СТРОЕНИЕ И РАБОТА ГЕНА. СОЗРЕВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ РНК

 

Изучение химической структуры ДНК и ее генетических функций позволило рассматривать гены как участки нуклеиновой кислоты. Сле­довательно, ген - участок ДНК, определяющий синтез белка. Мини­мальные по размеру гены состоят из нескольких десятков нуклеотидов. Гены синтеза больших макромолекул включают несколько сот и даже тысяч нуклеотидов. Гены остаются невидимыми. Наличие генов опре­деляется по наличию признаков.

В 70-е годы было выяснено, что у эукариот ген имеет мозаичное строение. Он состоит из двух видов ДНК интронов (неинформативных участков ДНК) и экзонов (информативных участков ДНК). Одни ученые полагают, что интроновые участки молекулы ДНК несут информацию о генах, которые использовались видом в длительном эволюционном процессе и сейчас, так как они не нужны виду, не читаемые. Другие исследователи считают, что в интроновых участках ДНК находятся гены, которые могут быть востребованы в дальнейшей эволюции вида при смене условий существования. Однако общепринято, что интроны в настоящий период в норме нечитаемые участки и отделяют экзоновые районы друг от друга. Экзонно-интронная ор­ганизация генов у эукариот обуславливает образование первичного транскриптата (преинформационной РНК), т.е. РНК, образовавшуюся в результате транскрипции. Преинформационная РНК, содержащая информативные и не информативные участки должна преобразоваться в зрелую и-РНК путем освобождения от неинформативных участков.

Этапы реализации наследственной информации у эукариот:

1. Транскрипция.

2. Посттранскрипционные процессы (процессинг).

3. Трансляция.

4. Постгрансляционные процессы.

Учитывая особенности строения эукариот (наличие ядерной мем­браны) следует обратить внимание, что процессы транскрипции и трансляции разобщены в пространстве и во времени. Транскрипция и посттранскрипционные процессы происходят в ядре, а трансляция и посттрансляционные процессы идут в цитоплазме.

I. Транскипция

Транскрипция - механизм, с помощью которого информация, за­шифрованная в молекуле ДНК, переписывается на молекулу и-РНК при участии фермента РНК-полимеразы в направлении от 5' к 3' концу. Транскрипция осуществляется в соответствии с основными принципа­ми комплиментарности и антипараллельности. (Антипараллельность цепей ДНК заключается в том, что 5' конец одной цепи соответствует 3' концу другой цепи.) Транскрипция происходит на одной из двух нуклеотидных цепей, она называется кодогенной и начинается с 3' конца.

Транскрипция начинается с участка ДНК, который называется промотор. Он представляет последовательность нуклеотидов в поли-нуклеотидной цепи ДНК, которую узнает РНК-полимераза. Она вза­имодействует с этим участком, затем движется вдоль молекулы ДНК, обеспечивая сборку и-РНК в соответствии с принципами комплимен-тарности и антипараллелыюсти.

Транскрипция заканчивается участком ДНК, который называется терминатор. Он представляет собой последовательность нуклеотидов, являющуюся одним из нонсенс-триплетов.

В результате транскрипции образуется преинформационная РНК:

рис. 1

кодогенная цепь ДНК

Преинформационная РНК

11. Посттранскрипционные процессы.

Процессинг - это превращение первичного транскриптата в зре­лую и-РНК, выполняющей роль матрицы при трансляции.

Стадии процессинга:

1. Отщепление концевых участков первичного транскриптата.

2. Формирование на 5' конце колпачка.

3. Формирование на 3' конце полиоадениловой последователь­ности нуклеотидов.

4. Метилирование некоторых азотистых оснований в транскрип-тате, стабилизирующее молекулу РНК.

5. Вырезание неинформативных участков, соответствующих ин-тронам ДНК и сшивание (сплайсинг) участков, соответствую­щих экзонам.

В результате процессинга у эукариот образуется зрелая и-РНК, имеющая следующее строение:

рис. 2 _:

Колпачок - последовательность нуклеотидов с метилированны­ми основаниями, которая обеспечивает узнавание малых субъединиц рибосом. Лидер - вводная последовательность нуклеотидов, компли-ментарная последовательности в молекуле р-РНК малой субъединицы рибосомы, которая обеспечивает прикрепление и-РНК к малой субъ­единице.

Стартовый кодон - триплет нуклеотидов, кодирующий в боль­шинстве случаев аминокислоту формилметионин (АЦГ).

Кодирующая часть - последовательность кодонов, шифрующих определенную последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Трейлер - концевая часть молекулы и-РНК, включающая нон-сенс-кодон или поли-А-последовательность (А-А-А-А).

III. Трансляция.

Трансляция - механизм, с помощью которого последователь­ность триплетов оснований в молекулах и-РНК переводится в специ­фическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Этот процесс происходит на рибосомах.

Основные фазы трансляции:

А. Инициация.

В. Элонгация.

С. Терминация.

В фазу инициации происходят следующие процессы:

А. С помощью колпачка и-РНК находят в цитоплазме малую субъединицу рибосомы.

В. С помощью лидерной последовательности устанавливается связь с с комплиментарным участком р-РНК и р-РНК присое­диняется к малой субъединице.

С. К стартовому кодону (АЦГ) присоединяется т-РНК, несущая формилметионин.

D. Малая субъединица ассоциируется с большой субъединицей, в аминоацильном центре (АЦ) которой располагается формил метионин.

Рис. 3

 

 

 

После прохождения через рибосому всей кодирующей части и-РНК на рибосоме собирается пептидная цепь с определенной последо­вательностью аминокислот. Фаза терминации наступает, когда в контакт с рибосомой при­ходит концевой участок и-РНК, который включает нонсенс-триплет, не кодирующий никакой аминокислоты. На этом сборка пептидной цепи заканчивается. По мере освобождения 5' конца и-РНК, колпачок может нахо­дить новые малые субъединицы рибосом и процесс трансляции может повторно осуществляться на новых рибосомах. Комплекс рибосом, синтезирующих одинаковые полипептидные цепи, называется полирибосомой (полисомой).