Модификация концов молекулы
Для того чтобы молекула мРНК могла безопасно функционировать и участвовать в синтезе белка, её концы должны быть защищены. Этот процесс включает две ключевые химические модификации.
Первый этап — кэпирование (capping). Он протекает на 5'-конце молекулы. Суть процесса заключается в присоединении модифицированного нуклеотида — 7-метилгуанозина. Связь образуется нестандартная: к первому нуклеотиду цепи гуанин крепится через специфический трифосфатный мостик (5'-5' связь). Образовавшийся «колпачок» или кэп выполняет две важнейшие функции. Во-первых, он надежно защищает транскрипт от разрушительного воздействия 5'-эндонуклеаз в цитоплазме. Во-вторых, этот участок впоследствии распознается малой субъединицей рибосомы, чтобы запустить трансляцию.
Второй этап — полиаденилирование. Эта модификация затрагивает противоположный, 3'-конец мРНК, где располагается сигнальная последовательность нуклеотидов (AAYAAA). К этому участку присоединяется длинный поли-А хвост (poly-A tail) — цепочка из 100–200 остатков адениловой кислоты. Наличие такого хвоста критически важно: он определяет стабильность молекулы и время её жизни, помогает готовой мРНК выйти из ядра в цитоплазму, а также участвует в регуляции транскрипции.
Механизм сплайсинга
Первичный транскрипт содержит как кодирующие участки, так и некодирующие вставки. Процесс удаления некодирующих последовательностей (интронов) и последующего сшивания кодирующих фрагментов (экзонов) называется сплайсингом (splicing). Он протекает в ядре параллельно с образованием РНК на ДНК-матрице.
Главным рабочим аппаратом выступает сплайсосома. Это крупный комплекс, состоящий из малых ядерных РНК (мяРНК) и десятков ферментативных белков, которые вместе формируют рибонуклеопротеидные частицы.
Работа сплайсосомы протекает в несколько строго последовательных шагов:
- Инициация: мяРНК взаимодействует с 5'-концом интрона и точно распознает границу соединения интрона и экзона.
- Сборка комплекса: формируется полноценная сплайсосома. Концы удаляемого интрона сближаются, образуя петлю.
- Формирование «лассо»: 5'-конец интрона разрезается. Этот освободившийся конец прикрепляется к специфическому внутреннему участку интрона ближе к его 3'-концу. Возникает петлевая структура — «лассо» (lariat).
- Удаление и сшивание: происходит разрез со стороны 3'-конца. Интрон в виде «лассо» окончательно вырезается, а сплайсосома распадается. Освобожденные экзоны сшиваются (лигируются) между собой.
Итогом становится непрерывная кодирующая цепь — функционально активная зрелая мРНК.
Альтернативный сплайсинг
В клетках существует механизм, благодаря которому один ген может служить инструкцией для создания разных молекул. Такое явление называется альтернативным сплайсингом.
Его суть в том, что при вырезании интронов из пре-мРНК оставшиеся экзоны могут сшиваться в различных комбинациях. Например, экзоны могут соединиться по порядку (1-2-3-4-5) или с пропуском фрагмента (1-2-3-5). В результате образуются различные зрелые мРНК.
Биологическое значение процесса:
- Организм получает возможность синтезировать различные по структуре и свойствам белки на базе одного гена.
- Формируются семейства близкородственных полипептидов (изоформ).
Клетка может реализовывать альтернативный сплайсинг несколькими путями:
- Использование разных промоторов: образуются транскрипты с разными 5'-концами и неодинаковым числом экзонов.
- Изменение сайта сплайсинга: смещение точки начала процесса.
- Кассетный сплайсинг: выборочное включение или исключение определенных экзонов из одинаковых первичных транскриптов.
«Кэп на голове, хвост сзади, а лишнее — в лассо» — 5'-кэп защищает начало (как шапка), 3'-поли-А-хвост стабилизирует конец, а ненужные интроны при сплайсинге вырезаются в виде петли («лассо»).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем главное отличие первичного транскрипта от зрелой мРНК?
Первичный транскрипт (пре-мРНК) неактивен и содержит как экзоны, так и некодирующие интроны. Зрелая мРНК модифицирована на концах и состоит только из сшитых экзонов, представляя собой непрерывную кодирующую цепь.
Зачем молекуле мРНК нужен 5'-кэп?
Кэп из 7-метилгуанозина защищает мРНК от разрушения 5'-эндонуклеазами в цитоплазме. Также он необходим для узнавания мРНК малой субъединицей рибосомы при начале трансляции.
Почему один ген способен кодировать несколько разных белков?
Это происходит благодаря альтернативному сплайсингу. В ходе этого процесса экзоны одного и того же первичного транскрипта сшиваются в разных комбинациях, образуя семейство изоформ белка.
Что такое сплайсосома?
Это крупный ферментативный комплекс, отвечающий за вырезание интронов. Сплайсосома состоит из малых ядерных РНК (мяРНК) и специализированных белков, образующих рибонуклеопротеидные частицы.
Что ещё разобрать по теме
- Структура и функции малых ядерных РНК (мяРНК)
- Механизмы распознавания границ интронов и экзонов сплайсосомой
- Роль сигнальной последовательности AAYAAA при полиаденилировании
- Отличия изоформ белков, образованных в результате кассетного сплайсинга
- Химическая природа 5'-5' трифосфатного мостика при кэпировании
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Процессинг РНК» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Молекулярная генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.