2. Процесинг і редагування іРнк
Попередники різних видів РНК (про РНК), що утворюються в процесі транскрипції, в подальшому формуються в зрілі молекули, здатні виконувати відповідні функції. Перетворення попередників у функціонально активні зрілі РНК називається дозріванням молекул або процесингом. Суть процесингу полягає в тому, що молекули про РНК підлягають розщепленню і модифікаціям або редагуванню, внаслідок чого первинна структура зрілої іРНК може істотно змінитися.
Процесинг про РНК у бактерій в основному зводиться до розрізання деяких полігенних транскриптів на менші за розміром продукти окремих генів.
Процесинг РНК в клітинах еукаріотів більш складний і має істотні відмінності у про РНК різних типів. Так процесинг попередника рРНК полягає в метилюванні ряду рибозних залишків, а також у розщепленні про РНК на три типи РНК – 18S, яка входить до складу малої субодиниці рибосоми, а також 28S і 5,8S, що формують велику субодиницю. У деяких організмів у складі попередника 28S РНК знаходиться некодуюча ділянка – інтрон, яка вилучається власне РНК (рибозимом) без участі додаткових білкових ферментів. Зшивання молекули рРНК після вилучення інтрона називається самосплайсингом. Процесинг рРНК – деградація спейсерів, а також певні хімічні модифікації – здійснюється за участю близько 150 типів маленьких ядерцевих РНК.
Спалайсинг попередників тРНК, які також містять інтрон, на противагу сплайсингу про-рРНК, у інфузорій повністю залежить від білків-ферментів: ендонуклеази, що розрізає РНК в двох місцях сплайсингу і вирізає інтрон, і лігази, яка зшиває кінці фрагментів.
Процесинг попередників іРНК, що синтезуються РНК-полімеразою ІІ, включає в себе процес сплайсингу та ряд інших модифікацій молекул. Після вилучення інтронів та сплайсингу екзотів розміри синтезованих РНК значно зменшуються.
Ще під час транскрипції здійснюється модифікація (метилювання) 5′-кінця РНК. При цьому утворюється специфічна нуклеотидна структура – так званий кеп.
До 3′-кінця щойно синтезованого попередника іРНК ядерний фермент полі (А)-полімераза добудовує поліаденіловий „хвіст” довжиною 150-200 нуклеотидів. Зазначена добудова 5′ і 3′-кінців необхідна для її захисту від нуклеаз і трансляції.
Зрілі іРНК у комплексі з білком переміщуються у цитоплазму, де слугують матрицею для синтезу білкових молекул.
З одного гена, який містить інтрони, можна отримати багато РНК – транскриптів за рахунок альтернативного сплайсингу і редагуванню РНК.
Явище альтернативного сплайсингу полягає у тому, що із про-мРНК можуть вирізатися різні інтрони і таким чином молекули іРНК будуть значно відрізнятися.
Редагування іРНК полягає у тому, що під час і після закінчення процесингу в молекулі РНК можуть модифікуватися (наприклад, за рахунок метилювання), а також відщеплюватися і приєднуватися окремі нуклеотиди.
Ці процеси призводять до функціонування в окремих тканинах значної кількості іРНК – на порядок більше ніж виявлено структурних генів у геномі.
3. Генетичний код
Трансляція генетичної інформації, що записана у вигляді послідовності нуклеотидів у ДНК (та іРНК), у послідовність амінокислот у молекулах поліпептидів здійснюється за допомогою генетичного коду. Код, що відповідає одній амінокислоті, складається із трьох нуклеотидів і називається кодоном. Гіпотеза про існування коду, який містить три нуклеотиди в кожному кодоні, була запропонована Г. Гамовим (1954р.) і доведена Ф. Кріком (1961). Для цього було проведено ретельний генетичний аналіз мутацій в локусі rІІ бактеріофага Т4, індукованих профлавіном – речовиною, що спричиняє вставку або вилучення (делеції) нуклеотидів у молекулах ДНК.
Мутантам rІІ властивий великий розмір негативних колоній на газоні Е.coli штаму В і відсутність росту на штамі К12, чим вони відрізняються від фагу дикого типу. В схрещуваннях різноманітних мутантів з фенотипом rІІ Ф.Крік встановив, що у гібридів іноді можливе відновлення (реверсія) дикого фенотипу, але це трапляється за поєднання в одному гені лише певної кількості вставок і вилучень нуклеотидів. Найбільш сприятливими для збереження дикого фенотипу фагів виявилися вставки і делеції із трьох або кратної трьом кількості нуклеотидів. На підставі цих генетичних експериментів було зроблено важливий висновок про триплетність генетичного коду.
Пізніше з`ясувалось, що послідовності кодонів (триплетів) у гені та амінокислот у відповідному поліпептиді є колінеарними, тобто відповідними одна одній.
Із чотирьох нуклеотидів, що входять до складу нуклеїнових кислот, можна утворити 64 триплети або кодони, які кодують 20 амінокислот у складі білків. Це означає, що кодонів більше, ніж амінокислот, і більшість останніх кодуються двома і більше триплетами. Всі кодони зчитуються послідовно один за одним, починаючи з певного нуклеотиду, без будь яких розділових знаків між ними.
Отже, основні властивості генетичного коду такі:
1)код триплетний;
2)не перекривається (сусідні триплети не мають спільних нуклеотидів);
3)колінеарний (певному кодону відповідає певна амінокислота);
4)вироджений (усі амінокислоти, крім метіоніну і триптофану, кодуються двома чи більшою кількістю триплетів);
5)не містить розділових знаків між кодонами;
6)універсальний (переважно).
Із 64 кодонів 61 є значущими, тобто вони кодують амінокислоти. Два значущих кодони у складі і РНК – АУГ і ГУГ – називають ініціюючими – саме з них рибосома починає синтез білка. Три триплети – УАА, УАГ і УГА – називають нонсенс кодонами, або беззмістовними. Вони не кодують амінокислот, але визначають закінчення синтезу поліпептидного ланцюга, саме тому їх точніше називати терміногенними триплетами.