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Wie werden Läsionen in der RNA korrigiert?

Wie werden Läsionen in der RNA korrigiert?


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Ich verstehe sehr gut, warum Thymin in der DNA vorhanden ist. Wir können also markieren, wo Cytosin reagiert und in Uracil umgewandelt wird. Dann können wir die DNA reparieren.

Aber wie können wir das in RNA ausmachen??


RNA ist kurzlebig und muss keiner Reparatur unterzogen werden. Eine "mutierte" RNA wird abgebaut und durch die richtige RNA ersetzt.

Obwohl RNAs im Vergleich zu DNA (die keinen wirklichen Umsatz durchläuft) kurzlebig sind, sind einige RNAs stabil und weisen einen geringen Umsatz auf. Obwohl RNA in mehreren Kopien vorhanden wäre, ist es unwahrscheinlich, dass alle Mutationen durchlaufen haben.

Außerdem RNA mit bestimmten mutierten Codons, z.B. Nonsense-Mutationen werden durch das Exosom beseitigt.

Danke an har-wradim für den Hinweis auf RNA-Reparaturmechanismen. Es gibt nur wenige Berichte, die besagen, dass Methylierungen in der RNA durch die Enzyme AlkB (in E coli) und sein eukaryontisches Homolog hABH3. Diese Enzyme waren dafür bekannt, Methyl-Läsionen in der DNA zu reparieren (1-Methyladenin und 3-Methylcytosin), aber es wurde später gezeigt, dass sie auch auf RNA wirken können [1,2].

Es scheint jedoch keinen Mechanismus zur Reparatur von Desaminierungsschäden zu geben; diese Studie hat ein künstlich konstruiertes System gezeigt, das zur gezielten RNA-Deaminierung fähig ist (aber es gibt noch kein System, das eine desaminierte Base in RNA fixieren kann).

In diesem Artikel wird darauf hingewiesen, dass AlkB streng reguliert wird, da es, wenn es unkontrolliert ist, auch funktionelle Methylierungen demethylieren kann. Die Überexpression von AlkB ist für die Zellen tatsächlich toxisch, es sei denn, sie stehen unter Alkylierungsstress durch Mittel wie EMS/MMS (Ethyl/Methyl-Methansulfonat).

Aber die IMO-RNA-Reparatur ist aus den oben genannten Gründen nicht so wichtig wie die DNA-Reparatur.


7.5: DNA-Läsionen

  • Beigetragen von E. V. Wong
  • Axolotl Academica Publishing (Biologie) bei Axolotl Academica Publishing

Die Robustheit der DNA aufgrund ihrer komplementären Doppelstränge wurde bereits mehrfach festgestellt. Wir betrachten nun die Reparaturprozesse, die beschädigte DNA retten, genauer. DNA ist bei weitem nicht so robust, wie es die populären Medien darstellen. Um das Blockbuster-Buch und den Film zu nehmen, Jurassic Park, als Beispiel, Obwohl zweifellos etwas DNA entweder in bernsteingebundenen Parasiten oder vielleicht in konserviertem Weichgewebe (tief in einem versteinerten Oberschenkelknochen gefunden, Schweitzer et al, 2007) gefunden werden kann. Es ist wahrscheinlich stark beeinträchtigt, und eine genaue Wiedergabe ist ohne viele Proben unmöglich, mit denen gearbeitet werden kann.

Die häufigste Beleidigung der DNA lebender Organismen ist die Depurination, bei der die &bgr;-N-glycosidische Bindung zwischen einem Adenin oder Guanin und der Desoxyribose hydrolysiert wird. In Säugerzellen wird sie auf fast 10000 Purine pro Zellgeneration geschätzt, und im Allgemeinen beträgt die durchschnittliche Verlustrate bei physiologischem pH und Ionenstärke und bei 37°C ungefähr 3 × 10 –11 /sec. Die Depyrimidinierung von Cytosin- und Thyminresten kann ebenfalls erfolgen, jedoch mit einer viel langsameren Geschwindigkeit als die Depurinierung. Trotz der hohen Verlustrate dieser Basen können sie im Allgemeinen leicht durch Basenexzisionsreparatur (BER) behoben werden, die später in diesem Abschnitt erörtert wird. Daher kommt es selten vor, dass eine Depurination oder Depyrimidinierung zu einer Mutation führt.

Abbildung (PageIndex<15>). Die Depurination von Guaninen (oder Adeninen) ist eine häufige DNA-Läsion.

Drei der vier DNA-Basen, Adenin, Guanin und Cytosin, enthalten Amingruppen, die bei einer Vielzahl von pH- und temperaturabhängigen Reaktionen verloren gehen können, die die Basen in Hypoxanthin, Xanthin bzw. Uracil umwandeln. Dies kann manchmal zu permanenten Mutationen führen, da sie während der Replikation als Matrize für die Synthese eines komplementären Strangs dienen, und wo beispielsweise ein Guanin (komplementär zu Cytosin) platziert werden sollte, kann ein Adenin eingefügt werden (weil es Uracil, das Desaminierungsprodukt von Cytosin).

Abbildung (PageIndex<16>)A. Die Desaminierung von Adenin und Guanin kann bei der Replikation zu Mutationen führen, wenn sie nicht repariert wird.

Auch eine weitere Desaminierung der modifizierten Base Methylcytosin kann bei der Replikation zu einer Mutation führen. Einige Cytosine können als Teil eines regulatorischen Prozesses methyliert werden, um bestimmte Gene in Eukaryonten oder in Prokaryonten als Schutz gegen Restriktionsendonukleasen zu inaktivieren. Wenn das methylierte Cytosin desaminiert wird, produziert es ein Thymin, das das komplementäre Nukleotid (bei der Replikation) von einem Guanin zu einem Adenin ändert. Die Desaminierung von Cytosinen erfolgt fast mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Depurination, aber die Desaminierung anderer Basen ist nicht so weit verbreitet: Die Desaminierung von Adeninen ist beispielsweise 50-mal unwahrscheinlicher als die Desaminierung von Cytosin.

Abbildung (PageIndex<16>)B. Die Desaminierung von Cytosin und Methylcytosin kann bei der Replikation zu Mutationen führen, wenn sie nicht repariert werden.

Thymin gut, Uracil schlecht. Warum kommt Thymin eher in der DNA als in Uracil vor? Es stellt sich heraus, dass die Häufigkeit der Cytosin-Deaminierung einen Hinweis darauf geben könnte, warum Zellen den zusätzlichen Schritt gegangen sind (wörtlich, da Uracil ein Vorläufer der Thymin-Biosynthese ist), um ein neues &ldquostandard&rdquo-Nukleotid für DNA herzustellen, während Uracil für RNA gut funktionierte. vermutlich das ältere genetische Molekül. Bedenken Sie Folgendes: Wenn Uracil Standard für DNA wäre, würden die sehr häufigen Desaminierungskonversionen von C zu U nicht durch Fehlerprüfungen auf Nicht-DNA-Basen erfasst und die Mutationsrate würde in die Höhe schnellen. Da sich T zum Standard-Basenpaarungspartner von Adenin in der DNA entwickelt hat, wird Uracil glücklicherweise schnell von mehreren Uracil-DNA-Glykosylasen erkannt und entfernt (mehr dazu später in diesem Kapitel), und die Integrität unserer DNA-Sequenzen ist viel sicherer .

Alle DNA-Basen können sich spontan zu einem tautomeren Isomer verschieben (Amino zu Imino, Keto zu Enol usw.), obwohl das Gleichgewicht stark zu einem als dem anderen neigt. Wenn ein seltenes Tautomer auftritt, bildet es eine andere Basenpaarung als seine häufigere Strukturform: Guanine mit Thyminen und Adenine mit Cytosinen. Auch hier kann eine Mutation während der Replikation der DNA vermehrt werden.

Die DNA innerhalb einer Zelle muss auch mit reaktiven oxidativen Spezies (ROS) kämpfen, die durch die Stoffwechselprozesse der Zelle erzeugt werden. Dazu gehören Singulett-Sauerstoff, Peroxid- und Peroxid-Radikale sowie Hydroxyl-Radikale. obwohl angenommen wird, dass das Wasserstoffperoxid und die Peroxidradikale die DNA nicht direkt angreifen, sondern stattdessen Hydroxylradikale erzeugen, die dies tun. Die meisten dieser ROS werden in den Mitochondrien während der oxidativen Phosphorylierung erzeugt und treten aus, obwohl einige in Peroxisomen oder bei einigen zytosolischen Reaktionen erzeugt werden können. Je nachdem, auf welchen Teil der DNA abgezielt wird, kann ROS eine Reihe von Läsionen verursachen, einschließlich Strangbrüchen und Entfernung von Basen.

Ionisierende Strahlung (z. B. Röntgenstrahlen) und ultraviolette Strahlung können jeweils DNA-Läsionen verursachen. Ionisierende Strahlung ist oft eine Ursache für Doppelstrangbrüche der DNA. Wie später in diesem Kapitel beschrieben, führt der Reparaturprozess für Doppelstrangbrüche notwendigerweise zu einem gewissen Informationsverlust und könnte möglicherweise ein Gen ausschalten. Ultraviolette Strahlung, die auf benachbarte Thymine trifft, kann dazu führen, dass sie reagieren und ein Cyclobutyl-Thymindimer (vier Kohlenstoffe in geschlossener Schleife gebunden) bilden. Das Dimer zieht jedes Thymin zum anderen, aus der normalen Ausrichtung. Abhängig von der strukturellen Form des Dimers reicht dies aus, um die Replikationsmaschine zu blockieren und die Replikation zu stoppen. Einige Daten deuten jedoch darauf hin, dass unter bestimmten Bedingungen eine normale Basenpaarung zu Adenin möglich sein könnte, obwohl wahrscheinlich nur ein Basenpaar resultieren würde und die fehlende Base entweder zu einer zufälligen Substitution oder einer Deletion im neu synthetisierten Strang führen könnte .

Abbildung (PageIndex<17>). Ultraviolette Strahlung kann von einigen DNA absorbiert werden und verursacht gewöhnlich Pyrimidin-Cyclobutyl-Dimere, die benachbarte Nukleotidbasen verbinden.

Schließlich betrachten wir die Bildung chemischer Addukte (kovalent gebundene Gruppen) an DNA. Sie können aus einer Vielzahl von Quellen stammen, einschließlich Lipidoxidation, Zigarettenrauch und Pilzgiften. Diese Addukte heften sich auf unterschiedliche Weise an die DNA an, daher gibt es auch eine Vielzahl unterschiedlicher Wirkungen von den Addukten. Einige können sehr kleine Addukte sein - viele Umweltkarzinogene sind Alkylierungsmittel, die Methylgruppen oder andere kleine Alkylgruppen auf die DNA übertragen. Andere Addukte sind größer, binden aber auch kovalent an eine stickstoffhaltige DNA-Base. Gängige Beispiele sind Benzo(a)pyren, ein wichtiger mutagener Bestandteil des Zigarettenrauchs, und Aflatoxin B1, das von einer Vielzahl von Pilzen der Aspergillus-Familie produziert wird. Benzo(a)pyren wird in Benzo(a)pyrendiolepoxid umgewandelt, das dann die DNA angreifen kann. Wenn dies geschieht, interkaliert der At-Pyren-Ring zwischen den Basen, was zu sterischen Veränderungen führt, die zu einer lokalen Verformung der DNA und einer Unterbrechung der normalen DNA-Replikation führen.

Abbildung (PageIndex<18>). Benzo(a)pyren wird von der Zelle in eine Epoxidform umgewandelt. Das Epoxid kann ein Addukt an DNA bilden.

Aflatoxin B1 ist das primäre Aflatoxin, das von einigen Arten produziert wird (insb. flavus, parasitus) von Aspergillus, einem sehr verbreiteten Schimmelpilz, der auf gelagertem Getreide (sowie Detritus und anderem toten oder absterbenden Pflanzenmaterial) wächst. Neben der Infektion von Getreide ist es ein häufiges Problem mit gelagerten Erdnüssen. In hohen Konzentrationen ist Aflatoxin akut toxisch, aber in niedrigeren Konzentrationen hat es die heimtückische Eigenschaft, unmerklich toxisch, aber mutagen zu sein. Wie Benzo(a)pyren wird es zu einem Epoxid metabolisiert und reagiert dann mit DNA, um ein Addukt zu bilden, das die Replikation stören kann.

Abbildung (PageIndex<19>). Auch die Epoxidform von Aflatoxin bildet Addukte an DNA.

Einige Alkylierungsmittel, insbesondere N-Nitrosoverbindungen, werden im sauren Magen durch Nitrosierung von natürlich vorkommenden Nitriten aus der Nahrung (Reduktion von Nitraten) oder Umweltnitriten im Trinkwasser gebildet. Während einige Alkylierungsmittel Krebs verursachen können, werden ironischerweise andere therapeutisch als Krebsbehandlungen verwendet, z. Mitomycin, Melphalan. Die Idee, wie bei vielen Krebsbehandlungen, ist, dass solche Medikamente zwar DNA-Schäden an nicht-Krebszellen sowie an Krebszellen verursachen, aber die hohe Vermehrungsrate von Krebszellen gibt ihnen weniger Chancen zur Reparatur beschädigter DNA und somit eine größere Wahrscheinlichkeit, dass der Schaden könnte die Replikation stoppen und zum Zelltod führen.

In ähnlicher Weise binden auch quervernetzende Chemotherapeutika wie Cisplatin (ein Platinatom, das an zwei Chloridgruppen und zwei Aminogruppen gebunden ist) an DNA. Die Chloridgruppen werden zuerst durch Wasser und dann durch andere Gruppen, einschließlich Stellen auf der DNA, verdrängt. Obwohl es manchmal als Alkylierungsmittel eingestuft wird, ist es das offensichtlich nicht, aber es wirkt ähnlich. Cisplatin geht jedoch einen Schritt weiter als ein einfaches Alkylierungsmittel, da es eine andere reaktive Stelle hat und somit ein anderes Nukleotid, möglicherweise an einem anderen DNA-Strang, vernetzen (kovalent binden) kann, wodurch die DNA-Replikation stark behindert wird. Cisplatin kann auch Proteine ​​mit DNA vernetzen.

Benzo(a)pyren und Aflatoxin B1 sind selbst keine Mutagene. Sobald sie in der Zelle sind, führt der normale Stoffwechsel dieser Verbindungen zur Bildung von Diolepoxiden, die dann die DNA angreifen können. Obwohl der 7-Stickstoff (N7) von Guanin nukleophiler ist und ein Ziel für Aflatoxin ist, binden die meisten Benzo(a)pyrendiolepoxid-Addukte an den 2-Stickstoff von Guaninresten.

Es gibt bundesstaatliche Standards (20-300 Teile pro Milliarde, je nach Verwendung) für Aflatoxin in verschiedenen Formen von Tierfutter auf Getreidebasis, insbesondere auf Maisbasis, da das Toxin durch das Tier in die Milch übergehen und in der Milch verweilen kann Fleisch. Zusätzlich zu Futtermitteln gibt es Bundeshöchstwerte für Erdnüsse und Erdnussprodukte, Paranüsse, Pistazien und andere Lebensmittel (umsetzbar bei 20 ppb).

Nun, was soll eine arme Zelle tun, wenn ihre DNA ständig verwüstet wird? Wie sich herausstellt, gibt es einige sehr gute Reparaturprozesse, die ständig an der DNA arbeiten, sie auf Defekte scannen und wenn möglich reparieren. Oft sind die Reparaturen perfekt, wenn der komplementäre Strang intakt ist, manchmal müssen Mutationen eingeführt werden und schließlich gibt es Fälle, in denen eine Reparatur unmöglich ist und Apoptose ausgelöst wird, um die Zelle abzutöten und die Vermehrung der beschädigten DNA zu verhindern.


Wie werden Läsionen in der RNA korrigiert? - Biologie

Die meisten Fehler während der Replikation werden durch DNA-Polymerase während der Replikation oder durch Reparaturmechanismen nach der Replikation korrigiert.

Lernziele

Erklären Sie, wie Fehler während der Replikation repariert werden

Die zentralen Thesen

Wichtige Punkte

  • Enzyme zur Reparatur von Fehlpaarungen erkennen falsch eingebaute Basen, entfernen sie aus der DNA und ersetzen sie durch die richtigen Basen.
  • Bei der Nukleotidexzisionsreparatur entfernen Enzyme falsche Basen mit wenigen umgebenden Basen, die mit Hilfe einer DNA-Polymerase und der Template-DNA durch die richtigen Basen ersetzt werden.
  • Wenn Replikationsfehler nicht korrigiert werden, können sie zu Mutationen führen, die manchmal schwerwiegende Folgen haben können.
  • Punktmutationen, bei denen eine Base durch eine andere ersetzt wird, können still sein (keine Wirkung) oder können leichte bis schwere Wirkungen haben.
  • Mutationen können auch Insertionen (Addition einer Base), Deletion (Verlust einer Base) oder Translokation (Bewegung eines DNA-Abschnitts an eine neue Stelle auf demselben oder einem anderen Chromosom) beinhalten.

Schlüsselbegriffe

  • Reparatur von Fehlanpassungen: ein System zum Erkennen und Reparieren bestimmter Formen von DNA-Schäden und fehlerhafter Insertion, Deletion oder Fehleinbau von Basen, die während der DNA-Replikation und -Rekombination auftreten können
  • Nukleotidexzisionsreparatur: ein DNA-Reparaturmechanismus, der Schäden durch UV-Strahlung korrigiert, einschließlich Thymindimeren und 6,4-Photoprodukten, die sperrige Verzerrungen in der DNA verursachen

Fehler während der Replikation

Die DNA-Replikation ist ein sehr genauer Prozess, aber gelegentlich können Fehler auftreten, wenn eine DNA-Polymerase eine falsche Base einfügt. Nicht korrigierte Fehler können manchmal zu schwerwiegenden Folgen wie Krebs führen. Reparaturmechanismen können die Fehler korrigieren, aber in seltenen Fällen werden Fehler nicht korrigiert, was zu Mutationen führt, in anderen Fällen sind Reparaturenzyme selbst mutiert oder defekt.

Mutationen: In diesem interaktiven können Sie einen DNA-Strang “editieren” und eine Mutation verursachen. Schauen Sie sich die Effekte an!

Die meisten Fehler bei der DNA-Replikation werden umgehend von der DNA-Polymerase korrigiert, die die gerade hinzugefügte Base Korrektur liest. Beim Korrekturlesen liest der DNA-Pol die neu hinzugefügte Base, bevor die nächste hinzugefügt wird, damit eine Korrektur vorgenommen werden kann. Die Polymerase prüft, ob die neu hinzugefügte Base korrekt mit der Base im Matrizenstrang gepaart wurde. Wenn es die richtige Base ist, wird das nächste Nukleotid hinzugefügt. Wurde eine falsche Base hinzugefügt, schneidet das Enzym an der Phosphodiesterbindung und setzt das falsche Nukleotid frei. Dies wird durch die Exonuklease-Wirkung von DNA pol III durchgeführt. Sobald das falsche Nukleotid entfernt wurde, wird wieder ein neues hinzugefügt.

Korrekturlesen der DNA-Polymerase: Korrekturlesen durch DNA-Polymerase korrigiert Fehler während der Replikation.

Einige Fehler werden während der Replikation nicht korrigiert, sondern nach Abschluss der Replikation korrigiert. Diese Art der Reparatur wird als Reparatur von Fehlanpassungen bezeichnet. Die Enzyme erkennen das falsch hinzugefügte Nukleotid und schneiden es heraus, das dann durch die richtige Base ersetzt wird. Bleibt dies unkorrigiert, kann dies zu dauerhafteren Schäden führen. Wie erkennen Mismatch-Repair-Enzyme, welche der beiden Basen die falsche ist? In E coli, nach der Replikation erhält die stickstoffhaltige Base Adenin eine Methylgruppe, der elterliche DNA-Strang hat Methylgruppen, während sie dem neu synthetisierten Strang fehlen. Somit ist die DNA-Polymerase in der Lage, die falsch eingebauten Basen aus dem neu synthetisierten, nicht methylierten Strang zu entfernen. Bei Eukaryoten ist der Mechanismus nicht sehr gut verstanden, aber es wird angenommen, dass er die Erkennung von unversiegelten Kerben im neuen Strang sowie eine kurzfristige fortgesetzte Assoziation einiger der Replikationsproteine ​​mit dem neuen Tochterstrang nach erfolgter Replikation beinhaltet vollendet.

Reparatur von Nichtübereinstimmungen: Bei der Mismatch-Reparatur wird die falsch hinzugefügte Base nach der Replikation erkannt. Die Mismatch-Repair-Proteine ​​erkennen diese Base und entfernen sie durch Nuklease-Aktion aus dem neu synthetisierten Strang. Die Lücke wird nun mit der korrekt gepaarten Base gefüllt.

Bei einem anderen Reparaturmechanismus, der Nukleotidexzisionsreparatur, ersetzen Enzyme falsche Basen, indem sie sowohl am 3′ als auch am 5′ Ende der falschen Base einen Schnitt vornehmen. Das DNA-Segment wird entfernt und durch die Wirkung von DNA pol durch die korrekt gepaarten Nukleotide ersetzt. Nach dem Auffüllen der Basen wird die verbleibende Lücke mit einer durch DNA-Ligase katalysierten Phosphodiesterbindung verschlossen. Dieser Reparaturmechanismus wird häufig verwendet, wenn UV-Exposition die Bildung von Pyrimidin-Dimeren verursacht.

DNA-Ligase I repariert Chromosomenschäden: DNA-Schäden aufgrund von Umweltfaktoren und normalen Stoffwechselprozessen innerhalb der Zelle treten mit einer Rate von 1.000 bis 1.000.000 molekularen Läsionen pro Zelle und Tag auf. Ein spezielles Enzym, DNA-Ligase (hier in Farbe dargestellt), umkreist die Doppelhelix, um einen gebrochenen DNA-Strang zu reparieren. DNA-Ligase ist für die Reparatur der Millionen DNA-Brüche verantwortlich, die im normalen Lebensverlauf einer Zelle entstehen. Ohne Moleküle, die solche Brüche reparieren können, können Zellen versagen, sterben oder krebsartig werden. DNA-Ligasen katalysieren den entscheidenden Schritt des Verbindens von Brüchen in der Duplex-DNA während der DNA-Reparatur, -Replikation und -Rekombination und benötigen entweder Adenosintriphosphat (ATP) oder Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) als Cofaktor.

Nukleotidexzisionsreparaturen: Nukleotid-Exzision repariert Thymin-Dimere. Nebeneinander liegende Thymine können bei UV-Bestrahlung Thymindimere bilden. In normalen Zellen werden sie herausgeschnitten und ersetzt.

DNA-Schäden und Mutationen

Fehler bei der DNA-Replikation sind nicht der einzige Grund, warum Mutationen in der DNA entstehen. Mutationen, Variationen in der Nukleotidsequenz eines Genoms, können auch aufgrund von DNA-Schäden auftreten. Solche Mutationen können von zwei Arten sein: induziert oder spontan. Induzierte Mutationen sind solche, die aus einer Exposition gegenüber Chemikalien, UV-Strahlen, Röntgenstrahlen oder anderen Umwelteinflüssen resultieren. Spontane Mutationen treten ohne Exposition gegenüber Umwelteinflüssen auf und sind das Ergebnis natürlicher Reaktionen im Körper.

Mutationen können vielfältige Auswirkungen haben. Einige Mutationen werden nicht exprimiert, diese werden als stille Mutationen bezeichnet. Punktmutationen sind solche Mutationen, die ein einzelnes Basenpaar betreffen. Die häufigsten Nukleotidmutationen sind Substitutionen, bei denen eine Base durch eine andere ersetzt wird. Diese können von zwei Arten sein: Übergänge oder Transversionen. Übergangssubstitution bezieht sich auf ein Purin oder Pyrimidin, das durch eine Base der gleichen Art ersetzt wird, beispielsweise kann ein Purin wie Adenin durch das Purin Guanin ersetzt werden. Transversionssubstitution bezieht sich auf das Ersetzen eines Purins durch ein Pyrimidin oder umgekehrt, beispielsweise wird Cytosin, ein Pyrimidin, durch Adenin, ein Purin, ersetzt. Mutationen können auch das Ergebnis des Hinzufügens einer Base, bekannt als Insertion, oder das Entfernen einer Base, bekannt als Deletion, sein. Manchmal kann ein DNA-Stück von einem Chromosom auf ein anderes Chromosom oder in eine andere Region desselben Chromosoms verlagert werden.


RNA bindet sich selbst in Knoten und löst sich dann in einem faszinierenden Video

Auffällige neue Videos zeigen, wie sich RNA – das genetische Molekül, das den Zellen sagt, wie sie Proteine ​​​​bilden sollen – sich bei ihrer Bildung in wahnsinnigen Knoten verheddert, nur um sich in letzter Sekunde zu entwirren, und zwar auf eine Weise, die die Wissenschaftler überraschte.

Die hochauflösenden Videos zeigen eine hüpfende Conga-Linie von Nukleotiden, die Bausteine ​​von RNA Wenn der einzelne RNA-Strang länger wird, tanzen und verdrehen sich diese Nukleotide in verschiedene dreidimensionale Formen, wobei sie zuerst in eine Konformation und dann in eine andere wackeln. Nach dem vollständigen Zusammenbau nimmt die RNA ihre endgültige Form an, die bestimmt, wie sie mit anderen Molekülen und Proteinen in der Zelle interagieren kann.

Unterwegs kann sich die RNA jedoch in "Knoten" verfangen, die gelöst werden müssen, damit diese endgültige Form entsteht.

„Die RNA muss also raus“, sagt Studienautor Julius Lucks, außerordentlicher Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen und Mitglied des Center for Synthetic Biology an der Northwestern University. Die RNA wird nicht richtig funktionieren, wenn sie im falschen Knoten gefangen bleibt, was bedeutet, dass ein Knoten seine endgültige Form behindert, sagte er. "Überraschend war, wie es aus dieser Falle herausgekommen ist. … Das wurde erst entdeckt, als wir die hochauflösenden Videos hatten."

In der neuen Studie, die am 15. Januar in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Molekulare Zelle, Lucks und seine Kollegen erstellten ihre Videos von RNA mit experimentellen Daten und einem Computeralgorithmus. Ziel war es, die Entstehung von RNA näher zu untersuchen, um sowohl die grundlegende Zellbiologie besser zu verstehen als auch den Weg für bessere Behandlungen von RNA-bedingten Krankheiten zu ebnen.

In den Experimenten verwendete das Team eine bestimmte Art von RNA namens Signal Recognition Particle (SNP) RNA, ein evolutionär altes Molekül, das in allen Reichen des Lebens vorkommt. Sie nutzten diese RNA als Modell, da sie in vielen Zellarten eine grundlegende Funktion erfüllt.

Vergrößern wie Zellen Um diese RNA aufzubauen, benutzte das Team Chemikalien, um den Bauprozess zu unterbrechen. Als der RNA neue Nukleotide hinzugefügt wurden, machten die Forscher eine Pause und zeichneten dann auf, wie diese Nukleotide mit anderen bereits in der Aufstellung interagierten und welche Formen sie alle zusammen bildeten. Durch die Erfassung der Daten vieler einzelner RNA-Moleküle entwickelte das Team Momentaufnahmen davon, wie sich RNA im Allgemeinen im Laufe der Zeit selbst aufbaut.

Diese Schnappschüsse dienten als Einzelbilder in ihren endgültigen Videos zur RNA-Bildung. Hier kam das Computermodell ins Spiel. Der Algorithmus hat die einzelnen Frames im Wesentlichen zu Mini-Filmen zusammengefügt und die Lücken zwischen den Frames mit den wahrscheinlichsten Nukleotid-Wechselwirkungen gefüllt. In diesen Videos bemerkte das Team, wie sich die RNA in komplexe Knoten verwickelte, die, wenn sie gebunden blieben, das gesamte Molekül nutzlos machen würden.

"Es faltet sich in diesen Fallenzustand und es bleibt dort", sagte Lucks. SNP-RNA soll sich in einer charakteristischen "haarnadelartigen" Form bilden, und diese Fallen scheinen im Weg zu sein. Aber wenn mehr Nukleotide zur Sequenz hinzugefügt werden, stürzen die neuen Nukleotide ein, um den Knoten zu lösen, indem sie die darin verhedderten Nukleotide verdrängen.

"Dieses letzte kleine Nukleotid ist wie ein Auslöser", der es der gesamten RNA ermöglicht, in die richtige Konformation zu gelangen, sagte Lucks. Denken Sie an die letzte Falte in einem Origami-Projekt, die ein zerknittertes Blatt Papier plötzlich in einen schönen Schmetterling verwandelt. In den Videos verknoten sich die dunkelviolett hervorgehobenen Nukleotide, und die dunkelrosa Nukleotide helfen, sie zu befreien, bemerkte Lucks.

Zu lernen, wie sich RNA ver- und entwirrt, ist der Schlüssel zum Verständnis, wie Zellen funktionieren und wie Proteine ​​gebildet werden. Die Forschung kann auch dazu beitragen, Krankheiten zu bekämpfen, bei denen RNA nicht richtig funktioniert oder sich ein bestimmtes Protein nicht bilden kann, wie spinale Muskelatrophieund Infektionskrankheiten wie z COVID-19 die durch RNA-Viren verursacht werden, laut Aussage.

Eine große Frage ist, ob sich die RNA größtenteils aus diesen Knoten entwirren kann oder ob sie manchmal Hilfsproteine ​​braucht, um den Prozess zu erleichtern. Es ist möglich, dass einige Proteine ​​als sogenannte "RNA-Chaperone" fungieren und dazu beitragen, das Molekül in seine endgültige Form zu bringen, sagte Lucks. Er fügte hinzu, dass es sich möglicherweise um eine Kombination aus beidem handeln könnte, obwohl dies zu diesem Zeitpunkt spekulativ ist.


Was sind die Unterschiede zwischen DNA-Nukleotiden und RNA-Nukleotiden?

Wie werden die in der Basensequenz der DNA gespeicherten Informationen verwendet, um die Eigenschaften einer Zelle zu bestimmen?

Wie tragen komplementäre Basenpaare zur intramolekularen Basenpaarung innerhalb eines RNA-Moleküls bei?

Wenn eine Antisense-RNA die Sequenz 5ʹAUUCGAAUGC3ʹ hat, an welche Sequenz der mRNA wird sie dann binden? Achten Sie darauf, die 5ʹ und 3ʹ Enden des Moleküls zu beschriften, das Sie zeichnen.

Warum stimuliert doppelsträngige RNA (dsRNA) die RNA-Interferenz?


Symptome und Ursachen

Was verursacht die Entwicklung von Hirnläsionen?

Hirnläsionen können durch viele verschiedene Auslöser verursacht werden. Die folgenden Faktoren erhöhen das Risiko einer Person, Hirnläsionen zu bekommen:

  • Altern
  • Familiengeschichte von Hirnläsionen. Das Risiko steigt, wenn jemand anderes in der Familie die Krankheit hatte.
  • Gefäßerkrankungen, wie Schlaganfall, Bluthochdruck und Hirnarterienaneurysmen
  • Trauma für das Gehirn, was zu inneren Blutungen führen kann. Wird sie nicht behoben, kann dies zum Tod führen.
  • Infektionen, schädliche Keime oder Bakterien im Gehirn. Diese können Krankheiten wie Meningitis und Enzephalitis (beide Arten von Schwellungen (Entzündungen) des Gehirns) verursachen.
  • Tumore die entweder im Gehirn beginnen (Primärtumore) oder dorthin gelangen (metastasiert) über Blut- oder Lymphgefäße
  • Autoimmunerkrankungen, wie Lupus und Multiple Sklerose. Diese entstehen, wenn die körpereigenen Antikörper beginnen, körpereigenes Gewebe anzugreifen, beispielsweise das Gewebe im Gehirn.
  • Plaketten, oder übermäßige Ansammlung von abnormalen Proteinen im Hirngewebe oder in den Blutgefäßen, die die Blutversorgung des Gehirns verlangsamen, wie bei verstopften Arterien beobachtet. Die Alzheimer-Krankheit, eine Erkrankung, die das Gedächtnis, das Denken und das Verhalten einer Person beeinträchtigt, entwickelt sich aufgrund von Plaques im Gehirngewebe. Multiple Sklerose kann auch durch geschädigtes Gewebe zu Plaques im Gehirn führen.
  • Exposition gegenüber Strahlung oder bestimmten Chemikalien die die Wahrscheinlichkeit von Tumoren und Läsionen im Gehirn erhöhen
  • Giftstoffe, wie übermäßige Mengen von Alkohol oder Zigarettenrauch, im Körper. Andere toxische Substanzen sind erhöhte Konzentrationen von Ammoniak und Harnstoff im Körper aufgrund von Nierenproblemen (kann die Gehirnfunktion beeinträchtigen, aber möglicherweise keine diskreten Hirnläsionen zeigen).
  • Schlechte Ernährung, insbesondere das Essen von Nahrungsmitteln mit überschüssigem Fett und Cholesterin

Welche Krankheiten verursachen Hirnschädigungen?

    , Gefäßverletzung oder gestörte Blutversorgung des Gehirns ist vielleicht die Hauptursache für Läsionen im Gehirn. , ist eine Krankheit, bei der Hirnläsionen an mehreren Stellen des Gehirns lokalisiert sind. MS-Kranke haben erhebliche Probleme mit motorischen und sensorischen Funktionen. , eine Autoimmunerkrankung, betrifft fast alle Systeme des Körpers von der Haut über das Herz, die Leber, die Muskeln bis zum Gehirn. Hirnläsionen sind typischerweise ein Symptom dieser Krankheit.
  • Tumore sind auch eine Ursache für Gehirnläsionen und abnormales Wachstum von Gehirnzellen.

Was sind die Symptome von Hirnläsionen?

Die Symptome von Hirnläsionen variieren je nach Art der Läsion, ihrem Ausmaß und ihrem Fundort. Jeder ist anders und die Symptome können im Einzelfall variieren. Viele Läsionen können sich jedoch in Bereichen des Gehirns befinden, die keine Symptome hervorrufen.

Typische Symptome können sein:

  • Kopfschmerzen sind normalerweise das erste Symptom, das bei Hirnläsionen auftritt. Der Schmerz tritt plötzlich auf und verschlimmert sich mit der Zeit. Rezeptfreie Medikamente bieten in der Regel keine Linderung der Schmerzen. und mögliches Erbrechen
  • Bewegungseinschränkung, wenn die Läsion den für die Motorik zuständigen Teil des Gehirns betrifft
  • Mangelnde Konzentration, Unfähigkeit, schnelle Entscheidungen zu treffen, und Aufregung
  • Sprachverzögerung, verschwommenes Sehen und Hörstörungen
  • Unwillkürliche Bewegungen von Körperteilen, die in schweren Fällen zu Krämpfen führen können

Die folgenden Symptome sind spezifisch für Läsionen des Frontallappens:

  • Fehlen des Geruchssinns, normalerweise auf ein Nasenloch beschränkt
  • Sprachbehinderung
  • Verlust der motorischen Aktivität auf einer oder beiden Körperseiten
  • Verhaltensänderungen

Die folgenden Symptome sind spezifisch für Läsionen des Temporallappens:

  • Eine Verhaltens- und Gefühlsänderung
  • Störung des Geruchs-, Geschmacks- und Hörsinns
  • Sprach- und Sprachstörungen
  • Probleme mit dem Sichtfeld
  • Vergesslichkeit und Konzentrationsschwäche

Die folgenden Symptome sind spezifisch für Läsionen des Parietallappens:

  • Verlust von Empfindungen wie Berührung
  • Astereognose oder die Unfähigkeit, Dinge zu identifizieren, die in die Hand gelegt werden
  • Schwächung der Sprachentwicklung

Die folgenden Symptome sind spezifisch für Läsionen des Okzipitallappens:


15.4 RNA-Prozessierung in Eukaryoten

In diesem Abschnitt gehen Sie den folgenden Fragen nach:

  • Was sind die Schritte bei der eukaryotischen Transkription?
  • Was sind die strukturellen und funktionellen Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den drei RNA-Polymerasen?

Anschluss für AP ® Kurse

Wissenschaftler entdeckten einen mRNA-Strang, der in eine Aminosäuresequenz (Polypeptid) übersetzt wurde, die kürzer ist als das aus der DNA transkribierte mRNA-Molekül. Bevor die Information in eukaryotischer mRNA in Protein übersetzt wird, wird sie auf verschiedene Weise modifiziert oder bearbeitet. Eine 5'-Methylguanosin-(oder GTP-)Kappe und ein 3'-Poly-A-Schwanz werden hinzugefügt, um reife mRNA vor Abbau zu schützen und ihren Export aus dem Zellkern zu ermöglichen. Prä-mRNAs unterliegen auch einem Spleißen, bei dem Introns entfernt und Exons wieder verbunden werden. Exons können in verschiedenen Sequenzen wieder verbunden werden, ein Phänomen, das als alternatives Gen-Spleißen bezeichnet wird und es einem einzelnen eukaryotischen Gen ermöglicht, für verschiedene Proteine ​​zu kodieren. (Wir werden die Bedeutung des alternativen Genspleißens in anderen Kapiteln genauer untersuchen.)

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen die Konzepte, die in Big Idea 3 des AP ® Biology Curriculum Framework skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten Lernziele bieten eine transparente Grundlage für den AP ® Biologiekurs, eine forschungsbasierte Laborerfahrung, Unterrichtsaktivitäten und AP ® Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben Wissenschaftspraktiken.

Große Idee 3 Lebende Systeme speichern, rufen, übertragen und reagieren auf Informationen, die für Lebensprozesse unerlässlich sind.
Beständiges Verständnis 3.A Vererbbare Informationen sorgen für Kontinuität des Lebens.
Grundlegendes Wissen 3.A.1 DNA und in einigen Fällen RNA ist die primäre Quelle vererbbarer Informationen.
Wissenschaftliche Praxis 6.5 Der Student kann alternative wissenschaftliche Erklärungen bewerten.
Lernziel 3.1 Der Student ist in der Lage, wissenschaftliche Erklärungen zu konstruieren, die die Strukturen und Mechanismen von DNA und RNA nutzen, um die Behauptung zu untermauern, dass DNA und in einigen Fällen RNA die primären Quellen vererbbarer Informationen sind.

Lehrerunterstützung

Lassen Sie die Schüler in Gruppen von 4 bis 5 Personen arbeiten und bitten Sie sie, Modelle von RNA-Molekülen herzustellen, die verarbeitet werden. Stellen Sie Schere, Kleber, große weiße Papierbögen und farbiges Tonpapier bereit, um die Komponenten der RNA-Moleküle, Exons und Introns und die anderen Moleküle wie Transkriptionsfaktoren und Enzyme, die mit dem Prozess verbunden sind, zu unterscheiden. Betonen Sie die Bedeutung der Reihenfolge der Schritte. Bitten Sie die Schüler anzugeben, ob diese Schritte im Zellkern oder im Zytoplasma erfolgen.

Fragen Sie die Schüler, welche mRNAs sie als stabil erwarten würden und welche mRNAs kurze Halbwertszeiten haben sollten. Proteine, die Wachstum und Zellzyklen kontrollieren, werden mit kurzlebigen RNAs in Verbindung gebracht. Die Globin-mRNAs, die die Proteinteile des Hämoglobins kodieren, sind ungewöhnlich stabil. Die Synthese von Globin wird in den roten Blutkörperchen fortgesetzt, ohne dass der Zellkern vorhanden ist.

Erklären Sie, dass Introns und Exons in Anzahl und Länge variieren. Erwähnen Sie, dass nicht alle Exons im endgültigen Polypeptid enthalten sind und dass es alternatives Spleißen gibt, das es den Zellen ermöglicht, unter Verwendung desselben Gens verschiedene Proteine ​​zu produzieren.

Nach der Transkription müssen eukaryotische Prä-mRNAs mehrere Verarbeitungsschritte durchlaufen, bevor sie translatiert werden können. Auch eukaryotische (und prokaryotische) tRNAs und rRNAs werden prozessiert, bevor sie als Komponenten in der Proteinsynthesemaschinerie fungieren können.

MRNA-Verarbeitung

Die eukaryotische Prä-mRNA durchläuft eine umfangreiche Verarbeitung, bevor sie translatiert werden kann. Die zusätzlichen Schritte der eukaryotischen mRNA-Reifung erzeugen ein Molekül mit einer viel längeren Halbwertszeit als eine prokaryontische mRNA. Eukaryotische mRNAs halten mehrere Stunden, während die typischen E coli mRNA dauert nicht länger als fünf Sekunden.

Prä-mRNAs werden zunächst mit RNA-stabilisierenden Proteinen umhüllt, die die Prä-mRNA vor Abbau schützen, während sie verarbeitet und aus dem Zellkern exportiert wird. Die drei wichtigsten Schritte der Prä-mRNA-Prozessierung sind das Hinzufügen von stabilisierenden und signalgebenden Faktoren an den 5'- und 3'-Enden des Moleküls und das Entfernen von dazwischenliegenden Sequenzen, die die entsprechenden Aminosäuren nicht angeben. In seltenen Fällen kann das mRNA-Transkript nach der Transkription „bearbeitet“ werden.

Evolution-Verbindung

RNA-Editierung in Trypanosomen

Die Trypanosomen sind eine Gruppe von Protozoen, zu denen der Erreger gehört Trypanosoma brucei, die beim Menschen die Schlafkrankheit verursacht (Abbildung 15.13). Trypanosomen und praktisch alle anderen Eukaryoten haben Organellen, die Mitochondrien genannt werden, die die Zelle mit chemischer Energie versorgen. Mitochondrien sind Organellen, die ihre eigene DNA exprimieren und von denen angenommen wird, dass sie die Überreste einer symbiotischen Beziehung zwischen einem Eukaryonten und einem verschlungenen Prokaryonten sind. Die mitochondriale DNA von Trypanosomen stellt eine interessante Ausnahme von The Central Dogma dar: Ihre Prä-mRNAs haben nicht die richtigen Informationen, um ein funktionelles Protein zu spezifizieren. Dies liegt in der Regel daran, dass der mRNA mehrere U-Nukleotide fehlen. Um dies zu beheben, führt die Zelle einen zusätzlichen RNA-Verarbeitungsschritt namens RNA-Editierung durch.

Andere Gene im mitochondrialen Genom kodieren für 40 bis 80 Nukleotide lange Leit-RNAs. Eines oder mehrere dieser Moleküle wechselwirken durch komplementäre Basenpaarung mit einigen der Nukleotide im prä-mRNA-Transkript. Die Leit-RNA hat jedoch mehr A-Nukleotide als die Prä-mRNA U-Nukleotide zum Binden hat. In diesen Regionen schleift die Leit-RNA aus. Die 3'-Enden von Guide-RNAs haben einen langen Poly-U-Schwanz, und diese U-Basen werden in Regionen des Prä-mRNA-Transkripts eingefügt, an denen die Guide-RNAs eine Schleife bilden. Dieser Prozess wird vollständig durch RNA-Moleküle vermittelt. Das heißt, Leit-RNAs – und nicht Proteine ​​– dienen als Katalysatoren bei der RNA-Bearbeitung.

RNA-Editing ist nicht nur ein Phänomen von Trypanosomen. In den Mitochondrien einiger Pflanzen werden fast alle Prä-mRNAs editiert. RNA-Editierung wurde auch bei Säugetieren wie Ratten, Kaninchen und sogar Menschen identifiziert. Was könnte der evolutionäre Grund für diesen zusätzlichen Schritt in der Prä-mRNA-Verarbeitung sein? Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Mitochondrien, die Überreste alter Prokaryonten sind, eine ebenso alte RNA-basierte Methode zur Regulierung der Genexpression haben. Um diese Hypothese zu untermauern, unterscheiden sich Änderungen an prä-mRNAs je nach zellulären Bedingungen. Obwohl spekulativ, könnte der Prozess der RNA-Editierung ein Überbleibsel aus einer Urzeit sein, als RNA-Moleküle anstelle von Proteinen für die Katalyse von Reaktionen verantwortlich waren.

  1. Die mRNA-Editierung ändert die kodierende Sequenz der mRNA, die mRNA-Prozessierung jedoch nicht.
  2. Die mRNA-Editierung spleißt nichtkodierende RNA heraus, die mRNA-Prozessierung jedoch nicht.
  3. Die mRNA-Bearbeitung fügt der mRNA eine Kappe von 5’-Methylguanosin hinzu, die mRNA-Verarbeitung jedoch nicht.
  4. Die mRNA-Bearbeitung fügt einen 3’-Poly-A-Schwanz hinzu, die mRNA-Verarbeitung jedoch nicht.

5' Kappen

Während die Prä-mRNA noch synthetisiert wird, wird eine 7-Methylguanosin-Kappe über eine Phosphatbindung an das 5'-Ende des wachsenden Transkripts angefügt. Diese Einheit (funktionelle Gruppe) schützt die entstehende mRNA vor Abbau. Darüber hinaus erkennen Faktoren, die an der Proteinsynthese beteiligt sind, die Kappe, um die Translation durch Ribosomen zu initiieren.

3' Poly-A Schwanz

Sobald die Elongation abgeschlossen ist, wird die Prä-mRNA durch eine Endonuklease zwischen einer AAUAAA-Konsensussequenz und einer GU-reichen Sequenz gespalten, wobei die AAUAAA-Sequenz auf der Prä-mRNA verbleibt. Ein Enzym namens Poly-A-Polymerase fügt dann eine Kette von ungefähr 200 A-Resten hinzu, die als Poly-A-Schwanz bezeichnet wird. Diese Modifikation schützt die prä-mRNA weiter vor Abbau und signalisiert den Export der zellulären Faktoren, die das Transkript benötigt, in das Zytoplasma.

Prä-mRNA-Spleißen

Eukaryotische Gene bestehen aus Exons, die proteinkodierenden Sequenzen entsprechen (Ex-on bedeutet, dass sie Exgedrückt) und intervening Sequenzen genannt Introns (int-ron bezeichnet ihre intdienende Rolle), die an der Genregulation beteiligt sein können, aber während der Verarbeitung aus der prä-mRNA entfernt werden. Intronsequenzen in mRNA kodieren keine funktionellen Proteine.

Die Entdeckung von Introns kam in den 1970er Jahren für Forscher überraschend, die erwarteten, dass Prä-mRNAs Proteinsequenzen ohne weitere Verarbeitung spezifizieren würden, wie sie es bei Prokaryonten beobachtet hatten. Die Gene höherer Eukaryoten enthalten sehr oft ein oder mehrere Introns. Diese Regionen können regulatorischen Sequenzen entsprechen, jedoch ist die biologische Bedeutung von vielen Introns oder sehr langen Introns in einem Gen unklar. Es ist möglich, dass Introns die Genexpression verlangsamen, weil es länger dauert, prä-mRNAs mit vielen Introns zu transkribieren. Alternativ können Introns nicht-funktionelle Sequenzreste sein, die während der Evolution von der Fusion alter Gene übrig geblieben sind. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass separate Exons oft separate Proteinuntereinheiten oder -domänen kodieren. Größtenteils können die Sequenzen von Introns mutiert werden, ohne dass das Proteinprodukt letztendlich beeinflusst wird.

Alle Introns einer prä-mRNA müssen vor der Proteinsynthese vollständig und präzise entfernt werden. Wenn der Prozess auch nur um ein einziges Nukleotid fehlschlägt, würde sich der Leserahmen der wieder zusammengefügten Exons verschieben und das resultierende Protein wäre dysfunktional. Der Vorgang des Entfernens von Introns und des Wiederverbindens von Exons wird als Spleißen bezeichnet (Abbildung 15.14). Introns werden entfernt und abgebaut, während sich die Prä-mRNA noch im Kern befindet. Das Spleißen erfolgt durch einen sequenzspezifischen Mechanismus, der sicherstellt, dass Introns entfernt und Exons wieder mit der Genauigkeit und Präzision eines einzelnen Nukleotids verbunden werden. Das Spleißen von Prä-mRNAs wird durch Komplexe von Proteinen und RNA-Molekülen durchgeführt, die als Spleißosomen bezeichnet werden.

Visuelle Verbindung

  1. Mutationen in der Spleißosom-Erkennungssequenz an jedem Ende eines Introns oder in den Proteinen und RNAs, die das Spleißosom bilden, können auftreten. Mutationen können auch neue Spleißosom-Erkennungsstellen hinzufügen.
  2. Mutationen in der Spleißosom-Erkennungssequenz an jedem Ende eines Exons oder in den Proteinen und RNAs, aus denen das Spleißosom besteht, können auftreten. Mutationen können auch neue Spleißosom-Erkennungsstellen hinzufügen.
  3. Mutationen in der Spleißosom-Erkennungssequenz an jedem Ende eines Introns oder in den Proteinen und RNAs, die das Spleißosom bilden, können auftreten. Mutationen können auch vorhandene Spleißosom-Erkennungsstellen löschen.
  4. Mutationen an jedem Ende von Intron und Exon oder in den Proteinen und RNAs, aus denen das Spleißosom besteht, können auftreten. Mutationen können auch neue Spleißosom-Erkennungsstellen hinzufügen und vorhandene Stellen löschen.

Beachten Sie, dass mehr als 70 einzelne Introns vorhanden sein können und jedes den Prozess des Spleißens durchlaufen muss – zusätzlich zum 5'-Capping und dem Hinzufügen eines Poly-A-Schwanzes – nur um ein einzelnes, translatierbares mRNA-Molekül zu erzeugen.

Link zum Lernen

Sehen Sie auf dieser Website, wie Introns beim RNA-Spleißen entfernt werden.

  1. Helferproteine ​​heften sich an die Enden von Introns, so dass sie beim RNA-Spleißen herausgespleißt werden können und kodierte Bereiche werden zusammengespleißt, um mRNA zu bilden, die dann für das endgültige Protein kodiert.
  2. Helper proteins attach themselves to the ends of exons so that they can be spliced out during RNA splicing and coded areas are spliced together to form mRNA which encodes the final protein.
  3. Helper proteins attach themselves to mRNA in order to remove the non-coded areas and thus form the pre-mRNA which codes for the final protein.
  4. Helper proteins help the pre-mRNA to recruit various other components which splice out the non-coded regions and form mRNA which codes for the final protein.

Verarbeitung von tRNAs und rRNAs

Die tRNAs und rRNAs sind Strukturmoleküle, die bei der Proteinsynthese eine Rolle spielen, jedoch werden diese RNAs selbst nicht translatiert. Prä-rRNAs werden transkribiert, prozessiert und im Nukleolus zu Ribosomen zusammengesetzt. Prä-tRNAs werden im Zellkern transkribiert und prozessiert und dann in das Zytoplasma freigesetzt, wo sie für die Proteinsynthese an freie Aminosäuren gebunden werden.

Die meisten tRNAs und rRNAs in Eukaryoten und Prokaryoten werden zuerst als langes Vorläufermolekül transkribiert, das mehrere rRNAs oder tRNAs umfasst. Enzyme spalten dann die Vorläufer in Untereinheiten, die jeder strukturellen RNA entsprechen. Einige der Basen von prä-rRNAs sind methyliert, d. h. a –CH3 Gruppierung (funktionelle Methylgruppe) wird zur Stabilität hinzugefügt. Prä-tRNA-Moleküle unterliegen auch einer Methylierung. Wie bei Prä-mRNAs erfolgt die Exzision von Untereinheiten in eukaryontischen Prä-RNAs, die dazu bestimmt sind, tRNAs oder rRNAs zu werden.

Reife rRNAs machen etwa 50 Prozent jedes Ribosoms aus. Einige der RNA-Moleküle eines Ribosoms sind rein strukturell, während andere katalytische oder bindende Aktivitäten haben. Mature tRNAs take on a three-dimensional structure through intramolecular hydrogen bonding to position the amino acid binding site at one end and the anticodon at the other end (Figure 15.15). Das Anticodon ist eine aus drei Nukleotiden bestehende Sequenz in einer tRNA, die durch komplementäre Basenpaarung mit einem mRNA-Codon interagiert.

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    • Autoren: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Publisher/website: OpenStax
    • Buchtitel: Biologie für AP®-Kurse
    • Erscheinungsdatum: 8. März 2018
    • Ort: Houston, Texas
    • Buch-URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/15-4-rna-processing-in-eukaryotes

    © Jan 12, 2021 OpenStax. Textbook content produced by OpenStax is licensed under a Creative Commons Attribution License 4.0 license. Der OpenStax-Name, das OpenStax-Logo, die OpenStax-Buchcover, der OpenStax CNX-Name und das OpenStax CNX-Logo unterliegen nicht der Creative Commons-Lizenz und dürfen ohne vorherige und ausdrückliche schriftliche Zustimmung der Rice University nicht reproduziert werden.


    RNA Processing and the Human Genome

    The fact that most human genes are composed of many exons has some important consequences for the expression of genetic information. First, we now know that many genes are spliced in more than one way, a phenomenon known as alternative splicing. For example, some types of cells might leave out an exon from the final mRNA that is left in by other types of cells, giving it a slightly different function. This means that a single gene can code for more than one protein. Some complicated genes appear to be spliced to give hundreds of alternative forms. Alternative splicing, therefore, can increase the coding capacity of the genome without increasing the number of genes.

    A second consequence of the exon/intron gene structure is that many human gene mutations affect the splicing pattern of that gene. For example, a mutation in the sequence at an intron/exon junction that is recognized by the spliceosome can cause the junction to be ignored. This causes splicing to occur to the next exon in line, leaving out the exon next to the mutation. This is called exon skipping and it usually results in an mRNA that codes for a nonfunctional protein. Exon skipping and other errors in splicing are seen in many human genetic diseases.

    siehe auch Alternative Splicing Nucleotide Nucleus Ribosome RNA RNA Polymerases.

    Richard A. Padgett

    Literaturverzeichnis

    Lewin, Benjamin. Genes VII. Oxford, U.K.: Oxford University Press, 2000.

    Lodish, Harvey, et al. Molecular Cell Biology, 4th ed. New York: W. H. Freeman, 2000.


    Nucleic acid structure

    Nucleic acids are long chains (polymers) created by the joining of monomers, which are the nucleotides. Nucleotides are therefore the building blocks of a nucleic acid. They are small molecules composed of 3 subunits: a nitrogenous base, a five carbon sugar and a phosphate group.

    The nitrogenous base is the part of the nucleotide that dictates the specificity of the sequence. The sugar in DNA is called deoxyribose (the clue is in the name, deoxyribonucleic acid). The sugar of RNA is called ribose (hence ribonucleic acid), an unmodified version of this sugar. The sugar occupies a central position, with the nitrogenous base attached to its first carbon (1′) and the phosphate group attached to its fifth carbon (5′)


    Short Notes on Aminoacylation of tRNA | Cell Biology

    Transfer RNA molecules play a key role in the process by deli­vering amino acids to the ribosome in an order specified by the mRNA sequence this ensures that the amino acids are joined together in the correct order. Cells usually contain many species of tRNA, each of which binds specifically to one of the 20 amino acids.

    Consequently, there may be more than one tRNA for each amino acid. Transfer RNAs that bind the same amino acid are called iso-acceptors.

    Before translation begins, amino acids become covalently linked to their tRNAs which then recognize codons in the mRNA specifying that amino acid. The attach­ment of an amino acid to its tRNA is called amino acylation or charging. The amino acid is covalently attached to the end of the acceptor arm of the tRNA which always ends with the base sequence 5′ CCA 3′.

    A bond forms between the carboxyl group of the amino acid and the 3′-hydroxyl of the terminal adenine of the accep­tor arm. Charging is catalyzed by enzymes called aminoacyi tRNA synthetizes in a reaction requir­ing the hydrolysis of ATP. A separate enzyme exists for each amino acid and each enzyme can charge all the iso-acceptors tRNAs for that amino acid.

    The aminoacyi tRNA synthetase recognizes both the appropriate amino acid and the corre­sponding tRNA.

    When the correct amino acid has been attached to the tRNA, it recognizes the codon for that amino acid in the mRNA allowing it to place the amino acid in the correct position, as speci­fied by the sequence of the mRNA. This ensures that the amino acid sequence encoded by the mRNA is translated faithfully.

    Codon recognition takes place via the anticodon loop of the tRNA and specifically by three nucleotides in the loop known as the anticodon which binds to the codon by complementary base-paring.

    The entire codon – anticodon fitting is comparable to recognition of a 3-pin plug with the socketed base. Both the pin and the socket are highly spe­cific. The four bases present in DNA can com­bine as 64 codons. Three codons act as signals for translation to stop and the remaining 61 encode the 20 amino acids present in proteins. Consequently, most amino acids are represented by more than one codon.

    Activation of Amino Acid and Attachment with tRNA:

    Amino acid in cytoplasm occurs in inactive state. They are activated by gaining energy which comes from ATP. The reaction is brought about by the binding of amino acid with ATR. The step is mediated by specific activating enzyme known as aminoacyi RNA synthetase.

    A high energy acyl bond is formed between the a-phosphate of ATP and the carboxyl group of amino acid with the formation of aminoacyi adenylate. The β and γ phosphates of ATP break away as inorganic pyrophosphate.

    The activated amino acid is transferred to its specific t-RNA. A high energy ester bond is formed between the carboxyl group of the amino acid and the 3′-hydroxyl group of the terminal adenosine of tRNA. The aminoacyi AMP-enzyme complex reacts with the specific tRNA to form an aminoacyl-tRNA complex.


    Schau das Video: Virology Lectures 2020 #6: RNA directed RNA synthesis (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Bacstair

    Ich denke, dass Sie sich irren. Ich kann es beweisen. Schreiben Sie mir in PM, wir werden reden.

  2. Sen

    Der Autor, Sie bitte mit Beiträgen. Ich habe sogar beschlossen, hier Kament zu schreiben. Fahren Sie im gleichen Stil fort.

  3. Samura

    Ich meine, du liegst falsch. Schreib mir per PN, wir besprechen das.

  4. Akikazahn

    Es ist die ausgezeichnete Idee



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