РНК, ПРОЦЕССИНГ РНК Резяпкин Виктор Ильич

РНК, ПРОЦЕССИНГ РНК Резяпкин Виктор Ильич доцент кафедры биохимии v. rezyapkin@grsu. by

Информационная РНК • и. РНК (или матричные РНК (м. РНК)) служат матрицами для биосинтеза полипептидных цепей • Они содержат линейную последовательность кодонов, которые и определяют первичную структура белка • В клетке присутствуют огромное число различных и. РНК • Качественный и количественный состав РНК в различных клетках неодинаков. • и. РНК – это одноцепочечные молекулы • Одна молекула и. РНК может кодировать одну или несколько полипептидных цепей • Если и. РНК несет информацию об одной полипептидной цепи, то ее называют моноцистронной • если о двух или более – полицистронной

Информационная РНК прокариот • Время полужизни и. РНК прокариот около 2 мин • При индукции нового гена белок можно обнаружить через 0, 5 мин • 90 -95% хромосомы E. coli кодирует и. РНК • Скорость транскрипции – 2400 нуклеотидов в минуту • Скорость трансляции - 2400 нуклеотидов в минуту • и. РНК прокариот бывают часто полицистронными • Полицистронные и. РНК также могут содержать нетранслируемые межгенные области, которые разделяют участки, кодирующие полипептидные цепи.

Информационная РНК эукариот • являются моноцистронными • Составляет 2 -6 % от всей РНК в клетке • на 5’-конце имеет кэп

• на 3’-конце и. РНК эукариот имеет поли. А. • Поли А не закодирован в геноме • Полиаденилирование осуществляется в ядре после транскрипции полиаденилатполимеразой • Поли. А имеет размер около 50 -400 нуклеотидов

• В цитоплазме поли. А постепенно укорачивается и определяет время жизни м. РНК • На эффективность трансляции поли. А не влияет • Некоторые м. РНК эукариот поли. А не имеют (м. РНК гистонов) • Период полужизни м. РНК эукариот у 50 % составляет около 6 ч, остальная РНК - около 24 ч. • Иногда м. РНК запасается

р. РНК. Рибосомы • Рибосомы представляют собой - крупный рибонуклеопротеидный комплекс с молекулярной массой около 2, 5 м. Да, состоящий из белков и молекул р. РНК. • Рибосомы прокариотических и эукариотических организмов различаются по размерам. У эукариот они представлены 80 S частицами, у прокариот – 70 S. • Рибосомы всех известных организмов построены из большой и малой субчастиц: прокариотические – 30 S и 50 S, а эукариотические – 40 S и 60 S

Модель рибосом E. coli

• 70 S рибосомы бактерий в своем составе содержат 55 -60 рибосомных белков • 80 S рибосомs эукариот - 70 -85 рибосомных белков • Рибосомы – это субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белка • В прокариотических рибосомах присутствуют три вида р. РНК, в эукариотических – 4 • р. РНК играют важную роль в структуре и биосинтетической функции рибосом.

• р. РНК концентрируется к центру частиц, тогда как рибосомные белки занимают периферическое положение • Контуры субъединиц рибосом и изолированных р. РНК в компактной форме

• 2/3 молекулы р. РНК образуют двуспиральные участки

• Каждый рибосомный белок имеет свою персональную посадочную площадку на р. РНК • Если смешать 21 белок и 16 S р. РНК, то малая субъединица самопроизвольно соберется • Большая субъединица аналогично может быть реконструирована • Число рибосом в клетках E. coli – 104, эукариот – 106 • Пептидилтрансферазная активность, ответственная за образование пептидных связей, обеспечивается р. РНК большой субчастицы • Некоторые рибосомные белки оказываются необходимыми для поддержания определенной структуры РНК

Схема синтеза рибосом в клетках эукариот 1. Синтез и. РНК рибосомных белков РНК полимеразой II. 2. Экспорт м. РНК из ядра. 3. Узнавание м. РНК рибосомой и 4. синтез рибосомных белков. 5. Синтез предшественника р. РНК (45 S - предшественник) РНК полимеразой I. 6. Синтез 5 S p. РНК полимеразой III.

7. Сборка большой рибонуклеопротеидной частицы, включающей 45 S-предшественник, импортированные из цитоплазмы рибосомные белки, а также специальные ядрышковые белки и РНК, принимающие участие в созревании рибосомных субчастиц. 8. Присоединение 5 S р. РНК, нарезание предшественника и отделение малой рибосомной субчастицы. 9. Дозревание большой субчастицы, высвобождение ядрышковых белков и РНК. 10. Выход рибосомных субчастиц из ядра. 11. Вовлечение их в трансляцию.

т. РНК • т. РНК трансформируют генетическую информацию, закодированную в и. РНК, в информацию о первичной структуре белка и осуществляют перенос аминокислотных остатков к м. РНК при трансляции • т. РНК – это небольшие молекулы, состоящие из 73 -93 нуклеотидов, что соответствует относительной молекулярной массе 24000 – 31000 • На долю т. РНК приходится около 10 -15% общего количества клеточной РНК • В т. РНК-присутствие присутствуют минорных азотистых оснований (псевдоуридин, дигидроуридин, тимидин , 7 - метилгуанидин 2'-О-метилгуанидин • Их доля может достигать 25%.

• На 3’-конце всех т. РНК находится тринуклеотидная последовательность Ц-Ц-А. • Более половины оснований т. РНК образуют внутрицепочечные пары по принципу комплементарности • Таким образом, формируется вторичная структура, получившая название клеверного листа

• В ней выделяют: дигидроуридиловую ветвь, содержащую до 3 остатков дигидроуридина псевдоуридиловую ветвь, содержащую минорные азотистые основапния псевдоуридина антикодоновую ветвь, в центре которой находится антикодон (комплементарен кодону) дополнительную ветвь. Число составляющих ее нуклеотидов варьирует от 3 до 20 акцепторную ветвь с универсальной 3'-концевой последовательностью ЦЦА, служащей акцептором остатка аминокислоты, аминокислотный остаток присоединяется к 3’- или 2’-гироксильной группы рибозы

Нуклеотидная последовательность и вторичная структура дрожжевой аланиновой т. РНК

• Все т. РНК имеют сходную пространственную укладку цепи, напоминающую латинскую букву L.

• Как правило, каждая аминокислота имеет несколько соответствующих ей т. РНК, которые называются изоакцепторными • Изоакцепторные т. РНК с разными антикодонами используются для считывания разных кодонов м. РНК, соответствующих одной и той же аминокислоте, • Одна и та же т. РНК может узнавать несколько кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту • Общее число генов т. РНК в различных организмах сильно варьирует (у Escherichia coli их около 70, у шпорцевой лягушки Xenopus laevis около 7 тыс. , у человека свыше 1 тыс. )

• гя. РНК – смесь транскриптов. Некоторые являются первичными транскриптами, другие частично процессированными • мя. РНК – короткие молекулы, принимающие участие в созревании РНК

ПРОЦЕССИНГ РНК Сплайсинг • Многие гены состоят из экзонов - кодирующие участки и интронов – некодирующие участки. • При транскрипции с гена считывается РНК несущая как экзоны, так и интроны. • В процессе созревания РНК интроны вырезаются, а экзоны сшиваясь образуют зрелую РНК • Данный процесс называется сплайсинг • Сплайсингу подвергаются предшественники различных экариотических РНК: и. РНК, т. РНК, р. РНК.

• У эукариот в и. РНК интроны вырезаются в сплайсосомах - комплексах, состоящих из мя. РНК и белков • Интроны содержат последовательности, необходимые для вырезания - 3'-сайт (акцепторный), 5'-сайт (донорный) и бранч-сайт. • мя. РНК взаимодействуют с этими сайтами, способствуя вырезанию интронов.

Процесс удаления интронов включает: • разрыв молекулы РНК на границе интрон-экзон со стороны 5’-конца интрона; • образование сложнофирных связи между фосфатной группой первого нуклеотида интрона (Г) и гидроксильной группой рибозы (у 2’ атома углерода) аденозина, входящего в состав бранч-сайта. Сформировавшаяся структура напоминает лассо; • удаление и последующее разрушение интрона; • воссоединение экзонов посредством образования фосфодиэфирных связей.

Механизм удаления интронов

Характеристика экзонов и интронов некоторых генов. длина интроны организм экзон чис общая продукт гена ов, пн ло длина, пн аденозиндезаминаза человек 1500 11 30000 аполипротеин B человек 14000 28 29000 β-глобин мышь 432 2 762 митохондрии цитохром b 2200 6 5100 дрожжей дигидрофолатредуктаза мышь 568 5 31500 эритропоэтин человек 582 4 1562 фактор V[1] человек 9000 25 177000 фиброин шелка шелкопряд 18000 1 970 гипоксантин- фосфорибозилтрансфераз мышь 1307 8 32000 а α-интерферон человек 600 0 0

• Транс-сплайсинг - форма сплайсинга, при которой соединяются экзоны разных РНК

Альтернативный сплайсинг

Аутосплайсинг • Аутосплайсинг (самосплайсинг) – сплайсинг пре. РНК, происходящий без участия каких-либо ферментов, т. е. пре. РНК сама является катализатором этого процесса (рибозимом). • У инфузории Tetrаchymenа thermophyla образуется 35 S про- р. РНК длиной 6400 нуклеотидов • Без участия белков из этой про-р. РНК вырезается интрон длиной в 414 нуклеотида • Два экзона сшиваются с образованием 26 S р. РНК

ПРОЦЕССИНГ и. РНК Эукариоты • Созревание м. РНК происходит в ядре эукариотических клеток. • Процессинг начинается, как правило, уже в ходе транскрипции. • к 5’-концу м. РНК присоединяется кэп • На 3’-конец м. РНК образуется поли. А, сигналом для полиаденилирования является последовательность AAUAAA, расположенная за 11 -30 нуклеотидов до сайта полиаденилирования. • Некоторые м. РНК экариот не имеют поли. А • м. РНК подвергаются сплайсингу

Процессинг и. РНК прокариот • и. РНК прокариот, как правило, процессингу не подвергается, потому что у них процессы транскрипции и трансляции сопряжены • Лишь в единичных случаях и. РНК прокариот имеет поли. А и подвергается сплайсингу

Процессинг т. РНК • Почти все т. РНК синтезируются в виде предшественников – более длинных молекул

• РНКазой P – рибонуклеопротеин, основную каталитическую роль в котором играет РНК-компонент РНКазы P • Белок в РНКазе P играет структурную роль • В бактериальной РНКазе P есть участок, комплементарный ЦЦА участку т. РНК • Эукариотическая РНКаза P узнает другие элементы предшественника т. РНК • У эукариот ЦЦA - последовательность не кодируется в генах т. РНК, а добавляется пост-транскрипционно • У прокариот ЦЦA последовательность кодируется в генах т. РНК, но может быть удалена в процессе созревания т. РНК, ее восстановление осуществляет нуклеотидилтрансфераза • В процессе созревания т. РНК происходит модификация азотистых оснований – происходит образование дигидроурацила, псевдоуридина, тимина и др.

• Процессинг пре-т. РНК прокариот может включать вырезание индивидуальных т. РНК

Сплайсинг пре-т. РНК • В т. РНК эукариот, например дрожжей, есть интроны • Они не ограничены какими-либо консервативными последовательностями и встроены в антикодоновую петлю • Нуклеаза вырезает интрон • После лигирования образуется ковалентно замкнутая т. РНК.

• Процессинг р. РНК

• У некоторых примитивных эукариот в составе первичного транскрипта нуклеотидные последовательности, соответствующие 26 S РНК, содержат интрон. • В результате процессинга из первичный транскрипта вырезаются индивидуальные р. РНКи удаляется интрон посредством аутосплайсинга.

Спасибо за внимание