Г. Укажите механизм и значение процессинга мРНК.

А. Присутствие в клетке лишь нескольких десятков тРНК связано с их функцией – транспортной и адапторной, поскольку в образование белка участвуют лишь 20 аминокислот, которые кодируются 61 триплетом. Матричные РНК несут информацию о первичной структуре белков, которых десятки тысяч, поскольку у эукариотов каждая молекула белка кодируется одной мРНК. мРНК столько, сколько белков в организме (примерно 50000), а тРНК служат для перевода 4-х буквенного текста ДНК (А, Т, Г, Ц) в 20-ти буквенную аминокислотную последовательность молекулы белка. Протеиногенных кислот 20, а тРНК - около 100, т.к. одну аминокислоту могут переносить 2-3 тРНК.

Б. Молекулы тРНК представляют собой единую цепь, состоящую из 70-90 нуклеотидов, с молекулярной массой 23000-28000. В клеточной РНК транспортная РНК составляет 10-20%. Молекулы тРНК обладают способностью ковалентно связываться с определенной аминокислотой и соединяться через систему водородных связей с одним из нуклеотидных триплетов молекулы мРНК. Таким образом, тРНК реализуют кодовое соответствие между аминокислотой и отвечающим ей кодоном мРНК. Для выполнения адапторной функции тРНК должны иметь вполне определенную вторичную и третичную структуру. Каждая молекула тРНК обладает постоянной вторичной структурой, имеет форму двумерного клеверного листа и состоит из спиральных участков, образованных нуклеотидами одной и той же цепи, и расположенных между ними одноцепочечных петель. Количество спиральных областей достигает половины молекулы. Неспаренные последовательности образуют характерные структурные элементы (ветви),имеющие типичные ветви:

1) акцепторный стебель, на 3/-OH конце которого в большинстве случаев расположен триплет ЦЦА. К карбоксильной группе концевого аденозина с помощью специфического фермента присоединяется соответствующая аминокислота;

2) псевдоуридиновая или Т Ц-петля, состоит из семи нуклеотидов с обязательной последовательностью 5/-Т ЦГ-3/, в которой содержится псевдоуридин; предполагается что Т Ц-петля используется для связывания тРНК с рибосомой;

3) дополнительная петля-различная по размеру и составу в разных тРНК;

4) антикодоновая петля состоит из семи нуклеотидов и содержит группу из трех оснований (антикодон), которая комплементарна триплету (кодону) в молекуле иРНК;

5) дигидроуридиловая петля (D-петля), состоящая из 8-12 нуклеотидов и содержащая от одного до четырех дигидроуридиловых остатков;считается, что D-петля используется для связывания тРНК со специфическим ферментом (аминоацил-тРНК-синтетаза).

Третичная укладка молекул тРНК является весьма компактной и имеет Г-образную форму. Угол подобной структуры образован дигидроуридиновым остатком и Т Ц-петлей, длинное колено образует акцепторный стебель и Т Ц-петля, а короткое-D-петля и антикодоновая петля.В стабилизации третичной структуры тРНК участвуют поливалентные катионы (Mg2+, полиамины), а также водородные связи между основаниями и фосфодиэфирным остовом.

Сложная постранственная укладка молекулы тРНК обусловлена множественными высокоспецифичными взаимодействиями как с белками, так и с другими нуклеиновыми кислотами (рРНК). В большинстве клеток эукариот содержится набор различных тРНК. Для каждой аминокислоты имеется не менее чем по одной специфической тРНК. тРНК связывающие одну и ту же аминокислоту, называют изоакцепторными. Каждый тип клеток в организме отличется своим соотношением изоакцепторных тРНК.

В. Матричная РНК (мРНК) синтезируется в ядре на матрице ДНК, затем

поступает в рибосому, выполняя матричную функцию при синтезе белка. мРНК служит матрицей, на которой строится аминокислотная последовательность белков. Она кодирует одну или несколько полипептидных цепей. Кодовым элементом мРНК является триплет нуклеотидов (кодон). Каждый кодон ответственен за присоединение к полипептидной цепи только одной определенной аминокислоты при построении молекулы белка.  Генетический (биологический) код – это способ перевода четырехзначного (А, Г, У, Ц) языка нуклеотидов в двадцатизначный язык аминокислотной последовательности. Свойства биологического кода:

Триплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту. Всего насчитывают 61 смысловой кодон.

Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только одна аминокислота.

Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле (однако в митохондриях млекопитающих есть исключения).

Колинеарность – последовательность кодонов соответствует последовательности аминокислот в кодируемом белке.

Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом.

Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нуклеотидов или каких-либо иных сигналов.

Однонаправленность – при синтезе белка считывание кодонов идет последовательно, без пропусков или возвратов назад.

Г. Процессинг пре-мРНК (незрелой мРНК) - посттранскрипционная модификация её структуры и образование пригодной для трансляции «зрелой» молекулы мРНК. Она включает стадии:

- сплайсинг - особый процесс, в котором при участии

малых ядерных РНК происходит удаление интронов и сохранение экзонов.;

- кэпирование - происходит еще во время транскрипции. Процесс состоит в присоединении к 5'-трифосфату концевого нуклеотида пре-мРНК 5'-углерода N7-метил-гуанозина."; Кэпирование  необходимо для защиты молекулы РНК от экзонуклеаз, работающих с 5'-конца, а также для связывания мРНК с рибосомой и для начала трансляции.

- полиаденилирование - при помощи полиаденилат-полимеразы с использованием молекул АТФ происходит присоединение к 3'-концу РНК от 100 до 200 адениловых нуклеотидов, формирующих поли (А)-хвост. Поли (А)-хвост необходим для защиты молекулы РНК от экзонуклеаз, работающих с 3'-конца. (формирование «хвоста» из 100-1000 остатков адениловой кислоты и защита от ферментов распада).

В осуществлении каждого из указанных процесов специфическое участие

принимает ряд белков и нуклеиновых кислот, хотя конкретные молекулярные механизмы этих превращений еще не полностью раскрыты. Все три указанных процесса имеют важное значение в формировании зрелой

молекулы мРНК. Однако наибольший интерес исследователи проявляют к выяснению молекулярного механизма сплайсинга, который должен обеспечить, во-первых, постепенное и высокоточное вырезание интронов из первичного транскрипта и, во-вторых, сшивание образующихся фрагментов – экзонов – «конец в конец». Любые отклонения или смещения границ в процессе вырезания интронов и сшивания экзонов даже на один нуклеотид могут привести не только к глубокому искажению смысла в кодирующих последовательностях, но и к нарушению передачи генетической инфор-

мации и развитию патологии.

 

12

Циклофосфан, попадая в опухолевые клетки, расщепляется присутствующими там фосфатазами с образованием очень реакционно-способного алкилирующего агента, который взаимодействует с ДНК и повреждает её структуру.