Maturarea (prelucrarea ARN). Prelucrare, îmbinare

Este procesul de conversie a unui transcript (pre-ARNm produs prin transcripție) în ARNm matur adecvat pentru traducere. Etape de procesare:

1) Plafonare
Un capac constând din guanină modificată este atașat la capătul de 5" al transcrierii.

2) Poliadelatie
De la 100 la 200 de nucleotide de adenină sunt adăugate la capătul de 3" al transcriptului.

3) Îmbinare
Acesta este procesul de tăiere a secțiunilor necesare din transcriere și de lipire a acestora. La eucariote, o medie de 5/6 din lungimea unei transcriere este aruncată.

ARNm matur este format din 5 secțiuni:

1) Cap necesar pentru

• exportul de ARNm din nucleu;
• prevenirea distrugerii capătului 5" al ARNm ca rezultat al acțiunii exonucleazelor;
• iniţierea difuzării.

2) 5"-NTO(regiune netradusă) codifică frecvența de difuzare. Represorii sau activatorii pot fi atașați la 5’-UTR, schimbând capacitatea acestui ARNm de a se lega de ribozom.

3) Regiunea de codificare- din el se face o difuzare. Începe cu codonul de pornire AUG și se termină cu unul dintre cei trei codoni de oprire.

4) 3"-NTO codifică viteza de distrugere a unui ARNm dat de către nucleaze. Represoare sau activatoare pot fi atașate la 3"-UTR, schimbând rata de distrugere.

5) Poli-A este, de asemenea, responsabil pentru durata de viață a ARNm în citoplasmă.

Prelucrare- Aceasta este etapa de formare a moleculelor de ARN funcțional active din transcrierile inițiale. Procesarea este considerată ca modificări post-transcripționale ale ARN, caracteristice eucariotelor. (La procariote, procesele de transcripție și traducere a ARNm au loc aproape simultan. Acest tip de ARN nu suferă procesare în ei.)

Ca rezultat al prelucrării, transcriptele ARN primare sunt convertite în ARN-uri maturi. Din moment ce sunt mai multe diverse tipuri ARN, atunci fiecare dintre ele are propriile modificări.

Procesarea ARN-ului mesager

În secțiunile de ADN care codifică structura proteinei, se formează un precursor al ARN-ului mesager (pre-ARNm). Pre-ARNm copiază întreaga secvență de nucleotide ADN de la promotor la terminatorul transcriptului. Adică, include regiuni terminale netraduse (5" și 3"), introni și exoni.

Prelucrarea pre-ARNm implică acoperire, poliadănicililare, despicare, precum și alte procese (metilare, editare).

Plafonare- aceasta este adăugarea de 7-metil-GTP (7-metilguanozin trifosfat) la capătul de 5" al ARN, precum și metilarea ribozei primelor două nucleotide.

Ca rezultat, se formează o așa-numită „pălărie” (șapcă). Funcția de limitare este asociată cu inițierea difuzării. Datorită acesteia, regiunea inițială a ARNm este atașată de ribozom. Capacul protejează, de asemenea, transcriptul de acțiunea distructivă a ribonucleazelor și îndeplinește o serie de funcții în splicing.

Ca urmare poliadanicilaţie o regiune poliadenilat (poli-A) lungă de aproximativ 100-200 de nucleotide (conținând adenină) este atașată la capătul de 3" al ARN. Aceste reacții sunt efectuate de enzima poli-A polimeraza. Semnalul pentru poliadenilare este secvența AAUAAACA la capătul de 3". La situsul -CA, molecula de ARNm este tăiată.

Poly-A protejează molecula de ARN de degradarea enzimatică.

Capsularea și poliadenilarea apar în timpul transcripției. Capacul se formează imediat după ce capătul de 5" al ARN-ului sintetizat este eliberat din ARN polimerază, iar poli-A se formează imediat după terminarea transcripției.

Îmbinare reprezintă excizia intronilor și unirea exonilor. Exonii pot fi conectați în moduri diferite. Astfel, dintr-un singur transcript pot fi formate diferite ARNm. Îmbinarea ARN-ului mesager implică ARN-uri nucleare mici, care au regiuni complementare capetelor intronilor și se leagă de acestea. Pe lângă snRNA, în splicing sunt implicate diverse proteine. Toate împreună (proteinele și ARNsn) formează un complex de nucleoproteine ​​- spliceosome.

După procesare, ARNm devine mai scurt decât predecesorul său, uneori de zeci de ori.

Procesarea altor tipuri de ARN

În timpul prelucrării moleculelor ribozomale şi ARN de transport acoperirea și poliadenilarea nu au loc. Modificările acestor tipuri de ARN apar nu numai la eucariote, ci și la procariote.

Trei tipuri de ARN ribozomal eucariot se formează ca rezultat al scindării unui transcript (ARN 45S).

Procesarea unui număr de ARN-uri de transfer poate implica, de asemenea, scindarea unui transcript, alte ARNt sunt produse fără scindare. O caracteristică a procesării ARNt este că molecula de ARN trece printr-un lanț lung de modificări de nucleotide: metilare, deaminare etc.

TERMINAREA

ARN polimeraza se va opri când ajunge la codoni stop. Cu ajutorul factorului de terminare a proteinei, așa-numitul factor ρ (greacă ρ - „rho”), enzima și molecula de ARN sintetizată, care este transcrierea primară, precursorul ARNm sau ARNt sau ARNr.

ROCESSING ARN

Imediat după sinteză, transcriptele ARN primare, din diverse motive, nu au încă activitate, sunt „imature” și ulterior suferă o serie de modificări numite procesare. La eucariote, toate tipurile de pre-ARN sunt procesate la procariote, sunt procesați doar ARNr și precursori de ARNt.

PRELUCRAREA MRNA PREDECESORULUI

La transcrierea secțiunilor de ADN care poartă informații despre proteine, se formează ARN-uri nucleare eterogene, mult mai mari ca dimensiune decât ARNm. Faptul este că, datorită structurii mozaic a genelor, acești ARN eterogene includ informații (exoni)

Şi neinformativ ( introni) regiuni.

1. Splicing (ing. splice - pentru a lipi cap la capăt) este un proces special în care, cu participarea ARN-urilor nucleare mici, intronii sunt îndepărtați și exonii sunt conservați.

2. Capping (capping în engleză – hat) – apare în timpul transcripției. Procesul constă în adăugarea carbonului 5" N7-metil-guanozină la 5"-trifosfat al nucleotidei terminale a pre-ARNm.

„Capacul” este necesar pentru a proteja molecula de ARN de exonucleazele care lucrează de la capătul 5”, precum și pentru legarea ARNm la ribozom și pentru începutul translației.

3. Poliadenilare– cu ajutorul poliadenilat polimerazei folosind molecule de ATP, de la capătul de 3" al ARN-ului sunt atașate de la 100 la 200 de adenil nucleotide, formând o coadă poli(A). Coada poli(A) este necesară pentru a proteja molecula de ARN de exonucleaze lucrează cu 3 "-end.

PRELUCRAREA PREDECESORULUI RRNA

Precursorii ARNr sunt molecule mai mari în comparație cu ARNr-urile mature. Maturarea lor se reduce la tăierea ARN-ului preribozomal în forme mai mici, care sunt direct implicate în formarea ribozomului. Eucariotele au ARNr 5S, 5.8S, 18S și 28S. În acest caz, ARNr-ul 5S este sintetizat separat, iar ARN-ul mare preribozomal 45S este scindat de nucleaze specifice pentru a forma

ARNr 5,8S, ARNr 18S și ARNr 28S.

U La procariote, moleculele de ARN ribozomal au proprietăți complet diferite(5S-, 16S-

23S-ARNr), care este baza pentru invenția și utilizarea unui număr de antibiotice în medicină

P PRECEDORUL ROCESSING T ARN

1. Formare la capătul de 3" al secvenței C-C-A. Pentru asta, unii pre-ARNt de la capătul de 3". nucleotidele în exces sunt îndepărtate până când tripletul este „expus” C-C-A, pentru alții, se adaugă această secvență.

2. Formarea buclei anticodonului are loc prin splicing și îndepărtarea unui intron din partea de mijloc a pre-ARNt.

3. Modificarea nucleotidelorîn moleculă prin dezaminare, metilare, reducere. De exemplu, formarea pseudouridinei și dihidrouridinei.

Această etapă distinge punerea în aplicare a celor existente informatii geneticeîn celule precum eucariote și procariote.

Interpretarea acestui concept

Tradus din engleză, acest termen înseamnă „procesare, procesare”. Procesarea este procesul de producere a moleculelor mature de acid ribonucleic din pre-ARN. Cu alte cuvinte, acesta este un set de reacții care duc la transformarea produselor de transcripție primare (pre-ARN diferite tipuri) în molecule deja funcționale.

În ceea ce privește procesarea r- și ARNt, cel mai adesea se reduce la tăierea fragmentelor inutile de la capetele moleculelor. Dacă vorbim despre ARNm, atunci se poate observa că la eucariote acest proces are loc într-o manieră în mai multe etape.

Așadar, după ce am aflat deja că procesarea este transformarea unui transcript primar într-o moleculă de ARN matur, merită să trecem la analiza caracteristicilor sale.

Principalele caracteristici ale conceptului luat în considerare

Acestea includ următoarele:

• modificarea atât a capetelor moleculei, cât și a ARN-ului, în timpul căreia le sunt atașate secvențe de nucleotide specifice, indicând locul începutului (sfârșitului) translației;
• splicing-ul este tăierea secvențelor de acid ribonucleic neinformative care corespund intronilor ADN.

În ceea ce privește procariotele, ARNm-ul lor nu este supus procesării. Are capacitatea de a funcționa imediat după finalizarea sintezei.

Unde are loc procesul în cauză?

În orice organism, procesarea ARN are loc în nucleu. Se efectuează prin enzime speciale (un grup dintre ele) pentru fiecare tip individual de moleculă. Produsele de traducere, cum ar fi polipeptidele care sunt citite direct din ARNm pot fi, de asemenea, procesate. Așa-numitele molecule precursoare ale majorității proteinelor - colagen, imunoglobuline, enzime digestive, unii hormoni - suferă aceste modificări, după care începe funcționarea lor efectivă în organism.

Am aflat deja că procesarea este procesul de formare a ARN-ului matur din pre-ARN. Acum merită să ne aprofundăm în natura acidului ribonucleic în sine.

ARN: natură chimică

Este un copolimer de ribonucleotide de pirimidină și purină, care sunt conectate între ele, la fel ca în ADN, prin punți 3’ - 5’ fosfodiester.

Deși aceste două tipuri de molecule sunt similare, ele diferă în mai multe moduri.

Caracteristici distinctive ale ARN și ADN-ului

În primul rând, acidul ribonucleic are un reziduu de carbon, care este adiacent pirimidinei și baze purinice, grupările fosfat sunt riboză, în timp ce în ADN este 2’-dezoxiriboză.

În al doilea rând, componentele pirimidinice sunt, de asemenea, diferite. Componente similare sunt nucleotidele adeninei, citozinei și guaninei. ARN-ul conține uracil în loc de timină.

În al treilea rând, ARN-ul are o structură cu 1 catenă, iar ADN-ul este o moleculă cu 2 catene. Dar în lanțul de acid ribonucleic există regiuni cu polaritate opusă (secvență complementară), datorită cărora lanțul său unic este capabil să se plieze și să formeze „agrafe de păr” - structuri dotate cu caracteristici elicoidale 2 (așa cum se arată în figura de mai sus).

În al patrulea rând, datorită faptului că ARN-ul este un singur lanț care este complementar doar unuia dintre lanțurile ADN, guanina nu trebuie să fie prezentă în el în același conținut ca citozina și adenina - asemănătoare uracilului.

În al cincilea rând, ARN-ul poate fi hidrolizat cu alcali la diesteri 2', 3'-ciclici ai mononucleotidelor. Rolul produsului intermediar în hidroliză este jucat de 2’, 3’, 5-triester, care este incapabil de formare pentru ADN în timpul unui proces similar din cauza absenței grupărilor 2’-hidroxil. În comparație cu ADN-ul, labilitatea alcalină a acidului ribonucleic este proprietate utilă atât în ​​scop diagnostic, cât și în scop analitic.

Această secvență este complementară lanțului de gene (codificare) din care se „citește” ARN-ul. Din cauza acestei proprietăți, molecula de acid ribonucleic se poate lega în mod specific la catena codificatoare, dar nu este capabilă să facă acest lucru cu catena ADN necodificatoare. Secvența de ARN, cu excepția înlocuirii lui T cu U, este similară cu cea a catenei necodante a genei.

Tipuri de ARN

Aproape toți sunt implicați într-un astfel de proces, cum sunt cunoscute următoarele tipuri de ARN:

1. Șablon (ARNm). Acestea sunt molecule de acid ribonucleic citoplasmatic care servesc drept modele pentru sinteza proteinelor.
2. Ribozomal (ARNr). Aceasta este o moleculă de ARN citoplasmatic care joacă rolul unor componente structurale precum ribozomii (organele implicate în sinteza proteinelor).
3. Transport (ARNt). Acestea sunt molecule care participă la traducerea (traducerea) informațiilor ARNm într-o secvență de aminoacizi deja în proteine.

O parte semnificativă a ARN sub formă de prime transcrieri, care se formează inclusiv în celulele de mamifere, este supusă degradării în nucleu și nu joacă un rol informațional sau structural în citoplasmă.

În celulele umane (cultivate) s-a găsit o clasă de acizi ribonucleici nucleari mici care nu sunt direct implicați în sinteza proteinelor, dar au un impact asupra procesării ARN-ului, precum și asupra „arhitecturii” celulare generale. Dimensiunile lor variază, conțin 90 - 300 de nucleotide.

Acid ribonucleic - bazic material geneticîntr-o serie de virusuri vegetale și animale. Unii virusuri ARN nu trec niciodată prin stadiul ARN la ADN. Dar totuși, mulți viruși de origine animală, de exemplu retrovirusurile, sunt caracterizați prin translația inversă a genomului lor ARN, dirijată de transcriptază inversă dependentă de ARN (ADN polimerază) cu formarea unei copii ADN cu 2 catene. În cele mai multe cazuri, transcrierea ADN-ului 2-catenar emergent este încorporată în genom, asigurând ulterior expresia genelor virale și producerea de noi copii ale genomului ARN (de asemenea viral).

Modificări post-transcripționale ale acidului ribonucleic

Moleculele sale, sintetizate cu ARN polimeraze, sunt întotdeauna inactive funcțional și acționează ca precursori, și anume pre-ARN. Ele sunt transformate în molecule deja mature numai după ce suferă modificările corespunzătoare post-transcripționale ale ARN-ului - etapele maturizării acestuia.

Formarea ARNm-urilor mature începe în timpul sintezei ARN-ului și a polimerazei II în stadiul de alungire. Deja la capătul 5’ al catenei de ARN cu creștere treptată, GTP este atașat de capătul 5’, apoi ortofosfatul este scindat. Guanina este apoi metilată pentru a forma 7-metil-GTP. Acest grup special găsit în ARNm se numește „cap” (cap).

În funcție de tipul de ARN (ribozomal, de transport, șablon etc.), precursorii suferă diverse modificări secvențiale. De exemplu, precursorii ARNm suferă splicing, metilare, acoperire, poliadenilare și, uneori, editare.

Eucariote: caracteristici generale

Celula eucariotă acționează ca un domeniu al organismelor vii și conține nucleul. Cu excepția bacteriilor, arheilor, orice organisme este nucleară. Plantele, ciupercile, animalele, inclusiv un grup de organisme numite protisti, sunt toate organisme eucariote. Ele pot fi fie unicelulare, fie multicelulare, dar toate plan general structura celulara. Este în general acceptat că aceste organisme foarte diferite au aceeași origine, motiv pentru care grupul nuclear este perceput ca un taxon monofiletic de cel mai înalt rang.

Pe baza ipotezelor comune, eucariotele au apărut acum 1,5 - 2 miliarde de ani. Un rol important în evoluția lor este acordat simbiogenezei - simbioza unei celule eucariote care avea un nucleu, capabil de fagocitoză, și bacteriilor înghițite de acesta - precursorii plastidelor și mitocondriilor.

Procariote: caracteristici generale

Acestea sunt organisme vii cu 1 celulă care nu au un nucleu (format) și alte organite membranare (interne). Singura moleculă circulară mare de ADN cu 2 catene care conține cea mai mare parte a materialului genetic al celulei este cea care nu formează un complex cu proteinele histonelor.

Procariotele includ arheile și bacteriile, inclusiv cianobacteriile. Descendenții celulelor fără nucleu sunt organele eucariote - plastide, mitocondrii. Ele sunt împărțite în 2 taxoni în rangul domeniului: Archaea și Bacteria.

Aceste celule nu au înveliș nuclear; ambalarea ADN-ului are loc fără implicarea histonelor. Tipul lor de hrănire este osmotrofic, iar materialul genetic este reprezentat de unul care este închis într-un inel și există doar 1 replicon. Procariotele au încă organele care au o structură membranară.

Diferența dintre eucariote și procariote

Caracteristica fundamentală a celulelor eucariote este asociată cu prezența în ele a aparatului genetic, care este situat în nucleu, unde este protejat de o membrană. ADN-ul lor este liniar, asociat cu proteine ​​histone, alte proteine ​​cromozomiale care sunt absente în bacterii. De regulă, ele conțin 2 faze nucleare. Unul are un set haploid de cromozomi, iar ulterior fuzionarea, 2 celule haploide formează unul diploid, care conține deja un al 2-lea set de cromozomi. De asemenea, se întâmplă ca, odată cu diviziunea ulterioară, celula să devină din nou haploidă. Acest fel ciclu de viață, precum și diploiditatea în general, nu sunt caracteristice procariotelor.

Cea mai interesantă diferență este prezența organelelor speciale la eucariote, care au propriul aparat genetic și se reproduc prin diviziune. Aceste structuri sunt înconjurate de o membrană. Aceste organite sunt plastide și mitocondrii. În ceea ce privește activitatea și structura lor de viață, ele sunt surprinzător de asemănătoare cu bacteriile. Această circumstanță i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că sunt descendenți ai organismelor bacteriene care au intrat în simbioză cu eucariotele.

Procariotele au un număr mic de organite, dintre care niciunul nu este înconjurat de o a doua membrană. Le lipsesc reticulul endoplasmatic și lizozomii.

O altă diferență importantă între eucariote și procariote este prezența fenomenului de endocitoză la eucariote, inclusiv fagocitoza în majoritatea grupurilor. Aceasta din urmă este capacitatea de a capta, prin închiderea într-o veziculă membranară, și apoi de a digera diverse particule solide. Acest proces asigură cea mai importantă funcție de protecție a organismului. Apariția fagocitozei se datorează probabil faptului că celulele lor sunt de dimensiuni medii. Organismele procariote sunt disproporționat mai mici, motiv pentru care în timpul evoluției eucariotelor a apărut o nevoie asociată cu furnizarea celulei cu o cantitate semnificativă de hrană. Drept urmare, printre ei au apărut primii prădători mobili.

Procesarea ca una dintre etapele biosintezei proteinelor

Aceasta este a doua etapă, care începe după transcriere. Procesarea proteinelor are loc numai la eucariote. Aceasta este maturarea ARNm. Pentru a fi precis, aceasta este eliminarea regiunilor care nu codifică o proteină și adăugarea de controale.

Concluzie

Acest articol descrie ce este prelucrarea (biologia). De asemenea, explică ce este ARN-ul, tipurile și modificările post-transcripționale sunt enumerate. Considerat caracteristici distinctive eucariote și procariote.

În cele din urmă, merită amintit că procesarea este procesul de formare a ARN-ului matur din pre-ARN.

Se numește plafonarea și poliadenilarea ARNm procesare ( modificare post-transcripțională).

Limitare:

Se adaugă un reziduu la capătul de 5" al tuturor ARNm-urilor eucariote în timpul procesării. 7-metilguanozină cu educația legătură unică cu fosfodiester de 5" à 5".. Această nucleotidă suplimentară se numește capac sau capac.

Funcții capac :

1. protejează ARN-ul de exonucleaze

2. ajută la legarea moleculei de ARNm de ribozom.

Poliadenilare:

Capătul de 3" este de asemenea modificat imediat după finalizarea transcripției. O enzimă specială este poliadenilat polimerază se leagă de la 20 la 250 de resturi de acid adenilic (poli(A)) la capătul de 3" al fiecărui transcript de ARN. Poliadenilat polimeraza recunoaște o secvență specifică AAUAAA, scindează un mic fragment de 11-30 de nucleotide din transcriptul primar și apoi atașează o secvență poli(A). Este în general acceptat că o astfel de „coadă” contribuie la procesarea ulterioară a ARN-ului și la exportul moleculelor mature de ARNm din nucleu.

Pe măsură ce ARNm participă la procesele de translație, lungimea fragmentului poliA scade. 30 de adenil nucleotide sunt considerate critice pentru stabilitate.

Întregul set de transcrieri nucleare ale ARN polimerazei II este cunoscut ca ARN nuclear heterogen(ARNhn).

Toate cele 3 clase de ARN sunt transcrise din gene care conțin intronii(zone neinformative) și exonii(secțiuni de ADN care poartă informații). Secvențele codificate de intronii de ADN trebuie îndepărtate din transcriptul primar înainte ca ARN-ul să devină activ biologic. Procesul de eliminare a copiilor secvențelor intrronice este numit Splicing ARN.

Splicing-ul ARN este catalizat complexe de proteine ​​cu ARN, cunoscut ca „particule mici de ribonucleoproteină nucleară”(snRNP, particule ribonucleice nucleare mici englezești, snRNP). Astfel de ARN catalitici se numesc ribozime.

Funcțiile intronilor:

protejați partea funcțional activă a genomului celular de efectele dăunătoare ale factorilor chimici sau fizici (radiații)

· permite utilizarea așa-numitului îmbinare alternativă crește diversitatea genetică a genomului fără a crește numărul de gene.

Îmbinare alternativă:

Ca urmare a modificărilor în distribuția exonilor unui transcript în timpul îmbinării, apar ARN-uri diferite și, în consecință, proteine ​​diferite.

Sunt deja cunoscute peste 40 de gene ale căror transcrieri sunt supuse splicing-ului alternativ. De exemplu, transcriptul genei calcitoninei, ca rezultat al splicing-ului alternativ, produce ARN, care servește ca șablon pentru sinteza calcitoninei (în glanda tiroidă) sau a unei proteine ​​​​specifice responsabilă de percepția gustului (în creier). Transcriptul genei α-tropomiozinei suferă un splicing alternativ și mai complex. Au fost identificate cel puțin 8 ARNm de tropomiozină diferite derivate dintr-o singură transcriere (a se vedea figura)

33 . Schema generala biosinteza proteinelor - premise necesare:

Fluxul informațional - schemă de transmitere a informațiilor (dogma centrală biologie moleculară). Replicarea și transcripția ADN-ului - enzime, mecanism. Transcrierea inversă, rolul revertazelor. Procesarea și splicingul ARNm. Caracteristică cod genetic, codon, anticodon.

Diferența dintre biosinteza proteinelor și biosinteza altor molecule:

· Nu există corespondență între numărul de monomeri din matrice și din produsul de reacție (4 nucleotide - 20 aminoacizi)

· Nu există complementaritate între ARNm (șablon) și lanțul peptidic al proteinei (produs).

Schema generală a biosintezei proteinelor - condiții preliminare necesare:

· fluxul de informații(transfer de informații de la ADN la ARN la proteină)

· curgere de plastic(aminoacizi, ARNm, ARNt, enzime)

· fluxul de energie(macroergii ATP, GTP, UTP, CTP)