RNA on raku molekulaargeneetiliste mehhanismide oluline komponent. Ribonukleiinhapete sisaldus on paar protsenti selle kuivkaalust ja umbes 3-5% sellest kogusest langeb RNA-le (mRNA), mis osaleb otseselt valkude sünteesis, aidates kaasa genoomi juurutamisele.
MRNA molekul kodeerib geenist loetud valgu aminohappejärjestust. Seetõttu nimetatakse maatriksi ribonukleiinhapet muul viisil informatiivseks (mRNA).
Üldomadused
Nagu kõik ribonukleiinhapped, on ka messenger-RNA ribonukleotiidide ahel (adeniin, guaniin, tsütosiin ja uratsiil), mis on omavahel ühendatud fosfodiestersidemetega. Enamasti on mRNA-l ainult esmane struktuur, kuid mõnel juhul on sellel ka sekundaarne struktuur.
Rakus on kümneid tuhandeid mRNA liike, millest igaüks on esindatud 10-15 molekuliga, mis vastavad DNA konkreetsele saidile. mRNA sisaldab teavet ühe või mitme struktuuri kohtabakterid) valgud. Aminohappejärjestus on esitatud mRNA molekuli kodeeriva piirkonna kolmikutena.
Bioloogiline roll
Mesenger-RNA põhiülesanne on rakendada geneetilist teavet, kandes seda DNA-st valgusünteesi kohta. Sel juhul täidab mRNA kahte ülesannet:
- kirjutab ümber informatsiooni valgu primaarse struktuuri kohta genoomist, mis viiakse läbi transkriptsiooniprotsessis;
- interakteerub valke sünteesiva aparaadiga (ribosoomidega) semantilise maatriksina, mis määrab aminohappejärjestuse.
Tegelikult on transkriptsioon RNA süntees, milles DNA toimib mallina. Kuid ainult messenger-RNA puhul on sellel protsessil väärtus geenist pärit valgu kohta teabe ümberkirjutamiseks.
See on mRNA, mis on peamine vahendaja, mille kaudu kulgeb tee genotüübist fenotüübini (DNA-RNA-valk).
MRNA eluiga rakus
Messenger RNA elab rakus väga lühikest aega. Ühe molekuli eksisteerimise perioodi iseloomustavad kaks parameetrit:
- Funktsionaalne poolväärtusaeg määratakse mRNA võime järgi toimida matriitsina ja seda mõõdetakse molekuli kohta sünteesitava valgu koguse vähenemisega. Prokarüootidel on see näitaja ligikaudu 2 minutit. Sel perioodil väheneb sünteesitud valgu kogus poole võrra.
- Keemilise poolestusaja määrab hübridiseerumisvõimeliste RNA signaalmolekulide vähenemine(komplementaarne ühend) DNA-ga, mis iseloomustab primaarstruktuuri terviklikkust.
Keemiline poolestusaeg on tavaliselt pikem kui funktsionaalne poolestusaeg, kuna molekuli kerge esialgne lagunemine (näiteks üks katkestus ribonukleotiidahelas) ei takista veel hübridiseerumist DNA-ga, küll aga takistab juba valgu teket. süntees.
Poolväärtusaeg on statistiline mõiste, seega võib konkreetse RNA molekuli olemasolu olla sellest väärtusest oluliselt kõrgem või madalam. Selle tulemusena on mõnel mRNA-l aega mitu korda transleerida, samas kui teised lagunevad enne, kui ühe valgumolekuli süntees on lõppenud.
Lagunemise mõttes on eukarüootsed mRNA-d palju stabiilsemad kui prokarüootsed (poolväärtusaeg on umbes 6 tundi). Sel põhjusel on neid palju lihtsam rakust tervena eraldada.
mRNA struktuur
Messenger-RNA nukleotiidjärjestus sisaldab transleeritud piirkondi, milles on kodeeritud valgu primaarset struktuuri, ja mitteinformatiivseid piirkondi, mille koostis erineb prokarüootidel ja eukarüootidel.
Kodeeriv piirkond algab initsiatsioonikoodoniga (AUG) ja lõpeb ühe terminatsioonikoodoniga (UAG, UGA, UAA). Sõltuv alt raku tüübist (tuuma- või prokarüootne) võib messenger-RNA sisaldada ühte või mitut translatsioonipiirkonda. Esimesel juhul nimetatakse seda monotsistrooniliseks ja teisel - polütsistrooniliseks. Viimane on iseloomulik ainult bakteritele ja arheedele.
MRNA struktuuri ja toimimise tunnused prokarüootides
Transkriptsiooniprotsessid prokarüootidesja translatsioonid toimuvad samaaegselt, seega on messenger-RNA-l ainult esmane struktuur. Nii nagu eukarüootidel, esindab seda ribonukleotiidide lineaarne järjestus, mis sisaldab informatiivseid ja mittekodeerivaid piirkondi.
Enamik bakterite ja arheide mRNA-sid on polütsistroonilised (sisaldavad mitut kodeerivat piirkonda), mis on tingitud operoni struktuuriga prokarüootse genoomi korralduse eripärast. See tähendab, et informatsioon mitme valgu kohta on kodeeritud ühte DNA transkriptoni, mis seejärel kantakse üle RNA-sse. Väike osa messenger-RNA-st on monotsistrooniline.
Bakteriaalse mRNA transleerimata piirkonnad on tähistatud:
- liiderjada (asub 5-otsas);
- haagise (või lõpu) jada (asub 3-otsas);
- transleerimata intertsistroonilised piirkonnad (vahetükid) – asuvad polütsistroonilise RNA kodeerivate piirkondade vahel.
Tsistroniliste järjestuste pikkus võib olla 1-2 kuni 30 nukleotiidi.
Eukarüootne mRNA
Eukarüootne mRNA on alati monotsistrooniline ja sisaldab keerukamat mittekodeerivate piirkondade komplekti, mis hõlmavad:
- kork;
- 5`-tõlkimata ala (5`NTR);
- 3`-tõlkimata ala (3`NTR);
- polüadenüülsaba.
Eukarüootide messenger-RNA üldistatud struktuuri võib esitada järgmiseltskeemid järgmise elementide jadaga: cap, 5`-UTR, AUG, tõlgitud piirkond, stoppkoodon, 3`UTR, polü-A-saba.
Eukarüootides on transkriptsiooni- ja translatsiooniprotsessid eraldatud nii ajas kui ruumis. Messenger-RNA omandab küpsemise käigus korgi ja polüadenüülsaba, mida nimetatakse töötlemiseks, ning seejärel transporditakse tuumast tsütoplasmasse, kus ribosoomid koonduvad. Töötlemine lõikab välja ka intronid, mis kantakse eukarüootse genoomist RNA-sse.
Kus ribonukleiinhappeid sünteesitakse
Iga tüüpi RNA-d sünteesivad spetsiaalsed DNA-l põhinevad ensüümid (RNA polümeraasid). Sellest lähtuv alt on selle protsessi lokaliseerimine prokarüootsetes ja eukarüootsetes rakkudes erinev.
Eukarüootides toimub transkriptsioon tuuma sees, milles DNA koondub kromatiini kujul. Samal ajal sünteesitakse esm alt pre-mRNA, mis läbib mitmeid modifikatsioone ja alles pärast seda transporditakse tsütoplasmasse.
Prokarüootides on ribonukleiinhapete sünteesimise koht nukleoidiga piirnev tsütoplasma piirkond. RNA-d sünteesivad ensüümid interakteeruvad bakteriaalse kromatiini despiraliseeritud ahelatega.
Transkriptsioonimehhanism
Mussenger-RNA süntees põhineb nukleiinhapete komplementaarsuse põhimõttel ja seda viivad läbi RNA polümeraasid, mis katalüüsivad ribonukleosiidtrifosfaatide vahelise fosfodiestersideme sulgumist.
Prokarüootides sünteesib mRNA-d sama ensüüm kui teisi liikeribonukleotiidid ja eukarüootides RNA polümeraas II.
Transkriptsioon sisaldab 3 etappi: initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine. Esimeses etapis kinnitub polümeraas promootorile, spetsiaalsele saidile, mis eelneb kodeerivale järjestusele. Elongatsioonifaasis ehitab ensüüm üles RNA ahela, lisades ahelale nukleotiide, mis interakteeruvad komplementaarselt DNA matriitsi ahelaga.
