Përpunimi në eukariote ndikon në të gjitha llojet e transkripteve parësore të gjeneve eukariote.

Përpunimi në eukariote

Mbulimi paraqet formimin në skajin 5" të mARN-së të një strukture të veçantë - një kapak (kapak). Mbyllja ndodh edhe para përfundimit të plotë të transkriptimit dhe mbron skajin 5" të ARN-së nga veprimi i nukleazave. Mbulimi i ARN-së kryhet me pjesëmarrje GTP (guanozinetrifosfat), nga i cili GMP transferohet në 5"-difosfatin e nukleotidit të parë të mARN.

Poliadenilimi kryhet nga enzima poli(A) polimeraza dhe çon në formimin në skajin 3" të një fragmenti oligo(A) që përmban 100 - 200 mbetje të acidit adenil në një rresht dhe i quajtur gjithashtu "bishti poli(A)". poli(A) -nënrenditje i shtohet ARN-së pasi të jetë ngjitur kapaku. Së pari, fundi 3" i ARN-së çahet nga enzimat në një pikë 10-35 ribonukleotide larg sekuencës konservative AAUAAA dhe më pas ndodh poliadenilimi i këtij skaji të molekulës së ARN-së. Bishti poli(A) gjendet pothuajse në të gjitha Organizmat eukariotikë të mARN-së, me përjashtim të transkripteve të gjeneve të histonit. Sekuenca AAUAAAA nuk gjendet në të gjitha transkriptet e ARN-së eukariote. Kjo me sa duket është për shkak të mutacioneve që parandalojnë poliadenilimin. Në mungesë të një bishti 3", transkriptet e ARN-së degradohen me shpejtësi nga enzimat.

Se. Kapaku 5" dhe bishti 3" janë jashtëzakonisht të rëndësishëm për përpunimin dhe transportin e mëtejshëm të mRNA në citoplazmë. Bishti poli(A) përcakton stabilitetin e mRNA dhe jetëgjatësinë e tij në qelizë. Për më tepër, ai nxit lirimin e mRNA nga bërthama në citoplazmë dhe është gjithashtu thelbësor për rregullimin e përkthimit.

Mekanizmat e bashkimit: autokataliza e ARN-së (Klag, 400)

Llojet e ndryshme të ARN-së bërthamore, si dhe ARN-të mtx dhe chlp, kanë mekanizmat e tyre të bashkimit.

Në varësi të specifikës së mekanizmit të bashkimit, intronet mund të ndahen në disa grupe. Tek grupi i parë Këto përfshijnë intronet që janë pjesë e transkriptit primar të rRNA, heqja e të cilave nuk kërkon komponentë shtesë. Vetë këto introne kanë aktivitetin enzimatik të nevojshëm për t'i hequr ato. Ky fakt u zbulua për herë të parë në vitin 1982 (Tomas Cech et al.) në protozoarin me flagjelë Tetrachymena. Për shkak të vetive të tyre autokatalitike, nganjëherë quhen ARN-të vetë-bashkuese ribozimet .

Procesi i vetëprerjes (autoprerje) (Fig. 145_Konichev)

(Fig. 12-12, Klag) përfaqëson dy reaksione nukleofile ose reaksione transesterifikimi, në të cilën guanozina ndërvepron me transkriptin primar dhe vepron si kofaktor. Në këtë rast, grupi 3"-hidroksil i guanozinës transferohet në nukleotidin ngjitur me skajin 5" të intronit. Në reagimin e dytë, ky grup hidroksil ndërvepron me një grup fosfat në skajin 3" të intronit të djathtë, duke rezultuar në heqjen e intronit dhe bashkimin e skajeve të dy ekzoneve ngjitur për të formuar mARN të pjekur.

Introni 26S rARN i Tetrahymena, IVS, përbëhet nga 413 nukleotide. Si rezultat i reagimit transesterifikimi pa shpenzime shtesë të energjisë, dy ekzone lidhen për të formuar 26S rARN të pjekur. Introni i prerë më pas ciklizohet. Nga përbërja e tij, një fragment që përmban 19 nukleotide lëshohet me autoklevazim me dy hapa, duke rezultuar në formimin e ARN 376 nukleotide të gjata (L -19 IVS), e cila është një enzimë e vërtetë e ARN-së. (ribozim), i cili ka veti katalitike. Kjo ribozimë ka një strukturë të qëndrueshme, ka aktivitet endonukleazë, duke copëtuar ARN të gjatë njëvargëshe dhe shfaq specifikë, duke njohur tetranukleotidet CUCU në përbërjen e substratit të sulmuar. Në strukturë intronet e tipit I janë identifikuar sekuenca karakteristike të brendshme oligopurine (në Tetrahymena kjo është sekuenca GGAGGG), e quajtur sekuencat e përshtatësve , të cilat marrin pjesë në formimin e qendrës aktive të enzimave të ARN-së dhe luajnë një rol kritik në ndarjen katalitike të ARN-së.

Ky vetë-ekscizion i introneve është karakteristik për pre-rRNA të protozoarëve të tjerë. Ky mekanizëm me sa duket funksionon edhe gjatë heqjes së introneve nga transkriptet primare të mRNA dhe tRNA në mitokondri dhe kloroplaste, të cilat kanë të bëjnë me grupi II.

Për të prerë intronet grupi i dytë kërkohen gjithashtu dy reaksione autokatalitike, por guanozina nuk kërkohet.

Studime të mëtejshme zbuluan se jo vetëm ARN të mëdha (~ 400 nukleotide në Tetrahymena dhe RNase P), por edhe oligonukleotide të shkurtra 13-20-mere që mund të sintetizohen in vitro kanë aktivitet katalitik. Ribozima të tilla filluan të quheshin minidimër . Një nga modelet e funksionimit të ribozimeve të tilla që është studiuar në detaje quhet "kokë çekiç "(Fig. 146). Struktura terciare e "kokës së çekiçit" stabilizohet nga jonet metalike dyvalente, të cilat neutralizojnë atomet e oksigjenit të ngarkuar negativisht të lidhjeve fosfodiesterike dhe njëkohësisht lidhin grupet fosfate me lidhje kovalente, e cila është thelbësore për formimin e një gjendjeje të qëndrueshme tranzicioni (enzimë-substrat komplekse). Ashtu si në rastin e katalizimit të kryer nga enzimat proteinike, ribozimet dhe substrati që sulmohet

(molekula ARN natyrale ose të prodhuara në mënyrë sintetike) formojnë një kompleks enzimë-substrat, dhe më pas një kompleks enzimë-produkt (shih Fig. 146).

Mekanizmat e lidhjes: spliceosome. (Përpunimi i MRNA në eukariote)

Në pre-ARN-të bërthamore, intronet mund të jenë deri në 20,000 nukleotide të gjata. Prandaj, heqja e tyre kërkon një mekanizëm më kompleks sesa vetë-ekscizioni (autoekscizioni). (Fig. 12-13). Sekuencat e nukleotideve në skajet e introneve në këto molekula janë të ngjashme: në skajet 5" shpesh ka një dinukleotid. (GU) GU, dhe në fundin 3" ka një dinukleotid (AG) AG. Molekulat e proteinave të veçanta lidhen me këto sekuenca dhe formojnë një kompleks të quajtur splicome. Përbërësi kryesor i spliceozomes është ribonukleoproteina të vogla bërthamore, ose snRNP, të cilat gjenden vetëm në bërthamë dhe pasurohen me mbetje uridine. Prandaj, ARN-të e vogla bërthamore shpesh emërtohen U1, U2...U6.

[Konichev, fq.292. Në bashkimin para-mARN

Në eukariotët më të lartë, përfshihen një numër proteinash, si dhe një lloj i veçantë ARN - ARN e vogël bërthamore (snARN). ARN-të e vogla bërthamore kanë sekuenca që variojnë nga 65 deri në 1000 ose më shumë nukleotide (10S-90S), të pasura me nukleotide uridyl, dhe për këtë arsye quhen edhe uRNA (Ul, U2, etj.). Në maja, janë identifikuar 25 ARN të ndryshme, te vertebrorët - 15. Në bretkosat me kthetra Xenopus laevis, një numër snARN (U3, U8, U14 dhe U22) përfshihen në përpunimin e ARN-ve ribozomale, të lidhura me rajonet kufitare të sekuencat e ndarjes (shih Fig. 143). ARN të vogla bërthamore janë identifikuar jo vetëm te vertebrorët dhe majat, por edhe te insektet dhe arkibakteret. Ata janë ndoshta një grup shumë i lashtë molekulash. Sekuenca nukleotide e të gjitha uARN-ve përkatëse

eukariotët përkojnë me më shumë se 90%, gjë që, në veçanti, vlen për njeriun dhe Drosophila U1. Konservatorizmi i lartë i strukturës së uARN-së sugjeron që bashkimi është një proces shumë i lashtë që filloi me autosplicing (shih më lart) dhe u shndërrua në bashkim me pjesëmarrjen e grimcave speciale të ribonukleoproteinës - snRNP. Gjenet e SnARN transkriptohen nga ARN polimeraza II dhe kanë lokalizime të ndryshme në gjenom: disa prej tyre janë gjene diskrete të pavarura,

duke mos pasur introne, ndërsa gjenet e snARN-ve të tjera ndodhen brenda introneve të gjeneve që kodojnë proteinat. Kështu, në Xenopus U13 është i koduar nga tre sekuenca unike të vendosura

intronet 5, 6 dhe 8 të gjeneve të proteinës së goditjes nga nxehtësia, dhe gjeni U16 ndodhet brenda intronit të proteinës ribozomale L1. Rrethana e fundit është e rëndësishme, pasi tregon se përpunimi i rRNA dhe përpunimi i mARN-së së proteinave ribozomale mund të koordinohen me pjesëmarrjen e snARN. Përveç kësaj,

sugjerojnë se snARN-të janë të afta të shërbejnë si kaperonë të ARN-së, duke marrë pjesë në ARN të palosshme, d.m.th. duke e ndihmuar atë të pranojë strukturën e nevojshme në hapësirë. ARN të vogla bërthamore janë të pranishme në bërthamë në komplekse me proteina të quajtura grimca të vogla ribonukleoproteinike (snRNP). Një përbërës i qëndrueshëm i snRNP është proteina fibrilarin, një proteinë shumë konservative strukturore me një peshë molekulare prej 34 kDa, e lokalizuar në bërthama. Një kompleks i përbërë nga snRNP të shumta që katalizon bashkimin e pro-mRNA-ve bërthamore quhet splicingosomes .]

Dihet se snARN e tipit U 1 përmban një sekuencë nukleotide homologe me skajin 5" të intronit. Çiftimi i këtyre sekuencave krijon një splicesome. Më pas bashkohet snARN e llojeve U2, U4, U5 dhe U6, fillon bashkimi. Si në rastin e introneve të grupit të parë dy reaksione transesterifikimi.Së pari Z"- grupi hidroksil i adeninës (A), i lokalizuar në intron, ndërvepron me vendin e bashkimit 5", duke prerë zinxhirin e ARN-së. Më pas disa snRNP formojnë një kompleks të ndërmjetëm dhe fillon reaksioni i dytë: fundi i lirë 5" i intronit lidhet me mbetjet e adeninës. Si rezultat, formohet një strukturë karakteristike e tipit laso, e ngjashme me lak, që përmban intronin e fshirë. Skajet e ekzoneve më pas lidhen dhe kompleksi snARN lëshon transkriptin .

[ Koniçev, f.294. Ndërveprimi i snARN-ve të ndryshëm që janë pjesë e splicingosomes me pre-mARN-në e bashkuar në vendet 5" dhe 3" i jep intronit një strukturë të ngjashme me lakun. Në këtë rast, skajet e ekzoneve afrohen më shumë, gjë që lehtësohet nga formimi i lidhjeve hidrogjenore jo-kanonike (të ndryshme nga çiftet Watson-Crick) midis dy guaninave të përfshira në vendet e bashkimit 5" dhe 3" (shih Fig. 148). Bashkimi i ekzoneve krijon një kusht për sulmin e skajit 3" të intronit nga një nukleotid adenil i vendosur afër skajit 3". Si rezultat i këputjes së lidhjes fosfodiesterike midis ekzonit 1 dhe skajit 5" të intronit, ky i fundit ndërvepron me nukleotidin adenil dhe formimi i një laku të tipit lasso në intron (shih Fig. 148_Konichev). kjo, fundi i lëshuar 3"-OH i ekzonit 1 pret vendin e bashkimit 3"-, shkëput intronin dhe, duke u lidhur me ekzonin 2, në fund formon një molekulë të pjekur (të bashkuar) mRNA. ]

Të gjitha fazat e përpunimit të mRNA ndodhin në grimcat RNP (komplekset ribonukleoproteinike).

Ndërsa pro-ARN sintetizohet, ajo menjëherë formon komplekse me proteinat bërthamore - infofers. Si në komplekset bërthamore dhe citoplazmike të mRNA me proteina ( infosome) përfshin s-ARN (ARN të vogla).

Kështu, i-ARN nuk është kurrë i lirë nga proteinat, prandaj, përgjatë gjithë rrugës deri në përfundimin e përkthimit, i-ARN mbrohet nga nukleazat. Përveç kësaj, proteinat i japin asaj konformimin e nevojshëm.

Ndërsa pro-mRNA e saposintetizuar (transkripti primar ose hRNA - ARN heterogjene bërthamore) është ende në bërthamë, ajo përpunohet dhe shndërrohet në i-ARN të pjekur përpara se të fillojë të funksionojë në citoplazmë. ARN heterogjene bërthamore kopjon të gjithë sekuencën nukleotide të ADN-së nga promotori në terminator, duke përfshirë rajone të papërkthyera. Pas kësaj, hRNA pëson transformime që sigurojnë maturimin e matricës funksionale për sintezën e zinxhirit polipeptid. Në mënyrë tipike, hRNA është disa herë (nganjëherë dhjetëra herë) më e madhe se mRNA e pjekur. Nëse hRNA përbën afërsisht 10% të gjenomit, atëherë mRNA e pjekur përbën vetëm 1-2%.

Gjatë një sërë fazash të njëpasnjëshme të përpunimit, disa fragmente që janë të panevojshme në fazat pasuese hiqen nga pro-ARN (transkripti) dhe sekuencat nukleotide redaktohen.

Kur mbulon 7-metilguanozina është ngjitur në fundin 5" të transkriptit nëpërmjet një ure trifosfati, duke i lidhur ato në një pozicion të pazakontë 5"-5", si dhe metilimi i ribozave të dy nukleotideve të para. Procesi i mbulimit fillon edhe përpara fundi i transkriptimit të molekulës pro-ARN Si formim i pro-i-ARN (edhe para nukleotidit të 30-të), guanina shtohet në fundin 5" që mbart trifosfat purine, pas së cilës ndodh metilimi.

Funksionet e grupit të kapakut:

ü rregullimi i eksportit të mARN-së nga bërthama;

ü mbrojtja e skajit 5" të transkriptit nga ekzonukleazat;

ü pjesëmarrja në fillimin e përkthimit: njohja e molekulës së mARN-së nga nënnjësi të vogla të ribozomit dhe instalimi i saktë i mARN-së në ribozom.

Poliadenilimi konsiston në lidhjen e mbetjeve të acidit adenil në skajin 3" të transkriptit, i cili kryhet nga një enzimë speciale polimerazë (A).

Kur të përfundojë sinteza e pro-ARN-së, atëherë në një distancë prej përafërsisht 20 nukleotide në drejtim të skajit 3" nga sekuenca 5"-AAUAA-3", ndodh një prerje nga një endonukleazë specifike dhe nga 30 në 300 AMP. mbetjet i shtohen skajit të ri 3" ( sintezë pa shabllon).

Ndarja [anglisht] “Splice” – lidh, bashkoj]. Pas poliadenilimit, pro-ARN i nënshtrohet heqjes së introneve. Procesi katalizohet nga spliceozomet dhe quhet bashkim. Në vitin 1978 Philip Sharp(Instituti i Teknologjisë në Masachusetts) zbuloi fenomenin e bashkimit të ARN-së.

Lidhja tregohet për shumicën e mARN-ve dhe disa tARN-ve. Ndërprerja automatike e r-ARN është gjetur në protozoa. Ndarja madje është treguar për arkeobakteret.

Nuk ka asnjë mekanizëm të vetëm bashkimi. Janë përshkruar të paktën 5 mekanizma të ndryshëm: në disa raste, bashkimi kryhet nga enzimat e maturazës, në disa raste, s-ARN përfshihet në procesin e bashkimit. Në rastin e autosplicing, procesi ndodh për shkak të strukturës terciare të pro-r-ARN.

Për mRNA të organizmave më të lartë, ekzistojnë rregulla të detyrueshme të bashkimit:

Rregulli 1 . Skajet 5" dhe 3" të intronit janë shumë konservatore: 5"(GT-intron-AG)3".

Rregulli 2 . Kur bashkohen kopjet e ekzoneve, respektohet rendi i vendndodhjes së tyre në gjen, por disa prej tyre mund të hidhen poshtë.

Saktësia e bashkimit rregullohet nga s-ARN : ARN të vogla bërthamore (snARN), të cilat kanë rajone plotësuese me skajet e introneve. snARN është komplementare me nukleotidet në skajet e introneve - lidhet përkohësisht me to, duke e tërhequr intronin në një lak. Skajet e fragmenteve koduese janë bashkuar, pas së cilës introni hiqet në mënyrë të sigurt nga zinxhiri.

③ TRANSMETIMI[nga lat. "translatio" - transferimi] konsiston në sintezën e një zinxhiri polipeptid në përputhje me informacionin e koduar në mARN. Molekula e mRNA (pas përpunimit në eukariote dhe pa përpunim në prokariote) merr pjesë në një proces tjetër matricë - transmetimet(sinteza e polipeptideve), e cila ndodh në ribozome (Fig. 58).

Ribozomet janë organelet qelizore më të vogla jo membranore dhe janë ndoshta më komplekset. Në një kafaz E. coli Ka rreth 10 3 – 5x10 3 ribozome të pranishëm. Dimensionet lineare të një ribozomi prokariotik janë 210 x 290Å. Në eukariotët - 220 x 320Å.

Ekzistojnë katër klasa ribozomesh:

1. Prokariote 70S.

2. Eukariote 80S.

3. Ribozomet e mitokondrive (55S – te kafshët, 75S – te kërpudhat).

4. Ribozomet e kloroplasteve (70S në bimët më të larta).

S - koeficienti i sedimentimit ose Svedberg konstante. Pasqyron shpejtësinë e sedimentimit të molekulave ose përbërësve të tyre gjatë centrifugimit, në varësi të konformacionit dhe peshës molekulare.

Çdo ribozom përbëhet nga 2 nënnjësi (të mëdha dhe të vogla).

Kompleksiteti rrjedh nga fakti se të gjithë elementët ribozomalë janë të pranishëm në një kopje, me përjashtim të një proteine, e cila është e pranishme në 4 kopje në nën-njësinë 50S dhe nuk mund të zëvendësohet.

rARN-të jo vetëm që shërbejnë si skela për nënnjësitë ribozomale, por gjithashtu përfshihen drejtpërdrejt në sintezën e polipeptideve.

23S r-ARN përfshihet në qendrën katalitike të peptidil transferazës, 16S r-ARN është e nevojshme për instalimin në nënnjësinë 30S të kodonit fillestar të i-ARN, 5S r-ARN është e nevojshme për orientimin e saktë të aminoacil-tRNA në ribozomi.

Të gjitha rARN-të kanë një strukturë dytësore të zhvilluar: rreth 70% e nukleotideve janë mbledhur në shirita flokësh.

rARN-të janë kryesisht të metiluara (grupi CH 3 në pozicionin e dytë të ribozës, si dhe në bazat azotike).

Rendi i grumbullimit të nënnjësive nga rARN dhe proteinat është i përcaktuar rreptësisht. Nënnjësitë që nuk janë të lidhura me njëra-tjetrën janë ribozome të disociuara. Ribozomet e bashkuara të lidhura. Lidhja kërkon jo vetëm ndryshime konformacionale, por edhe jone magnezi Mg 2+ (deri në 2x10 3 jone për ribozom). Magnezi është i nevojshëm për të kompensuar ngarkesën negative të rARN. Të gjitha reaksionet e sintezës së matricës (përsëritja, transkriptimi dhe përkthimi) shoqërohen me jonet e magnezit Mg 2+ (në një masë më të vogël, jonet e manganit Mn 2+).

Molekulat e TRNA-së janë sekuenca nukleotide relativisht të vogla (75-95 nukleotide), të lidhura në mënyrë plotësuese në zona të caktuara. Si rezultat, formohet një strukturë që i ngjan një gjetheje tërfili në formë, në të cilën dallohen dy zonat më të rëndësishme - pjesa pranuese dhe antikodoni.

Pjesë pranuese e tARN përbëhet nga 7 çifte bazash të bashkuara në mënyrë plotësuese dhe një seksion i vetëm pak më i gjatë që përfundon në skajin 3', në të cilin është ngjitur aminoacidi përkatës i transportuar.

Një rajon tjetër i rëndësishëm i tRNA është antikodoni, i përbërë nga tre nukleotide. Me këtë antikodon, t-ARN, sipas parimit të komplementaritetit, përcakton vendin e saj në mARN, duke përcaktuar kështu rendin e shtimit të aminoacidit që transporton në zinxhirin polipeptid.

Së bashku me funksionin e njohjes së saktë të një kodoni specifik në mRNA, molekula tARN lidhet dhe dërgon në vendin e sintezës së proteinave një aminoacid specifik të bashkangjitur nga enzima aminoacil-tRNA sintetazë. Kjo enzimë ka aftësinë të njohë në hapësirë, nga njëra anë, antikodonin e ARN-së dhe, nga ana tjetër, aminoacidin përkatës. ARN-të e transportit përdoren për të transportuar 20 lloje të aminoacideve.

Procesi i ndërveprimit midis mARN dhe tRNA, i cili siguron përkthimin e informacionit nga gjuha e nukleotideve në gjuhën e aminoacideve, kryhet në ribozome.

Ribozomet janë komplekse komplekse të ARN ribozomale (rARN) dhe një shumëllojshmëri proteinash. ARN ribozomale nuk është vetëm një përbërës strukturor i ribozomeve, por gjithashtu siguron lidhjen e tij me një sekuencë të veçantë nukleotide të i-ARN, duke vendosur kornizën e fillimit dhe leximit gjatë formimit të një zinxhiri peptid. Përveç kësaj, ato sigurojnë ndërveprimin e ribozomit me tARN.

Ribozomet kanë dy zona. Njëri prej tyre mban zinxhirin polipeptid në rritje, tjetri mban mARN-në. Përveç kësaj, ribozomet kanë dy vende lidhëse t-ARN. Rajoni i aminoacilit përmban një aminoacil-tRNA që mbart një aminoacid specifik. Peptidili përmban t-ARN, i cili çlirohet nga aminoacidi i tij dhe largohet nga ribozomi kur lëviz në një kodon të mARN-së.

Gjatë procesit të përkthimit, dallohen këto: fazat :

1. Faza e aktivizimit të aminoacideve . Aktivizimi i aminoacideve të lira kryhet duke përdorur enzima speciale (aminoacil-tRNA sintetaza) në prani të ATP. Çdo aminoacid ka enzimën e vet dhe tARN-në e vet.

Aminoacidi i aktivizuar bashkon tARN-në e tij për të formuar një kompleks aminoacil-tRNA (aa-tRNA). Vetëm aminoacidet e aktivizuara janë të afta të formojnë lidhje peptide dhe të formojnë zinxhirë polipeptidikë.

2. Inicimi . Fillon me bashkimin e skajit kryesor 5" të mARN-së me nën-njësinë e vogël të ribozomit të disociuar. Lidhja ndodh në atë mënyrë që kodoni fillestar (gjithmonë AUG) përfundon në vendin P "të papërfunduar". Kompleksi aa-t-ARN me ndihmën e antikodonit t-ARN (UAC) i bashkëngjitet kodonit fillestar të mRNA. Ka proteina të shumta (veçanërisht te eukariotët) - faktorët e fillimit.

Në prokariotët, kodoni fillestar kodon N-formilmetioninën, dhe tek eukariotët, kodon N-metioninën. Më pas, këto aminoacide shkëputen nga enzimat dhe nuk përfshihen në proteina. Pas formimit të kompleksit inicues, nën-njësitë bashkohen dhe "përfundojnë" vendet P- dhe A (Fig. 60).

3. Zgjatimi . Fillon me shtimin e një kompleksi të dytë aa-tRNA me një antikodon plotësues të kodonit tjetër të mARN-së në vendin A të mARN-së. Ribozomi përmban dy aminoacide, midis të cilave ndodh një lidhje peptide. TARN-ja e parë lirohet nga aminoacidi dhe largohet nga ribozomi. Ribozomi lëviz përgjatë vargut mARN me një treshe (në drejtimin 5"→3"). Aa-tARN-ja e dytë zhvendoset në vendin P, duke çliruar vendin A, i cili është i zënë nga aa-tARN-ja e tretë tjetër. Në të njëjtën mënyrë shtohen aminoacidet e 4-të, të 5-të etj., të sjella nga tARN-të e tyre.

4. Përfundimi . Përfundimi i sintezës së zinxhirit polipeptid. Ndodh kur ribozomi arrin një nga kodonet e ndalimit. Ka proteina të veçanta ( faktorët e përfundimit) që njohin këto zona.

Një molekulë mARN mund të përmbajë disa ribozome (ky formim quhet polisom), i cili lejon sintezën e disa zinxhirëve polipeptidë njëkohësisht.

Procesi i biosintezës së proteinave përfshin një numër më të madh ndërveprimesh biokimike specifike. Ai përfaqëson një proces themelor të natyrës. Pavarësisht kompleksitetit ekstrem (veçanërisht në qelizat eukariote), sinteza e një molekule proteine ​​zgjat vetëm 3-4 sekonda.

Sekuenca e aminoacideve është ndërtuar duke përdorur ARN transferuese (tRNA), të cilat formojnë komplekse me aminoacide - aminoacil-tRNA. Çdo aminoacid ka t-ARN-në e vet, e cila ka një antikodon përkatës që "përputhet" me kodonin e mARN-së. Gjatë përkthimit, ribozomi lëviz përgjatë mARN-së dhe ndërsa e bën këtë, zinxhiri polipeptid rritet. Biosinteza e proteinave sigurohet nga energjia e ATP.

Molekula e proteinës së përfunduar më pas shkëputet nga ribozomi dhe transportohet në vendndodhjen e dëshiruar në qelizë, por proteinat kërkojnë modifikim shtesë pas përkthimit për të arritur gjendjen e tyre aktive.

Biosinteza e proteinave ndodh në dy faza. Faza e parë përfshin transkriptimin dhe përpunimin e ARN-së, faza e dytë përfshin përkthimin. Gjatë transkriptimit, enzima ARN polimeraza sintetizon një molekulë ARN që është komplementare me sekuencën e gjenit përkatës (pjesë e ADN-së). Një terminator në një sekuencë nukleotide të ADN-së përcakton se në cilën pikë do të ndalet transkriptimi. Gjatë një sërë hapash të njëpasnjëshëm përpunimi, disa fragmente hiqen nga mRNA dhe sekuencat nukleotide redaktohen rrallë. Pas sintezës së ARN-së në shabllonin e ADN-së, molekulat e ARN-së transportohen në citoplazmë. Gjatë procesit të përkthimit, informacioni i regjistruar në një sekuencë nukleotide përkthehet në një sekuencë mbetjesh aminoacide.

19.ADN. Struktura, vetitë, sistemi i kodeve.

Ky është një grup procesesh që sigurojnë shndërrimin e ARN-së së sintetizuar (transkripti i ARN-së) në ARN funksionalisht aktive (ARN e pjekur), e cila mund të përdoret në sintezën e proteinave. Vetë transkriptet e ARN-së nuk janë funksionalisht aktive. Procesi është karakteristik për eukariotët.

Si rezultat i përpunimit, struktura dhe organizimi kimik i ARN-së ndryshon. Transkripti i ARN-së para formimit të ARN-së së pjekur quhet pro-ARNi(ose në varësi të llojit të ARN-së – pro-tARN, pro-rARN), d.m.th. ARN pararendëse. Pothuajse të gjitha transkriptet e ARN-së të eukariotëve dhe prokariotëve (përveç mARN-së prokariotike) i nënshtrohen përpunimit. Shndërrimi i transkriptit të ARN-së në ARN të pjekur fillon në bërthamë, kur sinteza e ARN-së nuk është ende e plotë dhe nuk është ndarë nga ADN-ja. Në varësi të mekanizmave, dallohen disa faza të maturimit të ARN-së.

Ndërveprimi i pro-mRNA me proteinën.

Metilimi i pro-mARN.

Mbulesa fundore 5'.

Poliadenilimi.

Ndarja.

Sekuenca grafike e fazave është paraqitur në figurën 58. Duhet të theksohet se në organizmat e gjallë të gjitha proceset e mësipërme ndodhin paralelisht me njëri-tjetrin.

A. Ndërveprimi i pro-mRNA me proteinën.

Tek bakteret, edhe para përfundimit të transkriptimit, fundi 5' i transkriptit lidhet menjëherë me ribozomin dhe mARN-ja përfshihet në përkthim. Prandaj, praktikisht nuk kërkohet asnjë modifikim për mRNA bakteriale. Tek eukariotët, transkripti i sintetizuar largohet nga bërthama, hyn në citoplazmë dhe aty bashkohet me ribozomin. Gjatë rrugës, ai duhet të mbrohet nga takimet aksidentale me reagentë të fortë dhe, në të njëjtën kohë, të jetë i aksesueshëm për enzimat përpunuese. Prandaj, transkripti i ARN-së ndërvepron menjëherë me proteinën ndërsa zgjatet. Një analogji është e përshtatshme këtu - transkripti i ARN-së ndodhet në proteinë sikur në një tryezë operative, fiksohet nga lidhjet kimike dhe në të njëjtën kohë vendet e modifikimit në të bëhen të arritshme. ARN-ja e lidhur me proteinën quhet ribonukleoproteinë (informozom). Në këtë formë, transkripti gjendet në bërthamë. Kur largohen nga bërthama, disa ARN vazhdojnë të qëndrojnë në lidhje me proteinën, ndërsa të tjerat largohen nga kompleksi dhe marrin pjesë në përkthim.

b. Metilimi i pro-mARN.

Më shpesh ndodh në bakteret, të cilat kanë një aparat të veçantë për mbrojtjen nga pushtuesit e huaj.

ADN (virale, fag). Ky aparat përbëhet nga një numër enzimash që presin ADN-në ose ARN-në e huaj në vende të caktuara në të cilat ndodhet një sekuencë specifike nukleotide. Enzimat quhen - enzimat kufizuese. Është e qartë se transkripti juaj i ARN-së i saposintetizuar mund të sulmohet gjithashtu nga enzimat kufizuese. Për të parandaluar që kjo të ndodhë, enzimat speciale të quajtura metilazat, metilojnë transkriptin e tyre të ARN-së në vende që mund të priten nga enzimat e tyre. Në eukariotët, transkripti i ARN-së metilohet në një masë më të vogël.

Promovuesi Terminator

Transkriptimi

Fiks pro-mRNA- Proteina

shqyer mbi ketri

Metilimi pro-mARN

Mbulim pro-mRNA

Oriz. 58. Skema e pikave kryesore të përpunimit.

V. Mbyllja e fundit të 5'.

Përbëhet nga një ndryshim kimik dhe konformues

Fundi 5' i ARN-së së sintetizuar. Mbyllja ndodh në kohën e sintezës së ARN-së, edhe para se të ndahet. Procesi përfshin bashkimin e kimikateve speciale në skajin e lirë të pro-ARN-së, të cilat ndryshojnë konformacionin e rajonit terminal. Mbyllja është e nevojshme për të filluar procesin e përkthimit.

Enzimat speciale bashkojnë GDP-në (guanosine difosfat) në skajin 5' të pro-mRNA dhe më pas e metilojnë atë.

5' pro-mARN

CH 3

KEP = GDF + CH 3

Fig.59. Struktura e kapakut në skajin 5' të pre-mRNA eukariote.

Funksionet e CEP.

Fillon sintezën e proteinave.

Mbron pro-mRNA nga prishja.

Merr pjesë në heqjen e introneve.

d. Poliadenilimi.

Ky është procesi i lidhjes së 100-200 mbetjeve të acidit adenil në skajin 3' të pro-mRNA. Këto mbetje quhen sekuenca poli-A (bishtat poli-A). Jo të gjitha pro-mARN-të i nënshtrohen poliadenilimit. Për shembull, molekulat e të gjitha llojeve të histoneve nuk përmbajnë sekuenca poli-A. Poliadenilimi mbron mRNA nga shkatërrimi.

Në zinxhirin në rritje të mARN-së ekziston një sekuencë e veçantë e nukleotideve (AAAAA). Një enzimë e veçantë (polyA polimeraza) gjen këtë kombinim të nukleotideve, pret pro-mRNA në këtë vend dhe formon një bisht poliadenilate.

Kuptimi i sekuencave poli-A:

Lehtësojnë lëshimin e mRNA nga bërthama në citoplazmë.

Mbron mRNA nga shkatërrimi.

Kohët e fundit, u zbulua një tjetër veti interesante e sekuencave poli-A - ato janë të përfshira në përfundimin e sintezës pro-mRNA. ARN polimeraza, duke formuar sekuencën AAAAAA në pro-mRNA, merr një sinjal për të përfunduar sintezën e transkriptit të ARN-së. Por sinteza nuk ndalet menjëherë. Ndalimi i plotë i saj ndodh pasi ARN polimeraza ndeshet me një sekuencë specifike nukleotide në vargun e shabllonit të ADN-së (është e ndryshme për gjene të ndryshme), e cila jep sinjalin përfundimtar për të ndaluar sintezën e ARN-së.

GTP PolyA - sekuenca

rararararararara-ON

CH 3

CEP = GTP + CH 3

Oriz. 60. Struktura e CEP në skajin 5' të pro-mRNA eukariote dhe sekuenca poliadenilate në skajin 3' të pro-mRNA.

d. Ndarja.

NË Transkripti i ARN-së përmban një numër të caktuar sekuencash nukleotide që ishin të nevojshme për përfundimin me sukses të përkthimit dhe modifikimin e mëvonshëm të transkriptit (mbulim, poliadenilim, etj.). Për të kryer rolin kryesor të ARN-së në citoplazmë - përkthimin, këto sekuenca jo vetëm që nuk do të kenë asnjë rëndësi funksionale, por mund të ndërhyjnë në rrjedhën normale të sintezës së proteinave. Prandaj, qeliza ka një mekanizëm për lirimin e transkriptit primar nga një numër sekuencash që nuk janë kritike në përkthim.

Këto sekuenca përfshijnë kryesisht introne.

Gjeni nga i cili u transkriptua pro-mRNA përmban sekuenca koduese dhe jokoduese. Sekuencat koduese të një gjeni përcaktojnë aminoacidet dhe sekuencën e tyre në proteinë. Sekuencat jo-koduese nuk e kanë këtë veti. Sekuencat koduese dhe jokoduese alternohen në një gjen dhe numri i tyre varet nga gjenet individuale. Transkripti primar përmban gjithashtu sekuenca koduese dhe jokoduese. Ky organizim i gjeneve dhe pro-ARN-së është karakteristik për eukariotët. Sekuencat jo-koduese të pro-mRNA quhen introne, dhe kodimi - ekzonet. Gjatësia e introneve mund të jetë nga 50 në 12,000 nukleotide. Gjeni fillon dhe

përfundon me një ekzon. Struktura e ndërprerë e gjenit është karakteristikë për shumicën e eukariotëve. Intronet mund të përmbajnë të gjitha llojet e ARN-së - mARN, tARN, rARN.

I gjithë grupi i ekzoneve (proteinat koduese) në gjenomin e njeriut zë vetëm 1,1 - 1,4%. Gjeni mesatar i njeriut përmban 9 introne. Ndërsa thjeshtojmë

organizimi i organizmave, madhësia totale e ekzoneve të tyre rritet (për shembull, në bakteret është 86%).

Një kompleks shumëkomponent merr pjesë në heqjen e introneve nga transkripti i ARN-së dhe qepjen së bashku të ekzoneve të mbetura. Përbërësit kryesorë të tij janë ARN të vogla bërthamore (snARN) dhe proteinat enzimë.

Kompleksi në tërësi quhet ribonukleoproteina të vogla bërthamore, snRNP, osespliosome . Vetë procesi është mjaft kompleks dhe përbëhet nga disa faza (shih Fig. 58).

1. Formimispliosomet . Fragmentet e proteinës dhe snARN-së janë ngjitur në fillim dhe në fund të intronit (Fig. 56, E) duke formuar një spliosome. (Fig. 56, D) Ngjitja e kompleksit snRNP (Fig. 56, E).

Eksoni 1 Intron Eksoni 2

Një lak

intron e hequr

Oriz. 61. Skema e bashkimit (shpjegimi në tekst).

Afrimi i ekzoneve fqinje për shkak të formimit të një laku intron. Prerja në kufirin ekzon-intron dhe bashkimi i ekzoneve ngjitur (të parë dhe të dytë) (Fig. 56, B).

Heqja dhe shkatërrimi i lakut dhe spliosomes (Fig. 56, D, G).

Duhet të theksohet se nëse introni dëmtohet (mutohet), bashkimi mund të mos përfundojë, introni mund të mos hiqet dhe produkti i përfunduar - mRNA - do të mbajë sekuenca nukleotide që janë të pazakonta për të. Është e qartë se kjo mund të çojë në ndërprerjen e përkthimit dhe përjashtimin e një proteine ​​të caktuar nga metabolizmi

e. Ndarja alternative.

Ky lloj bashkimi ndodh kur i njëjti gjen shprehet në inde të ndryshme.

Thelbi i tij është se i njëjti rajon gjeni në inde të ndryshme mund të veprojë si një intron dhe një ekzon. Kjo çon në formimin e mRNA të ndryshme, të cilat kodojnë proteina me aktivitete të ndryshme enzimatike.

Kështu sintetizohet hormoni kalcitonin në qelizat e gjëndrës tiroide. Ai pengon lirimin e kalciumit nga kockat. Gjeni që kontrollon sintezën e kalciumit

Gjeni që kontrollon kalcitoninën

e dhe e dhe e dhe e dhe e dhe e

1 2 3 4 5 6

e dhe e dhe e dhe e dhe e dhe e

pro-ARNi

1 2 3 4 5 6

Në gjëndrën tiroide Në qelizat e trurit

mARN

1 2 3 4 1 2 3 5 6

Kalcitonin Proteina e ngjashme me kalcitoninën

Fig.62. Ndarja alternative e kalcitoninës dhe proteinave të ngjashme me kalcitonin.

citonina, përbëhet nga 6 ekzone, transkripti primar i këtij gjeni (pro-mRNA) gjithashtu përbëhet nga 6 ekzone (Fig. 62). Nga transkripti primar, formohet një mARN e pjekur që përmban 4 ekzone - 1,2,3,4. Eksonet #5 dhe 6 u lexuan si introne dhe u prenë. Kalcitonina sintetizohet në bazë të kësaj ARN. Në qelizat e trurit, nga një transkript primar që përmban 6 ekzone, formohet një mARN e pjekur, e përbërë nga 5 ekzone - 1,2,3,5,6. Eksoni i katërt u nda si një intron. Kjo mARN kontrollon sintezën e proteinës së ngjashme me kalcitonin, e cila është përgjegjëse për perceptimin e shijes.

Një tjetër gjenIkari(emërtuar sipas Icarus-it legjendar) është në gjendje të sigurojë sintezën e 6 polipeptideve të ndryshme përmes bashkimit alternativ. Për më tepër, polipeptidet formojnë midis tyre në një qelizë rreth 20 grupe të ndryshme të polipeptideve të njëjta ose të ndryshme.

Ndërprerja e mekanizmit të bashkimit mund të çojë në gjendje patologjike, të cilat quhen kolektivisht talasemia. Këto përfshijnë sëmundje që lidhen me shtypjen e pjesshme ose të plotë të sintezës së një prej zinxhirëve të hemoglobinës (zinxhirët α- ose β). Për shembull, sëmundjet që lidhen me mungesën e sintezës së zinxhirit β të hemoglobinës mund të lindin si rezultat i mutacioneve në dy seksione të gjenit që kodon zinxhirin β - në vendin përgjegjës për poliadenilimin dhe në një nga intronet. Në rastin e parë, procesi i formimit të bishtit poliadenilate prishet dhe formohet një zinxhir β hemoglobinës jo i plotë. Në rastin e dytë, spliozoma nuk është në gjendje të heqë intronin e dëmtuar dhe mARN-ja e pjekur e zinxhirit β të hemoglobinës nuk është formuar. Në çdo rast, funksioni normal i qelizave të kuqe të gjakut do të dëmtohet ndjeshëm.

MZ. Përpunimi (ose maturimi i ARN-së) është procesi i shndërrimit të ARN-së joaktive të saposintetizuar (pro-mRNA) në ARN funksionalisht aktive. Procesi shoqërohet me modifikime strukturore dhe kimike të pro-mRNA. Ndodh në bërthamë derisa ARN të lëshohet në citoplazmë. Ai përbëhet nga disa faza: ngjitja e pro-mRNA me një proteinë, metilimi i disa bazave, shënjimi i njërit prej skajeve, poliadenilimi i skajit tjetër (të kundërt), heqja e introneve dhe qepja e ekzoneve. Dy proceset e fundit quhen bashkim.

Pyetje për provime.

1. Si i përcaktojnë enzimat shumicën e vendeve ku ka dëmtim të molekulës së ADN-së?

PËRGJIGJE. Në shumicën e rasteve, denatyrimi lokal ndodh në vendin e dëmtimit të molekulës së ADN-së. Përcaktohet nga enzimat.

2. Çfarë ndodh në vendin e dëmtimit të molekulës së ADN-së?

PËRGJIGJE. Denatyrimi lokal ndodh në vendin e dëmtimit.

3. Mbi çfarë baze enzimat riparuese rivendosin sekuencën e kërkuar të nukleotideve në vendin e dëmtimit të një vargu të ADN-së?

PËRGJIGJE. Bazuar në parimin e komplementaritetit me nukleotidet e rajonit të kundërt të vargut të ADN-së.

4. Mbi çfarë baze ADN polimeraza plotëson saktë boshllëqet në vargun e dëmtuar të ADN-së me nukleotide?

PËRGJIGJE. Bazuar në parimin e komplementaritetit të nukleotideve të vargut të ndërtuar me nukleotidet e vargut të kundërt.

5. Çfarë lloj riparimi kryhet nga një enzimë që aktivizohet nga një foton?

PËRGJIGJE. Fotoreaktivizimi.

6. Cila enzimë kryen riparimin duke përdorur energjinë diellore?

PËRGJIGJE. Fotoliaza.

Cila enzimë është e përfshirë drejtpërdrejt në sintezën e molekulës së ARN-së?

PËRGJIGJE. ARN polimeraza e varur nga ADN ose ARN polimeraza.

Listoni periudhat e transkriptimit.

PËRGJIGJE. Fillimi, zgjatja, përfundimi.

Nga cilat komponentë përbëhet kompleksi i inicimit gjatë transkriptimit?

PËRGJIGJE. Nga një proteinë e veçantë e depozituar në promotor, ARN polimeraza dhe faktorët e transkriptimit.

9. Si quhet pjesa e ADN-së ku formohet kompleksi inicues gjatë transkriptimit?

PËRGJIGJE. Në promotor.

10. Si quhet sekuenca nukleotidike te prokariotët, e cila përcaktohet nga një proteinë e veçantë e depozituar në promotor gjatë fillimit të transkriptimit?

PËRGJIGJE. blloku Pribnov.

11. Si quhet sekuenca nukleotidike te eukariotët, e cila përcaktohet nga një proteinë e veçantë e depozituar në promotor gjatë fillimit të transkriptimit?

PËRGJIGJE. kuti TATA.

12. Ku ndodhet blloku Pribnow në molekulën e ADN-së te prokariotët?

PËRGJIGJE. Në promotor.

13. Ku në molekulën e ADN-së ndodhet kutia TATA tek eukariotët?

PËRGJIGJE. Në promotor.

14. Si quhet kompleksi enzimatik që formon syrin e transkriptimit?

PËRGJIGJE. Kompleksi i inicimit.

15. Si quhet pjesa e molekulës së ADN-së nga e cila fillon sinteza e ARN-së?

PËRGJIGJE. Pika e fillimit, vendi i fillimit të transkriptimit.

16. Emërtoni nukleotidet që ndodhen në terminator dhe mundësisht të marrin pjesë në përfundimin e transkriptimit.

PËRGJIGJE. G, C.

17. Emërtoni strukturën dytësore në terminator, e cila mund të përfshihet në përfundimin e transkriptimit,

PËRGJIGJE. Shtresë flokësh.

18. Cilat janë emrat e kodoneve të vendosura në terminator dhe mundësisht të përfshirë në përfundimin e transkriptimit?

PËRGJIGJE. Kodone të pakuptimta (të pakuptimta).

Është procesi i konvertimit të një transkripti (pre-mRNA e prodhuar nga transkriptimi) në mARN të pjekur të përshtatshme për përkthim. Fazat e përpunimit:

1) Kapak
Një kapak i përbërë nga guaninë e modifikuar është ngjitur në fundin 5" të transkriptit.

2) Poliadelacioni
Nga 100 deri në 200 nukleotide adenine shtohen në fundin 3" të transkriptit.

3) Bashkim
Ky është procesi i prerjes së pjesëve të nevojshme nga transkripti dhe ngjitjes së tyre së bashku. Në eukariotët, një mesatare prej 5/6 e gjatësisë së një transkripti hidhet poshtë.

MARN e pjekur përbëhet nga 5 seksione:

1) kapak e nevojshme për

• eksporti i mARN-së nga bërthama;
• parandalimi i shkatërrimit të skajit 5" të mARN-së si rezultat i veprimit të ekzonukleazave;
• nisja e transmetimit.

2) 5"-NTO(rajoni i papërkthyer) kodon frekuencën e transmetimit. Represorët ose aktivizuesit mund të ngjiten në UTR 5", duke ndryshuar aftësinë e kësaj mRNA për t'u lidhur me ribozomin.

3) Rajoni kodues- bëhet një transmetim prej tij. Fillon me kodonin fillestar AUG dhe përfundon me një nga tre kodonet e ndalimit.

4) 3"-NTO kodon shpejtësinë e shkatërrimit të një mARN të caktuar nga nukleazat. Represorët ose aktivizuesit mund të ngjiten në 3"-UTR, duke ndryshuar shkallën e shkatërrimit.

5) Poli-Aështë gjithashtu përgjegjëse për jetëgjatësinë e mARN-së në citoplazmë.