RNA er en essensiell komponent i cellens molekylærgenetiske mekanismer. Innholdet av ribonukleinsyrer er noen få prosent av tørrvekten, og ca. 3-5 % av denne mengden faller på messenger RNA (mRNA), som er direkte involvert i proteinsyntesen, og bidrar til implementeringen av genomet.
mRNA-molekylet koder for aminosyresekvensen til proteinet som leses av genet. Derfor kalles matrix ribonukleinsyre ellers informasjons (mRNA).
Generelle egenskaper
Som alle ribonukleinsyrer, er messenger-RNA en kjede av ribonukleotider (adenin, guanin, cytosin og uracil) forbundet med hverandre med fosfodiesterbindinger. Oftest har mRNA bare en primær struktur, men i noen tilfeller har den en sekundær struktur.
Det er titusenvis av mRNA-arter i en celle, som hver er representert av 10-15 molekyler som tilsvarer et spesifikt sted i DNA. mRNA inneholder informasjon om strukturen til en eller flerebakterier) proteiner. Aminosyresekvensen presenteres som tripletter av den kodende regionen til mRNA-molekylet.
Biologisk rolle
Hovedfunksjonen til messenger RNA er å implementere genetisk informasjon ved å overføre den fra DNA til stedet for proteinsyntese. I dette tilfellet utfører mRNA to oppgaver:
- skriver om informasjon om den primære strukturen til proteinet fra genomet, som utføres i prosessen med transkripsjon;
- samhandler med det proteinsynteseapparatet (ribosomer) som en semantisk matrise som bestemmer aminosyresekvensen.
I virkeligheten er transkripsjon syntesen av RNA, der DNA fungerer som en mal. Men bare når det gjelder messenger-RNA har denne prosessen verdien av å omskrive informasjon om proteinet fra genet.
Det er mRNA som er hovedmediatoren som veien fra genotype til fenotype (DNA-RNA-protein) gjennomføres gjennom.
Levetiden til mRNA i en celle
Messenger-RNA lever i cellen i svært kort tid. Eksistensperioden for ett molekyl er preget av to parametere:
- Funksjonell halveringstid bestemmes av mRNAs evne til å tjene som mal og måles ved reduksjonen i mengden protein syntetisert per molekyl. Hos prokaryoter er dette tallet omtrent 2 minutter. I løpet av denne perioden halveres mengden syntetisert protein.
- Kjemisk halveringstid bestemmes av reduksjonen av messenger-RNA-molekyler som er i stand til hybridisering(komplementær forbindelse) med DNA, som karakteriserer integriteten til primærstrukturen.
Kjemisk halveringstid er vanligvis lengre enn funksjonell halveringstid, siden en liten innledende nedbrytning av molekylet (for eksempel et enkelt brudd i ribonukleotidkjeden) ennå ikke forhindrer hybridisering med DNA, men allerede forhindrer protein syntese.
Halveringstid er et statistisk konsept, så eksistensen av et bestemt RNA-molekyl kan være betydelig høyere eller lavere enn denne verdien. Som et resultat har noen mRNA-er tid til å oversettes flere ganger, mens andre brytes ned før syntesen av ett proteinmolekyl er fullført.
Når det gjelder nedbrytning, er eukaryote mRNA mye mer stabile enn prokaryote (halveringstid er ca. 6 timer). Av denne grunn er de mye lettere å isolere fra cellen intakt.
mRNA-struktur
Nukleotidsekvensen til messenger-RNA inkluderer oversatte regioner, der primærstrukturen til proteinet er kodet, og ikke-informative regioner, hvis sammensetning er forskjellig i prokaryoter og eukaryoter.
Den kodende regionen starter med et initieringskodon (AUG) og slutter med et av termineringskodonene (UAG, UGA, UAA). Avhengig av type celle (kjernefysisk eller prokaryot), kan messenger-RNA inneholde en eller flere translasjonsregioner. I det første tilfellet kalles det monocistronisk, og i det andre - polycistronisk. Sistnevnte er karakteristisk bare for bakterier og arkea.
Funksjoner ved strukturen og funksjonen til mRNA i prokaryoter
Transkripsjonsprosesser i prokaryoterog oversettelser finner sted samtidig, så messenger-RNA har bare en primær struktur. Akkurat som i eukaryoter, er den representert av en lineær sekvens av ribonukleotider, som inneholder informasjons- og ikke-kodende regioner.
De fleste mRNA-er av bakterier og archaea er polycistroniske (inneholder flere kodende regioner), noe som skyldes det særegne ved organiseringen av det prokaryote genomet, som har en operonstruktur. Dette betyr at informasjon om flere proteiner kodes i én DNA-transkripsjon, som deretter overføres til RNA. En liten del av messenger-RNA er monocistronisk.
Uoversatte regioner av bakteriell mRNA er representert ved:
- ledersekvens (plassert i 5`-enden);
- trailer (eller slutt)-sekvens (plassert i 3`-enden);
- uoversatte intersistroniske områder (avstandsstykker) - plassert mellom de kodende regionene til polycistronisk RNA.
Lengden på intersistroniske sekvenser kan være fra 1-2 til 30 nukleotider.
Eukaryotisk mRNA
Eukaryot mRNA er alltid monocistronisk og inneholder et mer komplekst sett med ikke-kodende regioner som inkluderer:
- cap;
- 5`-uoversatt område (5`NTR);
- 3`-uoversatt område (3`NTR);
- polyadenylhale.
Den generaliserte strukturen til messenger-RNA i eukaryoter kan representeres somskjemaer med følgende sekvens av elementer: cap, 5`-UTR, AUG, oversatt region, stoppkodon, 3`UTR, poly-A-tail.
I eukaryoter er prosessene med transkripsjon og oversettelse atskilt både i tid og rom. Messenger-RNA får en hette og en polyadenylhale under modning, som kalles prosessering, og transporteres deretter fra kjernen til cytoplasma, hvor ribosomer konsentreres. Prosessering kutter også ut introner som overføres til RNA fra det eukaryote genomet.
Hvor ribonukleinsyrer syntetiseres
Alle typer RNA syntetiseres av spesielle enzymer (RNA-polymeraser) basert på DNA. Følgelig er lokaliseringen av denne prosessen i prokaryote og eukaryote celler forskjellig.
I eukaryoter utføres transkripsjon inne i kjernen, hvor DNA konsentreres i form av kromatin. Samtidig syntetiseres først pre-mRNA, som gjennomgår en rekke modifikasjoner og først deretter transporteres til cytoplasma.
I prokaryoter er stedet der ribonukleinsyrer syntetiseres regionen i cytoplasmaet som grenser til nukleoiden. RNA-syntetiserende enzymer samhandler med despiraliserte løkker av bakteriell kromatin.
Transkripsjonsmekanisme
Syntesen av messenger-RNA er basert på prinsippet om komplementaritet til nukleinsyrer og utføres av RNA-polymeraser som katalyserer lukkingen av fosfodiesterbindingen mellom ribonukleosidtrifosfater.
I prokaryoter syntetiseres mRNA av det samme enzymet som andre arterribonukleotider, og i eukaryoter av RNA-polymerase II.
Transkripsjon inkluderer 3 stadier: initiering, forlengelse og avslutning. På det første trinnet fester polymerasen seg til promoteren, et spesialisert sted som går foran den kodende sekvensen. På forlengelsesstadiet bygger enzymet opp RNA-kjeden ved å legge til nukleotider til kjeden som interagerer komplementært med mal-DNA-kjeden.
