Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
мРНК ©Gppp !
AUG
J
5'-Кэп Инициирущий КОДОН
poly (А)
I I
АААААА
>ОН
3'
Стоп-кодон
Во время процессинга интроны выщеппяются
АААААА
Стоп-кодон
ТРАНСЛЯЦИЯ
H2N Белок СООН
Рис. 2.14. Сравнение структуры РНК — транскрнптов у прокариот и эукариот. Процессинг РНК у эукариот сопровождается выщеплеиием нитронов
Процессинг рРНК также аналогичен соответствующему процессу у прокариот. Первичный транскрипт содержит участки, отвечающие 18S-, 5,8S- и 28S-pPHK, разделенные спейсера-ми. Как и у прокариот, эти три рРНК образуются при расщеплении спейсерных последовательностей.
При изучении генов эукариот выяснилось, что они имеют мозаичную структуру. В таких «разорванных» генах кодирующие области — экзоны — чередуются с некодирующими — нитронами. Число интронов может сильно варьировать: от одного в гене актина дрожжей до нескольких десятков (17 в ге-142
не — кристаллина птиц и 50 в гене проколлагена млекопитающих). Интроны могут составлять большую часть мозаичного гена. Суммарная нуклеотидная длина интронов во много раз может превышать длину экзонов. Экзонами называют районы гена, которые кодируют участки полипептидной цеь ., также называют и районы транскриптов, входящих в состав зрелых мРНК, но не транслируются (например, лидерная область перед инициирующим кодоном).
Инициация транскрипции эукариотических генов сопровождается модификацией 5’-конца РНК с образованием специфической нуклеотидной структуры, в которой 7-метилированный остаток гуанозин-5’-трифосфата соединен 5’—5’-фосфодиэфир-ной связью с концевым нуклеотидом РНК. Это так назь/ваемый кэп (от англ. cap), который присоединяется сразу после инициации транскрипции к А или Г. Модифицированный 5’-конец обеспечивает эффективную трансляцию мРНК и удлиняет время ее жизни в клетке. Образование кэпа также способствует дальнейшему ходу процессинга.
Транскрипция экзонов и интронов сложного эукариотического гена осуществляется в порядке их расположения друг за другом (коллинеарная транскрипция), после чего вырезаются районы интронов, а экзоны сшиваются в результате процесса, называемого сплайсингом.
2.8. ТРАНСЛЯЦИЯ
Основные этапы. Трансляция — это процесс декодирования мРНК, в результате которого информация с языка последовательности оснований мРНК переводится на язык аминокислотной последовательности белка. Трансляция — процесс, хотя и матричный, но более сложный, чем репликация или транскрипция, которые происходят с использованием одного и того же языка спаривания оснований. В этом процессе согласованно взаимодействует более сотни видов макромолекул. Помимо рибосом необходимы молекулы тРНК, активирующие ферменты, растворимые факторы и мРНК-
Синтез белка осуществляется путем последовательной поликонденсации отдельных аминокислотных остатков, начиная с амино-(М)-конца полипептидной цепи в направлении к карбоксильному (С)-концу. Декодирование мРНК происходит соответственно в направлении 5’-»3’. Транскрипции предшествует активация тРНК — присоединение аминокислоты к З’-концевому аденозину молекулы тРНК с образованием ами-ноацил-тРНК- Синтез белка осуществляется в три стадии: 1)
инициация, приводящая к связыванию инициаторной тРНК с сигналом начала трансляции в мРНК, при этом инициаторная тРНК занимает P-участок рибосомы, один из двух участков связывания тРНК; 2) элонгация начинается со связывания аминоацил-тРНК с другим участком связывания на рибосоме (A-участком) с последующим образованием пептидной связи между аминогруппой второй аминоацил-тРНК и карбоксильной группой ф-метионина, связанного с инициаторной тРНК; образовавшаяся дипептидил-тРНК перемещается из А-участ-ка в P-участок, новая аминокислота связывается с освободившимся A-участком, и начинается новый цикл реакции элонгации; 3) терминация происходит тогда, когда стоп-кодон (сигнал терминации) в молекуле тРНК считывается фактором освобождения белка, что приводит к отделению завершенной полипептидной цепи от рибосомы. Ниже процесс трансляции будет описан более подробно на примере синтеза белка в клетках Е. coli, где он лучше всего изучен.
Активация тРНК. Каким образом молекула тРНК узнает «свою» аминокислоту? Существует специальный набор ферментов, так называемых аминоацил-тРНК-синтетаз, которые присоединяют аминокислоты к соответствующим молекулам тРНК-Для каждой из аминокислот имеется своя особая синтетаза: она присоединяет глицин к глициновой тРНК, валин — к вали-новой и т. д. Реакция присоединения протекает в два этапа и приводит к образованию аминоацил-тРНК (рис. 2.15). Сначала аминокислота активируется путем связывания ее карбоксильной группы непосредственно с АМФ, т. е. образуется аденили-рованная аминокислота; источником энергии для реакции аде-нилирования, в обычных условиях невыгодной в термодинамическом смысле, служит гидролиз АТФ. Оставаясь связанной с аминоацил-тРНК-синтетазой, аденилированная карбоксильная группа аминокислоты переносится затем на гидроксильную группу остатка сахара, находящуюся на З’-конце молекулы тРНК- В результате аминокислота оказывается присоединенной к тРНК сложноэфирной связью.
