If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Biologia - program rozszerzony

Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 6

Lekcja 3: Transkrypcja i przetwarzanie RNA
Nauki przyrodnicze
Biologia - program rozszerzony
Ekspresja genu i jej regulacja
Transkrypcja i przetwarzanie RNA
© 2023 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie

Eukariotyczna obróbka pre-mRNA

Google Classroom
Czapeczka 5' i ogon poly-A. Splicing (składanie), introny i exony. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Kluczowe punkty:

  • Kiedy transkrypt RNA jest tworzony w komórce eukariotycznej, uważa się go za pre-mRNA i musi on ulec obróbce, aby stać się informacyjnym RNA (mRNA).
  • Czapeczka jest dodawana do początku transkryptu RNA (5') i ogon poli-A jest dodawany na końcu (3').
  • Podczas splicingu (składania), niektóre regiony w transkrypcie RNA (introny) są usuwane i pozostające fragmenty (eksony) są ze sobą sklejane.
  • Niektóre geny mogą być alternatywnie składane, prowadząc do wytworzenia różnych dojrzałych cząsteczek mRNA z tego samego początkowego transkryptu.

Wprowadzenie

Wyobraź sobie, że prowadzisz fabrykę produkującą książki i dopiero co wydrukowałeś wszystkie strony swojej ulubionej książki. Teraz, kiedy masz jej strony, czy książka jest gotowa do czytania? No cóż... książki zwykle mają okładki z przodu i z tyłu, więc możesz chcieć je dołożyć. Także, czy są puste lub zepsute strony podczas druku? Prawdopodobnie powinieneś to sprawdzić i usunąć je zanim sprzedasz swoje książki lub możesz skończyć z kilkoma niezadowolonymi klientami.
Etapy, o których dopiero co mówiliśmy są dość podobne tego, co dzieje się z transkryptami RNA w naszym ciele. U ludzi i innych eukariotów, świeżo utworzone transkrypty RNA (z ostatniej chwili z polimerazy RNA) nie są całkiem gotowe do pracy. Natomiast nazywane są pre-mRNA i muszą przechodzić przez niektóre etapy obróbki, aby stać się dojrzałymi informacyjnymi RNA (mRNA, ang. messenger RNA), które mogą zostać przepisane na białko. Obejmuje to:
  • Dodanie cząsteczek czapeczki i ogona do dwóch końców transkryptu. Odkrywają one ochronną rolę, tak jak okładki książki.
  • Usunięcie sekwencji "śmieciowych" nazywanych intronami. Introny są czymś w rodzaju pustych lub zniszczonych stron tworzonych podczas druku książki, które muszą zostać usunięte, aby mogła być czytelna.
W tym artykule, przyjrzymy się bliżej czapeczce, ogonowi i modyfikacjom splicingowym, które dotyczą eukariotycznych transkryptów RNA. Będziemy obserwować jak zachodzą i dlaczego są ważne dla upewnienia się, że otrzymamy prawidłowe białko z naszego RNA.

Krótkie omówienie obróbki pre-mRNA u eukariotów

Szybkie powtórzenie - ekspresja genów ("odczytywanie" genu, aby mogło powstać białko lub kawałek białka) zachodzi trochę inaczej u bakterii i eukariotów, takich jak ludzie.
Lewy panel: komórka eukariotyczna. W jądrze komórkowym, pre-mRNA jest wytwarzane dzięki transkrypcji fragmentu DNA liniowego chromosomu. Ten transkrypt musi przejść obróbkę (splicing i dodanie czapeczki i ogona poli-A), kiedy nadal jest w jądrze, aby stać się dojrzałym mRNA. Dojrzałe mRNA jest eksportowane z jądra do cytozolu, gdzie jest przepisywane przez rybosom, aby utworzyć polipeptyd.
Prawy panel: bakteria. DNA przyjmuje kształt kolistego chromosomu i jest zlokalizowany w cytozolu. Kiedy DNA ulega transkrypcji, aby utworzyć RNA, RNA (które już w tym punkcie uważane jest za mRNA) może łączyć się z rybosomem i rozpocząć translację, aby syntetyzować białko.
U bakterii, transkrypty RNA są natychmiast gotowe do działania jako informacyjne RNA i ulegania translacji do białek. U eukariotów, kwestie te są bardziej złożone, chociaż w całkiem interesujący sposób. Cząsteczka, która bezpośrednio ulega transkrypcji w jednej z Twoich (eukariotycznych) komórek jest nazywana pre-mRNA, odzwierciedlając fakt, że potrzebuje przejść kilka dodatkowych etapów, aby stać się rzeczywistym informacyjnym RNA (mRNA). Są to:
  • Dodanie czapeczki na początku RNA (5')
  • Dodanie ogona poli-A (ogona z nukleotydów A) na końcu RNA
  • Wycięcie intronów, czyli "śmieciowych" sekwencji i ponowne sklejanie pozostających, dobrych sekwencji (eksonów)
Po zakończeniu tych etapów, RNA jest dojrzałym mRNA. Może podróżować poza jądro i być używane do utworzenia białka.

Czapeczka i ogon poli-A

Oba końce pre-mRNA są zmieniane poprzez dodanie grup chemicznych. Grupa na początku (koniec 5') jest nazywana czapeczką, kiedy grupa na końcu (koniec 3') jest nazywana ogonem. I czapeczka i ogon ochraniają transkrypt i pomagają w jego eksporcie z jądra i translacji przez rybosomy ("urządzenia" wytwarzające białka) znajdujące się w cytozolustart superscript, 1, end superscript.
Czapeczka jest dodawana do pierwszego nukleotydu w transkrypcie podczas transkrypcji. Czapeczka to zmodyfikowana guanina (G), która chroni transkrypt przed zniszczeniem. Także pomaga rybosomowi przyłączyć się do mRNA i rozpocząć tworzenie białka.
Obraz przedstawiający pre-mRNA z czapeczką i ogonem poli-A. Czapeczka jest na końcu 5' pre-mRNA i jest zmodyfikowaną guaniną. Ogon poli-A jest na końcu 3' pre-mRNA i składa się z długiego łańcucha nukleotydów A (pokazano tylko kilka z nich).
Jak dodawany jest ogon poli-A? Koniec 3' RNA tworzy rodzaj dziwacznej drogi. Kiedy sekwencja nazywana sygnałem poliadenylacji pojawia się w cząsteczce RNA podczas transkrypcji, enzym w tym miejscu tnie RNA na dwie części. Inny enzym dodaje około 100
200 adenin (A) na obciętym końcu tworząc ogon poli-A. Ogon sprawia, że transkrypt jest bardziej stabilny i pomaga w jego eksporcie do cytozolu.

Splicing RNA

Trzecią ważną obróbką RNA dziejącą się w Twoich komórkach jest splicing RNA. W splicingu RNA, specyficzne części pre-mRNA, nazywane intronami są organizowane i usuwane przez kompleks białek z RNA nazywany spliceosomem. Introny mogą być postrzegane jako "śmieciowe" sekwencje, które muszą zostać wycięte, aby "dobre części" cząsteczki RNA mogły być złożone.
Jakie są te dobre "dobre części"? Kawałki RNA, które nie są wycinane, nazywane są eksonami. Eksony są sklejane razem przez spliceosom, aby utworzyć ostateczne, dojrzałe mRNA, które jest wysyłane poza jądro.
Schemat pre-mRNA pokazujący eksony i introny. Wzdłuż długości mRNA, jest zmieniający się wzór eksonów i intronów: ekson 1 - intron 1 - ekson 2 - intron 2 - ekson 3. Każdy zawiera odcinek nukleotydów RNA. Podczas splicingu, introny są usuwane z pre-mRNA i eksony są razem łączone, aby utworzyć dojrzałe mRNA, które nie zawiera sekwencji intronowych.
Tutaj najważniejszy jest fakt, że tylko eksony genu, kodują białko. Nie tylko introny nie kodują informacji do budowy białka, w rzeczywistości muszą być usunięte, aby mRNA kodowało białko o prawidłowej sekwencji. Jeśli spliceosom nie usunie intronów, będzie utworzony mRNA z dodatkowymi "śmieciami" i będzie syntetyzowane nieprawidłowe białko podczas translacji.

Alternatywny splicing

Dlaczego składanie? Nie wiemy na pewno, dlaczego istnieje splicing i w pewien sposób wydaje się być on rozrzutnym systemem. Jednakże, splicing pozwala na proces nazywany alternatywnym splicingiem, w którym może być tworzone więcej niż jedno mRNA z tego samego genu. Dzięki alternatywnemu splicingowi, my (i inne eukarioty) możemy podstępnie kodować więcej różnych białek niż mamy genów w naszym DNA.
W alternatywnym splicingu, jedno pre-mRNA może być składane na dwa (lub czasami wiele więcej niż dwa!) różne sposoby. Na przykład, na poniższym schemacie, takie samo pre-mRNA może być składane na trzy różne sposoby, w zależności od eksonu. To skutkuje trzema różnymi dojrzałymi mRNA, każdy z nich ulega translacji do białka o różnej strukturze.
Schemat alternatywnego splicingu
Sekwencja DNA genu koduje transkrypt pre-mRNA, który zawiera pięć regionów, które mogą potencjalnie być wykorzystywane jako eksony: ekson 1, ekson 2, ekson 3, ekson 4, ekson 5. Eksony są ułożone w sposób liniowy wzdłuż pre-mRNA i posiadają pomiędzy sobą introny.
Podczas splicingu #1, wszystkie pięć eksonów jest zachowane w dojrzałym mRNA. Zawiera ekson 1 - ekson 2 - ekson 3 - ekson 4 - ekson 5. Kiedy ulega translacji, definiuje białko A, białko z pięcioma domenami: helisa 1 (określana przez ekson 1), helisa 2 (określana przez ekson 2), pętla 3 (określana przez ekson 3), pętla 4 (określana przez ekson 4), i helisa 5 (określana przez ekson 5).
Podczas splicingu #2, ekson 3 nie zawiera dojrzałego mRNA. Zawiera: ekson 1 - ekson 2 - ekson 4 - ekson 5. Kiedy ulega translacji, definiuje białko B, białko o sześciu domenach: helisa 1 (określana przez ekson 1), helisa 2 (określana przez ekson 2), pętla 4 (określana przez ekson 4), i pętla 5 (określana przez ekson 5). Białko nie zawiera pętli 3, ponieważ ekson 3 nie jest obecny w mRNA.
Podczas splicingu 3, ekson 4 nie jest obecny w dojrzałym mRNA. Zawiera ekson 1 - ekson 2 - ekson 3 - ekson 5. Kiedy ulega translacji, definiuje białko C, białko o czterech domenach: helisa 1 (określana przez ekson 1), helisa 2 (określana przez ekson 2), pętla 3 (określana przez ekson 3), i pętla 5 (określana przez ekson 5). Nie zawiera pętli 4, ponieważ ekson 4 nie jest obecny w mRNA.
_Obraz za: "DNA, alternative splicing," the National Human Genome Research Institute (domena publiczna)._

Spróbuj sam: Ułóż wiadomość

Podejmij wyzwanie: odszyfruj poniższą tajną wiadomość. Na początku usuń "śmieciowe" litery, w kolorze fioletowym i podkreślone. Po drugie, zgrupuj litery w trójki zaczynając od początku.
start color #ca337c, start bold text, M, A, M, P, S, Y, A, end bold text, end color #ca337cstart color #aa87ff, start underline, start text, A, M, A, P, Q, end text, end underline, end color #aa87ffstart color #ca337c, start bold text, L, E, K, O, T, B, end bold text, end color #ca337cstart color #aa87ff, start underline, start text, Z, A, P, T, Q, M, end text, end underline, end color #aa87ffstart color #ca337c, start bold text, O, I, I, C, H, S, I, Ę, end bold text, end color #ca337c
Spróbowałeś już?
  • Jeśli usuniesz fioletowe sekwencje, otrzymasz te zestawy liter:
  • Jeśli zgrupujesz pozostałe litery w zestawy trójek, otrzymasz tą wiadomość:
Proces, który dopiero co chciałeś przeprowadzić, jest w zasadzie tym, co muszą robić Twoje komórki, kiedy wykonują ekspresję genu. Jak mówiliśmy wcześniej, większość eukariotycznych pre-mRNA zawiera introny, które są jak fioletowe litery w wiadomości. Te sekwencje muszą zostać usunięte i znaczące sekwencje (eksony), odpowiadające fioletowym literom w powyższej wiadomości, muszą zostać razem połączone, aby utworzyć dojrzałe mRNA.
Podczas translacji, sekwencja mRNA jest odczytywana trójkami nukleotydów. Każde trzyliterowe "słowo" odpowiada aminokwasowi, który jest dodawany do polipeptydu (białka lub jego podjednostki). Jeśli RNA nie ulegnie splicingowi, będzie zawierać dodatkowe nukleotydy, których nie powinien, prowadząc do nieprawidłowej białkowej "wiadomości". Coś podobnego dzieje się, jeśli próbujemy odszyfrować powyższą wiadomość bez usuwania fioletowych liter:
start color #ca337c, start bold text, M, A, M, space, P, S, Y, space, A, end bold text, end color #ca337cstart color #aa87ff, start underline, start text, A, M, space, A, P, Q, end text, end underline, end color #aa87ffstart color #ca337c, start bold text, space, L, E, K, space, O, T, B, end bold text, end color #ca337cstart color #aa87ff, start underline, start text, space, Z, A, P, space, T, Q, M, space, end text, end underline, end color #aa87ffstart color #ca337c, start bold text, O, I, I, space, C, H, S, space, I, Ę, end bold text, end color #ca337c
Podobnie jak usuwanie fioletowych liter ze zdania jest kluczowe w uzyskaniu prawidłowej wiadomości, tak splicing jest kluczowy dla zapewnienia, że mRNA niesie prawidłową informację (i kieruje wytwarzaniem prawidłowego polipeptydu).

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się
Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.