Транскріпція, процесинг, сплайсинг.

Молекули ДНК містяться в ядрі, а синтез білків відбувається в цитоплазмі. ДНК не може переміщуватися до місця синтезу білків у цитоплазму.Вона передає інформацію про структуру білків за участю молекул і-РНК, що утворюються наДНК і переносяться з ядра в цитоплазму до місця синтезу білків. Утворення молекул РНК на матриці ДНК називається транскрипцією. Цей процес відбувається, в основному, під час інтерфази. На матриці ДНК утворюються всі три типи РНК.

Основні етапи транскрипції:

1. Ініціація. За сигналом з цитоплазми певна ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується і розділяється на два ланцюги. Це відбувається за допомогою фермента гелікази, що зв’язується з ДНК. Фермент РНК-полімераза починає синтезувати новий ланцюг біля спеціального старт-сигналу ДНК, що називається промотором, і закінчує його біля „стоп”-сигналу (сигнал термінації), після чого полімераза та синтезований ланцюг РНК відокремлюється один від одного. Молекула РНК, яка при цьому утворюється, називається первинним транскриптом або про- і-РНК. Один з двох ланцюгів ДНК, на якому йде транскрипція, називається кодуючим ланцюгом. Другий ланцюг називається ланцюгом, що не кодує.

2. Елонгація – процес нарощування полінуклеотидного ланцюга. Відповідні рибонуклеотиди приєднуються до матричного ланцюга, згодом об’єднуються один з одним залишком фосфорної кислоти, створюючи ланцюг РНК, який містить азотисті основи, комплементарні основам ланцюга ДНК, уздовж якого вони утворилися.

3. Термінація. РНК-полімераза рухається вздовж ланцюга ДНК і поступово переписує інформацію на РНК. Цей процес завершується за досягнення ферментом специфічної нуклеотидної послідовності (термінатори транскріпції - АТТ, АЦТ і АТЦ). Ланцюг про-і-РНК відокремлюється від матричного ланцюга ДНК, зазнає процесингу.

Процесинг. Молекулярні механізми, пов’язані з „дозріванням” різних типів РНК, називаються процесингом.

З’ясувалося, що комплементарною ДНК є тільки молекула-попередниця і-РНК (про-і-РНК). Молекули про-і-РНК набогато більші, ніж зрілі і-РНК. Послідовність азотистих основ у молекулі про-і-РНК точно відтворює порядок чергування основ у ДНК. Молекула про-і-РНК містить у собі ряд інертних ділянок (інтронів), що не мають генів.

У процесі „дозрівання” і-РНК спеціальні ферменти вирізають інтроні і зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони). Цей процес називається сплайсингом. Тому послідовність нуклеотидів у дозрілої і-РНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК. Сплайсинг – дуже точний процес. Точність вирізання інтронів забезпечується розпізнаванням ферментів певних сигнальних послідовностей нуклеотидів у молекулі про-і-РНК.

У процесингу бере участь цілий ряд ферментів. Наприклад, за допомогою ферментів –рестриктаз вирізаються інтронні ділянки, а екзонні ділянки зшиваються за допомогою ферментів-лігаз. Наявність інтронів у генах еукаріотів є універсальним явищем. Припускають, що інтрони є запасом інформації, що зумовлює мінливість.

Трансляція.

Процес синтезу білків (трансляція) умовно поділяється на три етапи:

1. Ініціація. Розпочинається з активації амінокислот. Амінокислоти (АК) в цитозолі клітини вступають в реакцію з АТФ. Цей комплекс – АК-АМФ-комплекс називається активованою амінокислотою. Реакцію каталізує фермент аміно-ацил-т-РНК-синтетаза. Для кожної амінокислоти існує свій осоьливий фермент. Активована амінокислота приєднується до своєї специфічної т-РНК.

Активація рибосом і початок синтезу поліпептидного ланцюга. Ланцюг і-РНК з’єднується з малою рибосомальною одиницею за допомогою спеціального триплету. Амінокислота метіонин ініціює процес синтезу. Вона входить до складу т-РНК, яка має УАЦ-антикодон, що св’язується з АУГ-кодоном і-РНК. Комплекс, що утворюється, називається комплексом ініціації. Згодом до малої субодиниці і-РНК приєднується велика субодиниця, створюючи активну рибосому, що має сформовані аміноацільну (А) і пептидільну (П) ділянки.

2. Елонгація. (подовження поліпептидного ланцюга).

Друга, навантажена, наприклад, проліном, т-РНК з’єднується з рибосомою на ділянці (А) (рис.А,Б). Ії кодон зв’язуєтьсяз комплементарним кодоном ланцюга і-РНК. На ділянці П (рис.В) метіонін звільняється від своєй т-РНК і з’єднується пептидним зв’язком з проліном. Процес каталізує фермент пептидилтрансфераза. У цьому процесі зв’язок між першою амінокислотою та ії т-РНК розривається і СООН- група першої амінокислоти утворює пептидний зв’язок з вільною –NH2 групою другої амінокислоти. Таким чином, друга т-РНК уже несе дипептид. Перша т-РНК, теперь вільна і повертається у цитоплазму.

Т-РНК-дипептидний комплекс разом з і-РНК переміщається в напрямку П-ділянкі рибосоми (рис.П). Цей процес називається транслокацією.

Весь процес, що включає надходження т-РНК –амінокислотного комплексу, утворення пептидного зв’язку і транслокацію, богаторазово повторюється.

Рибосома рухається щодо і-РНК тільки в одному напрямку, переміщуючись на один триплет від 5'-кінця до 3'-кінця і-РНК. Амінокислоти зв’язуються у тій послідовності, що повідомляється їм за допомогою і-РНК.

3. Термінація (закінчення синтезу та вивільнення поліпептидного ланцюга). У кінці ланцюга і-РНК знаходиться один із „стоп” – кодонів (УАА, УАГ, УГА). Фактор термінації (спеціальний білок) приєднується до цього кодону і блокує подовження поліпептиднго ланцюга. Рибосома відкремлюється від ланцюга і-РНК розпадається на дві субодиниці. Синтезований поліпептид звільняється і потрапає в цитоплазму, ендоплазматичну сітку або комплекс Гольджі, де завершується формування білкової молекули.

Білковий синтез є основою поділу, диференціювання, росту й розвитку, забеспечує особливості метаболізму і функцій організму.