El procesamiento de premRNA incluye. Los ARN recién sintetizados todavía están inactivos. Procesamiento de precursores de ARN mensajero

Procesando- esta es la etapa de formación de moléculas de ARN funcionalmente activas a partir de las transcripciones iniciales. El procesamiento se considera como modificaciones postranscripcionales del ARN características de los eucariotas. (En procariotas, los procesos de transcripción y traducción de mRNA ocurren casi simultáneamente. Este tipo de RNA no sufre procesamiento en ellos).

Como resultado del procesamiento, los transcritos de ARN primarios se convierten en ARN maduros. Dado que existen varios tipos diferentes de ARN, cada uno de ellos tiene sus propias modificaciones.

Procesamiento de ARN informativo (matriz)

En las regiones de ADN que codifican la estructura de la proteína, se forma un precursor del ARN informativo (matriz) (pre-ARNm). El pre-ARNm copia toda la secuencia de nucleótidos del ADN desde el promotor hasta el terminador de transcripción. Es decir, incluye regiones terminales no traducidas (5" y 3"), intrones y exones.

El procesamiento previo al ARNm implica taponamiento, poliadaninguno de los doslaminación, empalme, así como algunos otros procesos (metilación, edición).

tapando- esta es la adición de 7-metil-GTP (7-metilguanosina trifosfato) al extremo 5 "del ARN, así como la metilación de la ribosa de los dos primeros nucleótidos.

Como resultado, se forma la llamada "tapa" (tapa). La función del capuchón está relacionada con el inicio de la traducción. Gracias a él, el sitio inicial del ARNm se une al ribosoma. La tapa también protege la transcripción de la acción destructiva de las ribonucleasas y realiza una serie de funciones en el empalme.

Como resultado poliadaninguno de los dosmintiendo una región poliadenílica (poli-A) de unos 100-200 nucleótidos de largo (que contiene adenina) se une al extremo 3 "del ARN. Estas reacciones son proporcionadas por la enzima poli-A polimerasa. La señal para la poliadenilación es la secuencia AAUAAAACA en el extremo de 3". En el sitio -CA, se corta la molécula de ARNm.

Poly-A protege la molécula de ARN de la degradación enzimática.

El taponamiento y la poliadenilación ocurren en la etapa de transcripción. La tapa se forma inmediatamente después de que el extremo 5' del ARN sintetizado se libera de la ARN polimerasa, y la poli-A se forma inmediatamente después de la terminación de la transcripción.

empalme es la escisión de intrones y la conexión de exones. Los exones pueden conectarse de diferentes maneras. Por lo tanto, se pueden formar diferentes ARNm a partir de una transcripción. El empalme del ARN mensajero involucra pequeños ARN nucleares que tienen regiones complementarias a los extremos de los intrones y se unen a ellos. Además del snRNA, varias proteínas están involucradas en el empalme. Todos juntos (proteínas y snRNA) forman un complejo nucleoproteico - empalmadosoma.

Después del procesamiento, el ARNm se vuelve más corto que su predecesor, a veces decenas de veces.

Procesamiento de otros tipos de ARN

Durante el procesamiento de las moléculas de ARN ribosomal y de transferencia, no se produce el caping ni la poliadenilación. Las modificaciones de estos tipos de ARN ocurren no solo en eucariotas, sino también en procariotas.

Se forman tres tipos de ARN ribosómico eucariótico como resultado de la escisión de un transcrito (45S-ARN).

El procesamiento de varios ARN de transferencia también puede implicar la escisión de un transcrito, mientras que otros ARNt se obtienen sin escisión. Una característica del procesamiento del ARNt es que la molécula de ARN pasa por una larga cadena de modificaciones de nucleótidos: metilación, desaminación, etc.

El procesamiento en eucariotas afecta a todos los tipos de transcripciones primarias de genes eucariotas.

Procesamiento en eucariotas

tapando es la formación de una estructura especial en el extremo 5 "del ARNm: una tapa (tapa). La protección se produce incluso antes de que se complete la transcripción y protege el extremo 5" del ARN de la acción de las nucleasas. El taponamiento de ARN se lleva a cabo con la participación de GTP (guanosina trifosfato), desde el cual se transfiere GMP al 5'-difosfato del primer nucleótido de ARNm.

poliadenilación llevado a cabo por la enzima poli (A) polimerasa y conduce a la formación en el extremo 3 "del fragmento oligo (A) que contiene 100 - 200 residuos de ácido adenílico en una fila y también llamado "cola poli (A)". poli (A) -secuencia agregado al ARN después de la unión de la tapa. Primero, las enzimas separan el extremo de 3" del ARN en un punto a 10-35 ribonucleótidos de la secuencia conservadora AAUAAAA, y luego ocurre la poliadenilación de este extremo de la molécula de ARN. La cola poli(A) se encuentra en casi todos los organismos eucariotas de ARNm, con la excepción de las transcripciones de genes de histonas. La secuencia AAUAAAA no se encuentra en todas las transcripciones de ARN eucariotas. Aparentemente, esto se debe a mutaciones que impiden la poliadenilación. En ausencia de una cola de 3", las transcripciones de ARN se degradan rápidamente por enzimas.

Ese. La tapa 5' y la cola 3' son extremadamente importantes para el posterior procesamiento y transporte del ARNm al citoplasma. La cola poli(A) determina la estabilidad del ARNm y su tiempo de vida en la célula. Además, promueve la liberación de ARNm desde el núcleo hacia el citoplasma y también es esencial para la regulación de la traducción.

Mecanismos de empalme: autocatálisis de ARN (Klag, 400)

Los diferentes tipos de ARN nuclear, así como los ARN mth y hlp, tienen sus propios mecanismos de corte y empalme.

Dependiendo de la especificidad del mecanismo de empalme, los intrones se pueden dividir en varios grupos. al primer grupo incluyen intrones que son parte de la transcripción primaria de ARNr, cuya eliminación no requiere componentes adicionales. Estos mismos intrones tienen la actividad enzimática necesaria para su escisión. Este hecho fue descubierto por primera vez en 1982 (Tomas Cech et al.) en el protozoario flagelar Tetrachymena. Debido a sus propiedades autocatalíticas, los ARN de autoempalme a veces se denominan ribozimas .

El proceso de autocorte (autoescisión) (Fig. 145_Konichev)

(Fig. 12-12, Klag) son dos reacciones nucleófilas, o reacciones transesterificación, en el que la guanosina interactúa con el ittranscript primario y actúa como cofactor. En este caso, el grupo 3'-hidroxilo de la guanosina se transfiere al nucleótido adyacente al extremo 5' del intrón. En la segunda reacción, este grupo hidroxilo interactúa con un grupo fosfato en el extremo 3' del intrón derecho, como resultado, el intrón se escinde y los extremos de dos exones adyacentes se unen para formar ARNm maduro.

El intrón 26S rRNA del tetraquimeno - IVS, consta de 413 nucleótidos. Como resultado de la reacción transesterificación la ligadura de dos exones con la formación de rRNA 26S maduro se lleva a cabo sin gasto de energía adicional. A continuación, el intrón escindido se cicla. Un fragmento que contiene 19 nucleótidos se libera de su composición mediante autoescisión en dos etapas, lo que da como resultado la formación de ARN de 376 nucleótidos de largo (L -19 IVS), que es una verdadera enzima de ARN. (ribozima) con propiedades catalíticas. Esta ribozima tiene una estructura estable, tiene actividad de endonucleasa, escindiendo ARN monocatenarios largos y exhibe especificidad, reconociendo tetranucleótidos CUCU en la composición del sustrato atacado. en estructura intrones tipo I Se han identificado secuencias oligopurínicas internas características (en tetrahimenes esta es la secuencia GGAGGG), denominadas secuencias adaptadoras , que intervienen en la formación del centro activo de las enzimas del ARN y desempeñan un papel importante en la escisión catalítica del ARN.

Tal autoescisión de intrones es característica de los pre-rRNA de otros protozoos. Aparentemente, este mecanismo también opera durante la eliminación de intrones de las transcripciones primarias de ARNm y ARNt en mitocondrias y cloroplastos, que están relacionados con grupo II.

Para cortar intrones segundo grupo también se necesitan dos reacciones autocatalíticas, pero no se necesita guanosina.

Estudios posteriores permitieron establecer que no solo los ARN grandes (~400 nucleótidos en tetraquimeno y RNasa P) tienen actividad catalítica, sino también oligonucleótidos cortos de 13-20 mer que pueden sintetizarse in vitro. Estas ribozimas se llaman miniinviernos . Uno de los modelos detallados del funcionamiento de tales ribozimas se llama "cabeza de martillo "(Figura 146). La estructura terciaria de la "cabeza de martillo" está estabilizada por iones metálicos divalentes, que neutralizan los átomos de oxígeno cargados negativamente de los enlaces fosfodiéster y simultáneamente conectan los grupos fosfato mediante enlaces covalentes, lo cual es esencial para la formación de un estado de transición estable (enzima -complejo sustrato). Como en el caso de la catálisis realizada por enzimas de naturaleza proteica, las ribozimas y el sustrato atacado

(moléculas de ARN naturales o obtenidas sintéticamente) forman un complejo enzima-sustrato y luego un complejo enzima-producto (v. fig. 146).

Mecanismos de empalme: spliceosoma. (procesamiento de ARNm en eucariotas)

En los pre-ARNm nucleares, los intrones pueden tener una longitud de hasta 20.000 nucleótidos. Por tanto, su eliminación requiere un mecanismo más complejo que el autocorte (autoescisión). (Fig. 12-13). Las secuencias de nucleótidos en los extremos de los intrones en estas moléculas son similares: los extremos 5' a menudo contienen un dinucleótido (GU) GU, y en el extremo 3 "- un dinucleótido (AG) AG. Moléculas de proteínas especiales se unen a estas secuencias, que forman un complejo llamado empalme. El principal componente del spliceosoma es ribonucleoproteínas nucleares pequeñas, o snRNP, que se encuentran únicamente en el núcleo y están enriquecidas en residuos de uridina. Por lo tanto, los nRNA pequeños a menudo se denominan U1, U2 ... U6.

[Konichev, p.292. En pre-empalme de ARNm

en los eucariotas superiores, están involucradas varias proteínas, así como un tipo especial de ARN: el ARN nuclear pequeño (ARNsn). Los RNA nucleares pequeños tienen secuencias que van desde 65 a 1000 o más nucleótidos (10S-90S), ricos en uridilonucleótidos, y por lo tanto también se denominan uRNA (Ul, U2, etc.). En la levadura, se han identificado 25 snRNA diferentes, y en los vertebrados, 15. En las ranas con garras Xenopus laevis, varios snRNA (U3, U8, U14 y U22) están involucrados en el procesamiento de los RNA ribosómicos al unirse a las regiones fronterizas. de secuencias espaciadoras (ver Fig. 143). Se han encontrado pequeños ARN nucleares no solo en vertebrados y levaduras, sino también en insectos y arqueobacterias. Probablemente son un grupo muy antiguo de moléculas. Secuencia de nucleótidos de todos los uRNA relevantes

los eucariotas coinciden en más del 90%, lo que, en particular, se aplica a U1 de humanos y Drosophila. El alto conservadurismo de la estructura del uRNA indica que el empalme es un proceso muy antiguo que comenzó con el autoempalme (ver arriba) y se transformó en empalme que involucra partículas de ribonucleoproteína específicas, snRNP. Los genes snRNA son transcritos por la RNA polimerasa II y tienen diferentes localizaciones en el genoma: algunos de ellos son genes independientes discretos,

no tienen intrones, mientras que los genes de otros snRNA están ubicados dentro de los intrones de genes que codifican proteínas. Así, en Xenopus U13 está codificado por tres secuencias únicas ubicadas

en los intrones 5, 6 y 8 de los genes de la proteína de choque térmico, y el gen U16 está ubicado dentro del intrón de la proteína ribosomal L1. Esta última circunstancia es importante, ya que muestra que el procesamiento de rRNA y el procesamiento de mRNA de las proteínas del ribosoma se pueden coordinar con la participación de snRNA. Es más,

Se sugiere que los snRNA pueden servir como acompañantes de ARN al participar en el plegamiento del ARN, es decir, ayudándola a aceptar la estructura necesaria en el espacio. Los ARN nucleares pequeños están presentes en el núcleo en complejos con proteínas llamadas partículas de ribonucleoproteína pequeñas (snRNP). Un componente estable de las snRNP es la proteína fibrilarina, una proteína estructuralmente muy conservativa con un peso molecular de 34 kDa localizada en los nucléolos. El complejo que consta de muchos snRNP que cataliza el empalme de los pro-ARNm nucleares se llama empalmar .]

Se sabe que el snRNA tipo U 1 contiene una secuencia de nucleótidos homóloga al extremo 5 "del intrón. El emparejamiento de estas secuencias da lugar a un splicesoma. Luego se une el snRNA de tipo U2, U4, U5 y U6, comienza el splicing. Como en el caso de los intrones del primer grupo, dos reacciones de transesterificación. Z"- el grupo hidroxilo de la adenina (A) localizado en el intrón interactúa con el sitio de empalme 5', cortando la cadena de ARN. Luego, varias snRNP forman un complejo intermedio y comienza la segunda reacción: el extremo 5' libre del intrón se conecta al residuo de adenina. Como resultado, se forma una estructura similar a un bucle característico del tipo lazo, que contiene un intrón remoto. Luego, los extremos del exón se ligan y el complejo snRNA libera la transcripción. .

[ Konichev, p.294. La interacción de varios snRNA que componen el splicingosoma con el pre-mRNA empalmado en los sitios 5' y 3' imparte una estructura similar a un bucle al intrón. Al mismo tiempo, los extremos del exón se acercan entre sí, lo que se promueve por la formación de enlaces de hidrógeno no canónicos (que no sean pares de Watson-Crick) entre dos guaninas contenidas en los sitios de empalme 5' y 3' (ver Fig. 148). ). La convergencia de exones crea una condición para el ataque del extremo 3' del intrón por el nucleótido de adenilo ubicado cerca del extremo 3'. Como resultado de la ruptura del enlace fosfodiéster entre el exón 1 y el extremo 5" del intrón, este último interactúa con el nucleótido de adenilo y se forma un bucle tipo lazo en el intrón (ver Fig. 148_Konichev). A raíz de esto , el extremo 3"-OH liberado del exón 1 corta el sitio de empalme de 3 ", escinde el intrón y, al conectarse con el exón 2, finalmente forma una molécula de ARNm madura (empalmada) ]

Inmediatamente después de la síntesis, los transcritos primarios de ARN, por diversas razones, aún no tienen actividad, son "inmaduros" y posteriormente sufren una serie de cambios, que se denominan procesamiento. En eucariotas, se procesan todos los tipos de pre-ARN; en procariotas, solo se procesan los precursores de ARNr y ARNt.

Procesamiento de precursores de ARN mensajero

Durante la transcripción de segmentos de ADN que transportan información sobre proteínas, se forman ARN nucleares heterogéneos, que son mucho más grandes que el ARNm. El hecho es que, debido a la estructura de mosaico de los genes, estos ARN heterogéneos incluyen secciones informativas (exones) y no informativas (intrones).

1. Empalme empalme- tope de pegamento) - un proceso especial en el que, con la participación ARN nuclear pequeño se eliminan los intrones y se conservan los exones.

Secuencia de eventos de empalme

2. Tapado gorra- cap) - se produce incluso durante la transcripción. El proceso consiste en unir al 5'-trifosfato el nucleótido terminal del pre-ARNm 5'-carbono N 7 -metil-guanosina.

La "tapa" es necesaria para proteger la molécula de ARN de las exonucleasas que actúan desde el extremo 5', así como para unir el ARNm al ribosoma y comenzar la traducción.

3. poliadenilación- con la ayuda de la poliadenilato polimerasa que usa moléculas de ATP, de 100 a 200 nucleótidos de adenilo se unen al extremo de 3 "del ARN, formando un fragmento de poliadenilo - una cola de poli (A). La cola de poli (A) es necesaria para proteger el Molécula de ARN de exonucleasas, trabajando desde el extremo de 3".

Representación esquemática del ARN mensajero después del procesamiento.

Procesamiento de precursores de ARN ribosomal

Los precursores de ARNr son moléculas más grandes que los ARNr maduros. Su maduración se reduce al corte del ARN preribosómico en formas más pequeñas, que ya están directamente involucradas en la formación del ribosoma. Hay cuatro tipos de rRNA en eucariotas 5S-, 5.8S-, 18S- y 28S-ARNr. Al mismo tiempo, el 5S-rRNA se sintetiza por separado y el 45S-RNA preribosómico grande se escinde mediante procesos específicos. nucleasas con la formación de 5.8S-rRNA, 18S-rRNA y 28S-rRNA.

En procariotas, las moléculas de ARN ribosomal son completamente diferentes en sus propiedades (5S-, 16S-, 23S-rRNA), que es la base para la invención y el uso de una serie de antibióticos en medicina.

Procesamiento de precursores de ARN de transferencia

1. Modificación de nucleótidos en una molécula por desaminación, metilación, reducción.
Por ejemplo, la formación de pseudouridina y dihidrouridina.

La estructura de los nucleótidos de uridilo modificados.

2. La formación de un bucle de anticodón se produce por empalme

Síntesis de ARN (transcripción de ARN).

estructura del ARN.

Organización del material genético en eucariotas.

Método de registro de la información genética.

Organización del material genético. Regiones funcionales del genoma.

Información general sobre la expresión génica.

1. Información general sobre la expresión génica

Como sabes, el ADN contiene cierta información genética:

Sobre la estructura de todas las proteínas y ARN del cuerpo, así como sobre el orden de realización de esta información en diferentes células en proceso de ontogénesis y en diversos estados funcionales.

Dado que en todas las células somáticas del cuerpo existe el mismo conjunto de 46 cromosomas, a pesar de las fuertes diferencias entre las células, todas contienen la misma información genética en su ADN. (Algunas excepciones son los linfocitos, durante cuya formación se reorganizan los genes de inmunoglobulina).

En el proceso de replicación del ADN, toda la información genética se reproduce para pasar a las células hijas. Pero, además, esta información se expresa (realiza) en la célula, provocando todas las manifestaciones de su actividad vital. Sin embargo, no se expresa toda la información genética disponible en el núcleo, sino sólo una parte de ella.

La expresión de información sobre la estructura de una proteína en particular involucra 2 pasos principales:

a) El primero de ellos es la transcripción: la formación en el núcleo celular en el gen correspondiente (ubicado en uno de los cromosomas) de un mediador especial: el ARN mensajero (ARNm).

El significado de este proceso es la reescritura de la información sobre la estructura de la proteína desde un enorme transportador inmóvil (ADN en el cromosoma) hasta un pequeño transportador móvil: el ARNm. La situación es aproximadamente la misma cuando uno de ellos se copia desde el disco duro de una computadora que contiene miles de archivos a un disquete. Por lo tanto, los ARNm leídos de diferentes genes deben diferir entre sí, al igual que los propios genes difieren entre sí. Otra circunstancia importante: es más correcto llamar precursor de ARNm (pre-ARNm) al producto directo de la transcripción génica. El hecho es que el ARNm recién formado experimenta inmediatamente (en el núcleo) una maduración o procesamiento. Sin embargo, sufre una modificación importante. Y solo después de eso, el ARNm maduro ingresa desde el núcleo al citoplasma.

b) La segunda de las principales etapas de la expresión génica es la traducción: la síntesis de proteínas en los ribosomas según el programa dictado por el mRNA. La esencia de este programa es determinar el orden en el que se deben incluir los aminoácidos en la cadena peptídica que se está construyendo. Además, en el proceso participan aminoácidos no libres, sino activados: cada uno de ellos está asociado con el llamado. ARN de transferencia (ARNt), es decir, está en forma de aminoacil-ARNt (aa-ARNt). Cada uno de los 20 aminoácidos tiene su propia forma específica de tRNA, y más a menudo ni siquiera una, sino varias formas.

Los ribosomas, por otro lado, juegan el papel de máquinas moleculares en la traducción, asegurando la correcta interacción de los participantes. La composición del ribosoma incluye cuatro moléculas, es decir, ARN ribosómico (ARNr): una molécula de cada uno de los 4 tipos de ARNr. Al combinarse con proteínas ribosómicas, forman dos subunidades del ribosoma y realizan funciones estructurales y, posiblemente, catalíticas en ellas. Por lo tanto, tres clases de ARN están involucradas en la traducción: ARNm, ARNt y ARNr.

2. Organización del material genético. Divisiones funcionales del genoma

Los genes y su estructura.

En realidad, la información sobre la estructura de las proteínas y el ARN se registra en secciones de ADN llamadas genes y cistrones.

Gene es una sección de ADN que codifica para una sola proteína.

Cistrón el mismo segmento de ADN que codifica para una cadena polipeptídica.

En animales y humanos, los cistrones a menudo se ubican en diferentes cromosomas y generalmente también se les llama genes. Además de los genes de todas las proteínas del cuerpo, los cromosomas también contienen genes de ARN: cuatro tipos de ARN ribosomal y varias docenas de ARN de transporte.

El conjunto total de genes que determinan la información hereditaria de un organismo se denomina genoma.

Casi todos los genes eucarióticos (a diferencia de los genes procarióticos) tienen un rasgo característico: contienen no solo regiones codificantes: exones, pero también sin codificación - intrones. Los exones y los intrones se intercalan entre sí, lo que le da al gen una especie de estructura "rota".

El número de intrones en un gen varía de 2 a varias decenas; hay alrededor de 50 de ellos en el gen de la miosina A veces, los intrones representan hasta el 90% de la longitud total del gen.

Otras divisiones del ADN

También hay secuencias no codificantes entre genes: espaciadores. A pesar del nombre común, su papel funcional puede ser completamente diferente.

a) Muchos sitios espaciadores parecen desempeñar un papel estructural:

Participar en el plegamiento correcto de la cadena nucleosómica en estructuras de cromatina superior,

En la unión de cromosomas al aparato de centriolos, etc.

b) Otras regiones no codificantes del ADN sirven como lugares de unión específicos para ciertas proteínas:

Enzimas que funcionan en el ADN

Proteínas que realizan una función reguladora.

En este caso, los sitios de unión de la ARN polimerasa (una enzima que sintetiza el ARN sobre el ADN) se denominan promotores. Se encuentran muy cerca del comienzo de un gen (o de un grupo de genes) o están separados del gen por algún otro loci funcional.

c) En los eucariotas (incluidos los humanos), la regulación de la "lectura" de los genes se lleva a cabo no solo por las proteínas represoras, sino también por las proteínas activadoras, las llamadas. factores de transcripción.

Estos últimos incluyen los factores de transcripción generales ya mencionados necesarios para la unión de la ARN polimerasa al promotor. Estos factores están presentes en todas las células y son necesarios para la "lectura" de cualquier gen funcional.

Otros factores de transcripción aumentan la actividad de solo ciertos genes, y los loci de ADN que se unen a dichos factores se denominan potenciadores.

d) Finalmente, el ADN puede contener loci cortos que sirven como señales de terminación ( terminación) Transcripción del ADN.

Las regiones terminales ubicadas después de los genes se denominan terminadores.

3. Forma de registrar la información genética

Papel funcional de las cadenas de ADN

Dos hebras de ADN en la región del gen son fundamentalmente diferentes en su papel funcional: una de ellas es codificación o semántico, segundo - matriz.

Esto significa que en el proceso de "leer" un gen (transcripción o síntesis de pre-ARNm), solo una cadena de ADN, la plantilla, actúa como plantilla. El producto de este proceso, el pre-ARNm, coincide en la secuencia de nucleótidos con la cadena de ADN codificante (con sustitución de las bases de timina por las de uracilo).

Por lo tanto, resulta que con la ayuda del valor de la plantilla de ADN durante la transcripción, la información genética de la hebra de ADN codificante se reproduce en la estructura del ARN.

En los dibujos, el gen generalmente se representa de modo que la hebra codificante esté en la parte superior; luego, de acuerdo con la regla general de las imágenes de ADN, el extremo 5' de la cadena de codificación debe ubicarse a la izquierda.

La información de la cadena de codificación se escribe en el sentido 5´→3´; por lo tanto, el promotor está ubicado en el extremo 5' de la cadena de codificación del gen. Y el mismo extremo se considera el extremo 5' de todo el gen (aunque su cadena plantilla tiene aquí un extremo 3'). .

Propiedades básicas del código genético.

La unidad de información en la hebra codificante del ADN es trillizo- una secuencia de tres nucleótidos.

4 tipos de nucleótidos (que se encuentran en el ADN) pueden formar 64 tipos de tripletes. De estos, 61 tripletes son semánticos, es decir, codifican uno u otro de los 20 aminoácidos, y 3 tripletes son “sin sentido”.

Como puede ver, hay en promedio varios tripletes semánticos por aminoácido (en realidad, de 1 a 6). Por esta razón, el código genético se llama degenerar. Si no fuera así, mutaciones puntuales aleatorias (sustituciones en el ADN de unos nucleótidos por otros) con una frecuencia muy alta darían lugar a la aparición de tripletes "sin sentido".

Al mismo tiempo el código específico: cada uno de los tripletes semánticos corresponde a un solo aminoácido.

La información misma sobre la proteína es que en el gen completo (excluyendo los intrones) la secuencia lineal de tripletes codifica una secuencia lineal similar de aminoácidos en la estructura primaria de esta proteína (en la dirección del extremo amino al carboxilo del péptido). cadena).

Esto resulta suficiente, ya que la estructura primaria de la proteína determina la configuración espacial de la molécula de proteína, así como sus propiedades fisicoquímicas y biológicas.

La correspondencia lineal entre la secuencia de tripletes en los exones del gen y los aminoácidos en la cadena peptídica se denota como colinealidad codigo genetico.

Entonces, el código genético es triplete. específicos, degenerados, colineales y continuos. A esta lista se suele añadir versatilidad: en todo tipo de organismos, el significado de cualquier triplete es el mismo.

Codigo genetico

Hablando del código, hasta ahora hemos tenido en mente la hebra semántica del ADN. Pero lo mismo, teniendo en cuenta la sustitución de la timina (T) por el uracilo (U), es la misma secuencia de nucleótidos en el pre-ARNm.

Los tripletes de ARNm correspondientes a los tripletes de ADN se denominan codones. De hecho, son ellos quienes directamente:

Se determina el orden de incorporación de los aminoácidos en la cadena peptídica sintetizada en el ribosoma.

Los codones de un aminoácido difieren solo en el último (tercer) nucleótido.

En aminoácidos estructuralmente similares, los codones también son similares entre sí: coinciden en dos nucleótidos o en un nucleótido, pero central.

4. ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO EN EUCARIOTAS

Genes de varias proteínas y ARN

Una de las características distintivas de muchos genes eucariotas es la presencia en su composición de regiones no codificantes: intrones.

Otra característica es que, junto con genes únicos (representados en el genoma haploide por un solo número de copias), hay genes que se repiten repetidamente.

Para ilustrar estas dos características, considere algunos genes específicos:

Genes de histonas

Histonas- Proteínas básicas (por sus propiedades ácido-base) implicadas en la formación de la estructura nucleosomal de la cromatina. Cada uno de los cinco tipos de estas proteínas (HI, H2A, H2B, H3 y H4) está codificado por un gen correspondiente.

Genes de ARN ribosomal

Los ribosomas contienen cuatro tipos de ARNr. Estos ARN difieren en la constante de sedimentación.

Muchas proteínas influyen en el funcionamiento de los genes.

Factores de transcripción generales

Los factores de transcripción generales son aquellos factores de transcripción que son necesarios para la unión de la ARN polimerasa al promotor, y ellos mismos también interactúan con el promotor.

proteína p53 como factor de transcripción

Entre la gran cantidad de factores de transcripción ya descubiertos, la proteína p53 es probablemente la más conocida. Esto se debe a que controla procesos celulares de suma importancia y, por ello, participa en un gran número de circuitos reguladores diversos.

papel funcional.

La proteína p53 (o su gen) se activa en respuesta a una variedad de daños en la estructura celular:

Roturas no reparadas y otros daños en el ADN,

Violación de la divergencia de los cromosomas en la mitosis.

Destrucción de microtúbulos, etc.

Como resultado, a través de la mediación de la proteína p53, la célula responde al daño en su estructura.

O se demora en una u otra etapa del ciclo mitótico y corrige estos daños;

O (si las correcciones son imposibles) deja de dividirse por completo y entra en el proceso de envejecimiento celular;

O (con el peligro potencial de una célula dañada para su entorno) lleva a cabo la apoptosis, es decir, simplemente, el suicidio.

En particular, las células que sufren apoptosis, entre otras, sufren transformación tumoral. En este sentido, está claro por qué simultáneamente se inhibe la angiogénesis: esta es otra forma de limitar el crecimiento tumoral.

Por lo tanto, la proteína p53 es uno de los supresores de tumores más importantes. En la mayoría de los tumores en desarrollo, las funciones de la proteína p53 se ven afectadas de una forma u otra.

5. ESTRUCTURA DEL ARN

Todos los factores de transcripción, como la transcripción misma, están diseñados para proporcionar una sola cosa: la formación de ARN al ritmo deseado en ciertas partes de los cromosomas.

Plano general de la estructura del ARN

Al igual que el ADN, los ARN son polinucleótidos lineales (es decir, no ramificados) con el mismo principio de organización:

Constan de cuatro tipos de nucleótidos, cada uno de los cuales incluye una base nitrogenada, una pentosa y un residuo de fosfato;

Los nucleótidos se unen en una cadena mediante enlaces 5',3'-fosfodiéster;

Las cadenas de polinucleótidos son polares, es decir, tienen extremos distinguibles de 5" y 3".

Pero también hay diferencias con el ADN. La principal es que las moléculas de ARN (a excepción del ARN de algunos virus) no son bicatenarias, sino monocatenarias. La razón son las siguientes tres características de la estructura primaria.

a) Primero, la pentosa en el ARN no es desoxirribosa, sino ribosa, que contiene un grupo hidroxilo adicional. Esto último hace que la estructura de doble hebra sea menos compacta.

b) En segundo lugar, entre las cuatro bases nitrogenadas principales, o mayoritarias, en lugar de timina, está contenido el uracilo, que se diferencia de la timina sólo en la ausencia de un grupo metilo en la 5ª posición.

6. SÍNTESIS DE ARN (TRANSCRIPCIÓN DE ADN)

Características generales de la transcripción

A diferencia de la replicación del ADN, la transcripción del ADN se produce prácticamente en todas las células nucleadas, tanto en división como en las que no se dividen.

Además, en las células en división, ocurre en cualquier momento del ciclo mitótico, excepto en el período de replicación (en eucariotas) y la división real.

Además, la transcripción de cualquier sección de ADN se puede realizar no solo en casi cualquier momento del ciclo, sino también muchas veces, un número arbitrario de veces. Por otro lado, el conjunto de regiones transcritas en la celda cambia a menudo bajo la influencia de ciertos factores.

El soporte enzimático del proceso lo lleva a cabo la ARN polimerasa. Los eucariotas tienen tres tipos de esta enzima:

ARN polimerasa I - para la síntesis de pre-ARNr.

ARN polimerasa II - para la síntesis de pre-ARNm y

ARN polimerasa III - para la síntesis de pre-ARNt

La enzima se arrastra a lo largo del ADN y cataliza la incorporación sucesiva a la cadena creciente de ribonucleótidos que son complementarios a los nucleótidos de la cadena molde de ADN.

Otra similitud con la síntesis de ADN está en la dirección de crecimiento de la cadena en construcción - 5´→3´. Esto significa que en esta cadena, los siguientes nucleótidos están unidos al extremo 3".

Como en todas las síntesis de plantilla, la hebra que se construye es antiparalela a la hebra de plantilla de ADN. Por tanto, este último es transcrito por la enzima en el sentido 3´→5´.

Pero hay diferencias fundamentales de la síntesis de ADN.

a) Asimetría del proceso: como sabemos, solo se usa una hebra de ADN como plantilla. No está del todo claro cómo el sistema enzimático hace la elección correcta de la cadena deseada. Aparentemente, algunas secuencias de nucleótidos en una de las cadenas que son reconocidas por el sistema juegan un papel clave aquí.

b) Proceso conservativo: tras la finalización de la síntesis de ARN, la molécula de ADN vuelve a su estado original. Cuando se sintetiza el ADN, las moléculas se renuevan a la mitad, lo que hace que la replicación sea semiconservadora.

c) Finalmente, la síntesis de ARN no requiere ningún cebador para comenzar, mientras que la replicación de ADN requiere un cebador de ARN.

mecanismo de transcripción

Iniciación de la transcripción

La primera y quizás la más importante etapa de la transcripción es su iniciación: unión de la ARN polimerasa al promotor y formación del primer enlace internucleotídico.

Ya hemos hablado sobre la unión de la ARN polimerasa más de una vez, por lo que ahora solo recordaremos los puntos principales (con la adición de alguna información).

En eucariotas siempre requiere la unión preliminar al promotor de un conjunto completo de proteínas de factores de transcripción comunes, con la formación de un complejo. Al unirse al promotor, la ARN polimerasa provoca la desnaturalización local del ADN, es decir, la separación de las hebras de ADN en aproximadamente 1,5 vueltas de ADN. Como dicen, se forma un "ojo" transcripcional. Debido a esto, los nucleótidos de la cadena de ADN plantilla en el área del "ojo" quedan disponibles para emparejarse con RNTF (ribonucleósido trifosfato).

La primera cadena de ARN que se construye es siempre el nucleótido de purina, ATP o GTP, y se conservan sus tres residuos de fosfato.

Luego se forma el primer enlace de fosfato de 5",3" con el segundo nucleótido.

Alargamiento de la transcripción

La siguiente etapa después de la iniciación es la elongación: la elongación gradual de la cadena de pre-ARN en crecimiento hasta el tamaño final.

Esto sucede cuando la ARN polimerasa se mueve a lo largo del ADN. En consecuencia, el "ojo" de transcripción, es decir, el sitio de desenrollado local del ADN, también se mueve. En la parte transcrita del ADN, la estructura helicoidal de doble cadena se restablece inmediatamente después de la salida de la ARN polimerasa.

La velocidad aproximada del movimiento enzimático y la síntesis de ARN es de 30 nucleótidos por segundo.

Terminación de la transcripción

El último paso es la terminación, o el final de la transcripción.

La señal para esto la proporcionan regiones especiales ricas en HC al final de los genes. Dado que la fuerza de interacción entre los pares de GC es bastante alta, la desnaturalización local de tales regiones en el ADN es más difícil. Esto ralentiza el progreso de la ARN polimerasa y puede servir como una señal para que detenga la transcripción.

Pero incluso antes del final del proceso, una región rica en GC también tiene tiempo de aparecer al final del ARN recién sintetizado. A través de la interacción entre sus nucleótidos, forma una "horquilla".

Es decir, las interacciones con los nucleótidos de la cadena molde de ADN se reemplazan por interacciones "intra-horquilla". Esto facilita el desprendimiento del ARN del ADN.

7. MADURACIÓN (PROCESAMIENTO) del ARN

Casi todos los procesos de maduración del ARN se pueden dividir en tres tipos:

quitando uno,

Unirse a otros y

Modificación del mismo o de terceros nucleótidos.

Eliminar secuencias "extra"

descripción general

La eliminación de nucleótidos "extra" se lleva a cabo mediante nucleasas especiales. Las exonucleasas escinden secuencialmente un nucleótido de un extremo específico de la cadena (3' o 5'). Y las endonucleasas cortan la cadena en algún lugar de las secciones intermedias, lo que lleva a su fragmentación.

mecanismo, empalme

Uno de los puntos clave del mecanismo que se está considerando es garantizar la precisión del corte de la hebra de pre-ARN: un error de incluso un nucleótido dará lugar a un "cambio de marco", que cambiará el significado de todos los codones de ARNm o el anticodón de ARNt. .

La precisión se logra debido a dos circunstancias:

Primero, al principio y al final de cada intrón hay ciertas secuencias de nucleótidos: por ejemplo, los intrones siempre comienzan con G-U y terminan con el doblete A-G.

En segundo lugar, para reconocer estas secuencias, ARN especiales, los llamados. ARN nucleares pequeños (ARNsn). Estos últimos están asociados con enzimas que catalizan el empalme. Estos complejos de ribonucleoproteínas se denominan esliosomas.

El empalme comienza con la interacción de dos snRNA con el inicio y el final de un intrón. Esto proporciona una "orientación" para la endonucleasa: esta última actúa en los límites de las regiones monocatenarias y bicatenarias.

La primera ruptura del pre-ARN ocurre en la región del extremo 5' del intrón, que es la ubicación del borde izquierdo del snRNA izquierdo. En este caso, el extremo 5' del intrón se une a uno de los nucleótidos de la parte media del mismo intrón, lo que conduce a la formación de una estructura de anillo.

Unión y modificación de nucleótidos.

Así, en el proceso de maduración del pre-ARN, este último pierde una parte importante de los nucleótidos. Pero también se produce la unión no transcripcional de nucleótidos individuales.

En el caso del pre-ARNm, se une un nucleótido de 7-metilguanilo, el componente "cap", (usando un enlace pirofosfato atípico para los polinucleótidos) desde el extremo 5'. Y desde el extremo 3', un poli(A ) fragmento de aproximadamente 200 nucleótidos crece nucleótido por nucleótido. Para esto, se usan enzimas especiales; en particular, para la formación de poli(A) - un fragmento de poliadenilato polimerasa.

En el caso del pre-tRNA, se agregan sucesivamente tres nucleótidos, C, C y A, desde el extremo 3', formando una rama aceptora.

Procesamiento de ARNr: corte de la transcripción primaria, metilación, empalme. En eucariotas, todos los rRNA se sintetizan como parte de una sola transcripción. Es cortado por exo y endonucleasas en sRNA maduros. El precursor contiene 18, 5,8, 28S rRNA y se denomina 45S RNA. El procesamiento de rRNA requiere la participación de snRNA. En algunos organismos, el precursor de ARN 28S contiene insertos/intrans, que se eliminan como resultado del procesamiento y los fragmentos de ARN se fusionan como resultado del corte y empalme.

El precursor de ARNr upprocariótico contiene 16, 23, 5S ARNr + varios precursores de ARNt. Los extremos 3 y 5' están unidos por pares de bases adyacentes complementarias. Esta estructura es escindida por la RNasa III. Los ribonucleótidos restantes se cortan mediante exonucleasas/recorte. El procesamiento del extremo 5' del ARNt lo lleva a cabo la ARNasa, y el extremo 3' lo procesa la ARNasa D. La nucleotidil transferasa del ARNt completa la cola CCA.

En eucariotas, el precursor de ARNt contiene un intrón, no se limita a secuencias conservadas y está integrado en el bucle anticodón. Requiere eliminación de intrones y empalme. El empalme se basa en el reconocimiento de la estructura secundaria del ARNt y requiere la participación de enzimas con actividad nucleasa (el ARN se divide en el límite exón-intrón de ambos lados) y ligasa (entrecruzamiento de conos 3 y 5' libres). Tras la liberación, el intronatRNA se pliega en su estructura normal.

procesamiento de ARNm. Modificación del extremo 5' (capping). Modificación del extremo 3' (poliadenilación). Empalme de transcritos de ARNm primarios, spliceosoma. Empalme automático. Splicing alternativo.

Procesamiento de pre-ARNm El eucariota consta de varias etapas:

1. Cortar secuencias finales extra largas.

2. Unión al extremo 5' de la secuencia CEP, en el que está necesariamente presente la 7-metilguanosina, a partir de la cual comienza el CEP. El siguiente es 1-3 ribonucleótidos metilados. Se supone que el CEP es necesario para la estabilización del ARNm, lo que evita que se escinda por 5'-exonucleasas, y también es reconocido por el ribosoma. La formación de un CEP permite someterse a empalmes.

3. Cortar intrones y empalmar exones.

Como regla general, el empalme involucra partículas especiales de ribonucleoproteína (RNP), pequeñas RNP nucleares (snRNP), que incluyen snRNA ricos en uracilo designados U1-U6 (a veces llamados ribozimas) y numerosas proteínas. Estas partículas RNP en las uniones de intrones y exones forman un complejo funcional llamado espliceosomas(splicesomas). Las funciones de las partículas U son reconocer los sitios de empalme. En particular, UI reconoce el sitio de empalme 5' y U2 reconoce el sitio de empalme 3'. En este caso, ocurre interacción y convergencia complementaria entre estos sitios y las secuencias correspondientes en el ARN de las partículas U1 y U2. Por lo tanto, se produce el bucle del intrón. Los exones vecinos entran en contacto entre sí como resultado de la interacción entre factores que reconocen exones individuales.

Algunos intrones se eliminan con empalme automático, que no requiere componentes adicionales además de los propios pre-ARNm. El primer paso es romper el enlace fosfodiéster en la posición 5' del intrón, lo que da como resultado la separación del exón 1 de la molécula de ARN que contiene el intrón y el exón 2, ubicado aguas arriba del extremo 3' del intrón. En las células de mamífero, el sitio de ramificación contiene una secuencia conservada, el nucleótido A clave en esta secuencia se encuentra en la posición 18–28 pb cadena arriba del extremo 3' del intrón. En levadura, esta secuencia es UACUAAC. El intrón se elimina en forma de lazo.

En algunos casos, no todos los exones se transforman en secuencias de aminoácidos. Como resultado, se leen varios ARNm de un gen: splicing alternativo. Además, el uso de promotores y terminadores alternativos puede cambiar los extremos 5' y 3' de la transcripción.

4. Adición de nucleótidos al extremo 3' de una secuencia de 150-200 nucleótidos de adenilo, realizada por poli(A)-polimerasas especiales.

5. Modificación de bases en el expediente. Muy a menudo, durante la maduración del pre-ARNm, se producen transformaciones químicas de algunas bases, por ejemplo, la transformación de una base nitrogenada en otra (C a U o viceversa).

Así, como resultado de la transcripción, se forman ácidos ribonucleicos. Así, los ácidos nucleicos aseguran el mantenimiento de la vida celular almacenando y expresando información genética, determinando la biosíntesis de proteínas y obteniendo ciertas características y funciones por parte del organismo.

En las células bacterianas, los ribosomas se adhieren a la región de ARNm preparada que comienza a separarse de la matriz e inmediatamente comienza la síntesis de proteínas. Por lo tanto, se forma un solo complejo de transcripción-traducción, que puede detectarse con un microscopio electrónico.

La síntesis de ARN en eucariotas tiene lugar en el núcleo y está espacialmente separada del sitio de síntesis de proteínas: el citoplasma. En los eucariotas, el ARN recién sintetizado se condensa inmediatamente para formar muchas partículas adyacentes que contienen proteínas. Estas partículas incluyen ARN de aproximadamente 5000 nucleótidos de largo, cuyo hilo se enrolla alrededor de un esqueleto de proteína, formando así complejos heterogéneos de ribonucleoproteínas nucleares (nRNP). Son heterogéneos porque tienen diferentes tamaños. Algunos de estos complejos son empalmadosomas y están involucrados en la eliminación de inrones y empalme de exones de premRNA.

Después del procesamiento, las moléculas de ARNm eucariotas maduras son reconocidas por proteínas receptoras (incluidas en los poros nucleares) que facilitan el movimiento del ARNm hacia el citoplasma. Al mismo tiempo, las principales proteínas que componen la hnRNP nunca abandonan el núcleo y se deslizan fuera del ARNm a medida que se mueve a través de los poros nucleares.

En el citoplasma, el ARNm se combina nuevamente con proteínas, pero ya citoplasmáticas, formando mRNP. En este caso, se detectan partículas mRNP libres (informosomas citoplasmáticos), así como mRNP asociadas a polisomas (complejos de ribosomas) (infosomas polisomales). Los miARN asociados a polisomas se traducen activamente. Las proteínas asociadas con los informosomas proporcionan almacenamiento de ARNm en el citoplasma en una posición no traducida. La transición de ARNm a polisomas va acompañada de un cambio en las proteínas: escisión o modificación de proteínas represoras y unión de proteínas activadoras. Por lo tanto, en las células eucariotas, el ARNm siempre forma un complejo con proteínas que proporcionan almacenamiento, transporte y regulación de la actividad del ARNm.