Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009
РНК, Процессинг РНК
Информационная РНК
В результате транскрипции в клетке образуются различные виды РНК: информационные, транспортные, рибосомные и др. Их фундаментальной биологической функцией как в экариотических, так и в прокариотических клетках является реализация генетической информации. Кроме указанной функции РНК могут участвовать и в других процессах. Следует также отметить, что геномы некоторых вирусов представлены одноцепочечными или двухцепочечными РНК. В этом случае РНК являются хранителями генетической информации.
Первичные транскрипты, образующиеся в процессе синтеза РНК, часто подвергаются посттранскрипционным модификациям, или процессингу. В результате процессинга происходит созревание РНК. Только зрелые РНК способны выполнять возложенные на них задачи.
Далее рассмотрим основные виды РНК.
иРНК (или матричные РНК) - это одноцепочечные молекулы. Они содержат информацию о первичной структуре белка и служат матрицами для биосинтеза полипептидных цепей.
В клетках присутствуют огромное число различных иРНК, обеспечивающих многообразие представленных в них белков. В то же время качественный и количественный состав иРНК в различных клетках неодинаков.
Молекула иРНК может кодировать одну или несколько полипептидных цепей. иРНК, кодирующая информацию об одной полипептидной цепи, называется моноцистронной, о двух или более - полицистронной.
Информационная РНК прокариот
иРНК прокариот - это короткоживущие молекулы, их время полужизни составляет всего около 2 мин.
Большая часть генома прокариот кодирует иРНК, так у E. coli информацию о первичной структуре иРНК хранит 90 - 95 % хромосомы.
иРНК прокариот в большинстве случаев являются полицистронными, и только некоторые из них - моноцистронными. Полицистронные иРНК (рис. 5.1) содержат нетранслируемые межцистронные области, которые разделяют участки, кодирующие полипептидные цепи (цистроны). Со стороны 5’-конца иРНК располагается лидерная некодирующая последовательность, содержащая в своем составе последовательность Шайна-Дальгарно. Последняя комплементарна 16S рРНК и определяет правильную ориентацию иРНК на рибосоме в процессе трансляции. Со стороны 3’-конца располагается некодирующая концевая последовательность (трейлер). Кодирующие последовательности начинаются с инициирующего кодона (обычно АУГ, но может быть и ГУГ) и заканчиваются одним из терминирующих кодонов (УАА, УАГ или УГА). Межцистронные области имеют размер от 1 до 40 и более нуклеотидов. Иногда межцистронные области могут отсутствовать. Более того, последний нуклеотид одного цистрона может являться первым нуклеотидом следующего цистрона, например:
Рис. 5.1. иРНК прокариот иРНК эукариот
иРНК эукариот являются моноцистронными и составляют 2 - 6 % от всей РНК в клетке. На их 5’-конце имеется кэп. Кэп представляет собой 7-метилгуанозин, связанный трифосфатной связью 5’-5’со следующим нуклеотидом. Присоединение кэпа происходит посттранскрипционно. Кроме того, остатки рибозы двух следующих за 7-метилгуанозином нуклеотидов также могут быть метилированы (рис. 5.2). Кэп играет важную роль в инициации синтеза белка.
Рис. 5.2. Структура кэпа
На 3’-конце большинства иРНК эукариот имеется полиА-последовательность. Некоторые иРНК эукариот не имеют полиА-последовательности, например, иРНК гистонов. ПолиА-
последовательность не закодирована в генах, поэтому полиаденилирование осуществляется после транскрипции (в ядре) ферментом полиаденилатполимеразой. ПолиА-последовательность имеет размер около 50-400 нуклеотидов. В цитоплазме она постепенно укорачивается и определяет время жизни иРНК. Таким образом, эта последовательность защищает иРНК от деградации последовательности, кодирующей полипептидную цепь. Кроме того, она способствует транспорту иРНК из ядра в цитоплазму. На эффективность трансляции полиА-последовательность влияния не оказывает. Кодирующая, или транслируемая, область иРНК начинается с инициирующего кодона и заканчивается одним из трех терминирующих кодонов. На 5’-и 3’- флангах иРНК располагаются нетранслируемые области (рис.5.3).
Период полужизни иРНК эукариот значительно больше, чем у прокариот, и составляет от нескольких часов до нескольких суток.