Параграф 80. рнк синтез транскрипция

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив НЕ НУЖНО зубрить.

Замечания и отзывы можно прислать по электронной почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 80:
«РНК: синтез (транскрипция), сплайсинг, обратная транскрипция»

См. сначала п.70, 73 и 74, 77, 79, можно 78 и 76.

Содержание параграфа 80:
80. 1. Транскрипция, ее отличия от репликации.
80. 2. Процессинг про-РНК.
Сплайсинг про-РНК.
Рибозимы.
Нарушения сплайсинга.
Альтернативный сплайсинг.
80. 3. Обратная транскрипция. См. п.79, 86.
Интеграция в генОм.
Амплификация.
80. 4. «Мир РНК».

РНК – это цепь из (рибо)нуклеотидов.
Точнее – это полимер из нуклеотидных остатков в качестве мономеров.
Функции РНК:
набор разных РНК позволяет синтезировать белки, закодированные в ДНК.
Кроме этого, есть регуляторные РНК.

80. 1. Транскрипция, ее отличия от репликации. п.70, 73, 77 и 78.

Определение. Транскрипция («считывание») – это синтез РНК на матрице ДНК.

Синтез РНК на матрице РНК тоже бывает, он называется репликацией РНК (см. п.77) и обнаружен только у вирусов.

Синтез РНК похож на синтез ДНК при репликации, но есть и отличия:

1. Матрица.
При репликации в качестве матриц используются обе цепи ДНК полностью
(кроме концов ДНК – см. теломеры в п.78),
При транскрипции в качестве матрицы используется тоже ДНК,
но не вся, а только участок одной из цепей дуплекса –

это транскрибируемый участок ДНК, использующийся в качестве матрицы при транскрипции, называется гЕном.

2. Субстраты.
ДНК синтезируется из дезоксирибонуклеотидов (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТК),
а РНК – из рибонуклеотидов (из АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ).

3. Основной фермент
синтеза ДНК (присоединяющий новые нуклеотиды) – ДНК-полимераза (см. п.78),
а основной фермент синтеза РНК (транскрипции) – РНК-полимераза.

4. Праймер:
При синтезе РНК не нужно образовывать праймер (РНК-затравку),
а при синтезе ДНК (при репликации) нужно образовывать праймер (затравку из РНК).

Чтобы ДНК стала матрицей при транскрипции,
перед транскрипцией цепи ДНК должны отделиться друг от друга
(не по всей длине ДНК, а только в том участке, где происходит транскрипция).
После разделения цепей дуплекса одна из цепей дуплекса используется в качестве матрицы при синтезе РНК (при транскрипции).

Инициация транскрипции.

Начало синтеза РНК (транскрипции) называется ИНИЦИАЦИЕЙ транскрипции.

К определённому нуклеотиду ДНК присоединяется первый нуклеотид РНК
(тот из четырёх рибонуклеотидов, который комплементарен этому нуклеотиду ДНК-матрицы;
связывание нуклеотидов происходит через азотистые основания, водородными связями – см. п.78 и 77),
то есть к азотистому основанию нуклеотида матрицы
водородными связями присоединяется комплементарное основанию
азотистое основание нуклеотида РНК.

Затем ко второму нуклеотиду матрицы так же присоединяется
второй нуклеотид РНК (комплементарный второму нуклеотиду матрицы).

После этого два фосфата от второго нуклеотида отщепляются,
а за счёт выделяющийся при этом энергии
второй рибонуклеотид присоединяется к первому рибонуклеотиду будущей РНК фосфодиэфирной связью (ФДЭ):

к атому кислорода первого нуклеотида в его 3’ положении
присоединяется атом фосфора второго нуклеотида в его 5’ положении.

Из-за такого образования ФДЭ получается, что в начале РНК свободен 5’ конец,
а в конце РНК свободен 3’ конец,
а направление синтеза РНК получается от 5’ конца к 3’ концу.
(Свободен в том смысле, что не образовал ФДЭ-связи).

При этом синтезируемая РНК антипараллельна ДНК-матрице,
с которой связана водородными связями.
Из-за антипараллельности комплементарных нуклеиновых кислот
ДНК-матрица при транскрипции считывается в направлении от 3’ конца к 5’ концу.

После этого к третьему нуклеотиду матрицы
присоединяется водородными связями комплементарный ему третий нуклеотид РНК,
затем этот третий рибонуклеотид соединяется фосфодиэфирной связью
со вторым рибонуклеотидом будущей РНК и т.д.

Элонгация транскрипции.

Процесс присоединения новых рибонуклеотидов и удлинения РНК
называется элонгацией (продолжением) транскрипции
и продолжается до тех пор, пока в ДНК не встретятся специальные последовательности нуклеотидов –
при их появлении синтез РНК прекращается –

терминация транскрипции

(это прекращение синтеза РНК называется терминацией транскрипции –
так же как прекращение синтеза ППЦ при трансляции
называется терминацией трансляции – см. п.82).

Основной фермент транскрипции(синтеза РНК):

Присоединение новых рибонуклеотидов при синтезе РНК при транскрипции катализируется ферментом РНК-полимеразой.
При начале транскрипции РНК-полимераза соединяется с участком ДНК,
который содержит много аденина и тимина
и поэтому называется ТАТА-участком или ТАТА-боксом.

Синтезированная при транскрипции РНК называется ПЕРВИЧНЫМ ТРАНСКРИПТОМ
или про-РНК, поскольку ещё не является зрелой формой РНК,
а является только предшественницей зрелой РНК.
Для превращения про-РНК в зрелую РНК нужен процессинг про-РНК:

80. 2. Процессинг про-РНК. См. п.76.

Синтезированные при транскрипции РНК (про-РНК)
подвергаются дополнительным видоизменениям,
после которых приобретают способность выполнять свои функции.
Эти процессы называются созреванием про-РНК
или ПРОЦЕССИНГОМ про-РНК.
ПРОЦЕССИНГ про-РНК – это превращение первичного транскрипта
(РНК, полученной при транскрипции)
в молекулу зрелой РНК (мРНК, тРНК, рРНК, малые РНК).

Сплайсинг про-РНК.

Один из процессов процессинга про-РНК заключается в том, что
некоторые участки про-РНК удаляются,
а остальные участки про-РНК соединяются между собой
(соединяются концы, образующиеся после удаления участков) фосфодиэфирными связями.

Удаляемые при этом участки про-РНК называются ИНТРОНАМИ,
а остальные участки (не удаляемые) называются ЭКЗОНАМИ.
Процесс удаления интронов и соединения называется СПЛАЙСИНГОМ («сшиванием»).
Интроны и экзоны ДНК.
Участки ДНК, которые соответствуют интронам РНК (то есть служили матрицей при синтезе «интронных участков» про-РНК),
тоже называются интронами.
Но из ДНК интроны не вырезаются.
Участки ДНК, которые соответствуют экзонам РНК, тоже называются экзонами.

Рибозимы.

Осуществляется сплайсинг
специальными комплексами, состоящими из белков и малых ядерных РНК,
которые называются СПЛАЙСО/СОМАМИ.
При этом малые РНК осуществляют функцию катализаторов, то есть являются РИБОЗИМАМИ.
Другой процесс, в котором участвуют рибозимы – это синтез белков п.82:
рибозимом является рибосомальная РНК,
которая участвует в образовании пептидной связи между аминоацилами
при транспептидации во время элонгации трансляции.

Нарушения сплайсинга.

Сплайсинг должен протекать очень точно:
при удалении участка, которые всего на один нуклеотид короче или длиннее,
чем нужно,
получится в итоге РНК с совсем другими ТРИПЛЕТАМИ (см. 82),
на которой будет синтезироваться совсем другая ППЦ вместо нужной.

Поэтому нарушения сплайсинга
могут быть причиной нарушений синтеза данного белка,
и приводит к протеинопатиям (см. п. 57 и 79),
даже если нет мутаций в гене, при нормальном гене.

Примеры болезней, в развитии которых есть нарушение сплайсинга:
1) некоторые талассемии (нарушения синтезе глобиновых цепей гемоглобина),
2) системная красная волчанка.

Альтернативный сплайсинг.

Из одной и той же про-РНК при сплайсинге могут удаляться разные участки.
То есть разные участки про-РНК могут считаться интронами.
(Разные, но строго определённые).
Это явление называется АЛЬТЕРНАТИВНЫМ СПЛАЙСИНГОМ.

Из-за наличия альтернативного сплайсинга
из одной и той же молекулы про-РНК
после сплайсинга могут получиться совершенно разные зрелые мРНК,
то есть с разными последовательностями нуклеотидов, с разными кодонами – п.82.
И при трансляции этих разных мРНК получаются разные ППЦ и разные белки.
По этой причине при 20 000 генов человека у него около 100 000 белков.
По этой же причине ген кодирует не одну ППЦ, а несколько.

80. 3. Обратная транскрипция. См. п.79, 86.

РНК может использоваться не только для синтеза белка (п.82),
но может стать и матрицей для синтеза ДНК.
Процесс синтеза ДНК на матрице РНК называется ОБРАТНОЙ ТРАНСКРИПЦИЕЙ
(потому что про обычной транскрипции РНК синтезируется на матрице ДНК).

Фермент, катализирующий процесс обратной транскрипции,
называется ОБРАТНОЙ ТРАНСКРИПТАЗОЙ или РНК-зависимой ДНК-полимеразой.

Сначала на цепочке РНК синтезируется комплементарная ей цепочка дезоксинуклеотидов (то есть ДНК).
После этого уже эта цепочка ДНК становится матрицей для синтеза второй цепочки ДНК.
Синтез обеих цепочек катализируется обратной транскриптазой,
хотя синтез второй цепочки ДНК на матрице ДНК не является обратной транскрипцией.

В итоге образуется двухцепочечная молекула ДНК,
которая является КОПИЕЙ ГЕНА
(того участка ДНК, который был матрицей при синтезе РНК).

Интеграция в генОм.

Копии генов, полученных благодаря обратной транскрипции,
могут встраиваться в хромосомы.
Процесс встраивания копий генов в хромосомы называется интеграцией в генОм.

При интеграции в хромосому копии гена
может произойти повреждение ДНК – изменение генов или регуляторных участков ДНК (п.81).
Поэтому интеграция в геном является потенциально мутагенным процессом – см. п.79.
Интеграция в геном относится к так называемым ПЕРЕСТРОЙКАМ генома.
И формально не считается разновидностью мутаций.
Как и все перестройки, интеграция в геном может привести: к превращению проонкогена в онкоген и антионкогена в неактивный антионкоген – п.87.

В геном могут встраиваться (интегрироваться) не только копии собственных генов,
но и вирусные ДНК, в том числе ДНК, полученные на матрице вирусной РНК – см. п.86.

Амплификация.

Весь процесс получения копий генов и их встраивания в генОм человека
(то есть и обратная транскрипция, и интеграция в генОм)
называется АМПЛИФИКАЦИЕЙ («умножением числа генов»).

Для амплификации нужны:
1) транобычная скрипция гена для получения РНК, которая станет матрицей,
2) обратная транскрипция этой РНК
(синтез на РНК первой цепи ДНК,
затем синтез на первой цепи ДНК – второй цепи ДНК),
3) интеграция в геном полученной двухцепочечной ДНК (копии гена).

Зачем нужны копии генов и процесс копирования?

Для ускорения синтеза белка и увеличения числа молекул белка:

Чем больше «экземпляров» данного гена –
тем быстрее могут синтезироваться РНК при транскрипции,
а чем больше РНК – тем быстрее могут синтезироваться кодируемые ими белки.

Считается, что амплификация помогает быстрее синтезировать некоторые белки во время эмбриогенеза.

Кроме того, на амплификации основан эффект Митридата (см. п. 118 и 119) –
«натренированность к ядам»
(способность не умереть от смертельной для обычного человека дозы яда,
развивающаяся при регулярном приёме малых доз)
и множественная лекарственная устойчивость:
«привыкание к лекарствам», невоспримчивость к лекарствам, возникающая при длительном их употреблении.

80. 4. «Мир РНК».

Это точка зрения, согласно которой РНК была первой биомолекулой живых организмов:
хранила информацию до появления ДНК и осуществляла катализ до появления многообразия белков.
В пользу этого предположения говорят следующие факты:
1. РНК используются в качестве матриц
и при синтезе ДНК (при обратной транскрипции),
и при синтезе белка (при трансляции) –
это имеют в виду, когда говорят, что РНК может передавать информацию в обоих направлениях – и к ДНК, и к белку.
2. РНК способны и хранить информацию, подобно ДНК (то есть РНК, как и ДНК, могут использоваться в качестве матриц при матричных синтезах – п.77),
и катализировать химические реакции, подобно белкам (конкретные РНК, способные к катализу, называются РИБОЗИМАМИ:
рибозимы участвуют в сплайсинге и в синтезе белка – п.82).
3. РНК участвуют в видоизменениях (редактировании) РНК, синтезированных (транскрибированных) на ДНК, то есть в модификациях первичных транскриптов – см. процессинг РНК и сплайсинг.
За счёт этого РНК видоизменяют исходную информацию, «записанную в ДНК».
4. Дезокси/рибонуклеотиды (мономеры ДНК и субстраты синтеза для ДНК) не выполняют никаких других функций в организме,
а рибонуклеотиды (мономеры РНК и субстраты для синтеза РНК) выполняют в организме ряд функций (п.70):
являются макроэргами (АТФ и другие),
входят в состав коферментов (НАД+ и НАДФН, ФАД, КоА),
являются регуляторами (цАМФ, цГМФ, ГТФ).