§ 42. Біосинтез білка. Транскрипція і процесинг іРНК

Поміркуйте

У геномі людини приблизно 20 000 генів. А в її клітинах синтезується понад 100 тисяч білків. Яким чином?

Згадайте

Будова ДНК і РНК

Нуклеотиди

Будова генів еукаріотів

Екзони й інтрони

Принцип комплементарності

Поняття про пластичний обмін у клітині

Пластичний обмін у клітині являє собою сукупність реакцій синтезу органічних речовин з використанням енергії.

У результаті пластичного обміну клітини забезпечуються будівельним матеріалом для створення своїх структур і органічними речовинами для етапів енергетичного обміну.

Прикладами такого біосинтезу є синтез білків з амінокислот, синтез вуглеводів у процесі фотосинтезу, синтез жирів з гліцерину і жирних кислот.

Поняття про матричний синтез

Синтез складних полімерних молекул на основі генетичної інформації клітини, закодованої в молекулі ДНК, відбувається за типом так званого матричного синтезу. Матричними називаються процеси синтезу, за яких на основі первинної структури одного біополімера (матриці) синтезується первинна структура іншого біополімера (копії).

До матричних процесів у живих клітинах належать реплікація (біосинтез ДНК на матриці ДНК), транскрипція (біосинтез РНК на матриці ДНК) і трансляція (біосинтез білка за послідовністю нуклеотидів РНК).

Етапи біосинтезу білка

Біосинтез білка складається з таких етапів:

транскрипція — синтез молекули іРНК на матриці ділянки ДНК;

процесинг РНК — дозрівання і модифікація іРНК;

nрансляція — синтез білкової молекули на матриці іРНК.

Транскрипція і процесинг іРНК відбуваються в ядрі клітини, трансляція — у цитоплазмі на рибосомах. Після синтезу поліпептидний ланцюг укладається в просторову структуру і піддається різним посттрансляційним модифікаціям.

Транскрипція

На етапі транскрипції відбувається синтез молекули іРНК за зразком одного з ланцюгів молекули ДНК. Під час синтезу молекули РНК нуклеотиди приєднуються за принципом комплементарності. Навпроти аденілового нуклеотиду в ланцюзі ДНК розміщується уридиловий нуклеотид РНК (а не тимідиловий, як у синтезі ДНК).

Транскрипція здійснюється великим комплексом ферментів, головним з яких є ДНК-залежна РНК-полімераза (мал. 42.1). Така назва означає, що він створює полімерний ланцюжок РНК за зразком молекули ДНК.

Процес транскрипції починається, коли РНК-полімераза виявляє на ланцюзі ДНК зону промотора. Вона прикріплюється до ДНК у цій зоні й починає просуватися уздовж її ланцюга. При цьому подвійна спіраль молекули ДНК розкручується, і РНК-полімераза зчитує інформацію лише з одного ланцюга ДНК. Вона розпізнає нуклеотиди на ланцюзі ДНК і приєднує відповідні нуклеотиди до ланцюга РНК (за принципом комплементарності). Нові нуклеотиди приєднуються до «хвоста» ланцюга РНК, що синтезується. Ділянка ДНК, з якої фермент уже зчитав інформацію, знову скручується в спіраль. Процес транскрипції закінчується, коли РНК-полімераза досягає ділянки термінатора.

Мал. 42.1. Процес транскрипції

Дозрівання (процесинг) РНК

Дозрівання РНК є важливим етапом реалізації спадкової інформації в еукаріотів. Воно властиве всім типам РНК і не відбувається тільки в окремих випадках.

Під час дозрівання РНК відбувається декілька процесів, зокрема:

сплайсинг — вирізання інтронів і з’єднання екзонів у синтезованій молекулі РНК за допомогою малої ядерної РНК (мяРНК) (мал. 42.2);

кепування — додавання до початку молекули РНК декількох модифікованих нуклеотидів, які допомагають транспортувати її в цитоплазму;

поліаденілування — додавання до кінця молекули РНК декількох аденілових нуклеотидів, які допомагають транспортувати її в цитоплазму.

Альтернативний сплайсинг

Процес дозрівання дозволяє клітинам еукаріотів проводити так званий альтернативний сплайсинг, під час якого з однієї молекули РНК можуть утворюватися різні комбінації екзонів. При цьому з одного початкового варіанта утворюються різні білки. Про масштаб цього процесу свідчить той факт, що в геномі людини трохи більше 20 000 генів, а в клітинах налічують понад 250 тисяч білків.

Транскрипція тРНК і рРНК

Транспортні РНК синтезуються РНК-полімеразою в клітинному ядрі. Вихідні транскрипти піддаються багатостадійному процесингу, у результаті якого формується типова для тРНК просторова структура (мал. 42.3). Після дозрівання тРНК переносяться з ядра в цитоплазму спеціальними переносниками.

В еукаріотів налічується від кількох сотень до десятків тисяч генів рРНК, які дуже інтенсивно транскрибуються. Спочатку РНК-полімераза синтезує довгу молекулу-попередника рибосомної РНК, яка потім розрізається на окремі види рРНК. Місця зосередження генів рРНК в ядрі клітини разом із рибосомами, що збираються, утворюють ядерце.

Мал. 42.2. Схема сплайсингу РНК

Мал. 42.3. Просторова структура тРНК

Ключова ідея

Копіювання та реалізація спадкової інформації забезпечуються процесами матричного синтезу. Біосинтез білка складається з транскрипції, процесингу РНК і трансляції. На етапі транскрипції відбувається синтез молекули іРНК за зразком одного з ланцюгів ДНК. Важливим етапом процесингу РНК в еукаріотів є сплайсинг — вирізання інтронів і з'єднання екзонів у молекулі іРНК.

Запитання та завдання

1. Які властивості живого забезпечуються процесами матричного синтезу? 2. За рахунок яких процесів збільшується різноманітність білків за незмінної кількості генетичного матеріалу?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно