Molecula nu este o componentă mai puțin importantă a oricărui organism, este prezentă în celulele procariote, și în celule și în unele (virusuri care conțin ARN).

Am examinat structura generală și compoziția moleculei în prelegerea „”, aici vom lua în considerare următoarele aspecte:

• Formarea și complementaritatea ARN
• transcriere
• difuzare (sinteză)

Moleculele de ARN sunt mai mici decât moleculele de ADN. Greutatea moleculară a ARNt este de 20-30 mii c.u., ARNr este de până la 1,5 milioane uc.

Structura ARN

Deci, structura moleculei de ARN este o moleculă monocatenară și conține 4 tipuri de baze azotate:

DAR, La, Cși G

Nucleotidele din ARN sunt conectate într-un lanț polinucleotidic datorită interacțiunii zahărului pentoză al unei nucleotide și reziduului de acid fosforic al alteia.

Sunt 3 tip de ARN:

Transcriere și difuzare

transcrierea ARN

Deci, după cum știm, fiecare organism este unic.

Transcriere- procesul de sinteză a ARN folosind ca matriță ADN-ul, care are loc în toate celulele vii. Cu alte cuvinte, este transferul de informații genetice de la ADN la ARN.

În consecință, ARN-ul fiecărui organism este, de asemenea, unic. ARN-ul m- (matrice sau informațional) rezultat este complementar unei catene de ADN. Ca și în cazul ADN-ului, „ajută” transcripția Enzima ARN polimerază. Ca și în , procesul începe cu iniţiere(=început), apoi merge prelungire(= prelungire, continuare) si se termina rezilierea(= pauză, sfârșit).

La sfârșitul procesului, ARNm este eliberat din citoplasmă.

Difuzare

În general, traducerea este un proces foarte complex și este similar cu o operație chirurgicală automată bine stabilită. Vom lua în considerare o „versiune simplificată” - doar pentru a înțelege procesele de bază ale acestui mecanism, al cărui scop principal este de a oferi organismului proteine.

• Molecula de ARNm iese din nucleu în citoplasmă și se leagă de ribozom.
• În acest moment, aminoacizii citoplasmei sunt activați, dar există un „dar” - direct ARNm și aminoacizii nu pot interacționa. Au nevoie de un adaptor
• Un astfel de adaptor devine t- (de transfer) ARN. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt. ARNt are un trio special de nucleotide (anticodon), care este complementar unei regiuni specifice a ARNm și „atașează” un aminoacid la această regiune specifică.
• , la rândul său, cu ajutorul unor enzime speciale, formează o legătură între acestea - ribozomul se mișcă de-a lungul ARNm ca un glisor de-a lungul unui fermoar. Lanțul polipeptidic crește până când ribozomul ajunge la codonul (3 aminoacizi) care corespunde semnalului STOP. Apoi lanțul se rupe, proteina părăsește ribozomul.

Cod genetic

Cod genetic- o metodă inerentă tuturor organismelor vii pentru a codifica secvența de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide.

Cum se folosește masa:

• Găsiți prima bază azotată în coloana din stânga;
• Găsiți a doua bază de sus;
• Determinați a treia bază în coloana din dreapta.

Intersecția tuturor celor trei este aminoacidul proteinei rezultate de care aveți nevoie.

Proprietățile codului genetic

1. Tripletate- o unitate semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide (triplet sau codon).
2. Continuitate- nu exista semne de punctuatie intre triplete, adica informatia se citeste continuu.
3. nesuprapune- aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două sau mai multe triplete.
4. Neambiguitate (specificitate) Un anumit codon corespunde doar unui aminoacid.
5. Degenerare (redundanță) Mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
6. Versatilitate- codul genetic funcționează în același mod în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni

Nu este nevoie să memorați aceste proprietăți. Este important să înțelegem că codul genetic este universal pentru toate organismele vii! De ce? Da, pentru că se bazează pe

Acidul ribonucleic este un copolimer de ribonucleotide purinice și pirimidinice legate între ele, ca în ADN, prin punți fosfodiester (Fig. 37.6). Deși aceste două tipuri de acizi nucleici au multe în comun, ele diferă unul de celălalt în mai multe moduri.

1. În ARN, restul de carbohidrați de care sunt atașate bazele purinice sau pirimidinice și grupările fosfat este riboza, și nu 2-dezoxiriboza (ca în ADN).

2. Componentele pirimidinice ale ARN-ului sunt diferite de cele ale ADN-ului. Compoziția ARN-ului, precum și compoziția ADN-ului, include nucleotidele adeninei, guaninei și citozinei. În același timp, ARN-ul (cu excepția unor cazuri speciale, pe care le vom discuta mai jos) nu conține timină; locul său în molecula de ARN este ocupat de uracil.

3. ARN-ul este o moleculă monocatenară (spre deosebire de ADN, care are o structură dublu catenară), totuși, dacă există secțiuni cu o secvență complementară (polaritate opusă) în lanțul de ARN, un singur lanț de ARN se poate plia pentru a forma astfel -numite „agrafe de păr”, structuri care au caracteristici dublu-catenare ( Fig. 37.7).

Orez. 37.6. Un fragment al unei molecule de acid ribonucleic (ARN) în care bazele purinice și pirimidinice - adenină (A), uracil (U), citozină (C) și guanină (- sunt reținute de un schelet fosfodiester care conectează reziduurile ribozil legate de un N- legătură glicozidică la bazele nucleice corespunzătoare. Rețineți că catena de ARN are o direcționalitate specifică indicată de resturile de fosfat 5- și 3-terminale.

4. Deoarece molecula de ARN este o singură catenă complementară doar uneia dintre catenele ADN, conținutul de guanină din ea nu este neapărat egal cu conținutul de citozină, iar conținutul de adenină nu este neapărat egal cu conținutul de uracil.

5. ARN-ul poate fi hidrolizat cu alcali la diesteri 2,3-ciclici ai mononucleotidelor; 2, Y, 5- triesterul acționează ca un produs intermediar de hidroliză, care nu se formează în timpul hidrolizei alcaline a ADN-ului din cauza absenței grupărilor 2-hidroxil în acesta din urmă; labilitatea alcalină a ARN-ului (comparativ cu ADN-ul) este proprietate utilă atât în ​​scopuri de diagnostic cât și analitic.

Informația conținută într-un ARN monocatenar este realizată sub forma unei secvențe specifice de baze purinice și pirimidinice (adică, în structura primară) a lanțului polimeric. Această secvență este complementară cu catena codificatoare a genei din care ARN-ul este „citit”. Datorită complementarității, molecula de ARN este capabilă să se lege (hibrideze) în mod specific cu catena codificatoare, dar nu hibridizează cu catena ADN necodifică. Secvența ARN (cu excepția înlocuirii lui T cu U) este identică cu secvența catenei genei necodante (Fig. 37.8).

Funcțiile biologice ale ARN-ului

Sunt cunoscute mai multe tipuri de ARN. Aproape toate sunt implicate direct în procesul de biosinteză a proteinelor. Moleculele de ARN citoplasmatic care acționează ca modele pentru sinteza proteinelor se numesc ARN mesager (ARNm). Un alt tip de ARN citoplasmatic, ARN ribozomal (ARNr), joacă rolul componentelor structurale ale ribozomilor (organele care joacă un rol important în sinteza proteinelor). Moleculele adaptoare de ARN de transfer (ARNt) sunt implicate în traducerea (traducerea) informațiilor ARNm în secvența de aminoacizi din proteine.

O parte semnificativă a transcriptelor primare de ARN produse în celulele eucariote, inclusiv celulele de mamifere, suferă o degradare în nucleu și nu joacă niciun rol structural sau informațional în citoplasmă. În cultivat

Orez. 37.7. Structura secundară a unei molecule de ARN de tip „buclă cu tulpină” („ac de păr”), rezultată din formarea intramoleculară a legăturilor de hidrogen între perechile complementare de baze nucleice.

În celulele umane, a fost descoperită o clasă de ARN nucleari mici care nu sunt direct implicați în sinteza proteinelor, dar pot afecta procesarea ARN și „arhitectura” generală a celulei. Dimensiunile acestor molecule relativ mici variază, acestea din urmă conțin de la 90 la 300 de nucleotide (Tabelul 37.3).

ARN-ul este principalul material genetic al unor virusuri animale și vegetale. Unii virusuri ARN nu trec niciodată prin transcrierea inversă a ARN-ului în ADN. Cu toate acestea, majoritatea virusurilor animale cunoscute, cum ar fi retrovirusurile, sunt caracterizate prin transcrierea inversă a genomului lor ARN, direcționată de ADN polimeraza dependentă de ARN (transcriptază inversă) pentru a forma o copie a ADN-ului dublu catenar. În multe cazuri, transcriptul ADN dublu catenar rezultat este integrat în genom și asigură în continuare expresia genelor virusului, precum și producerea de noi copii ale genomului ARN viral.

Organizarea structurală a ARN

În toate organismele eucariote și procariote, există trei clase principale de molecule de ARN: informație (matrice sau mesager) ARN (ARNm), transport (ARNt) și ribozomal (ARNr). Reprezentanții acestor clase diferă unul de celălalt prin dimensiune, funcție și stabilitate.

Informațional (ARNm) este clasa cea mai eterogenă în ceea ce privește dimensiunea și stabilitatea. Toți reprezentanții acestei clase servesc ca purtători de informații de la genă la sistemul de sinteză a proteinelor celulare. Acţionează ca modele pentru polipeptida sintetizată, adică determină secvenţa de aminoacizi a proteinei (Fig. 37.9).

ARN-urile mesager, în special cele eucariote, au unele unice caracteristici structurale. Capătul 5 al ARNm este „acoperit” de 7-metilguanozin trifosfat atașat la 5-hidroxilul 2-0-metilribonucleozidei vecine printr-un rest trifosfat (Fig. 37.10). Moleculele de ARNm conțin adesea reziduuri interne de 6-metiladenină și ribonucleotide 2-0-metilate. Deși semnificația „capping” nu a fost încă pe deplin elucidată, se poate presupune că structura rezultată a mARN 5-terminal este utilizată pentru recunoașterea specifică în sistemul de traducere. Sinteza proteinelor începe la capătul de 5" (capped) al ARNm. Celălalt capăt al majorității moleculelor de ARNm (capătul 3) conține un lanț de poliadenilat de 20-250 de nucleotide. Funcțiile specifice ale acestuia nu au fost în cele din urmă stabilite. Poate se presupune că această structură este responsabilă pentru menținerea stabilității intracelulare ARNm Unele ARNm, inclusiv cele histonice, nu conțin poli(A) Prezența poli(A) în structura ARNm este folosită pentru a separa de alte tipuri de ARN prin fracționarea totală. ARN pe coloane cu oligo(T) imobilizat pe un suport solid precum celuloza.cu coloana apare datorita interactiunilor complementare ale poli(A) - „coada” cu oligo (T) imobilizat.

Orez. 37,8. Secvența unei gene și transcriptul său ARN. Șuvițele de codificare și necodificare sunt prezentate, iar polaritățile lor sunt notate. Un transcript de ARN având polaritate este complementar catenei codificatoare (cu polaritatea 3-5) și identic ca secvență (cu excepția substituțiilor T la U) și polaritatea catenei ADN necodificatoare.

Orez. 37.9. Exprimarea informațiilor genetice ADN sub forma unui transcript de ARNm și traducerea ulterioară cu participarea ribozomilor pentru a forma o moleculă de proteină specifică.

(vezi scanare)

Orez. 37.10. Structura „cap” găsită la capătul 5-terminal al majorității ARN-urilor mesager eucariote 7-metilguanozin trifosfat este atașat la capătul 5-terminal al ARNm. care conţine de obicei o nucleotidă de 2-O-metilpurină.

În celulele de mamifere, inclusiv celulele umane, moleculele mature de ARNm situate în citoplasmă nu sunt o copie completă a regiunii transcrise a genei. Poliribonucleotida formată ca urmare a transcripției este un precursor al ARNm citoplasmatic; înainte de a părăsi nucleul, este supusă unei procesări specifice. Produsele de transcripție neprocesate găsite în nucleele celulelor de mamifere formează a patra clasă de molecule de ARN. Astfel de ARN nucleari sunt foarte eterogene și ating dimensiuni considerabile. Moleculele de ARN nuclear heterogen pot avea o greutate moleculară mai mare de , în timp ce greutatea moleculară a ARNm de obicei nu depășește 2106. Ele sunt procesate în nucleu, iar ARNm-urile mature rezultate intră în citoplasmă, unde servesc ca matrice pentru proteine. biosinteza.

Moleculele de ARN de transfer (ARNt) conțin de obicei aproximativ 75 de nucleotide. Greutatea moleculară a unor astfel de molecule este de . ARNt-urile se formează și ca rezultat al prelucrării specifice a moleculelor precursoare corespunzătoare (vezi capitolul 39). ARNt-urile de transport acționează ca mediatori în cursul traducerii ARNm. Există cel puțin 20 de tipuri de molecule de ARNt în orice celulă. Fiecare tip (uneori mai multe tipuri) de ARNt corespunde unuia dintre cei 20 de aminoacizi necesari pentru sinteza proteinelor. Deși fiecare ARNt specific diferă de alții în secvența de nucleotide, toți au și aspecte comune. Datorită mai multor regiuni complementare intracatenare, toate ARNt-urile au o structură secundară, numită „frunză de trifoi” (Fig. 37.11).

Moleculele tuturor tipurilor de ARNt au patru brațe principale. Brațul acceptor constă dintr-o „tulpină” de nucleotide pereche și se termină cu secvența CCA. Prin gruparea Y-hidroxil a restului de adenozil are loc legarea la gruparea carboxil a aminoacidului. Brațele rămase constau și din „tulpini” formate din perechi de baze complementare și bucle de baze nepereche (Fig. 37.7). Brațul anticodon recunoaște un triplet de nucleotide sau un codon (vezi capitolul 40) în ARNm. Brațul D este numit astfel datorită prezenței dihidrouridinei în el, brațul este numit după secvența T-pseudouridinei-C. Brațul suplimentar este structura cea mai variabilă și servește drept bază pentru clasificarea ARNt-urilor. ARNt de clasa 1 (75% din numărul lor total) au un braț suplimentar lung de 3-5 perechi de baze. Brațul suplimentar al moleculelor de ARNt de clasa 2 are o lungime de 13-21 de perechi de baze și adesea include o buclă nepereche.

Orez. 37.11. Structura moleculei de aminoacil-ARNt, la capătul 3-CCA-terminal căruia este atașat un aminoacid. Sunt indicate legăturile de hidrogen intramoleculare și locația brațelor anticodon, TTC și dihidrouracil. (Din J. D. Watson. Molecular biology of the Gene 3rd, ed.. Copyright 1976, 1970, 1965 by W. A. ​​​​Benjamin, Inc., Menlo Park California)

Structura secundară, determinată de sistemul de interacțiuni complementare ale bazelor nucleotidice ale brațelor corespunzătoare, este caracteristică tuturor speciilor.Brațul acceptor conține șapte perechi de baze, brațul - cinci perechi de baze, brațul D - trei (sau patru) Perechi de baze.

Moleculele de ARNt sunt foarte stabile la procariote și oarecum mai puțin stabile la eucariote. Situația inversă este tipică pentru ARNm, care este destul de instabil la procariote, în timp ce în organismele eucariote are o stabilitate semnificativă.

ARN ribozomal. Ribozomul este o structură nucleoproteică citoplasmatică concepută pentru sinteza proteinelor dintr-un șablon de ARNm. Ribozomul asigură un contact specific, în urma căruia are loc translația secvenței de nucleotide citită dintr-o genă specifică în secvența de aminoacizi a proteinei corespunzătoare.

În tabel. 37.2 prezintă componentele ribozomilor de mamifere cu o greutate moleculară de 4.210 6 și viteza de sedimentare (unități Swedberg). Ribozomii mamiferelor sunt formați din două subunități nucleoproteice, cea mare c

Tabelul 37.2. Componentele ribozomilor mamiferelor

greutate moleculară (60S) și mică, având o greutate moleculară (40S). Subunitatea 608 conține ARN 58-ribozomal (ARNr), ARNp 5,8S și ARNp 28S, precum și peste 50 de polipeptide diferite. Subunitatea mică de 408 include un singur ARNp 18S și aproximativ 30 de lanțuri polipeptidice. Toate ARN-urile ribozomale, cu excepția 5S-ARN, au un precursor comun, 45S-ARN, situat în nucleol (vezi capitolul 40). Molecula 5S-ARN are propriul său precursor. În nucleol, ARN-urile ribozomale foarte metilate sunt împachetate cu proteine ​​ribozomale. În citoplasmă, ribozomii sunt destul de stabili și capabili să efectueze un număr mare de cicluri de translație.

ARN mic stabil. Un număr mare de molecule de ARN discrete, foarte conservate, mici și stabile au fost găsite în celulele eucariote. Majoritatea ARN-urilor de acest tip se găsesc în ribonucleoproteine ​​și sunt localizate în nucleu, citoplasmă sau simultan în ambele compartimente. Dimensiunile acestor molecule variază de la 90 la 300 de nucleotide, conținutul lor este de 100.000-1.000.000 de copii per celulă.

Particulele ribonucleice nucleare mici (denumite adesea snurps - din engleza particule ribonucleice nucleare mici) joacă probabil un rol esențial în reglarea expresiei genelor. Particulele de nucleoproteine ​​de tip U7 par să fie implicate în formarea celor 3-terminale ale ARNm ale histonelor. Particulele sunt probabil necesare pentru poliadenilare, a pentru îndepărtarea intronilor și procesarea ARNm (vezi capitolul 39). Tab. 37.3. rezumă câteva caracteristici ale ARN-urilor mici stabile.

Tabelul 37.3. Unele tipuri de ARN stabil mic găsite în celulele mamiferelor

LITERATURĂ

Darnell J. şi colab. Molecular Cell Biology, Scientific American Books, 1986.

Hunt T. DNA Makes RNA Makes Protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Genes, ed. a 2-a, Wiley, 1985.

Rich A. şi colab. Chimia și biologia ADN-ului Z pentru stângaci, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Controlling roles for snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Structura moleculară a acizilor nucleici. Natura, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Două grupuri de ARN-uri stabile mici, Cell, 1981, 25, 296.

ARN, ca și ADN-ul, este o polinucleotidă. Structura nucleotidelor ARN cu cea a ADN-ului, dar există următoarele diferențe:

• În loc de deoxiriboză, nucleotidele ARN conțin un zahăr cu cinci atomi de carbon, riboză;
• În loc de baza azotată a timinei, uracil;
• Molecula de ARN este de obicei reprezentată de un lanț (în unele viruși, două);

Există în celule trei tipuri de ARN: informațional, de transport și ribozomal.

Informațional ARN-ul (i-ARN) este o copie a unei anumite secțiuni de ADN și acționează ca un purtător de informații genetice de la ADN la locul de sinteză a proteinelor (ribozom) și este direct implicat în asamblarea moleculelor sale.

Transport ARN (ARNt) transportă aminoacizi din citoplasmă la ribozomi.

ARN-ul ribozomal (ARNr) face parte din ribozomi. Se crede că ARN-r oferă o anumită relație spațială i-ARN și t-ARN.

Rolul ARN-ului în procesul de realizare a informațiilor ereditare.

Informațiile ereditare, scrise folosind codul genetic, sunt stocate în moleculele de ADN și se înmulțesc pentru a oferi celulelor nou formate „instrucțiunile” necesare dezvoltării și funcționării lor normale. În același timp, ADN-ul nu participă direct la susținerea vieții celulelor. Rolul unui intermediar, a cărui funcție este de a traduce informațiile ereditare stocate în ADN într-o formă de lucru, este jucat de acizi ribonucleici - ARN.

Spre deosebire de moleculele de ADN, acizii ribonucleici sunt reprezentați de un lanț polinucleotidic, care constă din patru tipuri de nucleotide care conțin zahăr, riboză, fosfat și una dintre cele patru baze azotate - adenină, guanină, uracil sau citozină. ARN-ul este sintetizat pe molecule de ADN folosind enzimele ARN polimerază în conformitate cu principiul complementarității și antiparalelismului, iar uracilul este complementar ADN-ului adeninei din ARN. Întreaga varietate de ARN care acționează în celulă poate fi împărțită în trei tipuri principale: ARNm, ARNt, ARNr.

Conform organizării chimice a materialului de ereditate și variabilitate, celulele eucariote și procariote nu diferă fundamental unele de altele. Materialul lor genetic este reprezentat de ADN. Comun acestora este principiul înregistrării informațiilor genetice, precum și codul genetic. Aceiași aminoacizi sunt criptați în pro- și eucariote cu aceiași codoni. În principiu, utilizarea informațiilor ereditare stocate în ADN se realizează în același mod în aceste tipuri de celule. Mai întâi, este transcris în secvența de nucleotide a moleculei de ARNm și apoi tradus în secvența de aminoacizi a peptidei pe ribozomi cu participarea ARNt. Cu toate acestea, unele caracteristici ale organizării materialului ereditar, care disting celulele eucariote de cele procariote, provoacă diferențe în utilizarea informațiilor lor genetice.

Materialul ereditar al unei celule procariote este conținut în principal într-o singură moleculă circulară de ADN. Este situat direct în citoplasma celulei, unde există și ARNt-uri și enzime necesare pentru exprimarea genelor, dintre care unele sunt conținute în ribozomi. Genele procariote constau în întregime din secvențe de nucleotide de codificare care sunt realizate în timpul sintezei proteinelor, ARNt sau ARNr.

Materialul ereditar al eucariotelor este mai mare ca volum decât cel al procariotelor. Este situat în principal în structuri nucleare speciale - cromozomii care sunt separate de citoplasmă prin învelișul nuclear. Aparatul necesar pentru sinteza proteinelor, constând din ribozomi, ARNt, un set de aminoacizi și enzime, este situat în citoplasma celulei.

Există diferențe semnificative în organizarea moleculară a genelor în celulele eucariote. Majoritatea dintre ele au secvențe de codare exoniiîntrerupt intron situsuri care nu sunt utilizate în sinteza t-ARN, r-ARN sau peptide. Numărul de astfel de regiuni variază în funcție de gene.Aceste regiuni sunt îndepărtate din ARN-ul transcris primar și, prin urmare, utilizarea informațiilor genetice într-o celulă eucariotă are loc oarecum diferit. Într-o celulă procariotă, unde materialul ereditar și aparatul pentru biosinteza proteinelor nu sunt separate spațial, transcripția și traducerea au loc aproape simultan. Într-o celulă eucariotă, aceste două etape nu sunt doar separate spațial de învelișul nuclear, dar sunt și separate în timp prin procesele de maturare a ARNm, din care secvențele neinformative trebuie îndepărtate.

Pe lângă aceste diferențe la fiecare etapă a exprimării informațiilor genetice, pot fi remarcate unele caracteristici ale cursului acestor procese la pro- și eucariote.

Funcțiile ARN diferă în funcție de tipul de acid ribonucleic.

1) ARN mesager (i-ARN).

2) ARN ribozomal (r-ARN).

3) Transfer ARN (t-ARN).

4) ARN minor (mic). Acestea sunt molecule de ARN, cel mai adesea cu o greutate moleculară mică, situate în diferite părți ale celulei (membrană, citoplasmă, organite, nucleu etc.). Rolul lor nu este pe deplin înțeles. S-a dovedit că pot ajuta la maturarea ARN-ului ribozomal, pot participa la transferul de proteine ​​prin membrana celulară, pot promova reduplicarea moleculelor de ADN etc.

5) Ribozime. Un tip de ARN recent identificat, care este implicat activ în procesele enzimatice ale celulei ca enzimă (catalizator).

6) ARN viral. Orice virus poate conține un singur tip de acid nucleic: fie ADN, fie ARN. În consecință, virușii care au o moleculă de ARN în compoziția lor se numesc care conțin ARN. Atunci când un virus de acest tip intră într-o celulă, se poate produce procesul de reverstranscripție (formarea de ADN nou pe baza ARN), iar ADN-ul virusului nou format este integrat în genomul celulei și asigură existența și reproducerea agentului patogen. A doua variantă a scenariului este formarea de ARN complementar pe matricea ARN-ului viral de intrare. În acest caz, formarea de noi proteine ​​virale, activitatea vitală și reproducerea virusului are loc fără participarea acidului dezoxiribonucleic, numai pe baza informațiilor genetice înregistrate pe ARN viral. acizi ribonucleici. ARN, structura, structuri, tipuri, rol. Cod genetic. Mecanisme de transfer de informații genetice. Replicare. Transcriere

ARN ribozomal.

ARNr reprezintă 90% din totalul ARN-ului celular și se caracterizează prin stabilitate metabolică. Procariotele au trei tipuri variate ARNr cu coeficienți de sedimentare 23S, 16S și 5S; eucariotele au patru tipuri: -28S, 18S, 5S și 5.8S.

ARN-urile de acest tip sunt localizate în ribozomi și participă la interacțiuni specifice cu proteinele ribozomale.

ARN-urile ribozomale au forma unei structuri secundare sub forma căreia sunt secțiuni dublu catenare conectate printr-un singur lanț curbat. Proteinele ribozomului sunt asociate predominant cu regiunile monocatenar ale moleculei.

ARNr se caracterizează prin prezența bazelor modificate, totuși, într-o cantitate mult mai mică decât în ​​ARNt. În ARNr, există în principal nucleotide metilate, cu grupări metil atașate fie la bază, fie la gruparea 2/-OH- a ribozei.

ARN de transport.

Moleculele de ARNt sunt un singur lanț format din 70-90 de nucleotide, cu o greutate moleculară de 23000-28000 și o constantă de sedimentare de 4S. În ARN-ul celular, ARN-ul de transfer este de 10-20%. Moleculele de ARNt au capacitatea de a se lega covalent la un aminoacid specific și de a se conecta printr-un sistem de legături de hidrogen cu unul dintre tripletele de nucleotide ale moleculei de ARNm. Astfel, ARNt-urile implementează o corespondență de codificare între un aminoacid și codonul ARNm corespunzător. Pentru a îndeplini funcția de adaptor, ARNt-urile trebuie să aibă o structură secundară și terțiară bine definită.

Fiecare moleculă de ARNt are o structură secundară constantă, are forma unei frunze de trifoi bidimensionale și constă din secțiuni elicoidale formate din nucleotide ale aceluiași lanț și bucle monocatenare situate între ele. Numărul de regiuni elicoidale atinge jumătate din moleculă.Secvențele nepereche formează elemente structurale caracteristice (ramuri) care au ramuri tipice:

A) o tulpină acceptor, la capătul 3/-OH al căruia, în cele mai multe cazuri, există un triplet CCA. Aminoacidul corespunzător este atașat de gruparea carboxil a adenozinei terminale cu ajutorul unei enzime specifice;

B) pseudouridină sau T C-loop, constă din șapte nucleotide cu secvența obligatorie 5 / -T TsG-3 / , care conține pseudouridină; se presupune că bucla T este folosită pentru a lega tARN la ribozom;

C) buclă suplimentară - diferită ca mărime și compoziție în diferite ARNt;

D) bucla anticodon este formată din șapte nucleotide și conține un grup de trei baze (anticodon), care este complementar unui triplet (codon) din molecula de ARNm;

E) bucla dihidrouridil (bucla D), constând din 8-12 nucleotide și care conține de la unu la patru resturi dihidrouridil; se crede că bucla D este folosită pentru a lega tARN la o enzimă specifică (aminoacil-tARN sintetaza).

Pliul terțiar al moleculelor de ARNt este foarte compact și are formă de L. Colțul unei structuri similare este format dintr-un reziduu de dihidrouridină și o buclă T C, un genunchi lung formează o tulpină acceptor și o buclă T C, iar una scurtă formează o buclă D și o buclă anticodon.

Cationii polivalenți (Mg2+, poliamine), precum și legăturile de hidrogen dintre baze și scheletul fosfodiester, sunt implicați în stabilizarea structurii terțiare a ARNt.

Plierea spațială complexă a moleculei de ARNt se datorează interacțiunilor multiple foarte specifice atât cu proteinele, cât și cu alți acizi nucleici (ARNr).

ARN-ul de transfer diferă de alte tipuri de ARN printr-un conținut ridicat de baze minore - o medie de 10-12 baze pe moleculă, cu toate acestea, numărul lor total de ARNt crește pe măsură ce organismele avansează pe scara evolutivă. Au fost găsite diverse baze purinice metilate (adenină, guanină) și pirimidină (5-metilcitozină și ribosiltimină), baze care conțin sulf (6-tiouracil), dar cea mai comună (6-tiouracil), dar cea mai comună componentă minoră este pseudouridina. ARNt. Rolul nucleotidelor neobișnuite în moleculele de ARNt nu este încă clar; cu toate acestea, se crede că, cu cât este mai scăzut nivelul de mitizare a ARNt, cu atât este mai puțin activ și specific.

Localizarea nucleotidelor modificate este strict fixată. Prezența bazelor minore în compoziția ARNt determină rezistența moleculelor la acțiunea nucleazelor și, în plus, acestea sunt implicate în menținerea unei anumite structuri, deoarece astfel de baze nu sunt capabile de împerechere normală și împiedică formarea unei duble. helix. Astfel, prezența bazelor modificate în compoziția ARNt determină nu numai structura acestuia, ci și multe funcții speciale ale moleculei de ARNt.

Majoritatea celulelor eucariote conțin o varietate de ARNt. Pentru fiecare aminoacid, există cel puțin un ARNt specific. ARNt-urile care leagă același aminoacid se numesc izoacceptor. Fiecare tip de celulă din organism are un raport diferit de ARNt izoacceptori.

Matrice (informații)

ARN mesager conține informații genetice despre secvența de aminoacizi pentru enzimele de bază și alte proteine, de exemplu. servește ca șablon pentru biosinteza lanțurilor polipeptidice. Ponderea ARNm în celulă reprezintă 5% din cantitatea totală de ARN. Spre deosebire de ARNr și ARNt, ARNm este heterogen ca mărime, greutatea sa moleculară variază de la 25 10 3 la 1 10 6; ARNm este caracterizat printr-o gamă largă de constante de sedimentare (6-25S). Prezența unui lanț de ARNm de lungime variabilă într-o celulă reflectă diversitatea greutăților moleculare ale proteinelor pe care le furnizează pentru sinteza.

Conform compoziției sale de nucleotide, ARNm corespunde ADN-ului din aceeași celulă, adică. este complementar uneia dintre catenele de ADN. Secvența de nucleotide (structura primară) a ARNm conține informații nu numai despre structura proteinei, ci și despre structura secundară a moleculelor de ARNm în sine. Structura secundară a ARNm este formată din secvențe complementare, al căror conținut în ARN de origine diferită este similar și variază de la 40 la 50%. Un număr semnificativ de regiuni pereche pot fi formate în zonele 3/ și 5/ ale ARNm.

Analiza capetelor 5/ ale regiunilor ARNr 18s a arătat că acestea conțin secvențe complementare.

Structura terțiară a ARNm se formează în principal datorită legăturilor de hidrogen, interacțiunii hidrofobe, limitării geometrice și sterice și forțelor electrice.

ARN mesager este o formă activă metabolic și relativ instabilă, de scurtă durată. Astfel, ARNm-ul microorganismelor se caracterizează prin reînnoire rapidă, iar durata sa de viață este de câteva minute. În același timp, pentru organismele ale căror celule conțin nuclee adevărate legate de membrană, durata de viață a ARNm poate atinge multe ore și chiar câteva zile.

Stabilitatea ARNm poate fi determinată prin diferite modificări ale moleculei sale. Astfel, s-a descoperit că secvența ARNm 5/-terminală a virusurilor și eucariotelor este metilată sau „blocata”. Prima nucleotidă din structura 5/-terminală a capacului este 7-metilguanina, care este legată de următoarea nucleotidă printr-o legătură 5/-5/-pirofosfat. A doua nucleotidă este metilată la restul C-2/-riboză, în timp ce a treia nucleotidă poate să nu aibă o grupare metil.

O altă capacitate a ARNm este aceea că la capetele 3/ ale multor molecule de ARNm ale celulelor eucariote există secvențe relativ lungi de nucleotide adenil, care sunt atașate la moleculele de ARNm cu ajutorul enzimelor speciale după terminarea sintezei. Reacția are loc în nucleul celular și citoplasmă.

La capetele 3/- și 5/- ale ARNm, secvențele modificate reprezintă aproximativ 25% din lungimea totală a moleculei. Se crede că secvențele 5/-caps și 3/-poli-A- sunt necesare fie pentru a stabiliza ARNm, care îl protejează de acțiunea nucleazelor, fie pentru a regla procesul de translație.

interferența ARN

În celulele vii au fost găsite mai multe tipuri de ARN care pot reduce gradul de expresie a genei atunci când sunt complementare cu ARNm sau cu gena însăși. Micro-ARN-urile (21-22 nucleotide în lungime) se găsesc la eucariote și acționează prin mecanismul interferenței ARN. În acest caz, complexul de microARN și enzime poate duce la metilarea nucleotidelor din ADN-ul promotorului genei, care servește ca semnal pentru reducerea activității genei. Când se utilizează un alt tip de reglare a ARNm, miARN-ul complementar este degradat. Cu toate acestea, există miARN-uri care cresc mai degrabă decât scad expresia genelor. ARN-urile interferente mici (siARN, 20-25 nucleotide) sunt adesea formate ca urmare a scindării ARN-urilor virale, dar există și miARN-uri celulare endogene. ARN-urile interferente mici acționează și prin interferența ARN în mecanisme similare cu cele ale miARN-urilor. Așa-numitele ARN au fost găsite la animalele care interacționează cu Piwi (piARN, 29-30 nucleotide), care acționează în celulele germinale împotriva transpoziției și joacă un rol în formarea gameților. În plus, piRNA-urile pot fi moștenite epigenetic prin linia maternă, transmițând descendenților capacitatea lor de a inhiba expresia transpozonilor.

ARN-urile antisens sunt distribuite pe scară largă în bacterii, multe dintre ele reprimă expresia genelor, dar unele reglează expresia. ARN-urile antisens acționează prin atașarea la ARNm, ceea ce duce la formarea de molecule de ARN dublu catenar, care sunt degradate de enzime.La eucariote s-au găsit molecule de ARN cu molecule înalte, asemănătoare ARNm. Aceste molecule reglează, de asemenea, expresia genelor.

Pe lângă rolul moleculelor individuale în reglarea genelor, elementele de reglare pot fi formate în regiunile 5’ și 3’ netraduse ale ARNm. Aceste elemente pot acționa singure pentru a preveni inițierea translației sau pot atașa proteine ​​precum feritina sau molecule mici precum biotina.

Mulți ARN-uri iau parte la modificarea altor ARN-uri. Intronii sunt excizați din pre-ARNm de către spliceozomi, care, pe lângă proteine, conțin mai mulți ARN nucleari mici (ARNsn). În plus, intronii își pot cataliza propria excizie. ARN-ul sintetizat ca urmare a transcripției poate fi de asemenea modificat chimic. La eucariote, modificările chimice ale nucleotidelor ARN, cum ar fi metilarea lor, sunt efectuate de ARN-uri nucleare mici (ARNsn, 60-300 de nucleotide). Acest tip de ARN este localizat în nucleol și corpuri Cajal. După asocierea snRNA-urilor cu enzime, snRNA-urile se leagă de ARN-ul țintă prin împerecherea bazelor între două molecule, iar enzimele modifică nucleotidele ARN-ului țintă. ARN-urile ribozomale și de transfer conțin multe astfel de modificări, a căror poziție specifică este adesea păstrată în cursul evoluției. snRNA-urile și snRNA-urile în sine pot fi, de asemenea, modificate. ARN-ul ghid efectuează procesul de editare a ARN-ului în kinetoplast, o secțiune specială a mitocondriilor protistilor kinetoplastid (de exemplu, tripanozomi).

Genoame formate din ARN

La fel ca ADN-ul, ARN-ul poate stoca informații despre procese biologice. ARN-ul poate fi folosit ca genom al virusurilor și al particulelor asemănătoare virusurilor. Genomii ARN pot fi împărțiți în cei care nu au un stadiu intermediar de ADN și cei care sunt copiați într-o copie ADN și înapoi în ARN pentru reproducere (retrovirusuri).

Mulți virusuri, cum ar fi virusul gripal, în toate etapele conțin un genom format în întregime din ARN. ARN-ul este conținut într-un înveliș proteic normal și este replicat de ARN polimerazele dependente de ARN codificate în acesta. Genomii virali constând din ARN sunt împărțiți în:

„ARN cu catenă negativă”, care servește doar ca genom, iar molecula sa complementară este folosită ca ARNm;

virusuri dublu catenare.

Viroidii sunt un alt grup de agenți patogeni care conțin un genom ARN și nicio proteină. Ele sunt replicate de ARN polimeraze în organismul gazdă.

Retrovirusuri și retrotranspozoni

Alți virusuri au un genom ARN doar în timpul uneia dintre faze ciclu de viață. Virionii așa-numitelor retrovirusuri conțin molecule de ARN, care, atunci când intră în celulele gazdă, servesc ca șablon pentru sinteza unei copii ADN. La rândul său, genomul ARN citește din șablonul ADN. Pe lângă virușii cu transcripție inversă, se utilizează și o clasă de elemente mobile ale genomului, retrotranspozonii.

Acizii nucleici sunt substanțe macromoleculare formate din mononucleotide, care sunt conectate între ele într-un lanț polimeric folosind legături fosfodiester de 3", 5" și împachetate în celule într-un anumit fel.

Acizii nucleici sunt biopolimeri de două soiuri: acid ribonucleic (ARN) și acid dezoxiribonucleic (ADN). Fiecare biopolimer constă din nucleotide care diferă prin reziduuri de carbohidrați (riboză, dezoxiriboză) și una dintre bazele azotate (uracil, timină). În consecință, acizii nucleici și-au primit numele.

Structura acidului ribonucleic

Structura primară a ARN-ului

moleculă de ARN sunt polinucleotide liniare (adică neramificate) cu un principiu de organizare similar cu ADN-ul. Monomerii ARN sunt nucleotide formate din acid fosforic, un carbohidrat (riboză) și o bază azotată conectată prin legături fosfodiester de 3", 5". Lanțurile polinucleotidice ale moleculei de ARN sunt polare, adică. au capete 5’ și 3” distinse. În același timp, spre deosebire de ADN, ARN-ul este o moleculă monocatenar. Motivul acestei diferențe sunt trei caracteristici ale structurii primare:

1. ARN, spre deosebire de ADN, conține riboză în loc de deoxiriboză, care are o grupare hidroxil suplimentară. Gruparea hidroxi face ca structura dublă catenă să fie mai puțin compactă
2. Printre cele patru baze azotate principale sau majore (A, G, C și U), în loc de timină, este conținut uracil, care diferă de timină doar prin absența unei grupări metil în poziția a 5-a. Acest lucru reduce puterea interacțiunii hidrofobe în complementar perechea A-U, ceea ce reduce, de asemenea, probabilitatea formării de molecule dublu catenare stabile.
3. În cele din urmă, ARN (în special ARNt) are un conținut ridicat de așa-numitele. baze minore și nucleozide. Printre acestea se numără dihidrouridina (nu există o singură legătură dublă în uracil), pseudouridina (uracilul este asociat cu riboza într-un mod diferit decât de obicei), dimetiladenina și dimetilguanina (două grupări metil suplimentare în baze azotate) și multe altele. Aproape toate aceste baze nu pot participa la interacțiuni complementare. Astfel, grupările metil din dimetiladenină (spre deosebire de timină și 5-metilcitozină) sunt situate la un atom care formează o legătură de hidrogen în perechea A-U; prin urmare, acum această conexiune nu poate fi închisă. Acest lucru previne, de asemenea, formarea de molecule dublu catenare.

Astfel, diferențele larg cunoscute în compoziția ARN-ului din ADN sunt de mare importanță. semnificație biologică: la urma urmei, moleculele de ARN își pot îndeplini funcția doar într-o stare monocatenară, ceea ce este cel mai evident pentru ARNm: este dificil de imaginat cum ar putea fi tradusă o moleculă dublu catenară pe ribozomi.

În același timp, rămânând unic, în unele zone lanțul de ARN poate forma bucle, proeminențe sau „agrafe de păr”, cu structură dublu catenară (Fig. 1.). Această structură este stabilizată prin interacțiunea bazelor în perechile A::U și G:::C. Cu toate acestea, se pot forma și perechi „incorecte” (de exemplu, GU), iar în unele locuri există „agrafe de păr” și nu are loc deloc interacțiune. Astfel de bucle pot conține (în special în ARNt și ARNr) până la 50% din toate nucleotidele. Conținutul total de nucleotide din ARN variază de la 75 de unități la multe mii. Dar chiar și cele mai mari ARN-uri sunt cu câteva ordine de mărime mai scurte decât ADN-urile cromozomiale.

Structura primară a ARNm a fost copiată dintr-o regiune ADN care conține informații despre structura primară a lanțului polipeptidic. Structura primară a celorlalte tipuri de ARN (ARNt, ARNr, ARN rar) este copia finală a programului genetic al genelor ADN corespunzătoare.

Structuri secundare și terțiare ale ARN

Acizii ribonucleici (ARN) sunt molecule monocatenar, prin urmare, spre deosebire de ADN, structurile lor secundare și terțiare sunt neregulate. Aceste structuri, definite ca conformația spațială a unui lanț de polinucleotide, sunt formate în principal din legături de hidrogen și interacțiuni hidrofobe între bazele azotate. Dacă o spirală stabilă este caracteristică unei molecule de ADN nativ, atunci structura ARN-ului este mai diversă și mai labilă. Analiza de difracție cu raze X a arătat că secțiunile individuale ale lanțului polinucleotidic ARN, aplecându-se, se înfășoară pe ele însele cu formarea de structuri intrahelical. Stabilizarea structurilor se realizează prin perechi complementare de baze azotate ale secțiunilor antiparalele ale lanțului; perechile specifice de aici sunt A-U, G-C și, mai rar, G-U. Datorită acestui fapt, în molecula de ARN apar atât secțiuni spiralate scurte, cât și extinse aparținând aceluiași lanț; aceste zone se numesc ac de păr. Modelul structurii secundare a ARN-ului cu elemente ac de păr a fost dezvoltat la sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960. Secolului 20 în laboratoarele lui A. S. Spirin (Rusia) și P. Doty (SUA).

Unele tipuri de ARN
Tipuri de ARN	Dimensiunea în nucleotide	Funcţie
gARN - ARN genomic	10000-100000
ARNm - ARN informațional (matriceal).	100-100000	transferă informații despre structura unei proteine ​​dintr-o moleculă de ADN
ARNt - ARN de transfer	70-90	transportă aminoacizii la locul de sinteză a proteinelor
ARNr - ARN ribozomal	mai multe clase discrete de la 100 la 500.000	conținut în ribozomi, participă la menținerea structurii ribozomului
sn-ARN - ARN nuclear mic	100	elimină intronii și unește enzimatic exonii în ARNm
sno-ARN - ARN nucleolar mic		implicat în direcționarea sau efectuarea modificărilor de bază în ARNr și ARN nuclear mic, cum ar fi, de exemplu, metilarea și pseudouridinizarea. Majoritatea ARN-urilor nucleolare mici se găsesc în intronii altor gene.
srp-ARN - ARN de recunoaștere a semnalului		recunoaște secvența semnal a proteinelor destinate expresiei și participă la transferul lor prin membrana citoplasmatică
mi-ARN - micro-ARN	22	controlează translația genelor structurale prin legarea complementară la capetele 3’ ale regiunilor ARNm netraduse

Formarea structurilor elicoidale este însoțită de un efect hipocromic - o scădere a densității optice a probelor de ARN la 260 nm. Distrugerea acestor structuri are loc atunci când puterea ionică a soluției de ARN scade sau când aceasta este încălzită la 60-70 °C; se mai numește și topire și se explică prin spirala de tranziție structurală - bobină haotică, care este însoțită de o creștere a densității optice a soluției de acid nucleic.

Există mai multe tipuri de ARN în celule:

1. informații (sau șablon) ARN (ARNm sau ARNm) și predecesorul său - ARN nuclear heterogen (g-n-ARN)
2. transfer ARN (t-ARN) și precursorul acestuia
3. ribozomal (r-ARN) și predecesorul său
4. ARN nuclear mic (ARN-sn)
5. ARN nucleolar mic (sno-ARN)
6. ARN de recunoaștere a semnalului (srp-ARN)
7. miARN (mi-ARN)
8. ARN mitocondrial (ARN t+).

ARN nuclear și informațional (matrice) eterogen

ARN nuclear eterogen este unic pentru eucariote. Este precursorul ARN-ului mesager (i-ARN), care transportă informații genetice de la ADN-ul nuclear la citoplasmă. ARN nuclear heterogen (pre-ARNm) a fost descoperit de biochimistul sovietic G. P. Georgiev. Numărul de tipuri de g-ARN este egal cu numărul de gene, deoarece servește ca o copie directă a secvențelor de codificare ale genomului, datorită cărora are copii ale palindromilor ADN, prin urmare structura sa secundară conține ace de păr și secțiuni liniare. . Enzima ARN polimeraza II joacă un rol cheie în transcrierea ARN din ADN.

ARN-ul mesager se formează ca urmare a prelucrării (maturării) ARN-rn, în timpul căreia acele de păr sunt tăiate, regiunile necodificante (intronii) sunt excizate și exonii codificatori sunt lipiți împreună.

ARN mesager (i-ARN) este o copie a unei secțiuni specifice de ADN și acționează ca un purtător de informații genetice de la ADN la locul de sinteză a proteinelor (ribozom) și este direct implicat în asamblarea moleculelor sale.

ARN-ul mesager matur are mai multe regiuni cu roluri funcționale diferite (Fig.)

• la capătul 5 "se află așa-numitul "cap" sau capac - o secțiune de una până la patru nucleotide modificate. Această structură protejează capătul 5" al ARNm de endonucleaze
• în spatele "capacului" se află o regiune de 5 "netraduse - o secvență de câteva zeci de nucleotide. Este complementară uneia dintre secțiunile ARN-r care este inclusă în subunitatea mică a ribozomului. Din acest motiv, servește pentru legarea primară a m-ARN la ribozom, dar în sine nu este difuzat
• codon de inițiere - AUG care codifică metionina. Toate ARNm au același codon de început. Traducerea (citirea) ARNm începe cu acesta. Dacă metionina nu este necesară după sinteza lanțului peptidic, atunci, de regulă, este scindată de la capătul său N-terminal.
• Codonul de început este urmat de partea de codificare, care conține informații despre secvența de aminoacizi din proteină. La eucariote, ARNm-urile mature sunt monocistronice; fiecare dintre ele poartă informații despre structura unui singur lanț polipeptidic.

  Un alt lucru este că uneori lanțul peptidic la scurt timp după formare pe ribozom este tăiat în mai multe lanțuri mai mici. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în sinteza insulinei și a unui număr de hormoni oligopeptidici.

  Partea de codificare a ARNm eucariotic matur este lipsită de introni - orice secvențe necodante intercalate. Cu alte cuvinte, există o secvență continuă de codoni de sens care trebuie citite în direcția 5" -> 3".

• La sfârșitul acestei secvențe, există un codon de terminare - unul dintre cei trei codoni „fără sens”: UAA, UAG sau UGA (vezi tabelul codului genetic de mai jos).
• Acest codon poate fi urmat de o altă regiune 3’-netradusă, care este mult mai lungă decât regiunea 5’-netradusă.
• În cele din urmă, aproape toate ARNm-urile eucariote mature (cu excepția ARNm-urilor histonelor) conțin un fragment poli(A) de 150-200 de nucleotide adenil la capătul 3’.

Regiunea 3’-netradusă și fragmentul poli(A) sunt legate de reglarea duratei de viață a ARNm, deoarece distrugerea ARNm este efectuată de 3’-exonucleaze. După finalizarea traducerii ARNm, 10-15 nucleotide sunt scindate din fragmentul poli(A). Când acest fragment este epuizat, o parte semnificativă a ARNm începe să se degradeze (dacă regiunea 3'-netradusă lipsește).

Numărul total de nucleotide din ARNm variază de obicei în câteva mii. În acest caz, partea de codificare poate reprezenta uneori doar 60-70% din nucleotide.

În celule, moleculele de ARNm sunt aproape întotdeauna asociate cu proteine. Acesta din urmă stabilizează probabil structura liniară a ARNm, adică previne formarea de „agrafe de păr” în partea de codificare. În plus, proteinele pot proteja ARNm de degradarea prematură. Astfel de complexe de ARNm cu proteine ​​sunt uneori numite informozomi.

ARN-ul de transfer în citoplasma celulei transportă aminoacizii într-o formă activată către ribozomi, unde aceștia sunt combinați în lanțuri peptidice într-o secvență specifică, care este stabilită de șablonul ARN (ARNm). În prezent, sunt cunoscute date despre secvența de nucleotide a peste 1700 de tipuri de ARNt din organisme procariote și eucariote. Toate au caracteristici comune atât în ​​structura lor primară, cât și în modul în care lanțul polinucleotidic este pliat într-o structură secundară datorită interacțiunii complementare a nucleotidelor incluse în structura lor.

ARN de transfer în compoziția sa nu conține mai mult de 100 de nucleotide, printre care există un conținut ridicat de nucleotide minore sau modificate. Primul ARN de transfer complet decodat a fost ARN alanină izolat din drojdie. Analiza a arătat că ARN-ul alaninei constă din 77 de nucleotide aranjate într-o secvență strict definită; acestea includ așa-numitele nucleotide minore, reprezentate de nucleozide atipice dihidrouridină (dgU) şi pseudouridină (Ψ); inozina (I): comparativ cu adenozina, gruparea amino este înlocuită cu o grupare ceto; metilinozină (ml), metil- şi dimetilguanozină (mG şi m2G); metiluridină (mU): la fel ca ribotimidină. ARNt alaninei conține 9 baze neobișnuite cu una sau mai multe grupări metil, care sunt atașate enzimatic de acestea după formarea legăturilor fosfodiester între nucleotide. Aceste baze sunt incapabile să formeze perechi obișnuite; poate că servesc pentru a preveni împerecherea bazelor în anumite părți molecule și astfel expun grupări chimice specifice care formează legături secundare cu ARN-ul mesager, ribozomul sau poate cu enzima necesară pentru a atașa un anumit aminoacid la ARN-ul de transfer corespunzător. Secvența cunoscută de nucleotide din ARNt înseamnă în esență că secvența sa din genele pe care este sintetizat acest ARNt este de asemenea cunoscută. Această secvență poate fi derivată pe baza regulilor specifice de împerechere a bazelor stabilite de Watson și Crick. În 1970, a fost sintetizată o moleculă completă de ADN dublu catenar cu secvența corespunzătoare de 77 de nucleotide și s-a dovedit că ar putea servi ca șablon pentru construirea ARN-ului de transfer al alaninei. A fost prima genă sintetizată artificial.

transcrierea ARNt

Transcripția moleculelor de ARNt are loc din secvențele care codifică ADN cu participarea enzimei ARN polimeraza III. În timpul transcripției, structura primară a ARNt se formează sub forma unei molecule liniare. Formarea începe cu compilarea unei secvențe de nucleotide de către ARN polimerază în conformitate cu gena care conține informații despre acest ARN de transfer. Această secvență este un lanț polinucleotidic liniar în care nucleotidele se succed. Un lanț polinucleotidic liniar este un ARN primar, un precursor al ARNt, care include introni - excese neinformative de nucleotide. La acest nivel de organizare, pre-ARNt nu este funcțional. Format în diferite locuri din ADN-ul cromozomilor, pre-ARNt conține un exces de aproximativ 40 de nucleotide în comparație cu ARNt matur.

În a doua etapă, precursorul de ARNt nou sintetizat este supus maturării sau procesării post-transcripționale. În timpul procesării, excesele neinformative din pre-ARN sunt îndepărtate și se formează molecule de ARN funcționale, mature.

procesarea pre-ARNt

Procesarea începe cu formarea de legături de hidrogen intramoleculare în transcript, iar molecula de ARNt ia forma unei foi de trifoi. Acesta este nivelul secundar de organizare a ARNt, la care molecula de ARNt nu este încă funcțională. Apoi, regiunile non-informative sunt excizate din pre-ARN, regiunile informative ale „genelor rupte” sunt splicing - splicing și modificarea regiunilor 5’- și 3’-terminale ale ARN-ului.

Excizia regiunilor non-informative ale pre-ARN se realizează cu ajutorul ribonucleazelor (exo- și endonucleaze). După îndepărtarea nucleotidelor în exces, are loc metilarea bazelor ARNt. Reacția este efectuată de metiltransferaze. S-adenosilmetionina acționează ca un donor de grupare metil. Metilarea previne distrugerea ARNt de către nucleaze. ARNt-ul în cele din urmă matur este format prin atașarea unui trio specific de nucleotide (capătul acceptor) - CCA, care este realizat de o ARN polimerază specială.

La finalizarea procesării, se formează din nou legături de hidrogen suplimentare în structura secundară, datorită cărora tARN trece la nivelul terțiar de organizare și ia forma așa-numitei forme L. În această formă, ARNt intră în hialoplasmă.

structura ARNt

Structura ARN-ului de transfer se bazează pe un lanț de nucleotide. Cu toate acestea, datorită faptului că orice lanț de nucleotide are părți încărcate pozitiv și negativ, acesta nu poate fi în celulă într-o stare desfășurată. Aceste părți încărcate, fiind atrase unele de altele, formează cu ușurință legături de hidrogen între ele după principiul complementarității. Legăturile de hidrogen răsucesc în mod bizar catena de ARNt și o țin în acea poziție. Ca urmare, structura secundară a t-ARN are forma unei „frunze de trifoi” (Fig.), care conține 4 regiuni dublu catenare în structura sa. Un conținut ridicat de nucleotide minore sau modificate notate în lanțul de ARNt și incapabile de interacțiuni complementare formează 5 regiuni monocatenar.

Acea. structura secundară a ARNt se formează ca rezultat al împerecherii intracatenare a nucleotidelor complementare ale secțiunilor individuale de ARNt. Regiunile ARNt care nu sunt implicate în formarea legăturilor de hidrogen între nucleotide formează bucle sau legături liniare. Următoarele regiuni structurale se disting în ARNt:

1. Site acceptor (sfârșit), constând din patru nucleotide dispuse liniar, dintre care trei au aceeași secvență în toate tipurile de ARNt - CCA. Hidroxilul 3"-OH al adenozinei este liber. Un aminoacid este atașat de el cu o grupare carboxil, de aceea numele acestui situs ARNt este acceptor. Aminoacidul ARNt legat de gruparea 3"-hidroxil a adenozinei furnizează aminoacidul. acid la ribozomi, unde are loc sinteza proteinelor.
2. bucla anticodon, format de obicei din șapte nucleotide. Conține un triplet de nucleotide specifice fiecărui ARNt, numit anticodon. Antidonul ARNt se împerechează cu codonul ARNm conform principiului complementarității. Interacțiunea codon-anticodon determină ordinea în care aminoacizii sunt aranjați în lanțul polipeptidic în timpul asamblarii acestuia în ribozomi.
3. Bucla pseudouridil (sau bucla TΨC), constând din șapte nucleotide și care conțin în mod necesar un rest de acid pseudouridilic. Se presupune că bucla pseudouridil este implicată în legarea ARNt la ribozom.
4. Dihidrouridină sau buclă D, constând de obicei din 8-12 resturi de nucleotide, printre care există în mod necesar mai multe resturi de dihidrouridină. Se crede că bucla D este necesară pentru legarea la sintetaza aminoacil-ARNt, care este implicată în recunoașterea ARNt-ului său de către un aminoacid (vezi „Biosinteza proteinelor”),
5. Bucla suplimentară, care variază în dimensiune și compoziție a nucleotidelor din diferite ARNt.

Structura terțiară a ARNt nu mai are forma unei foi de trifoi. Datorită formării legăturilor de hidrogen între nucleotidele din diferite părți ale „frunzei de trifoi”, petalele sale se înfășoară în jurul corpului moleculei și sunt ținute în plus în această poziție de legăturile van der Waals, asemănătoare cu forma literei G sau L. Prezența unei structuri terțiare stabile este o altă caracteristică a t-ARN, spre deosebire de polinucleotidele ARNm lineare lungi. Puteți înțelege exact cum sunt îndoite diferite părți ale structurii secundare t-ARN în timpul formării structurii terțiare comparând culorile schemei structurii secundare și terțiare a t-ARN.

ARN-urile de transfer (ARNt) transportă aminoacizi din citoplasmă la ribozomi în timpul sintezei proteinelor. Din tabelul cu codul genetic, se poate observa că fiecare aminoacid este codificat de mai multe secvențe de nucleotide, prin urmare, fiecare aminoacid are propriul său ARN de transfer. Ca rezultat, există o mare varietate de ARNt, de la una până la șase specii pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi. Tipurile de ARNt care pot lega același aminoacid sunt numite izoacceptor (de exemplu, alanina poate fi atașată la ARNt, al cărei anticodon va fi complementar codonilor GCU, GCC, GCA, GCG). Specificitatea unui ARNt este indicată printr-un superscript, de exemplu: ARNt Ala.

Pentru procesul de sinteză a proteinelor, principalul părți funcționale tARN sunt: ​​anticodon - o secvență de nucleotide situată pe bucla anticodon, complementară cu codonul ARN-ului informațional (i-ARN) și partea acceptor - capătul t-ARN opus anticodonului, căruia i se află aminoacidul. atașat. Secvența de baze din anticodon depinde direct de tipul de aminoacid atașat la capătul 3"-terminal. De exemplu, tARN, al cărui anticodon are secvența 5"-CCA-3", poate transporta doar aminoacidul triptofan. Trebuie remarcat faptul că această dependență se află în centrul transferului de informații genetice, al cărei purtător este t-ARN.

În procesul de sinteză a proteinelor, anticodonul ARNt recunoaște secvența de trei litere a codului genetic (codonul) i-ARN-ului, potrivindu-l cu singurul aminoacid corespunzător fixat la celălalt capăt al ARNt. Numai dacă anticodonul este complementar regiunii ARNm se poate alătura ARN-ului de transfer și dona aminoacidul transferat pentru formarea unui lanț proteic. Interacțiunea dintre t-ARN și i-ARN are loc în ribozom, care este, de asemenea, un participant activ la traducere.

Recunoașterea ARNt a aminoacidului și a codonului i-ARN are loc într-un anumit fel:

• Legarea aminoacidului „propriu” de ARNt are loc cu ajutorul unei enzime - o aminoacil-ARNt sintetază specifică

  Există o mare varietate de sintetaze aminoacil-ARNt, în funcție de numărul de ARNt utilizat de aminoacizi. Se numesc pe scurt ARSases. Aminoacil-ARNt sintetazele sunt molecule mari (greutate moleculară 100.000 - 240.000) cu structură cuaternară. Ei recunosc în mod specific ARNt și aminoacizi și catalizează combinația lor. Acest proces necesită ATP, a cărui energie este folosită pentru a activa aminoacidul de la capătul carboxil și pentru a-l atașa de hidroxil (3 "-OH) al capătului acceptor de adenozină (CCA) al ARNt. Se crede că în moleculă din fiecare aminoacil-ARNt sintetază există centre de legare cel puțin trei situsuri de legare: pentru aminoacizi, ARNt izoacceptori și ATP. legătură covalentă, dacă aminoacidul ARNt se potrivește și hidroliza unei astfel de legături în cazul nepotrivirii lor (atașarea la ARNt a aminoacidului „greșit”).

  ARSazele au capacitatea de a utiliza selectiv un sortiment de ARNt pentru fiecare aminoacid la recunoaștere, de exemplu. veriga principală în recunoaștere este aminoacidul și propriul său ARNt este ajustat la acesta. Mai mult, ARNt, prin difuzie simplă, transferă aminoacidul atașat la ribozomi, unde proteina este asamblată din aminoacizi furnizați sub formă de diferite aminoacil-ARNt.

  

  Legarea unui aminoacid la ARNt

  Legarea ARNt și aminoacidului are loc după cum urmează (Fig.): un aminoacid și o moleculă de ATP sunt atașate la aminoacil-ARNt sintetaza. Pentru aminoacetilarea ulterioară, molecula de ATP eliberează energie prin separarea a două grupări fosfat. AMP rămas (adenozin monofosfat) se atașează de aminoacid, pregătindu-l pentru conectarea cu situsul acceptor al ARNt - ac de păr acceptor. După aceea, sintetaza atașează ARNt-ul înrudit la aminoacidul corespunzător. În această etapă, se verifică conformitatea ARNt cu sintetaza. În cazul potrivirii, ARNt se atașează strâns de sintetază, schimbându-i structura, ceea ce duce la lansarea procesului de aminoacilare - atașarea unui aminoacid la ARNt.

  Aminoacilarea are loc atunci când o moleculă de AMP atașată la un aminoacid este înlocuită cu o moleculă de ARNt. După această înlocuire, AMP părăsește sintetaza și ARNt este reținut pentru o ultimă verificare a aminoacizilor.

  Verificarea corespondenței ARNt cu aminoacidul atașat

  Modelul sintetazei pentru verificarea corespondenței ARNt cu aminoacidul atașat presupune prezența a doi centri activi: sintetic și corectiv. În centrul sintetic, ARNt este atașat de un aminoacid. Locul acceptor al ARNt capturat de sintetază intră în contact mai întâi cu centrul sintetic, care conține deja aminoacidul legat de AMP. Acest contact al situsului acceptor ARNt îi dă o răsucire nenaturală până când aminoacidul este atașat. După ce aminoacidul este atașat de situsul acceptor al ARNt, nevoia ca acest site să fie în centrul sintetic dispare, ARNt-ul se îndreaptă și mută aminoacidul atașat de acesta în centrul de corecție. Dacă dimensiunea moleculei de aminoacid atașată la ARNt și dimensiunea centrului de corecție nu se potrivesc, aminoacidul este recunoscut ca fiind incorect și detașat de ARNt. Sintetază este gata pentru următorul ciclu. Când dimensiunea moleculei de aminoacid atașată la ARNt și dimensiunea centrului de corecție se potrivesc, ARNt-ul încărcat cu aminoacid este eliberat: este gata să-și joace rolul în traducerea proteinei. Și sintetaza este gata să atașeze noi aminoacizi și ARNt și să înceapă ciclul din nou.

  Conectarea unui aminoacid nepotrivit cu o sintetază are loc în medie într-un caz din 50 de mii și cu un ARNt eronat doar o dată la 100 de mii de atașamente.

• Interacțiunea codonului ARNm și anticodonului ARNt are loc conform principiului complementarității și antiparalelismului

  Interacțiunea ARNt cu codonul ARNm conform principiului complementarității și antiparalelismului înseamnă: deoarece semnificația codonului ARNm se citește în direcția 5"->3", anticodonul din ARNt trebuie citit în 3"- Direcția >5". În acest caz, primele două baze ale codonului și anticodonului sunt împerecheate strict complementare, adică se formează doar perechile A U și G C. Împerecherea bazelor a treia se poate abate de la acest principiu. Perechile valide sunt definite de schema:

  Din schemă rezultă următoarele.

  • O moleculă de ARNt se leagă numai la codonul de tip 1 dacă a treia nucleotidă din anticodonul său este C sau A
  • ARNt se leagă de 2 tipuri de codoni dacă anticodonul se termină în U sau G.
  • Și, în final, ARNt se leagă de 3 tipuri de codoni dacă anticodonul se termină în I (nucleotidă de inozină); o astfel de situație, în special, în ARNt alaninei.

    Din aceasta, la rândul său, rezultă că recunoașterea codonilor cu 61 de sens necesită, în principiu, nu același, ci un număr mai mic de ARNt diferiți.

  ARN ribozomal

  

  ARN-urile ribozomale sunt baza pentru formarea subunităților ribozomale. Ribozomii asigură aranjamentul spațial al ARNm și ARNt în timpul sintezei proteinelor.

  Fiecare ribozom este format dintr-o subunitate mare și una mică. Subunitățile includ un număr mare de proteine ​​și ARN-uri ribozomale care nu sunt supuse translației. Ribozomii, ca și ARN-ul ribozomal, diferă prin coeficientul de sedimentare (sedimentare), măsurat în unități Svedberg (S). Acest coeficient depinde de viteza de sedimentare a subunităților în timpul centrifugării într-un mediu apos saturat.

  Fiecare ribozom eucariot are un coeficient de sedimentare de 80S și este denumit în mod obișnuit o particulă 80S. Include

  • o subunitate mică (40S) care conține ARN ribozomal cu un coeficient de sedimentare de ARNr 18S și 30 de molecule de diferite proteine,
  • o subunitate mare (60S), care include 3 molecule diferite de ARNr (una lungă și două scurte - 5S, 5.8S și 28S), precum și 45 de molecule de proteine.

    Subunitățile formează „scheletul” ribozomului, fiecare înconjurat de propriile proteine. Coeficientul de sedimentare al unui ribozom complet nu coincide cu suma coeficienților celor două subunități ale sale, care este asociată cu configurația spațială a moleculei.

  Structura ribozomilor la procariote și eucariote este aproximativ aceeași. Ele diferă doar prin greutatea moleculară. Ribozomul bacterian are un coeficient de sedimentare de 70S și este desemnat ca o particulă 70S, indicând o viteză de sedimentare mai mică; conţine

  • subunitate mică (30S) - ARNr 16S + proteine
  • subunitatea mare (50S) - ARNr 23S + ARNr 5S + proteine ​​ale subunității mari (Fig.)

  În ARNr, printre bazele azotate, conținutul de guanină și citozină este mai mare decât de obicei. Se găsesc și nucleozide minore, dar nu la fel de des ca în ARNt: aproximativ 1%. Acestea sunt în principal nucleozide riboză-metilate. Structura secundară a ARNr are multe regiuni și bucle dublu catenare (Fig.). Aceasta este structura moleculelor de ARN formate în două procese succesive - transcrierea ADN-ului și maturarea (procesarea) ARN-ului.

  Transcrierea ARNr din ADN și procesarea ARNr

  Pre-ARNr este produs în nucleol, unde sunt localizați transcriptonii de ARNr. Transcrierea ARNr din ADN are loc cu ajutorul a două ARN polimeraze suplimentare. ARN polimeraza I transcrie 5S, 5.8S și 28S ca o singură transcriere 45S lungă, care este apoi împărțită în părțile necesare. Acest lucru asigură un număr egal de molecule. În corpul uman, fiecare genom haploid conține aproximativ 250 de copii ale secvenței ADN care codifică transcriptul 45S. Ele sunt localizate în cinci repetări grupate în tandem (adică, în perechi una în spatele celuilalt) pe brațele scurte ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22. Aceste regiuni sunt cunoscute ca organizatori nucleolari, deoarece transcripția lor și procesarea ulterioară a transcrierea 45S are loc în interiorul nucleolului.

  Există 2000 de copii ale genei 5S-pRNA în cel puțin trei grupuri de cromozom 1. Transcripția lor are loc în prezența ARN polimerazei III în afara nucleolului.

  În timpul procesării, puțin mai mult de jumătate din pre-ARNr rămâne și ARNr matur este eliberat. O parte din nucleotidele ARNr suferă o modificare, care constă în metilarea bazelor. Reacția este efectuată de metiltransferaze. S-adenosilmetionina acționează ca un donor de grupare metil. ARNr-urile mature se combină în nucleu cu proteinele ribozomilor care vin aici din citoplasmă și formează subunități ribozomale mici și mari. ARNr-urile mature sunt transportate de la nucleu la citoplasmă într-un complex cu o proteină, care îi protejează suplimentar de distrugere și facilitează transferul lor.

  Centri ribozomici

  Ribozomii diferă semnificativ de alte organite celulare. În citoplasmă, ele apar în două stări: inactive, când subunitățile mari și mici sunt separate una de cealaltă, și active - în timpul îndeplinirii funcției lor - sinteza proteinelor, când subunitățile sunt conectate între ele.

  Procesul de unire a subunităților de ribozom sau asamblarea unui ribozom activ este denumit inițierea translației. Acest asamblare are loc într-o manieră strict ordonată, care este asigurată de centrii funcționali ai ribozomilor. Toți acești centri sunt localizați pe suprafețele de contact ale ambelor subunități ale ribozomului. Acestea includ:

  1. Centrul de legare a ARNm (centrul M). Este format din regiunea ARNr 18S, care este complementară pentru 5-9 nucleotide cu fragmentul de ARNm 5'-netradus.
  2. Centrul peptidil (centrul P). La începutul procesului de translație, aa-ARNt de inițiere se leagă de acesta. La eucariote, codonul de inițiere al tuturor ARNm-urilor codifică întotdeauna metionină, astfel încât aa-ARNt de inițiere este unul dintre cei doi ARNt-aa de metionină, marcat cu indicele i: Met-ARNt i Met. În etapele ulterioare ale translației, peptidil-ARNt care conține partea deja sintetizată a lanțului peptidic este situat în centrul P.

     Uneori se vorbește și despre E-centrul (din „exit” - exit), unde ARNt care și-a pierdut legătura cu peptidilul se mișcă înainte de a părăsi ribozomul. Cu toate acestea, acest centru poate fi considerat parte integrantă a centrului P.

  3. Centrul de aminoacizi (centrul A) - locul de legare a următorului ARNt aa.
  4. Centrul de peptidil transferază (centrul PTF) - catalizează transferul de peptidil din compoziția peptidil-ARNt la următorul aa-ARNt care a intrat în centrul A. În acest caz, se formează o altă legătură peptidică și peptidilul este extins cu un aminoacid.

  Atât în ​​centrul aminoacizilor, cât și în centrul peptidilului, bucla anticodon a ARNt-ului corespunzător (aa-tRNA sau peptidil-tRNA) se confruntă în mod evident cu centrul M - centrul de legare al ARN-ului mesager (care interacționează cu ARNm) și acceptorul. buclă cu centru aminoacil sau peptidil PTF.

  Distribuția centrelor între subunități

  Distribuția centrilor între subunitățile ribozomului are loc după cum urmează:

  • Subunitate mică. Deoarece această subunitate conține 18S-ARNr, cu locul căruia se leagă ARNm, centrul M este situat pe această subunitate. În plus, aici se află și partea principală a centrului A și o mică parte a centrului P.
  • Subunitate mare. Părțile rămase ale centrelor P și A sunt situate pe suprafața sa de contact. În cazul centrului P, aceasta este partea sa principală, iar în cazul centrului A, locul de legare al buclei acceptoare de α-ARNt cu radicalul aminoacid (aminoacil); restul și cea mai mare parte din aa-ARNt se leagă de subunitatea mică. Centrul PTF aparține și el subunității mari.
  Toate aceste circumstanțe determină ordinea de asamblare a ribozomului în stadiul de inițiere a translației.

  Inițierea ribozomului (pregătirea ribozomului pentru sinteza proteinelor)

  Sinteza proteinelor, sau traducerea însăși, este de obicei împărțită în trei faze: inițiere (început), alungire (alungirea lanțului polipeptidic) și terminare (sfârșit). În faza de inițiere, ribozomul este pregătit pentru lucru: conectarea subunităților sale. În ribozomii bacterieni și eucarioți, conexiunea subunităților și începutul translației au loc în moduri diferite.

  Pornirea unei emisiuni este cel mai lent proces. În plus față de subunitățile ribozomului, ARNm și ARNt, GTP și trei factori de inițiere ai proteinei (IF-1, IF-2 și IF-3), care nu sunt componente integrante ale ribozomului, participă la el. Factorii de inițiere facilitează legarea ARNm de subunitatea mică și GTP. GTP, prin hidroliză, furnizează energie pentru închiderea subunităților ribozomilor.

  

  1. Inițierea începe atunci când subunitatea mică (40S) se leagă de factorul de inițiere IF-3, rezultând un obstacol în calea legării premature a subunității mari și posibilitatea atașării ARNm la aceasta.
  2. Mai mult, ARNm (cu regiunea sa 5’-netradusă) se alătură complexului „subunitate mică (40S) + IF-3". În acest caz, codonul de inițiere (AUG) este situat la nivelul centrului peptidil al viitorului ribozom. .
  3. În plus, alți doi factori de inițiere se alătură complexului „subunitate mică + IF-3 + ARNm”: IF-1 și IF-2, în timp ce acesta din urmă poartă cu el un ARN de transfer special, care se numește aa-ARNt de inițiere. Complexul include și GTP.

     Subunitatea mică se leagă de ARNm și prezintă doi codoni pentru citire. În prima etapă, proteina IF-2 ancorează inițiatorul aa-ARNt. Al doilea codon închide proteina IF-1, care o blochează și nu permite următorului ARNt să se alăture până când ribozomul este complet asamblat.

  4. După legarea aa-ARNt de inițiere, adică Met-ARNt i Met, datorită interacțiunii complementare cu ARNm (codonul de inițiere AUG) și fixarea acestuia în locul său în centrul P, are loc legarea subunităților ribozomului. GTP este hidrolizat la PIB și fosfat anorganic, iar energia eliberată atunci când această legătură de înaltă energie este ruptă creează un stimul termodinamic pentru ca procesul să continue în direcția corectă. Simultan, factorii de inițiere părăsesc ribozomul.

  Astfel, se formează un fel de „sandwich” din patru componente principale. În același timp, codonul ARNm de inițiere (AUG) și aa-ARNt de inițiere asociat cu acesta sunt localizate în centrul P al ribozomului asamblat. Acesta din urmă, în formarea primei legături peptidice, joacă rolul peptidil-ARNt.

  

  Transcriptele ARN sintetizate de ARN polimerază suferă de obicei transformări enzimatice ulterioare, numite procesare post-transcripțională, și numai după aceea își dobândesc activitatea funcțională. Transcrierile de ARN mesager imatur sunt numite ARN nuclear heterogen (ARNhn). Ele constau dintr-un amestec de molecule de ARN foarte lungi care conțin introni și exoni. Maturarea (procesarea) ARNhn la eucariote include mai multe etape, dintre care una este îndepărtarea intronilor - secvențe de inserție netraduse și fuziunea exonilor. Procesul se desfășoară în așa fel încât exonii succesivi, adică fragmentele de ARNm care codifică, nu se separă niciodată fizic. Exonii sunt legați foarte precis între ei prin molecule numite ARN nuclear mici (ARNsn). Funcția acestor ARN-uri nucleare scurte, constând din aproximativ o sută de nucleotide, a rămas neclară mult timp. S-a stabilit după ce s-a constatat că secvența lor de nucleotide este complementară cu secvențele de la capetele fiecăruia dintre introni. Ca urmare a împerecherii bazelor conținute în snRNA și la capetele intronului în buclă, secvențele a doi exoni se apropie în așa fel încât devine posibilă îndepărtarea intronului care le separă și conexiunea enzimatică (splicing) a fragmentelor codificatoare ( exonii). Astfel, moleculele snARN joacă rolul de șabloane temporare care țin capetele a doi exoni aproape unul de celălalt pentru ca îmbinarea să aibă loc în locul corect (Fig.).

  Conversia ARNhn în ARNm prin îndepărtarea intronilor are loc într-un complex ARN-proteină nuclear numit splicesome. Fiecare spliceome are un nucleu, format din trei ribonucleoproteine ​​nucleare mici (cu greutate moleculară mică) sau snurps. Fiecare snurp conține cel puțin un ARN nuclear mic și mai multe proteine. Există câteva sute de ARN-uri nucleare mici diferite transcrise în principal de ARN polimeraza II. Se crede că funcția lor principală este recunoașterea secvențelor ribonucleice specifice prin împerecherea bazelor în funcție de tipul ARN-ARN. Ul, U2, U4/U6 și U5 sunt cele mai importante pentru procesarea ARNhn.

  ARN mitocondrial

  ADN-ul mitocondrial este o buclă continuă și codifică 13 polipeptide, 22 ARNt și 2 ARNr (16S și 23S). Majoritatea genelor sunt situate pe același lanț (greu), dar unele dintre ele sunt situate și pe lanțul ușor complementar. În acest caz, ambele lanțuri sunt transcrise ca transcrieri continue folosind ARN polimerază specifică mitocondriilor. Această enzimă este codificată de gena nucleară. Moleculele lungi de ARN sunt apoi scindate în 37 de specii separate, iar ARNm, ARNr și ARNt traduc împreună 13 ARNm. Un număr mare de proteine ​​suplimentare care intră în mitocondrii din citoplasmă sunt traduse din genele nucleare. Pacienții cu lupus eritematos sistemic au anticorpi la proteinele proprii ale corpului. În plus, se crede că un anumit set de gene pentru ARN-ul nuclear mic al cromozomului 15q joacă un rol important în patogeneza sindromului Prader-Willi (o combinație ereditară de retard mental, statură mică, obezitate, hipotensiune musculară).