Информация

Множество стартови и стоп кодони в mRNA и pre-mRNA

Множество стартови и стоп кодони в mRNA и pre-mRNA


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Имам основен въпрос, който ще доведе до допълнителни въпроси в зависимост от отговора.

В процеса на транскрипция ще има ли множество стартови и стоп кодони в една последователност от пре-мРНК? Ако има, остават ли в иРНК след сплайсинг? Ако го направят, това означава ли, че една иРНК има кодираща последователност за синтеза на множество различни протеини?

Един последен въпрос: ако приемем, че една иРНК има последователността за синтез на един протеин, винаги ли стоп кодонът е крайната последователност преди поли-А опашката?

Благодаря предварително за помощта и съжалявам за мини заешката дупка.


Дали има множество начални и стоп кодони, зависи от това какво имате предвид под "стартов кодон" и "стоп кодон".

Началният кодон има последователността "AUG", а стоп кодонът има последователността "UAG", "UAA" или "UGA". Както пре-мРНК, така и зрялата-тРНК могат и обикновено съдържат множество екземпляри от всички тези последователности. Обаче, само един екземпляр "AUG" служи като начален сайт на транслация и само един екземпляр от последователността на стоп кодон служи като място за спиране на транслацията.

Началният сайт на транслация обикновено е първият (5' най-много) AUG. Въпреки това, поради причини, които все още не са напълно изяснени, в около 5% от гените първият AUG се пропуска и транслацията започва от една от другите AUG последователности.

Сайтът за спиране на транслацията винаги е първият стоп кодон, който се появява в рамката с транслационния стартов сайт в зрялата иРНК.

Стоп кодонът обикновено не е (изкушен съм да кажа никога) крайната последователност преди поли-А-опашката. Кодиращата последователност (РНК регионът, който кодира протеина) се намира в средата. Има 5' нетранслиран регион (UTR) преди протеиновия кодиращ участък и 3' UTR след протеин кодиращия регион. UTR последователностите варират между гените и могат да имат различни функции в зависимост от последователността.


Тъй като този въпрос е първа публикация, вероятно е просто основен въпрос за протеиновия синтез, на който @Sean Johnson е отговорил адекватно. Обаче не съм съвсем сигурен. И тъй като преди работех в областта на синтеза на протеини (но сега съм доста без връзка), реших да погледна малко скорошната литература, за да разгледам някои по-езотерични или неясни въпроси, които повдигна в съзнанието ми. Изложих резултатите по-долу и разделих отговора си на зряла иРНК (която Шон обхвана основно), но също така разгледах пре-иРНК. Ако отговорът не е много полезен за питащия, той все още може да представлява интерес за другите.

Старт и стоп кодони в зряла иРНК

Общата картина на инициирането и прекратяването на протеиновата биосинтеза при еукариотите (бактериите и археите са различни) е описано от Шон и може да се намери в стандартни текстове1. В повечето случаи, първият AUG от 5'-края на иРНК е този, разпознат като "начален" сигнал за синтеза на протеин от инициационния комплекс на рибозомна субединица, който сканира от капачката, според модела на Kozak2; и всеки един от трите терминиращи кодона, срещани в разчитащата рамка, се разпознава като "стоп" и (почти) неизменно води до терминиране на полипептидната верига.

ЗАПОЧНИ ИЗКЛЮЧЕНИЕ 1
Както бе споменато, в около 5% от иРНК определени аспекти на средата на първия AUG от 5'-края водят до пренебрегването му от комплекса и вмъкването на метионин и стартовия протеинов синтез се случва при втория (или може би дори а последващо) АВГ.2

ЗАПОЧНЕТЕ ИЗКЛЮЧЕНИЕ 2
Установено е, че някои еукариотни вируси инициират транслацията на тРНК вътрешно, чрез механизъм, различен от метода на 5'-сканиране. Това включва "вътрешен рибозомен входен сайт" - IRES. Впоследствие се оказа, че малка подгрупа от иРНК гостоприемници притежава IRES и може да инициира вътрешно транслация. Те включват някои растежни фактори, транскрипционни фактори и транслационни фактори.3 Следователно такива (редки) тРНК могат да имат няколко AUG в техния 5'-нетранслиран регион.

Въпреки че е възможно да се предвиди иРНК с няколко IRESs и по този начин кодиращи няколко различни протеина (аналогично на бактериална полицистронна иРНК), това изглежда не се случва. Прави впечатление, например, че полиовирусната РНК има само един IRES за началото на синтеза на единичен голям полипротеин, от който генерира множество протеини чрез протеолиза. Изглежда, че основната цел на това алтернативно иницииране е да позволи на протеиновия синтез да продължи в отсъствието на 5'-капачка.

СТОП ИЗКЛЮЧЕНИЕ 1
Има някои AGU кодони, които се разпознават от специфична tRNA, която вмъква селеноцистеин в полипептидната верига. Някои аспекти на средата на тези кодони карат те да бъдат игнорирани от протеиновата терминираща система и рибозомата продължава да се транслира, като в крайна сметка завършва при следващ стоп кодон4.

СТОП ИЗКЛЮЧЕНИЕ 2
Отдавна е известно, че някои бактериални и еукариотни вирусни иРНК могат да увеличат своя генетичен репертоар чрез това, което е известно като „прочитане“ на „пропускливи“ стоп кодони. Това е „процентен“ ефект, а не всичко или нищо и води до смес от продукти с „нормална дължина“ и удължени продукти. Сега е ясно, че същото явление може да се появи в някои еукариотни иРНК: доста често в дрозофила5, но и при бозайници6.

СТОП КОДОНИ И 3'-UTR
Не ми е ясно какво има предвид питащият под „стоп кодонът винаги ли е крайната последователност преди поли-А опашката?“. Ако въпросът е дали може да има допълнителни стоп кодони в 3'-UTR между функционалния терминационен кодон и AATAAA полиаденилиращия сигнал (лилав в диаграмата на Шон), отговорът е да. Разглеждайки последователностите на някои мускулни протеинови cDNAs, направени преди години, открих няколко стоп кодона в този регион във всеки, който разгледах. Разбира се, те нямат никаква функция, тъй като рибозомата вече е заминала, но няма причина те да не са там на произволна основа (и на очевидно произволни позиции).

Старт и стоп кодони в пре-мРНК

от пре-мРНК Предполагам, че се има предвид първоначалният РНК транскрипт преди снаждането. Няма причина един интрон, който е сплайсиран, така че да не се появи в крайната иРНК, да не съдържа стартови или стоп кодони, които ако не бъдат премахнати, биха променили рамката на четене. Много го правят.

По-интересна ситуация е, когато има алтернативно сплайсинг за производство на различни транскрипти на иРНК, които кодират различни протеини. Уместно за въпроса е ситуацията със стартовите кодони, където протеините се различават по своите н-крайни и стоп кодони, където протеините се различават по своите ° С-край. Последните са доста често срещани, но първите също се срещат, особено ако има алтернативни форми на протеин, със и без сигнален пептид7. В тези случаи стартовият или стоп кодонът ще присъства и в двата екзона, единият от които се отделя във всеки случай. Примери за това от няколко дрозофила гените са илюстрирани:

И в двата случая кодиращите региони са в оранжево, а непреведените региони в сиво. Тънките линии представляват позицията на интроните, които са били снаждани. Върхът на стрелката представлява посоката на транскрипция и е от С-терминалната страна на протеина. (i) Различни N-крайни точки за алтернативни продукти на ген vha14-2; (ii) Различни С-крайници за алтернативни продукти на ген vhaSFD.9


Есе по биология за транскрипция и транслация на ДНК репликация

Тази глава очертава накратко концепцията за репликация на ДНК и има за цел да накара читателя да разбере как ДНК се репликира. Подробностите за транскрипцията на ДНК в РНК също ще бъдат обяснени. И накрая, ще бъде разработена транслация на РНК в протеини.

Повечето хора смятат, че тези теми са в сферата на чисто молекулярния биолог и изследователя. За съжаление това не е вярно. Преди патологът да се заеме с изучаването на техники, използвани в молекулярната патология, е необходимо кратко описание на основните понятия.


Множество стартови и стоп кодони в иРНК и пре-мРНК - Биология

Мембранно-пропускливи съединения, които обратимо инхибират определен етап в генната експресия, са много полезни инструменти за клетъчни биологични и биохимични/структурни изследвания. В сравнение с други етапи на генна експресия, където са налични множество ефектори с малки молекули, са описани много малко съединения, които действат като общи инхибитори на пре-мРНК сплайсинг. Тук съобщаваме за изграждане и валидиране на набор от клетъчни линии на бозайници, подходящи за идентифициране на малки молекулни инхибитори на пре-мРНК сплайсинг. Използвайки тези клетъчни линии, ние идентифицирахме естествения продукт изогинкгетин като общ инхибитор както на главните, така и на малките сплайзоми. Изогинкгетин инхибира снаждането и на двете in vivo и инвитро при подобни микромоларни концентрации. Изглежда, че го прави чрез предотвратяване на стабилното набиране на U4/U5/U6 три-малкия ядрен рибонуклеопротеин, което води до натрупване на пресплициозомния А комплекс. Подобно на два други наскоро докладвани общи инхибитори на пре-мРНК сплайсинг, изогинкгетинът е описан преди това като противотуморно средство. Нашите резултати предполагат, че инхибирането на сплайсинга е механистичната основа на антитуморната активност на изогинкетин. По този начин, инхибиторите на пре-мРНК сплайсинг могат да представляват нов път за разработване на нови противоракови агенти.


Редактиране на митохондриална РНК в трипанозоми: малки РНК в контрол

Редактирането на митохондриална иРНК в трипанозомите е път на посттранскрипционна обработка, като по този начин уридиновите остатъци (Us) се вмъкват в или изтриват от прекурсори на информационната РНК. Чрез коригиране на изместването на рамката, въвеждане на стартови и стоп кодони и често добавяне на по-голямата част от кодиращата последователност, редактирането възстановява отворените рамки за четене за митохондриално кодирани иРНК. Може да има стотици събития на редактиране в една пре-мРНК, обикновено раздалечени от няколко нуклеотида, като U-вмъкванията превъзхождат U-делециите приблизително 10 пъти. Митохондриалният геном се състои от ∼50 максикръгове и хиляди миникръгове. Катенираните макси- и миникръгове са опаковани в плътна структура, наречена кинетопластни максикръгове, дават прекурсори на рРНК и иРНК, докато водещите РНК (gRNAs) се произвеждат предимно от миникръгове, въпреки че при видовете кинетопластиди са идентифицирани различен брой gRNA, кодирани в максикръг. Направляващите РНК определят позициите и броя на вмъкнатите или изтрити Us чрез хибридизиране с пре-мРНК и образуване на серии от несъответствия. Тези 50-60 нуклеотидни (nt) молекули са 3' уридилирани от RET1 TUTase и стабилизирани чрез свързване с gRNA свързващия комплекс (GRBC). Реакциите на редактиране на разцепване на иРНК, U-вмъкване или делеция и лигиране се катализират от комплекса за редактиране на РНК ядро ​​(RECC). За да функционират в митохондриалната транслация, пре-мРНК трябва допълнително да претърпят 3' модификация след редактиране чрез полиаденилиране/уридилиране. Последните проучвания разкриха силно сложна природа на комплексите за редактиране на иРНК и полиаденилиране и техните взаимодействия с транслационните машини. Тук се фокусираме върху механизмите на редактиране на РНК и нейното функционално свързване с модификация на 3' иРНК преди и след редактиране и пътища на съзряване на gRNA.

Ключови думи: Криптогени Митохондрии Протеинови комплекси РНК свързващи протеини РНК редактираща РНК лигаза РНКаза III TUTase Трипанозома.

Copyright © 2014 Elsevier Masson SAS. Всички права запазени.

Фигури

Ядрото за редактиране на РНК...

Ядрото за редактиране на РНК катализира реакциите на елементарно редактиране на РНК. Директни взаимодействия протеин-протеин...


Как може 1 молекула иРНК да има 6 рамки за четене?

Ако транслацията винаги започва от начален кодон, как може една тРНК молекула да има множество рамки за четене? Няма ли да има само 1, тъй като преводът трябва да започне от началния кодон? Или може ли една иРНК молекула да има множество стартови кодони или нещо подобно? Благодаря!

По принцип си прав.

6? Ако имате парче ДНК и не знаете къде е началото или дори коя верига, има шест възможни рамки за четене - концептуално. Две нишки, по 3 рамки. Ако знаете веригата, има 3, ако знаете стартовия кодон, разбрахте.

(Има възможни сложности относно алтернативните стартови кодони, но вероятно не са от значение тук.)

Една иРНК молекула ще има само 3 рамки за четене (6 е за ДНК, която има 2 вериги).

Но има разлика между "рамка за четене" и "отворена рамка за четене". За дадена последователност имате:

AUG AAA AGG
XAU GAA AGG
XXA UGA AAG

Забележете как и двете рамки за четене 1 и 2 имат стоп кодон AGG. Стоп кодоните понякога могат да бъдат "скрити спирки", когато, ако направите изместване на рамката на един нуклеотид, вие накарате да се появи стоп кодон. Но само рамката за четене 1 ще ви даде подходяща отворена рамка за четене, със стартов и стоп кодон.


Sdeochand1

Всеки знае, че кислородът е от съществено значение за много животни, особено за хората, за да оцелеят на земята, защото е необходим за осъществяване на определени метаболитни процеси. Кислородът се пренася в тялото ни чрез протеина хемоглобин, а протеините са кодирани от нашата ДНК. ДНК е поредица от три нуклеотида, наречени кодон. Някои кодони са екзони, кодиращи протеин, докато други са интрони, а не кодиращи протеини. С екзони и интрони, разпръснати по хромозомата, ДНК има специален кодон, който сигнализира за началото на екзон: AUG. Така че технически, без кодона AUG, tRNA няма да знае откъде да започне да кодира протеините, които изграждат хемоглобина. Докато кислородът е много важен, кодонът AUG е по-важен.

Когато спрете да мислите за цялата концепция за кодони и как те се свързват с протеините, това наистина е умопомрачително. Има само една ръка, пълна с кодони, които всъщност участват в кодирането на протеин. Тези кодони са универсални за всички видове, дори бактерии. Както споменахме по-горе, има един стартов кодон, AUG, който също е универсален за всички видове, който сигнализира за началото на транслацията. Тъй като има начални кодони, съществуват и стоп кодони, за да сигнализират за края на транслацията.

Сега спрете и помислете за нашите хромозоми и колко ДНК имаме върху тези хромозоми. И да си помислим, че повече от половината от нашата ДНК е всъщност безсмислен модел от кодони, които не означават абсолютно нищо. Това по същество е интронът. Най-важната част от нашата ДНК е екзонът, където наистина се съхраняват гените. Тези стартови и стоп кодони разграничават разликата между интрони и екзони. Сега как се отделят екзоните от интроните? Специална РНК, наречена малка ядрена РНК (snRNA), изрязва интроните.

Споделя това:

Като този:

Свързани

Има малко объркване в терминологията. В ДНК не говорим за кодони. Това е нещо, за което ще говорим само с РНК. В ДНК имаме гени. Гените кодират някои продукти, главно протеини. Така че във вашия пример има гени в ДНК, които кодират хемоглобина.

Сега, когато правите транскрипт на ген или иРНК, вие предоставяте кода за това как да изградите този протеин в рибозома (процесът на транслация).

Когато се направи предварителна тРНК, трябва да отделим неизползвана информация (интрони), така че само полезната информация (екзони) да се препраща.

Сега процесът на превод се движи от езика на нуклеиновите киселини (последователности от нуклеотиди) към езика на протеините (последователности от аминокиселини). За да направим това, трябва да знаем как да четем последователностите. Последователност от 3 нуклеотида представлява 1 аминокиселина. Тези три нуклеотида се наричат ​​кодон. Започвайки от началния кодон (AUG), всеки следващ набор от три нуклеотида върху иРНК се счита за кодон.


Карти, упътвания и отзиви за места

Краткото съществуване на тРНК молекула започва с транскрипция и в крайна сметка завършва с разграждане. По време на живота си молекулата на иРНК може също да бъде обработена, редактирана и транспортирана преди транслацията. Еукариотните иРНК молекули често изискват обширна обработка и транспорт, докато прокариотните тРНК молекули не. Молекула от еукариотна иРНК и заобикалящите я протеини се наричат ​​заедно RNP.

Транскрипция

Транскрипцията е, когато РНК е направена от ДНК. По време на транскрипцията РНК полимеразата прави копие на ген от ДНК към иРНК, ако е необходимо. Този процес е подобен при еукариотите и прокариотите. Една забележителна разлика обаче е, че еукариотната РНК полимераза се свързва с ензими, обработващи иРНК по време на транскрипцията, така че обработката може да продължи бързо след началото на транскрипцията. Краткотрайният, необработен или частично преработен продукт се нарича прекурсорна иРНК, или пре-мРНК веднъж напълно обработен, се нарича зряла иРНК.

Еукариотна пре-мРНК обработка

Обработката на иРНК се различава значително при еукариоти, бактерии и археи. Нееукариотната иРНК е по същество зряла при транскрипция и не изисква обработка, освен в редки случаи. Еукариотната пре-мРНК обаче изисква обширна обработка.

Добавяне на 5' капачка

А 5' кап (наричана още РНК капачка, РНК 7-метилгуанозин капачка или РНК m 7 G капачка) е модифициран гуанинов нуклеотид, който е добавен към "предния" или 5' края на еукариотната информационна РНК малко след началото на транскрипция. 5' капачката се състои от краен 7-метилгуанозинов остатък, който е свързан чрез 5'-5'-трифосфатна връзка към първия транскрибиран нуклеотид. Неговото присъствие е от решаващо значение за разпознаването от рибозомата и защитата от РНКази.

Добавянето на капачка е свързано с транскрипцията и протича ко-транскрипционно, така че всяко влияе върху другото. Малко след началото на транскрипцията, 5'-краят на синтезираната иРНК е свързан с капсул-синтезиращ комплекс, свързан с РНК полимераза. Този ензимен комплекс катализира химичните реакции, които са необходими за затваряне на иРНК. Синтезът протича като многоетапна биохимична реакция.

Редактиране

В някои случаи иРНК ще бъде редактирана, променяйки нуклеотидния състав на тази иРНК. Пример при хората е иРНК на аполипопротеин В, която се редактира в някои тъкани, но не и в други. Редактирането създава ранен стоп кодон, който при транслация произвежда по-къс протеин.

Полиаденилиране

Полиаденилирането е ковалентното свързване на полиаденилиловата част към молекулата на информационната РНК. В еукариотните организми повечето молекули на информационната РНК (иРНК) са полиаденилирани в 3' края, но последните проучвания показват, че къси участъци на уридин (олигуридилиране) също са често срещани. Поли(А) опашката и протеинът, свързани с нея, подпомагат защитата на иРНК от разграждане от екзонуклеази. Полиаденилирането също е важно за терминирането на транскрипцията, износа на иРНК от ядрото и транслацията. иРНК може също да бъде полиаденилирана в прокариотни организми, където поли(А) опашките действат, за да улеснят, а не да възпрепятстват екзонуклеолитичното разграждане.

Полиаденилирането се случва по време и/или непосредствено след транскрипцията на ДНК в РНК. След като транскрипцията бъде прекратена, веригата на иРНК се разцепва чрез действието на ендонуклеазен комплекс, свързан с РНК полимераза. След като иРНК е разцепена, около 250 аденозинови остатъка се добавят към свободния 3' край на мястото на разцепване. Тази реакция се катализира от полиаденилатна полимераза. Точно както при алтернативното сплайсинг, може да има повече от един вариант на полиаденилиране на иРНК.

Срещат се и мутации на мястото на полиаденилиране. Първичният РНК транскрипт на ген се разцепва на мястото на добавяне на поли-А и 100-200 А се добавят към 3' края на РНК. Ако това място се промени, ще се образува необичайно дълга и нестабилна тРНК конструкция.

Транспорт

Друга разлика между еукариотите и прокариотите е транспортът на иРНК. Тъй като еукариотната транскрипция и транслация са разделени на отделни части, еукариотните иРНК трябва да бъдат изнесени от ядрото в цитоплазмата - процес, който може да се регулира от различни сигнални пътища. Зрелите иРНК се разпознават чрез техните обработени модификации и след това се изнасят през ядрената пора чрез свързване към свързващите шапки протеини CBP20 и CBP80, както и транскрипционния/експортния комплекс (TREX). В еукариотите са идентифицирани множество пътища за износ на иРНК.

В пространствено сложни клетки, някои иРНК се транспортират до определени дестинации под изба. При зрелите неврони, някои иРНК се транспортират от сомата до дендритите. Едно място на транслация на иРНК е в полирибозоми, селективно локализирани под синапсите. ИРНК за Arc/Arg3.1 се индуцира от синаптична активност и се локализира селективно близо до активни синапси въз основа на сигнали, генерирани от NMDA рецептори. Други тРНК също се преместват в дендрити в отговор на външни стимули, като ?-актин иРНК. При износ от ядрото актиновата иРНК се свързва със ZBP1 и 40S субединицата. Комплексът е свързан с моторен протеин и се транспортира до целевото място (невритно разширение) по протежение на цитоскелета. В крайна сметка ZBP1 се фосфорилира от Src, за да започне транслацията. При развиващите се неврони тРНК също се транспортират в растящи аксони и особено конуси на растеж. Много иРНК са маркирани с така наречените "пощенски кодове", които са насочени към транспортирането им до определено място.

Превод

Тъй като прокариотната иРНК не трябва да се обработва или транспортира, транслацията от рибозомата може да започне веднага след края на транскрипцията. Следователно може да се каже, че прокариотният превод е свързани до транскрипция и се случва ко-транскрипционно.

Еукариотната иРНК, която е обработена и транспортирана до цитоплазмата (т.е. зряла иРНК), може след това да бъде транслирана от рибозомата. Транслацията може да се случи при рибозоми, свободно плаващи в цитоплазмата, или насочени към ендоплазмения ретикулум от частицата за разпознаване на сигнал. Следователно, за разлика от прокариотите, еукариотният превод не е пряко свързан с транскрипцията.


Синтез на протеини

По същество генетичната информация в ДНК се осъществява чрез процес, наречен транскрипция, при което „извадки“ от информация в молекула на ДНК се копират в молекули на РНК. РНК копията се изпращат, за да бъдат прочетени и „действани“ в процес, наречен превод, при което тези извадки от генетична информация се използват като чертежи за изграждането на протеини . Протеините са жизненоважните „молекулярни инструменти“, които в крайна сметка ще извършат клетъчната работа, от която всички организми се нуждаят за оцеляване, растеж и развитие.

Този механизъм за потока на генетична информация в организмите е известен като централнадогма на молекулярната биология , който гласи, че информацията преминава от ДНК към РНК към протеини чрез процесите на транскрипция и транслация. Така централната догма описва пътя от генотипа на организма към неговия фенотип.

Преглед на централната догма
Първата стъпка, транскрипция , включва "копиране" на информация от определен сегмент от ДНК към молекула на РНК. Сегментът от ДНК, който се копира, обикновено обхваща един „ген“.

РНК използва същия език, който използва ДНК – азотни бази – с една малка разлика: РНК използва аденин (A), цитозин (C) и гуанин (G), но вместо тимин (T), тя използва база, наречена урацил ( U). Урацилът образува комплементарна базова двойка с аденина. И така, урацилът се появява в РНК навсякъде, където тиминът се появява в ДНК.

Произведената молекула РНК се нарича информационна РНК (мРНК) — напуска ядрото на клетката (или нуклеоидната област) и пренася „посланието“ до рибозомите на клетката, които трябва да бъдат транслирани.

Втората стъпка, превод , се насочва от рибозомите в цитоплазмата. Той включва декодиране или транслация на информацията, съхранявана в нуклеотидните последователности на иРНК в съответните аминокиселинни последователности. Както научихме, аминокиселините са мономерите на протеините. Полипептидните вериги, произведени по време на транслацията, в крайна сметка се образуват в напълно функциониращи протеини.

Генетичният код
Въпреки че ДНК и РНК са и двете нуклеинови киселини и следователно могат да използват сдвояване на бази за прехвърляне на генетична информация, те са химически доста различни. Всъщност, докато има само четири различни „букви“ в „азбуката“ на нуклеиновата киселина, всъщност има 20 различни вида аминокиселини, изграждащи протеините. Това означава, че процесът на превод буквално включва превод на 4-буквен език на 20-буквен език без загуба на информация.

В триплетен код служи като ориентир за това как кодони , или 3-буквени базови последователности на РНК верига, се транслират в единични аминокиселини в рибозомите. Както всички последователности на нуклеинова киселина, кодоните се записват в посока 5'→3'. Тъй като кодоните включват три бази, триплетният код може теоретично да кодира 64 аминокиселини (4 3 ). Това е много по-голямо от 20-те кода за естествено срещащите се аминокиселини, което означава, че триплетният код включва доста голям брой съкращения .

Триплетният код е обобщен в таблица, в която специфичната кодонова последователност е свързана със съответната аминокиселина. Тя е систематично подредена според своите първа, втора и трета тРНК бази, започващи от 5' края.

За да може една иРНК последователност да бъде транслирана в полипептидна последователност, последователността на иРНК трябва да бъде прочетена в правилната рамка за четене . За да направите това, последователността трябва да бъде прочетена в правилната посока, която е посока 5'→3' или посока "надолу по веригата".

Последователностите трябва да имат различни начални и крайни точки, които са обозначени с a стартов кодон (AUG, който също кодира метионин) и стоп кодони (UAA, UAG и UGA). Последователностите трябва също да имат ясни правила за това как да се третира всяка база в случай на иРНК, кодоните не се припокриват един с друг и няма чужди бази между стартовия и стоп кодона.

Транскрипция
Процесът на транскрипция наподобява репликацията на ДНК по много начини и може да бъде организиран в три отделни етапа.

Първата стъпка е инициация , в който РНК полимераза се свързва с a промотор , което е инициираща последователност в двойната спирала на ДНК, разположена преди гена. Това кара нишките на ДНК да се развият достатъчно, за да позволи на полимеразата да синтезира РНК транскрипт . Въпреки това, ДНК нишките бързо реформират своите базови двойки и се сгъват обратно в двойна спирала.

При прокариотите полимеразата незабавно се свързва с ДНК и инициира синтеза на РНК транскрипта. При еукариотите редица други протеини, наречени транскрипционни фактори трябва първо да се свърже с ДНК, преди РНК полимеразата да може да се свърже и да започне синтеза на РНК транскрипт. Основната праймерна последователност се нарича ТАТА кутия тъй като съдържа специфична последователност от аденинови и тиминови бази. Това е мястото за свързване на транскрипционния фактор.

Втората стъпка включва удължаване , процес, при който РНК полимеразата се движи надолу по веригата, докато синтезира РНК транскрипта. Двойната спирала на ДНК излага само 10 до 20 нуклеотида наведнъж за полимеразата. Както при репликацията на ДНК, полимеразата добавя нови нуклеотиди към 3' края на растящия РНК транскрипт.

Прекратяване на договора е последната стъпка от транскрипцията. При прокариотите терминирането настъпва по-специално терминаторни последователности , където полимеразата е свободна от ДНК и РНК транскриптът е свободен за използване. При еукариотите РНК веригата се отрязва от полимеразата като това, което се нарича прекурсорна иРНК или пре-мРНК . Първо трябва да се обработи в ядрото, преди да може да излезе.

Модификация на РНК
Предварителната иРНК верига се намалява по дължина чрез процес на РНК сплайсинг , в който се извиква некодиращи сегменти в веригата интрони са снаждани. Тези интрони са разпръснати между нишките, които в крайна сметка ще бъдат преведени, които се наричат екзони . Интроните се разпознават отчасти от ензим, наречен а сплайзома , който координира с други специални протеини, за да идентифицира кодове, които заобикалят интроните. Това предизвиква тяхното премахване.

Получената иРНК съдържа 5' капачка, която е модифицирана форма на гуанин след транскрипцията на първите 20 до 40 нуклеотида. В 3' края ензим добавя дълъг участък от аденинови нуклеотиди. Това образува това, което се нарича поли(А) опашка . Тази опашка помага на иРНК да напусне ядрото и да се свърже с рибозомата в цитоплазмата.

Превод
Процесът на транслация следва подобен модел като при транскрипцията, включващ иницииране, удължаване и завършване на полипептидна верига. В този процес участват три форми на РНК, всяка с различна функция. Молекула на иРНК пренася генетичната информация от ДНК. Трансферна РНК (тРНК) събира аминокиселините от цитоплазмата и ги пренася в рибозомата, която съдържа рибозомна РНК (рРНК) .

Всяка tRNA молекула се състои от едноверижен олигонуклеотид (с дължина около 80 нуклеотида) във формата на L. В горната част на L е антикодон , допълнителен нуклеотиден триплет към кодоните на транскрипта, който се движи в посока 3'→5', за да образува базови двойки по антипаралелен начин с кодоните на RNA транскрипта. Долната част на L е ковалентно свързана аминокиселина.

Излишността в генетичния код се дължи на факта, че сдвояването между третата база в кодона и съответната база в tRNA антикодона не се спазва стриктно. Тази релаксация е известна като клатушкане и обяснява защо променливостта е разрешена в третата база на триплета в генетичния код. Аминокиселините в цитоплазмата са прикрепени към правилната tRNA чрез действието на ензим, наречен аминоацил-тРНК синтетаза от които има 20, по една за всяка аминокиселина. Този ензим се свързва със същите антикодони като РНК транскрипта, така че излишъкът се запазва.

Превод
Рибозомите се състоят от големи и малки субединици, изградени от протеини и рРНК. Във всяка рибозома има място за свързване на тРНК и три места за свързване на тРНК подред. Първото място за свързване на tRNA се нарича Сайт , което е задържащо място за следващата аминокиселина във веригата. Средното място на свързване се нарича P сайт , който свързва тРНК, която е ковалентно свързана с растящата полипептидна верига. В Е сайт , или изходно място, свързва тРНК без аминокиселини, която е мигрирала от Р мястото и се освобождава в цитоплазмата. Рибозомата сближава иРНК и тРНК, така че да могат да образуват базова двойка кодон-антикодон.

Стъпката на иницииране на веригата започва, когато малката рибозомна субединица се свърже както с РНК транскрипта, така и с началната tRNA с UAC антикодон и метионин. Рибозомната единица чете транскрипта надолу по веригата, докато не намери стартовия кодон на AUG. Намирането на този стартов кодон установява правилната рамка за четене. В този момент, свързаната tRNA образува базова двойка кодон-антикодон със стартовия кодон. Голямата рибозомна единица и специалните протеини, които подпомагат транслацията, наречени иницииращи фактори , обвържете също. Съдържащата метионин тРНК след това почива в Р мястото, като А мястото очаква друга тРНК, носеща аминокиселина.

Превод
По време на удължаване на веригата, активирана tRNA се свързва с А сайта чрез разпознаване на кодон. Нарастващата полипептидна верига, която е прикрепена към тРНК на Р сайта, се прехвърля към тРНК на А сайта, за да образува нова пептидна връзка. Той прикрепя аминокиселината на тРНК на А сайта към края на веригата. И накрая, двете tRNAs се преместват чрез изместване надолу в местата на свързване, така че предишната tRNA на P сайт се премества към E мястото, а tRNA на A сайта се премества към P мястото. При това тРНК без аминокиселини може да излезе от рибозомата и А мястото е готово за следващата тРНК.

Удължаването на веригата продължава по протежение на рамката на четене, докато се достигне стоп кодон (UAA, UAG или UGA) на мястото А. Стоп кодонът се свързва с протеин, наречен а фактор на освобождаване вместо tRNA, а факторът на освобождаване позволява полипептидната верига да бъде хидролизирана от tRNA на мястото на P и да изплува. Без tRNAs на нито едно от местата, двете рибозомни субединици, както и другите компоненти, се разпадат.

Both prokaryotic and eukaryotic cells contain polyribosomes , which are strings of ribosomes that form around a transcript. Once the first ribosome begins processing the transcript, a ribosome can form around the free end and begin searching for the start codon. These strings of ribosomes allow for multiple polypeptides to be generated from a single transcript in a short period of time as the ribosomes migrate downstream.

The freed polypeptide is typically not ready for use, though it has undergone some folding. To become fully functional, it must undergo post-translational modifications. Although this allows proteins to then be used in prokaryotes, eukaryotes must mark the polypeptides with short signal peptides that direct the polypeptide to specific organelles.

Мутации
Changes in a cell’s genetic material are мутации . There are a number of ways that mutations can occur.

Some mutations occur from errors in replication or repair. When a chemical change occurs at a single base, it is called a point mutation . One type of point mutation is a base-pair substitution , in which one nucleotide is replaced by another. This may or may not be damaging, depending on where it ends up in a codon. For instance, if the mutation occurs at the third base in a codon, it may have no effect because of the redundancy at the wobble site and may just code for the wrong amino acid. Тези са посочени като миссенс мутации .

On the other hand, the mutation may create an unexpected stop codon, which is a called a безсмислена мутация and often leads to a nonfunctional protein. Other kinds of point mutations include additions и deletions , which are called мутации при изместване на рамката because they alter the reading frame of the transcript. If three nucleotides were removed, this would involve the excision of an entire codon. The resulting protein would be missing a single amino acid. When one or more nucleotides are added or removed, however, the translation of the codon sequence is thrown off and will likely cause the wrong amino acid to be present throughout the rest of the polypeptide chain.

Mutations can also be caused when DNA interacts with harmful physical or chemical agents called mutagens . Physical agents, such as electromagnetic radiation (UV light or X-rays), can induce the breakdown of a nucleotide base. Chemical mutagens can also combine with or break down bases, or they can disrupt the normal flow of genetic material. They may have structural similarity to nucleotide bases and get incorporated into the DNA or RNA, thereby engaging in base pairing. Chemicals are tested for their mutagenic potential using a test known as the Тест на Еймс .


Funding to T.P. was provided by NHMRC Project APP1061551 and the NHMRC Senior Research Fellowship APP1135928. L.Y. was supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (grant numbers 31925011 and 91940306). The funding bodies had no role in study design, data collection or data analysis.

Ulrike Schumann and He-Na Zhang contributed equally to this work.

Принадлежности

EMBL–Australia Collaborating Group, Department of Genome Sciences, John Curtin School of Medical Research, Australian National University, Canberra, 2601, Australian Captial Territory, Australia

Ulrike Schumann, Tennille Sibbritt, Anyu Pan, Attila Horvath, Simon Gross & Thomas Preiss

CAS Key Laboratory of Computational Biology, CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology, Shanghai Institute of Nutrition and Health, Shanghai Institutes for Biological Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 200031, China

Genomics and Epigenetics Division, Garvan Institute of Medical Research, Sydney, 2010, New South Wales, Australia

Faculty of Medicine, St Vincent’s Clinical School, University of New South Wales, Sydney, New South Wales, 2010, Australia

School of Life Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai, 201210, China

Victor Chang Cardiac Research Institute, Sydney, New South Wales, 2010, Australia

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

T.P., U.S. and T.S. developed the study U.S., T.S., A.P. and S.G. performed experiments H.-N.Z. and A.H. performed bioinformatics analyses L.Y. and S.J.C. provided conceptual input U.S. and T.P. написа ръкописа. The author(s) read and approved the final manuscript.

Автора за кореспонденция


Definition of Messenger RNA

Messenger RNA refers to an РНК sub-type that carries the specific codons corresponding to the DNA template and helps in the sequencing of amino acids to build various протеини by associating with the transfer RNA and ribosome.

Therefore, m-RNA serves as a DNA transcript that contains the information for the gene translation into protein. The formation of prokaryotic m-RNA is less complicated than the eukaryotic m-RNA. Messenger RNA exists as a short, single-stranded molecule that comprises a sugar-phosphate backbone.

Synthesis of m-RNA

In prokaryotes, messenger RNA synthesis occurs solely inside the цитоплазма as they lack a true nucleus. In eukaryotes, messenger RNA synthesis occurs inside the ядро by using the nucleotide sequence of a template DNA strand.

Therefore, the template DNA transcribes the messenger RNA through a biological process known as “Транскрипция“. The RNA polymerase-II initiates the process of mRNA transcription by using a substrate (nucleotide triphosphate) from the template DNA strand.

Types of mRNA

Based on mRNA synthesis, the DNA transcribes into pre- mRNA and later transforms into a mature mRNA.

Pre- mRNA

It is an acronym for the term “Precursor mRNA“. Pre- mRNA refers to the primary transcript or immature mRNA, which belongs to the group of heterogeneous nuclear mRNA. Precursor mRNA comprises both coding exon sequences and non-coding интрон sequences. During its processing, the unwanted sequences or introns splices out of the mRNA strand via two ways:

  • Splicing by the RNA’s catalytic activity.
  • Splicing by a multiprotein structure or сплайзома.

Mature mRNA

Further modifications in the pre- mRNA converts it into a mature mRNA transcript. Therefore, mature mRNA is derived after the maturation of pre- mRNA. Unlike pre- mRNA, it lacks introns.

For the translation of amino acids into proteins, 5’ capping and later tailing at the 3’ prime occurs in the mature mRNA. After processing, the mature mRNA exits nucleus and enters cytosol.

Then, the t-RNA plus ribosome decodes the information carried by mRNA to build proteins accordingly. Based on protein expression, the mRNA is categorized into the following types:

  1. Monocistronic mRNA: It is a kind of mRNA common in eukaryotes, which carries the exon sequences coding for a single protein.
  2. Bicistronic mRNA: It is a type of mRNA carrying exon sequences that encode two proteins.
  3. Polycistronic mRNA: It is a kind of mRNA common in bacteria and bacteriophages, which carries the exon sequences that code for the multiple proteins.

Structure of Messenger RNA

The structure of mature mRNA includes the following elements:

Coding sequences

The coding sequences of mature mRNA contains triplet codons. In eukaryotes, the triplet codons code for a specific amino acid and translate it into a single protein. Oppositely, the triplet codons in prokaryotes translate a gene into multiple proteins by the assistance of tRNA and ribosome.

The coding region begins with a “Стартов кодон” (AUG) and ends with the “Прекратяване на договора кодон” (UAA, UAG and UGA). Internal base pairs maintain the coding region. Coding region also functions as a regulating sequence, exonic splicing enhancer and inhibitors in the precursor mRNA.

Untranslated region

There are two untranslated regions in mature mRNA, one at 5’ prime and the other at 3’ prime. The 5’ untranslated region is present in between the 5’ cap and start codon. Conversely, 3’ untranslated region is present in between the stop codon and 3’ tail. The untranslated region is transcribed within the coding part. It performs the following functions like:

  • Stability of mRNA: Both 5’ and 3’ untranslated region regulates the mRNA stability, due to varying affinity for ribonucleases and ancillary proteins that can promote or inhibit RNA degradation.
  • Translational efficiency: 3’ or 5’ UTR may influence the transitional efficiency by controlling the ribosome’s ability to bind with the mRNA.
  • Localization of mRNA: This is regulated by 3’ UTR that contain sequences, which allow the transcript to be localized to the region for translation.
  • The untranslated region also contains some elements that regulate the mRNA:
  • SECIs element: It targets the proteins to bind.
  • Riboswitches: It directly binds the small molecules.

Poly (A) tail

A mature mRNA comprises a polyadenylated tail (up to 150-250 adenine bases) after the 3’ untranslated region. В Poly (A) tail performs the following functions in the mature mRNA:

  • 3′-tailing in eukaryotic mRNA helps in the transportation of mRNA residing within the nucleus into the cytoplasm.
  • The 3′ poly-A tailing protects the 3′-end of mature mRNA from degenerating.

A mature mRNA also comprises a 5’-cap before the 5’ untranslated region. В 7-methylguanosine cap associates with the 5’ end via 5’-5’ phosphate linkage, and it performs the following functions in mature mRNA:

  • The 5′-mRNA capping also protects the 5′-end of mature mRNA against degeneration.
  • 5′-capping in mRNA also directs the binding of the ribosomes during protein synthesis.

Functions of Messenger RNA

The messenger RNA performs a functional role in the process of gene expression by participating in the following tasks:

  1. An mRNA contains the source of genetic information from the template DNA that directs the amino acid formation.
  2. It also contains multiple regulatory regions that determine the rate and flow of translation.
  3. An mRNA contains the information on how to connect the amino acids into a peptide chain to form the proteins.

Заключение

Therefore, the enzymatic activity of RNA polymerase on the DNA strand forms the mRNA (a sub-type of RNA). The messenger RNA transcription occurs from the 5′-3′ end and its further processing occurs before translation.

The transfer RNA in the cytosol possesses one specific anticodon arm that decodes the coding sequence of mRNA. After appropriate sequencing of amino acids, the transfer RNA loads the amino acids onto the ribosome, that results in protein synthesis.


Гледай видеото: Start and Stop Codons (Юни 2022).


Коментари:

  1. Totilar

    The sentence has been deleted

  2. Yozshutaur

    Това е срамът!

  3. Brady

    колко сладко.))



Напишете съобщение