Защита и модификация концов пре-мРНК
Формирование зрелой молекулы начинается с кэпирования 5'-конца. Этот механизм запускается очень рано — когда длина синтезируемого первичного транскрипта составляет всего около 30 нуклеотидов.
Суть процесса заключается в присоединении остатка гуанозинтрифосфата (ГТФ) к фрагменту пре-мРНК. Примечательно, что молекула ГТФ присоединяется своим 5'-концом к 5'-концу транскрипта, в результате чего между ними формируется нетипичная 5',5'-фосфодиэфирная связь. Финальным этапом кэпирования является метилирование гуанина в составе ГТФ. Образовавшаяся структура «кэпа» имеет вид 7-метил-G(5')ppp(5')X..., где символом X обозначается первый нуклеотид цепи пре-мРНК.
Вторая важная модификация — полиаденилирование 3'-конца, которое происходит уже по завершении транскрипции. За осуществление этого этапа отвечает фермент поли-А-полимераза. Он катализирует синтез поли-А-последовательности на 3'-конце первичного транскрипта, выстраивая цепь из 100–200 остатков адениловой кислоты. Наличие поли-А-хвоста выполняет две критически важные функции:
- Значительно облегчает выход молекулы мРНК из ядра.
- Замедляет гидролиз мРНК ферментами в цитоплазме.
Следует строго помнить, что такие элементы защиты присущи не всем видам нуклеиновых кислот: транспортные и рибосомальные РНК полностью лишены кэпа и поли-А-последовательности.
Внутренняя структура транскрипта и сплайсинг
Первичный транскрипт (пре-мРНК) является точной комплементарной копией гена. В его состав входят два чередующихся типа последовательностей:
- Экзоны — кодирующие участки, которые несут в себе информацию об участках молекулы будущего белка.
- Интроны — некодирующие последовательности, которые клетке необходимо удалить.
Процесс вырезания интронов из первичного транскрипта и последующего соединения концов экзонов друг с другом для образования «зрелой» мРНК носит название сплайсинг.
Ключевыми участниками механизма сплайсинга выступают малые ядерные рибонуклеопротеины (мяРНП). Структура каждого мяРНП включает молекулу малой ядерной РНК (мяРНК) и белковый остов, состоящий из нескольких протомеров. Объединяясь вместе, эти комплексы формируют крупную рабочую структуру — сплайсосому.
Этапы реакции сплайсинга:
- Отдельные мяРНП, используя принцип комплементарности, безошибочно узнают специфические последовательности внутри интронов.
- Сплайсосома катализирует расщепление 3',5'-фосфодиэфирной связи точно на границе соприкосновения экзона с интроном.
- Происходит последующее аккуратное соединение концов двух соседних экзонов.
Посттранскрипционные модификации рРНК и образование рибосом
Процессинг затрагивает и рибосомальные РНК. Созревание рРНК заключается в образовании финальных «зрелых» молекул из одного общего высокомолекулярного предшественника. В результате такого процессинга в клетке появляются виды зрелых рРНК, обозначаемые как 28S, 18S и 5,8S.
Все эти созревшие молекулы входят в химический состав рибосомы — важнейшей клеточной органеллы, осуществляющей биосинтез белка.
Помимо рибосомальных РНК, рибосома содержит разнообразные белки. Компоненты органеллы работают сообща, и функции рРНК и белков в её составе делятся на три категории:
- Структурная (формирование архитектуры комплекса).
- Регуляторная (контроль этапов сборки полипептидной цепи).
- Каталитическая (обеспечение химических реакций биосинтеза).
Чтобы не путать термины при описании строения пре-мРНК, помните: Экзоны — Это кодирующие участки, они остаются в мРНК. Интроны — Изгоняются (вырезаются в ходе сплайсинга).
Вопросы с занятий и экзамена
В какой момент запускается реакция кэпирования?
Процесс кэпирования 5'-конца начинается очень рано — когда длина синтезируемого первичного транскрипта достигает примерно 30 нуклеотидов.
Какие функции выполняет поли-А-последовательность?
Поли-А-хвост, состоящий из 100–200 остатков адениловой кислоты, облегчает выход матричной РНК из ядра и эффективно замедляет ее гидролиз в цитоплазме.
Из чего состоит сплайсосома?
Сплайсосома формируется из малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП). В свою очередь, каждый мяРНП состоит из малой ядерной РНК (мяРНК) и белкового остова, включающего несколько протомеров.
Содержат ли кэп и поли-А-хвост рибосомальные и транспортные РНК?
Нет. Наличие кэпа на 5'-конце и поли-А-последовательности на 3'-конце характерно для мРНК, тогда как тРНК и рРНК эти структуры не содержат.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм формирования 5',5'-фосфодиэфирной связи при кэпировании
- Принципы работы фермента поли-А-полимеразы
- Комплементарное узнавание интронов комплексами мяРНП
- Каталитические функции молекул рРНК в составе рибосомы
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Процессинг РНК» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.