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).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РОЛИ НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ

История изучения нуклеиновых кислот начинается с 1869 г., когда швейцарский химик Ф.Мишер обнаружил в клеточном ядре осо­бые вещества, обладающие свойствами кислот. Он дал им название нуклеиновых кислот (от лат. пис1еиз — ядро). В опытах английского бактериолога Ф.Гриффитса (1928) была продемонстрирована способность пневмококков к трансформации, было выдвинуто предположение о том, что «транс­формирующий агент», отождествляемый с «веществом наследствен­ности», находится в ядре. Суть эксперимента Гриффитса заключа­лась в следующем. При введении мышам непатогенных штаммов пневмококков (рис. 1.) животные не заболевали (Б). При введе­нии патогенных штаммов мыши гибли (А), однако при введении патогенных микробов, убитых нагреванием, мыши оставались здо­ровыми (В). Гриффитс показал, что при одновременном введении живых непатогенных и убитых патогенных микробов мыши погибали (Г). Гриффитс заключил, что живые микробы непатогенного штамма в присутствии клеток штамма патогенного приобретают наследственно закрепленные свойства патогенности (трансформируются). В последующем было доказано, что трансформация происходит не только в живом организме, но и in vitro, т.е. в пробирке. Следующее замечательное открытие принадлежит О. Эвери, К.МакЛеод и М.МакКарти, которые в 1944 г. точно определили химическую природу «трансформирующего агента» и идентифицировали его как дезоксирибонуклеиновую кислоту. Чистая ДНК, выделенная из клеток патогенного штамма, при добавлении в кулътуру непатогенных клеток

Рис. 1. Схема эксперимента Ф. Гриффитса.

трансформировала последние, придавая им свойства патогенности. Это новое свойство передавалось при дальнейшем размножении. При обработке трансформирующе­го агента специфическими веществами, разрушающими ДНК, трансформация не осуществлялась. Таким образом, было получе­но прямое доказательство генетической роли ДНК. Еще одним шагом в доказательстве генетической роли нуклеиновой кислоты является открытие правила эквивалентности, согласно которому в ДНК, выделенных из организмов различных видов, соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований всегда одно и то же и составляет 1:1. Второе доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации получили Н. Зиндер и Дж. Ледерберг. В 1952 г. они описали явление трансдукции. Они взяли U-образную трубку, между коленами которой находился антибактериальный фильтр. В одно колено поместили бактерии, способные синтезировать триптофан лизогенным бактериофагом, а в другое – триптофан не синтезирующий штамм. Через некоторое время в первом колене погибли все бактерии, а во втором штамм неспособный к синтезу триптофана получил эту способность. То есть произошла трасдукция – способность бактериофагов переносить фрагменты ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать соответствующие свойства. К началу 50-х гг. было получено множество данных (на различ­ных объектах), свидетельствующих об универсальности ДНК как носителя генетической информации. Вирусы, как было сказано ранее, имеют относительно простое строение: они состоят из бел­ковой оболочки, содержащей атомы серы, и заключенной внутри нее молекулы нуклеиновой кислоты, содержащей атомы фосфора. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз проводили эксперименты с бактерио­фагом Т2 — особым видом вируса, убивающим зараженную бакте­риальную клетку (отсюда и название «бактериофаг», т.е. пожира­тель бактерии). Бактериофаг, проникая в кишечную палочку, быстро в ней размножается. Экспериментаторы размножали бактериофаги в клетках Е. coli, которые росли на двух различных средах: на среде, содержащей радиоактивный изо­топ серы (³⁵S), и на среде, содержащей радиоактивный изотоп фосфора (³²Р). Фаги, которые размножились на клетках, выросших на среде с радиоактивным изотопом серы, включали ³⁵S только в свои белковые оболочки. Фаги, размножившиеся на клетках, ко­торые выросли на среде с радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную ³²Р. Затем полученными бактериофагами заража­ли клетки Е. соli, выращенные на обычной среде. Через короткое время эти клетки интенсивно встряхивали, чтобы отделить бакте­риофаги от стенок Е. coli. Затем делали анализ бактерии на наличие радиоактивности. Оказалось, что бактерии, зараженные фагами, выросшими на ³⁵S, не содержали радиоактивной метки, в то вре­мя как бактерии, зараженные фагами, размножившимися на ³²Р, были радиоактивными. Полученные результаты позволили авторам сделать два принципиальных вывода: 1) в бактериальную клетку проникает только фаговая ДНК, которая, размножаясь в клетке Е. соli, дает начало многочисленному потомству; 2) наследствен­ным материалом является ДНК, которая определяет не только струк­туру и свойства ДНК потомства, но и свойства фаговых белков. В 1953 г. Дж.Уотсон и Ф. Крик на основании результатов рентгеноструктурного анализа и биохимических данных предложили про­странственную модель структуры ДНК, объясняющую все ее свой­ства. Согласно предложенной модели молекула ДНК состоит из двух комплементарных (соответствующих) нитей. М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсервативный механизм репликации (удвоения) ДНК. Выяснение структуры и функции нуклеиновых кислот позво­лило понять, каким образом живые организмы воспроизводят себя и как осуществляются кодирование генетической информации, ее хранение и реализация, необходимые для протекания всех жизненных процессов. К настоящему времени существенным образом обогащены знания о структуре и функции ДНК, значительно расширены возможности для исследований. Было обнаружено, что ДНК может как повреждаться, так и восстанавливаться, что молекулы ДНК мо­гут обмениваться друг с другом частями, закручиваться и раскру­чиваться. Было показано, что ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а также сама способна синтезироваться в процессе обратной транскрипции с РНК. ДНК функционирует не только в ядре, но и в митохондриях. В настоящее время исследователи способны опре­делять последовательность нуклеиновых оснований в ДНК и осу­ществлять ее синтез.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Жакоб и Моно, изучая влияние мутаций на проявление трех бактериальных генов, контролирующих синтез трех ферментов, необходимых для расщепления сахара лактозы, доказали существование двух различных генетических систем. Одна система состоит из структурных генов, каждая из которых определяет структуру фермента или другого белка (три структурных гена лактозной области кодируют последовательность аминокислот в трех ферментах – бета-галоктозидазе, пермеазе, ацетилазе). Другую генетическую систему образуют гены регуляторы(например ген репрессора), ответственные за включение и выключение структурных генов, так что соответствую-щие белки синтезируются или не синтезируются. На первом рисунке показана система регуляции биосинтеза по типу индукции. Отсутствие в клетке лактозы приводит к тому, что белок репрессор соединяется с оператором оперона и синтез ферментов для расщеп-ления лактозы не идет (рис. А). При появлении лактозы белок репрессор соединяется с ней и оператор открыт для синтеза информации о нужных ферментах (рис.Б).

Регуляция по типу репрессии. Этот механизм отличается от индукции только одной деталь: белок репрессор неактивен, поэтому он соединяется с продуктом, который должен достичь критической концентрации. В этом случае, активизируется комплекс: продукт + белок репрессор соединяется с оператором и закрывает ферменты, которые отвечают за синтез самого продукта.

Дата добавления: 2015-06-04