Vrste i funkcije molekula RNK. Koje vrste RNK postoje u ćeliji, gdje se sintetišu?

Prisutan u molekuli RNK umjesto timina. RNA nukleotidi sadrže ribozu umjesto deoksiriboze. U RNA lancu, nukleotidi su povezani kovalentnim vezama između riboze jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog.

U tijelu se RNK nalazi u obliku kompleksa sa proteinima - ribonukleoproteinima.

Postoje 2 tipa RNA molekula:

1) Dvolančane RNK su karakteristične za neke viruse - služe za pohranu i reprodukciju nasljednih informacija (obavljaju funkcije hromozoma).

2) U većini ćelija, jednolančane RNK vrše prenos informacija o sekvenci aminokiselina u proteinima od hromozoma do ribozoma.

Jednolančane RNK imaju prostorna organizacija: zbog interakcije azotnih baza jedna s drugom, kao i sa fosfatima i hidroksilima šećerno-fosfatne kičme, lanac se presavija u kompaktnu strukturu kao što je globula. Funkcija: prijenos informacija s hromozoma na ribosom o sekvenci AA u proteinima koji se sintetiziraju.

Postoji nekoliko tipova jednolančane RNK prema njihovoj funkciji ili lokaciji u ćeliji:

1. ribosomalna RNA (rRNA)čini najveći dio citoplazmatske RNK (80-90%). Dimenzije 3000-5000 baznih parova. Sekundarna struktura u obliku ukosnica sa dvostrukom spiralom. rRNA je strukturna komponenta ribozoma - ćelijskih organela u kojima se odvija sinteza proteina. Ribosomi su lokalizirani u citoplazmi, nukleolusima, mitohondrijima i hloroplastima. Sastoje se od dvije podjedinice - velike i male. Mala podjedinica se sastoji od jedne rRNA molekule i 33 molekula proteina, a velika podjedinica se sastoji od 3 rRNA molekula i 50 proteina. Proteini ribosoma obavljaju enzimske i strukturne funkcije.

rRNA funkcije:

1) strukturna komponenta ribozom- njihov integritet je neophodan za biosintezu proteina;

2) obezbediti pravilno vezivanje ribozoma za mRNA;

3) obezbediti pravilno vezivanje ribozoma za t-RNK;

2. Matriks (mRNA) - 2-6% ukupne količine RNK.

Sastoji se od oblasti:

1) cistroni - određuju sekvencu AK u proteinima koje kodiraju, imaju jedinstvenu sekvencu nukleotida;

2) netranslirani regioni se nalaze na krajevima molekula, imaju zajedničke obrasce sastava nukleotida.

Kapica - posebna struktura na 5' kraju mRNA - je 7-metilgvanozin trifosfat, koji se formira enzimski tokom transkripcije.

Funkcije kape:

1) štiti 5' kraj od cijepanja egzonukleazama,

2) koristi se za specifično prepoznavanje mRNA tokom translacije.

Precistronska neprevedena regija - 3-15 nukleotida. Funkcija: osigurava ispravnu interakciju 5' kraja mRNA sa ribozomom.

Cistron: sadrži inicirajuće i terminacijske kodone - posebne nukleotidne sekvence odgovorne za početak i kraj prijenosa informacija iz datog cistrona.

Postcistronski neprevedeni region - nalazi se na 3' kraju, sadrži heksanukleotid (često AAUAAAA) i lanac od 20-250 adenil nukleotida. Funkcija je održavanje intracelularne stabilnosti mRNA.

3. Transfer RNK (tRNA) - 15% ukupne RNK, sastoji se od 70-93 bazna para. Funkcija: transfer aminokiseline na mjesto sinteze proteina, "prepoznavanje" (prema principu komplementarnosti) mRNA region koji odgovara prenesenoj aminokiselini. Za svaki od 20 AA postoje specifične tRNA (obično više od jedne). Sve tRNA imaju složenu strukturu lista djeteline.

List djeteline sadrži 5 dijelova:

1) 3′ kraj - akceptorska grana (ostatak AA je ovde vezan eterskom vezom),

2) antikidonska grana - nalazi se nasuprot akceptorskog mesta, sastoji se od tri nesparena (sa slobodnim vezama) nukleotida (antikodon) i specifično parova (antiparalelna, komplementarna) sa kodonom mRNA.

kodon- skup od 3 nukleotida (triplet) u mRNA, koji određuje mjesto date aminokiseline u sintetiziranom polipeptidnom lancu. Ovo je jedinica genetskog koda, uz pomoć koje se sve genetske informacije "zapisuju" u molekule DNK i RNK.

3) T-grana (pseudouredin petlja - sadrži pseudouredin) - mjesto koje se veže za ribosom.

4) D-grana (dehidrouredin petlja - sadrži dehidrouredin) - mesto koje obezbeđuje interakciju sa enzimom aminoacil-tRNA sintetazom koji odgovara aminokiselini.

5) Dodatna mala grana. Funkcije još nisu istražene.

6) Nuklearna RNK (nRNA) - komponenta ćelijskog jezgra. Niskopolimer, stabilan, čija je uloga još uvijek nejasna.

Sve vrste RNK se sintetiziraju u ćelijskom jezgru na DNK matriksu pod djelovanjem enzima. polimeraze. U ovom slučaju nastaje niz ribonukleotida koji je komplementaran sekvenci deoksiribonukleotida u DNK - to je proces transkripcije.

Različite vrste DNK i RNK - nukleinske kiseline - jedan je od predmeta proučavanja molekularne biologije. Jedno od najperspektivnijih i najbrže razvijajućih oblasti u ovoj nauci poslednjih godina je proučavanje RNK.

Ukratko o strukturi RNK

Dakle, RNA, ribonukleinska kiselina, je biopolimer, čija je molekula lanac formiran od četiri vrste nukleotida. Svaki nukleotid se pak sastoji od azotne baze (adenin A, gvanin G, uracil U ili citozin C) u kombinaciji sa šećerom riboze i ostatkom fosforne kiseline. Ostaci fosfata, povezujući se sa ribozama susjednih nukleotida, "šivaju" sastavne blokove RNK u makromolekulu - polinukleotid. Tako se formira primarna struktura RNK.

Sekundarna struktura - formiranje dvostrukog lanca - formira se u nekim dijelovima molekule u skladu s principom komplementarnosti dušičnih baza: adenin se uparuje s uracilom preko dvostruke, a gvanin sa citozinom - trostrukom vodikovom vezom.

U radnom obliku, molekula RNK formira i tercijarnu strukturu - posebnu prostornu strukturu, konformaciju.

RNA sinteza

Sve vrste RNK se sintetiziraju pomoću enzima RNA polimeraze. Može biti ovisan o DNK i RNK, odnosno može katalizirati sintezu i na DNK i na RNK šablonima.

Sinteza se zasniva na komplementarnosti baza i antiparalelnosti smera čitanja genetskog koda i odvija se u nekoliko faza.

Prvo, RNK polimeraza se prepoznaje i veže za posebnu sekvencu nukleotida na DNK - promotor, nakon čega se dvostruka spirala DNK odmotava na malom području i počinje sklapanje RNA molekula preko jednog od lanaca, koji se naziva šablon (drugi DNK lanac naziva se kodiranjem - njegova kopija je sintetizirana RNK). Asimetrija promotora određuje koji će od lanaca DNK poslužiti kao šablon, i na taj način omogućava RNA polimerazi da započne sintezu u ispravnom smjeru.

Sljedeći korak se naziva elongacija. Kompleks transkripcije, koji uključuje RNA polimerazu i neupletenu regiju sa DNK-RNA hibridom, počinje da se kreće. Kako se ovo kretanje odvija, rastući lanac RNK postupno se odvaja, a dvostruka spirala DNK se odmotava ispred kompleksa i ponovo se sastavlja iza njega.

Završna faza sinteze nastaje kada RNA polimeraza dostigne specifičan dio matriksa koji se naziva terminator. Završetak (završetak) procesa može se postići na različite načine.

Glavne vrste RNK i njihove funkcije u ćeliji

One su sljedeće:

Matrični ili informacioni (mRNA). Kroz njega se vrši transkripcija - prijenos genetske informacije iz DNK.
Ribosomalna (rRNA), koja obezbeđuje proces translacije – sintezu proteina na mRNA šablonu.
Transport (tRNA). Proizvodi prepoznavanje i transport aminokiselina do ribozoma, gdje se odvija sinteza proteina, a također učestvuje u translaciji.
Male RNK su opsežna klasa malih molekula koje obavljaju različite funkcije tokom procesa transkripcije, sazrijevanja RNK i translacije.
RNA genomi su kodirajuće sekvence koje sadrže genetske informacije nekih virusa i viroida.

Osamdesetih godina prošlog stoljeća otkrivena je katalitička aktivnost RNK. Molekuli s ovim svojstvom nazivaju se ribozimi. Još nije poznato toliko prirodnih ribozima, njihova katalitička sposobnost je niža od bjelančevina, ali u ćeliji obavljaju izuzetno važne funkcije. Trenutno se uspješno radi na sintezi ribozima, koji su, između ostalog, imali i primijenjeni značaj.

Zaustavimo se detaljnije na različitim tipovima RNA molekula.

Matrična (informacijska) RNK

Ovaj molekul se sintetizira preko neupletenog dijela DNK, kopirajući tako gen koji kodira određeni protein.

RNK eukariotskih ćelija, prije nego što postane, zauzvrat, matrica za sintezu proteina, mora sazrijeti, odnosno proći kroz kompleks različitih modifikacija - procesiranja.

Prije svega, čak iu fazi transkripcije, molekul se podvrgava kapiranju: posebna struktura jednog ili više modificiranih nukleotida, kapa, pričvršćena je na njegov kraj. Igra važnu ulogu u mnogim nizvodnim procesima i poboljšava stabilnost mRNA. Takozvani poli(A) rep, sekvenca adenin nukleotida, vezan je za drugi kraj primarnog transkripta.

Pre-mRNA se zatim spaja. To je uklanjanje nekodirajućih regija iz molekula - introna, kojih ima u izobilju u eukariotskoj DNK. Zatim dolazi do postupka uređivanja mRNA u kojoj se hemijski modifikuje njen sastav, kao i metilacija, nakon čega zrela mRNA napušta jezgro ćelije.

Ribosomalna RNA

Osnovu ribozoma, kompleksa koji obezbjeđuje sintezu proteina, čine dvije dugačke rRNA koje formiraju podčestice ribozoma. Oni se sintetiziraju zajedno kao jedna pre-rRNA, koja se zatim odvaja tokom obrade. Velika podjedinica također uključuje rRNA niske molekularne težine sintetiziranu iz zasebnog gena. Ribosomalne RNK imaju gusto zbijenu tercijarnu strukturu koja služi kao skela za proteine koji su prisutni u ribosomu i obavljaju pomoćne funkcije.

U neradnoj fazi, podjedinice ribosoma su odvojene; na početku translacionog procesa, rRNA male podjedinice se kombinuje sa glasničkom RNK, nakon čega se elementi ribosoma u potpunosti kombinuju. Kada RNK male podjedinice stupi u interakciju s mRNA, potonja se, takoreći, proteže kroz ribozom (što je ekvivalentno kretanju ribozoma duž mRNA). Ribosomska RNK velike podjedinice je ribozim, odnosno ima enzimska svojstva. On katalizuje stvaranje peptidnih veza između aminokiselina tokom sinteze proteina.

Treba napomenuti da je najveći dio svih RNK u ćeliji ribosomalni - 70-80%. DNK ima veliki broj gena koji kodiraju rRNA, što osigurava njenu vrlo intenzivnu transkripciju.

Transfer RNA

Ovu molekulu prepoznaje određena aminokiselina uz pomoć posebnog enzima i, povezujući se s njom, prenosi aminokiselinu do ribozoma, gdje služi kao posrednik u procesu translacije – sintezi proteina. Prenos se vrši difuzijom u citoplazmi ćelije.

Novosintetizirane molekule tRNA, kao i druge vrste RNK, se obrađuju. Zrela tRNA u svom aktivnom obliku ima konformaciju koja liči na list djeteline. Na "peteljci" lista - akceptorskom mjestu - nalazi se CCA sekvenca sa hidroksilnom grupom koja se vezuje za aminokiselinu. Na suprotnom kraju "lista" nalazi se petlja antikodona koja se povezuje sa komplementarnim kodonom na mRNA. D-petlja služi za vezivanje prijenosne RNK za enzim pri interakciji s aminokiselinom, a T-petlja - za vezanje za veliku podjedinicu ribosoma.

Mala RNK

Ove vrste RNK igraju važnu ulogu u ćelijskim procesima i sada se aktivno proučavaju.

Na primjer, male nuklearne RNK u eukariotskim stanicama su uključene u spajanje mRNA i vjerojatno imaju katalitička svojstva zajedno sa proteinima spliceosoma. Male nukleolarne RNK su uključene u procesiranje ribosomske i transferne RNK.

Male interferencije i mikroRNA su najvažniji elementi sistema regulacije ekspresije gena, koji je neophodan ćeliji da kontroliše sopstvenu strukturu i vitalnu aktivnost. Ovaj sistem je važan dio imunološkog antivirusnog odgovora ćelije.

Postoji i klasa malih RNK koje funkcionišu u kompleksu sa Piwi proteinima. Ovi kompleksi igraju ogromnu ulogu u razvoju ćelija zametne linije, u spermatogenezi i u supresiji prenosivih genetskih elemenata.

RNA genom

Većina virusa može koristiti molekulu RNK kao genom. Virusni genomi su različiti - jednolančani i dvolančani, kružni ili linearni. Također, RNA genomi virusa su često segmentirani i općenito kraći od genoma koji sadrže DNK.

Postoji porodica virusa čija se genetska informacija, kodirana u RNK, nakon infekcije ćelije reverznom transkripcijom, prepisuje na DNK, koja se zatim unosi u genom ćelije žrtve. To su takozvani retrovirusi. To uključuje, posebno, virus ljudske imunodeficijencije.

Značaj istraživanja RNK u savremenoj nauci

Ako je ranije preovladavalo mišljenje o sekundarnoj ulozi RNK, sada je jasno da je ona neophodan i najvažniji element unutarćelijske životne aktivnosti. Mnogi procesi od najveće važnosti ne mogu bez aktivnog učešća RNK. Mehanizmi takvih procesa dugo su ostali nepoznati, ali zahvaljujući proučavanju različitih tipova RNK i njihovih funkcija, mnogi detalji postepeno postaju jasni.

Moguće je da je RNK odigrala odlučujuću ulogu u nastanku i razvoju života u zoru Zemljine istorije. Rezultati novijih studija govore u prilog ovoj hipotezi, svjedočeći o izuzetnoj starini mnogih mehanizama funkcionisanja ćelija uz učešće određenih vrsta RNK. Na primjer, nedavno otkriveni ribos prekidači kao dio mRNA (sistem regulacije genske aktivnosti bez proteina u fazi transkripcije), prema mnogim istraživačima, odjeci su ere kada je primitivni život izgrađen na bazi RNK, bez učešće DNK i proteina. MikroRNA se takođe smatraju veoma drevnom komponentom regulatornog sistema. Strukturne karakteristike katalitički aktivne rRNA ukazuju na njenu postepenu evoluciju dodavanjem novih fragmenata drevnom protoribozomu.

Temeljna studija o tome koje vrste RNK i kako su uključene u određene procese je također izuzetno važna za teorijske i primijenjene oblasti medicine.

I uracil (za razliku od DNK, koji sadrži timin umjesto uracila). Ovi molekuli se nalaze u ćelijama svih živih organizama, kao iu nekim virusima.

Glavne funkcije RNK u ćelijskim organizmima su šablon za prevođenje genetskih informacija u proteine i opskrbu ribozomima odgovarajućih aminokiselina. Kod virusa je nosilac genetske informacije (kodira proteine omotača i enzime virusa). Viroidi se sastoje od kružne RNK molekule i ne sadrže druge molekule. Postoji Hipoteza RNA svijeta, prema kojem je RNK nastala prije proteina i bila je prvi oblik života.

Ćelijske RNK se formiraju u procesu tzv transkripcija, odnosno sinteza RNK na matrici DNK, koju provode posebni enzimi - RNA polimeraza. Messenger RNA (mRNA) zatim učestvuju u procesu koji se zove translacija. Broadcast je sinteza proteina na mRNA šablonu uz učešće ribozoma. Ostale RNK se nakon transkripcije podvrgavaju kemijskim modifikacijama, a nakon formiranja sekundarnih i tercijarnih struktura obavljaju funkcije koje zavise od tipa RNK.

Jednolančanu RNK karakteriše niz prostornih struktura u kojima su neki od nukleotida istog lanca međusobno upareni. Neke visoko strukturirane RNK su uključene u sintezu ćelijskih proteina, na primjer, prijenosne RNA služe za prepoznavanje kodona i isporuku odgovarajućih aminokiselina na mjesto sinteze proteina, a glasničke RNA služe kao strukturna i katalitička osnova ribozoma.

Međutim, funkcije RNK u modernim stanicama nisu ograničene na njihovu ulogu u translaciji. Dakle, mRNA su uključene u eukariotske glasničke RNK i druge procese.

Pored činjenice da su molekule RNK dio nekih enzima (na primjer, telomeraze), pojedinačne RNA imaju vlastitu enzimsku aktivnost, sposobnost da naprave prekide u drugim molekulama RNK ili, obrnuto, "lijepe" dva fragmenta RNK. Takve RNK se nazivaju ribozimi.

Brojni virusi se sastoje od RNK, odnosno u njima ona igra ulogu koju DNK ima u višim organizmima. Na osnovu raznolikosti funkcija RNK u ćeliji, postavljena je hipoteza prema kojoj je RNK prvi molekul sposoban za samoreprodukciju u prebiološkim sistemima.

Istorija studija RNK

Nukleinske kiseline su otkrivene u 1868Švicarski naučnik Johann Friedrich Miescher, koji je ove supstance nazvao "nuklein" jer su pronađene u jezgru (lat. Nucleus). Kasnije je otkriveno da bakterijske ćelije koje nemaju jezgro sadrže i nukleinske kiseline.

Značaj RNK u sintezi proteina sugeriran je u 1939 u djelu Thorburn Oskara Kaspersona, Jeana Bracheta i Jacka Schultza. Gerard Mairbucks je izolovao prvu RNK koja kodira zečji hemoglobin i pokazao da kada se ubrizgava u oocite, stvara se isti protein.

U Sovjetskom Savezu u 1956-57 obavljen je rad (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) na određivanju sastava RNK ćelija, što je dovelo do zaključka da je glavnina RNK u ćeliji ribosomska RNK.

IN 1959 Severo Ochoa dobio je Nobelovu nagradu za medicinu za otkrivanje mehanizma sinteze RNK. Sekvenca od 77 nukleotida jedne od tRNA kvasca S. cerevisiae određena je u 1965 u laboratoriji Roberta Halla, za koju 1968 dobio je Nobelovu nagradu za medicinu.

IN 1967 Carl Wese je sugerirao da RNK imaju katalitička svojstva. On je iznio takozvanu RNK svjetsku hipotezu, u kojoj su RNK proto-organizama služile i kao molekule za pohranu informacija (sada ovu ulogu obavlja DNK) i kao molekule koje kataliziraju metaboličke reakcije (sada to rade enzimi).

IN 1976 Walter Fires i njegova grupa sa Univerziteta u Gentu (Holandija) po prvi put su utvrdili sekvencu RNA genoma - sadržanog u virusu, bakteriofagu MS2.

Kao prvo 1990-ih utvrđeno je da uvođenje stranih gena u genom biljke dovodi do supresije ekspresije sličnih biljnih gena. Otprilike u isto vrijeme, pokazalo se da RNK dužine oko 22 baze, koje se sada nazivaju miRNA, igraju regulatornu ulogu u ontogeniji okruglih crva.

Hipotezu o važnosti RNK u sintezi proteina iznio je Torbjörn Caspersson na osnovu istraživanja 1937-1939., zbog čega se pokazalo da stanice koje aktivno sintetiziraju protein sadrže veliku količinu RNK. Potvrdu hipoteze dobio je Hubert Chantrenne.

Strukturne karakteristike RNK

RNA nukleotidi se sastoje od šećera - riboze, za koju je jedna od baza vezana na poziciji 1": adenin, gvanin, citozin ili uracil. Fosfatna grupa spaja riboze u lanac, formirajući veze sa 3" atomom ugljika jedne riboze i u poziciji 5" drugog. Fosfatne grupe pri fiziološkom pH su negativno nabijene, pa se RNK može nazvati polianion.

RNK se transkribuje kao polimer četiri baze (adenin (A), gvanin (G), uracil (U) i citozin (C)), ali "zrela" RNK ima mnogo modifikovanih baza i šećera. Ukupno, postoji oko 100 različitih tipova modifikovanih nukleozida u RNK, od kojih:
-2"-O-metilriboza najčešća modifikacija šećera;
- pseudouridin- najčešće modifikovana baza, koja se najčešće javlja. U pseudouridinu (Ψ), veza između uracila i riboze nije C - N, već C - C, ovaj nukleotid se javlja na različitim pozicijama u RNA molekulima. Posebno, pseudouridin je važan za funkciju tRNA.

Još jedna modificirana baza koju vrijedi spomenuti je hipoksantin, deaminirani gvanin, čiji se nukleozid naziva inozin. Inozin igra važnu ulogu u osiguravanju degeneracije genetskog koda.

Uloga mnogih drugih modifikacija nije u potpunosti shvaćena, ali u ribosomskoj RNK mnoge post-transkripcione modifikacije nalaze se u regijama važnim za funkcionisanje ribozoma. Na primjer, na jednom od ribonukleotida uključenih u formiranje peptidne veze. Dušične baze u RNK mogu formirati vodikove veze između citozina i guanina, adenina i uracila, kao i između guanina i uracila. Međutim, moguće su i druge interakcije, na primjer, nekoliko adenina može formirati petlju, ili petlju koja se sastoji od četiri nukleotida, u kojoj se nalazi bazni par adenin-guanin.

Važna strukturna karakteristika RNK koja je razlikuje od DNK je prisustvo hidroksilne grupe na poziciji 2" riboze, što omogućava molekuli RNK da postoji u A, a ne u B konformaciji koja se najčešće vidi u DNK. Oblik A ima duboki i uski glavni žljeb te plitki i široki manji žljeb. Druga posljedica prisustva 2" hidroksilne grupe je da su konformacijsko plastični, odnosno ne uključeni u formiranje dvostruke spirale, dijelovi Molekul RNK može hemijski napasti druge fosfatne veze i razdvojiti ih.

"Radni" oblik jednolančanog RNA molekula, kao u proteinima, često ima tercijarne strukture. Tercijarna struktura se formira na osnovu elemenata sekundarne strukture, formiranih vodoničnim vezama unutar jednog molekula. Postoji nekoliko vrsta elemenata sekundarne strukture - petlje, petlje i pseudočvorovi. Zbog velikog broja mogućih uparivanja baza, predviđanje sekundarne strukture RNK je mnogo teži zadatak od strukture proteina, ali trenutno postoje efikasni programi, na primjer, mfold.

Primjer ovisnosti funkcija RNK molekula o njihovoj sekundarnoj strukturi su interna ulazna mjesta ribosoma (IRES). IRES - struktura na 5" kraju glasničke RNK, koja osigurava vezivanje ribozoma zaobilazeći uobičajeni mehanizam za iniciranje sinteze proteina, zahtijeva prisustvo posebne modificirane baze (cap) na kraju 5" i faktore inicijacije proteina . U početku su IRES pronađeni u virusnim RNK, ali sada se akumulira sve više i više dokaza da ćelijske mRNA također koriste IRES-ovisni mehanizam inicijacije u uslovima stresa. Mnoge vrste RNK, kao što su rRNA i snRNA (snRNA), funkcionišu u ćeliji kao kompleksi sa proteinima koji se povezuju sa RNA molekulima nakon što su sintetizovani ili (y) izvezeni iz jezgra u citoplazmu. Takvi RNA-proteinski kompleksi nazivaju se ribonukleoproteinski kompleksi ili ribonukleoproteini.

Matrična ribonukleinska kiselina (mRNA, sinonim - glasnička RNA, mRNA)- RNK odgovorna za prijenos informacija o primarnoj strukturi proteina od DNK do mjesta sinteze proteina. mRNA se sintetiše iz DNK tokom transkripcije, nakon čega se, zauzvrat, koristi tokom translacije kao šablon za sintezu proteina. Dakle, mRNA igra važnu ulogu u "manifestaciji" (ekspresiji).
Dužina tipične zrele mRNA je od nekoliko stotina do nekoliko hiljada nukleotida. Najduže mRNA pronađene su u (+) ssRNA virusima, kao što su pikornavirusi, ali treba imati na umu da kod ovih virusa mRNA formira njihov cijeli genom.

Velika većina RNK ne kodira proteine. Ove nekodirajuće RNK se mogu transkribovati iz pojedinačnih gena (npr. ribosomalne RNK) ili biti izvedene iz introna. Klasični, dobro proučeni tipovi nekodirajućih RNK su transferne RNK (tRNA) i rRNK uključene u proces translacije. Postoje i RNK klase odgovorne za regulaciju gena, obradu mRNA i druge uloge. Osim toga, postoje nekodirajuće RNA molekule koje mogu katalizirati kemijske reakcije kao što su rezanje i vezivanje RNA molekula. Po analogiji s proteinima koji mogu katalizirati kemijske reakcije - enzimima (enzimima), katalitičke RNK molekule nazivaju se ribozimi.

transport (tRNA)- mali, koji se sastoji od oko 80 nukleotida, molekula sa konzervativnom tercijarnom strukturom. Oni nose specifične aminokiseline do mjesta sinteze peptidne veze u ribosomu. Svaka tRNA sadrži mjesto vezivanja aminokiselina i antikodon za prepoznavanje i vezanje za kodon mRNA. Antikodon formira vodonične veze sa kodonom, što postavlja tRNA u poziciju koja omogućava formiranje peptidne veze između posljednje amino kiseline formiranog peptida i aminokiseline vezane za tRNA.

ribosomalna RNA (rRNA)- katalitička komponenta ribozoma. Eukariotski ribozomi sadrže četiri tipa rRNA molekula: 18S, 5.8S, 28S i 5S. Tri od četiri tipa rRNA se sintetiziraju na polisomima. U citoplazmi, ribosomske RNK se kombinuju sa ribosomskim proteinima i formiraju nukleoproteine zvane ribosomi. Ribosom se veže za mRNA i sintetizira protein. rRNA je do 80% RNK koja se nalazi u citoplazmi eukariotskih ćelija.

Neobičan tip RNK koji djeluje i kao tRNA i kao mRNA (tmRNA) nalazi se u mnogim bakterijama i plastidima. Kada se ribosom zaustavi na defektnim mRNA bez stop kodona, tmRNA vezuje mali peptid koji usmjerava protein na razgradnju.

Mikro-RNA (21-22 nukleotida dužine) nalaze kod eukariota i utiču putem mehanizma interferencije RNK. Istovremeno, kompleks mikroRNA i enzima može dovesti do metilacije nukleotida u DNK promotora gena, što služi kao signal za smanjenje aktivnosti gena. Kada se koristi druga vrsta regulacije mRNA, komplementarna miRNA se razgrađuje. Međutim, postoje miRNA koje povećavaju, a ne smanjuju ekspresiju gena.

Mala interferirajuća RNK (siRNA, 20-25 nukleotida)često nastaju kao rezultat cijepanja virusne RNK, ali postoje i endogene stanične miRNA. Male interferirajuće RNK također djeluju putem RNA interferencije u mehanizmima sličnim onima kod miRNA.

Poređenje sa DNK

Postoje tri glavne razlike između DNK i RNK:

1 . DNK sadrži šećer deoksiribozu, RNK sadrži ribozu, koja ima dodatnu hidroksilnu grupu u odnosu na dezoksiribozu. Ova grupa povećava vjerovatnoću hidrolize molekule, odnosno smanjuje stabilnost molekule RNK.

2. Nukleotid komplementaran adeninu u RNK nije timin, kao u DNK, već je uracil nemetilirani oblik timina.

3. DNK postoji u obliku dvostruke spirale, koja se sastoji od dva odvojena molekula. Molekuli RNK su u prosjeku mnogo kraći i pretežno jednolančani. Strukturna analiza biološki aktivnih RNA molekula, uključujući tRNA, rRNA snRNA i druge molekule koje ne kodiraju proteine, pokazala je da se one ne sastoje od jedne dugačke spirale, već od brojnih kratkih spirala smještenih jedna blizu druge i čine nešto slično tercijarne strukture proteina. Kao rezultat toga, RNK može katalizirati kemijske reakcije, na primjer, centar peptidne transferaze ribozoma, koji je uključen u formiranje peptidne veze proteina, sastoji se u potpunosti od RNK.

Karakteristike:

1. Obrada

Mnoge RNK učestvuju u modifikaciji drugih RNK. Introni se izrezuju iz spliceosomskih pro-mRNA, koje, pored proteina, sadrže nekoliko malih nuklearnih RNA (snRNA). Osim toga, introni mogu katalizirati vlastitu eksciziju. RNK sintetizirana kao rezultat transkripcije također se može kemijski modificirati. Kod eukariota, hemijske modifikacije RNA nukleotida, kao što je njihova metilacija, vrše male nuklearne RNK (snRNA, 60-300 nukleotida). Ova vrsta RNK je lokalizirana u nukleolusu i Cajalovim tijelima. Nakon povezivanja snRNA sa enzimima, snRNA se vezuje za ciljnu RNK uparivanje baza između dva molekula, a enzimi modifikuju nukleotide ciljne RNK. Ribosomalne i transferne RNK sadrže mnoge takve modifikacije, čija je specifična pozicija često očuvana tokom evolucije. snRNA i same snRNA se također mogu modificirati.

2. Emitovanje

tRNA vezuju određene aminokiseline u citoplazmi i šalju se na mjesto sinteze proteina do mRNA gdje se vezuju za kodon i doniraju aminokiselinu koja se koristi za sintezu proteina.

3. Informacijska funkcija

U nekim virusima, RNK obavlja funkcije koje DNK obavlja u eukariotima. Također, informacijsku funkciju obavlja mRNA, koja nosi informacije o proteinima i mjesto je njihove sinteze.

4. Regulacija gena

Neke vrste RNK su uključene u regulaciju gena povećanjem ili smanjenjem njene aktivnosti. To su takozvane miRNA (male interferirajuće RNA) i mikroRNA.

5. katalitičkifunkcija

Postoje takozvani enzimi koji pripadaju RNK, zovu se ribozimi. Ovi enzimi obavljaju različite funkcije i imaju posebnu strukturu.

Za razliku od molekula DNK, ribonukleinske kiseline su predstavljene jednim polinukleotidnim lancem, koji se sastoji od četiri vrste nukleotida koji sadrže šećer, ribozu, fosfat i jednu od četiri azotne baze - adenin, gvanin, uracil ili citozin. RNK se sintetiše na molekulima DNK pomoću enzima RNA polimeraze u skladu sa principom komplementarnosti i antiparalelnosti, a uracil je komplementaran DNK adeninu u RNK. Cijeli niz RNK koji djeluju u ćeliji može se podijeliti u tri glavna tipa: mRNA, tRNA, rRNA.

Matrica, ili informacija, RNK (mRNA ili mRNA).

Transkripcija. Kako bi se sintetizirali proteini sa željenim svojstvima, na mjesto njihove konstrukcije šalje se „instrukcija“ o redoslijedu kojim su aminokiseline uključene u peptidni lanac. Ova instrukcija je sadržana u nukleotidnoj sekvenci matriksa, odnosno informacijskoj RNK (mRNA, mRNA) sintetizovanoj u odgovarajućim DNK regionima. Proces sinteze mRNA se naziva transkripcija. Sinteza mRNA počinje otkrivanjem RNA polimeraze posebnog mjesta u molekuli DNK, što ukazuje na mjesto početka transkripcije – promotor.

Nakon vezivanja za promotor, RNA polimeraza odmotava susjedni zavoj DNK heliksa. Dva lanca DNK se u ovom trenutku razilaze, a na jednom od njih enzim sintetiše mRNA. Sklapanje ribonukleotida u lanac odvija se u skladu sa njihovom komplementarnošću sa DNK nukleotidima, a takođe i antiparalelno sa šablonskim DNK lancem. Zbog činjenice da je RNA polimeraza u stanju da sastavi polinukleotid samo od 5' kraja do 3' kraja, samo jedan od dva DNK lanca može poslužiti kao šablon za transkripciju, odnosno onaj koji je okrenut enzimu sa svojim 3 ' kraj ( 3 " → 5"). Takav lanac se naziva kodogen. Antiparalelizam veze dva polinukleotidna lanca u molekuli DNK omogućava RNA polimerazi da pravilno odabere šablon za sintezu mRNA. Krećući se duž kodogenog DNK lanca, RNK polimeraza vrši postupno precizno prepisivanje informacija sve dok ne ispuni specifičnu sekvencu nukleotida - terminator transkripcije. U ovoj regiji, RNA polimeraza je odvojena i od DNK šablona i od novosintetizirane mRNA. Fragment molekule DNK, uključujući promoter, transkribovana sekvenca i terminator, formiraju transkripcionu jedinicu - transkripton. U procesu sinteze, kako se RNA polimeraza kreće duž molekule DNK, jednolančani delovi DNK koje je prošla ponovo se kombinuju u d ratna spirala. mRNA formirana tokom transkripcije sadrži tačnu kopiju informacija zabilježenih u odgovarajućem dijelu DNK. Tri susjedna mRNA nukleotida koja kodiraju aminokiseline nazivaju se kodoni. Sekvenca kodona mRNA kodira sekvencu aminokiselina u peptidnom lancu. mRNA kodoni odgovaraju specifičnim aminokiselinama. Predložak za transkripciju mRNA je kodogeni DNK lanac okrenut prema enzimu svojim 3' krajem.

Transfer RNA (tRNA). Broadcast. Transfer RNA (tRNA) igra važnu ulogu u procesu korištenja nasljednih informacija od strane ćelije. Isporučujući potrebne aminokiseline na mjesto sklapanja peptidnih lanaca, tRNA djeluje kao translacijski posrednik. Molekuli tRNA su polinukleotidni lanci sintetizirani na specifičnim sekvencama DNK. Sastoje se od relativno malog broja nukleotida -75-95. Kao rezultat komplementarnog povezivanja baza koje se nalaze u različitim dijelovima tRNA polinukleotidnog lanca, on dobiva strukturu koja po obliku podsjeća na list djeteline. Ima četiri glavna dijela koji obavljaju različite funkcije. Akceptorsku "stabljiku" formiraju dva komplementarno povezana terminalna dijela tRNA. Sastoji se od sedam baznih parova. Kraj od 3" ove stabljike je nešto duži i formira jednolančani region koji završava u CCA sekvenci sa slobodnom OH grupom. Za ovaj kraj je vezana prenosiva amino kiselina. Preostale tri grane su komplementarno uparene nukleotidne sekvence koje završavaju u nesparenim regijama koje formiraju petlju. Sredina ovih grana - antikodon - sastoji se od pet parova nukleotida i sadrži antikodon u centru svoje petlje. transportuje se ovom tRNA do mjesta sinteze peptida.Postoje dvije bočne grane između grana akceptora i antikodona.U svojim petljama sadrže modificirane baze - dihidrouridin (D-petlja) i TψC triplet, gdje je \y pseudouriain (T ^C-petlja).Postoji dodatna petlja između aitikodona i T^C-grana, uključujući od 3-5 do 13-21 nukleotida Generalno, različite tipove tRNA karakteriše određena konzistentnost nukleotidne sekvence koja se najčešće sastoji od 76 nukleotida. Varijacije u njihovom broju uglavnom su posljedica promjene broja

nukleotidi u ekstra petlji. Komplementarni regioni koji podržavaju strukturu tRNA su obično očuvani. Primarna struktura tRNA, određena slijedom nukleotida, formira sekundarnu strukturu tRNA, koja ima oblik lista djeteline. Zauzvrat, sekundarna struktura uzrokuje trodimenzionalnu tercijarnu strukturu, koju karakterizira formiranje dvije okomite dvostruke spirale. Jedan od njih formiraju akceptor i TψC grane, drugi antikodon i D grane. Na kraju jedne od dvostrukih spirala nalazi se transportirana aminokiselina, a na kraju druge je antikodon. Ova područja su najudaljenija jedna od druge. Stabilnost tercijarne strukture tRNK održava se zbog pojave dodatnih vodikovih veza između baza polinukleotidnog lanca koji se nalaze u različitim njegovim dijelovima, ali su prostorno bliski u tercijarnoj strukturi. Različiti tipovi tRNA imaju sličnu tercijarnu strukturu, iako sa nekim varijacijama. Jedna od karakteristika tRNA je prisustvo u njoj neobičnih baza koje nastaju kao rezultat kemijske modifikacije nakon uključivanja normalne baze u polinukleotidni lanac. Ove izmijenjene baze određuju veliku strukturnu raznolikost tRNA u općem planu njihove strukture. Najveći interes su modifikacije baza koje formiraju antikodon, koje utiču na specifičnost njegove interakcije sa kodonom. Na primjer, atipična baza inozin, ponekad na 1. poziciji tRNA antikodona, može se komplementarno kombinovati sa tri različite treće baze kodona mRNA - U, C i A. Postojanje nekoliko tipova tRNA koje se mogu kombinovati sa istim kodonom je takođe ustanovljen. Kao rezultat toga, ne 61 (po broju kodona), već oko 40 različitih tRNA molekula nalazi se u citoplazmi stanica. Ova količina je dovoljna za transport 20 različitih aminokiselina do mjesta sastavljanja proteina. Uz funkciju preciznog prepoznavanja određenog kodona u mRNA, molekula tRNA isporučuje striktno definiranu aminokiselinu šifriranu ovim kodonom na mjesto sinteze peptidnog lanca. Specifična veza tRNA sa "njenom" aminokiselinom odvija se u dvije faze i dovodi do stvaranja spoja zvanog aminoacil-tRNA.

Vezanje aminokiseline na odgovarajuću tRNA:

I-1. faza, interakcija aminokiselina i ATP-a sa oslobađanjem pirofosfata;

II-2. faza, dodavanje adenilirajuće amino kiseline na 3' kraj RNK

U prvoj fazi, aminokiselina se aktivira interakcijom sa svojom karboksilnom grupom sa ATP-om. Kao rezultat, formira se adipilirana aminokiselina. U drugoj fazi, ovo jedinjenje stupa u interakciju sa OH grupom koja se nalazi na 3" kraju odgovarajuće tRNA, a aminokiselina na nju vezuje svoju karboksilnu grupu, oslobađajući AMP. Dakle, ovaj proces se nastavlja trošenjem energije dobijene tokom hidroliza ATP do AMP Specifičnost veze aminokiseline i tRNA koja nosi odgovarajući antikodon postiže se zahvaljujući svojstvima enzima aminoacil-tRNA sintetaze. U citoplazmi postoji čitav niz takvih enzima koji su sposobni prostornog prepoznavanja, s jedne strane, njihove aminokiseline, as druge strane, odgovarajućeg antikodona tRNA. Nasljedna informacija "zabilježena" u molekulima DNK i "prepisana" na mRNA dešifruje se tokom translacije zbog dva procesa specifičnih prepoznavanje molekularnih površina.mRNA kroz međusobno interakcija antikodona sa kodonom. Uz pomoć tRNA sistema, jezik mRNA nukleotidnog lanca. prevedeno na jezik sekvence aminokiselina peptida. Ribosomalna RNK (rRNA). Ribosomski ciklus sinteze proteina. Na ribosomima se odvija proces interakcije između mRNA i tRNA, koji osigurava prevođenje informacija sa jezika nukleotida u jezik aminokiselina. Potonji su složeni kompleksi rRNA i različitih proteina, u kojima prvi formiraju skelu. Ribosomalne RNK nisu samo strukturna komponenta ribozoma, već osiguravaju i njihovo vezivanje za specifičnu sekvencu mRNA nukleotida. Ovo postavlja početak i okvir čitanja za formiranje peptidnog lanca. Osim toga, oni pružaju interakciju između ribozoma i tRNA. Brojni proteini koji čine ribozome, zajedno s rRNA, imaju i strukturnu i enzimsku ulogu.

1. Messenger RNA prenosi genetski kod iz jezgra u citoplazmu, određujući tako sintezu različitih proteina.

2. Transfer RNK prenosi aktivirane aminokiseline do ribozoma za sintezu polipeptidnih molekula.

3. Ribosomalna RNK u kompleksu sa približno 75 različitih proteina formira ribozome - ćelijske organele na kojima se sklapaju polipeptidni molekuli.

4. Mala nuklearna RNK (introni) Učestvuje u spajanju.

5. Male citoplazmatske RNK

6. snoRNA. Ona je takođe mali nukleolar. u nukleolima eukariotskih ćelija.

7. RNK virusi

8. Viroidna RNK

Nakon poliadenilacije, mRNA se podvrgava spajanju, tokom kojeg se introni (područja koja ne kodiraju za proteine) uklanjaju, a egzoni (područja koja kodiraju proteine) se spajaju i formiraju jednu molekulu. Spajanje je katalizirano velikim nukleoproteinskim kompleksom, spliceosomom, koji se sastoji od proteina i malih nuklearnih RNK. Mnoge pre-mRNA mogu se spojiti na različite načine, proizvodeći različite zrele mRNA koje kodiraju različite sekvence aminokiselina (alternativno spajanje).

Ukratko: spajanje je kada introni koji ne kodiraju ništa odlaze i od egzona se formira zreli molekul sposoban da kodira protein.

Alternativno spajanje - različiti proteini se mogu dobiti iz jedne pre-mRNA molekule. To jest, imamo posla s varijacijama u ispadanju introna i različitim umrežavanjem egzona.

Ribozimi

RNA molekule s enzimskom aktivnošću (obično svojstvo autokatalize)

Regulaciju ekspresije gena antisens RNK karakteriše visoka specifičnost. To je zbog visoke tačnosti procesa RNA-RNA hibridizacije, zasnovanog na komplementarnoj interakciji jedni s drugima produženih nukleotidnih sekvenci.

Međutim, antisens RNK same po sebi ne inaktiviraju ireverzibilno ciljne mRNA, a potrebne su visoke (barem ekvimolarne u odnosu na mRNA) intracelularne koncentracije antisens RNK da bi se supresirala ekspresija odgovarajućih gena. Efikasnost antisens RNK naglo je porasla nakon uvođenja molekula ribozima - kratkih sekvenci RNK sa endonukleaznom aktivnošću - u njihov sastav. Poznate su mnoge druge enzimske aktivnosti povezane s RNK. Stoga se ribozimi u širem smislu nazivaju RNA molekuli koji imaju bilo kakvu enzimsku aktivnost.

Na model sistemima je testirana RNK varijanta supresije HIV infekcije. U tu svrhu koristi se neobično svojstvo nekih molekula RNK - njihova sposobnost da uništavaju druge vrste RNK. Amerikanci T. Cech i S. Altman dobili su Nobelovu nagradu 1989. za ovo otkriće. Smatralo se da se sve biohemijske reakcije u organizmu odvijaju zahvaljujući visoko efikasnim specifičnim katalizatorima, a to su proteini - enzimi. Međutim, pokazalo se da neke vrste RNK, poput proteina, imaju visoko specifičnu katalitičku aktivnost. Ove RNK se zovu ribozimi.

Ribozimi sadrže u sebi antisens mjesta i mjesta koja provode enzimsku reakciju. One. ne samo da se vežu za mRNA, već je i seku. Suština supresije HIV infekcije ribozimima prikazana je na Sl. 32 . Vezivanjem na komplementarnu ciljnu RNK, ribozim cijepa ovu RNK, što rezultira prekidom sinteze proteina kodiranog ciljnom RNK. Ako je virusna RNK takva meta za ribozim, onda će ga ribozim "pokvariti" i neće se formirati odgovarajući virusni protein. Kao rezultat toga, virus će prestati da se razmnožava u ćeliji. Ovaj pristup je primjenjiv na neke druge ljudske patologije, na primjer, za liječenje raka.

Slične informacije.

Ribonukleinska kiselina je kopolimer purinskih i pirimidinskih ribonukleotida međusobno povezanih, kao u DNK, fosfodiestarskim mostovima (slika 37.6). Iako ove dvije vrste nukleinskih kiselina imaju mnogo toga zajedničkog, one se međusobno razlikuju na više načina.

1. U RNK, ugljikohidratni ostatak za koji su vezane purinske ili pirimidinske baze i fosfatne grupe je riboza, a ne 2-deoksiriboza (kao u DNK).

2. Pirimidinske komponente RNK se razlikuju od onih u DNK. Sastav RNK, kao i sastav DNK, uključuje nukleotide adenina, guanina i citozina. Istovremeno, RNK (s izuzetkom nekih posebnih slučajeva, o kojima ćemo govoriti u nastavku) ne sadrži timin, njegovo mjesto u molekuli RNK zauzima uracil.

3. RNK je jednolančana molekula (za razliku od DNK, koja ima dvolančanu strukturu), međutim, ako postoje dijelovi s komplementarnom sekvencom (suprotnog polariteta) u RNA lancu, jedan RNA lanac se može presavijati tako da se formira -zvane "ukosnice", strukture koje imaju dvolančane karakteristike (Sl. 37.7).

Rice. 37.6. Fragment molekule ribonukleinske kiseline (RNA) u kojoj su purinske i pirimidinske baze - adenin (A), uracil (U), citozin (C) i gvanin (-zadržane fosfodiesterskom kičmom koja povezuje ribozilne ostatke povezane N- glikozidna veza za odgovarajuće nukleinske baze Imajte na umu da RNK lanac ima specifičnu usmjerenost naznačenu 5- i 3-terminalnim fosfatnim ostacima.

4. Budući da je molekula RNK jedna lanac komplementaran samo jednom od lanaca DNK, sadržaj gvanina u njemu nije nužno jednak sadržaju citozina, a sadržaj adenina nije nužno jednak sadržaju uracila.

5. RNK se može hidrolizirati alkalnom do 2,3-cikličkih diestera mononukleotida; 2,Y,5-triestar djeluje kao intermedijarni proizvod hidrolize, koji se ne formira tokom alkalne hidrolize DNK zbog odsustva 2-hidroksilnih grupa u potonjoj; alkalna labilnost RNK (u poređenju sa DNK) je korisno svojstvo i za dijagnostičke i za analitičke svrhe.

Informacije sadržane u jednolančanoj RNK realizuju se u obliku specifične sekvence purinskih i pirimidinskih baza (tj. u primarnoj strukturi) polimernog lanca. Ova sekvenca je komplementarna kodirajućem lancu gena iz kojeg se "čita" RNK. Zbog komplementarnosti, molekula RNK se može specifično vezati (hibridizirati) sa kodirajućim lancem, ali ne i hibridizirati sa nekodirajućim lancem DNK. RNK sekvenca (sa izuzetkom zamjene T sa U) je identična sekvenci nekodirajućeg genskog lanca (slika 37.8).

Biološke funkcije RNK

Poznato je nekoliko tipova RNK. Gotovo svi su direktno uključeni u proces biosinteze proteina. Molekuli citoplazmatske RNK koji djeluju kao šabloni za sintezu proteina nazivaju se glasnička RNK (mRNA). Druga vrsta citoplazmatske RNK, ribosomska RNK (rRNA), igra ulogu strukturnih komponenti ribozoma (organele koje igraju važnu ulogu u sintezi proteina). Adapterski molekuli prijenosne RNK (tRNA) uključeni su u translaciju (translaciju) mRNA informacija u sekvencu aminokiselina u proteinima.

Značajan dio primarnih transkripata RNA proizvedenih u eukariotskim stanicama, uključujući stanice sisara, podliježe degradaciji u jezgru i ne igra nikakvu strukturnu ili informacijsku ulogu u citoplazmi. U kultivisanom

Rice. 37.7. Sekundarna struktura RNK molekula tipa "petlja sa stabljikom" ("ukosnica"), koja je rezultat intramolekularnog formiranja vodikovih veza između komplementarnih parova nukleinskih baza.

U ljudskim ćelijama otkrivena je klasa malih nuklearnih RNK koje nisu direktno uključene u sintezu proteina, ali mogu utjecati na obradu RNK i cjelokupnu "arhitekturu" stanice. Veličine ovih relativno malih molekula variraju, potonji sadrže od 90 do 300 nukleotida (tabela 37.3).

RNK je glavni genetski materijal u nekim životinjskim i biljnim virusima. Neki RNK virusi nikada ne prolaze kroz obrnutu transkripciju RNK u DNK. Međutim, većinu poznatih životinjskih virusa, kao što su retrovirusi, karakterizira reverzna transkripcija njihovog RNA genoma, usmjerena RNA-ovisnom DNK polimerazom (reverzna transkriptaza) da formira dvolančanu DNK kopiju. U mnogim slučajevima, dobijeni dvolančani DNK transkript se integriše u genom i dalje osigurava ekspresiju virusnih gena, kao i proizvodnju novih kopija virusnih RNK genoma.

Strukturna organizacija RNK

U svim eukariotskim i prokariotskim organizmima postoje tri glavne klase RNA molekula: informaciona (matrična ili glasnička), RNK (mRNA), transportna (tRNA) i ribosomalna (rRNA). Predstavnici ovih klasa razlikuju se jedni od drugih po veličini, funkciji i stabilnosti.

Informativna (mRNA) je najheterogenija klasa u smislu veličine i stabilnosti. Svi predstavnici ove klase služe kao nosioci informacija od gena do sistema ćelije koji sintetiše proteine. Oni deluju kao šabloni za sintetizovani polipeptid, odnosno određuju sekvencu aminokiselina proteina (slika 37.9).

Messenger RNA, posebno one eukariotske, imaju neke jedinstvene strukturne karakteristike. 5-kraj mRNK je "pokriven" 7-metilgvanozin trifosfatom vezan za 5-hidroksil susjednog 2-0-metilribonukleozida preko trifosfatnog ostatka (slika 37.10). Molekuli mRNA često sadrže unutrašnje ostatke 6-metiladenina i 2-0-metilirane ribonukleotide. Iako značenje "capping" još nije u potpunosti razjašnjeno, može se pretpostaviti da se rezultujuća struktura mRNA 5-terminusa koristi za specifično prepoznavanje u sistemu translacije. Sinteza proteina počinje na 5" (zatvorenom) kraju mRNA. Drugi kraj većine mRNA molekula (3-kraj) sadrži poliadenilatni lanac od 20-250 nukleotida. Specifične funkcije ovog kraja nisu konačno utvrđene. pretpostaviti da je ova struktura odgovorna za održavanje unutarćelijske stabilnosti mRNA Neke mRNA, uključujući histonske, ne sadrže poli(A) Prisustvo poli(A) u strukturi mRNA se koristi za odvajanje od drugih tipova RNK frakcioniranjem ukupnog RNK na kolonama sa oligo(T) imobiliziranim na čvrstoj podlozi kao što je celuloza.sa kolonom nastaje zbog komplementarnih interakcija poli (A) - "repa" sa imobiliziranim oligom (T).

Rice. 37.8. Sekvenca gena i njegov RNK transkript. Prikazani su kodirajući i nekodirajući nizovi, a njihovi polariteti su zabilježeni. RNK transkript koji ima polaritet je komplementaran kodirajućem lancu (sa polaritetom 3-5) i identičan je po sekvenci (osim T do U supstitucija) i polaritetu nekodirajuće DNK lanca.

Rice. 37.9. Ekspresija genetske informacije DNK u obliku transkripta mRNA i naknadno prevođenje uz učešće ribozoma u formiranje specifične proteinske molekule.

(vidi skeniranje)

Rice. 37.10. Struktura "cap" koja se nalazi na 5-terminusu većine eukariotskih glasnih RNK 7-metilgvanozin trifosfat je vezana za 5-terminus mRNA. koji obično sadrži 2-O-metilpurin nukleotid.

U ćelijama sisara, uključujući ljudske ćelije, zreli molekuli mRNA koji se nalaze u citoplazmi nisu potpuna kopija transkribovanog regiona gena. Poliribonukleotid nastao kao rezultat transkripcije je prekursor citoplazmatske mRNA; prije nego što napusti jezgro, prolazi specifičnu obradu. Neprocesirani produkti transkripcije koji se nalaze u jezgrima stanica sisara čine četvrtu klasu RNA molekula. Takve nuklearne RNK su vrlo heterogene i dostižu značajne veličine. Molekuli heterogene nuklearne RNK mogu imati molekulsku masu veću od , dok molekulska težina mRNA obično ne prelazi 2106. Oni se procesiraju u jezgru, a rezultirajuće zrele mRNA ulaze u citoplazmu, gdje služe kao matrica za proteine biosinteza.

Transfer RNA (tRNA) molekule obično sadrže oko 75 nukleotida. Molekularna težina takvih molekula je . tRNA se takođe formiraju kao rezultat specifične obrade odgovarajućih molekula prekursora (vidi Poglavlje 39). Transportne tRNA djeluju kao posrednici u toku translacije mRNA. U svakoj ćeliji postoji najmanje 20 tipova tRNA molekula. Svaki tip (ponekad nekoliko tipova) tRNA odgovara jednoj od 20 aminokiselina potrebnih za sintezu proteina. Iako se svaka specifična tRNA razlikuje od drugih po svom nukleotidnom nizu, sve imaju zajedničke karakteristike. Zbog nekoliko intralančanih komplementarnih regiona, sve tRNK imaju sekundarnu strukturu, nazvanu "list djeteline" (slika 37.11).

Molekuli svih tipova tRNA imaju četiri glavna kraka. Akceptorski krak se sastoji od “stabljike” uparenih nukleotida i završava se CCA sekvencom.Vezivanje za karboksilnu grupu aminokiseline dolazi preko Y-hidroksilne grupe adenozilnog ostatka. Preostali krakovi se također sastoje od "stabljika" formiranih od komplementarnih parova baza i petlji neparnih baza (slika 37.7). Antikodonski krak prepoznaje nukleotidni triplet ili kodon (vidi Poglavlje 40) u mRNA. D-ruk je tako nazvan zbog prisustva dihidrouridina u njemu, a -ruk je nazvan po sekvenci T-pseudouridina-C. Dodatni krak je najvarijabilnija struktura i služi kao osnova za klasifikaciju tRNA. Klase 1 tRNA (75% njihovog ukupnog broja) imaju dodatni krak dug 3-5 parova baza. Dodatni krak molekula tRNA klase 2 dugačak je 13-21 par baza i često uključuje neuparenu petlju.

Rice. 37.11. Struktura molekule aminoacil-tRNA, za čiji 3-CCA-terminus je vezana aminokiselina. Naznačene su intramolekularne vodikove veze i lokacija antikodona, TTC-a i dihidrouracila. (Od J. D. Watsona. Molekularna biologija gena 3rd, ed. Autorska prava 1976, 1970, 1965 od W. A. Benjamina, Inc., Menlo Park Kalifornija)

Sekundarna struktura, određena sistemom komplementarnih interakcija nukleotidnih baza odgovarajućih krakova, karakteristična je za sve vrste. Akceptorski krak sadrži sedam parova baza, - krak - pet parova baza, D krak - tri (ili četiri) bazni parovi.

Molekuli tRNA su vrlo stabilni kod prokariota i nešto manje stabilni kod eukariota. Obrnuta situacija je tipična za mRNA, koja je kod prokariota prilično nestabilna, dok kod eukariotskih organizama ima značajnu stabilnost.

Ribosomalna RNA. Ribosom je citoplazmatska nukleoproteinska struktura dizajnirana za sintezu proteina iz mRNA šablona. Ribosom pruža specifičan kontakt, kao rezultat kojeg dolazi do translacije nukleotidne sekvence očitane sa specifičnog gena u sekvencu aminokiselina odgovarajućeg proteina.

U tabeli. 37.2 prikazuje komponente ribozoma sisara sa molekulskom težinom od 4,210 6 i brzinom sedimentacije (Swedbergove jedinice). Ribozomi sisara se sastoje od dvije nukleoproteinske podjedinice, velike c

Tabela 37.2. Komponente ribosoma sisara

molekulske težine (60S), i male, imaju molekulsku masu (40S). Podjedinica 608 sadrži 58-ribosomalnu RNK (rRNA), 5,8S-pRNA i 28S-pRNA, kao i više od 50 različitih polipeptida. Mala, 408-podjedinica uključuje jednu 18S-pRNA i oko 30 polipeptidnih lanaca. Sve ribosomalne RNK, sa izuzetkom 5S-RNA, dijele zajednički prekursor, 45S-RNA, koji se nalazi u nukleolu (vidi Poglavlje 40). Molekul 5S-RNA ima svoj prethodnik. U nukleolu, visoko metilirane ribosomske RNK su pakirane s ribosomskim proteinima. U citoplazmi su ribozomi prilično stabilni i sposobni da izvrše veliki broj ciklusa translacije.

Mala stabilna RNK. Veliki broj diskretnih, visoko konzerviranih, malih i stabilnih RNA molekula pronađen je u eukariotskim stanicama. Većina RNK ovog tipa nalazi se u ribonukleoproteinima i lokalizirana je u jezgri, citoplazmi ili istovremeno u oba odjeljka. Veličine ovih molekula variraju od 90 do 300 nukleotida, njihov sadržaj je 100.000-1.000.000 kopija po ćeliji.

Male nuklearne ribonukleinske čestice (često se nazivaju snurps - od engleskog male nuklearne ribonukleinske čestice) vjerovatno igraju bitnu ulogu u regulaciji ekspresije gena. Čini se da su nukleoproteinske čestice tipa U7 uključene u formiranje 3-terminala histonskih mRNA. Čestice su vjerovatno potrebne za poliadenilaciju, a za uklanjanje introna i obradu mRNA (vidi Poglavlje 39). Tab. 37.3. sažima neke karakteristike malih stabilnih RNK.

Tabela 37.3. Neke vrste male stabilne RNK pronađene u stanicama sisara

LITERATURA

Darnell J. et al. Molecular Cell Biology, Scientific American Books, 1986.

Hunt T. DNK stvara RNK stvara protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Genes, 2. izdanje, Wiley, 1985.

Rich A. et al. Hemija i biologija levorukog Z-DNK, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Kontrolne uloge za snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. Dvostruka spirala, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Molekularna struktura nukleinskih kiselina. Priroda, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Dvije grupe malih stabilnih RNK, Cell, 1981, 25, 296.