Η έκφραση όλων των γονιδίων ξεκινά με τη μεταγραφή της νουκλεοτιδικής τους αλληλουχίας. Η μεταγραφή είναι η διαδικασία μετάφρασης πληροφοριών που είναι γραμμένες στη γλώσσα της αλληλουχίας των δεοξυριβονουκλεοτιδίων στην νοηματική αλυσίδα του DNA στη γλώσσα της αλληλουχίας των ριβονουκλεοτιδίων στο mRNA. Σε αυτή την περίπτωση, ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός από τους δύο κλώνους DNA (αντινόημα) χρησιμοποιείται ως πρότυπο για τη σύνθεση RNA με συμπληρωματικό ζευγάρωμα βάσεων.
Τα ένζυμα που καταλύουν τη διαδικασία της μεταγραφής είναι εξαρτώμενες από το DNA πολυμεράσες RNA. Επιπλέον, σε προκαρυώτες, για παράδειγμα, σε κύτταρα E. coli, βρέθηκε μόνο ένας τύπος αυτού του ενζύμου, το οποίο συνθέτει και τους τρεις τύπους RNA (mRNA, tRNA, rRNA). Αντίθετα, οι ευκαρυώτες έχουν τρεις διαφορετικές εξαρτώμενες από το DNA πολυμεράσες RNA, καθεμία από τις οποίες είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή γονιδίων που κωδικοποιούν διαφορετικούς τύπους κυτταρικού RNA. Η διαδικασία μεταγραφής, καθώς και ο ενζυματικός εξοπλισμός της, έχει μελετηθεί καλύτερα σε προκαρυώτες. Οι βακτηριακές πολυμεράσες RNA είναι σύνθετες πρωτεΐνες που αποτελούνται από πολλές διαφορετικές υπομονάδες. Το πιο μελετημένο ένζυμο ολοένζυμοΠολυμεράση RNA E. coli, η οποία περιέχει πέντε διαφορετικές πολυπεπτιδικές υπομονάδες: δύο α-αλυσίδες, μια β- και μια β'-αλυσίδες, s- και w-αλυσίδες. Μια εναλλακτική μορφή του ενζύμου που ονομάζεται φλοιόςή μινένζυμο, στερείται s-υπομονάδας. Το ένζυμο πυρήνα καταλύει τις περισσότερες από τις αντιδράσεις μεταγραφής του DNA σε RNA, αλλά δεν μπορεί να ξεκινήσει τη σύνθεση RNA στη σωστή θέση, καθώς δεν είναι σε θέση να αναγνωρίσει τις θέσεις προαγωγέα. Η ακριβής δέσμευση και έναρξη στους προαγωγείς συμβαίνει μόνο μετά την προσθήκη της υπομονάδας sd στο ένζυμο πυρήνα και το σχηματισμό ενός ολοενζύμου.
Όπως και άλλες διαδικασίες προτύπων, η μεταγραφή περιλαμβάνει 3 στάδια: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμό.
Έναρξη μεταγραφής. Αυτή η διαδικασία απαιτεί: ένα ολοένζυμο, μια ειδική νουκλεοτιδική αλληλουχία στο DNA (προαγωγέας) και ένα σύνολο τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων. Η μεταγραφή ξεκινά με το σχηματισμό ενός σταθερού συμπλόκου μεταξύ του ολοενζύμου και μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας, που ονομάζεται προαγωγέας, που βρίσκεται στην αρχή όλων των μεταγραφικών μονάδων. Ένας προαγωγέας είναι ένα τμήμα ενός μορίου DNA, που αποτελείται από περίπου 40 ζεύγη βάσεων, και βρίσκεται αμέσως πριν από τη θέση έναρξης της μεταγραφής. Διακρίνει δύο σημαντικές και μάλλον συντηρητικές ακολουθίες. Ένα από αυτά αποτελείται από έξι ή επτά νουκλεοτίδια (συνήθως TATAAT) και βρίσκεται σε απόσταση περίπου 10 νουκλεοτιδίων από το πρώτο μεταγραφόμενο νουκλεοτίδιο (+1). αυτό το σήμα αναφέρεται συνήθως ως η 10-ακολουθία ή Pribnov-Box, από τον ανακαλυφτή του. Σε αυτή τη θέση, η RNA πολυμεράση συνδέεται με το DNA. Η δεύτερη αλληλουχία βρίσκεται σε απόσταση ~ 35 νουκλεοτιδίων από τη θέση έναρξης και χρησιμεύει ως θέση για την αναγνώριση του προαγωγέα από την RNA πολυμεράση (Εικ. 3.1).
Όταν η RNA πολυμεράση δεσμεύεται σε έναν προαγωγέα, συμβαίνει τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA και σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα ανοιχτού προαγωγέα. Αντιγράφει την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων της λογικής, ή (+)-κλώνου του DNA, που έχει την κατεύθυνση 5→3'. Σε αυτή την περίπτωση, η σύνθεση mRNA ξεκινά πάντα με τα νουκλεοτίδια Α ή G. Ο δεύτερος, αντιπληροφοριακός κλώνος DNA χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση μιας αλυσίδας RNA (Εικ. 3.2).
Η μεταγραφή είναι παρόμοια με την αντιγραφή στο ότι η σειρά με την οποία προστίθενται τα ριβονουκλεοτίδια προσδιορίζεται με συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων (Εικόνα 3.2). Μετά το σχηματισμό των πρώτων λίγων φωσφοδιεστερικών δεσμών (συνήθως 5-10), η d-υπομονάδα διαχωρίζεται από το σύμπλεγμα έναρξης και πραγματοποιείται περαιτέρω μεταγραφή με τη βοήθεια του ενζύμου πυρήνα.
Επιμήκυνση μεταγραφής. Ο αναπτυσσόμενος κλώνος RNA παραμένει συνδεδεμένος με το ένζυμο και ζευγαρώνεται με το αναπτυσσόμενο άκρο του σε ένα τμήμα του κλώνου του εκμαγείου. Η υπόλοιπη αλυσίδα που προκύπτει δεν σχετίζεται ούτε με το ένζυμο ούτε με το DNA. Καθώς η μεταγραφή συνεχίζεται, το κορένζυμο που κινείται κατά μήκος της αλυσίδας του DNA λειτουργεί σαν φερμουάρ, ξετυλίγοντας τη διπλή έλικα που κλείνει πίσω από το ένζυμο και αποκαθίσταται η αρχική διπλή δομή του. Η περιοχή του DNA που «ανοίγει» από το ένζυμο εκτείνεται μόνο μερικά ζεύγη βάσεων (Εικ. 3.3).
Η ανάπτυξη RNA προχωρά προς την κατεύθυνση από το 5'- προς το 3'-άκρο κατά μήκος του κλώνου (-), προσανατολισμένο στην κατεύθυνση 3'→5', δηλ., αντιπαράλληλο. Η μεταγραφή συνεχίζεται συνεχώς μέχρι το ένζυμο να φτάσει στη θέση τερματισμού της μεταγραφής.
Τερματισμός μεταγραφής. Οι αλληλουχίες DNA που σηματοδοτούν τον τερματισμό της μεταγραφής ονομάζονται μεταγραφικοί τερματιστές. Περιέχουν ανεστραμμένες επαναλήψεις, λόγω των οποίων τα 3' άκρα των μεταγραφών RNA διπλώνονται για να σχηματίσουν καρφιάδιαφορετικά μήκη (Εικ. 3.4).
Βρίσκονται δύο τύποι σημάτων τερματισμού - τερματιστές που εξαρτώνται από r και ανεξάρτητοι από r. Το r είναι μια ολιγομερής πρωτεΐνη που συνδέεται στενά με το RNA και σε αυτή την κατάσταση υδρολύει το ATP σε ADP και ανόργανο φωσφορικό. Σε ένα από τα μοντέλα, η δράση της r-πρωτεΐνης εξηγείται από το γεγονός ότι συνδέεται με τη συντιθέμενη αλυσίδα RNA και κινείται κατά μήκος της στην κατεύθυνση 5'→3' προς τη θέση σύνθεσης RNA. η ενέργεια που απαιτείται για την κίνησή του απελευθερώνεται κατά την υδρόλυση του ΑΤΡ. Εάν η r-πρωτεΐνη συναντήσει μια φουρκέτα που σχηματίζεται στο RNA, σταματά την πολυμεράση, η οποία θα μπορούσε να συνεχίσει τη μεταγραφή. Ο μηχανισμός τερματισμού ανεξάρτητου από το r είναι λιγότερο κατανοητός και πολλά παραμένουν ασαφή.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα πρωτεύοντα μεταγραφήματα που δημιουργούνται με τον τρόπο που περιγράφεται παραπάνω δεν είναι ώριμα μόρια RNA, αλλά απαιτούν μια διαδικασία ωρίμανσης που ονομάζεται επεξεργασία RNA. Επεξεργασίαείναι πολύ διαφορετικό για προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά RNA.
Στα προκαρυωτικά, τα πρωτεύοντα μεταγραφήματα που δημιουργούνται από τη μεταγραφή γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες λειτουργούν ως mRNA χωρίς περαιτέρω τροποποίηση ή επεξεργασία. Επιπλέον, η μετάφραση του mRNA ξεκινά συχνά ακόμη και πριν από την ολοκλήρωση της σύνθεσης του 3'-άκρου της μεταγραφής. Μια εντελώς διαφορετική κατάσταση παρατηρείται για τα προκαρυωτικά μόρια rRNA και tRNA. Σε αυτή την περίπτωση, συστάδες γονιδίων rRNA ή tRNA συχνά μεταγράφονται για να σχηματίσουν έναν μόνο κλώνο RNA. Για το σχηματισμό ώριμων λειτουργικών μορφών, πρέπει να γίνει ειδική τομή των πρωτογενών μεταγραφών RNA και τροποποίηση. Αυτά τα μοριακά συμβάντα ονομάζονται επεξεργασία RNA ή μετα-μεταγραφική τροποποίηση. Η αρχική διάσπαση των πρωτογενών μεταγραφών σε θραύσματα που περιέχουν αλληλουχίες tRNA ή 16S-, 23S- ή 5S-rRNA πραγματοποιείται από την ενδονουκλεάση RNase III. Οι στόχοι της είναι σύντομα διπλά RNA που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του ενδομοριακού ζευγαρώματος βάσεων σε αλληλουχίες που πλευρίζουν καθένα από τα τμήματα RNA . Αυτές οι συμπληρωματικές αλληλουχίες σχηματίζουν φουρκέτες, στις οποίες η RNase εισάγει σπασίματα, μετά τα οποία οι επιπλέον αλληλουχίες των περιοχών διαχωρισμού αφαιρούνται από άλλες RNases. Τα μόρια tRNA συντίθενται αρχικά ως pro-tRNA, το οποίο είναι ~20% μεγαλύτερο από το ώριμο. Επιπλέον αλληλουχίες που βρίσκονται στα άκρα 5' και 3' αφαιρούνται από τις ριβονουκλεάσες Q και P. Επιπλέον, για το σχηματισμό ενός ώριμου λειτουργικού tRNA, φαίνεται ότι η ειδική τροποποίηση βάσης και η προσθήκη ενός, δύο ή και των τριών 3' -Πρέπει να υπάρχουν νουκλεοτίδια CCA -άκρο (κλάδος δέκτη).
Η ωρίμανση RNA στους ευκαρυώτες είναι πολύ πιο περίπλοκη. Πρώτον, οι ευκαρυώτες έχουν έναν πυρήνα, ο οποίος διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια πυρηνική μεμβράνη. Στον πυρήνα, πραγματοποιείται ο σχηματισμός πρωτογενών μεταγραφών, τα οποία είναι μεγαλύτερα από το κυτταροπλασματικό mRNA που εμπλέκεται στη μετάφραση. Ως εκ τούτου, ο σχηματισμός του ώριμου mRNA στους ευκαρυώτες πρέπει να προηγείται της απομάκρυνσης εσώνιααπό την αλληλουχία μεταγραφής hnRNA (αυτή η διαδικασία ονομάζεται μάτισμααπό τα Αγγλικά. συναρμολογώ - διαπλέκω, συναρμολογώ). Μετά την αφαίρεση των ακολουθιών που αντιστοιχούν στα εσώνια, τα τμήματα που μεταγράφονται από εξόνια. Το μάτισμα καταλύεται από σύμπλοκα πρωτεΐνης-RNA (snRNPs), τα οποία αλληλεπιδρούν με το hnRNA για να σχηματίσουν μαλακό. Πιστεύεται ότι το συστατικό RNA έχει καταλυτική δράση στο μάτισμα. Αυτά τα RNA ονομάζονται ριβοένζυμα. Η θέση ματίσματος προσδιορίζεται σε ματίσματα με υψηλή ακρίβεια, καθώς ένα σφάλμα ακόμη και 1 νουκλεοτιδίου μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση της δομής της πρωτεΐνης. Για ακριβή αναγνώριση στη σύνθεση των εσωνίων υπάρχουν συγκεκριμένες ακολουθίες - σήματα.
Εκτός από το μάτισμα, το mRNA στους ευκαρυώτες υφίσταται τροποποίηση: στο 5'-άκρο, συντίθεται ένα "κάλυμμα" (καπέλο) - μια δομή που είναι ένα υπόλειμμα τριφωσφορικής μεθυλιωμένης γουανοσίνης που προστατεύει το RNA από την υδρόλυση από 5'-εξωνουκλεάσες. Στο 3'-άκρο του pro-mRNA, συντίθεται μια πολυαδενυλική αλληλουχία μήκους 150-200 νουκλεοτιδίων, η οποία ονομάζεται "ουρά". Αυτές οι δομές εμπλέκονται στη ρύθμιση της έκφρασης του ευκαρυωτικού γονιδίου. Η επεξεργασία του rRNA και του tRNA στους ευκαρυώτες είναι παρόμοια με αυτή των προκαρυωτικών.
Σύμφωνα με την αρχή της αλληλουχίας, οι πληροφορίες μεταφέρονται από το DNA στο RNA στις πρωτεΐνες: DNA -> RNA -> πρωτεΐνη. Από αυτή την άποψη, ας στραφούμε στο περιεχόμενο της μεταγραφής (από το λατ. μεταγραφή-επανεγγραφή), μαζί με την αντιγραφή του DNA, που είναι ο σημαντικότερος γενετικός και μοριακός μηχανισμός. Η μεταγραφή είναι παρόμοια με την αναπαραγωγή από πολλές απόψεις, αλλά, φυσικά, έχει πολλά χαρακτηριστικά. Ένα από αυτά είναι ότι κατά την αποσαφήνιση του περιεχομένου της μεταγραφής, είναι επιτακτική ανάγκη να ληφθεί υπόψη η δομή των γονιδίων. Γεγονός είναι ότι όλες οι δομικές μονάδες των γονιδίων αναπαράγονται σε αντιγραφή, κάτι που δεν συμβαίνει με τη μεταγραφή.
Παραδοσιακά, ένα γονίδιο ορίζεται ως μια μονάδα κληρονομικών πληροφοριών που καθορίζει την απόδοση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας από έναν οργανισμό. Ένα γονίδιο αποτελείται από ένα ρυθμιστικό και κωδικοποιητικό μέρος. Μόνο το κωδικοποιητικό τμήμα, το οποίο αποτελείται από εξόνια και εσώνια, μεταγράφεται. Αυτή η μεταγραφή είναι χαρακτηριστική του ανώριμου RNA. Βρίσκει τη συνέχισή του στο τελικό στάδιο της μεταγραφής, στο οποίο όλα τα ιντρόνια αποκλείονται από το ανώριμο RNA και τα υπόλοιπα εξόνια συνδυάζονται. Στη θέση του προαγωγέα, η RNA πολυμεράση συνδέεται με το ρυθμιστικό τμήμα του γονιδίου, το οποίο, ως αποτέλεσμα, ξεκινά την έναρξη της μεταγραφής σε έναν από τους δύο κλώνους DNA. Στο σχ. Το σχήμα 6.8 δείχνει ένα διάγραμμα της δομής ενός ευκαρυωτικού γονιδίου, καθώς και του ώριμου και ανώριμου RNA.
Ορισμένοι από τους όρους που χρησιμοποιήθηκαν παραπάνω χρειάζονται προφανώς χαρακτηρισμό.
Ρύζι. 6.8.
Υποστηρικτής (από φρ. υποστηρικτήςιδρυτής, εκκινητής) είναι μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA που σας επιτρέπει να ρυθμίζετε την έκφραση γονιδίων. Βρίσκεται κοντά στο γονίδιο 5" και, επομένως, αμέσως πριν από εκείνο το τμήμα του γονιδίου που κωδικοποιεί το RNA. Ένα βασικό χαρακτηριστικό του προαγωγέα είναι η ειδική αλληλεπίδρασή του με πρωτεΐνες που εξαρτώνται από το DNA, οι οποίες καθορίζουν την έναρξη της μεταγραφής μέσω της RNA πολυμεράσης. Οι πρωτεΐνες ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής.
Μαζί με τον προαγωγέα, το ρυθμιστικό μέρος του γονιδίου περιλαμβάνει αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που έχουν επίσης σημαντική επίδραση στη γονιδιακή έκφραση. Ενισχυτικά (Αγγλικά, ενισχυτικό-ενισχυτής, μεγεθυντικός φακός) το ενισχύουν και σιγαστήρες (από τα αγγλικά, σιγαστήρες- σιγαστήρα) καταστέλλουν, αλλά όχι από μόνα τους, αλλά μόνο εάν εκτεθούν σε μεταγραφικούς παράγοντες. Η χωρική θέση των ενισχυτών και των σιγαστών δεν είναι σαφώς καθορισμένη· μπορεί να βρίσκονται σε μικρότερη ή μεγαλύτερη απόσταση από τον προαγωγέα.
exon (αγγλικά) εκφρασμένη περιοχή- περιοχή έκφρασης) - τμήμα ενός γονιδίου που κωδικοποιεί ώριμο RNA και πρωτεΐνες. Τα εξόνια είναι οι πρωταρχικές γενετικές μονάδες από τις οποίες εξαρτάται αποφασιστικά η εμφάνιση ολόκληρου του βιολογικού κόσμου. Είναι ο ανασυνδυασμός τους που οδηγεί στο σχηματισμό νέων γονιδίων και πρωτεϊνών. Μόνο το 1,5% της σύνθεσης του γονιδίου του DNA καθορίζει τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Ένα άλλο μέρος αυτής της σύνθεσης είτε δεν μεταγράφεται καθόλου, είτε καθορίζει τη δομή τέτοιων ποικιλιών RNA, για παράδειγμα, RNA μεταφοράς, τα οποία δεν έχουν τη λειτουργία της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Intron (από τα αγγλικά, περιφέρειες που παρεμβαίνουν- ενδιάμεσες περιοχές) - ένα τμήμα ενός γονιδίου που δεν περιέχει πληροφορίες για ώριμο RNA και πρωτεΐνες. Οι βιολογικές λειτουργίες των ιντρονίων μελετώνται πολύ χειρότερα από τις λειτουργίες των εξονίων. Το ζήτημα της προέλευσής τους προκαλεί επίσης μεγάλη διαμάχη: αν προέκυψαν μαζί με προκαρυώτες, ή μαζί με ευκαρυώτες, ή και αργότερα. Ένα ανθρώπινο γονίδιο περιέχει κατά μέσο όρο 8,8 εξόνια και 7,8 ίνγκρον, αλλά τα ινγκρόνια είναι κατά μέσο όρο περίπου 25 φορές μεγαλύτερα από τα εξόνια.
Μετά από όσα ειπώθηκαν, δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς σε γενικές γραμμές ολόκληρη τη διαδικασία της μεταγραφής (Εικ. 6.9).
Ρύζι. 6.9.
Στάδιο έναρξης. Υπό την επίδραση ενζύμων, ιδιαίτερα ενισχυτών, έχοντας ενώσει τον προαγωγέα, η RNA πολυμεράση διασπά τις αζωτούχες βάσεις (που υποδεικνύονται στο Σχ. 6.9 με μικρές κάθετες γραμμές) και επιλέγει τον κλάδο του DNA που γίνεται το πρότυπο μεταγραφής (στο Σχ. 6.9. αυτό είναι το συμπέρασμα). Δημιουργεί επίσης ένα μάτι μεταγραφής (στην Εικόνα 6.9 είναι ένα τριγωνικό καπάκι). Ταυτόχρονα, 10-20 ζεύγη μη-κλεοτιδίων εκτίθενται για το στάδιο της επιμήκυνσης. Είναι ενδιαφέρον ότι στην περίπτωση της μεταγραφής, δεν υπάρχει ανάγκη να σχηματιστεί ένας εκκινητής χαρακτηριστικός της διαδικασίας αντιγραφής του DNA. Η μεταγραφή γίνεται χωρίς εκκινητή.
στάδιο επιμήκυνσης. Υπό τη δράση της RNA πολυμεράσης, σχηματίζεται RNA στην περιοχή του μεταγραφικού οφθαλμού. Σε αντίθεση με την DNA πολυμεράση, η RNA πολυμεράση δεν είναι σε θέση να διορθώσει την ορθότητα της σύνθεσης της αλυσίδας RNA και να διορθώσει τα λάθη που έγιναν. Εάν προκύψουν δυσκολίες κατά τη διάρκεια της σύνθεσης, η κίνηση της RNA πολυμεράσης αναστέλλεται. Ως αποτέλεσμα, η πιθανότητα λανθασμένης συναρμολόγησης του RNA μειώνεται. Η μεταγραφή δεν σταματά, το μάτι απομακρύνεται από τον υποκινητή. Σε εκείνες τις περιοχές που έχουν περάσει το ματάκι, η διπλή δομή του DNA αποκαθίσταται. Η αλυσίδα του συντιθέμενου RNA σταδιακά επιμηκύνεται. Αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση 5"-3".
Στάδιο τερματισμού. Εμφανίζεται λόγω της επίδρασης βοηθητικών παραγόντων στην RNA πολυμεράση. Όταν οι εξωνουκλεάσες φτάσουν στην περιοχή της μεταγραφής, η μεταγραφή σταματά και η RNA πολυμεράση και το RNA διαχωρίζονται μεταξύ τους. Το DNA αποκαθιστά πλήρως τη διπλή δομή του.
Μέχρι τώρα, εξετάζαμε τη μεταγραφή PI IK με τους πιο γενικούς όρους, αφαιρώντας από πολλές σημαντικές περιστάσεις, ειδικότερα, η παρουσία διαφορετικών τύπων πολυμερασών RNA και RNA δεν έχει ληφθεί υπόψη. Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι RNA:
Πληροφορίες για όλους τους τύπους RNA περιέχονται στο DNA. Ωστόσο, δεν μεταγράφονται όλα απευθείας στο πρότυπο DNA.
Ορισμένα RNA είναι τροποποιήσεις RNA που είχαν μεταγραφεί προηγουμένως. Για εμάς, η γνωριμία με τα θεμέλια της μοριακής γενετικής, έχει μεγαλύτερο ενδιαφέρον τα RNA που εμπλέκονται άμεσα στη σύνθεση των πρωτεϊνών. Υπάρχουν μόνο 5 τύποι από αυτούς (Πίνακας 6.4).
Πίνακας 6.4
RNA που εμπλέκεται στη σύνθεση πρωτεϊνών
* Messenger RNA - το ίδιο με το αγγελιοφόρο RNA. ** SPR - συντομ. Αγγλικά σωματίδιο αναγνώρισης σήματος- σωματίδια που αναγνωρίζουν σήματα.
Η μεταγραφή όλων των RNA λαμβάνει χώρα μέσω της δράσης ορισμένων RNA πολυμερασών ή των συνδυασμών τους. Στον πίνακα. Το 6.5 δείχνει τους τρεις κύριους τύπους πολυμερασών RNA.
Πίνακας 6.5
Τύποι πολυμερασών RNA
Τα μικρά (μικρά) RGC διαφέρουν από τα μακρά RNA. Τα MicroRNA είναι ένας τύπος μικρών RNA που αποτελούν το 98% του συνόλου του ριβονουκλεοτιδικού υλικού.
Ολοκληρώνοντας την ενότητα, σημειώνουμε ότι, μαζί με την άμεση μεταγραφή, είναι δυνατή και η αντίστροφη μεταγραφή. Την ικανότητα μεταγραφής του RNA σε DNA έχουν οι ρετροϊοί, ιδιαίτερα ο HIV, ο οποίος είναι υπεύθυνος για το AIDS. Ο ρετροϊός εισέρχεται στο κύτταρο. Ένα ειδικό ένζυμο ανάστροφη μεταγραφάση εκτελεί τη μεταγραφή του RNA -» DNA. Στη συνέχεια, στον προκύπτοντα κλώνο DNA, όπως σε μια μήτρα, ολοκληρώνεται ο δεύτερος κλώνος DNA. Μετά από αυτό, πραγματοποιείται ο κύκλος DNA -> RNA -» πρωτεΐνες. Μερικοί ευκαρυώτες περιέχουν το ένζυμο τελομεράση, το οποίο επίσης εκκινεί την αντίστροφη μεταγραφή. Το φαινόμενο της αντίστροφης μεταγραφής πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη διατύπωση της αρχής της αλληλουχίας. Δεν θα πρέπει να ερμηνεύεται ως αρνητική αντίστροφη μεταγραφή.
- Ένα γονίδιο αποτελείται από ένα ρυθμιστικό και κωδικοποιητικό μέρος.
- Το κωδικοποιητικό μέρος ενός γονιδίου περιλαμβάνει εξόνια και εσώνια.
- Τα ιντρόνια δεν μεταγράφονται σε ώριμο RNA.
- Η μεταγραφή περιλαμβάνει τα βήματα της έναρξης, της επιμήκυνσης και του τερματισμού.
- Υπάρχουν διάφοροι τύποι και τύποι πολυμερασών μεταγραφής τόσο PIIK όσο και PIK.
- Η σύνθεση οποιουδήποτε RNA πραγματοποιείται είτε από μία είτε από περισσότερες πολυμεράσες και όχι χωρίς τη συμμετοχή πρωτεϊνικών ενζύμων.
- SakharkarM. K., Chow V. T., Kangueane R. Distributions of Exons and Introns in the HumanGenome // In Silicio Biology. 2004 Vol. 4. Όχι. 4. Σ. 387-393.
Η ζωή σε μορφή άνθρακα υπάρχει λόγω της παρουσίας μορίων πρωτεΐνης. Και η βιοσύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι η μόνη δυνατότητα για γονιδιακή έκφραση. Για να εφαρμοστεί όμως αυτή η διαδικασία, είναι απαραίτητο να ξεκινήσει μια σειρά από διαδικασίες που σχετίζονται με το «ξεσυσκευασία» της γενετικής πληροφορίας, την αναζήτηση του επιθυμητού γονιδίου, την ανάγνωση και την αναπαραγωγή του. Ο όρος «μεταγραφή» στη βιολογία αναφέρεται απλώς στη διαδικασία μεταφοράς πληροφοριών από ένα γονίδιο στο αγγελιοφόρο RNA. Αυτή είναι η αρχή της βιοσύνθεσης, δηλαδή της άμεσης εφαρμογής της γενετικής πληροφορίας.
Αποθήκευση γενετικών πληροφοριών
Στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών, η γενετική πληροφορία εντοπίζεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια, τους χλωροπλάστες και τα πλασμίδια. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες περιέχουν μικρή ποσότητα ζωικού και φυτικού DNA, ενώ τα βακτηριακά πλασμίδια είναι ο χώρος αποθήκευσης γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την ταχεία προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες.
Στα ιικά σώματα, οι κληρονομικές πληροφορίες αποθηκεύονται επίσης με τη μορφή πολυμερών RNA ή DNA. Όμως η διαδικασία της υλοποίησής του συνδέεται και με την ανάγκη για μεταγραφή. Στη βιολογία, αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικής σημασίας, καθώς αυτή είναι η διαδικασία που οδηγεί στην πραγματοποίηση κληρονομικών πληροφοριών, πυροδοτώντας τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Στα ζωικά κύτταρα, οι κληρονομικές πληροφορίες αντιπροσωπεύονται από ένα πολυμερές DNA, το οποίο είναι συμπαγές συσκευασμένο μέσα στον πυρήνα. Επομένως, πριν από την πρωτεϊνοσύνθεση ή την ανάγνωση οποιουδήποτε γονιδίου, πρέπει να περάσουν μερικά στάδια: ξετύλιγμα της συμπυκνωμένης χρωματίνης και «απελευθέρωση» του επιθυμητού γονιδίου, αναγνώρισή του από μόρια ενζύμου, μεταγραφή.
Στη βιολογία και τη βιολογική χημεία, αυτά τα στάδια έχουν ήδη μελετηθεί. Οδηγούν στη σύνθεση μιας πρωτεΐνης της οποίας η πρωταρχική δομή κωδικοποιήθηκε στο γονίδιο ανάγνωσης.
Σχήμα μεταγραφής σε ευκαρυωτικά κύτταρα
Αν και η μεταγραφή στη βιολογία δεν έχει μελετηθεί αρκετά, η αλληλουχία της παρουσιάζεται παραδοσιακά με τη μορφή διαγράμματος. Αποτελείται από την έναρξη, την επιμήκυνση και τον τερματισμό. Αυτό σημαίνει ότι η όλη διαδικασία χωρίζεται σε τρεις συνιστώσες των φαινομένων της.
Η έναρξη είναι ένα σύνολο βιολογικών και βιοχημικών διεργασιών που οδηγούν στην έναρξη της μεταγραφής. Η ουσία της επιμήκυνσης είναι να συνεχιστεί η δημιουργία της μοριακής αλυσίδας. Ο τερματισμός είναι ένα σύνολο διαδικασιών που οδηγούν στον τερματισμό της σύνθεσης RNA. Παρεμπιπτόντως, στο πλαίσιο της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, η διαδικασία της μεταγραφής στη βιολογία συνήθως ταυτίζεται με τη σύνθεση του αγγελιαφόρου RNA. Με βάση αυτό, αργότερα θα συντεθεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Την έναρξη
Η έναρξη είναι ο λιγότερο κατανοητός μηχανισμός μεταγραφής στη βιολογία. Τι είναι αυτό από τη σκοπιά της βιοχημείας είναι άγνωστο. Δηλαδή, τα συγκεκριμένα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για την έναρξη της μεταγραφής δεν αναγνωρίζονται καθόλου. Άγνωστα είναι επίσης τα ενδοκυτταρικά σήματα και οι μέθοδοι μετάδοσής τους, που υποδηλώνουν την ανάγκη για σύνθεση νέας πρωτεΐνης. Για την κυτταρολογία και τη βιοχημεία, αυτό είναι ένα θεμελιώδες έργο.
Επιμήκυνση
Δεν είναι ακόμη δυνατό να διαχωριστεί χρονικά η διαδικασία έναρξης και επιμήκυνσης λόγω της αδυναμίας διεξαγωγής εργαστηριακών μελετών που έχουν σχεδιαστεί για να επιβεβαιώσουν την παρουσία συγκεκριμένων ενζύμων και παραγόντων ενεργοποίησης. Επομένως, αυτό το όριο είναι πολύ υπό όρους. Η ουσία της διαδικασίας επιμήκυνσης ανάγεται στην επιμήκυνση μιας αναπτυσσόμενης αλυσίδας που συντίθεται με βάση μια περιοχή προτύπου DNA.
Πιστεύεται ότι η επιμήκυνση αρχίζει μετά την πρώτη μετατόπιση της RNA πολυμεράσης και την έναρξη της προσκόλλησης του πρώτου καδονίου στην αρχική θέση του RNA. Κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης, τα καδόνια διαβάζονται προς την κατεύθυνση του κλώνου 3'-5' στην αποσπειρωμένη και χωρισμένη σε δύο κλώνους περιοχή DNA. Ταυτόχρονα, η αναπτυσσόμενη αλυσίδα RNA προστίθεται με νέα νουκλεοτίδια συμπληρωματικά στην περιοχή του εκμαγείου DNA. Σε αυτή την περίπτωση, το DNA είναι «κεντημένο» σε πλάτος 12 νουκλεοτιδίων, δηλαδή σε 4 κανόνες.
Το ένζυμο πολυμεράσης RNA κινείται κατά μήκος της αναπτυσσόμενης αλυσίδας και «πίσω» από αυτήν, η αντίστροφη «σταυροσύνδεση» του DNA σε μια δίκλωνη δομή συμβαίνει με την αποκατάσταση των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων. Αυτό απαντά εν μέρει στο ερώτημα ποια διαδικασία ονομάζεται μεταγραφή στη βιολογία. Είναι η επιμήκυνση που είναι η κύρια φάση της μεταγραφής, γιατί στην πορεία της συναρμολογείται ο λεγόμενος μεσολαβητής μεταξύ του γονιδίου και της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Λήξη
Η διαδικασία τερματισμού της μεταγραφής των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι ελάχιστα κατανοητή. Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες έχουν περιορίσει την ουσία του στον τερματισμό της ανάγνωσης του DNA στο 5 "άκρο και στην προσθήκη μιας ομάδας βάσεων αδενίνης στο 3" άκρο του RNA. Η τελευταία διαδικασία καθιστά δυνατή τη σταθεροποίηση της χημικής δομής του προκύπτοντος RNA. Υπάρχουν δύο τύποι τερματισμού στα βακτηριακά κύτταρα. Αυτή είναι μια Rho-εξαρτώμενη και Rho-ανεξάρτητη διαδικασία.
Η πρώτη προχωρά παρουσία της πρωτεΐνης Rho και ανάγεται σε μια απλή διάσπαση δεσμών υδρογόνου μεταξύ της περιοχής του εκμαγείου DNA και του συντιθέμενου RNA. Το δεύτερο, ανεξάρτητο από το Rho, εμφανίζεται μετά την εμφάνιση του στελέχους-βρόγχου εάν υπάρχει ένα σύνολο βάσεων ουρακίλης πίσω του. Αυτός ο συνδυασμός οδηγεί στην αποκόλληση του RNA από το εκμαγείο DNA. Είναι προφανές ότι ο τερματισμός της μεταγραφής είναι μια ενζυματική διαδικασία, αλλά οι συγκεκριμένοι βιοκαταλύτες της δεν έχουν βρεθεί ακόμη.
Μεταγραφή ιών
Τα ιικά σώματα δεν έχουν το δικό τους σύστημα βιοσύνθεσης πρωτεϊνών και επομένως δεν μπορούν να πολλαπλασιαστούν χωρίς να εκμεταλλευτούν τα κύτταρα. Αλλά οι ιοί έχουν το δικό τους γενετικό υλικό που πρέπει να πραγματοποιηθεί, καθώς και να ενσωματωθεί στα γονίδια των μολυσμένων κυττάρων. Για να γίνει αυτό, έχουν έναν αριθμό ενζύμων (ή εκμεταλλεύονται τα κυτταρικά ενζυμικά συστήματα) που μεταγράφουν το νουκλεϊκό τους οξύ. Δηλαδή, αυτό το ένζυμο, με βάση τις γενετικές πληροφορίες του ιού, συνθέτει ένα ανάλογο του αγγελιοφόρου RNA. Αλλά δεν είναι καθόλου RNA, αλλά ένα πολυμερές DNA συμπληρωματικό των γονιδίων, για παράδειγμα, στους ανθρώπους.
Αυτό παραβιάζει εντελώς τις παραδοσιακές αρχές της μεταγραφής στη βιολογία, οι οποίες πρέπει να ληφθούν υπόψη στο παράδειγμα του ιού HIV. Το ένζυμο του reversetase από ιικό RNA είναι ικανό να συνθέτει DNA συμπληρωματικό προς το ανθρώπινο νουκλεϊκό οξύ. Η διαδικασία σύνθεσης συμπληρωματικού DNA από RNA ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφή. Αυτός είναι στη βιολογία ο ορισμός της διαδικασίας που είναι υπεύθυνη για την ενσωμάτωση των κληρονομικών πληροφοριών του ιού στο ανθρώπινο γονιδίωμα.
Αρχικά, καθορίστε την αλληλουχία των βημάτων στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, ξεκινώντας από τη μεταγραφή. Ολόκληρη η σειρά των διεργασιών που συμβαίνουν κατά τη σύνθεση των μορίων πρωτεΐνης μπορεί να συνδυαστεί σε 2 στάδια:
Μεταγραφή.
Αναμετάδοση.
Οι δομικές μονάδες κληρονομικών πληροφοριών είναι γονίδια - τμήματα του μορίου του DNA που κωδικοποιούν τη σύνθεση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης. Όσον αφορά τη χημική οργάνωση, το υλικό της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας των προ- και των ευκαρυωτών δεν είναι θεμελιωδώς διαφορετικό. Το γενετικό υλικό σε αυτά παρουσιάζεται στο μόριο του DNA, κοινή είναι επίσης η αρχή της καταγραφής κληρονομικών πληροφοριών και ο γενετικός κώδικας. Τα ίδια αμινοξέα σε προ- και ευκαρυώτες κρυπτογραφούνται από τα ίδια κωδικόνια.
Το γονιδίωμα των σύγχρονων προκαρυωτικών κυττάρων χαρακτηρίζεται από ένα σχετικά μικρό μέγεθος, το DNA της Escherichia coli έχει τη μορφή δακτυλίου, μήκους περίπου 1 mm. Περιέχει 4 x 10 6 ζεύγη βάσεων, που σχηματίζουν περίπου 4000 γονίδια. Το 1961, οι F. Jacob και J. Monod ανακάλυψαν την κιστρονική, ή συνεχή οργάνωση των προκαρυωτικών γονιδίων, τα οποία αποτελούνται εξ ολοκλήρου από κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων και πραγματοποιούνται εξ ολοκλήρου κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το κληρονομικό υλικό του μορίου DNA των προκαρυωτών βρίσκεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, όπου βρίσκονται επίσης το tRNA και τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για την έκφραση των γονιδίων Έκφραση είναι η λειτουργική δραστηριότητα των γονιδίων ή έκφραση γονιδίων. Επομένως, το mRNA που συντίθεται με DNA είναι σε θέση να λειτουργήσει αμέσως ως πρότυπο στη διαδικασία μετάφρασης της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Το ευκαρυωτικό γονιδίωμα περιέχει πολύ περισσότερο κληρονομικό υλικό. Στους ανθρώπους, το συνολικό μήκος του DNA στο διπλοειδές σύνολο των χρωμοσωμάτων είναι περίπου 174 εκ. Περιέχει 3 x 10 9 ζεύγη βάσεων και περιλαμβάνει έως και 100.000 γονίδια. Το 1977, ανακαλύφθηκε μια ασυνέχεια στη δομή των περισσότερων ευκαρυωτικών γονιδίων, η οποία ονομάστηκε γονίδιο «μωσαϊκού». Έχει κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων εξωνικήΚαι εσώνιοοικόπεδα. Μόνο πληροφορίες εξονίων χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Ο αριθμός των εσωνίων ποικίλλει σε διαφορετικά γονίδια. Έχει διαπιστωθεί ότι το γονίδιο της ωολευκωματίνης του κοτόπουλου περιλαμβάνει 7 ιντρόνια και το γονίδιο του προκολλαγόνου των θηλαστικών - 50. Οι λειτουργίες του σιωπηλού DNA - ιντρόνια δεν έχουν πλήρως διευκρινιστεί. Υποτίθεται ότι παρέχουν: 1) τη δομική οργάνωση της χρωματίνης. 2) μερικά από αυτά εμπλέκονται προφανώς στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. 3) τα εσώνια μπορούν να θεωρηθούν ως αποθήκη πληροφοριών για μεταβλητότητα. 4) μπορούν να παίξουν προστατευτικό ρόλο, αναλαμβάνοντας τη δράση μεταλλαξιγόνων.
Μεταγραφή
Η διαδικασία επανεγγραφής πληροφοριών στον πυρήνα του κυττάρου από ένα τμήμα ενός μορίου DNA σε ένα μόριο mRNA (mRNA) ονομάζεται μεταγραφή(λατ. Transcriptio - ξαναγράφω). Το πρωτεύον προϊόν του γονιδίου, το mRNA, συντίθεται. Αυτό είναι το πρώτο βήμα στη σύνθεση πρωτεϊνών. Στο αντίστοιχο τμήμα του DNA, το ένζυμο πολυμεράσης RNA αναγνωρίζει το σημάδι της έναρξης της μεταγραφής - προεπισκόπησηΩς σημείο εκκίνησης θεωρείται το πρώτο νουκλεοτίδιο DNA, το οποίο περιλαμβάνεται από το ένζυμο στο μεταγράφημα RNA. Κατά κανόνα, οι περιοχές κωδικοποίησης ξεκινούν με το κωδικόνιο AUG, μερικές φορές το GUG χρησιμοποιείται σε βακτήρια. Όταν η πολυμεράση RNA συνδέεται με τον προαγωγέα, η διπλή έλικα του DNA δεν περιστρέφεται τοπικά και ένας από τους κλώνους αντιγράφεται σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Το mRNA συντίθεται, η ταχύτητα συναρμολόγησης του φτάνει τα 50 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο. Καθώς η RNA πολυμεράση κινείται, η αλυσίδα mRNA μεγαλώνει και όταν το ένζυμο φτάσει στο τέλος της θέσης αντιγραφής - τελειωτής, το mRNA απομακρύνεται από το πρότυπο. Η διπλή έλικα του DNA πίσω από το ένζυμο επιδιορθώνεται.
Η μεταγραφή των προκαρυωτών λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Λόγω του γεγονότος ότι το DNA αποτελείται εξ ολοκλήρου από κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, επομένως, το mRNA που συντίθεται δρα αμέσως ως πρότυπο για μετάφραση (βλ. παραπάνω).
Η μεταγραφή του mRNA στους ευκαρυώτες λαμβάνει χώρα στον πυρήνα. Ξεκινά με τη σύνθεση μεγάλων μορίων - προδρόμων (pro-mRNA), που ονομάζονται ανώριμο, ή πυρηνικό RNA.Το πρωταρχικό προϊόν του γονιδίου pro-mRNA είναι ακριβές αντίγραφο της μεταγραφόμενης περιοχής DNA, περιλαμβάνει εξόνια και ιντρόνια. Η διαδικασία σχηματισμού ώριμων μορίων RNA από πρόδρομες ουσίες ονομάζεται επεξεργασία. Η ωρίμανση του mRNA συμβαίνει με μάτισμαείναι μοσχεύματα από ένζυμα περιοριστικάιντρόνια και σύνδεση θέσεων με μεταγραμμένες αλληλουχίες εξονίων από ένζυμα λιγάσης. (Εικ.) Το ώριμο mRNA είναι πολύ μικρότερο από τα πρόδρομα μόρια pro-mRNA, το μέγεθος των ιντρονίων σε αυτά ποικίλλει από 100 έως 1000 νουκλεοτίδια ή περισσότερα. Τα ιντρόνια αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% όλων των ανώριμων mRNA.
Έχει πλέον αποδειχθεί ότι είναι δυνατό εναλλακτικό μάτισμα,στην οποία αλληλουχίες νουκλεοτιδίων μπορούν να διαγραφούν από ένα πρωτεύον αντίγραφο στις διαφορετικές περιοχές του και θα σχηματιστούν αρκετά ώριμα mRNA. Αυτός ο τύπος ματίσματος είναι χαρακτηριστικός του συστήματος γονιδίων ανοσοσφαιρίνης στα θηλαστικά, το οποίο καθιστά δυνατό τον σχηματισμό διαφορετικών τύπων αντισωμάτων με βάση ένα μόνο μεταγράφημα mRNA.
Με την ολοκλήρωση της επεξεργασίας, το ώριμο mRNA επιλέγεται πριν φύγει από τον πυρήνα. Έχει διαπιστωθεί ότι μόνο το 5% του ώριμου mRNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα και το υπόλοιπο διασπάται στον πυρήνα.
Αναμετάδοση
Μετάφραση (lat. Translatio - μεταφορά, μεταφορά) - η μετάφραση των πληροφοριών που περιέχονται στη νουκλεοτιδική αλληλουχία του μορίου mRNA στην αλληλουχία αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (Εικ. 10). Αυτό είναι το δεύτερο στάδιο της πρωτεϊνοσύνθεσης. Η μεταφορά του ώριμου mRNA μέσω των πόρων του πυρηνικού φακέλου παράγει ειδικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν σύμπλοκο με το μόριο RNA. Εκτός από τη μεταφορά mRNA, αυτές οι πρωτεΐνες προστατεύουν το mRNA από τις καταστροφικές επιδράσεις των κυτταροπλασματικών ενζύμων. Στη διαδικασία της μετάφρασης, τα tRNA διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο· εξασφαλίζουν την ακριβή αντιστοιχία του αμινοξέος με τον κώδικα της τριπλέτας mRNA. Η διαδικασία μετάφρασης-αποκωδικοποίησης συμβαίνει στα ριβοσώματα και πραγματοποιείται προς την κατεύθυνση από το 5 προς το 3. Το σύμπλεγμα mRNA και ριβοσωμάτων ονομάζεται πολυσωμάτιο.
Η μετάφραση μπορεί να χωριστεί σε τρεις φάσεις: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός.
Την έναρξη.
Σε αυτό το στάδιο, ολόκληρο το σύμπλεγμα που εμπλέκεται στη σύνθεση του μορίου της πρωτεΐνης συναρμολογείται. Υπάρχει μια ένωση δύο υπομονάδων ριβοσώματος σε μια συγκεκριμένη θέση mRNA, το πρώτο αμινοακύλιο - tRNA είναι προσαρτημένο σε αυτό και αυτό θέτει το πλαίσιο για την ανάγνωση πληροφοριών. Οποιοδήποτε μόριο mRNA περιέχει μια θέση που είναι συμπληρωματική του rRNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος και ελέγχεται ειδικά από αυτό. Δίπλα του βρίσκεται το κωδικόνιο έναρξης AUG, το οποίο κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη.
Επιμήκυνση
- περιλαμβάνει όλες τις αντιδράσεις από τη στιγμή του σχηματισμού του πρώτου πεπτιδικού δεσμού έως τη σύνδεση του τελευταίου αμινοξέος. Το ριβόσωμα έχει δύο θέσεις για τη σύνδεση δύο μορίων tRNA. Το πρώτο t-RNA με το αμινοξύ μεθειονίνη βρίσκεται σε ένα τμήμα, το πεπτιδύλιο (P), και από αυτό ξεκινά η σύνθεση οποιουδήποτε μορίου πρωτεΐνης. Το δεύτερο μόριο t-RNA εισέρχεται στη δεύτερη θέση του ριβοσώματος - αμινοακύλιο (Α) και προσκολλάται στο κωδικόνιό του. Ένας πεπτιδικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ της μεθειονίνης και του δεύτερου αμινοξέος. Το δεύτερο tRNA μετακινείται μαζί με το κωδικόνιό του mRNA στο πεπτιδυλικό κέντρο. Η κίνηση του tRNA με την πολυπεπτιδική αλυσίδα από το κέντρο αμινοακυλίου προς το κέντρο πεπτιδυλίου συνοδεύεται από την προώθηση του ριβοσώματος κατά μήκος του mRNA από ένα βήμα που αντιστοιχεί σε ένα κωδικόνιο. Το tRNA που παρέδωσε τη μεθειονίνη επιστρέφει στο κυτταρόπλασμα και το κέντρο αμνοακυλίου απελευθερώνεται. Λαμβάνει ένα νέο t-RNA με ένα αμινοξύ κρυπτογραφημένο από το επόμενο κωδικόνιο. Μεταξύ του τρίτου και του δεύτερου αμινοξέος σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός και το τρίτο tRNA μαζί με το κωδικόνιο mRNA μετακινείται στο πεπτιδυλικό κέντρο Η διαδικασία επιμήκυνσης, επιμήκυνση της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Συνεχίζεται έως ότου ένα από τα τρία κωδικόνια που δεν κωδικοποιούν τα αμινοξέα εισέλθει στο ριβόσωμα. Αυτό είναι ένα κωδικόνιο τερματισμού και δεν υπάρχει αντίστοιχο tRNA για αυτό, επομένως κανένα από τα tRNA δεν μπορεί να πάρει θέση στο κέντρο αμινοακυλίου.
Λήξη
- ολοκλήρωση σύνθεσης πολυπεπτιδίων. Συνδέεται με την αναγνώριση από μια συγκεκριμένη ριβοσωμική πρωτεΐνη ενός από τα κωδικόνια τερματισμού (UAA, UAG, UGA) όταν εισέρχεται στο αμινοακυλικό κέντρο. Ένας ειδικός παράγοντας τερματισμού συνδέεται με το ριβόσωμα, ο οποίος προάγει τον διαχωρισμό των υπομονάδων του ριβοσώματος και την απελευθέρωση του μορίου της συντιθέμενης πρωτεΐνης. Το νερό συνδέεται με το τελευταίο αμινοξύ του πεπτιδίου και το καρβοξυλικό του άκρο διαχωρίζεται από το tRNA.
Η συναρμολόγηση της πεπτιδικής αλυσίδας πραγματοποιείται με υψηλή ταχύτητα. Σε βακτήρια σε θερμοκρασία 37°C, εκφράζεται με την προσθήκη 12 έως 17 αμινοξέων ανά δευτερόλεπτο στο πολυπεπτίδιο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, δύο αμινοξέα προστίθενται σε ένα πολυπεπτίδιο σε ένα δευτερόλεπτο.
Στη συνέχεια, η συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα εισέρχεται στο σύμπλεγμα Golgi, όπου ολοκληρώνεται η κατασκευή του μορίου της πρωτεΐνης (η δεύτερη, τρίτη, τέταρτη δομή εμφανίζονται διαδοχικά). Εδώ υπάρχει μια σύμπλεξη μορίων πρωτεΐνης με λίπη και υδατάνθρακες.
Η όλη διαδικασία της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών παρουσιάζεται με τη μορφή ενός σχήματος: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® πολυπεπτιδική αλυσίδα ® πρωτεΐνη ® σύμπλεγμα πρωτεΐνης και μετασχηματισμός τους σε λειτουργικά ενεργά μόρια.
Τα στάδια της εφαρμογής της κληρονομικής πληροφορίας προχωρούν επίσης με παρόμοιο τρόπο: πρώτα, μεταγράφεται στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του mRNA και στη συνέχεια μεταφράζεται στην αλληλουχία αμινοξέων του πολυπεπτιδίου στα ριβοσώματα με τη συμμετοχή του tRNA.
Η μεταγραφή των ευκαρυωτών πραγματοποιείται υπό τη δράση τριών πυρηνικών πολυμερασών RNA. Η RNA πολυμεράση 1 βρίσκεται στον πυρήνα και είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή των γονιδίων rRNA. Η RNA πολυμεράση 2 βρίσκεται στον πυρηνικό χυμό και είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση του προδρόμου mRNA. Η RNA πολυμεράση 3 είναι ένα μικρό κλάσμα στον πυρηνικό χυμό που συνθέτει μικρά rRNA και tRNA. Οι RNA πολυμεράσες αναγνωρίζουν ειδικά τη νουκλεοτιδική αλληλουχία του προαγωγέα μεταγραφής. Το ευκαρυωτικό mRNA συντίθεται αρχικά ως πρόδρομος (pro-mRNA), πληροφορίες από εξόνια και ιντρόνια διαγράφονται σε αυτό. Το mRNA που συντίθεται είναι μεγαλύτερο από το απαραίτητο για μετάφραση και είναι λιγότερο σταθερό.
Κατά τη διαδικασία ωρίμανσης του μορίου mRNA, τα εσώνια κόβονται με τη βοήθεια περιοριστικών ενζύμων και τα εξόνια ράβονται μαζί με τη βοήθεια ενζύμων λιγάσης. Η ωρίμανση του mRNA ονομάζεται επεξεργασία και η ένωση των εξονίων ονομάζεται μάτισμα. Έτσι, το ώριμο mRNA περιέχει μόνο εξόνια και είναι πολύ μικρότερο από το προκάτοχό του, το pro-mRNA. Τα μεγέθη ιντρονίων ποικίλλουν από 100 έως 10.000 νουκλεοτίδια ή περισσότερα. Τα ίντον αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% όλων των ανώριμων mRNA. Προς το παρόν, έχει αποδειχθεί η δυνατότητα εναλλακτικού ματίσματος, κατά την οποία αλληλουχίες νουκλεοτιδίων μπορούν να διαγραφούν από ένα πρωτεύον αντίγραφο στις διαφορετικές περιοχές του και θα σχηματιστούν πολλά ώριμα mRNA. Αυτός ο τύπος ματίσματος είναι χαρακτηριστικός του συστήματος γονιδίων ανοσοσφαιρίνης στα θηλαστικά, το οποίο καθιστά δυνατό τον σχηματισμό διαφορετικών τύπων αντισωμάτων με βάση ένα μόνο μεταγράφημα mRNA. Μετά την ολοκλήρωση της επεξεργασίας, το ώριμο mRNA επιλέγεται πριν απελευθερωθεί στο κυτταρόπλασμα από τον πυρήνα. Έχει διαπιστωθεί ότι μόνο το 5% του ώριμου mRNA εισέρχεται και το υπόλοιπο διασπάται στον πυρήνα. Ο μετασχηματισμός των πρωτογενών μεταγραφονίων των ευκαρυωτικών γονιδίων, που σχετίζονται με την οργάνωση εξωνίου-ιντρονίου τους και σε σχέση με τη μετάβαση του ώριμου mRNA από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, καθορίζει τα χαρακτηριστικά της υλοποίησης της γενετικής πληροφορίας των ευκαρυωτικών. Επομένως, το γονίδιο του ευκαρυωτικού μωσαϊκού δεν είναι γονίδιο κιστρονομίας, αφού δεν χρησιμοποιείται όλη η αλληλουχία DNA για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Το DNA - ο φορέας όλων των γενετικών πληροφοριών στο κύτταρο - δεν συμμετέχει άμεσα στη σύνθεση των πρωτεϊνών. Στα ζωικά και φυτικά κύτταρα, τα μόρια DNA περιέχονται στα χρωμοσώματα του πυρήνα και διαχωρίζονται από μια πυρηνική μεμβράνη από το κυτταρόπλασμα, όπου συντίθενται οι πρωτεΐνες. Στα ριβοσώματα - θέσεις συναρμολόγησης πρωτεϊνών - αποστέλλεται από τον πυρήνα ένας μεσολαβητής που μεταφέρει πληροφορίες, ικανός να περάσει μέσα από τους πόρους της πυρηνικής μεμβράνης. Το αγγελιοφόρο RNA (i-RNA) είναι ένας τέτοιος ενδιάμεσος. Σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, διαβάζεται από το DNA με τη συμμετοχή ενός ενζύμου που ονομάζεται πολυμεράση RNA. Η διαδικασία ανάγνωσης (ή μάλλον διαγραφής), ή σύνθεσης RNA, που πραγματοποιείται από την RNA πολυμεράση, ονομάζεται μεταγραφή (Λατινική transcriptio - επανεγγραφή). Το αγγελιαφόρο RNA είναι ένα μονόκλωνο μόριο και η μεταγραφή προέρχεται από έναν κλώνο ενός μορίου DNA διπλής έλικος. Εάν το νουκλεοτίδιο G βρίσκεται στον μεταγραμμένο κλώνο DNA, τότε η RNA πολυμεράση περιλαμβάνει το C στο RNA, εάν είναι Τ, περιλαμβάνει το Α, εάν είναι Α, περιλαμβάνει το y (το RNA δεν περιλαμβάνει το Τ) (Εικ. 46) . Σε μήκος, καθένα από τα μόρια mRNA είναι εκατοντάδες φορές μικρότερο από το DNA. Το αγγελιοφόρο RNA δεν είναι αντίγραφο ολόκληρου του μορίου DNA, αλλά μόνο μέρος του - ένα γονίδιο ή μια ομάδα γειτονικών γονιδίων που φέρουν πληροφορίες σχετικά με τη δομή των πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για την εκτέλεση μιας λειτουργίας. Στους προκαρυώτες, αυτή η ομάδα γονιδίων ονομάζεται οπερόνιο. Θα διαβάσετε για το πώς συνδυάζονται τα γονίδια σε ένα οπερόνιο και πώς οργανώνεται ο έλεγχος της μεταγραφής στην ενότητα για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Στην αρχή κάθε οπερονίου υπάρχει ένα είδος θέσης προσγείωσης για την RNA πολυμεράση που ονομάζεται προαγωγέας. Αυτή είναι μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA που ένα ένζυμο αναγνωρίζει μέσω χημικής συγγένειας. Μόνο με την προσκόλληση στον προαγωγέα, η RNA πολυμεράση μπορεί να ξεκινήσει τη σύνθεση του mRNA. Έχοντας φτάσει στο τέλος του οπερονίου, το ένζυμο συναντά ένα σήμα (με τη μορφή μιας ορισμένης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων) που υποδεικνύει το τέλος της ανάγνωσης. Το τελικό mRNA απομακρύνεται από το DNA και πηγαίνει στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Υπάρχουν τέσσερα στάδια στην περιγραφόμενη διαδικασία μεταγραφής:
1) Σύνδεση RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα.
2) Μύηση - η αρχή της σύνθεσης. Συνίσταται στον σχηματισμό του πρώτου φωσφοδιεστερικού δεσμού μεταξύ ATP ή GTP και του δεύτερου νουκλεοτιδίου του μορίου RNA που συντίθεται.
3) επιμήκυνση - η ανάπτυξη μιας αλυσίδας RNA, δηλ., η διαδοχική σύνδεση νουκλεοτιδίων μεταξύ τους με τη σειρά με την οποία τα συμπληρωματικά νουκλεοτίδια βρίσκονται στον μεταγραμμένο κλώνο DNA. Ο ρυθμός επιμήκυνσης φτάνει τα 50 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο.
4) τερματισμός - ολοκλήρωση της σύνθεσης του mRNA.
