В чем вы видите различия в строении пре ирнк и ирнк

1)Дайте определение понятия «ген»?

1) Определение понятия «ген».

2) Каково значение непоследовательностей нуклеотидов в гене и геноме?

3) Что указывает на одинаковое расположение экзонов и интронов в гомологичных генах, определяющих развитие одного и того же признака у организмов разных видов?

5) Опишите и охарактеризуйте разработку роли регуляторных участков генов.

6) Что такое гены «домашнего хозяйства»?

7) Какие системы регуляции активности генов оказывают влияние на организм?

Ген — это участок молекулы ДНК, который кодирует последовательность аминокислот.

В чем сущность понятия «комплементарное действие генов»?

Каково понимание комплементарного действия генов?

Что такое аллельные гены?

Какие гены называются аллельными генами?

1) Парные гены, которые определяют соответствующие признаки организма.

2) Непарные гены, определяющие два признака организма.

3) Гены, которые дублируются в геноме.

4) Разное количество генов в одном организме.

5) Гены, которые определяют парные признаки организма.

Кто знает количество днк в ядре превышает необходимое для кодирования всех структурных генов потому что(2 правильных ответа) а все гены повторяются в генотипе многократно б есть участки внутри структу?

Количество ДНК в ядре превышает необходимое для кодирования всех структурных генов по нескольким причинам:

1. Все гены повторяются в генотипе многократно.
2. Внутри структурных генов есть участки, не несущие наследственной информации.

Также существуют регуляторные гены, которые не кодируют структуру молекул белков или РНК.

У человека ген карих глаз доминирует над геном, определяющим развитие голубой окраски глаз, а ген, обусловливающий умение владеть правой рукой, преобладает над геном, определяющим развитие леворукости?

У человека доминирующий ген карих глаз преобладает над геном, который определяет развитие голубой окраски глаз, а ген, ответственный за умение владеть правой рукой, преобладает над геном, определяющим развитие леворукости.

Оба набора генов находятся в разных хромосомах.

Какие характеристики могут иметь дети, если их родители являются гетерозиготными.

Третья пара аллельных генов.

Система открытых и экспрессированных генов организма — это: первое.

Укажите структуру белка в соответствии с данным геном.

Как изменится структура белка при удалении четвертого нуклеотида из гена.

1. Как гены влияют на проявление качественных признаков?

1. Каким образом гены воздействуют на проявление качественных характеристик?

2. Чем обуславливаются количественные характеристики?

3. Приведите примеры влияния генов на проявление других генов, не являющихся аллелями.

4. Охарактеризуйте взаимодействие неаллельных генов, при котором один ген способствует проявлению генов другой аллельной пары.

5. Как гены одной аллельной пары могут препятствовать проявлению генов другой пары?

В кодирующих областях этого гена содержится информация для синтеза белка, состоящего из 120 аминокислотных остатков.

А) Какова составная последовательность нуклеотидов в гене?

Б) Какая относительная молекулярная масса областей-интронов?

Дайте определение следующим понятиям : ген, локус, доминантный признак, аллельные гены, гетерозиготный организм?

Дайте определение следующим понятиям : ген, локус, доминантный признак, аллельные гены, гетерозиготный организм.

Определение гена – это десятичный набор зашифрованной информации, несущей наследуемую функциональную характеристику в организме.

Локус – это точка на хромосоме, которая является местом размещения гена или генов.

Доминантный признак – это признак, который проявляется при наличии только одной аллели этого гена в гомозиготном или гетерозиготном состоянии.

Аллельные гены – это гены, расположенные в одном и том же доминантном локусе, которые определяют разные варианты одного и того же признака.

Гетерозиготный организм – это организм, имеющий разные аллели в одном генетическом локусе.

Виноградная улитка, дождевой червь, рыба клоун.

1. Самый многочисленный класс насекомых. 2. Да 3. У клеща головогрудь и брюшко 4. Здесь не понять, о ком идет речь. У ракообразных 5 пар, у паукообразных 4 пары, у насекомых 3 пары 5. Да.

Экология в моей жизни занимает очень важное место. Воздух, которым мы дышим и вода, которую мы пьем, загрязняются все больше и больше. Это происходит из-за строительства многих заводов, добычи нефти и сброса отходов. Для…

1. Во время умывания отключайте воду 2. Не использовать воду без надобности.

Деревья, трава, кусты, мох.

Растения не дышат, а поглощают углекислый газ через устьица на листьях и выделяют кислород через них. Это сложный процесс биохимической реакции.

Источник

В чем вы видите различия в строении пре ирнк и ирнк

Более подробное решение позиционировано на странице 125 учебника по биологии для 10 класса, написанного авторами Захаровым В.Б. и Мамонтовым С.Г. на углубленном уровне в 2015 году.

В данном разделе представлены вопросы и задания для повторения учебного материала.

Первый вопрос. Как происходит процесс трансляции?

Второй вопрос. Расскажите о важности включения кодов, трансферной РНК и антикодона в процесс связывания кодонов.

Третий вопрос. Где происходит процесс трансляции?

Трансляция — это процесс создания полипептидных цепей, осуществляемый на рибосомах, где молекулы РНК используются для передачи информации о первичной структуре белка.

Четвертый вопрос. Как долго существуют молекулы иРНК в клетке?

Все бактериальные молекулы иРНК разрушаются и вновь синтезируются довольно быстро. Их полураспад не превышает 3 минут. Это помогает микроорганизмам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Молекулы иРНК в эукариотических клетках более стабильны. Стабильность иРНК зависит от их структуры. Молекулы постепенно укорачивают свои 3′-концы, добавляя полиадениловый фрагмент. Критическое значение для стабильности составляет 30 адениловых нуклеотидов. Молекулы могут быть быстрее разрушены, если их 3′-концы содержат последовательности с большим содержанием урана (U) и аденина (A), которые являются сигналами для удаления полиадениловых фрагментов из молекулы РНК. Стабильность молекул РНК может быть усилена некоторыми стероидными гормонами, которые не только способствуют образованию новых молекул РНК, но и усиливают работающие молекулы. В некоторых случаях стабильность молекул РНК зависит от скорости трансляции и потребности в белке.

Пятый вопрос. Что представляют собой гены трансферной РНК и исходной РНК? Опишите, как информация о структуре этих молекул реализуется.

Первый тип молекул — это исходная РНК, которая создается в ядре клеток. Синтез этой молекулы происходит на одной из двух цепочек ДНК под воздействием РНК-полимеразы.

Синтезируемая иРНК копирует последовательность нуклеотидов, которые образуют генетический код ДНК. Генетический код представлен последовательностями триплетов нуклеотидных оснований, то есть каждые три последовательных основания являются «словом» кода. Каждый триплет определяет позицию одной аминокислоты. Таким образом, триплеты иРНК определяют порядок включения аминокислот в молекулу белка внутри клетки. Например, два последовательных триплета (ГГГ и ГТТ) кодируют расположение пролина и глютаминовой кислоты в белке. Триплет иРНК, который кодирует аминокислоту, называется кодоном. Таким образом, цепь кодонов формирует матрицу для синтеза цепи аминокислот белка. Синтез иРНК начинается с активации нуклеотидов, к которым присоединяются два фосфатных радикала полученные от клеточного АТФ. Это происходит с затратой энергии клетки.

Второй тип РНК — это тРНК. В клетке есть множество разных типов тРНК, каждая из которых связывается только с одной из 20 аминокислот, «распознает» кодон на иРНК и переносит аминокислоту к этому месту. Таким образом, каждая тРНК переносит конкретную аминокислоту к полисомам — место синтеза белка. Аминокислоты включаются в синтез конкретного белка после активации их молекулой АТФ. Триплет нуклеотидных оснований в тРНК, который позволяет ей распознавать комплементарный кодон в иРНК, называется антикодоном. Во время создания белковой молекулы, основания антикодона соединяются водородными мостиками с основаниями кодона иРНК. Это позволяет аминокислотам выстраиваться по одной вдоль цепи иРНК, образуя соответствующую последовательность аминокислот в молекуле белка.

Источник

Текст книги «Биология. Общая биология. 10 класс. Углубленный уровень»

Николай Сонин — автор этой книги

Жанр: Биология, Наука и Образование

На данный момент на странице 9 (всего в книге 23 страницы) доступен отрывок для чтения в объеме 9 страниц

Эукариотические клетки содержат ядро, окруженное оболочкой, и их генетический материал состоит из линейной ДНК — хромосом. У большинства эукариот эти хромосомы идут парами. Гены в эукариотических и прокариотических организмах расположены линейно, друг за другом, на отдельных молекулах ДНК — хромосомах. Эукариотические организмы почти не содержат полицистронных генов, которые считываются единой полимеразой РНК по матрице ДНК, как в опероне прокариот. Это исключает гены тРНК, рРНК и гистоновых белков. В остальных случаях участок молекулы ДНК определяет структуру одного полипептида или молекулы РНК.

Для регуляции экспрессии гена он должен содержать индивидуальную регуляторную метку, что позволяет клеточным или организмическим регулирующим системам оказывать необходимое воздействие на него. Согласно этому, каждый ген состоит из двух основных компонентов — структурной и регуляторной последовательностей нуклеотидов.

Структурная часть гена. Исследуя первичную структуру, т.е. последовательность нуклеотидов, генов, было выяснено, что они содержат как кодирующие специфические полипептиды для данного гена, так и неинформативные участки, не неслишие генетической информации, подобно интергеномическим спейсерам — участкам между генами. Некодирующие участки получили название интронов, а кодирующие — экзонов. Такая структурная организация была обнаружена для множества генов у эукариотических хромосом, у некоторых внутриклеточных органелл эукариот — пластид и митохондрий, а также для определенных генов РНК- и ДНК-содержащих вирусов, поражающих эукариотические клетки. У бактерий нет интронов в генах. Они также отсутствуют в генах бактериофагов — вирусов бактерий.

Количество и расположение интронов в генах специфично для каждого гена, что становится очевидным при сравнении организации гомологичных генов в разных видах. Некоторые гены содержат всего один-два интрона, но часто их гораздо больше. Например, ген овальбумина у курицы содержит 7 интронов, у крысы ген сывороточного альбумина содержит 13 интронов, а один из генов коллагена у курицы имеет 51 интрон. В результате проекта «Геном человека» среднее количество интронов на один экзон составило 7.8.

Экзоны обычно имеют небольшую длину. Одновременно длина интрона может быть различной — от нескольких десятков пар нуклеотидов до нескольких тысяч. В результате общая длина всех интронов часто превышает суммарную длину экзонов. Интроны транскрибируются наравне с экзонами, поэтому пре-мРНК содержит участки, транскрибируемые как с экзонов, так и с интронов.

Последовательности нуклеотидов в экзонах консервативны, а в интронах сильно различаются. Между интронами одинаковых генов гомология не обнаружена, вероятно, из-за того, что интроны не подвергаются естественному отбору, при этом они более изменчивы, чем экзоны. Однако при сравнении последовательностей нуклеотидов в экзонах одинаковых генов у разных видов обнаруживается высокая гомология.

Говоря о избыточности генома в целом (см. гл. 3), можно прийти к выводу, что эукариотический ген окружен целым рядом некодирующих последовательностей нуклеотидов ДНК, размеры которых во много раз превышают длину информативного участка цепи ДНК. Ученые полагают, что неинформативные участки хромосом выполняют регуляторную функцию.

Регуляторная часть гена. Регуляторная часть гена обеспечивает первые этапы реализации генетической информации, содержащейся в структурной части гена, которая ihrerseits. Содержит информацию о структуре конкретных РНК или белков. В результате размер гена складывается из размеров его структурной и регуляторной частей. Однако определить протяженность гена не так просто, особенно в случае генов эукариот.

Как и у прокариот, перед информативной частью генов эукариотических организмов находится промотор — место связывания РНК-полимеразы с ДНК. Однако структура этого участка у эукариот значительно сложнее. Он содержит ряд повторяющихся одинаковых (обязательных) и различающихся у разных промоторов последовательностей, что приводит к разной интенсивности их связывания с белками, обеспечивающими транскрипцию. Промотор необходим для связывания РНК-полимеразы, связывания белков — регуляторов транскрипционного комплекса, потому что только при формировании такого комплекса (рис. 4.5) возможно считывание информации со структурного гена.

Отдельные элементы регуляторной области генов, называемые энхансеры, могут располагаться перед структурной частью гена, за ней или даже внутри нее. Окончательное решение о функциональном назначении этих участков молекулы ДНК пока не найдено. Известно только, что энхансеры участвуют в формировании комплекса транскрипционных факторов. Другие регуляторные участки — инсуляторы (от англ. insulate — изолировать, отделить) разграничивают соседние участки, содержащие структурные и регуляторные гены, предотвращая выражение «чужих» энхансеров (рис. 4.6). Инсуляторы были обнаружены, например, в системе глобиновых генов человека, у дрозофилы и других организмов.

Фиг. 4.5. Участие энхансеров в активации комплекса транскрипционных факторов: ТАТА-бокс — специфическая последовательность нуклеотидов в промоторных областях генов эукариот, выполняющая регуляторную функцию

Фиг. 4.6. Принцип работы инсуляторов — обеспечение избирательной деятельности энхансеров

На функционирование генов оказывают влияние множество белков и рибонуклеопротеиды. Это влияние не укладывается в простую схему оперонной регуляции, присутствующую у прокариотических организмов. Последние годы характеризуются открытием множества белков, обладающих свойствами транскрипционных факторов или репрессоров. Они вступают в различные взаимоотношения друг с другом и с другими веществами, от чего зависит конечное влияние на активность генов — их экспрессия или репрессия.

Другими словами, в клетках эукариот, подобно сложной сети метаболических превращений, есть сложная система регуляторных взаимоотношений. Эта система еще не полностью изучена, но уже известны некоторые факты. В нее вовлечены не только белки, которые непосредственно связываются с ДНК, но и множество других веществ: внеклеточные сигнальные вещества, гормоны, рецепторы клеток, медиаторы и другие.
Регуляторные взаимоотношения в геноме эукариот требуют дополнительного рассмотрения и глубоких знаний в области биохимии и молекулярной биологии. В данном случае мы лишь кратко описываем некоторые аспекты, связанные с ДНК-связывающими белками, которые являются активаторами или репрессорами генов.

4.1.1.3. Механизм инициации транскрипции генов эукариот

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписываю) представляет собой процесс перевода наследственной информации из последовательности ДНК в последовательность нуклеотидов РНК. Она осуществляется путем комплементарного синтеза РНК на матричной цепи ДНК. Образование молекулы РНК на матричной цепи ДНК по принципу комплементарности, так же как и при редупликации, называют матричным синтезом.

У бактерий РНК-полимераза «узнает» правильное место на промоторе и непосредственно связывается с ДНК. У эукариот для образования основного комплекса инициации на ДНК, который необходим для всех генов, требуются общие факторы транскрипции, присутствующие в любой клетке.

Однако, как уже было замечено ранее, имеются различные гены. Некоторые из этих генов, например гены «домашнего хозяйства», постоянно экспрессируются, в то время как другие, называемые тканевыми специфическими генами, экспрессируются только в определенных клетках. Третьи гены, такие как индуцируемые гены, могут активироваться стероидными гормонами. Как происходит регуляция этих различных типов генов? Здесь мы рассмотрим специфические транскрипционные факторы, которые связываются с участками ДНК перед стартовой точкой, то есть там, где начинается транскрипция.

Транскрипционные факторы. В отсутствие транскрипционных факторов все гены находятся в «выключенном» или репрессированном состоянии. Это происходит из-за того, что гистоновые белки, которые образуют нуклеосомы, блокируют область промотора.

Различные молекулы могут быть вовлечены в активацию одного и того же гена. Прежде всего, это могут быть факторы, которые связываются с участками перед стартовой точкой. Эти факторы присутствуют во всех клетках, и поэтому конститутивно экспрессирующиеся гены нуждаются только в них.

В других случаях транскрипционные молекулы связываются с удаленными регуляторными элементами и образуют петлю ДНК. Каждый такой белок имеет как минимум две области связывания: одну с ДНК, а другую с белками, которые входят в транскрипционный комплекс.

Как регулируется экспрессия генов? Это зависит от отрезков ДНК, расположенных на разных участках хромосомы. Даже на большом расстоянии, несколько тысяч пар оснований, эти отрезки могут влиять на транскрипцию гена. Например, присутствие удаленного энхансера в ДНК может увеличить интенсивность транскрипции гена в сотни раз. Ген β-глобина, например, экспрессируется только в незрелых эритроцитах и его транскрипция зависит от связывания ДНК в области промотора с активатором, который присутствует только в этих клетках.

Регуляция скорости транскрипции индуцируемого гена происходит по-другому. В мишеневых клетках присутствуют неактивные транскрипционные факторы. Они не могут связываться с соответствующими ДНК элементами самостоятельно. Стероидный гормон, такой как гормон коры надпочечников или половой гормон, активирует эти факторы, вызывая связывание с ДНК, РНК-полимеразой и другими компонентами, способствующими активации транскрипции.

Каким образом взаимодействие транскрипционных факторов и инициаторного комплекса влияет на инициацию регуляции, остается неизвестным. Главной чертой регуляции экспрессии генов эукариот является высокая гибкость, то есть множество веществ может внести свой вклад в регуляцию транскрипции при наличии соответствующих участков связывания на молекуле ДНК.

Роль белков, связывающихся с ДНК, в структуре. Понятно, что белки, взаимодействующие с конкретными участками ДНК, играют важную роль в процессах дифференцировки клеток, эмбрионального развития и других. Эффективность их действия зависит от способности этих соединений распознавать определенные участки ДНК и взаимодействовать с ними.

Структурные особенности показывают, что большинство белков, связывающихся с ДНК, могут быть разделены на группы, в том числе белки с мотивами «спираль-поворот-спираль», «спираль-петля-спираль», белки типа «лейциновой молнии» и так называемые «цинковые пальцы» (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Типы белков-регуляторов активности генов>

Рис. 4.8. Механизм взаимодействия регуляторов с ДНК

Регуляторные белки связываются с двухцепочечной ДНК, при этом специфическое связывание происходит благодаря взаимодействию аминокислотных остатков и оснований ДНК. Стабилизацию можно усилить, связавшись со сахарофосфатным скелетом. Взаимодействие между ними происходит, как правило, в большой борозде ДНК (рис. 4.8).

Суть контроля гена состоит в том, что белки, связанные с ДНК, например факторы транскрипции и репрессоры, взаимодействуют с ними только после специального «инструктажа».

Мы уже знакомы с ситуациями, когда модификация регуляторного белка достигается при связывании с лигандом, как в случае оперонов прокариот. В случае эукариот такая «инструкция» обычно поступает в виде внешнего сигнала — гормона, фактора роста или медиатора.

После образования транскрипционного комплекса и получения всех необходимых разрешений от регуляторных белков РНК полимераза начинает синтезировать молекулу РНК, которая является точной копией инфор мационной цепи ДНК. В этом процессе транскрипционного синтеза переносятся и экзоны, несущие информацию, и интроны.

В процессе обработки пре-иРНК до иРНК, который происходит в ядре, некоторые участки пре-иРНК, соответствующие интронам, удаляются, а экзоны соединяются. Это называется сплайсингом. Зрелая иРНК содержит только экзоны и имеет особую последовательность, которая идентифицирует ее как иРНК. Гены обычно гораздо длиннее иРНК. В некоторых генах могут быть интроны с определенными последовательностями на концах.

Рис. 4.9. Сплайсинг. Рибозимы удаляют неинформативные интроны из пре-иРНК и соединяют экзоны в нужном порядке.

Альтернативный сплайсинг. После завершения картирования генома человека стало понятно, что у нас всего около 25 тысяч генов. Однако число белковых продуктов, синтезируемых в клетках организма, превышает 100 тысяч. Это возможно благодаря альтернативному сплайсингу. Он позволяет использовать ограниченный генетический материал эффективно. У сложных организмов информация, содержащаяся в генах, может быть прочитана по-разному, что позволяет создавать несколько вариантов белков. Ученые считают, что около 75% генов человека подвержены альтернативному сплайсингу.

Альтернативный сплайсинг позволяет различным тканям иметь структурные и функциональные различия. Также синтез различных иРНК и, соответственно, различных белков на одних и тех же генах может быть ответственен за различия между видами организмов с общим набором генов.

Рис. 4.10. Варианты зрелой иРНК, полученные из пре-иРНК в результате альтернативного сплайсинга в разных тканях.

Таким образом, процесс транскрипции и сплайсинга превращает пре-иРНК в готовую для трансляции зрелую иРНК.

• Структурные гены эукариот содержат информативные экзоны и неинформативные интроны, которые часто чередуются. Бактерии и вирусы не имеют интронов в генах.

• У генов эукариот перед информативной частью гена находится промотор, который связывается с РНК-полимеразой.

• Число и внутреннее расположение интронов и экзонов определяются специфически для каждого гена.
• Между экзонами и интронами находятся последовательности нуклеотидов, которые являются специфическими метками.
• Процесс перевода информации из последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность кодонов иРНК называется транскрипцией.
• Для начала процесса транскрипции эукариотам необходим сложный транскрипционный комплекс регуляторов, включающий белки и нуклеопротеиды.
• Факторами, которые могут собрать транскрипционный комплекс, являются гормоны, факторы роста и другие вещества, находящиеся внутриклеточно.
• Вопросы и задания для повторения
• 1. Назовите определение гена.
• 2. Какую роль играют неинформативные последовательности нуклеотидов в гене и геноме?
• 3. Что доказывает одинаковое расположение экзонов и интронов в генах, определяющих развитие одного и того же признака у разных видов организмов (гомологичных генов)?
• 4. Какие различия вы видите в структуре пре-мРНК и мРНК?
• 5. Описание и характеристика роли регуляторных областей генов.
• 6. Что такое «домашние хозяйства»? Опишите принципы их экспрессии.
• 7. Какие системы регуляции организма влияют на активность генов?
• 8. Укажите известные вам ДНК-связывающие белки, участвующие в активации и прекращении экспрессии генов эукариотических организмов.
• Дальнейшим этапом биосинтеза является трансляция — процесс перевода информации из последовательности нуклеотидов (кодонов) молекулы мРНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи.
• У прокариот (бактерий), у которых нет оформленного ядра, рибосомы могут связаться с вновь синтезированной молекулой мРНК сразу после их отделения от ДНК или даже во время синтеза. У эукариот мРНК сначала должна проникнуть через ядерную оболочку в цитоплазму. Она доставляется специальными белками-переносчиками, которые образуют комплекс с молекулой мРНК. Кроме транспорта мРНК к рибосомам, они защищают мРНК от воздействия ферментов цитоплазмы. В цитоплазме на одном из концов мРНК (с которым начался синтез в ядре) образуется рибосома, и начинается синтез полипептида.
• Рибосомы перемещаются по молекуле мРНК не непрерывно, а последовательно, триплет за триплетом. При перемещении рибосомы по молекуле мРНК подряд присоединяются аминокислоты, которые соответствуют триплетам мРНК. Точное соответствие аминокислот и кодонов мРНК обеспечивается ТРНК. Для каждой аминокислоты существует своя ТРНК, один из триплетов которой, антикодон, комплементарен определенному триплету мРНК. Точно так же каждой аминокислоте соответствует свой фермент, который присоединяет ее к ТРНК.

Схема последовательных этапов трансляции показана на Рис. 4.11. А – инициация; Б-В – элонгация; Г – терминация

Схема продолжения последовательных этапов трансляции показана на Рис. 4.11. А – инициация; Б-В – элонгация; Г – терминация

Схема продолжения последовательных этапов трансляции показана на Рис. 4.11. А – инициация; Б-В – элонгация; Г – терминация

Схема окончания последовательных этапов трансляции показана на Рис. 4.11. А – инициация; Б-В – элонгация; Г – терминация

Схема реализации наследственной информации показана на Рис. 4.12.

Общий принцип передачи наследственной информации о структуре белковых молекул в процессе биосинтеза полипептидной цепи представлен на рисунке 4.12.

После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы иРНК, сворачивается в спираль, а затем приобретает третичную структуру, свойственную данному белку.

Молекула иРНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, так же как рибосома. Описание трансляции и транскрипции дано здесь очень упрощено. Следует помнить, что биосинтез белка – процесс чрезвычайно сложный, связанный с участием многих ферментов и затратой большого количества энергии. Поразительная сложность системы биосинтеза и ее высокая энергоемкость обеспечивают высокую точность и упорядоченность синтеза полипептидов. Важное значение в этом событии имеет продолжительность жизни молекулы иРНК.

Стабильность иРНК и контроль экспрессии генов. Хотя значение регуляции транскрипции при экспрессии генов очень велико, стабильности индивидуальных иРНК отводится не менее важная роль. Чаще всего скорость синтеза белка отражает количество образовавшейся иРНК. Время существования иРНК прокариот ограничено 2–3 минутами. Быстрый оборот иРНК позволяет оперативно реагировать на изменения среды. У млекопитающих время полужизни индивидуальных иРНК составляет от 10 минут до 2 дней. Регуляторные белки обычно кодируются короткоживущими иРНК, время полужизни которых обычно составляет менее 30 минут. Таким образом, клетка содержит иРНК, скорость разрушения которых различна.

Исследование процесса распада иРНК пока является менее изученной областью, чем синтез и регуляция этого вещества, несмотря на его потенциальную важность для стабильности генов. Мы имеем ограниченную информацию о ферментах, участвующих в распаде иРНК, но уже известно некоторые основные механизмы, определяющие продолжительность жизни этой молекулы.

Роль структур, определяющих стабильность иРНК в регуляции экспрессии. Почти все иРНК имеют полиадениловый «хвост» (поли-А-фрагмент), присоединенный к 3′-концу перед выходом иРНК из ядра клетки (рис. 4.13). Поли-А-фрагмент считается защитным механизмом против быстрого распада иРНК в эукариотических клетках. Часто перед распадом иРНК происходит удаление полиаденилового участка (деаденилирование). Уже установлено существование белка, который связывается с поли-А-фрагментом и тормозит его разрушение на 3′-конце молекулы, однако детали механизма, через который поли-А защищает иРНК, пока не разгаданы. Ожидается, что поли-А могут влиять на транспорт, трансляцию и распад iРНК.

У гистоновых иРНК отсутствует поли-А-фрагмент, и устойчивость этих молекул обуславливается присутствием петли на их 3′-конце. Синтез гистонов необходим только во время S-периода интерфазы митотического цикла, когда происходит синтез ДНК и сборка нуклеосом. Гены, кодирующие гистоны, транскрибируются во время S-фазы, но в G₂-фазе процесс синтеза прекращается и уровень гистоновых иРНК быстро падает. Это также вызывает сокращение времени жизни этих иРНК с 40 до 10 минут.

Синтез рецепторного белка трансферрина служит еще одним примером взаимосвязи между стабильностью иРНК и синтезом соответствующего белка, который отвечает за транспорт железа внутри клетки. В 3′-нетранслируемой области иРНК присутствует группа из пяти петель, называемая железочувствительным элементом. В отсутствие железа это техническое устройство стабилизирует иРНК, увеличивая синтез рецепторов и повышая поступление железа в клетку. При наличии избытка железа этот элемент теряет стабильность и приводит к распаду иРНК с помощью рибонуклеазы.

Короткоживущие иРНК часто содержат последовательности нестабильности, которые предшествуют их быстрому распаду внутри клетки. Такие иРНК характеризуются наличием высокого содержания адениновых и урациловых элементов в 3′-нетранслируемых областях молекулы. Эти последовательности будут различны в разных иРНК, но все они будут иметь по меньшей мере одну последовательность «АУ» длиной не менее 9 нуклеотидов, вызывающую быстрый распад иРНК.

Механизм стабильности иРНК в клетке является сложным. Кроме того, некоторые гормоны регулируют устойчивость или нестабильность определенных иРНК, и регуляция распада является одним из важных способов контроля над экспрессией генов.

Видим на изображении 4.13, что на 3′-конце молекулы иРНК гитоновых белков имеется небольшая последовательность УУУУУ, предшествующая петле. Устойчивость молекулы определяется ее формой.

• Транскрипция заключается в переводе информации из последовательности нуклеотидов (кодонов) иРНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи. Этот процесс осуществляется в активном центре рибосомы.

• Рибосомы обеспечивают последовательный подбор антикодонов тРНК к кодонам иРНК.

• Контроль активности генов на уровне трансляции осуществляется через регулировку продолжительности «жизни» молекул иРНК. Эту продолжительность могут влиять регуляторные факторы, такие как гормоны, и конечные продукты, синтезируемые самим геном.

Вам предлагаются следующие вопросы и задания для повторения:

1. Как осуществляется процесс трансляции?

2. Расскажите о роли рРНК в обеспечении комплементарного связывания кодона иРНК с антикодоном тРНК.

3. Где происходит процесс трансляции?

4. Каково значение продолжительности «жизни» иРНК для клетки?

5. Что представляют собой гены тРНК и иРНК? Опишите, как информация о структуре этих молекул реализуется.

Обратите внимание, что это не является конечной частью книги.

Эта работа размещена с разрешения ООО «ЛитРес» (20% изначального текста). Если размещение этой книги нарушает чьи-либо права, пожалуйста, сообщите об этом.

Источник