рассеяние света и др.). Кроме того, большое преимущество этого метода состоит в том, что при помощи современных спектрополяриметров можно исследовать очень небольшие количества вещества (малые концентрации), что особенно важно при исследовании биополимеров.

Люминесценция.

Различают фотолюминесценцию – свечение, возбуждаемое ультрафиолетовым или видимым излучением, хемилюминесценцию – свечение, сопровождающее ряд химических реакций (частным случаем является биолюминесценция свечение организмов, связанное с их жизнедеятельностью), рентгено- и радиолюминесценцию – свечение, вызываемое действием рентгеновских лучей или других ионизирующих излучений, катодолюминесценцию, вызываемую ударами быстрых электронов (телевизионные экраны) и т. п.

4.Гидродмнамические методы.

Вискозиметрия позволяет определить важнейшую характеристику полимера его характеристическую вязкость, связанную с размерами, формой и жесткостью молекул. Этот параметр, в частности, широко используется для определения молекулярного веса нуклеиновых кислот. Вискозиметрический метод определения молекулярных весов, однако, не является независимым, требуя градуировки при помощи абсолютных методов (светорассеяние, электронная микроскопия, авторадиография и др.).

Одним из самых распространенных и плодотворных методов изучения природных и синтетических полимеров является метод ультрацентрифугирования. Он заключается в создании больших центробежных ускорений, превышающих ускорение земного притяжения в 10 4 – 10 5 раз в роторах, вращающихся со скоростями до 60 000 об/мин. Под действием таких сильных центробежных полей происходит осаждение (седиментация) молекул растворенного полимера, аналогично осаждению крупных частиц суспензии под действием поля тяготения Земли. При низких ускорениях осаждение частиц молекулярных размеров невозможно вследствие хаотического теплового движения, влияние которого тем больше, чем меньше размер частиц.

^ Метод двойного лучепреломления (ДЛП) в потоке сочетает в себе оптический и гидродинамический подход к изучению строения макромолекул. В комбинации с другими методами, прежде всего с вискозиметрией, метод ДЛП в потоке широко характеризует исследуемые молекулы, позволяя определить разность главных поляризуемостей молекул, коэффициент вращательной диффузии, жесткость молекулы и другие параметры.

5.Электронный парамагнитный и ядерномагнитный резонанс.

Магнитный диполь, помещенный в магнитное поле, направленное вдоль оси z, начинает прецессировать вокруг оси z с определенной частотой ω₀. При этом в плоскости (х, у) перпендикулярной направлению магнитного поля, происходит равномерное вращение проекции магнитного, момента диполя на эту плоскость с угловой скоростью ω₀. Следовательно, проекция магнитного момента диполя на произвольную ось, расположенную в плоскости (х, у), совершает колебания с круговой частотой ω₀. Если на систему действует, кроме того, переменное магнитное поле, направленное вдоль оси, расположенной в плоскости, то при частоте поля, равной ω₀, наблюдается резонанс между колебаниями поля и дипольного момента. В случае если диполем служит электрон, явление называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР); если диполем служит атомное ядро, то говорят о ядерном магнитном резонансе (ЯМР).
^ Вопрос № 2. Транскрипция у эукариот. Кэпирование, полиаденилирование, спалйсинг.

Транскри́пция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3'>5' .

Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации.

^ Инициация транскрипции — сложный процесс, зависящий от последовательности ДНК вблизи транскрибируемой последовательности. У эукариот, также и от более далеких участков генома — энхансеров (усилители) и сайленсоров (глушители) и от наличия или отсутствия различных белковых факторов.

^ Элонгация транскрипции.

Момент перехода РНК-полимеразы от инициации транскрипции к элонгации точно не определен. Три основных биохимических события характеризуют этот переход в случае РНК-полимеразы кишечной палочки: отделение сигма-фактора, первая транслокация молекулы фермента вдоль матрицы и сильная стабилизация транскрипционного комплекса, который кроме РНК-полимеразы включает растущую цепь РНК и транскрибируемую ДНК. Эти же явления характерны и для РНК-полимераз эукариот. Переход от инициации к элонгации сопровождается разрывом связей между ферментом, промотором, факторами инициации транскрипции, а в ряде случаев — переходом РНК-полимеразы в состояние компетентности в отношении элонгации. Фаза элонгации заканчивается после освобождения растущего транскрипта и диссоциации фермента от матрицы (терминация).

На стадии элонгации в ДНК расплетено примерно 18 пар нуклеотидов. Примерно 12 нуклеотидов матричной нити ДНК образует гибридную спираль с растущим концом цепи РНК. По мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди нее происходит расплетание, а позади — восстановление двойной спирали ДНК. Одновременно освобождается очередное звено растущей цепи РНК из комплекса с матрицей и РНК-полимеразой. Элонгация осуществляется с помощью основных элонгирующих факторов, необходимых, чтобы процесс не останавливался преждевременно.

У эукариот обнаружены три фактора терминации транскрипции, необходимых для освобождения РНК-полимераз из транскрипционных комплексов на терминаторах.

Терминация транскрипции у эукариот - это пока довольно плохо изученный процесс. Ясно, однако, что он происходит за пределами собственно гена в области спейсера. Эксперименты с разными искусственными конструкциями показывают, что для терминации транскрипции нужно существование в геноме зоны терминации и обязательно расположенного перед нею сайта полиаденилирования. Если последний убрать, то транскрипция идет за зону терминации. В то же время зону терминации можно удалять и приближать к сайту полиаденилирования, и терминация все равно будет происходить в ее пределах.

Кэпирование.

Кэп (от англ. cap — шапочка) — модифицированный гуанозиновый нуклеотид, который добавляется на 5' (передний) конец незрелой матричной рибонуклеиновой кислоты .

5'-конец молекулы РНК (который синтезируется первым в процессе транскрипции) прежде всего кэпируется, т.е. достраивается с образованием особой структуры, ответственной за последующее связывание молекулы мРНК с рибосомой.

Эта структура состоит из остатка 7-метилгуаназина, ковалентно связанного с 5'-концевым трифосфатом. Кэпирование происходит еще до того, как синтез всей молекулы будет завершен.

Тем временем строящаяся молекула РНК продолжает расти в длину в направлении от 5'к 3'концу со скоростью 30 нуклеотидов в секунду, пока РНК-полимераза не достигнет сигнала терминации , закодированного в последовательности нуклеотидов ДНК.

Здесь транскрипция останавливается и происходит полиаденилирование .

экспорт мРНК из ядра ;
защита 5'-конца транскрипта от экзонуклеаз;
участие в инициации трансляции ;
участие в полиаденилировании.

Полиаденилирование происходит либо непосредственно после терминации транскрипции, либо после специфического расщепления растущей цепи РНК.

Специальный фермент - полиА-полимераза присоединяет к 3'-концу каждого РНК-транскрипта, которому суждено стать молекулой мРНК, от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, что завершает процесс образования первичного РНК-транскрипта.

Конкретные функции полиА неизвестны, но считается, что такой "хвост" способствует последующему процессингу РНК и экспорту зрелых молекул мРНК из ядра.

Одним из обязательных этапов созревания предшественников эукариотических мРНК, синтезированных в ядре, является процессинг их 3'-концевых последовательностей, тесно сопряженный с присоединением кэп-группы .

Процесс полиаденилирования начинается сразу за расщеплением РНК и происходит настолько быстро, что неполиаденилированных промежуточных продуктов не обнаруживается. Такое сопряжение двух реакций необходимо для защиты 3'-концевых последовательностей РНК от деградации нуклеазами.

Читайте также: