Транскрипция. Синтез и созревание информационной рнк
Транскрипция (считывание) – синтез различных видов РНК на определенных участках ДНК. Это первый этап реализации генетической информации в клетке.
Транскрипция, как процесс считывания информации с днк, имеет ряд важных особенностей:
- информация считывается только с одной (главной или смысловой) нити ДНК в направлении от 3’ > 5’ концу нити ДНК.
- синтез РНК идет антипараллельно нити ДНК, т.е. в направлении 5’ > 3’ концу нити РНК и подчиняется общебиологическому закону комплементарности нуклеотидов.
- синтез нити РНК осуществляется с помощью целого комплекса ферментов. Главными из них являются ДНК-зависимые РНК полимеразы I,II,III
- транскрипция – это очень энергоемкий процесс – на присоединение к синтезируемой нити РНК одного нуклеотида тратиться 1 молекула АТФ
- участок ДНК, с которого считывается РНК называется транскриптационной единицей или транскриптоном.
-транскрипция включает несколько этапов: инициации, элонгации (роста нити РНК), терминации
- после считывания информации с ДНК молекула и-РНК претерпевает целый комплекс преобразований (процессинг и сплайсинг), в процессе которых она приобретает зрелую структуру. Именно эта молекула и-РНК выходит из ядра.
- скорость транскрипции составляет 40-50 нуклеотидов в секунду (у прокариот) и около 60 нуклеотидов в секунду у эукариот.
- транскрипция возможна только при условии деконденсации хроматина.
Сразу после схода с молекулы ДНК синтезируемой молекулы пре- иРНК с ней происходит ряд превращений, объединенных под названием процессинг (созревание).
Наиболее важным моментом созревания и-РНК является процесс «вырезания» не транслируемых (интронных) участков молекулы с дальнейшим «сшиванием» транслируемых (экзонных) участков в зрелую молекулу и-РНК. Это явление получило наименование – сплайсинг (англ. splising – сшивание).
Процесс синтеза белка (трансляции)состоит из несколько этапов
1. Инициация (начало) трансляции. Процесс инициации трансляции можно также разделить на ряд подэтапов::
1.1.Этап «подготовки» аминокислот к синтезу белка и их транспортировка к рибосоме.с помощью– транспортных т-РНК. Дело в том, что сами аминокислоты не могут самостоятельно связываться с рибосомами и не могут распознавать генетический код. Для этого в клетке существует система специализированных молекул РНК – транспортные т-РНК..
Транспортные РНК синтезируются в ядре клетки на своих генах. Каждая молекула т-РНК имеет участок связывания с аминокислотой и участок, несущий тройку нуклеотидов, комплементарную триплету на молекуле и-РНК. Этот участок получил название – антикодон. Сама молекула т-РНК имеет третичную структуру, напоминающую «клеверный лист».
1.2. Начало считывания информации с и-РНК. Считывание информации о белке начинается с того, что малая субъединица рибосомы подходит к молекуле и-РНК и связывается с ней. После этого она двигается вдоль молекулы РНК до тех пор, пока не дойдет до так называемого инициирующего кодона АУГ. Этот момент с малой субъединицей соединяется большая и формируется целая рибосома. На этом первый (инициирующий) этап синтеза белка завершается.
Это узнавание должно быть очень точным, поскольку сдвиг трансляции даже на один нуклеотид нарушит весь дальнейший ход синтеза белка, т.к. нарушится генетический код триплетов, кодирующий определенные аминокислоты!
2. Элонгация (синтез белковой цепочки). После инициации трансляции рибосома начинает движение вдоль нити РНК и последовательно выбирает из окружающей цитоплазмы те т-РНК, которые несут антикодоны и аминокислоты соответственно генетическому коду триплетов на молекуле и-РНК. Весь процесс контролируется и направляется специальными белками – факторами элонгации.
Скорость синтеза белковой цепочки у эукариот составляет от 1 до 10 триплетов в секунду.
Таким образом, в каждом цикле присоединения аминокислоты к растущей цепи белка происходит сдвиг цепи и-РНК вдоль рибосомы ровно на ТРИ нуклеотида. Сдвиг т-РНК происходит только в одном направлении – от А-участка в Р-участок рибосомы, а движение цепи и-РНК только от 5’ > 3’ концу молекулы.
3) Терминация (окончание) синтеза белка. Идя вдоль нити и-РНК и синтезируя белок, рибосома доходит до конца транслирующего участка и-РНК и встречается со специальными – терминирующими триплетами (УАГ, УАА, УГА), которые не кодируют аминокислоты. В результате белковая цепочка отсоединяется от рибосомы, потом из нее «уходят» т-РНК и рибосома распадается на две субъединицы. Малая субъединица связывается со следующей молекулой и-РНК и весь цикл повторяется.
Реакции пластического обмена тесно связаны с реакциями энергетического обмена, поскольку для своего протекания они требуют огромное количество энергии.
Пластический обмен идет под контролем большого количества специальных белков – ферментов и гормонов.
Часть соединений клетка самостоятельно синтезировать не может (незаменимые аминокислоты, незаменимые жирные кислоты) и поэтому важнейшее значение приобретает баланс питания.
Внутренние нарушения (мутации разного типа), также как и внешние факторы (излучения, токсины, химические вещества, температура и др.) могут серьезно нарушить или даже заблокировать течение реакций синтеза важнейших соединений в клетке и привести к ее гибели. В связи с этим огромное значение имеет экологический и социальный факторы жизни человека (правильное питание, образ жизни, отказ от вредных привычек и пристрастий).