Транскрипція, процесинг, сплайсинг
МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ
Розділ 1
БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
1.2. Молекулярно-генетичний і клітинний рівні організації життя
1.2.3. Спадковий апарат еукаріотичних клітин і його функціонування на молекулярному рівні
1.2.3.6. Транскрипція, процесинг, сплайсинг
Молекули ДНК кожної клітини містять інформацію для синтезу всіх необхідних їй білків. Молекули ДНК містяться в ядрі, а синтез білків відбувається в цитоплазмі. ДНК не може переміщуватися до місця синтезу білків у цитоплазму. Вона передає інформацію про структуру
Зчитування спадкової інформації з генів регулюється спеціальними білками. Зокрема, гістони не тільки забезпечують структурну організацію хроматину, але є репресорами, тому що перешкоджають
Основні етапи транскрипції:
1. Ініціація. За сигналом з цитоплазми певна ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується і розділяється на два ланцюги. Це відбувається за допомогою ферменту гелікази, що зв’язується з ДНК (рис. 1.56). Ферменти РНК-полімерази забезпечують утворення РНК, що зростають у довжину по мірі просування ферменту уздовж нитки ДНК.
Рис. 1.56. Утворення ІРНК:
1 – синтезована ІРНК; 2 – РНК-полімераза; 3 – подвійна спіраль ДНК; 4 – ДНК-геліказа; 5 – другий ланцюг, не матричний; 6 – дестабілізувальний білок.
РНК-полімераза починає синтезувати новий ланцюг біля спеціального старт-сигналу ДНК, що називається промотором, і закінчує його біля стоп-сигналу (сигнал термінації), після чого полімераза та синтезований готовий ланцюг РНК відокремлюються один від одного. Ділянка ДНК між промотором і термінатором, яка транскрибується, називається
Одиницею транскрипції. Молекула РНК, яка при цьому утворюється, називається первинним тран – скриптом або про-іРНК.
Швидкість полімеризації при 37°С складає приблизно 30 нуклеотидів за 1 сек., тому синтез ланцюга РНК довжиною 5000 нуклеотидів триває близько 3 хв.
Один з двох ланцюгів ДНК, на якому йде транскрипція, називається кодуючим ланцюгом. Другий ланцюг ДНК називається ланцюгом, що не кодує. Для різних білків кодувати можуть як один, так і другий ланцюги ДНК.
2. Елонгація – процес нарощування полінуклеотидного ланцюга. Відповідні рибонуклеотиди приєднуються до матричного ланцюга, згодом об’єднуються один з одним залишком фосфорної кислоти, створюючи ланцюг РНК. Процес каталізується РНК-полімеразою і вимагає присутності іонів Мg24 або Мn2+. Утворення іРНК відбувається на основі принципу комплементарності ланцюгів ДНК і РНК та антипаралельно відносно матричного ланцюга ДНК. Таким чином, сформований ланцюг РНК містить азотисті основи, комплементарні основам ланцюга ДНК, уздовж якого вони утворилися.
Різні типи РНК в еукаріотів: інформаційна РНК (іРНК), рибосомальна РНК (рРНК). і транспортна РНК (тРНК) транскрибуються на різних ділянках (генах) молекул ДНК.
3. Термінація. РНК-полімераза рухається вздовж ланцюга ДНК і поступово переписує інформацію на РНК. Цей процес завершується за досягнення ферментом специфічної нуклеотидної послідовності, що сигналізує про завершення транскрипції (термінатори транскрипції – АТТ, АЦТ і АТЦ). Ділянка молекули ДНК, що містить промотор, послідовність, яка транскрибується, та термінатор, називають гпранскриптоном (рис. 1.57).
Рис. 1.57. Структурно-функціональна організація гена (транскриптон):
1 – промотор; 2 – місце ініціації транскрипції: 3 – кодуюча ділянка гена; 4 – термінатор транскрипції; 5 – регуляторна ділянка.
Ланцюг про-іРНК відокремлюється від матричного ланцюга ДНК, зазнає процесингу і переноситься в цитоплазму крізь пори в ядерній оболонці. Вільна від іРНК ділянка молекули ДНК знову зв’язується водневими зв’язками з комплементарною ділянкою другого ланцюга. ДНК скручується в спіраль і набуває початкової форми. Окрема молекула ДНК може бути матрицею для синтезу багатьох копій різних молекул РНК, що утворюються одна за другою.
Процесинг. Молекулярні механізми, пов’язані з “дозріванням” різних типів РНК, називаються процесингом. Вони здійснюються в ядрі перед виходом РНК із ядра в цитоплазму.
Існувала думка, що іРНК комплементарна будові ДНК, яка є матрицею. З’ясувалося, що комплементарною ДНК є тільки молекула-попередниця інформаційної РНК (про-іРНК). Молекули про-іРНК набагато більші, ніж зрілі іРНК. Послідовність азотистих основ у молекулі про-іРНК, що утворилася, точно відтворює порядок чергування основ у ДНК. Під час “дозрівання” інформаційної РНК у бактерій відбувається тільки відщеплення кінців молекул, а в еукаріотів і деяких вірусів цей процес набагато складніший. Молекула про-іРНК містить у собі ряд інертних ділянок (інтронів), що не мають генів.
У процесі “дозрівання” ІРНК спеціальні ферменти вирізають інтрони і зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони) (рис. 1.58). Цей процес називається сплайсингом. Тому послідовність нук – леотидів у дозрілої іРНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК. В іРНК поруч можуть стояти такі нуклеотиди, комплементарні яким нук – леотиди в ДНК знаходяться один від одного на значній відстані.
Рис. 1.58. Процесинг іРНК і його місце в експресії гена.
Сплайсинг – дуже точний процес. Його порушення змінює рамку зчитування при трансляції, що призводить до синтезу іншого пептиду. Точність вирізання інтронів забезпечується розпізнаванням ферментів певних сигнальних послідовностей нуклеотидів у молекулі про-іРНК.
У процесингу бере участь цілий ряд ферментів. Наприклад, за допомогою ферментів-рестриктаз вирізаються інтронні ділянки, а екзонні ділянки, що залишаються, зшиваються за допомогою ферментів лігаз. Отже, молекули ІРНК або тРНК, що утворюються, мають менші розміри, ніж їх структурні гени. Наприклад, молекули про-іРНК мають молекулярну масу 107 дальтон, а після процесингу вона складає 2 х 106 дальтон. Наявність інтронів у генах еука – ріотів є універсальним явищем. У великих генах інтронів більше. Кількість інтронів у генах коливається від 1 до 50. Можна припустити, що інтрони є запасом інформації, що зумовлює мінливість.
Значення процесингу полягає в тому, що еукаріо – тична клітина може додатково контролювати процеси утворення білків, регулювати свій метаболізм, структуру і функції..
