15.4: Usindikaji wa RNA katika Eukaryotes

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza hatua tofauti katika usindikaji wa RNA
• Kuelewa umuhimu wa exons, interons, na splicing
• Eleza jinsi RNAs na RRNAs zinavyosindika

Baada ya transcription, eukaryotic kabla ya MRNAS lazima iwe na hatua kadhaa za usindikaji kabla ya kutafsiriwa. Eukaryotic (na prokaryotic) TRNAs na RRNAs pia hupata usindikaji kabla ya kufanya kazi kama vipengele katika mashine ya awali ya protini.

Usindikaji wa mRNA

Eukaryotic kabla ya MRNA inakabiliwa na usindikaji wa kina kabla ya kutafsiriwa. Hatua za ziada zinazohusika katika kukomaa kwa mRNA ya eukaryotic huunda molekuli yenye nusu ya maisha ya muda mrefu kuliko mRNA ya prokaryotic. MRNAs ya Eukaryotic hudumu kwa saa kadhaa, wakati E. coli mRNA ya kawaida hudumu si zaidi ya sekunde tano.

Kabla ya MRNAs ni ya kwanza coated katika protini RNA utulivu; hizi kulinda kabla ya mRNA kutoka uharibifu wakati ni kusindika na nje nje ya kiini. Hatua tatu muhimu zaidi za usindikaji kabla ya mRNA ni kuongeza kwa mambo ya kutulia na kuashiria kwenye ncha za 5' na 3' za molekuli, na kuondolewa kwa utaratibu wa kuingilia kati usiotaja asidi amino zinazofaa. Katika hali ya kawaida, nakala ya mRNA inaweza “kuhaririwa” baada ya kuandikwa.

Evolution Connection: RNA Editing katika Trypanosomes

Trypanosomes ni kundi la protozoa ambalo linajumuisha pathogen Trypanosoma brucei, ambayo husababisha ugonjwa wa kulala kwa wanadamu (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Trypanosomes, na karibu eukaryotes nyingine zote, zina organelles inayoitwa mitochondria ambayo hutoa seli na nishati ya kemikali. Mitochondria ni organelles zinazoonyesha DNA zao wenyewe na zinaaminika kuwa mabaki ya uhusiano wa usawazishaji kati ya eukaryote na prokaryote iliyojaa. DNA ya mitochondrial ya trypanosomes inaonyesha ubaguzi wa kuvutia kwa Dogma ya Kati: kabla ya MRNAS yao hawana taarifa sahihi ya kutaja protini ya kazi. Kawaida, hii ni kwa sababu mRNA haipo nucleotides kadhaa za U. Kiini hufanya hatua ya ziada ya usindikaji wa RNA inayoitwa RNA editing ili kurekebisha hili.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Trypanosoma brucei ni wakala wa causative wa ugonjwa wa kulala kwa wanadamu. MRNAs ya pathogen hii inapaswa kubadilishwa na kuongeza ya nucleotides kabla ya awali ya protini inaweza kutokea. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Torsten Ochsenreiter)

Jeni nyingine katika genome ya mitochondrial husimbisha RNAs 40- hadi 80-nucleotide mwongozo. Moja au zaidi ya molekuli hizi huingiliana na kuunganisha msingi wa ziada na baadhi ya nucleotides katika nakala ya kabla ya mRNA. Hata hivyo, RNA mwongozo ina nucleotides zaidi kuliko kabla ya mRNA ina U nucleotides kumfunga na. Katika mikoa hii, RNA ya mwongozo hutoka nje. 3 'mwisho wa RNAs mwongozo na muda mrefu Poly-u mkia, na hizi U besi ni kuingizwa katika mikoa ya kabla ya mRNA nakala ambapo RNAs mwongozo ni looped. Utaratibu huu umepatanishwa kabisa na molekuli za RNA. Hiyo ni, kuongoza RNAS-badala ya protini-kutumika kama kichocheo katika RNA editing.

Uhariri wa RNA sio tu jambo la trypanosomes. Katika mitochondria ya mimea mingine, karibu kila kabla ya MRNAS zinahaririwa. Uhariri wa RNA pia umetambuliwa katika mamalia kama vile panya, sungura, na hata binadamu. Je, inaweza kuwa sababu ya mabadiliko ya hatua hii ya ziada katika usindikaji kabla ya mRNA? Uwezekano mmoja ni kwamba mitochondria, kuwa mabaki ya prokaryotes ya kale, ina njia ya kale ya RNA ya kusimamia kujieleza kwa jeni. Kwa kuunga mkono hypothesis hii, uhariri uliofanywa kabla ya MRNAS hutofautiana kulingana na hali za mkononi. Ingawa mapema mno, mchakato wa uhariri wa RNA unaweza kuwa umiliki kutoka wakati wa kwanza wakati molekuli za RNA, badala ya protini, zilikuwa na jukumu la kuchochea athari.

5' Capping

Wakati kabla ya MRNA bado ni synthesized, 7-methylguanosine cap ni aliongeza kwa 5' mwisho wa nakala kukua na uhusiano phosphate. Kikundi hiki (kikundi cha kazi) kinalinda mRNA ya asili kutokana na uharibifu. Aidha, sababu zinazohusika katika protini awali kutambua cap kusaidia kuanzisha tafsiri na ribosomu.

3' Poly-Mkia

Mara baada ya elongation imekamilika, kabla ya MRNA inaunganishwa na endonuclease kati ya mlolongo wa makubaliano ya AAUAAA na mlolongo wa GU-tajiri, na kuacha mlolongo wa AAUAAA kwenye kabla ya MRNA. Enzyme inayoitwa Poly-a polymerase kisha inaongeza kamba ya mabaki takriban 200 A, inayoitwa mkia wa Poly-a. Mabadiliko haya yanalinda zaidi kabla ya MRNA kutokana na uharibifu na inaashiria mauzo ya nje ya mambo ya mkononi ambayo nakala inahitaji cytoplasm.

Kabla ya Marna Splicing

Jeni za Eukaryotiki zinajumuisha exoni, ambazo zinahusiana na utaratibu wa protini-coding (ex- on inaashiria kuwa wao ni taabu ya zamani), na katika utaratibu wa kuhudumia unaoitwa introni (int-ron inaashiria jukumu lao la kuwahudumia ndani), ambayo inaweza kushiriki katika kanuni za jeni lakini huondolewa kutoka kabla ya MRNA wakati wa usindikaji. Utaratibu wa Intron katika mRNA usiingize protini za kazi.

Ugunduzi wa introni ulikuja kama mshangao kwa watafiti katika miaka ya 1970 ambao walitarajia kwamba kabla ya MRNAS ingebainisha utaratibu wa protini bila usindikaji zaidi, kama walivyoona katika prokaryotes. Jeni za eukaryotes za juu mara nyingi huwa na introni moja au zaidi. Mikoa hii inaweza kuendana na utaratibu wa udhibiti; hata hivyo, umuhimu wa kibiolojia wa kuwa na introni nyingi au kuwa na introni ndefu sana katika jeni haijulikani. Inawezekana kwamba introni hupunguza kasi ya kujieleza kwa jeni kwa sababu inachukua muda mrefu kuandika kabla ya MRNAs na introni nyingi. Vinginevyo, introns inaweza kuwa nonfunctional mlolongo mabaki kushoto juu kutoka fusion ya jeni ya kale katika mageuzi. Hii inasaidiwa na ukweli kwamba exons tofauti mara nyingi hujumuisha subunits tofauti za protini au vikoa. Kwa sehemu kubwa, utaratibu wa introns unaweza kubadilishwa bila hatimaye kuathiri bidhaa za protini.

Introni zote za kabla ya mRNA lazima ziondolewa kabisa na kwa usahihi kabla ya awali ya protini. Ikiwa mchakato unapotea na hata nucleotide moja, sura ya kusoma ya exons iliyounganishwa tena ingebadilika, na protini inayosababisha itakuwa haifanyi kazi. Mchakato wa kuondoa introns na kuunganisha exons inaitwa splicing (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Introni huondolewa na kuharibika ilhali kabla ya MRNA bado iko katika kiini. Kuchapisha hutokea kwa utaratibu maalum wa mlolongo unaohakikisha kuwa introni zitaondolewa na exons zimeunganishwa tena na usahihi na usahihi wa nucleotide moja. Kuchapishwa kwa kabla ya MRNAS hufanyika na complexes ya protini na molekuli ya RNA inayoitwa spliceosomes.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mchapishaji wa kabla ya mRNA unahusisha kuondolewa sahihi kwa introns kutoka kwa nakala ya msingi ya RNA. Mchakato wa kuchapisha huchochewa na tata za protini zinazoitwa spliceosomes ambazo zinajumuisha protini na molekuli za RNA zinazoitwa SNRNAs. Spliceosomes kutambua Utaratibu katika 5' na 3' mwisho wa intron.

Hitilafu katika kuchapisha huhusishwa na kansa na magonjwa mengine ya binadamu. Ni aina gani ya mabadiliko ambayo inaweza kusababisha makosa ya kuchapisha? Fikiria matokeo tofauti iwezekanavyo ikiwa makosa ya kuchapisha hutokea.

Kumbuka kuwa zaidi ya 70 introns mtu binafsi inaweza kuwa sasa, na kila mmoja ana kupitia mchakato wa splicing-kwa kuongeza 5' capping na kuongeza ya mkia-mkia-tu kuzalisha moja, translatable mRNA molekuli.

Unganisha na Kujifunza

Angalia jinsi introns ni kuondolewa wakati RNA splicing katika tovuti hii.

Usindikaji wa RNAs na RRNAs

RNAs na RRNAs ni molekuli ya kimuundo ambayo ina majukumu katika protini awali; hata hivyo, RNAs hizi si wenyewe kutafsiriwa. Kabla ya RRNAS ni transcribed, kusindika, na wamekusanyika katika ribosomes katika nucleolus. Kabla ya trNAs ni transcribed na kusindika katika kiini na kisha kutolewa katika saitoplazimu ambapo wao ni wanaohusishwa na asidi amino bure kwa protini awali.

Wengi wa RNAs na RRNAs katika eukaryotes na prokaryotes ni ya kwanza transcribed kama molekuli mtangulizi mrefu kwamba spans RNAs nyingi au RNAs. Enzymes kisha kuunganisha precursors katika subunits sambamba na kila RNA miundo. Baadhi ya misingi ya kabla ya RRNAs ni methylated; yaani, -CH ₃ moiety (methyl functional group) huongezwa kwa utulivu. Molekuli kabla ya trna pia hupata methylation. Kama ilivyo na kabla ya MRNAs, uchezaji wa subunit hutokea katika eukaryotic kabla ya RNAs zinazopelekwa kuwa trNAs au RRNAs.

RRNAs za kukomaa hufanya takriban asilimia 50 ya kila ribosomu. Baadhi ya molekuli za RNA za ribosomu ni za kimuundo tu, wakati wengine wana shughuli za kichocheo au za kisheria. TRNAs kukomaa kuchukua muundo tatu-dimensional kwa njia ya intramolecular hidrojeni bonding kwa nafasi ya amino asidi kisheria tovuti upande mmoja na anticodon upande mwingine (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Anticodon ni mlolongo wa nucleotide tatu katika tRNA ambayo inaingiliana na codon ya mRNA kupitia pairing ya msingi ya ziada.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Hii ni mfano wa kujaza nafasi ya molekuli ya tRNA inayoongeza phenylalanine ya asidi ya amino kwa mlolongo unaoongezeka wa polipeptidi. Anticodon AAG hufunga UUC ya Codon kwenye mRNA. Phenylalanine ya amino asidi inaunganishwa na mwisho mwingine wa tRNA.

Muhtasari

Eukaryotic kabla ya MRNAS hubadilishwa na kofia ya 5' methylguanosine na mkia wa Poly-a. Miundo hii inalinda mRNA kukomaa kutokana na uharibifu na kusaidia kuuza nje kutoka kiini. Kabla ya mRNAs pia hupitia splicing, ambayo introns huondolewa na exons huunganishwa na usahihi wa nucleotide moja. Tu kumaliza mRNAs kwamba wamepata 5' capping, 3' polyadenylation, na intron splicing ni nje kutoka kiini kwa cytoplasm. Kabla ya RNAS na kabla ya TRNAS zinaweza kusindika na usafi wa intramolecular, kuchapisha, methylation, na uongofu wa kemikali wa nucleotides. Mara kwa mara, uhariri wa RNA pia unafanywa ili kuingiza misingi iliyopo baada ya mRNA imetengenezwa.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Makosa katika kuchapisha yanahusishwa na kansa na magonjwa mengine ya binadamu. Ni aina gani ya mabadiliko ambayo inaweza kusababisha makosa ya kuchapisha? Fikiria matokeo tofauti iwezekanavyo ikiwa makosa ya kuchapisha hutokea.

Jibu

Mabadiliko katika mlolongo wa utambuzi wa spliceosome katika kila mwisho wa intron, au katika protini na RNA zinazounda spliceosome, zinaweza kuharibu kuchapisha. Mabadiliko yanaweza pia kuongeza maeneo mapya ya utambuzi wa spliceosome. Hitilafu za kuchapisha zinaweza kusababisha introns kuhifadhiwa katika RNA iliyochapishwa, exons kuwa excised, au mabadiliko katika eneo la tovuti ya splice.

faharasa

7-methylguanosine cap

marekebisho yaliongezwa hadi mwisho wa 5 kabla ya MRNAS ili kulinda mRNA kutokana na uharibifu na kusaidia tafsiri

anticodon

mlolongo wa nucleotide tatu katika molekuli ya tRNA ambayo inalingana na codon ya mRNA

exon

mlolongo wa sasa katika protini-coding mRNA baada ya kukamilika kwa kabla ya mRNA splicing

intron

Utaratibu usio na protini-coding unaoingilia kati ambao umewekwa kutoka mRNA wakati wa usindikaji

Poly-mkia

marekebisho yaliongezwa kwenye mwisho wa 3' wa kabla ya MRNAS kulinda mRNA kutokana na uharibifu na kusaidia kuuza nje ya mRNA kutoka kiini

Uhariri wa RNA

mabadiliko ya moja kwa moja ya nucleotides moja au zaidi katika mRNA ambayo tayari imeunganishwa

splicing

mchakato wa kuondoa introns na reconnecting exons katika kabla ya mRNA