RNA on olennainen osa solun molekyyligeneettisiä mekanismeja. Ribonukleiinihappojen pitoisuus on muutama prosentti sen kuivapainosta, ja tästä määrästä noin 3-5 % putoaa lähetti-RNA:lle (mRNA), joka osallistuu suoraan proteiinisynteesiin ja edistää genomin toteutumista.
MRNA-molekyyli koodaa geenistä luetun proteiinin aminohapposekvenssiä. Siksi matriisiribonukleiinihappoa kutsutaan muuten informaatiolliseksi (mRNA:ksi).
Yleiset ominaisuudet
Kuten kaikki ribonukleiinihapot, lähetti-RNA on ribonukleotidien (adeniini, guaniini, sytosiini ja urasiili) ketju, jotka on liitetty toisiinsa fosfodiesterisidoksilla. Useimmiten mRNA:lla on vain primäärirakenne, mutta joissain tapauksissa sillä on sekundaarirakenne.
Solussa on kymmeniä tuhansia mRNA-lajeja, joista jokaista edustaa 10-15 molekyyliä, jotka vastaavat tiettyä DNA:n kohtaa. mRNA sisältää tietoa yhden tai useamman rakenteestabakteerit) proteiinit. Aminohapposekvenssi esitetään mRNA-molekyylin koodaavan alueen tripletteinä.
Biologinen rooli
Mensenger-RNA:n päätehtävä on toteuttaa geneettistä tietoa siirtämällä se DNA:sta proteiinisynteesikohtaan. Tässä tapauksessa mRNA suorittaa kaksi tehtävää:
- kirjoittaa uudelleen tiedot proteiinin primäärirakenteesta genomista, joka tapahtuu transkriptioprosessissa;
- vuorovaikuttaa proteiineja syntetisoivan laitteen (ribosomien) kanssa semanttisena matriisina, joka määrittää aminohapposekvenssin.
Itse asiassa, transkriptio on RNA:n synteesi, jossa DNA toimii templaattina. Kuitenkin vain lähetti-RNA:n tapauksessa tällä prosessilla on arvoa proteiinia koskevan tiedon uudelleenkirjoittamiseen geenistä.
MRNA on tärkein välittäjä, jonka kautta polku genotyypistä fenotyyppiin (DNA-RNA-proteiini) kulkee.
MRNA:n elinikä solussa
Messenger-RNA elää solussa hyvin lyhyen ajan. Yhden molekyylin olemassaoloaikaa kuvaa kaksi parametria:
- Funktionaalinen puoliintumisaika määräytyy mRNA:n kyvyn perusteella toimia templaattina, ja se mitataan syntetisoidun proteiinin määrän vähenemisellä molekyyliä kohti. Prokaryooteilla tämä luku on noin 2 minuuttia. Tänä aikana syntetisoidun proteiinin määrä puolittuu.
- Kemiallinen puoliintumisaika määräytyy hybridisaatioon kykenevien lähetti-RNA-molekyylien vähenemisellä(komplementtiyhdiste) DNA:n kanssa, joka luonnehtii primäärirakenteen eheyttä.
Kemiallinen puoliintumisaika on yleensä pidempi kuin toiminnallinen puoliintumisaika, koska molekyylin pieni alkuhajoaminen (esimerkiksi yksittäinen katkeaminen ribonukleotidiketjussa) ei vielä estä hybridisaatiota DNA:n kanssa, mutta estää jo proteiinin synteesi.
Puoliintumisaika on tilastollinen käsite, joten tietyn RNA-molekyylin olemassaolo voi olla merkittävästi suurempi tai pienempi kuin tämä arvo. Tämän seurauksena joillakin mRNA:illa on aikaa transloitua useita kertoja, kun taas toiset hajoavat ennen kuin yhden proteiinimolekyylin synteesi on valmis.
Hajoamisen kann alta eukaryoottiset mRNA:t ovat paljon vakaampia kuin prokaryoottiset (puoliintumisaika on noin 6 tuntia). Tästä syystä ne on paljon helpompi eristää solusta ehjinä.
mRNA-rakenne
Lähetä-RNA:n nukleotidisekvenssi sisältää transloituja alueita, joissa proteiinin primäärirakenne on koodattu, ja ei-informatiivisia alueita, joiden koostumus vaihtelee prokaryooteissa ja eukaryooteissa.
Koodaava alue alkaa aloituskodonilla (AUG) ja päättyy yhteen lopetuskodoneista (UAG, UGA, UAA). Riippuen solutyypistä (ydin tai prokaryootti), lähetti-RNA voi sisältää yhden tai useamman translaatioalueen. Ensimmäisessä tapauksessa sitä kutsutaan monokistroniseksi ja toisessa - monikistroniseksi. Jälkimmäinen on ominaista vain bakteereille ja arkeille.
MRNA:n rakenteen ja toiminnan piirteet prokaryooteissa
Transkriptioprosessit prokaryooteissaja translaatiot tapahtuvat samanaikaisesti, joten lähetti-RNA:lla on vain primäärirakenne. Aivan kuten eukaryooteissa, sitä edustaa lineaarinen ribonukleotidisekvenssi, joka sisältää informatiivisia ja ei-koodaavia alueita.
Useimmat bakteerien ja arkkien mRNA:t ovat monikistronisia (sisältävät useita koodaavia alueita), mikä johtuu operonirakenteen omaavan prokaryoottigenomin järjestyksen erityispiirteistä. Tämä tarkoittaa, että tiedot useista proteiineista koodataan yhteen DNA-transkriptoniin, joka siirretään myöhemmin RNA:han. Pieni osa lähetti-RNA:sta on yksikistronista.
Bakteereiden mRNA:n transloimattomia alueita edustaa:
- johtajasekvenssi (sijaitsee 5`-päässä);
- traileri (tai loppu) sekvenssi (sijaitsee 3`-päässä);
- kääntämättömät intercistronic-alueet (spacers) - sijaitsevat polykistronisen RNA:n koodaavien alueiden välissä.
Kistronien välisten sekvenssien pituus voi olla 1-2 - 30 nukleotidia.
Eukaryoottinen mRNA
Eukaryoottinen mRNA on aina monokistroninen ja sisältää monimutkaisemman joukon ei-koodaavia alueita, jotka sisältävät:
- korkki;
- 5`-kääntämätön alue (5`NTR);
- 3`-kääntämätön alue (3`NTR);
- polyadenyylihäntä.
Eukaryoottien lähetti-RNA:n yleinen rakenne voidaan kuvatakaavioita, joissa on seuraava elementtisekvenssi: cap, 5`-UTR, AUG, käännetty alue, lopetuskodoni, 3`UTR, poly-A-tail.
Eukaryooteissa transkriptio- ja translaatioprosessit eroavat toisistaan sekä ajallisesti että avaruudessa. Lähetti-RNA hankkii kypsymisen aikana korkin ja polyadenyylipyrstön, jota kutsutaan prosessoimiseksi, ja sitten se kuljetetaan ytimestä sytoplasmaan, jossa ribosomit keskittyvät. Prosessointi leikkaa myös pois intronit, jotka siirtyvät RNA:han eukaryootin genomista.
Missä ribonukleiinihappoja syntetisoidaan
Kaikki RNA-tyypit syntetisoivat erityiset entsyymit (RNA-polymeraasit), jotka perustuvat DNA:han. Tämän mukaisesti tämän prosessin sijainti prokaryoottisissa ja eukaryoottisissa soluissa on erilainen.
Eukaryooteissa transkriptio tapahtuu ytimen sisällä, jossa DNA on konsentroitunut kromatiinin muodossa. Samalla syntetisoidaan ensin pre-mRNA, joka käy läpi useita modifikaatioita ja vasta sen jälkeen kuljetetaan sytoplasmaan.
Prokaryooteissa ribonukleiinihappojen syntetisointipaikka on nukleoidia rajaava sytoplasman alue. RNA:ta syntetisoivat entsyymit ovat vuorovaikutuksessa bakteerikromatiinin despiralisoitujen silmukoiden kanssa.
Transkriptiomekanismi
Lähetä-RNA:n synteesi perustuu nukleiinihappojen komplementaarisuuden periaatteeseen, ja sen toteuttavat RNA-polymeraasit, jotka katalysoivat ribonukleosiditrifosfaattien välisen fosfodiesterisidoksen sulkeutumista.
Prokaryooteissa mRNA:ta syntetisoi sama entsyymi kuin muut lajitribonukleotidit ja eukaryooteissa RNA-polymeraasi II.
Transkriptio sisältää 3 vaihetta: aloitus, pidennys ja lopetus. Ensimmäisessä vaiheessa polymeraasi kiinnittyy promoottoriin, erityiseen kohtaan, joka edeltää koodaavaa sekvenssiä. Pidentymisvaiheessa entsyymi rakentaa RNA-ketjun lisäämällä ketjuun nukleotideja, jotka ovat vuorovaikutuksessa komplementaarisesti templaatti-DNA-ketjun kanssa.
