эссе молекулярная биология. эссе транскрипция. Сравнение транскрипции эукариот с транскрипцией прокариот
 Скачать 18.16 Kb.
|
|
Транскрипция — происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; перенос генетической информации с ДНК на РНК. Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Сравнение транскрипции эукариот с транскрипцией прокариот Ключевой момент — наличие ядра у эукариот. Транскрипция у них происходит именно у прокариот происходит прямо в цитоплазме. У прокариот РНК-полимераза одна. У эукариот их известно 3. Наиболее изученная — РНК-полимераза II, которая осуществляет синтез кодирующей мРНК. РНКполимераза I осуществляет синтез в ядрышках 18s и 28S рРНК (рибосомная РНК). РНК-полимераза III отвечает за синтез малых ядерных РНК, малых ядрышковых РНК, 5S рРНК. У человека различают 10 основных субъединиц, составляющих комплекс РНК-полимеразы II, в том числе собственно субъединицу, обладающую полимеразной активностью. Одни белки помогают садиться полимеразе, другие активируют ее, третьи помогают в работе. На сегодняшний день функции этих белков изучают. Регуляторная область — промотор — может быть как ТАТА-бокс содержащей, так и ТАТА-бокс не содержащей. Тата-бокс это ранее упоминавшаяся последовательность нуклеотидов типа ТАТА, которая находится недалеко от точки инициации транскрипции. Эта последовательность узнается особым белком, который называется ТАТА-фактор. Он привлекает РНК-полимеразу, при этом ее сигма-субъединица отваливается от полимеразного комплекса. В этот момент считают инициацию транскрипции завершенной и начинается этап элонгации. На этом этапе РНК-полимераза синтезирует комплементарную нить РНК со скоростью около 50 – 60 нукл./сек. Транскрипционные факторы — это белки, которые специфически связываются с ДНК и регулируют их транскрипцию. В геноме человека обнаружено более 2600 белков, имеющих ДНК-связывающий домен, и большинство из них предположительно является факторами транскрипции. Около 10% всех генов в геноме кодируют транскрипционные факторы. Это самое большое семейство клеточных белков. Терминация транскрипции отличается от таковой у прокариот. У эукариот существует два механизма терминации. Первый — через фактор терминации. Он связывается с РНК-полимеразой и облегчает ее отделение от ДНК-матрицы. Модель торпедо — второй механизм терминации. При этом РНК-полимераза синтезирует РНК и движется по ДНК до сайта полиаденилирования, который означает, что на нем транскрипт должен кончится. Этот сайт распознается ферментами, транскрипт отрезается от всей остальной РНК и полиаденилируется (пре-РНК). РНК-полимераза все еще продолжает синтезировать РНК. Белок Xm2 связывается с остатком РНК, расщепляет ее, добирается до РНК-полимеразы и освобождает ДНК. Какой из этих двух механизмов терминации транскрипции превалирует на сегодняшний день сказать сложно. Первичный транскрипт претерпевает процессинг. При этом происходят модификации 5’-конца, 3’-конца, сплайсинг (в том числе, альтернативный), а также посттранскрипционные модификации РНК и редактирование. Кроме того, у эукариот есть ядро, поэтому нужно транспортировать РНК к месту синтеза белка. У прокариот же РНК-полимераза сразу синтезирует матрицу для синтеза белка без всяких модификаций. Модификация 5’-конца Модификация 5’-конца эукариот также известна как «кэпирование». Все мРНК и длинные некодирующие РНК имеют на 5’-конце так называемый кэп, или 7-метилгуанозинтрифосфат. Кэпирование происходит с помощью фермента гуанилтрансферазы. Этот фермент пришивает ГТФ (гуанозинтрифосфат) в ориентации 5’- к 5’-концу, то есть инвертировано. Затем происходит метилирование этого нуклеотида. Кэп сохраняет РНК от деградации. Любая РНК без кэпа в клетке разрушается РНК-азами. Кэп также участвует в распознавании РНК рибосомой. На этот модифицированный конец садятся белки, которые привлекают рибосому для синтеза белка. Модификация 3’-конца На 3’-конце у мРНК есть полиА-хвост. Он может быть разной длины, но в среднем он составляет около 100 – 200 адениловых нуклеотидов. В образовании полиА-хвоста участвует белок CPSF. Во время транскрипции он сидит на РНК-полимеразе. Когда полимераза синтезировала участок РНК с сигналом полиаденилирования, CPSF вступает с этим участком во взаимодействие, привлекает белки с экзонуклеазной активностью, которые отрезают лишний кусок РНК. ПолиА-полимераза (аденилат-полимераза) наращивает полиА-хвост на 3’-конце РНК. Другой белок PAB2 связывается с новосинтезированной полиА-последовательностью и увеличивает сродство РНК к аденилат-полимеразе. ПолиА-хвост также предотвращает преждевременную деградацию РНК-азами. Кроме того, полиА-хвост важен при транспорте РНК из ядра в цитоплазму. Сплайсинг Этот процесс присущ только эукариотам. В пре-РНК есть экзонные и интронные участки. При созревании интроны вырезаются из первичного транскрипта, а экзоны сшиваются между собой. Вырезание происходит по сайтам сплайсинга, которые фланкируют экзонные участки. Обычно каждый экзон начинается с AG и кончается на GT. Сайты сплайсинга очень консервативны. Матричная РНК имеет ограниченное время жизни. В случае эукариот ее жизнь составляет порядка 20 – 60 минут. У некоторых мРНК в 3’-UTR (3’-нетранслируемых регионах) встречаются ARE элементы (элементы, богатые аденином и уредином). С этими элементами взаимодействуют белки как увеличивающие, так и уменьшающие время жизни мРНК. Другие механизмы деградации РНК осуществляются с помощью деаденилирования, узнавания специальных сайтов RNP-белками, РНК-интерференции. После транскрипции и процессинга мРНК должна попасть в цитоплазму для дальнейшей трансляции. Для этого в ядре есть специальные белки, которые связываются с РНК и проводят ее через ядерные поры. У некоторых клеток может быть более сложный путь проведения мРНК в цитозоль. Например, нейроны, в силу своих размеров и формы, имеют особые механизмы доставки мРНК в определенные области клетки, чтобы именно там произошел синтез белка. Фермент, осуществляющий обратную реакцию — РНК-зависимая-ДНК-полимераза, или ревертаза, или обратная транскриптаза. Этот фермент вирусного происхождения был открыт в 1975 году Дэвидом Балтимором, Ренато Дульбекко и Говардом Теминым. Они выяснили, что из вирусной РНК с помощью ревертазы может образовываться кДНК (кодирующая ДНК), которая способна встраиваться в геном клетки. Интересно, что в качестве затравки РНК-зависимая-ДНК-полимераза использует тРНК хозяйской клетки. Потом затравка удаляется из кДНК. Список использованной литературы: https://mipt.lectoriy.ru/file/synopsis/pdf/Biology-Molecular-M10-Skoblov-141105.01.pdf https://www.herzen.spb.ru/img/files/zoolog/Lekciya_8_Transkripciya_%28aeukariotai%29.pdf |