grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Жизнь молекул РНК

Краткое описание: 
Библиографическая ссылка для цитирования: Сазонов В.Ф. Жизнь молекул РНК [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2022: [сайт]. Дата обновления: 17.10.2022. URL: http://kineziolog.su/content/zhizn-molekul-rnk (дата обращения: __.__.20___). __________________________Жизнь молекул РНК - это раздел молекулярной биологии, изучающий строение, функционирование и поведение молекул РНК в процессе жизнедеятельности организмов и биологических систем.

Определение понятия РНК

РНК - рибонуклеиновые кислоты, которые являются информационным шаблоном для синтеза белков, а также обеспечивают этот синтез.

РНК значительно более гидрофильны по сравнению с ДНК (за счет замены дезоксирибозы на рибозу), поэтому они более подвижны и могут относительно свободно перемещаться в клетке. Однако благодаря этому же свойству гидрофильности РНК очень нестабильна. Она намного хуже, чем ДНК, хранится (даже внутри клетки) и деградирует при малейшей перемене условий (температура, рН). Кроме собственной химической нестабильности, большой вклад в разрушение РНК вносят рибонуклеазы (или РНКазы). Это специальные расщепляющие РНК ферменты. Вот они-то как раз очень стабильны и «вездесущи» — даже кожа рук биолога-экспериментатора содержит достаточное количество этих ферментов, чтобы исказить весь эксперимент с исследованием РНК. Из-за этого работать с РНК оказывается намного сложнее, чем с белками или с ДНК (ДНК вообще может храниться в лаборатории сотни тысяч лет практически без повреждений).

Молекулы РНК не однородны по своим функциям и строению в отличие от молекул ДНК.

Виды РНК

  1. пре-РНК (=первичный транскрипт, =гетерогенная ядерная РНК) - молекула РНК, которая синтезировалась на соответствующем "матричном" участке ДНК в результате транскрипции.
  2. Зрелая РНК - преобразованный первичный транскрипт, прошедший созревание в ядре в виде процессинга.
  3. м-РНК (=матричная, =информационная) - молекула РНК, которая используется в роли "информационного шаблона" (=матрицы) для синтеза на ней молекулы белка.
  4. р-РНК (=рибосомная) - молекула РНК, являющаяся основой малой или большой субъединицы рибосомы.
  5. т-РНК (=транспортная) - молекула РНК, связывающая родственную ей молекулу аминокислоты и транспортирующая её к рибосоме для включения в белковую молекулу строящегося белка.
  6. sn-РНК (=малая ядерная) - молекула РНК, которая удаляет интроны и ферментативно соединяет экзоны в мРНК во время процессинга РНК в ядре.
  7. sno-PHK (=малая ядрышковая РНК) - молекула РНК, которая участвует в направлении или проведении модификаций оснований в рРНК и малой ядерной РНК, таких, как, например, метилирование и псевдоуридинизация. Большинство малых ядрышковых РНК находятся в интронах других генов.
  8. srp-PHK (=сигналраспознающая РНК) - молекула РНК, которая распознаёт сигнальную последовательность белков, предназначенных для экспрессии, и участвует в их переносе через цитоплазматическую мембрану.
  9. s-РНК, mi-РНК (=микроРНК) - мелкая двухцепочечная молекула РНК, образовавшаяся из первичного транскрипта в результате процессинга и участвующая во внутриклеточной хеморегуляции. Она контролирует трансляцию структурных генов путём комплементарного связывания с 3'-концами нетранслируемых участков иРНК Подробнее

Строение РНК

Зрелая матричная РНК включает в себя несколько областей с различной функциональной ролью:

  1. На 5'-конце находится "колпачок" (=шапочка, =кэп) - участок из одного-четырех модифицированных нуклеотидов. Такая структура защищает 5'-конец м-РНК от нападения ферментов-эндонуклеаз.
  2. За "колпачком" идёт 5'-нетранслируемая область - последовательность из нескольких десятков нуклеотидов. Она комплементрана одному из отделов той р-РНК, которая входит в малую субъединицу рибосомы. За счет этого она служит местом для первичного связывания м-РНК с рибосомой, но сама не транслируется в процессе синтеза белка этой рибосомой.
  3. Инициирующий кодон АУГ, кодирующий метионин. Во всех м-РНК инициирующий кодон одинаков. С него начинается трансляция (считывание) м-РНК. Если после синтеза пептидной цепи оказывается, что метионин в начале данного белка не нужен, то он, как правило, отщепляется с N-конца этой пептидной цепи.
  4. За инициирующим кодоном следует кодирующая часть, которая содержит информацию о последовательности аминокислот в белке. У эукариот зрелые м-РНК являются моноцистронными, т.е. каждая из них несет информацию о структуре только одной полипептидной цепи. Другое дело, что иногда в результате процессинга белка его пептидная цепь вскоре после образования на рибосоме разрезается на несколько более мелких цепей. Так бывает, например, при синтезе инсулина и целого ряда олигопептидных гормонов. Кодирующая часть зрелой м-РНК эукариот лишена интронов — каких-либо вставочных некодирующих последовательностей. Иными словами, имеется непрерывная последовательность смысловых кодонов, которая должна читаться в направлении 5' —>3'.
  5. По окончании кодирующей части находится кодон терминации — один из трёх "бессмысленных" кодонов: УАА, УАГ или УГА (см. табл. генетического кода).
  6. За этим кодоном может следовать еще 3'-нетранслируемый участок, значительно превышающий по длине 5’-нетранслируемую область.
  7. Наконец, почти все зрелые мРНК эукариот (кроме гистоновых мРНК) на 3'-конце содержат "хвост" - поли(А)-фрагмент из 150-200 одинаковых адениловых нуклеотидов.
  8. Первым нуклеотидом в РНК всегда является один из пуринов в форме трифосфата.

 Жизнь РНК

Прокариоты

Продолжительность жизни цистронных участков мРНК, ответственных за синтез одного белка, у бактерий очень мала: они существуют всего-то в пределах 2-3 минут, после чего разрушаются.

Эукариоты

У эукариот продолжительность полужизни мРНК в клетке составляет от 10 минут до 2 суток (48 часов). Причём короткоживущими обычно бывают мРНК регуляторных белков. Это оправдано, т.к. повышает скорость изменения регуляторных сигналов при необходимости.

Основные этапы жизни РНК

1. Рождение - транскрипция. Видео

2. Созревание - процессинг.

3. Работа - трансляция. Видео

4. Смерть - деградация. Перейти

Клеточные РНК-полимеразы (РНКП) способны катализировать реакцию пирофосфоролиза, Кроме этого, они обладают эндонужлеазной активностью, которая существенно стимулируется в присутствии белковых факторов ОгеА и GreB у прокариот (Boiukhov et al., 1993) и TFHS у эукариот (Reines, 1992; Izban and Luse, 1992). Предполагается, что эцдонухлеазное расщепление РНК осуществляется в том же активном центре, что и реакции полимеризации и пирофосфоролиза. Для эукариотнческой РНКП D описана также экзонукдеазная активность, которая как и эндонуклеазная стимулируется белковым фактором TFI1S (Wang and Hawley, 1993). Была показано, что фактор* стимулируемая экзонуклеазная активность РНКП II играет важную роль в процессе коррекции синтеза РНК гл vitro (Thomas et al., 1998). (https://earthpapers.net/nukleotid-zavisimaya-degradatsiya-nukleinovyh-ki...)

 

Передача информации между ДНК и РНК в виде транскрипции РНК на ДНК и обратной транскрипции ДНК на РНК, т.е. перенесение информации на новый химический носитель без искажений, происходит на основе общего генетического кода и комплементарности азотистых оснований нуклеотидов.

Видео: Транскрипция и трансляция

 Транскрипция

Транскрипция ("переписывание") - это матричный синтез молекулы РНК на участке ДНК на основе комплементарности между ДНК-нуклеотидами и РНК-нуклеотидами.

В результате получается РНК-копия транскрибируемого участка ДНК, имеющего направление от 3' к 5' концу. Эта первичная копия назввается пре-РНК (=первичный транскрипт). Субстратом и одновременно источником энергии для синтеза РНК являются активированные дополнительными фосфатными остатками рибонуклеозидтрифосфаты (НТФ: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ).

Участок ДНК, подлежащий транскрипции, называется транскриптоном. Он начинается промотором, а заканчивается терминатором.

Промотор - это специфический участок (сайт) ДНК, с которым связывается фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза и начинает синтез РНК.

Терминатор - это участок (сайт) ДНК, на котором завершается синтез РНК.

Процесс транскрипции управляется специальными белками - "факторами транскрипции".

Факторы транскрипции (транскрипционные факторы) — это белки́, контролирующие процесс синтеза мРНК на матрице ДНК (транскрипцию) путём связывания со специфичными для них участками ДНК. Ключевой частью таких белков является один или несколько ДНК-связывающих доменов, способных присоединяться к соответствующим участкам ДНК. Факторы транскрипции или облегчают связывание РНК-полимеразы с ДНК (это активаторы), или затрудняют (это репрессоры).

Если различные вспомогательные белки участвуют в экспрессии гена, но не имеют ДНК-связывающих доменов, то их не относят к факторам транскрипции. Это, например, коактиваторы, гистонацетилазы, киназы, метилазы.

У прокариот синтез всех видов РНК осуществляется одним и тем же ферментом - ДНК-зависимой РНК-полимеразой.
У эукариот имеется одновременно несколько видов РНК-полимераз в клетке: 3 ядерные РНК-полимеразы, митохондриальные РНК-полимеразы, хлоропластные РНК-полимеразы.
Повторим, что субстратами для РНК-полимераз служат рибонуклеозид-три-фосфаты - активированные нуклеотиды. Весь процесс транскрипции осуществляется за счёт энергии макроэргических связей этих актвированных нуклеотидов.

Принципы транскрипции

  1. Комплементарность - mRNA комплементарна матричной цепи ДНК и аналогична кодирующей цепи ДНК.
  2. Антипараллельность.
  3. Униполярность.
  4. Беззатравочность - РНК-полимераза не требует праймера для начала своей деятельности.
  5. Асимметричность.


Стадии транскрипции

  1. Распознавание промотора и связывание - РНК-полимераза связывается с ТАТА-боксом 3’-промотора при помощи основных факторов транскрипции, дополнительные факторы ингибируют или стимулируют её присоединение
  2. Инициация - образование первой фосфодиэфирной связи между Pu и первым нуклеотидом. К пуринтрифосфату присоединяется нуклеотид комплементарный второму нуклеотиду ДНК с отщеплением пирофосфата от нуклеозидтрифосфата с образованием диэфирной связи.
  3. Элонгация ( 3’→5’) - мРНК, гомологичная нематричной (=кодирующей, =смысловой) цепи ДНК, синтезируется на матричной ДНК; какая из двух цепей ДНК будет служить матрицей для данной синтезирующейся РНК, определяется направлением промотора.
  4. Терминация - завершение транскрипции (синтеза РНК на цепи ДНК).

Видеолекция: Регуляция транскрипции

 

Видео: Эпигенетическая регуляция

 

Инициация транскрипции

Транскрипция начинается с того, что регуляторный белок распознаёт на ДНК свою мишень - определённый участок ДНК - и связывается с ним. Именно регуляторный белок должен запустить экспрессию определённого гена в нужный момент времени, а для этого необходимо начать его транскрипцию. Регуляторный белок играет роль указателя (метки) для привлечения остальных транскрипционных факторов именно к данному участку ДНК.

Затем с промотором связывается ТАТА-связывающий белок и активирует промотор гена. ТАТА - это та последовательность нуклеотидов в ДНК, на которую реагирует домен этого белка, т.е. последовательность "тимин-аденин-тимин-аденин". Этот участок ДНК называют также "ТАТА-бокс". Активированный ТАТА-связывающим белком промотор затем легко связывается с РНК-полимеразой. РНК-полимераза, связанная с промотором, легко связывается со следующими факторами инициации, которые раскручивают один виток спирали ДНК. Таким образом, цепь ДНК становится доступной для работы РНК-полимеразы.

Видео: ТАТА-связывающий белок

=

Видео: Транскрипция

Видео: Транскрипция у эукариот  Комплекс транскрипции и энхансеры

Видео: Транскрипция (оригинал тут)


2.2. Регуляция транскрипции. Видео: Регуляция транскрипции

Видео: Работа факторов транскрипции


 

2.3.
2.4.

3. Преобразование транскрибированной молекулы РНК в рабочую форму (процессинг). Виды рабочих РНК

3.1. Процессинг. Видео: Процессинг РНК Процессинг РНК у эукариот Процессинг
3.2. Сплайсинг. Видео: Сплайсинг РНК

Видео: Сплайсинг РНК анимация

3.3.

4. Механизмы деятельности различных видов РНК

4.1. Информационные (матричные) мРНК.

Видео: Интерференция РНК

Функциональные виды РНК

1. Первичный транскрипт (=преРНК).

2. Информационная иРНК (=матричная РНК, =мРНК).

3. Рибосомальная рРНК.
4. Транспортная тРНК.

5. Ядерная яРНК.

6. МикроРНК

Трансляция

Трансляция - это перенесение биологической информации с РНК в другую химическую форму – полипептидную, т.е. матричный синтез белка на матрице РНК.

По смыслу слова, трансляция - это перевод с одного "химического языка" на другой, переход с "нуклеотидных букв" на "аминокислотные буквы".

Трансляция. Видео: Трансляция просто

Видео: Трансляция белка

Видео: Трансляция - синтез белка на иРНК (оригинал тут)

Видео: Бактериальная рибосома синтезирует белок

Видео: Белок синтезируется прямо в ЭПР (эндоплазматический ретикулум)

5.2.
5.3.

Прикрепленный файлРазмер
PDF icon Транскрипция у про- и эукариот1.36 МБ
Ваша оценка: 
2.555555
Средняя: 2.6 (9 проголосовавших)