Сплайсинг это в биологии кратко

Типы

В литературе термин «сплайсинг» обычно применяется к процессу, в котором участвует информационная РНК. Однако существуют другие процессы сплайсинга, которые происходят в других важных биомолекулах.

Белки также могут подвергаться сплайсингу, в этом случае из молекулы удаляется аминокислотная последовательность.

Удаленный фрагмент называется «интеин». Этот процесс происходит естественным образом в организмах. Молекулярной биологии удалось создать различные методы, использующие этот принцип, которые включают манипуляции с белками.

Точно так же сплайсинг также происходит на уровне ДНК. Таким образом, две молекулы ДНК, которые ранее были разделены, могут быть соединены посредством ковалентных связей.

Этапы обработки РНК

Процессинг РНК – это серия модификаций, которые первичный транскрипт РНК, или пре-мРНК, превращается в зрелая молекула РНК. Этот процесс жизненно важен для точной передачи генетической информации от ДНК к белку. Основные шаги процессинг РНК включает добавление 5-футовая крышка и 3′-хвост поли(А), удаление интрона и соединение экзонов и альтернативный сплайсинг.

Добавление 5-футовой крышки и 3-футового хвоста из поли(А)

Первый шаг Процессинг РНК заключается в добавлении 5-футовая крышка и еще один 3′-хвост поли(А) к молекуле пре-мРНК. 5-футовая крышка is модифицированный гуаниновый нуклеотид добавлено 5′-конец пре-мРНК. Эта кепка защищает молекула РНК от деградации и помогает в Транспорт РНК, связывание рибосомыи инициирование трансляции.

Цена на 3′-хвост поли(А), На с другой стороны, Является строка of адениновый нуклеотиддобавлено в 3′-конец пре-мРНК. Этот хвост повышает стабильность мРНК, способствует его транспорт из ядра в цитоплазму и влияет посвящение синтеза белка.

Удаление интрона и присоединение экзона

Второй этап В процессинге РНК происходит удаление интронов и присоединение экзонов, процесс, известный как сплайсинг. Интроны – это некодирующие области молекула РНК, а экзоны являются кодирующими областями. Границы интрон-экзон распознаются сплайсосомой — комплексом белков и малых ядерных РНК (мяРНК).

Сплайсосома катализирует процесс сплайсинга, в котором участвуют следующие шаги:

1. Распознавание сайтов сплайсинга на границах интрон-экзон.
2. Формирование строение лариата интроном, который инициируется консервативным адениновый нуклеотид at филиал точка внутри интрона.
3. Расщепление в 3′-сайт сплайсинга и присоединение соседние экзоны.
4. Высвобождение и деградация строение лариата.

Этот процесс имеет решающее значение для созревания мРНК и точной передачи генетической информации.

Альтернативные этапы сращивания

Альтернативный сплайсинг — это процесс, позволяющий одному гену кодировать несколько белков. Это включает в себя выборочное удаление и присоединение разные экзоны, что приводит к производству различных молекулы мРНК от то же самое предварительно-мРНК.

Шаги в альтернативном сплайсинге аналогичны таковым в регулярное сращивание, но с вариациями выбор мест сплайсинга. Этот процесс регулируется различными факторами сплайсинга, которые распознают консервативные последовательности пре-мРНК и связываются с ними.

Альтернативный сплайсинг увеличивает разнообразие белков, которые может производить один ген, способствуя усложнению организмов. Однако ошибки сварки могут привести к образованию неправильные белки, что может вызвать заболевания.

Посттранскрипционные модификации и редактирование РНК

В дополнение к вышеуказанные шагиПроцессинг РНК также включает посттранскрипционная модификацияs и редактирование РНК. Посттранскрипционные модификации включают метилирование, псевдоуридилирование и редактирование молекула РНК, что может влиять его стабильность, локализация и эффективность перевода.

Редактирование РНК – это процесс, который изменяет нуклеотидная последовательность мРНК после ее синтеза РНК-полимеразой. Это может привести к образованию белков с аминокислотные последовательности которые отличаются от предсказанных гентик-код.

Варианты сращивания

Варианты сращивания Он разные формы мРНК, полученной из тот же ген посредством альтернативного сплайсинга. Эти варианты может код для различные изоформы белка различные функции, способствуя функциональное разнообразие клеток.

В заключение, процессинг РНК представляет собой сложный процесс, включающий в себя несколько шагов и механизмы. Это имеет решающее значение для точной передачи генетической информации и разнообразия белков в организмах

Однако ошибки в этом процессе могут привести к заболеваниям, что подчеркивает важность понимания и изучения процессинга РНК

Структура интеинов

Эндонуклеазный и сплайсинговый регионы образуют в молекуле интеина два пространственно разделенных домена. Сплайсинговый домен образуется N- и С-концевыми частями интеина. Он имеет характерную подковообразную форму. Концы интеина жёстко зафиксированы друг напротив друга в пространстве, и по сути формируют активный центр (АЦ), очень похожий на АЦ трипсина или любой другой сериновой протеазы. Оба конца интеина, по которым происходит разрезание, находятся около АЦ (рис. 2).

Рисунок 2. Пространственная структура интеина (мини-интеин Mxe GyrA). Сближенные концы интеина обозначены квадратом. Изображение получено из PDB-структуры 1AM2.

РНК-сплайсинг: основные шаги

• Распознавание донорного сайта интрона: В начале процесса сплайсинга, сплайсозомы (транс-сплайсозомы) распознают и связываются с донорным сайтом интрона. Донорный сайт состоит из короткой последовательности нуклеотидов, расположенных непосредственно перед интроном.
• Формирование сплайсосомы: После распознавания донорного сайта, сплайсозома формируется за счет связывания компонентов сплайсинга, включая малые ядерные РНК (snRNA) и им соответствующих белковых факторов.
• Осуществление срезки: Сплайсозома производит две срезки мРНК, одна ближе к донорному сайту, а другая ближе к акцепторному сайту интрона.
• Объединение экзонов: После срезки, экзоны, оставшиеся на мРНК, приходят в близкое расстояние друг к другу. Затем, с помощью специфических факторов, экзоны соединяются и образуют окончательный сплайсированный мРНК.
• Экспорт и трансляция: Сплайсированная мРНК экспортируется из ядра клетки и может быть транслирована на рибосомах для синтеза белка.

РНК-сплайсинг является важной стадией в процессе экспрессии генов, поскольку позволяет клеткам получать разнообразные белки из одного гена путем изменения сплайсинга

Современные представления о механизме белкового сплайсинга

Рисунок 3. Механизм белкового сплайсинга.Событием, запускающим белковый сплайсинг, является автокаталитический N–O или N–S-сдвиг (первый аминокислотный остаток на N-конце интеина Ser или Cys, соответственно) на N-концевом сайте сплайсинга (шаг 1). В результате образуется высокореакционная эфирная или тиоэфирная связь. С точки зрения химии, N–O/N–S-сдвиг не является энергетически выгодным процессом, поскольку в результате реакции происходит разрыв амидной (пептидной) связи и образуется высокоэнергетическая эфирная/тиоэфирная связь. Поэтому этот процесс должен катализироваться. Действительно, протекание реакции разрыва пептидной связи на N-конце облегчается как минимум двумя факторами. Во-первых, процесс катализируется самим сплайсинговым доменом интеина. Во-вторых, на эффективность N-концевого расщепления определенное влияние оказывают экстеины. Показано, что у некоторых интеинов пептидная связь, связывающая N-экстеин и первую аминокислоту интеина, находится в редкой и не характерной для белков цис-конформации. Поскольку такая связь энергетически невыгодна, ее наличие провоцирует протекание N–О или N–S сдвига, т. е. инициирует сплайсинг. На втором этапе белкового сплайсинга происходит нуклеофильная атака образовавшейся эфирной связи OH- или SH-группой первого остатка С-экстеина. В результате происходит реакция трансэтерификации, т. е. перенос Ν-концевого экстеина на боковую группу первого остатка С-экстеина (шаг 2). В результате образуется разветвленное промежуточное соединение (те самые белки с двумя N-концами, с помощью изучения которых был и предложен данный механизм сплайсинга). Такая перестановка приводит к смещению зарядов, что в свою очередь, индуцирует циклизацию боковой цепи Asn на С-конце интеина (шаг 3). Циклизация боковой группы Asn приводит к разрыву пептидной связи между интеином и С-экстеином — разветвленная структура распадается на свободный интеин и лигированные экстеины, связанные друг с другом эфирной связью (шаг 3). Последний шаг сплайсинга белка происходит спонтанно (шаги 4а и 4б).

Рисунок 4. Механизм транс-сплайсинга

Сплайсинг простыми словами для чайников

Сплайсинг — это процесс редактирования и обработки информации в молекуле РНК (рибонуклеиновой кислоты), которая является своего рода «инструкцией» для создания белков в клетках. В процессе сплайсинга некоторые участки РНК, которые помечены как ненужные или вредные, вырезаются, а оставшиеся участки соединяются в одну нить.

Представьте, что РНК — это длинная цепочка букв, и каждая буква представляет определенный нуклеотид (базу), который является строительным блоком РНК. Некоторые участки этой цепочки содержат информацию о том, как создавать белки, а другие участки могут содержать лишнюю или поврежденную информацию.

Сплайсинг позволяет удалить эти лишние или поврежденные участки и соединить оставшиеся участки вместе. Это происходит с помощью специальных белков, которые распознают определенные последовательности нуклеотидов и помогают вырезать ненужные участки РНК.

После сплайсинга получается новая цепочка РНК, которая содержит только нужную информацию для создания белков. Эта новая цепочка затем может быть использована клеткой для производства нужных белков.

Сплайсинг является важной частью процесса регуляции генов и позволяет клеткам использовать одну и ту же генетическую информацию для создания различных видов белков. Без сплайсинга наш организм не смог бы правильно функционировать, так как множество генов содержат информацию, которая должна быть отредактирована перед созданием белка

В итоге, сплайсинг — это процесс редактирования информации в РНК, который помогает клеткам правильно использовать генетическую информацию для создания белков. Это важный процесс в биологии и имеет большое значение для понимания работы нашего организма.

Сплайсинг РНК и его роль в экспрессии генов

Сплайсинг РНК — фундаментальный процесс выражения генетической информации. Он включает удаление интронов (некодирующих областей) и объединение экзонов (кодирующих областей) в пред-мессенджер РНК (пре-мРНК). Этот процесс необходим для созревания мРНК и точной передачи генетической информации от ДНК к белкам.

Обеспечение точной экспрессии генов

Точность Экспрессия генов имеет решающее значение для правильного функционирования клеток. Посттранскрипционные модификации, такие как сплайсинг РНК, играют значительную роль в этом процессе. Сплайсосома, большой комплекс РНК-белок, отвечает за распознавание границ интрон-экзон или сайтов сплайсинга и катализирует процесс сплайсинга.

Сплайсосома состоит из малых ядерных РНК (мяРНК) и многочисленных белков. Он распознает консервативные последовательности на 5′- и 3′-концах интрона, а также точку ветвления. адениновый нуклеотид расположен внутри интрона. Затем сплайсосома образует строение лариата, закольцовывая интрон, принося два экзона вместе. Затем интрон вырезают как лариат и деградируют, в то время как экзоны лигируются вместе, образуя зрелая мРНК.

Роль сплайсинга РНК в создании зрелой мРНК

Сплайсинг РНК является критическим этапом созревания мРНК. Исходный продукт транскрипции, пре-мРНК, содержит как интроны, так и экзоны. Интроны не являютсякодирующие последовательности который необходимо удалить, чтобы создать функциональная молекула мРНК что можно перевести на белок.

Процесс удаления интрона и присоединения экзона катализируется сплайсосомой. Сплайсосома распознает сайты сплайсинга на границах интрон-экзон и удаляет интрон, образуя строение лариата. Затем экзоны соединяются вместе, образуя зрелая мРНК. Этот процесс известен как предварительныйсплайсинг мРНК.

Сплайсинг РНК и регуляция экспрессии генов

Сплайсинг РНК также играет ключевую роль в регуляции экспрессии генов. С помощью процесса, известного как альтернативный сплайсинг, один предварительный-мРНК-молекула можно соединить по-разному, чтобы получить разные молекулы мРНК, каждая кодировка другой белок. Это увеличивает разнообразие белков, которые может производить один ген.

Альтернативный сплайсинг регулируется различными факторами сплайсинга, которые связываются с определенные последовательности на пре-мРНК и влияние выбор мест сплайсинга. Это позволяет клеткам производить различные белки в ответ на разные условия или, по крайней разные этапы развития.

Однако ошибки в сплайсинге РНК могут привести к образованию аберрантные белки и связаны с различными заболеваниями. Например, ошибки сращивания могут привести к включение of интронные последовательности в мРНК или исключение of экзонные последовательности, В результате чего нефункциональный белок. Поэтому понимание механизмов сплайсинга РНК и его регуляции имеет решающее значение для понимания механизмы заболевания и развитие потенциальные методы лечения.

Таким образом, сплайсинг РНК критический процесс в экспрессии генов, обеспечивая точную передачу генетической информации от ДНК к белкам. Он играет ключевую роль в созревании мРНК и регуляции экспрессии генов, и ошибки в этом процессе могут иметь существенные последствия.

Примеры альтернативного сплайсинга

Гены нейрексинов

У людей есть 3 гена, которые кодируют семейство белков, известных как нейрексин. Эти белки включены в плазматическая мембрана, Они распространяются из плазматической мембраны и в пространство между нервами. Здесь они связываются с белком из другой нервной клетки. Этот белковый комплекс удерживает клетки на месте. Хотя есть только 3 разных гена, которые кодируют нейрексин, в семействе нейрексинов более 3000 различных белков.

Это возможно благодаря альтернативному сращиванию. Поскольку сплайсосома обрабатывает первичные молекулы мРНК из этих генов, на нее влияет ряд генов-промоторов, молекул в клетке и других сигналов. Это влияние, которое экзоны включаются в конечную мРНК. Альтернативный сплайсинг может сделать белки больше или меньше, или с отсутствующими областями, но, как правило, все еще производит рабочий белок. Таким образом, каждая вариация клеточного окружения или внеклеточного сигнала создает различный белок с немного другой функцией.

В то время как все белки нейрексина будут функционировать, удерживая вместе синапс между двумя нервами, созданный вариант теоретизируется на ряд вещей. Во-первых, это может изменить сигнал, проходящий между двумя нейронами. Это может дать необходимый эффект для головной мозг обработать сигнал. Разные белки могут быть использованы в разное время, в разных клетках, у одного и того же животного. Это может быть необходимо для приспособления множества различных сред в пределах организм и убедитесь, что нейроны работают правильно.

Когда ученые наблюдали те же гены у рыб, они обнаружили что-то интересное. Хотя у рыб также есть эти гены, они не могут разделить гены почти на столько альтернатив. Это привело ученых к гипотезе, что альтернативный сплайсинг может быть использован для модификации этих генов таким образом, чтобы они были специфичны для определенных частей мозга. Таким образом, альтернативный сплайсинг может обеспечить своего рода «систему индексации» для мозга. Это может быть причиной того, что люди могут хранить так много дополнительной информации и иметь такую ​​эффективную долговременную память.

Создание антител

В аналогичном процессе организм человека вырабатывает антитела для борьбы бактерии, вирусы и инородные тела, которые заражают ткани. Для этого тело должно сделать антитело или белок, специально предназначенный для прилипания к захватчику. Эти белки производятся В-лимфоцитами, которые содержат ДНК и механизмы для создания этих сложных белков. Однако есть проблема.

В-лимфоциты должны прикреплять белок к себе и высвобождать антитело в кровоток. Антитело в кровотоке будет связываться с захватчиками, позволяя иммунным клеткам нацеливаться на них. Прикрепляя антитела непосредственно к В-лимфоцитам, эти клетки могут легко поглотить захватчиков, когда они сталкиваются с ними. Чтобы сделать это с минимальной энергией и с помощью одной и той же ДНК, эти иммунные клетки используют альтернативный сплайсинг.

Последние два экзона в генетический код для антител особенные. Эти два экзона кодируют область белка, которая гидрофобный или сопротивляется воде. Эти области прикрепляются внутри гидрофобного ядра фосфолипид двухслойная. Это эффективно блокирует их в клеточная мембрана, Альтернативный сплайсинг просто удаляет эти два экзона. Теперь белок будет служить той же цели, но он растворим в воде и может проходить через кровь и жидкости.

После получения сигнала для создания антител, B-лимфоцит должен создать много сразу для себя и для высвобождения в организм. Для этого он активно транскрибирует ген для антитела быстро, чтобы создать как можно больше первичных транскриптов. Некоторые из них будут обработаны, чтобы сохранить гидрофобную область, а некоторые сплайсосомы вырежут это. Таким образом, белки для обоих применений создаются из одного и того же сигнала для создания антител. Альтернативный сплайсинг позволяет инициировать много разных процессов из одного и того же сигнала транскрипции ДНК.

Процесс сплайсинга РНК

Сплайсинг РНК критическая часть of гентитический процесс передачи информации, при котором интроны (некодирующие области) удаляются из пре-мРНК, а экзоны (кодирующие области) соединяются вместе, образуя зрелая мРНК. Этому процессу способствует комплекс, известный как сплайсосома, который распознает границы интрон-экзон или сайты сплайсинга и осуществляет механизмы сращивания.

Присоединение экзонов

Присоединение экзонов важная часть процесса сплайсинга РНК. После удаления интронов экзоны соединяются вместе, образуя непрерывная последовательность кодирования. Этому процессу способствует сплайсосома, состоящая из малых ядерных РНК (мяРНК) и связанных с ними белков.

Сплайсосома распознает консервативные последовательности на границах интрон-экзон, что позволяет ей точно соединять экзоны вместе. Этот процесс необходим для правильный перевод мРНК в белок, поскольку ошибки присоединения экзонов могут привести к образованию нефункциональных белков.

Формирование и активация сплайсосом

Сплайсосома – это крупный РНК-белковый комплекс, отвечающий за пре-сплайсинг мРНК. Он состоит из пять малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП), каждый из которых содержит одна или несколько snRNA. Сплайсосома собирается на транскрипте пре-мРНК и подвергается несколько структурных перестроек чтобы активировать процесс сращивания.

Активация сплайсосомы включает распознавание сайтов сплайсинга и образование строение лариата, Которая является циклed структура, образованная интроном. строение лариата формируется в филиал указывают, специфичный адениновый нуклеотид внутри интрона, который играет решающая роль в процессе сращивания.

Сплайсинг интронов

Сращивание интронов ключевой шаг in обработка РНК. Сплайсосома распознает сайты сплайсинга на границах интрон-экзон и осуществляет процесс сплайсинга. Интрон вырезается как строение лариата а затем деградирует, при этом экзоны соединяются вместе.

Удаление интронов и присоединение экзонов происходит строго регламентированный процесс, с альтернативным сплайсингом, позволяющим генпорция разные транскрипты мРНКили варианты сплайсинга из одного гена. Это увеличивает разнообразие потенциал кодирования белка of геном.

Обзор этапов обработки РНК

Процессинг РНК включает несколько посттранскрипционная модификацияs к транскрипту пре-мРНК, включая кэпирование, сплайсинг и полиаденилирование. Эти модификации необходимы для созревания мРНК и его последующий перевод в белок.

1. Укупорка: 5′ конец транскрипт пре-мРНК модифицируется с помощью кепка, который защищает мРНК от деградации и способствует его экспорт из ядра.
2. Сращивание: Интроны удаляются, а экзоны соединяются сплайсосомой.
3. Полиаденилирование: Поли(А) хвост добавляется к 3′-концу мРНК, что способствует его стабильность и экспорт из ядра.

Распознавание сайтов интронов

Признание of интронные сайты является критическим этапом процесса сплайсинга РНК. Сплайсосома распознает консервативные последовательности на 5′- и 3′-концах интрона, известные как сайты сплайсинга. Сайт сплайсинга 5′ связан U1 сниРНП, а 3′-сайт сплайсинга связан U2AF, гетеродимер U2AF65 и U2AF35.

Точка ветвления, расположенный внутри интрона, также распознается сплайсосомой. Точка ветвления последовательность связана U2 сниРНП, который вытесняет U1 сниРНП в 5′-сайте сплайсинга, что позволяет сформировать строение лариата.

Участие Комплекса С*

Комплекс С является ключевым игроком в процессе сплайсинга РНК. Он является частью сплайсосомы и участвует в распознавании сайтов сплайсинга и катализе реакции сплайсинга. Комплекс С содержит несколько snRNP, включая U4/U6.U5 три-snRNP, который необходим для формирования активная сплайсосома.

В заключение можно сказать, что сплайсинг РНК — это сложный процесс, который включает в себя точное удаление интронов и соединение экзонов. Этому способствует сплайсосома и включает в себя несколько шагов, включая распознавание сайтов сплайсинга, формирование строение лариата, и катализ реакции сплайсинга

Ошибки в этом процессе могут привести к образованию нефункциональных белков, что подчеркивает важность точный сплайсинг РНК в передаче генетической информации

Сплайсинг в биологии: основные принципы и значение

Сплайсинг (или альтернативное сцепление) – это процесс, который происходит в пре-мРНК (прекурсорной РНК) организмов эукариот. Он позволяет генам кодировать несколько различных белков путем удаления интервалов (интронов) из пре-мРНК и объединения оставшихся участков (экзонов)

Таким образом, сплайсинг является важной составляющей механизма посттранскрипционной модификации РНК и играет значительную роль в формировании функциональных протеинов в клетке

Процесс сплайсинга осуществляется при участии сплайсосомы, многокомпонентного комплекса РНК и белков. В ходе сплайсинга происходят два основных события:

1. Удаление интронов: сплайсосома распознает специфические последовательности нуклеотидов на концах интронов и соединяет экзоны, что приводит к исключению интронов из пре-мРНК. Этот процесс называется экзоническим сплайсингом.
2. Соединение экзонов: после удаления интронов сплайсосома соединяет оставшиеся экзоны, формируя зрелую мРНК, которая содержит только экзонные участки и будет использоваться для дальнейшего трансляции в белок.

Сплайсинг является сложным преобразованием пре-мРНК, которое может происходить не только внутри экзонов, но и в областях их границ, что позволяет генам генерировать различные формы РНК и, соответственно, белков. Альтернативное сцепление дает возможность создавать особые варианты экзонов, что значительно расширяет функциональные возможности генов и позволяет адаптироваться организмам к различным условиям.

Значение сплайсинга в биологии трудно переоценить. Альтернативное сцепление генов предоставляет клеткам возможность регулировать экспрессию генов и создавать разные варианты белков, что является основой разнообразия и специфичности клеточных функций. Ошибки в сплайсинге могут быть связаны с различными генетическими заболеваниями, такими как рак, генетическая недостаточность иммунной системы и многие другие.

Примеры биологических процессов, зависящих от сплайсинга
Процесс
Значение

Хранение генетической информации
Сплайсинг позволяет генам кодировать несколько белков из одного гена, что значительно увеличивает информационный потенциал генома.

Регуляция экспрессии генов
Альтернативное сцепление может влиять на количество и типы белков, синтезируемых из одного гена, что позволяет клетке регулировать свою функцию и отвечать на различные сигналы.

Различные формы генов в разных организмах
Сплайсинг играет роль в эволюции организмов, поскольку позволяет им создавать новые варианты генов и адаптироваться к разным условиям и средам обитания.

Таким образом, сплайсинг является важным биологическим процессом, который позволяет клеткам формировать различные варианты РНК и белков, регулировать экспрессию генов и адаптироваться к различным условиям окружающей среды.