Биология клетки/Часть 1. Клетка как она есть/3/7

← Предыдущая глава	Глава 3.7
Транскрипция и трансляция — основные этапы синтеза белка

Транскрипция — синтез РНК по матрице ДНК. У эукариот транскрипция происходит в ядре, а также в митохондриях и пластидах (как вы помните, у этих органелл есть собственный геном). В ходе транскрипции происходит синтез мРНК, тРНК и рРНК, которые непосредственно задействованы в синтезе белка, а также всех остальных типов РНК клетки (siРНК, piРНК, гидовые РНК, малые ядерные РНК и др.).

Трансляция — процесс синтеза белка на рибосомах, который происходит в цитоплазме клеток, а у эукариот - также в митохондриях и хлоропластах.

Транскрипция — синтез РНК на ДНК

Транскри́пция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3'->5'.

Транскрипция - первый этап экспрессии гена. Если ген кодирует белок, то второй этап его экспрессии - трансляция, синтез белка на рибосомах. Но многие гены не кодируют белков. Это гены рРНК и тРНК, а также множества малых РНК, имеющих регуляторные или ферментативные функции. Такие гены при экспрессии не транслируются, а только транскрибируются; этаопм их экспрессии можно считать созревание (процессинг) РНК.

Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации.

Транскрипция у прокариот

Особенности транскрипции у эукариот. Процессинг и сплайсинг РНК

Практические все гены эукариот имеют экзон-интронную структуру. Они содержат экзоны (участки, кодирующие белок или РНК) и находящиеся между ними интроны - участки, которые ничего не кодируют. С ДНК при транскрипции считывается первичный транскрипт - РНК, содержащая и экзоны, и интроны. Затем интроны удаляются в ходе сплайсинга.

Сплайсинг - лишь один из этапов процессинга РНК. Процессинг - совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта РНК в зрелую РНК. Например, в ходе процессинга иРНК происходит ее кэпирование и полиаденилирование (см. ниже).

Структура зрелой эукариотической иРНК. После процессинга иРНК содержит 5' кэп, 5' некодирующий участок (UTR), кодирующий участок (CDS), 3' некодирующий участок (UTR) и поли-А хвост.

[1] Анимация «Жизненный цикл мРНК эукариот» (англ. текст)
[2] Анимация «Сплайсинг мРНК» (англ. ткст)

Роль рРНК, тРНК и иРНК в клетке

Третичная структура тРНК. CCA-хвост показан оранжевым, акцепторный стебель — лиловым, D-плечо — красным, участок с антикодоном — голубым, антикодон — черным, Т-плечо — зелёным

тРНК — небольшие (длиной обычно от 74 до 95 нуклеотидов) молекулы РНК, которые переносят аминокислоты в рибосомы и обеспечивают их включение в состав растущей белковой цепи в ходе трансляции.

Трансляция

Трансляция — осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК (иРНК или мРНК). Трансляция может происходить в клетках и в искусственных бесклеточных системах. Чтобы в пробирке с физиологическим раствором могла идти трансляция, туда необходимо добавить:

рибосомы - "машины" для синтеза белка),
иРНК - матрицы,
тРНК - переносчики аминокислоты и "адаптеры", переводящие нуклеотидный код в последовательность аминокислот,
аминокислоты - строительный материал,
специальные ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы - обеспечивают специфичное присоединение каждой аминокислоты к "своей" тРНК
молекулы АТФ и ГТФ, гидролиз которых служит источником энергии для синтеза белка.

Кроме этого, для нормального синтеза белка необходим ряд дополнительных белков, не входящих в состав рибосом - факторы инициации, элонгации и терминации.

Рибосомы — машины для синтеза белка

Рибосомы - это немебранные органоиды, отвечающие за синтез белков и содержащиеся во всех клетках, и даже некоторых органоидах, а именно – митохондриях и хлоропластах. Рибосомы состоят из двух субъединиц - большой и малой. Эти субъединицы собираются в ядрышке. Рибосомы можно поделить на две группы: сидячие и свободные. По функциям они принципиально не различаются. Единственное различие в том,что сидячие рибосомы расположены на шероховатой эндоплазматической сети, а свободные находятся в цитоплазме. Нередко рибосомы образуют полирибосомы (полисомы) — цепочки из рибосом, расположенных на нити иРНК.

Особенности рибосом прокариот, эукариот и органоидов

Этапы трансляции

Анимация «Элонгация и терминация»

[3] — Анимация «Синтез белка. Элонгация» (англ.текст)

Во время процесса транскрипции информация с ДНК копируется на РНК. Информационная РНК (иРНК) становится матрицей для синтеза белка. Транспортная РНК доставляет в рибосому строительный материал для синтеза белка — аминокислоты. После того, как иРНК и аминокислоты попали в рибосому, тРНК переводит генетический код аминокислоты, считывая кодон РНК (т.к. имеет антикодон).А специфичное присоединение аминокислот к соответствующей тРНК обеспечивает особый фермент — аминоацил-тРНК-синтетаза. Энергию для синтеза обеспечивает гидролиз молекул ГТФ. К одной молекуле РНК часто присоединяется множество рибосом, образуя "бусы" из рибосом — полирибосому, или полисому. Рибосомы одна за другой "ползут" по нити иРНК. Когда рибосома достигает стоп-кодона, она распадается на половинки - субъединицы.