Местонахождение рнк и днк в клетке: 1.Нахождение в клетке ДНК и РНК 2. Нахождение в ядре ДНК и РНК 3.Состав нуклеотида…

Содержание

Вирусы. Простейшие существа и серьёзные задачи для учёных

Так уж повелось, что о многих вещах человек задумывается, когда появляется проблема. Объявили пандемию – и все стали чаще мыть руки, в общественных местах появились антисептики, а ручки дверей стали усиленно протирать. Вирусы были рядом с нами всегда. Но так ли хорошо мы их знаем и готовы ли защищаться от них не только в период пандемии? О том, кто или что такое вирусы, как они размножаются и почему их нужно не истреблять, а изучать, рассказывает эксперт Красноярского краевого фонда науки, заведующая кафедрой биофизики СФУ, профессор, доктор биологических наук Валентина Александровна Кратасюк.

— Валентина Александровна, человечество не первый раз сталкивается с вирусами. Что они собой представляют?

— Вирусы – это простейшие существа.

Настолько простые, что идет спор о том, живые ли это существа или нет. Это связано, в первую очередь, с тем, что вирусы не могут размножаться вне живых клеток. У вирусов нет собственного обмена веществ, а для синтеза своих молекул им необходима клетка-хозяин. При этом устроен вирус идеально для такого паразитического поведения. В отличие от клеток живых организмов вирусы не имеют клеточной оболочки, органелл, протоплазмы и других компонентов клетки. Все вирусы состоят из двух основных типов молекул – наследственного материала (РНК –рибонуклеиновая кислота или ДНК –дезоксирибонуклеиновая кислота) и белковой оболочки. Жизненный цикл вируса состоит в том, что нуклеиновая кислота проникает в клетку и, используя возможности клетки, нарабатывает свою ДНК или РНК, а также свои белки. Затем вирусные частицы самопроизвольно собираются в инфицированной клетке, разрушая ее, и уже батальоны вирусов продолжают свое черное дело.

— Действительно ли коронавирус опаснее других, известных человеку? И если да, то чем?

— Коронавирус — это РНК-содержащий вирус, передающийся людям и животным. 2019-nCoV — это новый штамм коронавируса, который произошел от диких животных (предположительно — от летучих мышей). Пути передачи: воздушно-капельный (вирус выделяется при разговоре, чихании, кашле) и контактный (например, при касании грязными руками лица, носа, глаз). 2019-nCoV в 2-3 раза менее заразен, чем корь, и в 2-3 раза заразнее гриппа. Процент летальности — 2,3%.

38 видов короновируса известны науке, но только 6 из них передаются человеку. Новый вирус отличается большей активностью. Это пневмотропный вирус, то есть он поражает легкие человека. Все вирусные инфекции одинаковы и поэтому затруднена точная диагностика. Наши новосибирские коллеги быстро разработали диагностический метод на короновирус. Честь им и хвала.

— Какие вирусы за историю человечества приводили к эпидемиям и какие из них удалось победить?

— Всем известны ежегодные эпидемии гриппа. В 1918-1920 годах была печально известная «испанка», вызванная вирусом h2N1, от которой пострадало 20-40% населения Земли в Испании, Швейцарии, Португалии, Сербии, Греции, Англии и других государствах. Можно также вспомнить пандемию 1957 года («Азиатский грипп») и 1968 года («Гонконгский грипп»). В 2001 году в Европе была большая вспышка ящура, привезенного из Восточной или Юго-Восточной Азии через продукты животного происхождения. В 2003-2005 годах вирус H5N1 вызвал сильнейшую в истории вспышку гриппа среди птиц, которая привела и к гибели людей. Мы еще помним эпидемию атипичной пневмонии. И все эти эпидемии удалось победить.

Следует еще отметить, что российская эпидемиологическая служба имеет большой опыт борьбы с инфекциями, который опирается на опыт эпидемиологов двух прошлых столетий. Сложность настоящей ситуации состоит в том, что очень сильно увеличилась миграция, и потому одним из важных средств защиты от заражения является изоляция и карантин.

— Есть ли какой-то общий алгоритм борьбы с вирусами?

— Конечно. Нужно приостановить размножение вирусов, что можно сделать разными путями, например, с помощью ферментов, разрушающих их генетический материал и не позволяющих копировать РНК и ДНК. Так, для лечения энцефалита, вызванного РНК-овым вирусом, используют препараты рибонуклеазы наряду со специфическим гамма-глобулином. Для защиты от вирусов в России активно используют препараты интерферона. Но надо помнить, что это заместительная терапия. При инфицировании вирусом собственный интерферон появляется на 4-5 день заболевания, потому интерферон применяют для профилактики и лечения в первые 4-5 дней заболевания.

 Сейчас продают большое количество иммуномоделирующих препаратов таких как Кагоцел, которые имитируют проникновение вируса в организм и стимулируют иммунную систему, но они нужны в первую очередь для профилактики заболевания, а не для лечения.

Кстати, вирусы прекрасно истребляются спиртом, на чём основано действие антисептиков, и перекисью водорода, а также полезна рекомендация почаще мыть руки.
С новым короновирусом оказалось важным сохранить молодость. Может, стоит подумать об этом?

— Каков механизм появления новых вирусов и можно ли как-то противостоять их появлению?

— Как и все живые организмы, вирусы эволюционируют, то есть появляются новые вирусы, за счет мутаций в генетическом материале. РНК–вирусы имеют маленький период размножения и повышенную частоту мутаций (одна точечная мутация или более на геном за один раунд репликации РНК вируса). Такая повышенная частота мутаций позволяет вирусам быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде. Быстрое мутирование вирусов также вызывает проблемы с разработкой действенных вакцин и противовирусных препаратов, так как мутации устойчивости к новым лекарственным препаратам возникают очень быстро. Потому и есть трудности в создании защиты от ежегодных эпидемий гриппа. Появляется новый мутированный вирус, для истребления которого может не пригодиться прошлогодняя вакцина. Эволюцию невозможно остановить. Да и нужно ли истреблять вирусы? Например, свойство вирусов проникать в клетки используется широко в генетической инженерии и молекулярной биологии для создания рекомбинантных организмов.

Поэтому вирусы нужно не истреблять, а изучать.

Биологи выяснили, где находится главный «сборочный цех» вируса гриппа

https://ria. ru/20190409/1552511734.html

Биологи выяснили, где находится главный «сборочный цех» вируса гриппа

Биологи выяснили, где находится главный «сборочный цех» вируса гриппа — РИА Новости, 09.04.2019

Биологи выяснили, где находится главный «сборочный цех» вируса гриппа

Португальские молекулярные биологи проследили за тем, что происходит с гриппом после его проникновения в клетки человека и выяснили, где находится главный… РИА Новости, 09.04.2019

2019-04-09T13:34

2019-04-09T13:34

2019-04-09T13:38

наука

медицина

грипп

португалия

здоровье — общество

здоровье

вирусы

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155252/12/1552521285_0:8:1500:853_1920x0_80_0_0_4816013aabc046d5716b708ba827d7a6.jpg

МОСКВА, 9 апр – РИА Новости. Португальские молекулярные биологи проследили за тем, что происходит с гриппом после его проникновения в клетки человека и выяснили, где находится главный «сборочный центр» новых вирусных частиц. Эти данные помогут ученым создать универсальную вакцину от этой болезни, сообщает журнал Nature Communications.Ежегодно эпидемии гриппа уносят жизни многих тысяч человек. Борьба с заболеванием осложняется тем, что у этого вируса есть три разновидности — А, В и С, поэтому довольно сложно предсказать, какой именно вид получит наибольшее распространение в этом или следующем году. Кроме того, вакцинация позволяет выработать иммунитет лишь к одному или нескольким штаммам.Аморим и ее коллеги по институту подошли к решению этой проблемы с принципиально иной стороны. Они не стали искать «универсальные» антитела, способные распознавать большую часть уже готовых вирусных частиц, а проанализировали то, как они формируются внутри клеток людей и других млекопитающих.Генетический материал вируса гриппа, как объясняют ученые, состоит из восьми обособленных молекул РНК, каждая из которых упакована в особую белковую оболочку, одновременно защищающую их от повреждений и обнаружения клеткой, а также содержащую в себе все необходимые «инструменты» для запуска процесса их самокопирования. С одной стороны, подобное разделение упрощает жизнь вирусу внутри клеток, но с другой – оно заметно усложняет процесс сборки его копий. По сути, гриппу необходимо не только скопировать каждый сегмент генома и упаковать их в белки, но и соединить ровно восемь РНК-молекул в единую вирусную частицу.Как и где это происходит, ученые не знали. Было ясно, что молекулы РНК копировались внутри ядра зараженной клетки, а сами вирусы формируются у границы между ее оболочкой и окружающей средой. С другой стороны, то, что происходит посередине между ними, оставалось тайной и предметом споров среди вирусологов.Проблема заключалась в том, что биологи долгое время не могли найти обособленных структур, своеобразных вирусных «сборочных конвейеров», внутри которых бы возникали новые вирусные частицы в изоляции от всей остальной клетки. Португальские исследователи доказали, что они все же существуют, и выяснили, почему их раньше никто не замечал, изучая «точечные» скопления РНК в цитоплазме жертв гриппа.Для этого ученые встроили светящиеся белковые молекулы в каждый сегмент вирусного генома и наблюдали за их движением при помощи микроскопов. Наблюдения за их «миграциями» неожиданно показали, что вирус умеет пользоваться законами физики для того, чтобы обеспечить себе «жизненное пространство» для точной и беспрепятственной сборки новых копий самого себя.Дело в том, что многие жидкости, если их перемешать друг с другом, не смешиваются, а разделяются на обособленные капли или слои. Нечто похожее происходит, если налить в один и тот же стакан воду и подсолнечное масло, а затем взболтать их. Это же, по словам Аморим и ее коллег, случается и при сборке вируса гриппа – он формирует подобные пузыри в цитоплазме и использует их в качестве «фабрик» для подготовки новых копий себя.Что интересно, любая вирусная молекула РНК и ее белковая оболочка способна сформировать своеобразный «пузырь» из жидкости с несколько другими фазовыми свойствами по сравнению с «нормальной» цитоплазмой клетки. Это стало большой неожиданностью для вирусологов, так как они изначально считали, что эти сложные структуры возникают в результате взаимодействия нескольких фрагментов генома вируса. Как предполагают ученые, этот процесс одинаков для всех штаммов вируса гриппа. Дальнейший анализ устройства и работы этих капель, как надеются португальские биологи, поможет понять, как можно нарушить работу этих «сборочных конвейеров» и защитить организм человека от любых типов этой инфекции.

https://ria.ru/20190219/1551091682.html

https://ria.ru/20180921/1529078751.html

https://ria.ru/20181101/1531970750.html

португалия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155252/12/1552521285_278:0:1423:859_1920x0_80_0_0_0d8feb543a0b216fb87af2d6cd72c160.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

медицина, грипп, португалия, здоровье — общество, здоровье, вирусы

МОСКВА, 9 апр – РИА Новости. Португальские молекулярные биологи проследили за тем, что происходит с гриппом после его проникновения в клетки человека и выяснили, где находится главный «сборочный центр» новых вирусных частиц. Эти данные помогут ученым создать универсальную вакцину от этой болезни, сообщает журнал Nature Communications.

«Мы открыли дорогу для создания принципиально новых, альтернативных подходов к борьбе с гриппом. Теперь мы можем атаковать сам процесс формирования генома вируса или ту точку, где собираются его новые частицы», — заявила Мария Аморим (Maria Amorim) из Института Гульбенкяна в Оэйраше (Португалия).

Ежегодно эпидемии гриппа уносят жизни многих тысяч человек. Борьба с заболеванием осложняется тем, что у этого вируса есть три разновидности — А, В и С, поэтому довольно сложно предсказать, какой именно вид получит наибольшее распространение в этом или следующем году. Кроме того, вакцинация позволяет выработать иммунитет лишь к одному или нескольким штаммам.

Аморим и ее коллеги по институту подошли к решению этой проблемы с принципиально иной стороны. Они не стали искать «универсальные» антитела, способные распознавать большую часть уже готовых вирусных частиц, а проанализировали то, как они формируются внутри клеток людей и других млекопитающих.

19 февраля 2019, 19:13НаукаУченые выяснили, почему пожилые люди чаще болеют гриппом

Генетический материал вируса гриппа, как объясняют ученые, состоит из восьми обособленных молекул РНК, каждая из которых упакована в особую белковую оболочку, одновременно защищающую их от повреждений и обнаружения клеткой, а также содержащую в себе все необходимые «инструменты» для запуска процесса их самокопирования.

С одной стороны, подобное разделение упрощает жизнь вирусу внутри клеток, но с другой – оно заметно усложняет процесс сборки его копий. По сути, гриппу необходимо не только скопировать каждый сегмент генома и упаковать их в белки, но и соединить ровно восемь РНК-молекул в единую вирусную частицу.

Как и где это происходит, ученые не знали. Было ясно, что молекулы РНК копировались внутри ядра зараженной клетки, а сами вирусы формируются у границы между ее оболочкой и окружающей средой. С другой стороны, то, что происходит посередине между ними, оставалось тайной и предметом споров среди вирусологов.

Проблема заключалась в том, что биологи долгое время не могли найти обособленных структур, своеобразных вирусных «сборочных конвейеров», внутри которых бы возникали новые вирусные частицы в изоляции от всей остальной клетки. Португальские исследователи доказали, что они все же существуют, и выяснили, почему их раньше никто не замечал, изучая «точечные» скопления РНК в цитоплазме жертв гриппа.

21 сентября 2018, 14:00НаукаБританские биологи нащупали «ахиллесову пяту» вируса гриппа

Для этого ученые встроили светящиеся белковые молекулы в каждый сегмент вирусного генома и наблюдали за их движением при помощи микроскопов. Наблюдения за их «миграциями» неожиданно показали, что вирус умеет пользоваться законами физики для того, чтобы обеспечить себе «жизненное пространство» для точной и беспрепятственной сборки новых копий самого себя.

Дело в том, что многие жидкости, если их перемешать друг с другом, не смешиваются, а разделяются на обособленные капли или слои. Нечто похожее происходит, если налить в один и тот же стакан воду и подсолнечное масло, а затем взболтать их. Это же, по словам Аморим и ее коллег, случается и при сборке вируса гриппа – он формирует подобные пузыри в цитоплазме и использует их в качестве «фабрик» для подготовки новых копий себя.

Что интересно, любая вирусная молекула РНК и ее белковая оболочка способна сформировать своеобразный «пузырь» из жидкости с несколько другими фазовыми свойствами по сравнению с «нормальной» цитоплазмой клетки. Это стало большой неожиданностью для вирусологов, так как они изначально считали, что эти сложные структуры возникают в результате взаимодействия нескольких фрагментов генома вируса.

Как предполагают ученые, этот процесс одинаков для всех штаммов вируса гриппа. Дальнейший анализ устройства и работы этих капель, как надеются португальские биологи, поможет понять, как можно нарушить работу этих «сборочных конвейеров» и защитить организм человека от любых типов этой инфекции.

1 ноября 2018, 21:00НаукаЛамы помогли ученым создать «нанопрививку» от всех типов гриппа

Таблицa по биологии ДНК, РНК и АТФ

Дезоксирибонуклеиновая кислота иРНК тРНК рРНК Аденозинтрифосфорная кислота
1. Местонахождение в клетке В ядре (ядрышках), митохондриях, хромосомах В ядрышках, цитоплазме, рибосомах, митохондриях, пластидах В митохондриях, хлоропластах, цитоплазме, ядрах
2. Процентное содержание в клетке 2% 3-5% 15% 80-85% 0,1-0,5%
3. Характеристика молекулы Линейный биополимер Биополимер Нуклеотид
4. Название мономера Дезоксирибонуклеотид Рибонуклеотиды Сам является мономером
5. Строение мономера Азотистое основание + пятиуглеродный сахар + остатки фосфорной кислоты Азотистое основание + рибоза + остатки фосфорной кислоты Аминогруппа + радикал + COOH
6. Типовая характеристика связей Фосфодиэфирная связь, слабые водородные связи Н-связи (водородные) Макроэргическая связь
7. Количество мономеров в молекуле В клетке – постоянно (10000-1000000) Изменяется. Наибольшее – во время деления и синтеза белка Из одного нуклеотида, мононуклеотида
8. Количество цепей Две антипараллельные цепи (спирали) Одна цепочка (полинуклеотид) Свободный нуклеотид → одноцепочечный
9. Структура молекулы 2 антипараллельные спирали, каждый виток = 3,4 нм, 10 N-основ; диаметр = 2 нм; обе цепи закручены одна вокруг второй, образуя двойную спираль; против 3ʹ–5ʹ конец (и 5ʹ–3ʹ) цепь состоит из сахаро-фосфата, образуется остаток дезоксирибозы и PO
3
Состоит из 200-3000 нуклеотидов, зависит от длины ДНК, где синтезируется Состоит из 70 нуклеотидов Состоит из 3000-5000 нуклеотидов, но Свободный мононуклеотид
10. Функция Хранение и передача наследственной информации Синтез белка Транспортировка белка Структурная функция Энергетическая функция

Новый метод покажет, как РНК влияет на активность генома

Новости онкологии

23 марта 2020

Международная группа ученых, в которую входит представитель ФИЦ биотехнологии РАН, ИОГЕН и МФТИ, разработала новый, более надежный метод для изучения контактов РНК с ДНК в ядре клеток. Метод поможет определить роль РНК в регуляции работы генов. Статья об исследовании опубликована в Nature Communication. Работа была поддержана Российским научным фондом (РНФ).

РНК и активность генов

Ранее считалось, что РНК – это лишь промежуточная стадия между ДНК и белком (рис.1а). Но когда научный мир начал описывать работу генома, оказалось, что далеко не все участки ДНК кодируют РНК. Более того, даже те, с которых считывается РНК, не обязательно кодируют белки. Функция большинства некодирующих РНК до сих пор неочевидна. В разных типах клеток должны работать разные гены и синтезироваться разные белки: в клетке мозга – одни, в клетке крови – другие. Это значит, что существуют факторы, которые влияют на активность генов. Теперь ученые начали понимать, что некодирующие РНК также являются одним из этих факторов.

Рисунок 1. а) Реализация генов: с ДНК считывается РНК, а с РНК – белок. б) В ядре клетки молекула ДНК упакована с помощью специальных белков в хроматин, из которого и состоит хромосома.
Источники: Таблица генетического кода; Wiring Diagram Database, Diagram Of Chromatin.

Известно, что длинные некодирующие РНК взаимодействуют с хроматином – веществом, которое представляет собой молекулу ДНК, плотно упакованную с помощью белков (рис.1б). Хроматин может менять свою структуру: разворачиваться и сворачиваться, открывая гены для считывания или, наоборот, закрывая их. Если некодирующие РНК связываются с определенными участками хроматина, они могут влиять на его структуру и таким образом регулировать активность этих участков. Чтобы понимать, как регулируется активность генов и как это влияет на специализацию клетки, необходимо знать, какие некодирующие РНК с какими участками связываются.

Как это работает

Есть несколько методов, которые позволяют определять места, где взаимодействуют РНК и хроматин. Однако из-за ряда ограничений они пропускают много взаимодействий, к тому же некоторые из них требуют для анализа большого количества материала или разрушения клетки. Авторы работы разработали новый метод, который не разрушает клетку до закрепления контактов РНК и хроматина и показывает более высокую точность, – они назвали его RADICL-seq.

Рисунок 2. а) Реакции, производимые в ядре клетки. Красным показана РНК, черным – ДНК, голубым – белки, синим – связующая молекула. Черная точка – молекула, позволяющая «выцепить» комплекс из раствора. Пояснения даны в тексте. b) Реакции, производимые в растворе: 1) удаляются белки, 2) достраивается вторая цепь, 3) обрезается до определяемого размера, 4) присоединяются последовательности для распознавания и 5) производится секвенирование. Источник: Nature Communication.

В ядре клетки большинство РНК связаны с хроматином: РНК закрепляется в белках, которые связывают ДНК. Метод RADICL-seq заключается в следующем. В ядро добавляется фермент, который делает разрывы на ДНК и оставляет свободные концы, пригодные к сшивке. Также добавляется фермент, который разрушает свободные РНК и тем самым повышает точность определения контактов. Потом добавляют молекулу, у которой один конец – одноцепочечный и связывается с РНК, а второй – двухцепочечный и связывается с расположенной рядом ДНК (рис.2а). Таким образом, эта молекула служит мостиком, скрепляющим РНК и ДНК. Дальше удаляют белки, достраивают вторую цепочку и получившийся ДНК-комплекс готовят к секвенированию (рис.2b), где определяют последовательности связанных РНК и ДНК.

Раскодировать некодирующее

Ученые проверили метод RADICL-seq в действии. По сравнению с другими методами он показал более высокую точность определения хроматин-РНК-взаимодействий. Благодаря высокому разрешению метода авторам удалось найти новые контакты не только некодирующих, но и кодирующих РНК с хроматином, включая те, которые расположены вдали от мест, где данная РНК считывается. Также они показали на клетках мыши, что метод подходит для изучения специфики взаимодействий в разных типах клеток. Они взяли две некодирующие РНК (одна из них, возможно, связана с шизофренией) и построили карту их взаимодействий с геномом в двух типах клеток: эмбриональных стволовых и предшественников олигодендроцитов (нейроглиальных клеток). Карты получились характерными для данных типов клеток и РНК (рис.3).

Исследование подтвердило важную роль длинных некодирующих РНК в регуляции участков генома, удаленных от мест считывания этих РНК. Гибкость метода RADICL-seq позволяет получить дополнительную биологическую информацию при внесении изменений в эксперимент. В частности, дает возможность обнаружить взаимодействия РНК-ДНК, не опосредованные белками хроматина. Наличие таких контактов указывает на роль в регуляции экспрессии генов не только канонических взаимодействий (таких как РНК-ДНК двойные спирали), но и неканонических (триплексов РНК-ДНК-), а также на значение некодирующих РНК в нацеливании белковых комплексов в конкретные места генома.

«Мы планируем дальше исследовать, как РНК участвует в регуляции экспрессии генов, архитектуры хроматина и, в конечном счете, на идентичность клеток. Вполне возможно, что в будущем с помощью этих некодирующих РНК можно будет контролировать активность конкретных генов, что важно, например, для лечения различных заболеваний», – прокомментировала Юлия Медведева, заведующая группой регуляторной транскриптомики и эпигеномики ФИЦ биотехнологии РАН и заведующая лабораторией биоинформатики клеточных технологий МФТИ, руководитель проекта по гранту РНФ.

Рисунок 3. Диаграммы, изображающие взаимодействия некодирующих РНК: Neat1 (a, b) и Fgfr2 (c, d) в эмбриональных стволовых клетках мыши (mESC) и клетках-предшественниках олигодендроцитов (mOPC). Neat1 синтезируется с 19-й хромосомы, а Fgfr2 – c 7-й. Источник: Nature Communication.

Источник: mipt.ru

Страница не найдена |

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

21222324252627

28293031   

       

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Апр

Май

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

Метки

Настройки
для слабовидящих

Ученые узнали, как организм защищается от появления мутаций в генах — Газета.

Ru

Российские биологи выяснили, что стресс вызывает появление многочисленных мутаций при синтезе РНК, и описали предотвращающий их механизм. В будущем это может пролить свет на природу некоторых наследственных заболеваний, в том числе врожденных деформаций костей. Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, а его результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Наша наследственная информация хранится в виде генов, продукты которых – белки – управляют всеми процессами в организме. Чтобы реализовать программу, организму нужно считать информацию с ДНК и переписать ее в форму РНК. Этот процесс называется транскрипцией. На матрице РНК происходит синтез белка (трансляция), который осуществляют особые молекулярные машины – рибосомы. Они состоят из белка и РНК, зашифрованной в рибосомных генах, считающихся самыми активно-транскрибируемыми – их транскрипция наиболее эффективна.

В ходе работы сотрудники Института биологии гена РАН и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова изучили, как стресс влияет на процесс считывания рибосомных генов. Для этого они подвергали культуры раковых и нормальных клеток человека несильному гипотоническому стрессу, при котором объем клетки увеличивается в результате поступления воды внутрь.

«Мы выяснили, что при гипотоническом стрессе в участках активно-транскрибирующихся рибосомных генов формируются аномальные структуры – «R-петли»», – рассказал один из авторов статьи Омар Кантидзе, руководитель проекта, доктор биологических наук, заведующий лабораторией стабильности генома Института биологии гена РАН.

R-петли появляются, в частности, из-за нарушения нормального процесса транскрипции и представляют собой гибриды ДНК и РНК. Когда клетки подвергаются стрессу, вероятность возникновения таких ошибок повышается. R-петли очень опасны, потому что часто вызывают разрывы в ДНК и провоцируют тем самым геномную нестабильность. Тогда в организме возникает много мутаций, которые могут привести к разным заболеваниям, в том числе онкологическим.

Кроме того, авторы нашли механизм защиты от формирования этих структур и описали его. В условиях гипотонического шока белок-«доктор» TopBP1 распознает R-петли и активирует специальный фермент, который подавляет транскрипцию рибосомных генов. В результате мутации перестают накапливаться в клетке. Также ученые предположили, что своеобразной платформой для сборки белка-«доктора» и выработки фермента служит белок Treacle, без которого этот защитный механизм просто не работает. Исследователи отмечают, что мутации в этом белке вызывают синдром Тричера — Коллинза – врожденную черепно-лицевую деформацию. Он встречается у одного из 50 000 младенцев и характеризуется эффектом «затонувшего» лица: крупный нос, маленькие губы и подбородок, в отдельных случаях – волчья пасть. У некоторых пациентов нет слуха, так как структура уха тоже деформируется.

«Мы впервые описали механизм подавления транскрипции рибосомных генов при стрессе. Результаты работы расширяют наше понимание функциональной значимости белка Treacle и его роли в клеточном ответе на неблагоприятные факторы. Мы надеемся, что изучение этих молекулярных механизмов поможет в понимании природы, а возможно, и в лечении синдрома Тричера — Коллинза», – заключил один из авторов статьи Артем Величко, старший научный сотрудник лаборатории стабильности генома Института биологии гена РАН.

Дезоксирибо нуклеиновая кислота (ДНК) — презентация онлайн

1. Дезоксирибо нуклеиновая кислота

ДНК –
биологический
полимер,
состоящий из
двух спирально
закрученных
цепочек.

2. История открытия

1. 1869 г. Фридрих Мишер
обнаружил НК и дал им
название («нуклеус»-ядро).
2. 1905 г. Эдвин Чаргафф
изучил нуклеотидный состав
НК.
3. 1950 г. Розалинда Франклин
установила,
двухцепочечность ДНК.
4. 1953 г. американские
биохимики Дж. Уотсон и
Ф.Крик установили
расположение частей
молекулы ДНК
Эдвин
Чаргафф
Розалинда
Франклин
Дж. Уотсон
Ф. Крик

3. Местонахождение ДНК в клетке

• Ядро
• Митохондрии
• Пластиды
Ядро
Хлоропласт
Митохондрия

4. Строение молекулы ДНК

• Цепи нуклеотидов
образуют
правозакрученные
объемные спирали по 10 пар
оснований в каждом витке
• Цепи закручиваются вокруг
друг друга, а также вокруг
общей оси и образуют
двойную спираль
• Цепи антипараллельны или
разнонаправленны.
Последовательность
соединения нуклеотидов
одной цепи
противоположно таковой в
другой

5. Строение ДНК

• ДНК — полимер.
• Мономеры — нуклеотиды.
• Нуклеотид- химическое соединение
остатков трех веществ:
Строение нуклеотида
Азотистые
основания:
— Аденин;
— Гуанин;
— Цитазин
— Тимин
Углевод:
— Дезоксирибоза
Остаток фосфорной
кислоты (ФК)

6. Схема состава нуклеотида ДНК

7. Схемы строения азотистых оснований.

В состав ДНК входят
следующие
азотистые
основания:
• Пуриновые
1. Аденин,
2. Гуанин
• Пиримидиновые
3. Тимин
4. Цитазин

8. Схематическое строение ДНК

Нуклеотиды:
1. Расположены друг от
друга на расстоянии
0,34нм
2. Масса одного
нуклеотида равна 345
у.е.
3. Ширина спирали 2нм
4. Эти величины
постоянные

9. Связи между нуклеотидами в одной цепи ДНК

Осуществляются
путем образования
фосфороэфирных
связей между
дезоксирибозой одного
нуклеотида и остатком
фосфорной кислоты
другого нуклеотида

10. Связи между цепями в молекуле ДНК

Осуществляется
при помощи
водородных связей
между азотистыми
основаниями,
входящими в состав
разных цепей

11. Комплементарность

Комплементарность — это принцип взаимного
соответствия парных нуклеотидов или способность
нуклеотидов объединяться попарно

12. Принцип комплементарности

13. Принцип комплементарности

В 1905 г. Эдвин Чаргафф обнаружил:
1. Число пуриновых оснований равно числу
пиримидиновых оснований.
2. Число «А» = «Т», число «Г» = «Ц».
3. (А + Т) + (Г + Ц) = 100%
А
Г
Ц
Т
Т
А
Т
Ц
Г
А
А
Т

15. Свойство «репликации»

Репликация ДНК – это
процесс копирования
дезоксирибонуклеиновой
кислоты, который
происходит в процессе
деления клетки.
При этом генетический
материал, зашифрованный
в ДНК, удваивается и
делится между дочерними
клетками.

16. Свойство «репликации»

17. Свойство «репарации»

Репарация – способность молекулы ДНК
исправлять возникающие в её цепях
изменения.
В восстановлении исходной структуры ДНК
участвует не менее 20 белков- ферментов:
1. Узнают изменённые участки ДНК;
2. Удаляют их из цепи;
3. Восстанавливают правильную
последовательность нуклеотидов;
4. Сшивают восстановленный фрагмент с
остальной молекулой ДНК

18.

Функции ДНК 1. Хранение
наследственной
информации
Функции ДНК
2. Передача
наследственной
информации из
3. Роль матрицы в
поколения в
процессе передачи
поколение
генетической
информации
к месту синтеза
белка

19. Задание

Прочитав текст учебника, заполните таблицу:
Функции ДНК
1.
2.
3.
Сущность функции,
особенности её
осуществления

От ДНК к РНК · Границы для молодых умов

Аннотация

Последние 50 лет я посвятил свою карьеру изучению фундаментальных вопросов биологии. Эти вопросы касаются некоторых из самых основных процессов жизни, таких как «Как клетки, несущие одну и ту же генетическую информацию, дифференцируются в около 200 типов клеток в организме человека?» и «Как реконструируются клетки в ответ на информацию об окружающей среде?» В этой статье я познакомлю вас с некоторыми из моих исследований по этим вопросам.Я опишу свои основные выводы о ДНК и ее транскрипции в мРНК с помощью сложного механизма, называемого РНК-полимеразой II. мРНК в конечном итоге транслируется в белки, которые играют множество важных ролей в организме, включая построение клеток, реагирование на сигналы окружающей среды, ускорение химических реакций и передачу сигналов между отдаленными тканями. Наконец, я поделюсь с вами некоторыми увлекательными открытыми вопросами, над которыми мы сейчас работаем, и дам несколько советов для вас — ученых будущего.

Профессор Корнберг получил Нобелевскую премию по химии в 2006 году за исследование молекулярных основ эукариотической транскрипции.

Беседовала и написала в соавторстве Ноа Сегев, выпускница энергетической программы Гранд Технион, Технион, Израильский технологический институт, Хайфа, Израиль .

Мой путь к РНК

Мой отец был биохимиком и получил Нобелевскую премию в 1959 году за свою работу по репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) .Он делился своим огромным энтузиазмом по поводу своих исследований со всеми, кто был готов его слушать, и я впитал его любовь к науке. В колледже я изучал математику, физику и химию, и для моей докторской степени. Я провел исследование динамики мембран (рис. 1, слева). Мембраны играют самую фундаментальную роль в жизни, потому что эта оболочка, окружающая живую клетку, определяет существование клетки — основной единицы каждого живого существа.

  • Рисунок 1 – Мембрана клетки и ядро, содержащее ДНК.
  • Клетка является основной единицей жизни. Ядро, являющееся информационным центром клетки, содержит хромосомы. Каждая хромосома представляет собой Х-образную структуру (красный круг), которая содержит часть ДНК [Источник изображения: Википедия (https://en.wikipedia.org/wiki/Chromosome)].

Ближе к концу моей работы над мембранами я понял, что хочу продолжить работу над физикой и химией, связанными с науками о жизни. В то время быстро развивалась область структурной биологии, изучающая клеточные компоненты и процессы.Новые технологии позволили решить структуры простых белков . Затем я узнал об интересной проблеме структуры хромосомы (см. рис. 1). Хромосома — это структура, в которой находится наш генетический материал, ДНК, во всех клетках. Структурная структура хромосом заинтриговала структурных биологов из-за фундаментальной важности ДНК и ее кажущейся простой структуры. Мы уже знали, что хромосомы состоят из ДНК и равной массы четырех очень маленьких белков.Все, что нам нужно было выяснить, это то, как ДНК и четыре белка были организованы вместе, чтобы сформировать структуру хромосомы.

Ну вот и оказалось, что эта проблема совсем не простая. В конце концов, я решил эту проблему, найдя несколько соответствующих научных работ среди многих сотен, посвященных структуре хромосом. Эти документы привели меня к решению. Я провел соответствующие эксперименты, собрал кусочки головоломки и выяснил структуру хромосомы.Позднее было доказано, что эта структура верна, с помощью метода, называемого рентгеновской кристаллографией.

После решения структуры хромосомы следующим естественным шагом было исследование значения этой структуры для биологии, для самой жизни. Как ДНК, организованная таким образом внутри хромосомы, участвует в выражении генетической информации? Экспрессия генов начинается с процесса, называемого транскрипцией , в ходе которого из ДНК образуется молекула матричной РНК (мРНК).Молекула иРНК похожа на молекулу ДНК, но имеет другую структуру и функции. В отличие от двух цепей, из которых состоит ДНК (рис. 1, справа), молекула мРНК состоит из одной более короткой цепи, которая является копией определенного сегмента последовательности ДНК. мРНК служит промежуточным звеном, связывающим генетическую информацию, закодированную в ДНК, с белками, которые в конечном итоге синтезируются на основе этой информации. Чтобы исследовать роль хромосомы в экспрессии генов, я начал с изучения одного из трех ферментов, участвующих в транскрипции.Этот фермент называется РНК-полимеразой II [1].

От ДНК к РНК — механизм транскрипции РНК-полимеразы II

Функция транскрипционного аппарата РНК-полимеразы II заключается в создании мРНК. Как я упоминал выше, мРНК служит связующим звеном между кодом ДНК и белками, которые производятся из этого кода. Механизм транскрипции РНК-полимеразы II состоит почти из 60 различных белков! Я опишу три основных компонента [2]: фермент РНК-полимераза II, набор белков, названных общими факторами транскрипции , и комплекс белков, названный Медиатор .

Фермент РНК-полимеразы II — структура и функция

Фермент РНК-полимераза II (рис. 2А) представляет собой структуру, внутри которой происходит процесс транскрипции. Это означает, что ДНК входит в этот фермент с одного направления, а продукт мРНК выходит с другого направления. Большая часть нашей работы была связана с решением сложной структуры этого фермента. После самостоятельного решения структуры фермента нам также удалось решить его структуру как с ДНК, так и с РНК, присутствующими в нем во время процесса транскрипции (рис. 2В).

  • Рисунок 2 – Структура фермента РНК-полимеразы II до и во время транскрипции.
  • (A) РНК-полимераза II состоит из 12 субъединиц (обозначены разными цветами) и нескольких десятков тысяч атомов. Он имеет центральный канал (белая стрелка), ведущий к иону магния (розовая точка). Зона, где находится ион магния, называется активным центром, так как это область синтеза мРНК из ДНК. (B) Двойная цепь ДНК (синяя и зеленая нити) проходит через центральный канал фермента РНК-полимеразы II (горизонтальная белая стрелка) и расщепляется ближе к середине фермента.Нить, контролирующая синтез мРНК (синяя), переворачивается на 90° вверх вблизи активного центра (белая стрелка, указывающая вверх), и из нее синтезируется короткая нить мРНК (короткая красная нить посередине). Этот гибридный комплекс ДНК-мРНК выходит из фермента в направлении, перпендикулярном направлению, из которого первоначально вошла ДНК (Изображение предоставлено профессором Роджером Корнбергом).

РНК-полимераза II состоит из 12 различных белков, представленных разными цветами на рис. 2А, и состоит почти из 30 000 атомов.РНК-полимераза II имеет центральный канал, ведущий к иону магния. Центральный канал — это место, где происходит транскрипция. Двухцепочечная ДНК входит в центральный канал, и две нити ДНК расщепляются (рис. 2В). Одна нить изгибается рядом с ионом магния в центре фермента. В этом месте, называемом активным центром, синтезируется мРНК, следуя инструкциям изогнутого участка нити ДНК. Наконец, гибридная структура ДНК-мРНК выходит из фермента под углом около 90° по отношению к ДНК, входящей в фермент.

Общие факторы транскрипции (GTF) — ключевые компоненты экспрессии генов

Наиболее важным этапом в процессе транскрипции является начало процесса, называемого инициацией. Когда ДНК транскрибируется в мРНК, она не транскрибируется полностью. Только определенная его часть транскрибируется для определенной цели. Эта часть ДНК называется геном . Каждый ген содержит информацию о производстве определенных белков в нашем организме. Для распознавания определенного гена и принятия решения о его транскрипции РНК-полимераза II использует пять дополнительных молекул.Это белки, называемые общими факторами транскрипции (GTF), и они вступают в контакт с ферментом РНК-полимеразой II в процессе транскрипции (серые сферы внизу рисунка 3). Вообще говоря, вы можете думать об этих GTF как о компонентах механизма транскрипции, которые помогают «включать» или «выключать» определенные гены.

  • Рис. 3. Механизм транскрипции РНК-полимеразы II.
  • Внизу: общие факторы транскрипции (GTF, серые) взаимодействуют с ферментом РНК-полимеразой II (pol II, синим), чтобы начать транскрипцию ДНК внутри фермента.Медиатор (розовый) служит связующим звеном, которое доставляет регуляторную информацию гена изнутри или снаружи клетки к ферменту pol II. В этом случае Медиатор передает информацию от белка-активатора (красный) об активации определенного гена для транскрипции (Изображение предоставлено профессором Роджером Корнбергом).

Как мы видели ранее на рисунке 2B, когда ДНК движется внутри РНК-полимеразы II, ей необходимо изгибаться, чтобы транскрибироваться в мРНК. Однако ДНК в своей обычной форме очень жесткая и ее нелегко согнуть.Чтобы согнуть, его нужно разделить на отдельные нити, после чего он становится полностью гибким и может свободно сгибаться. Здесь в игру вступают GTF: после того, как GTF находят начало гена в молекуле ДНК, они затем открывают ДНК и изгибают ее вблизи активного сайта транскрипции в РНК-полимеразе II. Таким образом, GTF начинают процесс транскрипции.

Посредник — «посредник» для генной регуляции

В процессе транскрипции ДНК приходится принимать очень важные решения: какой ген транскрибировать, в каком месте тела и когда это делать.Эта группа решений и действий называется регуляцией экспрессии генов, и она имеет решающее значение для правильного функционирования нашего организма. Медиатор — это группа белков, открытых нами в 1990 г. [3], и он является важной частью механизма регуляции генов: он обрабатывает всю регуляторную информацию и доставляет ее РНК-полимеразе для контроля решения о том, следует ли транскрибировать определенный код. ген.

На рис. 3 схематически показана функция медиатора в процессе транскрипции: медиатор (розовый цвет) связывает белок, называемый активатором (красный цвет), который влияет на «включение» гена для транскрипции, и РНК-полимеразу. Фермент II (синий).Другими словами, Медиатор служит «посредником», который доставляет ферменту РНК-полимеразе регуляторную информацию об экспрессии генов.

Открытые вопросы на будущее

Я хочу возбудить ваше любопытство, кратко упомянув о двух нерешенных проблемах, связанных с тем, что я рассказал вам в этой статье. Эти темы сегодня находятся на переднем крае исследований в области биохимии, и в настоящее время мы работаем над обеими из них в моей лаборатории.

Первая проблема связана со структурой хромосомы.На определенной стадии деления клетки длина ДНК сокращается примерно в 10 000 раз, так что ДНК, ранее занимавшая все ядро ​​клетки, конденсируется в формы хромосом. То, что мы знаем наверняка о структуре хромосомы, может объяснить сокращение длины ДНК только в 5 раз, а не в 10 000 раз. Итак, остается открытым вопрос: как ДНК в хромосоме конденсируется еще в 2000 раз?

Вторая проблема связана с Медиатором и регуляцией экспрессии генов.Как вы видели на рис. 3, Медиатор передает регуляторную информацию ферменту РНК-полимеразе II. Но как регуляторная информация обрабатывается Посредником? Как именно эта информация передается полимеразе? Как Посредник помогает разворачивать ДНК, чтобы ее можно было расшифровать? У нас есть некоторые идеи о том, что и как может произойти, но это все еще открытые проблемы, которые мы пытаемся решить.

Советы молодым умам

Во многих отношениях вопросы, которые я упомянул выше, являются теми же фундаментальными вопросами, с которых я начал свою академическую деятельность.Как вы, наверное, знаете, многие научные вопросы сложны и требуют многих лет напряженной работы, чтобы полностью их решить. Наука сложна, она требует напряженной работы и временами может быть трудной и разочаровывающей. Но для меня случайные награды полностью стоят борьбы. Если вы любите науку и хотите сделать карьеру ученого, мой первый совет вам — получать удовольствие от самой деятельности и получать удовольствие от небольших повседневных занятий наукой. В моем случае, например, эти действия являются экспериментальными — смешивание и растворение различных материалов и приготовление растворов для моих экспериментов.Лично мне нравится каждый из этих маленьких шагов, и я люблю проводить время в лаборатории.

Еще одна важная вещь — научиться воспринимать неудачу как нечто стимулирующее, как вызов — как приглашение попробовать еще раз с таким же высоким ожиданием успеха, как и в прошлый раз. Время от времени в ходе исследований происходит что-то новое и удивительное. Однако хорошие ученые не сразу в это верят. Во-первых, вы должны убедиться, что это не было ошибкой, поэтому вам нужно подумать о способах доказать, что вы не правы.По-настоящему хороший ученый придумывает чрезвычайно изощренные способы доказать, что они неверны. Если им не удается доказать, что они неправы, даже с помощью остроумных экспериментов, значит, они что-то открыли. Это уникальные и незабываемые моменты в карьере ученого, и они значительно перевешивают тяжелую работу, вложенную в процесс.

Глоссарий

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) : Материал, несущий генетическую информацию в живых организмах.ДНК построена из двух нитей в виде двойной спирали и находится внутри ядра клетки.

Белки : Крупные молекулы, присутствующие во всех живых клетках и играющие множество важных функций в организмах.

Хромосома : Основная структура, в которую ДНК устроена внутри ядра клетки.

Транскрипция : Первый этап генной экспрессии, при котором сегмент ДНК копируется в молекулу мРНК.

Информационная РНК (мРНК) : Тип РНК, участвующий в построении белков на основе информации, хранящейся в ДНК.

Ферменты : Большие молекулы, ускоряющие химические реакции, происходящие в организме или внутри клетки.

Общие факторы транскрипции (GTF) : Группа белков, которые способствуют инициации транскрипции ДНК в мРНК.

Медиатор : Мультибелковый комплекс, который обрабатывает информацию о регуляции генов и передает эту информацию GTF и РНК-полимеразе II.

Ген : Сегмент ДНК, содержащий информацию для построения белка.

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.


Каталожные номера

[1] Крамер, П., Бушнелл, Д. А., и Корнберг, Р. Д. 2001. Структурная основа транскрипции: РНК-полимераза II в 2.разрешение 8 Å. Наука 292:1863–76. doi: 10.1126/science.1059493

[2] Boeger, H., Bushnell, D. A., Davis R. , Griesenbeck, J., Lorch, Y., Strattan, J. S., et al. 2005. Структурные основы транскрипции эукариотических генов. ФЭБС Письмо. 579:899–903. doi: 10.1016/j.febslet.2004.11.027

[3] Келлехер, Р. Дж., Фланаган, П. М., и Корнберг, Р. Д. 1990. Новый медиатор между белками-активаторами и аппаратом транскрипции РНК-полимеразы II. Сотовый 61:1209–15. дои: 10.1016/0092-8674(90)

-8

Информационная РНК – обзор

Трансляция мРНК

Все РНК ВИЧ транслируются клеточными рибосомами на гладком или шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. Изобилие нескольких белков ВИЧ регулируется механизмами трансляции и посттрансляционными модификациями, опосредованными механизмами хозяина, которые имеют решающее значение для функции вирусных белков.

Полноразмерная РНК ВИЧ служит РНК для капсидирования в вирион и для синтеза Gag/Pol.Gag синтезируется в виде предшественника полипротеина массой 55 кД в относительно больших количествах. Белок Gag является N-миристоилированным, что позволяет белку связываться с клеточными мембранами. Продукты гена pol транслируются посредством механизмов сдвига рамки считывания. Сдвиг рамки относительно неэффективен, и относительное количество продуктов генов ферментов pol существенно ниже, чем белков Gag, эффективно контролируя уровни ферментов в пользу обилия структурных белков.

Белки Vpu и Env ВИЧ транслируются из 4.Бицистронная мРНК размером 5 т.п.н., обеспечивающая эффективное производство белков Vpu и Env. Поскольку Vpu секвестрирует CD4 посредством прямых белок-белковых взаимодействий на внутриклеточных мембранах (см. далее), он предотвращает взаимодействия CD4-Env, которые блокируют Env внутри клетки. Таким образом, скоординированное выражение Vpu с Env обеспечивает эффективное выражение Env. Env синтезируется как gp160-предшественник Env SU и TM, котрансляционно встраивается в просвет мембран шероховатого эндоплазматического ретикулума и гликозилируется преимущественно по ряду канонических сайтов N-гликозилирования.

Виды мРНК с множественным сплайсингом, кодирующие tat, rev, и nef , транслируются в самые ранние сроки после инфицирования; Tat и Rev транспортируются в ядро, где активируют транскрипцию и транспорт (см. ранее). Nef выполняет ряд цитоплазматических функций при уклонении от иммунитета хозяина, связывая MHC-1 и CD4, перенаправляя их от плазматических мембран. Таким образом, на раннем этапе инфекционного цикла иммунные молекулы, которые помогают идентифицировать инфицированные вирусом клетки и нацеливаться на них, подавляются с клеточной поверхности инфицированных клеток, способствуя репликации вируса.

БИОДОТЭДУ

Ядро Самым крупным и наиболее хорошо видимым из компонентов клетки является ядро. Молекулы ДНК, генетический механизм клетки, хранятся в ядре, восстанавливаются, транскрибируются и, в конечном счете, реплицируются.

Вокруг ядра снаружи находится оболочка, состоящая из двух слоев мембраны.По внешней поверхности этой ядерной оболочки разбросан ряд круглых отверстий, известных как ядерные поры , а между двумя мембранами находится небольшое пространство.

Внутри ядерной оболочки находится нуклеоплазма , а внутри нуклеоплазмы лежат молекулы хроматина .

Хроматин состоит из ДНК в ассоциации по крайней мере с двумя видами белков, основными белками, известными как гистоны , и другими негистоновыми белками.

На протяжении большей части жизни клетки хроматин лежит в виде бусин из волокон по всему объему ядра. Небольшие комбинации гистонов образуют «бусинки», а «нитку» составляет молекула ДНК.

Хромосомы

по мере того как ДНК образует комплексы со все большим количеством гистонов (и других белков), она становится плотно упакованной. Непосредственно перед клеточным делением эти компактные тела ДНК и гистонов можно окрашивать цветными красителями, что делает их видимыми под световым микроскопом.
В определенный момент жизненного цикла клетки все молекулы ДНК и закодированные наборы информации, которые они несут, дублируются. Как только клетка готова к делению, эти дублированные молекулы ДНК собираются вместе и упаковываются с большим количеством гистонов в плотные, компактные структуры, которые можно легко увидеть под световым микроскопом.

Поскольку эти компактные структуры ДНК и белка могут быть окрашены цветными красителями, их называют хромосомами , что первоначально означало «цветные тела».

Однако сегодня слово «хромосома» относится к отрезку ДНК в ядре клетки, который реплицируется индивидуально, хранит информацию и имеет место прикрепления микротрубочек, называемое центромерой.

Ядрышко

Внутри каждого ядрышка обычно присутствует одно или несколько ядрышек. Окрашиваясь в темный цвет, они представляют собой специализированные области хроматина, в которых и на которых синтезируется тот тип РНК, который в конечном итоге становится частью рибосомы.
Неделящиеся клетки часто имеют темную структуру внутри ядра, называемую ядрышком . Нити хроматина, которые содержат коды рибосомной РНК, связаны с этой ядрышковой областью, и информация, переносимая этими областями ДНК, ферментативно копируется в молекулы РНК. Небольшие пакеты белка и этой РНК затем объединяются и экспортируются из ядра в цитоплазму, чтобы стать рибосомами.
Транскрипция

Молекулы ДНК освобождаются от своего гистона, и две нити раскручиваются.К одной из цепей присоединяется большой ферментный комплекс (РНК-полимераза). По мере того, как он перемещается по открытой цепи ДНК, он копирует информацию в молекулу мРНК.
Хотя ядерная ДНК содержит всю информацию или коды, необходимые для производства белков, синтез белка не происходит в ядре. Вместо этого фермент под названием РНК-полимераза прикрепляется к одному концу определенной длины ДНК и перемещается вдоль молекулы, создавая копию РНК.Этот процесс называется транскрипцией , потому что информация о ДНК транскрибируется или «конвертируется» в информацию о РНК.

Копии РНК выходят из ядра и связываются с рибосомами в цитоплазме, где собственно и происходит процессинг сборки конечного белка. Эти молекулы РНК действуют как мессенджеры, передавая информацию из «хранилища» ДНК в точки сборки белков на рибосомах. По этой причине их называют матричной РНК (мРНК) .

Легенда к рисунку: Ядро. Часто самая крупная и наиболее отчетливо видимая из клеточных органелл, ядро ​​содержит важный генетический аппарат клетки. На протяжении большей части жизненного цикла клетки ДНК свободно распределяется по нуклеоплазме (жидкость внутри ядра). В комплексе с гистонами и другими белками он образует хроматин. Во время клеточного деления ДНК и гистоны образуют окрашиваемые, хорошо видимые хромосомы. Ядерная оболочка имеет двойную мембрану, пронизанную через промежутки сложными порами. Непрерывным с ядерной оболочкой является эндоплазматический ретикулум.

BIO точка EDU
© 2001, профессор Джон Бламир

Что такое РНК? | New Scientist

РНК (нуклеиновая кислота рибозы) представляет собой сложную молекулу, которая играет большую роль в живых клетках.По структуре он похож на ДНК, которая несет гены, дающие начало всем живым существам. Обе молекулы состоят из сахаро-фосфатного остова, хотя в РНК сахаром является рибоза, а в ДНК — дезоксирибоза. Оба также несут информацию, закодированную четырьмя азотистыми основаниями: в РНК это аденин, цитозин, гуанин и урацил, тогда как ДНК использует основание, называемое тимином, вместо урацила. Однако наиболее очевидная разница заключается в том, что ДНК образует двухцепочечную спираль, тогда как РНК почти всегда одноцепочечная.

В то время как у ДНК есть одна функция — нести информацию, необходимую для создания жизни, РНК играет множество ролей в клетке. Когда информация из участка ДНК расшифровывается для создания белка, первым шагом является создание копии РНК. Эта так называемая информационная РНК (мРНК) несет в своих основаниях код, отражающий последовательность ДНК. Другой тип РНК, называемый транспортной РНК (тРНК), затем связывается с мРНК, принося с собой аминокислоты, указанные в коде. Эти строительные блоки белка собираются клеточными органеллами, называемыми рибосомами, состоящими из рибосомной РНК (рРНК) и белков.

В последние годы были обнаружены другие функции РНК. Животные, растения и некоторые вирусы содержат микроРНК (миРНК), которые могут молчать гены и регулировать их экспрессию. РНК также помогает регулировать различные клеточные процессы от деления и роста клеток до старения и смерти. А РНК может даже действовать как фермент, ускоряя различные биохимические реакции внутри клетки.

РНК, будучи проще, чем ДНК, вероятно, возникла первой. Жизнь возникла около 3,5 миллиардов лет назад, и одна популярная гипотеза, называемая «мир РНК», утверждает, что РНК была искрой, которая ее породила.Обладая закодированной информацией и ферментативным действием, РНК, в принципе, может самособираться и воспроизводиться, создавая свои копии. Однако биохимики изо всех сил пытались сделать это в лаборатории, и многие теперь ставят под сомнение гипотезу мира РНК. Вместо того, чтобы РНК возникла первой и каким-то образом создала другие важные аспекты жизни, растет поддержка идеи о том, что жизнь возникла полностью сформированной, как грубый прототип, в результате своего рода биологического большого взрыва.

Структура и функция РНК – микробиология

Цели обучения

  • Опишите биохимическую структуру рибонуклеотидов
  • Опишите сходства и различия между РНК и ДНК
  • Опишите функции трех основных типов РНК, используемых в синтезе белка
  • Объясните, как РНК может служить наследственной информацией

Структурно говоря, рибонуклеиновая кислота (РНК) очень похожа на ДНК. Однако в то время как молекулы ДНК обычно длинные и двухцепочечные, молекулы РНК намного короче и обычно одноцепочечные. Молекулы РНК выполняют различные функции в клетке, но в основном участвуют в процессе синтеза белка (трансляции) и его регуляции.

Структура РНК

РНК

обычно одноцепочечная и состоит из рибонуклеотидов , которые связаны фосфодиэфирными связями. Рибонуклеотид в цепи РНК содержит рибозу (пентозный сахар), одно из четырех азотистых оснований (A, U, G и C) и фосфатную группу.Тонкое структурное различие между сахарами придает ДНК дополнительную стабильность, делая ее более подходящей для хранения генетической информации, тогда как относительная нестабильность РНК делает ее более подходящей для ее более краткосрочных функций. РНК-специфический пиримидин урацил образует комплементарную пару оснований с аденином и используется вместо тимина, используемого в ДНК. Несмотря на то, что РНК является одноцепочечной, большинство типов молекул РНК демонстрируют обширное внутримолекулярное спаривание оснований между комплементарными последовательностями в цепи РНК, создавая предсказуемую трехмерную структуру, необходимую для их функции (рис. 1 и рис. 2).

Рисунок 1. (а) Рибонуклеотиды содержат пентозный сахар рибозу вместо дезоксирибозы, присутствующей в дезоксирибонуклеотидах. (b) РНК содержит пиримидинурацил вместо тимина, обнаруженного в ДНК. Рисунок 2. (a) ДНК обычно является двухцепочечной, тогда как РНК обычно является одноцепочечной. (b) Хотя РНК является одноцепочечной, она может складываться сама по себе, при этом складки стабилизируются короткими областями комплементарного спаривания оснований внутри молекулы, образуя трехмерную структуру.

Подумай об этом

  • Чем отличается структура РНК от структуры ДНК?

Функции РНК в синтезе белка

Клетки получают доступ к информации, хранящейся в ДНК, создавая РНК для управления синтезом белков в процессе трансляции .Белки внутри клетки выполняют множество функций, в том числе строят клеточные структуры и служат ферментными катализаторами клеточных химических реакций, которые придают клеткам их специфические характеристики. Три основных типа РНК, непосредственно участвующих в синтезе белка, это матричная РНК (мРНК) , рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК) .

В 1961 году французские ученые Франсуа Жакоб и Жак Моно выдвинули гипотезу о существовании посредника между ДНК и ее белковыми продуктами, которую они назвали матричной РНК.Вскоре после этого были собраны доказательства, подтверждающие их гипотезу, показывающие, что информация от ДНК передается на рибосому для синтеза белка с использованием мРНК. Если ДНК служит полной библиотекой клеточной информации, то мРНК служит фотокопией конкретной информации, необходимой в определенный момент времени, которая служит инструкциями для создания белка.

мРНК несет сообщение от ДНК, которая контролирует всю клеточную активность в клетке. Если клетке требуется синтез определенного белка, ген этого продукта «включается», и мРНК синтезируется в процессе -транскрипции (см. РНК-транскрипция).Затем мРНК взаимодействует с рибосомами и другим клеточным механизмом (рис. 3), чтобы направить синтез белка, который она кодирует, в процессе трансляции (см. Синтез белка). мРНК относительно нестабильна и недолговечна в клетке, особенно в прокариотических клетках, поэтому белки вырабатываются только тогда, когда это необходимо.

Рисунок 3. Обобщенная иллюстрация того, как мРНК и тРНК используются для синтеза белка внутри клетки.

рРНК и тРНК являются стабильными типами РНК.У прокариот и эукариот тРНК и рРНК кодируются в ДНК, затем копируются в длинные молекулы РНК, которые разрезаются для высвобождения более мелких фрагментов, содержащих отдельные зрелые виды РНК. У эукариот синтез, разрезание и сборка рРНК в рибосомы происходят в области ядрышка ядра, но эти процессы происходят в цитоплазме прокариот. Ни один из этих типов РНК не несет инструкций по управлению синтезом полипептида, но они играют другие важные роли в синтезе белка.

Рибосомы состоят из рРНК и белка. Как следует из названия, рРНК является основным компонентом рибосом , составляя до 60% массы рибосомы и обеспечивая место, где связывается мРНК. рРНК обеспечивает правильное выравнивание мРНК, тРНК и рибосом; рРНК рибосомы также обладает ферментативной активностью ( пептидилтрансфераза ) и катализирует образование пептидных связей между двумя выровненными аминокислотами во время синтеза белка.Хотя долгое время считалось, что рРНК выполняет в первую очередь структурную роль, ее каталитическая роль в рибосомах была доказана в 2000 году. способен кристаллизовать структуру рибосомы Haloarcula marismortui , галофильного археона, выделенного из Мертвого моря. Из-за важности этой работы Стейц разделил Нобелевскую премию по химии 2009 года с другими учеными, внесшими значительный вклад в понимание структуры рибосом.

Транспортная РНК является третьим основным типом РНК и одним из самых маленьких, обычно длиной всего 70–90 нуклеотидов. Он переносит нужную аминокислоту к месту синтеза белка в рибосоме. Именно спаривание оснований между тРНК и мРНК позволяет вставить правильную аминокислоту в синтезируемую полипептидную цепь (рис. 4). Любые мутации в тРНК или рРНК могут привести к глобальным проблемам для клетки, поскольку и то, и другое необходимо для правильного синтеза белка (таблица 1).

Рисунок 4. Молекула тРНК представляет собой одноцепочечную молекулу, которая демонстрирует значительное внутриклеточное спаривание оснований, что придает ей характерную трехмерную форму.
Таблица 1. Структура и функция РНК
мРНК рРНК тРНК
Структура Короткая нестабильная одноцепочечная РНК , соответствующая гену, закодированному в ДНК Более длинные стабильные молекулы РНК, составляющие 60% массы рибосомы Короткая (70-90 нуклеотидов), стабильная РНК с обширным внутримолекулярным спариванием оснований; содержит сайт связывания аминокислоты и сайт связывания мРНК
Функция Служит посредником между ДНК и белком; используется рибосомой для прямого синтеза белка, который он кодирует Обеспечивает правильное выравнивание мРНК, тРНК и рибосом во время синтеза белка; катализирует образование пептидной связи между аминокислотами Переносит нужную аминокислоту к месту синтеза белка в рибосоме

Подумай об этом

  • Каковы функции трех основных типов молекул РНК, участвующих в синтезе белка?

РНК как наследственная информация

Хотя РНК не служит наследственной информацией в большинстве клеток, РНК выполняет эту функцию для многих вирусов, не содержащих ДНК . Таким образом, РНК явно обладает дополнительной способностью служить генетической информацией. Хотя РНК обычно представляет собой одноцепочечную структуру внутри клеток, вирусы значительно различаются. риновирусы, вызывающие простуду; вирусы гриппа; и вирус Эбола представляют собой вирусы с одноцепочечной РНК. Ротавирусы, которые вызывают тяжелый гастроэнтерит у детей и других лиц с ослабленным иммунитетом, являются примерами двухцепочечных РНК-вирусов . Поскольку двухцепочечная РНК редко встречается в эукариотических клетках, ее присутствие служит индикатором вирусной инфекции.Последствия для вируса, имеющего геном РНК вместо генома ДНК, более подробно обсуждаются в разделе «Вирусы».

Ключевые понятия и резюме

  • Рибонуклеиновая кислота (РНК) обычно является одноцепочечной и содержит рибозу в качестве пентозного сахара и пиримидинурацил вместо тимина. Нить РНК может подвергаться значительному внутримолекулярному спариванию оснований, чтобы принять трехмерную структуру.
  • Существует три основных типа РНК, все они участвуют в синтезе белка.
  • РНК-мессенджер
  • ( мРНК ) служит посредником между ДНК и синтезом белковых продуктов при трансляции.
  • Рибосомальная РНК ( рРНК ) представляет собой тип стабильной РНК, которая является основным компонентом рибосом. Он обеспечивает правильное выравнивание мРНК и рибосом во время синтеза белка и катализирует образование пептидных связей между двумя выровненными аминокислотами во время синтеза белка.
  • Транспортная РНК ( тРНК ) представляет собой малый тип стабильной РНК, которая переносит аминокислоту к соответствующему месту синтеза белка в рибосоме.Именно спаривание оснований между тРНК и мРНК позволяет вставить правильную аминокислоту в синтезируемую полипептидную цепь.
  • Хотя РНК не используется для долговременной генетической информации в клетках, многие вирусы используют РНК в качестве своего генетического материала.

Множественный выбор

Какой из следующих типов РНК кодирует белок?

  1. дцРНК
  2. мРНК
  3. рРНК
  4. тРНК

[reveal-answer q=»495456″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=»495456″]Ответ b.мРНК кодирует белок.[/hidden-answer]

Из смеси выделяют нуклеиновую кислоту. Молекулы относительно малы, содержат урацил, и большинство из них ковалентно связаны с аминокислотой. Что из перечисленного было очищено?

  1. ДНК
  2. мРНК
  3. рРНК
  4. тРНК

[reveal-answer q=»717896″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=»717896″]Ответ d. тРНК была очищена.[/hidden-answer]

Какой из следующих типов РНК известен своими каталитическими способностями?

  1. дцРНК
  2. мРНК
  3. рРНК
  4. тРНК

[reveal-answer q=”506496″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=”506496″]Ответ c. рРНК известна своими каталитическими способностями.[/hidden-answer]

Рибосомы состоят из рРНК и какого еще компонента?

  1. белок
  2. полипептиды
  3. ДНК
  4. мРНК

[reveal-answer q=”382444″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=”382444″]Ответ a. Рибосомы состоят из рРНК и белка.[/hidden-answer]

Какой из следующих может использовать РНК в качестве своего генома?

  1. бактерия
  2. археон
  3. вирус
  4. эукариот

[reveal-answer q=»141427″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=»141427″]Ответ c.Вирус может использовать РНК в качестве своего генома.[/hidden-answer]

Соответствующий

Сопоставьте правильную молекулу с ее описанием:

___тРНК А. является основным компонентом рибосомы
___рРНК Б. является копией информации в гене
___мРНК C. переносит аминокислоту на рибосому

[reveal-answer q=”653287″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=”653287″]

  1. (C) тРНК переносит аминокислоту к рибосоме.
  2. (A) рРНК является основным компонентом рибосомы.
  3. (B) мРНК – это копия информации в гене.

[/скрытый ответ]

Верно/Ложно

Рибосомы состоят в основном из РНК.
[reveal-answer q=”894931″]Показать ответ[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”894931″]True[/hidden-answer]

Двухцепочечная РНК обычно находится внутри клеток.
[reveal-answer q=”397948″]Показать ответ[/reveal-answer]
[скрытый-answer a=”397948″]Неверно[/hidden-answer]

Подумай об этом

  1. В чем разница между нуклеотидами ДНК и нуклеотидами РНК?
  2. Как информация, хранящаяся в базовой последовательности ДНК, используется для определения свойств клетки?
  3. Как комплементарные пары оснований способствуют внутримолекулярному спариванию оснований в молекуле РНК?
  4. Если антисмысловая РНК имеет последовательность 5ʹAUUCGAAUGC3ʹ, какова последовательность мРНК, с которой она будет связываться? Не забудьте пометить 5′- и 3′-концы молекулы, которую вы нарисовали.
  5. Почему двухцепочечная РНК (дцРНК) стимулирует РНК-интерференцию?
  6. Почему молекулы тРНК и рРНК более стабильны, чем молекулы мРНК?
  7. Определите расположение мРНК, рРНК и тРНК на рисунке.

Разгадана древняя загадка о том, как клетки различают РНК и ДНК

Ученые разгадали давнюю загадку того, как живые клетки различают два типа нуклеиновых кислот, РНК и ДНК, составляющие генетическую информацию всех форм жизни.Это ключевое понимание древней тайны того, как клетки могут различать почти идентичные строительные блоки, используемые в синтезе двух нуклеиновых кислот, может помочь разработать более мощные и селективные ингибиторы вирусных РНК-полимераз (РНКП) — ферментов, которые синтезируют РНК из ДНК. шаблон.

Об этих результатах сообщается в статье «Механизм нуклео-сахарного отбора с помощью многосубъединичных РНК-полимераз», опубликованной в журнале Nature Communications международной группой ученых из Университета Турку, Финляндия, и Пенсильвании. Государственный университет.

Синтез ДНК осуществляется ферментами, называемыми ДНК-полимеразами (ДНАП), и необходим для точной передачи генетической информации от поколения к поколению, в то время как синтез РНК осуществляется с помощью РНКП, необходимых для расшифровки генетической информации для производства белков, которые выполняют структурную и каталитическую функции в живой клетке.

Древняя проблема, с которой сталкиваются РНК- и ДНК-полимеразы, заключается в том, что строительные блоки ДНК и РНК очень трудно отличить друг от друга.Эти строительные блоки идентичны, за исключением небольшой части молекулы, гидроксильной группы во втором положении кольцевой структуры (группа 2’OH), которая присутствует в строительных блоках РНК, но отсутствует в строительных блоках ДНК.

DNAP избегают использования строительных блоков РНК через структурно ограничительные внутренние святилища или активный сайт (где происходит ферментативное действие) фермента, который достаточно велик, чтобы позволить более компактным строительным блокам ДНК, но слишком мал, чтобы вместить немного более крупные строительные блоки РНК, которые имеют дополнительные 2’ОН-группы, увеличивающие их объем. Следовательно, только строительные блоки ДНК могут связываться с полостью активного центра и включаться в растущую полимерную цепь ДНК.

«РНК-полимеразы не могут использовать ту же стратегию, потому что меньшие строительные блоки ДНК всегда помещаются в ту же полость активного сайта, что и строительные блоки РНК», — сказал Георгий Белогуров, доктор философии, старший научный сотрудник Университета Турку и старший автор статьи. .

Вопрос, на который до сих пор не было ответа, заключается в следующем: как РНКП избегают использования меньших строительных блоков ДНК для создания цепочек РНК?

Чтобы разгадать эту древнюю загадку, исследовательская группа под руководством Белогурова провела сложные биохимические измерения с использованием РНКП, измененных тщательно сконструированными мутациями.Исследовательская группа из Пенсильванского государственного университета под руководством Кацухико Мураками, доктора философии, получила подробную трехмерную структуру РНКП с строительным блоком ДНК.

Путем комбинированного анализа биохимических и структурных данных Янне Мякинен, докторант и первый автор исследования, и его коллеги обнаружили, что РНКП развили полость активного сайта, которая искажает строительные блоки ДНК, так что они больше не подходят для включение в цепь РНК.

«Деформированные строительные блоки ДНК затем диссоциируют от РНКП вместо того, чтобы прикрепляться к растущему РНК-полимеру», — сказал Мякинен.

Это исследование финансировалось Академией Финляндии, Фондом Зигрид Юзелиус (Финляндия) и Национальным институтом здравоохранения (США) и имеет далеко идущие последствия для трансляционных исследований.

«РНК-вирусы, такие как SARS-Cov-2, возбудитель COVID-19, также синтезируют РНК в рамках своего инфекционного цикла. Вирусы используют свои собственные РНК-полимеразы, которые сильно отличаются от РНК-полимераз клетки человека, но им также необходимо выбирать строительные блоки РНК и отторгать строительные блоки ДНК», — сказал Белогуров.

Исследование пришло к выводу, что вирусные и человеческие РНКП используют разные механизмы для отторжения строительных блоков ДНК. Это указывает на то, что возможно разработать синтетическую молекулу, подобную строительному блоку ДНК, которая будет избирательно связывать и ингибировать вирусные РНКП, но будет отторгаться РНКП человека и, следовательно, не будет мешать синтезу РНК, необходимых клетке человека.

«Это открывает путь к разработке сильнодействующих и селективных противовирусных препаратов, нацеленных на вирусные РНК-полимеразы», ​​— сказал Белогуров.

Где и как локализуются РНК в крошечных прокариотических клетках?

Подобно эукариотам, прокариотические клетки могут пространственно-временно регулировать локализацию РНК, что имеет решающее значение для выживания и правильного функционирования этих крошечных организмов.

Эукариотические клетки считаются высокоорганизованными отчасти благодаря их органеллам, которые ограничивают клеточные процессы и функции внутри определенных компартментов. Например, генетический материал клетки хранится в связанном с мембраной ядре, производство энергии в клетке происходит внутри органеллы, называемой митохондрией, а фотосинтез в растительных клетках ограничивается пластидами.Это правильное разделение различных биологических функций имеет решающее значение для правильного функционирования клетки.

Напротив, из-за отсутствия компартментов, ограниченных мембраной, прокариотические клетки, такие как бактерии, населяющие нашу пищеварительную систему, или археи, живущие в гидротермальных жерлах, исторически считались довольно неорганизованными. Однако за последние несколько десятилетий мы стали свидетелями революции в нашем отношении к прокариотам. Например, теперь мы знаем, что, несмотря на отсутствие ядра, в котором хранится генетическая информация, прокариотическая ДНК приобретает конденсированную конформацию, называемую «нуклеоидом», которая занимает определенные области клетки.Сходным образом, многие белки локализуются в дискретных участках внутри прокариотических клеток, где они выполняют свою функцию, а некоторые липиды со специфическими функциями проявляют особую локализацию в клеточной мембране.

В дополнение к этим биомолекулам недавно было показано, что прокариоты могут организовывать свои РНК пространственно-временным образом. Основываясь на коллективных доказательствах, молекулы РНК обнаруживают множественные паттерны локализации в прокариотических клетках, и эти локализации имеют решающее значение для их правильного функционирования.Эти результаты были недавно освещены в обзорной статье, опубликованной в журнале WIREs RNA .

«В некоторых случаях мРНК, которые являются транскриптами генетической информации, используемой в качестве матриц для синтеза белка, остаются вблизи своего сайта транскрипции, тогда как в других случаях они локализуются в отдаленных областях, либо в цитоплазме, либо в внутренней мембране или в клеточных полюсах палочковидных бактерий», — сказала профессор Орна Амстер-Чодер, один из авторов обзорной статьи.«Примечательно, что многие мРНК локализуются в местах, где требуются кодируемые ими белки, что позволяет предположить, что эти мРНК могут подвергаться локальной трансляции — хорошо охарактеризованному явлению в эукариотических клетках; вместо того, чтобы транспортировать несколько белков к заданному месту назначения, клетки могут доставлять транскрипты, так что множественные белки могут продуцироваться 90–190 in situ 90–191 .

Помимо мРНК, для некодирующих РНК наблюдаются специфические паттерны локализации, имеющие важные регуляторные последствия. Локализация транскриптов может дополнительно регулироваться во времени с помощью программ, диктуемых внутренним клеточным циклом или внешними факторами окружающей среды.

Как мРНК локализуются в крошечных прокариотических клетках? У некоторых видов мРНК быстро связываются рибосомами, которые отвечают за трансляцию транскриптов мРНК в белки. Рибосомы представляют собой относительно большие комплексы, поэтому мРНК, связанные с рибосомами, становятся достаточно громоздкими, чтобы их можно было заключить в переполненную внутриклеточную среду прокариот.

У других видов транскрипты связываются рибосомами и удаляются в отдаленные места. Несколько рибосом могут связываться и инициировать трансляцию транскрипта до того, как синтез полной мРНК будет завершен, что приводит к отличительной черте прокариот, известной как сопряженная транскрипция-трансляция. Таким образом, мРНК может быть связана несколькими рибосомами, пока она еще синтезируется, а затем высвобождается в цитоплазматическую среду. В качестве альтернативы петли ДНК могут выходить из нуклеоида вблизи клеточной мембраны, где может происходить сопряженная транскрипция-трансляция. Следовательно, мРНК, которые транскрибируются-транслируются таким образом, локализуются на клеточной мембране.

Поразительно, но было показано, что мРНК могут локализоваться независимым от трансляции образом в E.coli , подразумевая, что ассоциация с рибосомами не является обязательным условием для этого процесса. То, что первоначально было продемонстрировано для нескольких транскриптов, позже было расширено глобальным исследованием, в котором был сделан вывод о том, что заметная часть РНК локализуется таким образом. Эти наблюдения указывают на два новаторских следствия. Во-первых, сами мРНК должны нести импринтированные почтовые коды, определяющие их внутриклеточное назначение, — хорошо известное явление у эукариот, которое до сих пор игнорировалось у прокариот. Во-вторых, эти мРНК избегают ассоциации с рибосомами и перемещаются по цитоплазме к своему конечному пункту назначения, ставя под сомнение до сих пор предполагаемую общность сопряженной транскрипции-трансляции.В то время как знания о прокариотических почтовых индексах появляются медленно, механистическое понимание того, как РНК локализованы независимо от трансляции, остается ограниченным.

Зачем крошечной прокариотической клетке нужно организовывать свои РНК в пространстве и времени?

Во-первых, локализация транскрипта может влиять на его склонность к деградации, трансляции, модификации или sRNA-опосредованной регуляции с важными последствиями для экспрессии генов. Кроме того, совместная локализация и трансляция нескольких мРНК в одном и том же сайте облегчает сборку белков в комплексы в нужном месте и предотвращает нежелательные взаимодействия с другими клеточными компонентами, если они были синтезированы в другом месте.Более того, локализация РНК может способствовать сборке жидкоподобных капель, которые используются прокариотами для создания внутриклеточных компартментов без необходимости в мембранных органеллах.

«Очевидно, что бактериальные и архейные клетки имеют сложную внутреннюю организацию, и изучение того, как они локализуют РНК, остается почти неизученной, но интересной исследовательской нишей. Кроме того, пространственно-временная компартментализация транскрипции и трансляции кажется эволюционно более древней, чем возбуждение эукариотической клетки», — сказал Амстер-Чодер.

Учитывая важность локализации РНК для экспрессии генов и функции прокариотических клеток, ожидается, что в ближайшие годы в этой области будут получены захватывающие новые открытия как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения развития терапии и новых биотехнологий.

Каталожные номера :

Ирастортза-Олазиреги, М., и Амстер-Чодер, О., Локализация РНК у прокариот: где, когда, как и почему, WIREs RNA (2020).DOI: 10.1002/wrna.1615

Нево-Динур К., Нуссбаум-Шохат А., Бен-Йехуда С. и Амстер-Чодер О. Независимая от трансляции локализация мРНК в E.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.