RNS a sejt molekuláris genetikai mechanizmusainak lényeges összetevője. A ribonukleinsav tartalma a száraz tömeg néhány százaléka, és ennek körülbelül 3-5%-a jut a hírvivő RNS-re (mRNS), amely közvetlenül részt vesz a fehérjeszintézisben, hozzájárulva a genom megvalósításához.
Az mRNS-molekula a génből leolvasott fehérje aminosavszekvenciáját kódolja. Ezért a mátrix ribonukleinsavat információsnak (mRNS) nevezik.
Általános jellemzők
Mint minden ribonukleinsav, a hírvivő RNS is ribonukleotidok (adenin, guanin, citozin és uracil) lánca, amelyek foszfodiészter kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Az mRNS-nek leggyakrabban csak elsődleges szerkezete van, de bizonyos esetekben másodlagos szerkezetű.
Egy sejtben több tízezer mRNS-faj található, amelyek mindegyikét 10-15 molekula képviseli, amelyek a DNS egy adott helyének felelnek meg. Az mRNS információkat tartalmaz egy vagy több szerkezet felépítésérőlbaktériumok) fehérjék. Az aminosavszekvencia az mRNS-molekula kódoló régiójának tripletjeiként jelenik meg.
Biológiai szerep
A hírvivő RNS fő funkciója a genetikai információ megvalósítása a DNS-ből a fehérjeszintézis helyére történő átvitelével. Ebben az esetben az mRNS két feladatot lát el:
- átírja a genomból származó fehérje elsődleges szerkezetére vonatkozó információkat, ami a transzkripció során megy végbe;
- kölcsönhatásba lép a fehérjeszintetizáló berendezéssel (riboszómákkal), mint egy szemantikai mátrix, amely meghatározza az aminosavszekvenciát.
Valójában a transzkripció az RNS szintézise, amelyben a DNS templátként működik. Ennek a folyamatnak azonban csak a hírvivő RNS esetében van olyan értéke, hogy a génből átírja a fehérjére vonatkozó információkat.
Az mRNS a fő közvetítő, amelyen keresztül a genotípustól a fenotípusig (DNS-RNS-protein) keresztül jutunk.
Az mRNS élettartama egy sejtben
A Messenger RNS nagyon rövid ideig él a sejtben. Egy molekula létezésének időszakát két paraméter jellemzi:
- A funkcionális felezési időt az mRNS azon képessége határozza meg, hogy templátként szolgáljon, és a molekulánként szintetizált fehérje mennyiségének csökkenése méri. A prokariótákban ez a szám körülbelül 2 perc. Ebben az időszakban a szintetizált fehérje mennyisége felére csökken.
- A kémiai felezési időt a hibridizációra képes hírvivő RNS-molekulák redukciója határozza meg(komplementer vegyület) DNS-sel, ami az elsődleges szerkezet integritását jellemzi.
A kémiai felezési idő általában hosszabb, mint a funkcionális felezési idő, mivel a molekula enyhe kezdeti lebomlása (például a ribonukleotidlánc egyetlen szakadása) még nem akadályozza meg a DNS-sel való hibridizációt, de már megakadályozza a fehérje kialakulását. szintézis.
A felezési idő statisztikai fogalom, így egy adott RNS-molekula létezése ennél lényegesen magasabb vagy alacsonyabb lehet. Ennek eredményeként egyes mRNS-eknek van idejük többszöri transzlációra, míg mások lebomlanak, mielőtt egy fehérjemolekula szintézise befejeződik.
A lebomlás szempontjából az eukarióta mRNS-ek sokkal stabilabbak, mint a prokarióták (a felezési idő körülbelül 6 óra). Emiatt sokkal könnyebb őket épen elkülöníteni a sejtből.
mRNS szerkezete
A messenger RNS nukleotidszekvenciája tartalmaz transzlált régiókat, amelyekben a fehérje elsődleges szerkezete kódolódik, és nem informatív régiókat, amelyek összetétele prokariótákban és eukariótákban eltérő.
A kódoló régió egy iniciációs kodonnal (AUG) kezdődik, és az egyik terminációs kodonnal (UAG, UGA, UAA) végződik. A sejt típusától függően (nukleáris vagy prokarióta) a hírvivő RNS egy vagy több transzlációs régiót tartalmazhat. Az első esetben monocisztronikusnak, a másodikban policisztronikusnak nevezik. Ez utóbbi csak a baktériumokra és az archaeákra jellemző.
Az mRNS szerkezetének és működésének jellemzői prokariótákban
Átírási folyamatok prokariótákbanés a transzlációk egyszerre mennek végbe, így a hírvivő RNS-nek csak elsődleges szerkezete van. Csakúgy, mint az eukariótáknál, ribonukleotidok lineáris szekvenciája képviseli, amely információs és nem kódoló régiókat tartalmaz.
A baktériumok és archaeák mRNS-ei többsége policisztronos (több kódoló régiót tartalmaz), ami az operon szerkezetű prokarióta genom szerveződésének sajátosságából adódik. Ez azt jelenti, hogy egy DNS-transzkripton több fehérjére vonatkozó információt kódol, amely ezt követően az RNS-be kerül. A hírvivő RNS egy kis része monocisztronos.
A bakteriális mRNS nem lefordított régióit a következőkkel jelöljük:
- vezető sorozat (az 5` végén található);
- trailer (vagy vége) sorozat (a 3. végén található);
- nem lefordított intercisztronikus régiók (távtartók) – a policisztronikus RNS kódoló régiói között helyezkednek el.
Az intercisztronikus szekvenciák hossza 1-2 és 30 nukleotid között lehet.
Eukarióta mRNS
Az eukarióta mRNS mindig monocisztronos, és bonyolultabb nem kódoló régiókat tartalmaz, amelyek a következőket foglalják magukban:
- sapka;
- 5`-lefordítatlan terület (5`NTR);
- 3`-lefordítatlan terület (3`NTR);
- poliadenil farok.
A hírvivő RNS általános szerkezete az eukariótákban a következőképpen ábrázolhatósémák a következő elemsorokkal: cap, 5`-UTR, AUG, lefordított régió, stopkodon, 3`UTR, poly-A-tail.
Az eukariótákban a transzkripció és a transzláció folyamata időben és térben is elválik egymástól. A hírvivő RNS az érés során kap egy sapkát és egy poliadenil farkot, amit feldolgozásnak neveznek, majd a sejtmagból a citoplazmába szállítják, ahol a riboszómák koncentrálódnak. A feldolgozás az eukarióta genomból az RNS-re átvitt intronokat is kivágja.
Ahol a ribonukleinsavakat szintetizálják
Minden típusú RNS-t DNS-en alapuló speciális enzimek (RNS-polimerázok) szintetizálnak. Ennek megfelelően ennek a folyamatnak a lokalizációja a prokarióta és eukarióta sejtekben eltérő.
Eukariótákban a transzkripció a sejtmag belsejében történik, amelyben a DNS kromatin formájában koncentrálódik. Ugyanakkor először a pre-mRNS szintetizálódik, amely számos módosításon megy keresztül, és csak ezután kerül a citoplazmába.
A prokariótákban a ribonukleinsavak szintézisének helye a citoplazma nukleoiddal határos régiója. Az RNS-szintetizáló enzimek kölcsönhatásba lépnek a bakteriális kromatin despiralizált hurkaival.
Átírási mechanizmus
A hírvivő RNS szintézise a nukleinsavak komplementaritásának elvén alapul, és RNS-polimerázok végzik, amelyek katalizálják a ribonukleozid-trifoszfátok közötti foszfodiészter kötés lezárását.
A prokariótákban az mRNS-t ugyanaz az enzim szintetizálja, mint a többi fajribonukleotidok, eukariótákban pedig az RNS polimeráz II.
Az átírás 3 szakaszból áll: iniciáció, megnyúlás és befejezés. Az első szakaszban a polimeráz a promoterhez kapcsolódik, egy speciális helyhez, amely megelőzi a kódoló szekvenciát. Az elongációs szakaszban az enzim az RNS-láncot úgy építi fel, hogy a lánchoz nukleotidokat ad, amelyek komplementer kölcsönhatásba lépnek a templát DNS-lánccal.
