Кредитно-денежная политика

   Однако  наряду с молекулами мРНК на ДНК  образуются и другие транскрипты. В  частности, транскрибируются молекулы рибо-сомной и транспортных РНК, которые  также имеют важное значение в  реализации генетической информации. Все эти РНК называют еще ядерными. Размеры транскриптов (транскрибируемых молекул РНК) зависят от посылаемых с цепи ДНК-шаблона сигналов начала и остановки синтеза (кодонов инициации и терминации).

   Наиболее  обильными РНК в клетках всех видов являются молекулы рибосомной РНК (рРНК), которые выполняют роль структурных компонентов рибосом. У эукариот синтез рРНК контролируется огромным количеством генов (сотни-тысячи копий) и происходит в ядрышке. В  клетках человека гены для рРНК локализованы на 13, 14, 15, 21 и 22 парах хромосом.

   В меньших  количествах в клетках обнаруживаются молекулы транспортных РНК (тРНК), которые  участвуют в декодировании информации (трансляции).

   Все РНК  транскрибируются с ДНК, которая  несет множественные копии соответствующих  генов. Непосредственными предшественниками  в синтезе РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты, причем здесь действует то же правило  спаривания оснований за исключением  того, что кодируются лишь ограниченные сегменты цепи ДНК и что тимин  в ДНК заменяется на урацил в РНК. Урацил спаривается с аденином таким же образом, как и тимин. Цепь РНК растет в направлении от 5'- к 3'-концу с освобождением пирофосфата.

   Синтез  РНК обеспечивается РНК-полимеразами. У прокариот синтез мРНК, рРНК и  тРНК осуществляет лишь один тип РНК-полимеразы, количество молекул которой в  клетках достигает до 3000 молекул. Каждая из молекул этой РНК-полимеразы состоит из шести полипептидов, какими являются субъединицы р' и (3 (м. м. 155 ПОО и 151 000 соответственно), двух субъединиц а м. м. 36 000 и еще двух низкомолекулярных субъединиц . Инициация транскрипции обеспечивается субъединицей 5 — РНК-полимеразы, которая является, по существу, фактором инициации транскрипции. Как отмечено выше, связывание РНК-полимеразы с ДНК происходит на участке, называемом промотором и содержащем старт-сигнал для синтеза РНК, и контролируется белковым фактором. У Е. coli промоторы содержат последовательность ТАТААТ (бокс Прибнау), отстоящую от сайта начала транскрипции мРНК на расстояние в шесть оснований. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает в этом участке двойную спираль ДНК, обнажая цепи, каждая из которых служит затем матрицей, на которой происходит спаривание комплементарных оснований ДНК и рибонуклеозидтрифосфатов. Как только произошло спаривание двух первых мономеров РНК-полимераза продвигается дальше, обнажая дальнейшие участки цепей ДНК и добавляя последующие мономеры РНК. Удлинение цепи РНК происходит до тех пор, пока РНК-полимераза на своем пути не встретит «стоп-сигнал» и не отделится затем как от ДНК-шаблона (матрицы), так и РНК.

   Напротив, в клетках эукариот существуют три  РНК-полимеразы (I, II, III), представляющие собой сложные молекулы, содержащие по нескольку полипептид-ных цепей. Каждая из этих РНК-полимераз, прикрепляясь к про-мотору на ДНК, обеспечивает транскрипцию разных последовательностей ДНК. РНК-полимераза I синтезирует крупные рРНК (основные молекулы РНК больших и малых субъединиц рибосом). РНК-полимераза II синтезирует все мРНК и часть малых рРНК, РНК-полимераза III синтезирует тРНК и РНК 5з-субъединиц рибосом. Количество РНК-полимераз в клетках млекопитающих различно (около 40 000 молекул РНК-полимераз I и II и около 20 000 молекул РНК-полимеразы III на клетку).

   Эукариотические РНК-полимеразы также характеризуются  сложным строением. РНК-полимераза II многих организмов построена из 12 различных полипептидов, три из которых  гомологич-ны субъединицам р', р и  а РНК-полимеразы Е. coli. РНК-полимеразы I и III обладают 5 субъединицами, сходными с субъединицами РНК-полимеразы II. РНК-полимераза II инициирует транскрипцию, причем для этого требуется белок  ДНК-геликаза, детерминируемая у  дрожжей геном RA25, а у человека — геном XRB. Большинство эукариотических  промоторов содержат последовательность ТАТА, локализованную на расстоянии от 30 до 120 оснований от сайта транскрипционного  сайта. У эукариотов для связывания РНК-полимеразы с промотором необходимы специальные белки, выполняющие  функцию факторов инициации транскрипции (TF I, TF II, и TF III для РНК-полимераз I, II и III соответственно).

   Транскрипция  у эукариот является более сложным  процессом по сравнению с транскрипцией  у прокариотов. Длина последовательностей  РНК (транскриптов), синтезируемых той  или иной РНК-полимеразой, доходит  до 50 000 нуклеотидов и более, причем за одну секунду они удлиняются на 30 азотистых оснований. Однако будучи точными копиями транскрибируемых генов, формируемые первичные транскрипты  являются гетерогенными, т. к. не на всем протяжении способны к трансляции. По этой причине транскрипты называют гетерогенной ядерной РНК (гяРНК) или  про-мРНК.

   Для того чтобы  про-мРНК стала «зрелой» мРНК, она  еще в ядре вовлекается в процессинг, который заключается в том, что  из про-мРНК с помощью ферментов  «вырезаются» нетранслируемые участки (интроны), после чего транслируемые  участки (эксоны) воссоединяются . Воссоединение  называют сплайсингом (от англ. splice —  сращивать). В результате процессинга  образуются непрерывные последовательности зрелой мРНК, которые по своим размерам значительно меньше молекул про-мРНК, т. е. являются более короткими . Молекулы гяРНК содержит обычно более 50 000 нуклеотидов, тогда как после сплайсинга мРНК содержит всего лишь 500-3000 нуклеотидов.

   Один и  тот же транскрипт РНК может подвергаться разному сплайсированию, в результате чего сплайсированные участки зрелой мРНК могут кодировать разные белки, что свидетельствует в пользу эволюционного значения этой реакции.

   Помимо  модификации ядерной про-мРНК путем  «вырезания» и сплайсинга ее сегментов  нередко имеет место так называемое «редактирование» РНК, которое заключается в конверсии одного основания в другое в мРНК. Например, в клетках печени синтезируемый белок аполидопротеин имеет молекулярную массу порядка 512 000 дальтон, а в клетках кишечника лишь 242 000. Это является результатом конверсии цитозина в урацил (в клетках кишечника), что ведет к образованию стоп-кодона, а, следовательно, и к синтезу более короткого белка. Наконец, возможна модификация мРНК и путем посттранскрипционного добавления к ее 3'-концу от 30 до 500 нуклеотидов полиадениловой кислоты на расстоянии 15 нуклеотидов от последовательности ААУААА. По этой причине транскрипций заканчивается вдали от полиА-сигнала, а процессинг удаляет экстрануклеотиды перед полиА-добавлением (полиаденозином).

   Синтезированная зрелая мРНК является первичным продуктом  действия генов. В случае Е. coil после  формирования она переходит затем  из ядра в цитоплазму и на рибосомы, на которых спаривается с рРНК рибосомной субъединицы 30 S. Последовательность мРНК, которая связывается с рРНК рибосомной субъединицы 16 S, получила название последовательность Шайно-Дальгарно. Здесь мРНК служит матрицей для формирования полипептидных цепей на рибосомах. Считают, что в клетках имеется  по 2000-3000 молекул мРНК, находящихся  на разных уровнях синтеза и распада. В частности, установлены рибозимы с полинуклеотидкиназной активностью, способные катализировать АТФ-зависимое  фосфорили-рование (см. гл. X).

   Молекулы  рРНК и тРНК также являются продуктами процессинга.

   Открытие  интронов поставило вопрос об их происхождении. В объяснении их происхождения используют две гипотезы. В соответствии с  одной гипотезой интроны были представлены уже в предковых  генах, в соответствии с другой интроны  были включены в гены, которые оригинально  были непрерывными.

   Наряду  с описанной схемой транскрипции у некоторых РНК-овых вирусов  известна так называемая обратная транскрипция, при которой матрицей для синтеза  ДЕК является РНК и которая  осуществляется ферментом, получившим название обратной транскрип-тазы (ревертазы). Здесь реализация генетической информации идет по схеме РНК — ДНК —  белок. Как свидетельствуют исследования, обратная транскриптаза найдена  как у прокариотов, так и эукариотов. Считают, что ревертаза имеет  очень древнее происхождение  и существовала еще до разделения организмов на прокарио-ты и эукариоты.

   Трансляция  является важной составной частью общего метаболизма клетки и ее сущность заключается в переводе генетической информации с мРНК, являющейся первичным  продуктом действия генов, в аминокислотную последовательность белков. Трансляция происходит в цитоплазме на рибосомах  и является центральным процессом  в синтезе белков, в котором  помимо рибосом участвуют мРНК, 3-5 молекул рРНК, 40-60 молекул разных тРНК, аминокислоты, около 20 ферментов (аминоацил-тРНК синтетаз), активирующих аминокислоты, растворимые белки, вовлекаемые в инициацию, элонгацию и терминацию полипептидной цепи.

   Рибосомы  состоят наполовину из белка и  наполовину из рРНК (по 3-5 молекул на каждую рибосому). Размеры рибосом  выражают в единицах скорости седиментации при центрифугировании (S). У прокариот  размеры рибосом составляют 70 S, у  эукариот — 80 S. Рибосомы построены  из пары субъединиц (большой и малой), которые диссоциируют по завершению трансляции мРНК. У Е. coli большая  субъединица (50 S) содержит две молекулы рРНК (5 S и 23 S) и 30 полипептидов, тогда  как малая субъединица (30 S) содержит одну молекулу рРНК (16 S) и 19 полипептидов. У эукариот большая субъединица  содержит три разных молекулы рРНК (58, 5,8 S и 20 S), тогда как малая субъединица  — одну молекулу рРНК (18 S).

   Транспортные (адапторные, растворимые) РНК являются малыми (5 S) молекулами длиной в 75—80 нуклеотидов. Их необходимость в трансляции определяется тем, что в отличие от ферментов, узнающих субстрат прямым образом, кодоны мРНК не способны прямо узнавать аминокислоты. Для этого должны существовать специальные  адаптеры, узнающие и кодон и аминокислоту. Функцией таких адаптеров и обладает тРНК. Нуклеотиды тРНК построены из остатка фосфорной кислоты, углеводной части (рибозы) и основания. Главными нуклеотидами тРНК являются адениловый, гуаниловый, цитидиловый и уридиловый нуклеотиды. Вместе с тем одна из особенностей структуры тРНК заключается  в том, что все они содержат по нескольку необычных, так называемых минорных нуклеотидов, причем последние  являются химическими модификациями  аденилового, гуанилового, питидилового и уридило-вого нуклеотидов (в основном в виде метилированных пуринов или  нуклеотидов, обладающих метилированной рибозой). Некоторые из этих минорных нуклеотидов находятся в одном  и том же районе у разных тРНК.

   В молекуле тРНК вопреки ее одноцепочечной структуре  имеет место комплементарное  спаривание оснований, а это ведет  к определенной конформации тРНК, заключающейся в том, что четыре ее сегмента формируют свернутую  структуру (вторичную), которая имеет  форму клеверного листа . В свою очередь  эта структура подвергается дальнейшему  свертыванию, превращаясь в так  называемую многоскладчатую L-образную форму. Важнейшая особенность тРНК заключается в том, что по обоим  концам L-образной фигуры сохраняются  неспаренные нуклеотиды. Нуклеотиды одного конца фигуры формируют антикодон, а нуклеотиды другого конца (3'-конца) образуют последовательность (ЦЦА), обеспечивающую ковалентную связь с присоединяемой свободной аминокислотой.

   Все тРНК характеризуются  специфической последовательностью  нуклеотидов. Их антикодоны комплементарны кодонам мРНК. Антикодоны располагаются  в центре тРНК. Известно 55 антико-донов. Каждая тРНК способна присоединять и переносить только одну аминокислоту, но на каждую аминокислоту имеется 1-4 молекул тРНК.

   Первый  этап трансляции происходит в цитоплазме и заключается в комбинировании каждой аминокислоты с АТФ (в образовании  аденилированной аминокислоты) и  специфическим ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой . В результате этого устанавливается  связь между фосфатом АМФ и  карбоксильной группой аминокислоты (-Р-О-С-), которая приводит к образованию  комплексов, состоящих из аминокислоты, АМФ и специфического фермента. Пирофосфаты  в процессе образования этих комплексов удаляются. Следует заметить, что  для каждой аминокислоты существует своя синтетаза, т. е. в клетках имеется 20 разных синтетаз.

   Второй  этап трансляции осуществляется также  в цитоплазме. Поскольку аминоацил-тРНК-синтетазы  специфически распознают аминокислоты и их тРНК, то второй этап состоит  во взаимодействии образованных комплексов аминокислота — АМФ — специфический  фермент (аминоацил-тРНК-синтетаза) со специфическими тРНК (один комплекс —  одна тРНК). Поскольку на одном из концов имеется последовательность (конечное основание — аденин, а  два предыдущих — цитозин и  цитозин), то связывание одной аминокислоты со специфической тРНК происходит путем  установления связи между рибозой  конечного нуклеотида (адениловой кислотой) и карбоксильной группой аминокислоты (-С—О-С-). Вследствие этого взаимодействия происходит формирование так называемых аминоацил-тРНК, представляющих собой  комплексы аминокислоты со специфической  тРНК, и освобождение в процессе образования этих комплексов АМФ  и фермента (аминоацил-тРНК-синтетазы). Следовательно, аминоацил-тРНК являются прямыми предшественниками полипептидного синтеза на рибосомах.

   Осуществление этих двух этапов приводит к активации  аминокислот. Одни синтетазы активируют 2'-гидроксил конечного основания  тРНК, тогда как другие активируют 3'-гидроксил, а некоторые активируют и 2'-и 3'-гидроксилы. Однако эти различия не имеют значения, поскольку после  освобождения аминоацильная группа на тРНК мигрирует взад и вперед.

   Третий  этап трансляции осуществляется на рибосомах  и заключается в декодировании  мРНК. В нем участвуют как мРНК, так и различные аминоацил-тРНК. Как отмечено выше, мРНК, отошедшая  от ДНК в ядре и прошедшая через  ядерную мембрану в цитоплазму, прикрепляется  к РНК-последовательности меньшей (30 S) субъединицы рибосомы. Выше отмечено также, что последовательность мРНК, которая связывается с последовательностью  рРНК рибосомной субъединицы 30 S, получила название рибосомосвязывающего сайта  или последовательности Шайно-Дальгарно. Между тем каждая рибосома имеет  два сайта, связывающих тРНК. Сайт А или аминоацил-тРНК-связывающий  участок (акцепторный сайт), связывает  приходящую аминоацил-тРНК, которая  несет аминокислоту, предназначенную  для добавления в растущую полипептидную цепь рядом с ранее добавленной аминокислотой. Сайт Р, или пептидил-тРНК-связывающий сайт (донорный сайт), связывает пептидил-тРНК, к которой прикреплен растущий полипептид. Специфичность связывания аминоацил-тРНК в этих сайтах обеспечивается кодонами мРНК, которые составляют часть сайтов А и Р. Это связывание происходит благодаря водородным связям, устанавливаемым между определенными основаниями (антикодоном) каждой аминоацил-тРНК и соответствующими основаниями (кодоном) мРНК. Первое и второе основания кодона всегда спариваются с третьим и вторым (соответственно) основаниями антикодона, тогда как третье основание кодона, если оно является урацилом, спаривается с гуанином или гипоксантином антикодона, если же оно является аденином — то с гипоксантином антикодона, но если гуанином — то с урацилом антикодона. Как уже отмечено, в обеспечении взаимодействия мРНК с тРНК участвует рРНК 16 S.