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, μια ορισμένη περιοχή ενός από τους δύο κλώνους DNA (αντινόημα) χρησιμοποιείται ως πρότυπο για τη σύνθεση RNA με συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων.
Τα ένζυμα που καταλύουν τη διαδικασία της μεταγραφής είναι εξαρτώμενες από το DNA πολυμεράσες RNA. Επιπλέον, σε προκαρυώτες, για παράδειγμα, σε κύτταρα coliέχει βρεθεί 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 των γονιδίων που κωδικοποιούν ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙκυτταρικό 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 του 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 θραύσματα, μετά τα οποία οι επιπλέον αλληλουχίες των διαχωριστικών περιοχών 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.
Βιοσύνθεση RNA - μεταγραφή -η διαδικασία ανάγνωσης γενετικών πληροφοριών από το DNA, στην οποία η αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA κωδικοποιείται ως αλληλουχία νουκλεοτιδίων RNA. Χρησιμοποιείται ως ενέργεια και υπόστρωμα - νουκλεοζίτη-3-φωσφορικό με ριβόζη. Βασίζεται σε αρχή της συμπληρωματικότητας- μια συντηρητική διαδικασία - ένα νέο μονόκλωνο RNA συντίθεται κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ενδιάμεσης φάσης, ξεκινά σε ορισμένες περιοχές - προαγωγείς, καταλήγει σε τερματιστές και το τμήμα μεταξύ τους - ένα οπερόνιο (τρανκρυπτόνιο) - περιέχει ένα ή περισσότερα λειτουργικά σχετικά γονίδια, μερικές φορές περιέχει γονίδια που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Διαφορές μεταγραφής: 1) μεμονωμένα γονίδια μεταγράφονται. 2) δεν απαιτείται αστάρι. 3) Η ριβόζη περιλαμβάνεται στο RNA, όχι η δεοξυριβόζη.
Βήματα μεταγραφής: 1) δέσμευση RNA πολυμεράσης με DNA. 2) έναρξη - ο σχηματισμός μιας αλυσίδας RNA. 3) επιμήκυνση ή ανάπτυξη της αλυσίδας RNA. 4) τερματισμός.
Στάδιο 1 - η θέση με την οποία συνδέεται η RNA πολυμεράση ονομάζεται προαγωγέας (40 ζεύγη νουκλεοτιδίων) - έχει μια θέση για αναγνώριση, προσκόλληση, έναρξη. Η RNA πολυμεράση, αναγνωρίζοντας τον προαγωγέα, κάθεται πάνω του και σχηματίζεται ένα κλειστό σύμπλεγμα προαγωγέα, στο οποίο το DNA σπειροειδοποιείται και το σύμπλοκο μπορεί εύκολα να διαχωριστεί και να περάσει σε ένα ανοιχτό σύμπλεγμα υποκινητή - οι δεσμοί είναι ισχυροί, η αζωτούχα βάση στρέφεται προς τα έξω.
Στάδιο 2 - την έναρξηΗ σύνθεση του RNA συνίσταται στο σχηματισμό πολλών κρίκων στην αλυσίδα του RNA, η σύνθεση αρχίζει σε έναν κλώνο DNA 3'-5' και πηγαίνει προς την κατεύθυνση 5'-3'. Το στάδιο τελειώνει με τον διαχωρισμό της β-υπομονάδας.
Στάδιο 3 - επιμήκυνση- επιμήκυνση της αλυσίδας RNA - συμβαίνει λόγω της πολυμεράσης Core-rRNA. Ο κλώνος DNA αποσπειρώνεται σε 18 ζεύγη, και σε 12 - ένα υβρίδιο - ένα κοινό υβρίδιο DNA και RNA. Η RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος της αλυσίδας του DNA και μετά την αποκατάσταση της αλυσίδας του DNA. Στους ευκαρυώτες, όταν το RNA φτάσει τα 30 νουκλεοτίδια, σχηματίζεται μια προστατευτική δομή CEP στο 5' άκρο.
Στάδιο 4 - λήξη- εμφανίζεται στους τερματιστές. Στην αλυσίδα υπάρχει μια θέση πλούσια σε GC, και μετά από 4 έως 8 συνεχόμενα Α. Αφού περάσει από τη θέση, σχηματίζεται μια φουρκέτα στο προϊόν RNA και το ένζυμο δεν προχωρά περαιτέρω, η σύνθεση σταματά. Σημαντικό ρόλο παίζει ο παράγοντας τερματισμού πρωτεΐνης - rho και tower. Ενώ η σύνθεση συνεχιζόταν, το πυροφωσφορικό ανέστειλε την πρωτεΐνη rho, επειδή το ένζυμο έχει σταματήσει (φουρκέτα) η σύνθεση του φωσφορικού οξέος έχει σταματήσει. Η πρωτεΐνη Rho ενεργοποιείται και εμφανίζει δράση νουκλεοσιδικής φωσφατάσης, η οποία οδηγεί στην απελευθέρωση RNA, RNA πολυμεράσης, η οποία συνδυάζεται περαιτέρω με την υπομονάδα.
Επεξεργασία -Ωρίμανση RNA. Περιλαμβάνει: 1) το σχηματισμό CEP στο 5'-άκρο, εμπλέκεται στην προσκόλληση στο ριβόσωμα. 2) η πολυαδενυλίωση συμβαίνει στο 3'-άκρο και σχηματίζεται μια ουρά από εκατό έως διακόσια νουκλεοτίδια αδενυλίου, προστατεύει το άκρο από τη δράση των νουκλεασών και βοηθά στη διέλευση από τους πυρηνικούς πόρους και παίζει ρόλο στην προσκόλληση στο ριβόσωμα. 3) μάτισμα -Οι μη κωδικοποιητικές ακολουθίες κόβονται - εσώνια. Αυτό συμβαίνει με δύο τρόπους: α) πραγματοποιείται από το μάτισμα - είναι μια νουκλεοπρωτεΐνη που περιέχει έναν αριθμό πρωτεϊνών και μικρό πυρηνικό RNA. Στην αρχή, τα εσώνια είναι κυκλικά, αφήνοντας μόνο κωδικοποιητικές αλληλουχίες - εξόνια. Τα ένζυμα ενδονουκλεάσης κόβονται και οι λιγάσες απολινώνουν τα υπόλοιπα εξόνια. ΤΟΤΕ. τα εσώνια έχουν φύγει. Εναλλακτικό μάτισμα - στην ίδια αλληλουχία νουκλεϊκών οξέων, το RNA σχηματίζει πολλές πρωτεΐνες. Το Self-splicing είναι η αυτο-αφαίρεση των ιντρονίων. Διαταραχές ματίσματος: 1) συστηματικός ερυθηματώδης λύκος. 2) φαινυλκετονουρία. 3) αιμοσφαιρινοπάθεια. Το RNA μήτρας των προκαρυωτών δεν υποβάλλεται σε επεξεργασία, επειδή δεν έχουν εσώνια. επεξεργασία tRNA. Ο πρόδρομος tRNA διασπάται και το νουκλεοτίδιο 5'-3'Q P. Η αλληλουχία CCA με μια ομάδα ΟΗ συνδέεται στο άκρο 3' και μια βάση φωσφορυλιωμένης πουρίνης συνδέεται στο 5'-άκρο. Βρόχος ντουϋδροουριδίνης - ARSase. Επεξεργασία rRNA.Ο πρόδρομος rRNA, το προριβοσωμικό 45S RNA, συντίθεται στον πυρήνα και εκτίθεται σε ριβονουκλεάσες για να σχηματίσει 5.8S 18S 28S. Είναι κατά 70% σπειροειδείς. Το rRNA παίζει ρόλο στο σχηματισμό του ριβοσώματος και εμπλέκεται σε καταλυτικές διεργασίες. Η υπομονάδα σχηματίζεται από rRNA στον πυρήνα. Η μικρή υπομονάδα είναι 30S, η μεγάλη υπομονάδα είναι 50S και το ριβόσωμα 70S σχηματίζεται στους προκαρυώτες, στους ευκαρυώτες 40S + 60S = 80S. Ο σχηματισμός ριβοσώματος συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα.
Θέσεις ριβοσώματος για δέσμευση RNA: 1) σε μικρές υπομονάδες που έχουν την αλληλουχία mRNA Shine-Dalgorn 5'GGAGG3' 3'CCUCC5'. Το αγγελιοφόρο RNA είναι προσαρτημένο στη μικρή υπομονάδα. Σε ευκαρυώτες, θέση δέσμευσης CEP για mRNA. Θέση δέσμευσης tRNA: α) P-θέση - κέντρο πεπτιδυλίου για σύνδεση mRNA στην αναπτυσσόμενη πεπτιδική αλυσίδα - δέσμευση πεπτιδυλ-tRNA. β) Α-τομή - για τη σύνδεση tRNA με αμινοξύ - θέση αμινοακυλίου 2) Στη μεγάλη υπομονάδα, το τμήμα Ε με δραστικότητα πεπτιδυλ τρανσφεράσης.
αντίστροφη μεταγραφήχαρακτηριστικό ρετροϊών ή ιών που περιέχουν RNA - ιός μόλυνσης HIV, ογκοϊοί.
Το DNA συντίθεται σε μια αλυσίδα RNA με τη δράση ενός ενζύμου αντίστροφη μεταγραφάσηή αναστροφάση, ή DNA RNA πολυμεράση. Εισβάλλοντας στο κύτταρο ξενιστή, λαμβάνει χώρα σύνθεση DNA, στην οποία ενσωματώνεται στο DNA του ξενιστή και αρχίζει η μεταγραφή του RNA του και η σύνθεση των δικών του πρωτεϊνών.
Γενετικός κώδικας, τα χαρακτηριστικά του.Ο γενετικός κώδικας είναι η νουκλεοτιδική αλληλουχία του μορίου rRNA που περιέχει κωδικές λέξεις για κάθε αμινοξύ. Αποτελείται από μια ορισμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων στο μόριο του DNA.
Χαρακτηριστικό γνώρισμα. 1) γενετικός κώδικαςτρίδυμο - δηλ. κάθε a/k είναι κρυπτογραφημένο με τρία νουκλεοτίδια. 2) ο γενετικός κώδικας για το a / c είναι εκφυλισμένος ή περιττός - η συντριπτική πλειοψηφία του a / c κωδικοποιείται από πολλά κωδικόνια. Συνολικά σχηματίζονται 64 τρίδυμα, εκ των οποίων οι 61 τρίδυμες κωδικοποιούν ένα ορισμένο α/γ και τρεις τρίδυμες - AUG, UAA, UGA είναι ανόητα κωδικόνια, επειδή δεν κωδικοποιούν κανένα από τα 20 a/c, εκτελούν τη λειτουργία του τερματισμού της σύνθεσης. 3) Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής, δεν υπάρχουν σημεία στίξης, δηλ. σήματα που δείχνουν το τέλος μιας τριάδας και την αρχή μιας άλλης. Ο κώδικας είναι γραμμικός, μονόδρομος, συνεχής. Για παράδειγμα - ATSGUTSGATSTS. 4) η τριπλέτα AUG χρησιμεύει ως κωδικόνιο ενεργοποίησης σύνθεσης. 5) Ο γενετικός κώδικας είναι καθολικός.
22. Εκπομπή -βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Μεταφραστικά στάδια: 1) μύηση. 2) επιμήκυνση. 3) τερματισμός. Την έναρξη- Το A/C είναι ενεργοποιημένο.
Το αρχικό aatRNA θα αλληλεπιδράσει με το 1 a/c της μελλοντικής πρωτεΐνης μόνο με την καρβοξυλική ομάδα και το 1 a/c μπορεί να δώσει μόνο την ομάδα NH 2 για σύνθεση, δηλ. η πρωτεϊνοσύνθεση ξεκινά στο Ν-άκρο.
Συναρμολόγηση του συμπλέγματος εκκίνησης σε ένα μικρό υποσωματίδιο. Παράγοντες: 30S mRNA fomylmethionyl tRNA IF 123 Mg 2+ GTP είναι πηγή ενέργειας
Η μικρή υπομονάδα φορτωμένη με παράγοντες έναρξης βρίσκει το κωδικόνιο έναρξης AUG ή GUG στο mRNA και ορίζει το πλαίσιο ανάγνωσης σύμφωνα με αυτό. το κωδικόνιο έναρξης τοποθετείται στη θέση P. Το Formlmethionyl tRNA το προσεγγίζει, το οποίο συνοδεύεται από την απελευθέρωση του παράγοντα IF 3, μετά ενώνεται η μεγάλη υπομονάδα και απελευθερώνονται τα IF 1 και IF2, γίνεται υδρόλυση του 1GTP και σχηματίζεται ένα ριβόσωμα. Επιμήκυνσηείναι ο κύκλος εργασίας του ριβοσώματος. Περιλαμβάνει τρία στάδια: 1) σύνδεση του aatRNA στη θέση Α. Η θέση P είναι κατειλημμένη – απαιτούνται συντελεστές επιμήκυνσης EF-TU, EF-TS και GTP. Παράγοντες επιμήκυνσης σε προκαρυώτες: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Μετακίνηση– πρώτον, το αποακυλιωμένο tRNA με EF-G της θέσης P φεύγει από το ριβόσωμα, μετακινώντας 1 τριάδα προς το άκρο 3'. χρησιμοποιείται η κίνηση του πεπτιδίου από το Α στη θέση P - GTP και ο παράγοντας επιμήκυνσης - EF-G-translocase, A - η θέση είναι και πάλι ελεύθερη και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Λήξη– αναγνώριση των κωδικονίων τερματισμού UAA, UGA, UAG με τη βοήθεια παραγόντων απελευθέρωσης RF 1 2 3. Όταν το τερματικό κωδικόνιο εισέρχεται στη θέση Α, το tRNA δεν συνδέεται με αυτό, αλλά συνδέεται ένας από τους παράγοντες τερματισμού, ο οποίος μπλοκάρει επιμήκυνση, η οποία συνοδεύεται από ενεργοποίηση της δραστικότητας εστεράσης της θέσης πεπτιδυλικής τρανσφεράσης Ε. Συμβαίνει υδρόλυση των εστερικών δεσμών μεταξύ του πεπτιδίου και του tRNA, το ριβόσωμα αφήνει το πεπτίδιο, το tRNA και διασπάται σε υπομονάδες, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Ο σχηματισμός δομής συμβαίνει ταυτόχρονα με τη βοήθεια πρωτεϊνών συνοδών - πρωτεϊνών θερμικού σοκ. Η σύνθεση ενός πεπτιδικού δεσμού καταναλώνει 1ATP για την αμινοακυλίωση του tRNA (προσκόλληση ενός αμινοξέος), 1GTP για τη σύνδεση του aatRNA με τη θέση Α και 1GTP για μετατόπιση. Η κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 4 μακροεργικοί δεσμοί για τη σύνθεση ενός πεπτιδικού δεσμού.
23. Οπερόνιο λακτόζης.Η αντιγραφή ρυθμίζεται από τη συγκέντρωση της πρωτεΐνης DNA και της τετραφωσφορικής γουανοσίνης. Η κύρια ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης πραγματοποιείται στο επίπεδο της μεταγραφής (ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης των κυττάρων, όλους τους παράγοντες, τη δράση των ορμονών και άλλων ρυθμιστικών συστατικών). ΣΤΟ διαφορετικά κύτταραστους ιστούς, εκφράζεται μόνο το 5% των γονιδίων, το 97% είναι σιωπηλό - ανεπιθύμητο DNA - οι ρυθμιστές μεταγραφής είναι χρονομερή και μια σειρά από ρυθμιστικές αλληλουχίες. Εάν η προσκόλληση μιας ρυθμιστικής πρωτεΐνης στο DNA προκαλεί μεταγραφή, τότε αυτή είναι μια θετική (+) ρύθμιση, εάν η καταστολή της μεταγραφής είναι μια αρνητική (-) ρύθμιση. Θετική ρύθμιση- το γονίδιο απενεργοποιείται, η προσκόλληση της ρυθμιστικής πρωτεΐνης οδηγεί στην έναρξη της σύνθεσης, ως αποτέλεσμα, το γονίδιο ενεργοποιείται. ΤΟΤΕ. μια ρυθμιστική πρωτεΐνη μπορεί να είναι ένας επαγωγέας ή ένας ενεργοποιητής . Αρνητική ρύθμιση- το γονίδιο είναι ενεργοποιημένο, η σύνθεση RNA βρίσκεται σε εξέλιξη, εάν συνδεθεί ένας ρυθμιστικός παράγοντας πρωτεΐνης (αναστολέας ή καταστολέας της πρωτεϊνοσύνθεσης), το γονίδιο απενεργοποιείται. Πολλές ορμόνες και άλλοι παράγοντες επηρεάζουν την προσκόλληση της ρυθμιστικής πρωτεΐνης. Οπερόνιο λακτόζης E. coli- αρνητική ρύθμιση. Τα κύρια στοιχεία του έργου του: στο μόριο DNA - μια θέση ρυθμιστή, ένας προαγωγέας, ένα προ-οπερόνιο και τρία δομικά γονίδια: υστέρηση 1, υστέρηση 2, υστέρηση 3 και τερματιστής. Καθυστέρηση 1 - πραγματοποιεί τη σύνθεση του ενζύμου λακτάση ή βήτα-γαλακτοσιδάση. Το Lag 2 είναι ένα ένζυμο περμιάσης που εμπλέκεται στη μεταφορά της λακτόζης μέσω της μεμβράνης. Η υστέρηση 3 είναι το ένζυμο τρανσακυλάση. Ρυθμιστής - σύνθεση mRNA στο ριβόσωμα, οδηγεί στον σχηματισμό μιας πρωτεΐνης καταστολέα, προσκολλάται στον χειριστή (επειδή έχει συγγένεια), κάθεται πάνω του και επειδή οι περιοχές του υποκινητή και του οπερονίου επικαλύπτονται - η RNA πολυμεράση δεν μπορεί να προσκολληθεί στον υποκινητή και η μεταγραφή απενεργοποιείται. Η γλυκόζη και η γαλακτόζη παρέχουν ομοιότητα καταστολέα και χειριστή. Εάν δεν υπάρχει ομοιότητα, η λακτόζη αλληλεπιδρά με τον καταστολέα, αλλάζοντας τον μετασχηματισμό του και δεν κάθεται στο οπερόνιο, επειδή χάνει την ομοιότητα με αυτό. Η RNA πολυμεράση κάθεται στον προαγωγέα και αρχίζει η μεταγραφή του αγγελιοφόρου RNA. Η λακτόζη είναι ένας επαγωγέας και η διαδικασία είναι επαγωγή, μια μορφή προς τα κάτω ρύθμισης, που ονομάζεται έτσι επειδή η μεταγραφή τερματίζεται με την προσθήκη ενός καταστολέα και η διάσπασή του ξεκινά τη σύνθεση. Θετική ρύθμιση - παράγοντας TATA– έχει ομοιότητες με την περιοχή TATA-box. Ο παράγοντας TATA βρίσκεται στο κουτί TATA - ένα σήμα για την RNA πολυμεράση να αναγνωρίσει τον προαγωγέα της, να καθίσει πάνω του και να ξεκινήσει τη μεταγραφή των παρακείμενων γονιδίων. Στα προκαρυωτικά επικρατεί αρνητική ρύθμιση· για τους ευκαρυώτες αυτό δεν είναι ευεργετικό. Τοποθεσίες ενίσχυσης (μεταγραφικοί ενισχυτές) + ρυθμιστική πρωτεΐνη οδηγεί σε αυξημένη μεταγραφή. Sincers + ρυθμιστική πρωτεΐνη à απενεργοποιεί τη μεταγραφή και αλλάζει τη δομή των χρωμοσωμάτων.
Πριν αρχίσουν να συντίθενται οι πρωτεΐνες, οι πληροφορίες για τη δομή τους πρέπει να «εξαχθούν» από το DNA και να παραδοθούν στο σημείο της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Αυτό γίνεται με πληροφοριακά ή αγγελιαφόρα RNA. Ταυτόχρονα, το κύτταρο χρειάζεται μεταφορείς αμινοξέων - μεταφορά RNAκαι δομικά συστατικά οργανιδίων που συνθέτουν πρωτεΐνες - ριβοσωμικό RNA. Όλες οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή της μεταφοράς και του ριβοσωμικού RNA βρίσκονται επίσης στο DNA.
Επομένως, υπάρχει μια διαδικασία επανεγγραφής ή μεταγραφής δεδομένων από DNA σε RNA (eng. μεταγραφή- επανεγγραφή) - Βιοσύνθεση RNA σε πρότυπο DNA.
Όπως σε κάθε βιοσύνθεση προτύπου, στη μεταγραφή διακρίνονται 5 απαραίτητα στοιχεία:
- Το πρότυπο είναι ένας από τους κλώνους του DNA
- αναπτυσσόμενος κλώνος - RNA,
- υπόστρωμα για σύνθεση - ριβονουκλεοτίδια (UTP, GTP, CTP, ATP),
- πηγή ενέργειας - UTP, GTP, CTP, ATP.
- Ένζυμα πολυμεράσης RNA και παράγοντες μεταγραφής πρωτεϊνών.
Η βιοσύνθεση RNA λαμβάνει χώρα σε ένα τμήμα του DNA που ονομάζεται τρανσκριπτόνιο, περιορίζεται στο ένα άκρο υποστηρικτής(αρχή), από την άλλη - τελειωτής(το τέλος).
Οι ευκαρυωτικές RNA πολυμεράσες έχουν δύο μεγάλες υπομονάδες και αρκετές μικρές υπομονάδες.
Στάδια μεταγραφής
Υπάρχουν τρία στάδια μεταγραφής: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός.
Την έναρξη
Ο προαγωγέας περιέχει το σήμα έναρξης της μεταγραφής Κουτί TATA. Αυτό είναι το όνομα μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας νουκλεοτιδίων DNA που δεσμεύει τον πρώτο παράγοντα έναρξης παράγοντα TATA. Αυτός ο παράγοντας TATA διασφαλίζει ότι η πολυμεράση RNA συνδέεται με τον κλώνο DNA που θα χρησιμοποιηθεί ως πρότυπο για μεταγραφή (κλώνος προτύπου DNA). Δεδομένου ότι ο προαγωγέας είναι ασύμμετρος ("TATA"), δεσμεύει την RNA πολυμεράση σε έναν μόνο προσανατολισμό, ο οποίος καθορίζει την κατεύθυνση της μεταγραφής από το 5'άκρο στο 3'άκρο (5'→3'). Για τη δέσμευση της RNA πολυμεράσης στον προαγωγέα, απαιτείται ένας ακόμη παράγοντας έναρξης - ο σ-παράγοντας (ελληνικά σ - "σίγμα"), αλλά αμέσως μετά τη σύνθεση του θραύσματος RNA σπόρου (μήκους 8-10 ριβονουκλεοτιδίων), το σ. -ο παράγοντας αποσπάται από το ένζυμο.
Άλλοι παράγοντες έναρξης ξετυλίγουν την έλικα του DNA πριν από την RNA πολυμεράση.
Διάγραμμα της διαδικασίας μεταγραφής
Επιμήκυνση
Οι παράγοντες επιμήκυνσης πρωτεΐνης διασφαλίζουν την κίνηση της RNA πολυμεράσης κατά μήκος του DNA και ξετυλίγουν το μόριο DNA σε περίπου 17 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Η RNA πολυμεράση κινείται με ρυθμό 40-50 νουκλεοτιδίων ανά δευτερόλεπτο στην κατεύθυνση 5"→3". Το ένζυμο χρησιμοποιεί ATP, GTP, CTP, UTP ταυτόχρονα ως υπόστρωμα και ως πηγή ενέργειας.
Η μεταγραφή είναι η διαδικασία της σύνθεσηςμόριαRNA σειστοσελίδαDNAχρησιμοποιείται ως μήτρα. Ο σκοπός της μεταγραφής είναι μεταφορά γενετικής πληροφορίας από το DNA στο RNA.
Το μόριο DNA αποτελείται από δύο συμπληρωματικές αλυσίδες, ενώ το RNA αποτελείται μόνο από μία. Κατά τη μεταγραφή, μόνο ένας από τους κλώνους DNA χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση RNA. Την φωνάζουν σημασιολογική αλυσίδα. Εξαίρεση αποτελεί το μιτοχονδριακό DNA, στο οποίο και οι δύο κλώνοι είναι αισθητικοί κλώνοι και περιέχουν διαφορετικά γονίδια. Εκτός από μια εξαίρεση στο πυρηνικό DNA, ορισμένα γονίδια μπορούν να εντοπίζονται σε ένα μη νόημα κλώνο.
Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, το μόριο RNA συντίθεται προς την κατεύθυνση από το 5" προς το άκρο 3" (που είναι φυσικό για τη σύνθεση όλων των νουκλεϊκά οξέα), ενώ κατά μήκος της αλυσίδας του DNA προχωρά η σύνθεση προς αντίστροφη κατεύθυνση: 3"→5".
Στους ευκαρυώτες, κάθε γονίδιο μεταγράφεται χωριστά. Και πάλι, η εξαίρεση είναι το μιτοχονδριακό DNA, το οποίο μεταγράφεται σε ένα κοινό πολυγονιδιακό αντίγραφο, το οποίο στη συνέχεια κόβεται. Εφόσον στα προκαρυωτικά γονίδια σχηματίζουν ομάδες, σχηματίζοντας ένα οπερόνιο, τέτοια γονίδια μεταγράφονται μαζί. ΤΕΛΟΣ παντων μεταγραφήονομάζεται τμήμα DNA που αποτελείται από έναν υποκινητή, μια μεταγραφόμενη περιοχή και έναν τερματιστή.
Υπάρχουν 3 στάδια στη μεταγραφή: έναρξη, επιμήκυνση, τερματισμός.
Την έναρξηη μεταγραφή επιτρέπει την έναρξη της σύνθεσης του μορίου RNA. Η έναρξη περιλαμβάνει τη σύνδεση ενός συμπλόκου ενζύμου στον προαγωγέα. Η κύρια είναι η RNA πολυμεράση (σε αυτή την περίπτωση, εξαρτώμενη από το DNA), η οποία, με τη σειρά της, αποτελείται από πολλές υπομονάδες πρωτεΐνες και παίζει το ρόλο του καταλύτη για τη διαδικασία. Στους ευκαρυώτες, η έναρξη της μεταγραφής επηρεάζεται από ειδικές περιοχές DNA: ενισχυτές (ενισχύουν) και σιγαστήρες (καταστέλλουν), οι οποίοι συνήθως βρίσκονται σε κάποια απόσταση από το ίδιο το γονίδιο. Υπάρχουν διάφοροι πρωτεϊνικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ικανότητα έναρξης της μεταγραφής.
Οι προκαρυώτες έχουν μόνο έναν τύπο πολυμεράσης RNA, ενώ οι ευκαρυώτες τρεις. Η RNA πολυμεράση-1 χρησιμοποιείται για τη σύνθεση τριών τύπων ριβοσωμικού RNA (υπάρχουν 4 τύποι rRNA συνολικά). Η RNA πολυμεράση-2 χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του προ-mRNA (πρόδρομος αγγελιοφόρος) RNA. Η RNA πολυμεράση-3 συνθέτει έναν από τους τύπους ριβοσωμικού RNA, μεταφοράς και μικρού πυρηνικού.
Η RNA πολυμεράση είναι σε θέση να αναγνωρίσει ορισμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων και να προσκολλάται σε αυτές. Αυτές οι ακολουθίες είναι σύντομες και καθολικές για όλα τα έμβια όντα.
Αφού δεσμευτεί η RNA πολυμεράση στον προαγωγέα, ένα τμήμα της διπλής έλικας του DNA ξετυλίγεται και οι νουκλεοτιδικοί δεσμοί μεταξύ των αλυσίδων αυτού του τμήματος σπάνε. Περίπου 18 ζεύγη βάσεων δεν έχουν συστραφεί.
Στη σκηνή επιμήκυνσηυπάρχει διαδοχική προσκόλληση σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας των ελεύθερων νουκλεοτιδίων στην απελευθερωμένη περιοχή DNA. Η RNA πολυμεράση ενώνει τα νουκλεοτίδια σε μια πολυριβονουκλεοτιδική αλυσίδα.
Κατά τη σύνθεση του RNA, περίπου 12 από τα νουκλεοτίδια του είναι προσωρινά συμπληρωματικά με τα νουκλεοτίδια του DNA. Όταν η RNA πολυμεράση κινείται μπροστά της, οι αλυσίδες του DNA αποκλίνουν και από πίσω «ράβονται» με τη βοήθεια ενζύμων. Η αλυσίδα RNA σταδιακά μεγαλώνει και απομακρύνεται από το σύμπλεγμα RNA πολυμεράσης.
Υπάρχουν παράγοντες επιμήκυνσης που εμποδίζουν τον πρόωρο τερματισμό της μεταγραφής.
ΛήξηΗ διαδικασία μεταγραφής λαμβάνει χώρα στην περιοχή τερματισμού, η οποία αναγνωρίζεται από την RNA πολυμεράση λόγω ειδικών παραγόντων τερματισμού πρωτεΐνης.
Πολλά νουκλεοτίδια αδενίνης (πολυ-Α) συνδέονται στο 3 "άκρο του μορίου RNA που συντίθεται για να αποτρέψουν την ενζυματική του αποικοδόμηση. Ακόμα νωρίτερα, όταν συντέθηκε το άκρο 5", το λεγόμενο καπάκι.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μεταγραφή δεν οδηγεί σε ολοκληρωμένο RNA. Το "ακατέργαστο" RNA πρέπει ακόμα να περάσει από τη διαδικασία επεξεργασία, στο οποίο συμβαίνουν αλλαγές τροποποίησης του και γίνεται λειτουργικά ενεργό. Κάθε τύπος ευκαρυωτικού RNA υφίσταται τις δικές του τροποποιήσεις. Ο σχηματισμός πολυ-Α και καπακιού συχνά αναφέρεται επίσης ως επεξεργασία.
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 εσώνια και το γονίδιο του προκολλαγόνου των θηλαστικών - 50. Οι λειτουργίες του σιωπηλού DNA - εσωνίων δεν έχουν πλήρως διευκρινιστεί. Υποτίθεται ότι παρέχουν: 1) δομική οργάνωσηχρωματίνη; 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 ρόλοαναλαμβάνοντας 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. διπλή έλικαΤο 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 τύποςΤο μάτισμα είναι χαρακτηριστικό στο γονιδιακό σύστημα της ανοσοσφαιρίνης στα θηλαστικά, το οποίο καθιστά δυνατό τον σχηματισμό mRNA με βάση ένα μόνο αντίγραφο ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙαντισώματα.
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 - μετάδοση, μεταφορά) - μετάφραση των πληροφοριών που περιέχονται στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του μορίου mRNA στην αλληλουχία αμινοξέων του πολυ πεπτιδική αλυσίδα(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 αλυσίδας πρωτεΐνης. 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.
Η συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα εισέρχεται στη συνέχεια στο σύμπλεγμα Golgi, όπου ολοκληρώνεται η κατασκευή του μορίου της πρωτεΐνης (δεύτερη, τρίτη, τέταρτη δομές 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.
