200912041240

j

V.

C

crtTmŁ Wjufecy •ynMłt (ma*

v^y,

TRANSLACJA

]

Rys. 7-19 Dojrzałe cząsteczki mRNA przeznaczone do eksportu z Jądra do cyloplazmy są znakowane przez zestaw wyspecjalizowanych Małek wiążących RNA. Jak przedstawiono na rysunku, niektóre z tych Matek przedostają się wraz z mRNA przez kompleksy porowe. Jednym z różnych typów Małek uczestniczących w eksporcie mRNA Jest receptor transportu jąd/wego. Białko to wiąże się z dojrzałymi cząsteczkami mRNA i aktywnie przenosi Je przez pory jądrom (patrz rozdz. 15).

W cytopiazmte RNA uwalnia przyłączone wcześniej Małka i wąze się z innymi. Substytucja ta oddziałuje na zachodzący następnie proces translacji Niektóre białka wiążące stę z mRNA w jądrze mogą wpływać na jego stabilność i translację w cytozDłu. ponieważ są transportowane razem z RNA

L ²⁴²

Bozdooł 7. Od ONA do biota

nie pojedyncze białko, lecz ca ty zestaw białek decyduje o tym, czy cząsteczka- RNA opuści jądro komórkowe. Niepotrzebny RNA pozostający w jądrze jest następnie degradowany, a produkty jego rozkładu są ponownie uiywane do transkrypcji

Komórki degradują cząsteczki własnego mRNA

Czas istnienia jakiegoś mRNA w komórce wpływa na ilość białka wytwarzanego z jego udziałem, ponieważ ta sama cząsteczka mRNA może wielokrotnie ulegać translacji (patrz rys. 7-2). Każda cząsteczka mRNA jest ostatecznie rozkładana w komórce przez komórkowe RNazy do nukłeotydów, ale czas trwania różnych cząsteczek mRNA znacznie się różni zależnie od jego sekwencji nufcleotydowej oraz od typu komórki, w której występuje. Większość mRNA wytwarzanych przez bakterie ulega szybkiemu rozkładowi, a ich czas trwania wynosi średnio około 3 minut. W komórkach eukariotycznych czas istnienia większości mRNA jest znacznie dłuższy. Niektóre, takie jak mRNA kodujący globinę (5, mąją czas trwania dłuższy niż 10 godzin, natomiast inne eukariotyczne mRNA trwąją krócej niż 30 minut

Różny czas trwania mRNA częściowo zależy od ich sekwencji nukle-otydowych, najczęściej od sekwencji leżących pomiędzy końcem 3' rejonu kodującego a poliadenylowym ogonem (jest to rejon 3' nie ulegąjący translacjO- Zróżnicowany czas trwania cząsteczek mRNA pozwala komórce regulować poziom kodowanych przez nie białek. Na ogół mRNA białek występujących w komórce w dużych ilościach mąją długi czas trwania, natomiast mRNA kodujące białka obecne w małych ilościach lub takie, których zawartość musi się szybko zmieniać w odpowiedzi na pewne sygnały, są szybko degradowane. Zróżnicowanie czasu trwania transkryp-tów jest wynikiem ewolucyjnego procesu prowadzącego do ścisłego dopasowywania stabilności mRNA do potrzeb komórki

Geny prakomórek prawdopodobnie zawierały introny

Jak się przekonaliśmy, wszystkie komórki aby wykorzystać informację genetyczną, przepisują ją na RNA za pomocą polimeraz RNA, stosując przy tym reguły komplementem ości zasad — ten podstawowy proces transkrypcji ma więc charakter uniwersalny. Sposób dalszego traktowania powstałych transkryptów jest jednak znacząco inny w komórkach prokariotycz-nych i eukariotycznych (rys. 7-20). Wydaje się, że w szczególności splidng oznacza podstawową różnicę między tymi dwoma typami komórek. Jak więc powstała ta ogromna różnica?

Jak wcześniej przedstawiono w tym rozdziale, splicing RNA jest korzystny ze względu na ewolucyjną elastyczność organizmów eukariotycznych, pozwalającą im wytwarzać znaczną różnorodność białek i rozwinąć systemy precyzyjnej kontroli ekspresji genów Jednak komórki osiągnęły te korzyści nie za darmo: płacą za to koniecznością utrzymywania dużych genomów i usuwania znacznej części syntezowanego RNA. Zgodnie z kon-

|A> GlKMJONTY

(BJ PROSARIOMTY

cepcją jednej ze szkól, pierwotne komórki—wspólny przodek prokariontów i eukariontów — zawierały introny, ale komórki prokariotyczne utraciły je podczas dalszej ewolucji. Typową cechą komórek prokariotycznycb jest ich bardzo szybkie rozmnażanie i jednym z czynników prowadzących do stopniowej utraty intronów przez bakterie mogły być korzyści wynikające z posiadania małego genomu, umożliwiającego szybką replikację DNA. Proste organizmy eukariotyczne, które także szybko się rozmnażają (na przykład niektóre drożdże), zawierają stosunkowo niewiele intronów, a istniejące u nich in trony zwykle są znacznie krótsze niż u wyższych eukariontów.

Z drugiej strony niektórzy badacze uważąją, że introny były niegdyś pasożytniczymi ruchomymi elementami genetycznymi (patrz rozdz 6), które wniknęły do prakomórki eukariotycznej i skolonizowały jej genom. Replikacji genomu komórek gospodarza towarzyszyło powielanie „samolubnych” sekwencji, a współczesne organizmy eukariotyczne nigdy nie usunęły tej genetycznej pozostałości po dawnej infekcji. Pochodzenie intronów nie zostało jednak do tej pory wyjaśnione; czy powstały one wcześnie w toku ewolucji i zostały wyeliminowane u prokariontów, czy też powstały później u eukariontów, jest nadal przedmiotem dyskusji Do tego problemu powrócimy w rozdziale 9.

Od RNA do białka

Pod koniec lat 50. XX wieku biolodzy wykazali, że informacja zakodowana w DNA najpierw jest przepisywana na RNA, a następnie na białka. W następnych latach dyskusja skoncentrowała się wokół problemu kodowania: w jaki sposób informacja zawarta w liniowej sekwencji nukleotydów RNA jest tłumaczona na liniową sekwencję zestawu aminokwasów w białku — podjednostek całkowicie różnych pod względem chemicznym? Ib pasjonujące pytanie budziło wśród badaczy w tamtych czasach wiele emocjonujących dyskusji. Był oto kryptogram zapisany przez naturę, który po ponad trzech miliardach lat ewolucji mógł w końcu być rozszyfrowany przez jeden z produktów ewolucji — człowieka! Istotnie, nie tylko kod został krok po kroku ostatecznie rozszyfrowany (patrz Skąd to wiemy, s. 246-247), ale Poznano też podstawowe elementy aparatu, za pomocą którego komórki wytwarzają białka

Rys. 7-20 Komórki prokarlotyczne I eukariotyczne różnią się etapami prowadzącymi od genu do białka.

(A) Transkrypty pierwotne syntezowane w komórkach eukariotycznych zawierają sekwencje egzonowe 1 intronowe. Obydwa końce ulegają modyfikacji, a Introny zostają usunięte w procesie splicingu, katalizowanym przez enzymy. Powstały mRNA jest następnie transportowany z jądra do cytopiazmy. gdzie ulega translacji do białka. Chociaż rysunek przedstawia te procesy jako ciąg następujących po sobie zdarzeń, w rzeczywistości niektóre z nich często przebiegają równocześnie. Na przykład synteza kapu I rozpoczęcie splicingu zachodzą typowo jeszcze przed zakończeniem transkrypcji. Sprzężenie tych procesów powoduje, że całkowite sekwencje transkryptów pierwotnych praktycznie nie występują w komórkach.

(B) Powstawanie cząsteczek mRNA w komórkach prokariotycznych jest prostsze. Końce 5' I 3' transkryptu nie ulegają żadnym modyfikacjom, są więc takie, jakie powstały podczas inicjacji i terminacjł transkrypcji. Ponieważ prokanonty nie mają jądra, transkrypcja i translacja odbywają się w jednym przedziale komórkowym. W rzeczywistości translacja bakteryjnego mRNA często rozpoczyna się przed zakończeniem transkrypcji. Ostateczny poziom jakiegoś białka w komórce zależy od wydajności każdego z etapów oraz od szybkości degradacji cząsteczek RNA i belka

Od RNA do białka

243