7.6: Обробка РНК

Джерело: BiochemFFA_7_5.pdf. Весь підручник доступний безкоштовно від авторів за адресою http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

Поки що ми розглянули механізм, за допомогою якого інформація в генах (ДНК) транскрибується в РНК. Нещодавно зроблена РНК, також відома як первинна розшифровка, додатково обробляється, перш ніж вона стане функціональною. І прокаріоти, і еукаріоти обробляють свої рибосомальні і переносять РНК. Однак основна різниця в обробці РНК між прокаріотами та еукаріотами полягає в обробці месенджерних РНК. Ми зупинимося на обробці МРНК в цьому розділі. Ви згадаєте, що в бактеріальних клітинам мРНК перекладається безпосередньо, коли вона відходить від шаблону ДНК. У клітинах-еукаріотів синтез РНК, який відбувається в ядрі, відокремлюється від механізму синтезу білка, який знаходиться в цитоплазмі. Початковий продукт транскрипції мРНК іноді називають пре-мРНК. Після того, як він був оброблений і готовий до вивезення з ядра, його називають зрілою мРНК. Три основні етапи обробки мРНК (рис. 7.67):

• Закріплення на кінці 5'
• Зрощування для видалення інтронів
• Додавання хвоста PolyA на кінці 3 '.

Хоча цей опис говорить про те, що ці етапи обробки відбуваються після транскрипції, після транскрипції всього гена є докази того, що обробка відбувається спільно транскрипційно. Тобто етапи обробки відбуваються в міру виготовлення мРНК. Показано, що білки, що беруть участь у обробці мРНК, пов'язані з фосфорильованим С-термінальним доменом (CTD) РНК-полімерази II.

закупорювання

Як і слід було очікувати, додавання кришки мРНК на кінці 5' є першим кроком в обробці мРНК, оскільки 5'кінець РНК є першим, який буде зроблений. Купірування відбувається після синтезу перших 20-30 нуклеотидів РНК. Додавання ковпачка передбачає видалення фосфату з першого нуклеотиду в РНК для утворення дифосфату. Потім це приєднується до гуанозинмонофосфату, який згодом метилюється при N7 гуаніну, утворюючи структуру ковпачка 7 мг (рис. 7.68). Цей ковпачок розпізнається і зв'язується комплексом білків, які залишаються пов'язаними з ковпачком, поки мРНК не транспортується в цитоплазму. Ковпачок захищає 5' кінець мРНК від деградації нуклеазами, а також допомагає правильно розташувати мРНК на рибосомах під час синтезу білка.

сплайсинг

Еукаріотичні гени мають інтрони, некодуючі області, які переривають ген. Отже, мРНК, скопійована з генів, що містять інтрони, також матиме некодуючі області, які переривають інформацію в гені. Ці некодуючі області повинні бути видалені (рис. 7.69) перед тим, як мРНК буде відправлена з ядра, яка буде використана для безпосереднього синтезу білка.

Видалення інтрона

Інтрони видаляються з пре-МРНК активністю комплексу, званого спліцеосомою. Спліцеосома складається з білків і малих РНК, які пов'язані з утворенням білково-РНК ферментів, які називаються малими ядерними рибонуклеопротеїнами або SNRNP (виражені сирники).

З'єднання з'єднань

Машини для зрощування повинні мати можливість розпізнавати з'єднання зрощування (тобто, де закінчується кожен ексон і починається пов'язаний з ним інтрон), щоб правильно вирізати інтрони та приєднатися до екзонів, щоб зробити зрілу, зрощену мРНК. Які сигнали вказують на межі екзон-інтронів? Зв'язки між екзонами та інтронами позначаються певними базовими послідовностями. Послідовність консенсусу на 5' екзон-інтронний перехід (також називається 5' місце зрощування) є AGGURAGU. У цій послідовності інтрон починається з другого G (R позначає будь-який пурин). 3' з'єднання зрощування має консенсусну послідовність YAGRNNN, де YAG знаходиться в межах інтрона, а RNNN є частиною екзону (Y означає будь-який піримідин, а N для будь-якого нуклеотиду).

Існує також третя важлива послідовність всередині інтрона, близько ста нуклеотидів з місця зрощування 3', що називається точкою гілки або ділянкою гілки, що важливо для зрощування. Ця ділянка визначається наявністю А, за яким слідує низка піримідинів. Важливість цієї ділянки буде видно, коли ми розглянемо етапи зрощування.

Механізм зрощування

Існує два основних етапи зрощування. Першим кроком є нуклеофільна атака 2'OH точки гілки А на місці сплайсингу 5' (з'єднання екзону 5' та інтрона). В результаті реакції транс-етерифікації вивільняється ексон 5', і утворюється молекула у формі ларіату, що складається з 3' екзону і інтронної послідовності (рис. 7.70). На другому кроці 3' OH з 5' екзон атакує 3' місце зрощування, і два екзони з'єднуються разом, і ларіат-подібний інтрон звільняється.

Сплацеосом

Як вже говорилося раніше, зрощування здійснюється комплексом, що складається з дрібних РНК і білків. П'ять малих РНК, що мають вирішальне значення для цього комплексу, U1, U2, U4, U5 та U6, знайдені, пов'язані з білками, як SNRNP. Ці та багато інших білків працюють разом, щоб полегшити зрощування. Хоча багато деталей ще належить розробити, виявляється, що компоненти машин для зрощування асоціюються з CTD РНК-полімерази і що ця асоціація важлива для ефективного зрощування. Збірка сплайсеосоми вимагає поступової взаємодії різних SNRNP та інших факторів сплайсингу (рис. 7.71). Початковим кроком у цьому процесі є взаємодія U1 SnRnP з ділянкою сплайсингу 5'. Додаткові білки, такі як U2AF (AF = асоційований фактор), також завантажуються на попередньо МРНК поблизу ділянки гілки. Далі слід прив'язка U2 SNRNA до ділянки гілки.

Далі в спліцеосому набирається комплекс SNRNP U4/U6 і U5 для створення прекаталітичного комплексу. Цей комплекс зазнає перебудови, які змінюють взаємодії РНК-РНК та білково-РНК, що призводить до витіснення SNRNP U4 та U1 та утворення каталітично активної спліцеосоми. Потім цей комплекс виконує два етапи зрощування, описані раніше.

Альтернативне зрощування

В середньому гени людини мають близько 9 екзонів кожен. Однак зрілі мРНК з гена, що містить дев'ять екзонів, можуть включати не всі з них. Це пов'язано з тим, що екзони в пре-мРНК можуть бути з'єднані між собою в різних комбінаціях, щоб генерувати різні зрілі мРНК. Це називається альтернативним сплайсингом і дозволяє виробляти багато різних білків, використовуючи відносно мало генів, оскільки одна РНК з багатьма екзонами може, поєднуючи різні екзони під час сплайсингу, створювати багато різних повідомлень про кодування білка. Через альтернативне сплайсинг кожен ген в нашій ДНК породжує, в середньому, до трьох різних білків. Альтернативне сплайсинг дозволяє використовувати інформацію в одному гені для визначення різних білків у різних типах клітин або на різних стадіях розвитку (рис. 7.72).

Поліаденілювання

3' кінець обробленої еукаріотичної мРНК, як правило, має «полі (А) хвіст», що складається з близько 200 аденін-містять нуклеотидів. Ці залишки додаються незалежним від шаблону ферментом, полі (А) полімеразою після розщеплення РНК на ділянці біля 3' кінця нової стенограми. Показано, що компоненти машини поліаденілювання пов'язані з КТД РНК-полімерази, показуючи, що всі три етапи обробки перед МРНК тісно пов'язані з транскрипцією. Є дані про те, що хвіст PolYA відіграє певну роль у ефективному трансляції мРНК, а також у стабільності мРНК. Як і альтернативні сайти зрощування, гени можуть мати альтернативні сайти PolYA, а також (рис. 7.73).

Капелюшок і хвіст PolYA на мРНК також є свідченням того, що мРНК повна (тобто не дефектна). Після того, як повідомлення, що кодують білок, обробляються шляхом закупорювання, сплайсингу та додавання хвоста полі А, вони транспортуються з ядра для перекладу в цитоплазму. Зрілі мРНК направляються в цитоплазму, пов'язану з експортними білками, які взаємодіють з ядерними порними комплексами в ядерній оболонці (рис. 7.74). Після того, як зріла мРНК була переведена в цитоплазму, вона готова до перекладу.

Редагування РНК

Окрім проходження трьох етапів обробки, описаних вище, багато РНК піддаються подальшій модифікації під назвою редагування РНК. Редагування спостерігалося не тільки в МРНК, але і в переносних РНК та рибосомних РНК. Як випливає з назви, редагування РНК - це процес, під час якого послідовність стенограми змінюється після транскрипції. Добре вивченим прикладом редагування РНК є зміна послідовності мРНК для аполіпопротеїну В (див. Також ТУТ). Редагування призводить до визначення цитозину в стенограмі з утворенням урацилу в певному місці в мРНК. Ця зміна перетворює кодон у цьому положенні CAA, який кодує глютамін, в УАА, стоп-кодон. Наслідком цього є те, що робиться більш короткий варіант білка, коли перекладається відредагована розшифровка. Цікаво, що редагування цієї розшифровки відбувається в клітині кишечника, але не в клітині печінки. Таким чином, білковий продукт гена аполіпопротеїну В довше знаходиться в печінці, ніж в кишечнику.

Вставка/видалення

Інший вид редагування РНК передбачає введення або видалення одного або декількох нуклеотидів. Один із прикладів такого роду редагування можна побачити в мітохондріальних РНК трипаносом. Невеликі направляючі РНК вказують на місця, в які нуклеотиди вставляються або видаляються для отримання мРНК, яка в кінцевому підсумку перекладається (рис. 7.75).

Вплив будь-якого з цих видів редагування на мРНК полягає в тому, що закодований білковий продукт відрізняється, забезпечуючи ще одну точку, в якій продукт експресії гена можна контролювати.

Синтез та обробка тРНК

ТРНК синтезуються РНК-полімеразою III, що робить молекули попередників, які називаються пре-тРНК, які потім проходять обробку для генерації зрілих тРНК. Початкові стенограми містять додаткові послідовності РНК на обох кінцях 5' та 3'. Деякі пре-ТРНК також містять інтрони. Ці додаткові послідовності видаляються з стенограми під час обробки.

Послідовність 5' лідера пре-тРНК (додаткові нуклеотиди на 5'-кінці) видаляється незвичайною ендонуклеазою під назвою рибонуклеаза P (РНАза Р - рис. 7.76). РНКаза - рибонуклеопротеїновий комплекс, що складається з каталітичної РНК і численних білків. Послідовність 3 'трейлера (додаткові нуклеотиди на 3' кінці пре-тРНК) пізніше видаляється різними нуклеазами. Всі ТРНК повинні мати 3-футову послідовність CCA, яка необхідна для зарядки ТРНК амінокислотами. У бактерій ця послідовність CCA кодується в гені тРНК, але у еукаріотів послідовність CCA додається після транскрипції ферментом під назвою тРНК нуклеотидилтрансфераза (ТРНТ).

Інтрони

Як уже згадувалося раніше, деякі попередники тРНК містять інтрон, розташований в антикодонній руці. У еукаріотів, Цей інтрон зазвичай виявляється відразу 3' до антикодону. Інтрони зрощуються за допомогою зрощування тРНК ендонуклеази та лігази.

Базові модифікації

Зрілі ТРНК містять велику частку основ, відмінних від звичайного аденіну (А), гуаніну (G), цитидину (С) і урацилу (U). Ці незвичайні основи отримують шляхом модифікації основ в тРНК з утворенням варіантів, таких як псевдоуридин (рис. 7.77) або дигируридин. Модифікації основ вводяться в тРНК на кінцевому етапі обробки різноманітними спеціалізованими ферментами. Різні ТРНК мають різні підмножини модифікацій в певних місцях, часто перша база антикодону (положення коливання).

Синтез і обробка рРНК

Клітини містять багато копій генів рРНК (в клітині ссавців видно від 100 до 2000 копій). Ці гени організовані в транскрипційних одиницях, розділених нетранскрибируемие розпірками. Кожен блок транскрипції містить послідовності, кодуючі для 18S, 5.8S і 28S рРНК, і транскрибується РНК-полімеразою I в одну довгу стенограму (47S). 5S рРНК окремо транскрибується. Розміри рибосомних РНК, за умовністю, позначаються їх коефіцієнтами осідання, що є мірою їх швидкості осідання при центрифугуванні. Осадження виражається в одиницях Сведберга (звідси S в кінці числа) з більшими числами, що вказують на більшу масу.

Початкова стенограма містить зовнішні транскрибовані розпірки (ETS) 5' та 3', а також внутрішні транскрибовані послідовності (ITS). Первинна розшифровка спочатку обрізається на обох кінцях нуклеазами, щоб дати 45S pre-RRNA. Подальша обробка прерРНК через розщеплення, керовані РНК-білковими комплексами, що містять SNORNA (малі ядерні РНК), породжує зрілі РРНК 18S, 5.8S та 28S (рис. 7.79). Рибосомні РНК також модифікуються як на рибозних цукрах, так і на підставах. Цікаво, що метилювання рибозних цукрів є основною модифікацією рРНК. Модифікований базовий псевдоуридин також поширений в рРНК. Інші модифікації включають метилювання основи та ацетилювання. Вважається, що ці модифікації мають важливе значення в модуляції функції рибосоми.

Обробка інформації: обробка РНК

767

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

768

Малюнок 7.68 - 5' обмеження еукаріотичних мРНК

Вікіпедія

Малюнок 7.67 - Етапи обробки пре-МРНК

769

Малюнок 7.69 - Видалення інтронів з первинної розшифровки

Інтерактивне навчання

Модуль

ТУТ

770

Малюнок 7.70 - Зрощування інтронів

Вікіпедія

771

Малюнок 7.71 - Збірка спліцеосомного комплексу

Вікіпедія

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

772

Малюнок 7.72 - Альтернативне зрощування призводить до різних форм білка з однієї послідовності генів

Малюнок 7.73 - Альтернативні сайти поліаденілювання для гена

773

Малюнок 7.74 - Будова зрілої еукаріотичної мРНК

Інтерактивне навчання

Модуль

ТУТ

774

Малюнок 7.76 - Структура РНК-компонента рибонуклеази Р

Малюнок 7.75 - Шаблон керований - один механізм редагування РНК

775

Малюнок 7.78 - Послідовність зрілої тРНК

Вікіпедія

Малюнок 7.77 - Синтез псевдоуридину з уридину

Вікіпедія

776

Малюнок 7.79 - Обробка рибосомної РНК

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

Графічні зображення в цій книзі були продуктами роботи кількох талановитих студентів. Посилання на їх веб-сторінки наведені нижче

Натисніть ТУТ для

Марта Бейкер

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Пера Якобсона

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Алея Кім

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Пенелопа Ірвінг

Веб-сторінка

Набір проблем, пов'язаних з цим розділом ТУТ

Короткий зміст цього розділу ТУТ

Щоб отримати сертифікат на освоєння цього розділу книги, натисніть ТУТ

Безкоштовні курси iTunes U Кевіна Ахерна - Базові/Медична школа/Розширений

Біохімія безкоштовно і легко (наша інша книга) ТУТ/Facebook Сторінка

Посібник Кевіна та Індіри щодо вступу в медичну школу - курс iTunes U/Книга

Щоб побачити курси еккампусу ОГУ Кевіна Ахерна - BB 350/BB 450 /BB 451

Зареєструватися на курси еккампусу ОГУ Кевіна Ахерна - BB 350/BB 450 /BB 451

Біохімія безкоштовно для всіх Facebook Сторінка (будь ласка, як ми)

Веб-сторінка Кевіна Ахерна/Сторінка Facebook /Веб-сторінка Тараліна Тан

Безкоштовні завантаження Кевіна Ahern ТУТ

Програма біохімії/біофізики ОГУ ТУТ

Науковий коледж ОГУ ТУТ

Університет штату Орегон ТУТ

Електронна пошта Кевін Ахерн/Індіра Раджагопал/Таралін Тан

778

Кодон-пісня

На мелодію «Коли мені шістдесят чотири»

Метаболічні мелодії Сайт ТУТ

Побудова білків, ви повинні знати
Потребує каталізу
пептидних зв'язків аміно А в рибосомах
Триплетні основи, три літерні коди

Змішування та узгодження нуклеотидів
Хто тримає бал?
Ось низький вниз
Якщо порахувати кодони
Ви отримаєте шістдесят чотири

Отримали - до - лінію - вгору - вправо
16-S R-N-A і
Shine Dalgarno сайт

Ви можете зробити пептиди, будь-якого розміру
З належним кодом
Почати кодони розташовані
В місці P місце
Ініціатор t-РНК

UGA зупиняється, а AUG йдуть
Хто може попросити більше?
Ви знаєте, низький вниз
Підрахуйте кодони
Є шістдесят чотири

Запис Тіма Карплюса

Тексти пісень Кевіна Ahern
Запис Тім Карплюс Тексти пісень Кевіна Ahern