Особенности процессинга для рРнк, тРнк, иРнк.
Процессинг иРНК заключается в добавлении КЕП - участка и полиаденилового хвоста в сочетании со сплайсингом.
Процессинтг тРНК происходит путем метилирования азотистых оснований и добавления акцепторного участка ЦЦА в сочетании со сплайсингом.
Процессинтг рРНК – из большого предшественника вырезаются фрагменты всех видов РНК 18S; 5S; 5,8S; 28S;.
Возможен альтернативный сплайсинг – он состоит в том, что для разных белков интроны могут играть роль экзонов и наоборот.
Возможен и безматричный синтез РНК; он происходит из нуклеозиддифосфатов при участии фермента полинуклеотидфосфорилазы. В этом варианте синтезируются стандартные, небольшие молекулы РНК, они необходимы для стандартных белков.
Таким образом, в организме передача генетической информации происходит в следующем направлении: ДНК→ РНК→ белок. Однако, в некоторых фагах, эмбриональных тканях возможен синтез ДНК по матрице РНК (РНК→ДНК). Этот синтез катализирует фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза). Возможен еще вариант РНК→РНК (у вирусов) здесь участвует РНК-репликаза.
Биосинтез белков - трансляция
Основной структурой синтезируемых белков является первичная структура (последовательность аминокислот в ППЦ), которая заложена в генетическом коде ДНК.
Генетический код имеет следующие характеристики:
Триплетность – состоит в том, что 1 аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Из 4 видов нуклеотидов ДНК при триплетности кода возможно 64 различных сочетания, что достаточно для кодирования 20 аминокислот.
Однозначность – 1 триплет кодирует только 1 аминокислоту.
Вырожденность – для кодирования 1 аминокислоты имеется несколько триплетов
Непрерывность – между триплетами отсутствуют нуклеотиды, не принадлежащие соседним триплетам.
Неперекрываемость – один нуклеотид не может одновременно принадлежать 2-м триплетам.
Универсальность – код в разных организмах одинаков, отвечает за одни и те же аминокислоты.
Таким образом, код ДНК является линейным непрерывным и однонаправленным. Последовательность нуклеотидов строго соответствует последовательности аминокислот в синтезируемом белке – принцип коллинеарности.
Для трансляции необходимы следующие факторы:
Все виды РНК (тРНК, иРНК, рРНК)
Аминокислоты в активной форме
Макроэрги (донаторы энергии)
Ферменты
Добавочные белковые факторы
Mg2+
На первой подготовительной стадии происходит активация аминокислот и связывание их со своей транспортной РНК. В этой стадии участвуют ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы. Это специфичные ферменты, обеспечивающие соединение аминокислоты с соответствующей тРНК.
Инициация синтеза белка происходит при образовании инициирующего комплекса, который включает в себя иРНК+инициирующий кодон (АУК, АГУ). Своим КЭП-участком иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы. К инициирующему кодону присоединяется тРНК со своей первой аминокислотой (чаще всего метионином).
Элонгация включает в себя замыкание пептидной связи, транслокацию рибосомы по иРНК, присоединение большой субъединицы рибосомы. Все эти стадии требуют энергии ГТФ и АТФ. К малой субъединице присоединяется большая субъединица рибосомы и формируется два функциональных участка на рибосоме р-участок (пептидильный) и а-участок (аминоацильный). Первая тРНК с первой аминокислотой присоединена к р-участку, а а-участок оказывается свободным. К этому а-участку присоединяется своим антикодоном вторая тРНК со второй аминокислотой. Под действием фермента пептидилтрансферазы первая аминокислота отрывается от первой тРНК и присоединяется ко второй аминокислоте, формируется дипептид. В последующем происходит смещение (транслокация) рибосомы по иРНК на расстояние 3 нуклеотидов. При этом вторая тРНК с дипептидом оказывается в пептидильном участке, а а-участок освобождается. Первая тРНК покидает рибосому и уходит в цитозоль за новой аминокислотой, а к а-участку присоединяется третья тРНК. Затем дипептид переносится на третью аминокислоту→трипептид. Синтез ППЦ происходит от N-конца к С-концу.
Терминация происходит при приближении белоксинтезирующего комплекса к терминирующему кодону иРНК (УАГ, УГА). Этому кодону не соответствует ни одна из тРНК→не приносится новая аминокислота, и синтез белка обрывается.
Многие синтезированные белки в последующем подвергаются такому процессу как посттрансляционная модификация. Существует несколько её вариантов. Наиболее часто встречается:
частичный протеолиз – отщепление ненужных участков (профермент→фермент; прогормон→гормон)
модификация отдельных аминокислот:
окисление (пролин→гидроксипролин в коллагене);
фосфолирирование (фосфорилаза);
гликозилирование (присоединение углевода);
карбоксилирование (добавление группы - СООН, например, тромбин→активный тромбин)
присоединение простетической группы
замыкание дисульфидных мостиков
изменение олигомерности белка
В посттрансляционной модификации белков играют важную роль белки - шапероны (они «следят» за правильностью модификации).
В клинической практике применяют в качестве антибактериальных препаратов ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот и белка в микроорганизмах.
На стадии репликации:
Антимицин Д – встраивается в молекулу ДНК и блокирует синтез новой ДНК
Новобиацин – ингибирует ДНК-гиразу (топоизомеразу)
На стадии транскрипции:
Рифамицин – блокирует РНК-полимеразу
На стадии трансляции:
Тетрациклин, левомицетин – связывают либо малую, либо большую субъединицу рибосомы и тем самым блокируют синтез белка.
Пенициллин – блокирует синтез белков, входящих в оболочку микроорганизмов.