RNA är en viktig komponent i cellens molekylärgenetiska mekanismer. Innehållet av ribonukleinsyror är några procent av dess torrvikt, och cirka 3-5 % av denna mängd faller på budbärar-RNA (mRNA), som är direkt involverat i proteinsyntesen, vilket bidrar till implementeringen av genomet.
mRNA-molekylen kodar för aminosyrasekvensen för proteinet som läses från genen. Därför kallas matrix ribonukleinsyra annars informations (mRNA).
Allmänna egenskaper
Liksom alla ribonukleinsyror är budbärar-RNA en kedja av ribonukleotider (adenin, guanin, cytosin och uracil) kopplade till varandra genom fosfodiesterbindningar. Oftast har mRNA bara en primär struktur, men i vissa fall har den en sekundär struktur.
Det finns tiotusentals mRNA-arter i en cell, som var och en representeras av 10-15 molekyler som motsvarar en specifik plats i DNA. mRNA innehåller information om strukturen hos en eller flerabakterier) proteiner. Aminosyrasekvensen presenteras som tripletter av den kodande regionen av mRNA-molekylen.
Biologisk roll
Huvudfunktionen för budbärar-RNA är att implementera genetisk information genom att överföra den från DNA till platsen för proteinsyntes. I det här fallet utför mRNA två uppgifter:
- skriver om information om proteinets primära struktur från genomet, som utförs i transkriptionsprocessen;
- interagerar med den proteinsyntetiserande apparaten (ribosomer) som en semantisk matris som bestämmer aminosyrasekvensen.
I själva verket är transkription syntesen av RNA, där DNA fungerar som en mall. Men endast i fallet med budbärar-RNA har denna process värdet av att skriva om information om proteinet från genen.
Det är mRNA som är den huvudsakliga mediatorn genom vilken vägen från genotyp till fenotyp (DNA-RNA-protein) genomförs.
Livstiden för mRNA i en cell
Messenger-RNA lever i cellen under mycket kort tid. Perioden då en molekyl existerar kännetecknas av två parametrar:
- Funktionell halveringstid bestäms av mRNA:s förmåga att fungera som mall och mäts genom minskningen av mängden protein som syntetiseras per molekyl. Hos prokaryoter är denna siffra cirka 2 minuter. Under denna period halveras mängden syntetiserat protein.
- Kemisk halveringstid bestäms av reduktionen av budbärar-RNA-molekyler som kan hybridisera(komplementär förening) med DNA, som kännetecknar integriteten hos den primära strukturen.
Kemisk halveringstid är vanligtvis längre än funktionell halveringstid, eftersom en liten initial nedbrytning av molekylen (till exempel ett enda brott i ribonukleotidkedjan) ännu inte förhindrar hybridisering med DNA, men redan förhindrar protein syntes.
Halveringstid är ett statistiskt koncept, så förekomsten av en viss RNA-molekyl kan vara betydligt högre eller lägre än detta värde. Som ett resultat av detta hinner vissa mRNA översättas flera gånger, medan andra bryts ned innan syntesen av en proteinmolekyl är avslutad.
När det gäller nedbrytning är eukaryota mRNA mycket mer stabila än prokaryota (halveringstid är cirka 6 timmar). Av denna anledning är de mycket lättare att isolera från cellen intakt.
mRNA-struktur
Nukleotidsekvensen för budbärar-RNA inkluderar translaterade regioner, i vilka proteinets primära struktur kodas, och icke-informativa regioner, vars sammansättning skiljer sig åt i prokaryoter och eukaryoter.
Den kodande regionen börjar med ett initieringskodon (AUG) och slutar med ett av termineringskodonen (UAG, UGA, UAA). Beroende på typen av cell (nukleär eller prokaryot), kan budbärar-RNA innehålla en eller flera translationsregioner. I det första fallet kallas det monocistroniskt, och i det andra - polycistroniskt. Den senare är karakteristisk endast för bakterier och arkéer.
Särdrag hos mRNA:s struktur och funktion i prokaryoter
Transkriptionsprocesser i prokaryoteroch translationer sker samtidigt, så budbärar-RNA har bara en primär struktur. Precis som i eukaryoter representeras den av en linjär sekvens av ribonukleotider, som innehåller informativa och icke-kodande regioner.
De flesta mRNA från bakterier och archaea är polycistroniska (innehåller flera kodande regioner), vilket beror på det speciella med organisationen av det prokaryota genomet, som har en operonstruktur. Det betyder att information om flera proteiner kodas i ett DNA-transkripton, som sedan överförs till RNA. En liten del av budbärar-RNA är monocistroniskt.
Oöversatta regioner av bakteriellt mRNA representeras av:
- ledarsekvens (placerad i 5`-änden);
- trailer (eller slut) sekvens (placerad i 3`-änden);
- oöversatta intercistroniska regioner (spacers) - placerade mellan de kodande regionerna för polycistroniskt RNA.
Längden på intercistroniska sekvenser kan vara från 1-2 till 30 nukleotider.
Eukaryot mRNA
Eukaryot mRNA är alltid monocistroniskt och innehåller en mer komplex uppsättning icke-kodande regioner som inkluderar:
- cap;
- 5`-oöversatt område (5`NTR);
- 3`-oöversatt område (3`NTR);
- polyadenylsvans.
Den generaliserade strukturen av budbärar-RNA i eukaryoter kan representeras somscheman med följande sekvens av element: cap, 5`-UTR, AUG, translaterad region, stoppkodon, 3`UTR, poly-A-tail.
I eukaryoter är processerna för transkription och översättning åtskilda både i tid och rum. Budbärar-RNA:t får ett lock och en polyadenylsvans under mognad, vilket kallas bearbetning, och transporteras sedan från kärnan till cytoplasman, där ribosomerna koncentreras. Bearbetning skär också ut introner som överförs till RNA från det eukaryota genomet.
Där ribonukleinsyror syntetiseras
Alla typer av RNA syntetiseras av speciella enzymer (RNA-polymeraser) baserade på DNA. Följaktligen är lokaliseringen av denna process i prokaryota och eukaryota celler olika.
I eukaryoter utförs transkription inuti kärnan, där DNA koncentreras i form av kromatin. Samtidigt syntetiseras först pre-mRNA, som genomgår ett antal modifieringar och först därefter transporteras till cytoplasman.
I prokaryoter är platsen där ribonukleinsyror syntetiseras den region av cytoplasman som gränsar till nukleoiden. RNA-syntetiserande enzymer interagerar med despiraliserade slingor av bakteriellt kromatin.
Transkriptionsmekanism
Syntesen av budbärar-RNA är baserad på principen om komplementaritet hos nukleinsyror och utförs av RNA-polymeraser som katalyserar stängningen av fosfodiesterbindningen mellan ribonukleosidtrifosfater.
I prokaryoter syntetiseras mRNA av samma enzym som andra arterribonukleotider och i eukaryoter av RNA-polymeras II.
Transkription inkluderar 3 steg: initiering, förlängning och avslutning. I det första steget fäster polymeraset till promotorn, ett specialiserat ställe som föregår den kodande sekvensen. Vid förlängningsstadiet bygger enzymet upp RNA-kedjan genom att lägga till nukleotider till kedjan som interagerar komplementärt med mall-DNA-kedjan.
