Регуляция транскрипции у прокариот.

Транскрипция у прокариот регулируется преимущественно на стадии инициации и связана с деятельностью регуляторных белков – активаторов и репрессоров транскрипции.

ПРОЦЕССИНГ РНК

Образующиеся в результате транскрипции первичные РНК-транскрипты поначалу далеко не всегда представляют собой функ­ционально активные молекулы РНК. Прежде чем стать таковыми, они, как правило, должны претерпеть ряд модификаций которые и превращают их в зрелые РНК, пригодные к выполне­нию соответствующих функций. Этот процесс посттранскрипци­онной модификации первичных транскриптов (РНК-предше­ственников) называется процессингом и носит достаточно специ­фический характер в отношении разных видов РНК у про- и эукариот.

Процессинг у прокариот имеет весьма ограниченный характер, тогда как у эукариот он представляет собой достаточно тонко орга­низованный процесс, непосредственно влияющий на регуляцию экспрессии генетического материала в дифференцированных клет­ках высших организмов. Наиболее детально изучен процессинг мРНК эукариот, который включает три главных момента: сплай­синг, кэпирование 5'-конца и полиаденилирование 3'-конца пер­вичных транскриптов.

Сплайсинг (от англ. splice — соединять концы) состоит в выре­зании из пре-мРНК некодирующих областей — интронов — и сши­вании кодирующих структуру белка участков — экзонов. Различа­ют несколько различных механизмов сплайсинга.

Кэпи­рование представляет собой образование на 5'-конце мРНК осо­бой структуры — кэпа (шапочки). Кэпирование проис­ходит вскоре после начала синтеза мРНК и осуществляется с уча­стием GTP, из состава которого GMP переносится на 5'-дифосфат первого нуклеотида мРНК.

Полиаденилирование осуществляет­ся ферментом поли(А)-полимеразой и приводит к образованию на 3'-конце олиго(А)-фрагмента, содержащего 100 — 200 остатков адениловой кислоты подряд и называемого также «поли(А)-хвостом». Поли(А)-хвост определяет стабильность мРНК и время ее жизни в клетке. Кроме того, у эукариот поли(А)-хвост возможно способствует выходу мРНК из ядра в цитоплазму, а также существен для регуляции трансляции мРНК.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Большинство белков эукариотической клетки синтезируется в цитоплазме (за исключением белков митохондрий и хлоропластов).

Белки синтезируются из 20 разных аминокислот, и последовательность оснований мРНК определяет последовательность аминокислот в белке. Каждая аминокислота в мРНК «записывается» в виде триплетных азотистых оснований, называемых кодоном. Четыре различных основания могут образовать 64 триплета. Три кодона были зарезервированы в качестве стоп-сигналов, указывающих белок-синтезирующему аппарату, что синтез белка завершен. Эти 3 триплета (UAA, UGA, UAG) не кодируют аминокислот.

Если в результате мутации стоп-сигнал появится в кодирующей области мРНК, белок-продукт данного гена образовываться не будет. Если бы таких стоп-триплетов было больше, то мутации, приводящие к остановке синтеза белков, встречались бы гораздо чаще. Все оставшиеся (числом 61) триплеты кодируют аминокислоты, значит, одну аминокислоту могут кодировать несколько различных триплетов. Это явление называется вырожденностью генетического кода. Только две аминокислоты - метионин и триптофан - имеют по одному кодону. Остальные аминокислоты имеют 2 и более кодонов; у лейцина их даже 6. Сходные триплеты кодируют аминокислоты, обладающие структурным сходством. Благодаря особенностям генетического кода многие мутации, приводящие к изменению лишь одного основания, часто не влияют на структуру синтезируемого белка (изменение CUU на CUC не влияет на кодируемую аминокислоту - оба кодона соответствуют лейцину) или сопровождаются заменой на аминокислоты со сходной структурой (изменение CUU на AUU приводит к замещению лейцина на изолейцин). Изолейцин и лейцин настолько схожи по размеру и гидрофобным свойствам, что такая замена может и не сказаться на функции белка.

Все это определяет свойства генетического кода:

- триплетность – одну аминокислоту кодирует три нуклеотида (триплет, или кодон);

- специфичность – триплет кодирует только одну аминокислоту;

- вырожденность – одну и ту же аминокислоту могут кодировать несколько триплетов;

- универсальность – у всех живых организмов генетический код одинаков;

- непрерывность – у всех организмов код линейный, однонаправленный и непрерывный.

Трансляция происходит на рибосомах. В структуре аминокислоты и ее кодона нет физического или химического сходства, которое могло бы приводить к их непосредственной ассоциации. В качестве адапторных молекул выступают небольшие молекулы тРНК.

тРНК имеет 3 неспаренных основания, которые формируют антикодон, и гибкое плечо - 3'-ССА, к которому присоединяется аминокислота.

В процессе биосинтеза 2 молекулы тРНК должны одновременно рядом поместиться на рибосоме, а их антикодоны - спариться с соседними кодонами на мРНК. Антикодон - триплет оснований, комплементарный кодону. При взаимодействии кодон-антикодон расположение триплетов антипараллельно.

Для достижения антипараллельного спаривания молекула тРНК переворачивается. Таким образом, антикодон GGC будет взаимодействовать с кодоном как показано ниже:

3'CGG 5' антикодон

5'GCC 3' кодон

Механизм «качания» допускает неправильное спаривание того же антикодона:

3'CGG 5' антикодон

5'GCU 3' кодон

Поскольку и GCC, и GCU кодируют одну и ту же аминокислоту - аланин, такое спаривание не изменяет аминокислотной последовательности синтезируемого белка, но способствует трансляции одной тРНК нескольких кодонов. Это позволяет клетке синтезировать меньшее число молекул тРНК.

Молекула тРНК присоединяет аминокислоту в соответствие с кодоном мРНК, комплементарному антикодону. Таким образом, молекула тРНК с антикодоном ААА «отвечает» только за фенилаланин, так как UUU - комплементарный ему кодон мРНК. Присоединение любой дру­гой аминокислоты к этой тРНК привело бы к ошибке в структуре белковой молекулы: ведь в таком случае фе­нилаланин будет замещен другой аминокислотой. Спе­цифичная для фенилаланина тРНК обозначается как тРНК^Рhе. тРНК остальных аминокислот записываются аналогичным образом, с использованием трехбуквенной аббревиатуры аминокислот.

Присоединение аминокислот к тРНК катализируют ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы. В каждой клетке должно быть по меньшей мере 20 различных видов этих ферментов, каждый из которых присоединяет опреде­ленную аминокислоту к соответствующей тРНК. Это означает, что каждый фермент узнает одну или несколь­ко специфических тРНК и соответствующую амино­кислоту, соединяя их вместе. Узнавание синтетазой соответствующей тРНК может происходить различными путями: в одних случаях узнается антикодон, в других - несколько оснований в разных частях молекулы. Эта реакция, включающая АТР в качестве источника энергии, выглядит так:

Аминокислота + тРНК + АТР <------> Аминоацил-тРНК + РРi + AMP

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: