RNA je základní složkou molekulárně genetických mechanismů buňky. Obsah ribonukleových kyselin je několik procent její suché hmotnosti a asi 3-5 % z tohoto množství připadá na messenger RNA (mRNA), která se přímo podílí na syntéze proteinů a přispívá k implementaci genomu.
Molekula mRNA kóduje aminokyselinovou sekvenci proteinu přečteného z genu. Proto se matrix ribonukleová kyselina jinak nazývá informační (mRNA).
Obecné vlastnosti
Stejně jako všechny ribonukleové kyseliny je messenger RNA řetězec ribonukleotidů (adenin, guanin, cytosin a uracil), které jsou navzájem spojeny fosfodiesterovými vazbami. Nejčastěji má mRNA pouze primární strukturu, ale v některých případech má sekundární strukturu.
V buňce jsou desítky tisíc druhů mRNA, z nichž každý je reprezentován 10-15 molekulami odpovídajícími konkrétnímu místu v DNA. mRNA obsahuje informace o struktuře jednoho nebo vícebakterie) proteiny. Aminokyselinová sekvence je prezentována jako triplety kódující oblasti molekuly mRNA.
Biologická role
Hlavní funkcí messenger RNA je implementovat genetickou informaci jejím přenosem z DNA do místa syntézy proteinů. V tomto případě mRNA plní dva úkoly:
- přepisuje informace o primární struktuře proteinu z genomu, který se provádí v procesu transkripce;
- interaguje s aparátem syntetizujícím proteiny (ribozomy) jako sémantickou matricí, která určuje sekvenci aminokyselin.
Ve skutečnosti je transkripce syntézou RNA, ve které DNA působí jako templát. Avšak pouze v případě messenger RNA má tento proces hodnotu přepisování informace o proteinu z genu.
Je to mRNA, která je hlavním mediátorem, přes který probíhá cesta od genotypu k fenotypu (DNA-RNA-protein).
Životnost mRNA v buňce
Messenger RNA žije v buňce velmi krátkou dobu. Doba existence jedné molekuly je charakterizována dvěma parametry:
- Funkční poločas je určen schopností mRNA sloužit jako templát a je měřen snížením množství proteinu syntetizovaného na molekulu. U prokaryot je toto číslo přibližně 2 minuty. Během tohoto období se množství syntetizované bílkoviny sníží na polovinu.
- Chemický poločas je určen redukcí molekul mediátorové RNA schopných hybridizace(komplementární sloučenina) s DNA, která charakterizuje integritu primární struktury.
Chemický poločas je obvykle delší než funkční poločas, protože mírná počáteční degradace molekuly (například jediné přerušení ribonukleotidového řetězce) ještě nezabrání hybridizaci s DNA, ale již zabrání proteinu syntéza.
Poločas rozpadu je statistický koncept, takže existence konkrétní molekuly RNA může být výrazně vyšší nebo nižší než tato hodnota. Výsledkem je, že některé mRNA mají čas na vícenásobnou translaci, zatímco jiné jsou degradovány před dokončením syntézy jedné molekuly proteinu.
Pokud jde o degradaci, eukaryotické mRNA jsou mnohem stabilnější než prokaryotické (poločas rozpadu je asi 6 hodin). Z tohoto důvodu je mnohem snáze izolovat z buňky neporušené.
struktura mRNA
Nukleotidová sekvence messenger RNA zahrnuje přeložené oblasti, ve kterých je zakódována primární struktura proteinu, a neinformativní oblasti, jejichž složení se u prokaryot a eukaryot liší.
Kódující oblast začíná iniciačním kodonem (AUG) a končí jedním z terminačních kodonů (UAG, UGA, UAA). V závislosti na typu buňky (jaderné nebo prokaryotické) může messenger RNA obsahovat jednu nebo více translačních oblastí. V prvním případě se nazývá monocistronický a ve druhém polycistronický. Ten je charakteristický pouze pro bakterie a archaea.
Funkce struktury a fungování mRNA u prokaryot
Transkripční procesy u prokaryota translace probíhají současně, takže messenger RNA má pouze primární strukturu. Stejně jako u eukaryot je reprezentován lineární sekvencí ribonukleotidů, která obsahuje informační a nekódující oblasti.
Většina mRNA bakterií a archaea je polycistronická (obsahuje několik kódujících oblastí), což je způsobeno zvláštností organizace prokaryotického genomu, který má operonovou strukturu. To znamená, že v jednom transkriptu DNA je zakódována informace o několika proteinech, která je následně přenesena do RNA. Malá část messenger RNA je monocistronní.
Nepřeložené oblasti bakteriální mRNA jsou reprezentovány:
- vedoucí sekvence (umístěná na 5`-konci);
- sekvence přívěsu (nebo konce) (umístěná na 3`-konci);
- nepřeložené intercistronní oblasti (spacery) – umístěné mezi kódujícími oblastmi polycistronní RNA.
Délka intercistronických sekvencí může být od 1-2 do 30 nukleotidů.
Eukaryotická mRNA
Eukaryotická mRNA je vždy monocistronní a obsahuje složitější sadu nekódujících oblastí, které zahrnují:
- cap;
- 5`-nepřeložená oblast (5`NTR);
- 3`-nepřeložená oblast (3`NTR);
- polyadenylový ocas.
Zobecněná struktura messenger RNA u eukaryot může být reprezentována jakoschémata s následující sekvencí prvků: cap, 5`-UTR, AUG, přeložená oblast, stop kodon, 3`UTR, poly-A-tail.
U eukaryot jsou procesy transkripce a translace odděleny jak v čase, tak v prostoru. Messenger RNA získává během zrání, což se nazývá zpracování, čepici a polyadenylový ocas, a poté je transportován z jádra do cytoplazmy, kde se koncentrují ribozomy. Zpracování také vyloučí introny, které jsou přeneseny do RNA z eukaryotického genomu.
Kde se syntetizují ribonukleové kyseliny
Všechny typy RNA jsou syntetizovány speciálními enzymy (RNA polymerázami) na bázi DNA. V souladu s tím je lokalizace tohoto procesu v prokaryotických a eukaryotických buňkách odlišná.
U eukaryot se transkripce provádí uvnitř jádra, ve kterém je koncentrována DNA ve formě chromatinu. Přitom se nejdříve syntetizuje pre-mRNA, která prochází řadou modifikací a teprve poté je transportována do cytoplazmy.
U prokaryot je místem, kde se syntetizují ribonukleové kyseliny, oblast cytoplazmy hraničící s nukleoidem. Enzymy syntetizující RNA interagují s despiralizovanými smyčkami bakteriálního chromatinu.
Přepisovací mechanismus
Syntéza messenger RNA je založena na principu komplementarity nukleových kyselin a je prováděna RNA polymerázami, které katalyzují uzavření fosfodiesterové vazby mezi ribonukleosidtrifosfáty.
U prokaryot je mRNA syntetizována stejným enzymem jako ostatní druhyribonukleotidy a u eukaryot pomocí RNA polymerázy II.
Trankripce zahrnuje 3 fáze: zahájení, prodloužení a ukončení. V první fázi se polymeráza naváže na promotor, specializované místo, které předchází kódující sekvenci. Ve fázi elongace enzym vytváří řetězec RNA přidáním nukleotidů do řetězce, které komplementárně interagují s templátovým řetězcem DNA.
