Ген - это сложная функционально активная единица, предназначенная для регулируемого синтеза молекулы РНК.

Сплайсинг РНК. В этом случае к первичным РНК-транскриптатам присоединяются частицы, которые называются гетерогенными ядерными нуклеопротеиновыми частицами (гя-РНП-частицы). Они представляют собой РНК длиной 5000 нуклеотидов, намотанную на белковый остов. Гя-РНП-частицы присоединяются в местах соединения экзонов и интронов, затем попарно объединяются с образованием агрегатов или сплайсосом. Кроме того, в состав сплайсосомы входят малые ядерные РНК, функция которых - удаление интронов.

Механизм удаления интронов происходит с высокой точностью. В процессе сплайсинга РНК образуется специфичная лассо-образная структура, которая приводи к высвобождению интронов и сшиванию экзонов. Итак, после процессинга и сплайсинга РНК-транскриптат содержит: кэпирующую последовательность, кодон инициации (AUG) - метионин, экзоны, стоп-кодон и полиА-конец. Такая мРНК-выходит в цитоплазму и используется в процессе синтеза белка.

Альтернативный сплайсинг. Механизм и регуляция неизучены. Суть альтернативного сплайсинга - из одного и того же первичного транскриптата можно получить разные м-РНК путем сшивания экзонов в разной последовательности. Считается, что альтернативный сплайсинг очень распространен. Так, один первичный транскриптат в зависимости от числа экзонов может нести информацию от 4 до 1000 генов. Другим доказательством является то, что молекул РНК в ядре мало - 2 процента, в цитоплазме можно обнаружить 145 тыс. видов мРНК.

Синтез тРНК и рРНК. тРНК- у прокариот и эукариот синтезируются в виде больших предшественников, которые затем подвергаются нуклеолитическому процессингу при участии рибонуклеаз, так как гены тРНК содержат единичные интроны. После сплайсинга формируется пространственная структура, содержащяя 2 функциональные части: триплет антикодона и аминоацильный конец. В клетках находятся 20 видов тРНК, по числу аминокислот, входящих в состав белка.

Гены рРНК располагаются в ядрышке. Молекулы рРНК первоначально транскрибируются в виде большого первичного транскриптата. Этот транскриптат подвергается нуклеолитическому процессингу, отличающегося от процессинга тРНК механизмом и сигналами. Сразу по окончанию процессинга рРНК связывается с белками и образуют большую и малую субъединицу рибосом.

Уровни регуляции экспрессии генов у эукариот. Регуляция экспрессии генов у эукариот идет на разных уровнях и в разных компартментах. В ядре экспрессия генов регулируется на уровнях генных перестроек, амплификации, структурных перестроек хроматина, транскрипции и процессинга. В цитоплазме контроль осуществляется на уровне трансляции и пострансляции.

Контроль на уровне транскрипции зависит от действия белков-регуляторов, энхансеров и сайленсеров и элементов адаптивной регуляции. Контроль на уровне процессинга РНК. Процессинг бывает 2-х типов: альтернативный и дифференциальный. Альтернативный процессинг - это механизм, определяющий какой из первичных РНК-транскриптатов будет подвергнут сплайсингу. Дифференциальный процессинг РНК заключается в том, что из общего транскриптата образуются различные молекулы РНК. Это определяется различиями в выборе сайтов полиаденилования. С дифференциальным процессингом тесно связан механизм альтернативного сплайсинга. Контроль на уровне трансляции: скорость деградации мРНК.

Синтез белка. мРНК представляет собой последовательность нуклеотидов: A, U, G, C. Их можно сравнить с 4-х буквенным алфавитом. Сочетание трех букв или трех нуклеотидов (триплет) называется кодоном. К месту синтеза белка аминокислоты доставляются транспортными РНК. Синтез белка начинается с образования комплекса рибосома-мРНК. Рибосома содержит 2 функциональных участка: пептидильный (Р) и аминоацильный (А). В аминоацильном участке происходит узнавание кодонов. В пептидильном участке содержится растущая цепь. Этапы синтеза белка: инициация, элонгация и терминация.

Инициация включает в себя узнавание, при котором кодону на мРНК соответствует антикодон тРНК, затем происходит транслокация тРНК с аминокислотой в Р-центр, присоединение аминокислоты и высвобождение тРНК. При этом мРНК смещается относительно рибосомы на один кодон. На стадии элонгации процесс повторяется снова, с той лишь разницей, что каждая последующая аминокислота присоединяется к предыдущей с образованием пептидной связи. Этот процесс протекает с энерготратами в виде АТФ. Одна рибосома за 1 минуту осуществляет синтез 100 пептидных связей. Стадия терминации начинается, когда в А центре появляется нонсенс-кодон. Этот нонсенс-кодон узнается факторами высвобождения и отсоединяет молекулу белка от рибосомы. В целом, процесс синтеза белка регулируется и контролируется 9 факторами белковой природы: по 3 фактора инициации, элонгации и терминации. После окончания синтеза, белок попадает в полость эндоплазматического ретикулума, приобретает вторичную, третичную структуру, подвергается процессингу, может использоваться в жизнедеятельности клетки, складироваться или секретироваться наружу путем экзоцитоза.