biologie pentru Majors I

după transcriere, pre-ARNm eucariote trebuie să treacă prin mai multe etape de procesare înainte de a putea fi traduse. Arnt eucariote (și procariote) și ARNr sunt, de asemenea, supuse procesării înainte de a putea funcționa ca componente în mecanismul de sinteză a proteinelor.

prelucrarea ARNm

pre-ARNm eucariot este supus unei prelucrări extinse înainte de a fi gata de traducere. Etapele suplimentare implicate în maturarea ARNm eucariotă creează o moleculă cu un timp de înjumătățire mult mai lung decât un ARNm procariot. ARNm eucariote durează câteva ore, în timp ce ARNm tipic E. coli nu durează mai mult de cinci secunde.

pre-ARNm sunt mai întâi acoperite în proteine Stabilizatoare de ARN; acestea protejează pre-ARNm de degradare în timp ce este procesat și exportat din nucleu. Cele mai importante trei etape ale procesării pre-ARNm sunt adăugarea factorilor de stabilizare și semnalizare la capetele 5′ și 3′ ale moleculei și eliminarea secvențelor intervenite care nu specifică aminoacizii corespunzători. În cazuri rare, transcrierea ARNm poate fi” editată ” după ce este transcrisă.

5′ plafonarea

în timp ce pre-ARNm este încă sintetizat, un capac de 7-metilguanozină este adăugat la capătul 5′ al transcrierii în creștere printr-o legătură fosfat. Această parte (grup funcțional) protejează ARNm-ul născut de degradare. În plus, factorii implicați în sinteza proteinelor recunosc PAC pentru a ajuta la inițierea traducerii de către ribozomi.

3′ Coadă Poli-A

odată ce alungirea este completă, pre-ARNm este scindat de o endonuclează între o secvență de consens aauaaa și o secvență bogată în GU, lăsând secvența Aauaaa pe pre-ARNm. O enzimă numită Poli-a polimerază adaugă apoi un șir de reziduuri de aproximativ 200 a, numit coada poli-A. Această modificare protejează în continuare pre-ARNm de degradare și semnalează exportul factorilor celulari de care transcrierea are nevoie în citoplasmă.

pre-ARNm Splicing

genele eucariote sunt compuse din exoni, care corespund secvențelor de codificare a proteinelor (ex-on semnifică faptul că sunt exprimate) și secvențele intermediare numite introni (intron denotă rolul lor de intervenție), care pot fi implicate în reglarea genelor, dar sunt îndepărtate din pre-ARNm în timpul procesării. Secvențele intronice din ARNm nu codifică proteinele funcționale.

descoperirea intronilor a fost o surpriză pentru cercetătorii din anii 1970, care se așteptau ca pre-ARNm să specifice secvențe de proteine fără prelucrare ulterioară, așa cum au observat la procariote. Genele eucariotelor superioare conțin foarte des unul sau mai mulți introni. Aceste regiuni pot corespunde secvențelor de reglementare; cu toate acestea, semnificația biologică a multor introni sau a intronilor foarte lungi într-o genă este neclară. Este posibil ca intronii să încetinească expresia genelor, deoarece durează mai mult timp pentru a transcrie pre-ARNm cu o mulțime de introni. Alternativ, intronii pot fi resturi de secvență nefuncționale rămase din fuziunea genelor antice de-a lungul evoluției. Acest lucru este susținut de faptul că exonii separați codifică adesea subunități sau domenii de proteine separate. În cea mai mare parte, secvențele de introni pot fi mutate fără a afecta în cele din urmă produsul proteic.

toți intronii pre-ARNm trebuie îndepărtați complet și precis înainte de sinteza proteinelor. Dacă procesul greșește chiar și cu o singură nucleotidă, cadrul de citire al exonilor reuniți s-ar schimba, iar proteina rezultată ar fi disfuncțională. Procesul de eliminare a intronilor și de reconectare a exonilor se numește îmbinare (Figura 1). Intronii sunt îndepărtați și degradați în timp ce pre-ARNm este încă în nucleu. Îmbinarea are loc printr-un mecanism specific secvenței care asigură că intronii vor fi îndepărtați și că exonii se reunesc cu precizia și precizia unei singure nucleotide. Îmbinarea pre-ARNm este condusă de complexe de proteine și molecule de ARN numite spliceozomi.

întrebare practică

Figura 1. Îmbinarea pre-ARNm implică îndepărtarea precisă a intronilor din transcrierea ARN primară. Procesul de îmbinare este catalizat de complexe proteice numite spliceozomi care sunt compuse din proteine și molecule de ARN numite snrna. Spliceozomii recunosc secvențele la capătul 5′ și 3 ‘ al intronului.

erorile de îmbinare sunt implicate în cancere și alte boli umane. Ce fel de mutații ar putea duce la erori de îmbinare?

Afișați răspunsul

gândiți-vă la diferite rezultate posibile dacă apar erori de îmbinare. Mutațiile în secvența de recunoaștere a spliceozomului la fiecare capăt al intronului sau în proteinele și ARN-urile care alcătuiesc spliceozomul pot afecta splicingul. Mutațiile pot adăuga, de asemenea, noi site-uri de recunoaștere spliceosome. Erorile de îmbinare ar putea duce la reținerea intronilor în ARN-ul îmbinat, la excizarea exonilor sau la modificări ale locației sitului de îmbinare.

rețineți că mai mult de 70 de introni individuali pot fi prezenți și fiecare trebuie să fie supus procesului de îmbinare—în plus față de plafonarea 5′ și adăugarea unei cozi Poli-A—doar pentru a genera o singură moleculă de ARNm traductibilă.

editarea ARN în tripanozomi

Figura 2. Trypanosoma brucei este agentul cauzal al bolii de somn la om. ARNm – urile acestui agent patogen trebuie modificate prin adăugarea de nucleotide înainte de apariția sintezei proteinelor. (credit: modificarea lucrării de Torsten Ochsenreiter)

tripanosomii sunt un grup de protozoare care includ agentul patogen Trypanosoma brucei, care provoacă boală de somn la om (Figura 2). Trypanosomii și practic toate celelalte eucariote au organite numite mitocondrii care alimentează celula cu energie chimică. Mitocondriile sunt organite care își exprimă propriul ADN și se crede că sunt rămășițele unei relații simbiotice între un eucariot și un procariot înghițit. ADN-ul mitocondrial al tripanozomilor prezintă o excepție interesantă față de Dogma Centrală: pre-ARNm-urile lor nu au informațiile corecte pentru a specifica o proteină funcțională. De obicei, acest lucru se datorează faptului că ARNm lipsește mai multe nucleotide U. Celula efectuează o etapă suplimentară de procesare a ARN numită editare ARN pentru a remedia acest lucru.

alte gene din genomul mitocondrial codifică ARN – urile de la 40 la 80 de nucleotide. Una sau mai multe dintre aceste molecule interacționează prin asocierea complementară a bazelor cu unele dintre nucleotidele din transcrierea pre-ARNm. Cu toate acestea, ARN-ul ghid are mai multe nucleotide A decât pre-ARNm are nucleotide U cu care se leagă. În aceste regiuni, ARN-ul de ghidare se desprinde. Capetele 3 ‘ ale ARN-urilor de ghidare au o coadă lungă poli-U, iar aceste baze U sunt inserate în regiunile transcrierii pre-ARNm la care ARN-urile de ghidare sunt buclate. Acest proces este mediat în întregime de moleculele de ARN. Adică ARN-urile de ghidare—mai degrabă decât proteinele-servesc drept catalizatori în editarea ARN.

editarea ARN nu este doar un fenomen al tripanozomilor. În mitocondriile unor plante, aproape toate pre-ARNm sunt editate. Editarea ARN a fost identificată și la mamifere, cum ar fi șobolani, iepuri și chiar oameni. Care ar putea fi motivul evolutiv pentru acest pas suplimentar în procesarea pre-ARNm? O posibilitate este că mitocondriile, fiind rămășițe ale procariotelor antice, au o metodă la fel de veche bazată pe ARN pentru reglarea expresiei genelor. În sprijinul acestei ipoteze, modificările efectuate la pre-ARNm diferă în funcție de condițiile celulare. Deși speculativ, procesul de editare a ARN poate fi o reținere dintr-un moment primordial când moleculele de ARN, în loc de proteine, au fost responsabile pentru catalizarea reacțiilor.

Contribuie!

îmbunătățește această paginăaflați mai multe