Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002, страница 9

Все они играют важную роль в процессе расшифровки генетической информации. Синтез РН К на ДН К-матрице назы- Ряс.3.9. Схематическое взобра- жеяиетранскрипцикл Стрелкой указано ее няпраы|ение. ДНК„РНК и сянтез белка 35 вается транскрипцией. У большинства прокариот транскрипция всех РНК осуществляется с помощью одной и той же РНК-полимеразы.

У эукариот мРНК, рРНК и тРН К транскрибируются разными РНК-полнмеразами. Транскрипция во многом сходна с репликацией. Матрицей при синтезе РНК служит опрелеленный участок одной из цепей ДНК. РНК-полимераза копирует этот участок, последовательно соединяя друг с другом с помощью 3 — 5'-фосфодиэфнрных связей рибонуклеотиды в соответствии с правилом комплементарности (рис. 3.9). В ходе транскрипции новосинтезнрованная молекула РНК отсоеднняется от ДНК, н двойная спираль ДНК восстанавливается.

Чтобы обеспечить транскрипцию только отдельных сегментов ДНК, должны существовать некие сигнальные последовательности, указывающие, где начинается (инициируется) транскрипция и где она останавливаегся (терминируется). Сигнал инициации обычно располагается перед кодируюшей последовательностью, а сигнал терминации — вслед за ней.

Участок ДНК, предшествующий транскрибируемому гену, называется 5 -фланкирующей последовательностькп а расположенный за ним — 3 -фланкирующей. С молекулярной точки зрения ген представляет собой спепифическую нуклеогилную последовательность, транскрибируемую в РНК. Подавляющее большинство транскрибируемых последовательностей ДНК составляют так называемые сзруктурные гены, на которых синтезируются мРНК.

Конечным продуктом структурного гена является белок. У прокариот структурный ген представляет собой непрерывный участок молекулы ДНК. Транскрипция начинается со связывания РНК-полимеразы с промотором, и далее последовательно копируется весь структурный ген (кодирующая область) от первого нуклеотида до последнего с образованием функциональной мРНК (рис. 3.10). У эукари- 3б ГЛАВА 3 днк мГНК Тр«всляпмя Егсло к дик Преп«есин« к« Первичный трап«клинт ! 2 3 4 5 Функциопелмс«я мРНК Ьеяок от большинство структурных генов состоит из нескольких дискретных кодирующих областей (экзонов), разделенных некоднрующнми областями (интронами).

По завершении транскрипции эукариотического структурного гена интроны вырезаются из первичного продукта транскрипции с помощью ферментов, а экзоны ошиваются друг с другом «торец в торси» (сплайсинг) с образованием функциональной мРНК (рис. 3.11 и 3.12). Обычно длина экзонов составляет от 150 до 200 нуклеотидов, а длина ннтронов варьирует от 40 до 10 000 нуклеотидов. Очень не- Рис. 3ЛО. Схематическое изображение прокариетичсского струкгурного гена.

Указаны прометор (р), сайт инипицип транскрипции и ее направление (горизонтальная стрелка), область терминации транскриппип, узнаваемая РНК-полимеразой (г). Сначала на ДНК как на матрице синтезируется мРНК (транскрипция), а затем осуществляется синтез белковой цепи (трансляция). многие эукариотические структурные гены вообще не имекгг интронов.

Иногда сплайсинг мРНК может проходить по альтернативному варианту. Например, в одной ткани функциональная мРНК может образовываться в результате соединения всех экзонов первичного транскрипта, а в другой какой-то экзон будет вырезан вместе с фланкирующими его интронами и образуется другая функциональная мРНК. Благодаря альтернативному сплайсннгу в разных тканях могут образовываться разные продукты одного и того же структурного гена (рис.

3.13). Рис. 3.Н. Схематическое изображение зукаряогячсского структурного гена. Указаны промотор (р), сайт инициапии транскрипции и се направление (горизонтальная стрелка), область терминации транскрипции, узнаваемая РНК-полимсразой (Г). 1 — 5 — зкзоны, а — д — интроны. Псрвичныи транскрипт содержит ро(у(А)-«хлест» на 3 -коппс и метилированный нуклсстид С («кзп«) па 5- конце. После транскрипции интронгя из первичного транскрипза вырезаются (процессинг).

и на образовавп|ейся функциональной РНК синтезируется белковая молекула (трансляция). ДНК, РНК н сикгез белка 37 . Экзсв'3. Экзон.2 Интрон а дпк 'Зкзои 1 Иггпюн а Перзнчяый транскрнгн ь:Экааг 1 ' ' ° ЭКзьнсдг: Э)о 1'3 Функцаоназьнан мРНК Рис. ЗЛ2. Снлайсинг первичного транскрипта у эукариот.

Угловыми стрелками указаны места соединении эк- зонов 1, 2 и 3 после удаления антропов а н Ь. Экзен3 . Энтон.1, Интрон а дик Интрон а Перенчннй транскрнггг ФУнкциональная мРНК Рис. 3.13. Алыернативный сплайсинг первичного транскрипта у эукариот. Стрелкаьгн указаны места соедине- ния экюнов после удаления антропов. Экзон 2, фланкирусмый' интронами 1 и 2, вырезается из первичного транскрипта, а экзоны ! и 3 соединяются с образованием фунюгнонально активной мРНК. В активно функционирующей клетке примерно 3 — 5% суммарной РНК приходится на долю мРНК, 90% — на долю рРНК и 4% — на долю тРНК. мРНК может быль представлена десятками различных типов молекул, а рРНК— всего двумя типами. Более крупная рРНК <%разует с белками рибонуклеопротеидный комплекс, называемый большой рибосомной субъединицей, а рРНК меныпего размера комплекс, называемый малой рибосомной субъединицей.

Во время синтеза белков субъединипы обьединяются с образованием рибосо- мы. У эукариот обе рибосомные субьединицы крупнее, чем у прокариот. Помимо тысяч рибосом, в клетке, активно синтезирующей белки, содерхсатся до 60 различных видов тРН К. тРНК вЂ” это линейная одноцепочечная молекула длиной от 75 до 93 нуклеотидов. В ней имеется несколько взаимнокомплементарных участков, спаривающихся между собой (рис. З.о), а вся молекула укладывается в пространстве с образованием структуры, напоминающей букву Е (рис. 3.

14). С помощью специфических ферментов (аминоацил-тРНК вЂ” синтетаз) к 3 -концу тРНК 38 ГЛАВА 3 мРНК Малая рнбосо» субьслиннц нагорная тРНКгм мм шая омная пивца Трансляция Комплекс явнцваци Рнс. ЗЛ4. Конформацня тРНК, «нагруженной» амнно- кислотой. Штриховой прямоугольник — антнкодон. присоединяется соответствующая аминокислота.

Так, фермент аргинил-тРНК вЂ” синтетаза присоединяет к молекуле тРНК'м аминокислоту аргинин, Для каждой из двадцати аминокислот, из которых состоят все белки, существует по крайней мере одна специфическая тРНК. На другом конце молекулы тРНК расположена последовательность из трех нуклеотидов, которая называе.п:я антикодоном. Она распознает спепифическнй кодон в мРНК н определяет, какая именно аминокислота будет присоединена к растущей полипептидной цепи. Трансляция осуществляется при участии мРН К, разных тРНК, «нагруженных» соответствующими аминокислотами, рибосом и множества белковых факторов, обеспечивающих инициацию, элонгацию и терминацию синтеза полипептидной цепи. Трансляция в прокариотических клетках инициируется формилметиониновой тРНК, которая так и называется — инициаторная тРН К При участии белковых факторов антикодон 3'-(зАС-5" инициаторной тРНКьн" ((Ме( — модифицированный метионин, аминогруппа которого формилирована) связывается с кодоном 5 -А()Сз-3' мРНК, образующей комплекс с малой рибосомной субъединицей.

Никакая другая тРН К соединиться с этим комплексом не может. В симо очередь связывание мРНК с малой рибосомной субъединицей осуществляется посредством образования нуклеотидных пар межлу после- довательностью примерно из восьми нуклеотндов (последовательность Шайна — Дальгарно), которая расположена вблизи 5 -конца мРНК, и комплементарной 3'-концевой последовательностью рРНК, связанной с малой рибосомной субьсдиницей. К комплексу (Ме(-тРНКгмм-мРНК-малая Рнс. ЗЛ5.

Инициация трансляции в прокарнотнческой клетке. Последовательность Шайна — Дальгарно (Ш вЂ” Д), находящаяся вблизи 5 -конца мРНК, связывается с комплементарной 3 -концевой последовательностью рРНК, образующей комплекс с малой рнбосомной субъеднннцей. Антнкодон (г)Ас) нннцнаторной (МеытРНКпям спаривается со старткодоном (А()С) мРНК. К образовавшемуся комплексу прнсоелннястся большая рнбосомная субъедпннца, н образуется комплекс нннцнацнн. Амине~руопа метноннна, связанного с нннцнаторной тРНК, формнлнрована (С НО) (на рисунке не изображено).

После трансляции формнлметноннн о.оцепляется от белковой цспв. ДНК, РНК и синтез белка 39 с)бъединипа присоединяется большая субъединица, и образуется инициаторный комплекс (комплекс инициации) (рис. 3.15). У эукариот трансляция инициируется связыванием специфической «нагруженной» инициаторной тРН К (Мег-тРНКм") и факторов инициации с малой рибосомной субъединицей. Затем мРНК присоединяется своим 5 -концом к комплексу тРНК вЂ” малая рибосомная субъединица, и комплекс продвигается по мРНК до старт-колона (А(1С). Далее антикодон ()АС инициаторной Мог-тРНКм" спаривается с кодоном А(1Сг мРНК.