Lekcija_10-11._RNK._Processing_RNK

1. РНК, ПРОЦЕССИНГ РНК

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

2. Информационная РНК

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

3. Информационная РНК прокариот

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

4.

5. Информационная РНК эукариот

• являются моноцистронными
• Составляет 2-6 % от всей РНК в клетке
• на 5’-конце имеет кэп
O
+
N
HN
H2N
CH3
N
N
7-метилгуанозин
H
H
OH
H
5'
CH2
H
O
O
O P O P O P
OH
HO
O
O
OH
5'
OCH2
H
OH
X
O
H
H
H
O
O P
OCH3
OCH2
H
OH
H
Y
O
H
H
O
OCH3

6.

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

7.

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

8. рРНК. Рибосомы

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

9. Модель рибосом E.coli

10.

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

11.

12.

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

13.

• 2/3 молекулы рРНК образуют двуспиральные
участки

14.

• Каждый рибосомный белок имеет свою персональную
посадочную площадку на рРНК
• Если смешать 21 белок и 16 S рРНК, 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 рРНК
большой субчастицы
• Некоторые рибосомные белки оказываются необходимыми
для поддержания определенной структуры РНК

15. Схема синтеза рибосом в клетках эукариот

1.
Синтез иРНК рибосомных белков РНК полимеразой II.
2. Экспорт мРНК из ядра.
3. Узнавание мРНК рибосомой и 4. синтез рибосомных
белков.
5. Синтез предшественника рРНК (45S - предшественник)
РНК полимеразой I.
6. Синтез 5S pРНК РНК полимеразой III.

16.

7. Сборка большой рибонуклеопротеидной частицы,
включающей 45S-предшественник, импортированные из
цитоплазмы рибосомные белки, а также специальные
ядрышковые белки и РНК, принимающие участие в
созревании рибосомных субчастиц.
8. Присоединение 5S рРНК, 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.

17.

18. тРНК

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

19.

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

20.

• 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

21.

22.

23. Нуклеотидная последовательность и вторичная структура дрожжевой аланиновой тРНК

24.

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

25.

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

26.

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

27. 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: иРНК, тРНК, рРНК.

28.

29.

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

30. 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.

31.

Механизм удаления интронов

32.

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

33.

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

34.

Альтернативный сплайсинг

35. Аутосплайсинг

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

36.

37. ПРОЦЕССИНГ иРНК

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

38.

39.

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

40. Процессинг тРНК

• Почти все тРНК синтезируются в виде
предшественников – более длинных молекул

41.

• 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 тРНК
• Эукариотическая РНКаза P узнает другие элементы
предшественника тРНК
• У эукариот ЦЦA - последовательность не кодируется в
генах тРНК, а добавляется пост-транскрипционно
• У прокариот ЦЦA последовательность кодируется в генах
тРНК, но может быть удалена в процессе созревания тРНК,
ее восстановление осуществляет нуклеотидилтрансфераза
• В процессе созревания тРНК происходит модификация
азотистых оснований – происходит образование
дигидроурацила, псевдоуридина, тимина и др.

42.

• Процессинг пре-тРНК прокариот может включать
вырезание индивидуальных тРНК

43. Сплайсинг пре-тРНК

• В тРНК 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
тРНК.

44.

45.

• Процессинг рРНК

46.

47.

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

48.

Спасибо за внимание