Vrste in funkcije molekul RNA. Katere vrste RNA obstajajo v celici, kje se sintetizirajo?

Prisoten v molekuli RNA namesto timina. RNA nukleotidi vsebujejo ribozo namesto deoksiriboze. V verigi RNA so nukleotidi povezani s kovalentnimi vezmi med ribozo enega nukleotida in ostankom fosforne kisline drugega.

V telesu se RNA nahaja v obliki kompleksov z beljakovinami - ribonukleoproteini.

Obstajata dve vrsti molekul RNA:

1) Dvoverižne RNA so značilne za nekatere viruse - služijo za shranjevanje in razmnoževanje dednih informacij (opravljajo funkcije kromosomov).

2) V večini celic enoverižne RNA izvajajo prenos informacije o zaporedju aminokislin v beljakovinah iz kromosoma v ribosom.

Enoverižne RNA imajo prostorska organizacija: zaradi medsebojnega delovanja dušikovih baz med seboj, pa tudi s fosfati in hidroksili sladkorno-fosfatnega ogrodja se veriga zloži v kompaktno strukturo, kot je globula. Funkcija: prenos s kromosoma na ribosom informacije o zaporedju AA v proteinih, ki jih je treba sintetizirati.

Obstaja več vrst enoverižne RNA glede na njihovo funkcijo ali lokacijo v celici:

1. Ribosomska RNA (rRNA) predstavlja večji del citoplazemske RNA (80-90%). Dimenzije 3000-5000 baznih parov. Sekundarna struktura v obliki lasnic z dvojno spiralo. rRNA je strukturna komponenta ribosomov - celičnih organelov, kjer poteka sinteza beljakovin. Ribosomi so lokalizirani v citoplazmi, jedru, mitohondrijih in kloroplastih. Sestavljen je iz dveh podenot - velike in majhne. Mala podenota je sestavljena iz ene molekule rRNA in 33 proteinskih molekul, velika podenota je sestavljena iz 3 molekul rRNA in 50 proteinov. Ribosomski proteini opravljajo encimske in strukturne funkcije.

Funkcije rRNA:

1) strukturna komponenta ribosom- njihova celovitost je potrebna za biosintezo beljakovin;

2) zagotoviti pravilno vezavo ribosoma na mRNA;

3) zagotoviti pravilno vezavo ribosoma na t-RNA;

2. Matrix (mRNA) - 2-6% celotne količine RNA.

Sestavljen je iz območij:

1) cistroni - določajo zaporedje AK v proteinih, ki jih kodirajo, imajo edinstveno nukleotidno zaporedje;

2) neprevedene regije se nahajajo na koncih molekule, imajo skupne vzorce sestave nukleotidov.

Cap - posebna struktura na 5' koncu mRNA - je 7-metilgvanozin trifosfat, ki nastane encimsko med transkripcijo.

Funkcije kapice:

1) ščiti 5' konec pred cepitvijo z eksonukleazami,

2) se uporablja za specifično prepoznavanje mRNA med prevajanjem.

Precistronska neprevedena regija - 3-15 nukleotidov. Funkcija: zagotavlja pravilno interakcijo 5' konca mRNA z ribosomom.

Cistron: vsebuje iniciacijske in zaključne kodone - posebna nukleotidna zaporedja, ki so odgovorna za začetek in konec prenosa informacij iz danega cistrona.

Postcistronska neprevedena regija - nahaja se na 3' koncu, vsebuje heksanukleotid (pogosto AAUAAAA) in verigo 20-250 adenilnih nukleotidov. Funkcija je ohranjanje znotrajcelične stabilnosti mRNA.

3. Prenosne RNA (tRNA) - 15% celotne RNA, sestavljeno iz 70-93 baznih parov. Funkcija: prenos aminokisline na mesto sinteze beljakovin, "prepoznavanje" (po načelu komplementarnosti) regije mRNA, ki ustreza preneseni aminokislini. Za vsakega od 20 AA obstajajo specifične tRNA (običajno več kot ena). Vse tRNA imajo kompleksno deteljno strukturo.

Deteljica vsebuje 5 delov:

1) 3' konec - akceptorska veja (ostanek AA je tukaj pritrjen z etrsko vezjo),

2) antikidonska veja - nahaja se nasproti akceptorskega mesta, sestavljena je iz treh neparnih (s prostimi vezmi) nukleotidov (anticodon) in posebej parov (antiparalelnih, komplementarnih) s kodonom mRNA.

kodon- niz 3 nukleotidov (triplet) v mRNA, ki določa mesto dane aminokisline v sintetizirani polipeptidni verigi. To je enota genetske kode, s pomočjo katere so vse genetske informacije "zapisane" v molekulah DNK in RNK.

3) T-veja (psevdouredin zanka – vsebuje psevdouredin) – mesto, ki se pritrdi na ribosom.

4) D-veja (dehidrouredinska zanka - vsebuje dehidrouredin) - mesto, ki zagotavlja interakcijo z encimom aminoacil-tRNA sintetazo, ki ustreza aminokislini.

5) Dodatna majhna veja. Funkcije še niso bile raziskane.

6) Jedrska RNA (nRNA) – sestavni del celičnega jedra. Nizko polimer, stabilen, katerega vloga še ni jasna.

Vse vrste RNA se sintetizirajo v celičnem jedru na matriki DNA pod delovanjem encimov. polimeraze. V tem primeru nastane zaporedje ribonukleotidov, ki je komplementarno zaporedju deoksiribonukleotidov v DNK – to je proces prepisovanja.

Različne vrste DNA in RNA - nukleinske kisline - so eden od predmetov proučevanja molekularne biologije. Eno najbolj obetavnih in hitro razvijajočih se področij v tej znanosti v zadnjih letih je preučevanje RNA.

Na kratko o strukturi RNA

Torej, RNA, ribonukleinska kislina, je biopolimer, katerega molekula je veriga, ki jo tvorijo štiri vrste nukleotidov. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze (adenin A, gvanin G, uracil U ali citozin C) v kombinaciji z riboznim sladkorjem in ostankom fosforne kisline. Fosfatni ostanki, ki se povezujejo z ribozami sosednjih nukleotidov, "šijejo" sestavne bloke RNK v makromolekulo - polinukleotid. Tako nastane primarna struktura RNK.

Sekundarna struktura - tvorba dvojne verige - nastane v nekaterih delih molekule v skladu z načelom komplementarnosti dušikovih baz: adenin se združi z uracilom prek dvojne in gvanin s citozinom - trojna vodikova vez.

V delovni obliki tvori molekula RNK tudi terciarno strukturo – posebno prostorsko strukturo, konformacijo.

sinteza RNA

Vse vrste RNA se sintetizirajo s pomočjo encima RNA polimeraze. Lahko je odvisen od DNK in RNK, kar pomeni, da lahko katalizira sintezo na predlogah DNK in RNK.

Sinteza temelji na komplementarnosti baz in antiparalelnosti smeri branja genetske kode in poteka v več fazah.

Najprej se RNK polimeraza prepozna in veže na posebno nukleotidno zaporedje na DNK – promotorju, nato pa se dvojna vijačnica DNK odvije na majhnem območju in se začne sestavljanje molekule RNK preko ene od verig, imenovane šablona (druga). Veriga DNA se imenuje kodiranje - njena kopija je sintetizirana RNA). Asimetrija promotorja določa, katera od verig DNA bo služila kot matrica, in tako omogoča polimerazi RNA, da začne sintezo v pravilni smeri.

Naslednji korak se imenuje raztezek. Transkripcijski kompleks, ki vključuje RNA polimerazo in nezapleteno regijo s hibridom DNA-RNA, se začne premikati. Ko se to gibanje nadaljuje, se rastoča veriga RNK postopoma ločuje in dvojna vijačnica DNK se odvije pred kompleksom in se ponovno sestavi za njim.

Končna stopnja sinteze se pojavi, ko RNA polimeraza doseže določeno področje matrike, imenovano terminator. Zaključek (konec) procesa lahko dosežemo na različne načine.

Glavne vrste RNA in njihove funkcije v celici

To so naslednje:

Matrična ali informacijska (mRNA). Preko njega se izvaja transkripcija - prenos genetske informacije iz DNK.
Ribosomska (rRNA), ki zagotavlja proces prevajanja - sintezo beljakovin na predlogi mRNA.
Transport (tRNA). Proizvaja prepoznavanje in transport aminokislin do ribosoma, kjer pride do sinteze beljakovin, in sodeluje tudi pri prevajanju.
Majhne RNA so obsežen razred majhnih molekul, ki opravljajo različne funkcije med procesi prepisovanja, zorenja RNA in prevajanja.
Genomi RNA so kodirne sekvence, ki vsebujejo genetske informacije nekaterih virusov in viroidov.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so odkrili katalitično aktivnost RNA. Molekule s to lastnostjo imenujemo ribozimi. Naravnih ribozimov še ni tako veliko, njihova katalitična sposobnost je manjša kot pri beljakovinah, a v celici opravljajo izjemno pomembne funkcije. Trenutno poteka uspešno delo na sintezi ribozimov, ki imajo med drugim tudi uporabni pomen.

Oglejmo si podrobneje različne vrste molekul RNA.

Matrična (informacijska) RNA

Ta molekula se sintetizira preko nezvitega odseka DNA in tako kopira gen, ki kodira določen protein.

RNA evkariontskih celic, preden postane matrika za sintezo beljakovin, mora dozoreti, torej iti skozi kompleks različnih modifikacij - predelav.

Prvič, že na stopnji transkripcije je molekula podvržena zapiranju: na njen konec je pritrjena posebna struktura enega ali več modificiranih nukleotidov, pokrovček. Ima pomembno vlogo v mnogih procesih na koncu toka in povečuje stabilnost mRNA. Na drugi konec primarnega zapisa je pritrjen tako imenovani poli(A) rep, zaporedje adenin nukleotidov.

Pre-mRNA je nato spojena. To je odstranitev nekodirajočih regij iz molekule – intronov, ki jih je v evkariontski DNK veliko. Nato pride do postopka urejanja mRNA, pri katerem se njena sestava kemično spremeni, ter metilacije, po kateri zrela mRNA zapusti celično jedro.

Ribosomska RNA

Osnova ribosoma, kompleksa, ki zagotavlja sintezo beljakovin, je sestavljena iz dveh dolgih rRNA, ki tvorita poddelce ribosoma. Sintetizirajo se skupaj kot ena sama pre-rRNA, ki se nato med procesiranjem loči. Velika podenota vključuje tudi rRNA z nizko molekulsko maso, sintetizirano iz ločenega gena. Ribosomske RNA imajo gosto zapakirano terciarno strukturo, ki služi kot ogrodje za beljakovine, ki so prisotne v ribosomu in opravljajo pomožne funkcije.

V nedelovni fazi se ribosomske podenote ločijo; na začetku procesa prevajanja se rRNA majhne podenote združi z messenger RNA, nakar se elementi ribosoma popolnoma združijo. Ko RNA majhne podenote sodeluje z mRNA, se slednja tako rekoč razteza skozi ribosom (kar je enako gibanju ribosoma vzdolž mRNA). Ribosomska RNA velike podenote je ribozim, to je, da ima encimske lastnosti. Katalizira tvorbo peptidnih vezi med aminokislinami med sintezo beljakovin.

Treba je opozoriti, da je največji del vse RNK v celici ribosomski - 70-80%. DNA ima veliko število genov, ki kodirajo rRNA, kar zagotavlja njeno zelo intenzivno transkripcijo.

Prenosna RNA

To molekulo prepozna določena aminokislina s pomočjo posebnega encima in, ko se poveže z njo, transportira aminokislino do ribosoma, kjer služi kot posrednik v procesu prevajanja – sinteze beljakovin. Prenos poteka z difuzijo v citoplazmi celice.

Na novo sintetizirane molekule tRNA se tako kot druge vrste RNA predelajo. Zrela tRNA v svoji aktivni obliki ima konformacijo, ki spominja na list deteljice. Na »pecelju« lista – akceptorskem mestu – je zaporedje CCA s hidroksilno skupino, ki se veže na aminokislino. Na nasprotnem koncu "lista" je antikodonska zanka, ki se povezuje s komplementarnim kodonom na mRNA. D-zanka služi za vezavo prenosne RNA na encim pri interakciji z aminokislino in T-zanko - za vezavo na veliko podenoto ribosoma.

Majhna RNA

Te vrste RNA igrajo pomembno vlogo v celičnih procesih in se zdaj aktivno preučujejo.

Na primer, majhne jedrske RNA v evkariontskih celicah sodelujejo pri spajanju mRNA in imajo verjetno katalitične lastnosti skupaj s proteini spliceosoma. Majhne nukleolarne RNA so vključene v procesiranje ribosomske in prenosne RNA.

Majhne interferenčne in mikroRNK so najpomembnejši elementi sistema regulacije genske ekspresije, ki je potrebna celici za nadzor lastne strukture in vitalne aktivnosti. Ta sistem je pomemben del imunskega protivirusnega odziva celice.

Obstaja tudi razred majhnih RNA, ki delujejo v kompleksu s proteini Piwi. Ti kompleksi igrajo veliko vlogo pri razvoju celic zarodne linije, pri spermatogenezi in pri zatiranju prenosljivih genetskih elementov.

RNA genom

Molekulo RNA lahko večina virusov uporablja kot genom. Virusni genomi so različni – eno- in dvoverižni, krožni ali linearni. Poleg tega so genomi RNA virusov pogosto segmentirani in na splošno krajši od genomov, ki vsebujejo DNA.

Obstaja družina virusov, katerih genetska informacija, kodirana v RNK, se po okužbi celice z reverzno transkripcijo prepiše v DNK, ki se nato vnese v genom celice žrtve. To so tako imenovani retrovirusi. Med njimi je zlasti virus človeške imunske pomanjkljivosti.

Pomen raziskav RNK v sodobni znanosti

Če je prej prevladovalo mnenje o sekundarni vlogi RNA, je zdaj jasno, da je to nujen in najpomembnejši element znotrajcelične življenjske aktivnosti. Številni procesi izjemnega pomena ne morejo brez aktivnega sodelovanja RNA. Mehanizmi takšnih procesov so dolgo časa ostali neznani, vendar zahvaljujoč preučevanju različnih vrst RNA in njihovih funkcij postopoma postajajo jasne številne podrobnosti.

Možno je, da je imela RNK odločilno vlogo pri nastanku in razvoju življenja na začetku Zemljine zgodovine. V prid tej hipotezi govorijo rezultati nedavnih študij, ki pričajo o izjemni starodavnosti številnih mehanizmov delovanja celic s sodelovanjem določenih vrst RNA. Na primer, nedavno odkriti riboswitches kot del mRNA (sistem brezbeljakovske regulacije genske aktivnosti na stopnji transkripcije) so po mnenju mnogih raziskovalcev odmevi obdobja, ko je bilo primitivno življenje zgrajeno na podlagi RNA, brez sodelovanje DNK in proteinov. MikroRNA veljajo tudi za zelo starodavno komponento regulativnega sistema. Strukturne značilnosti katalitično aktivne rRNA kažejo na njen postopni razvoj z dodajanjem novih fragmentov starodavnemu protoribosomu.

Za teoretična in uporabna področja medicine je izjemnega pomena tudi temeljita študija, katere vrste RNA in kako so vključene v določene procese.

In uracil (za razliko od DNA, ki vsebuje timin namesto uracila). Te molekule najdemo v celicah vseh živih organizmov, pa tudi v nekaterih virusih.

Glavne funkcije RNA v celičnih organizmih so matrica za prevajanje genetskih informacij v beljakovine in dobava ustreznih aminokislin ribosomom. Pri virusih je nosilec genetske informacije (kodira beljakovine ovojnice in encime virusov). Viroidi so sestavljeni iz krožne molekule RNA in ne vsebujejo drugih molekul. obstaja Svetovna hipoteza RNK, po katerem so RNA nastale pred beljakovinami in so bile prve oblike življenja.

Celične RNA nastanejo v procesu, imenovanem transkripcija, to je sinteza RNA na matriki DNA, ki jo izvajajo posebni encimi - RNA polimeraza. Messenger RNA (mRNA) nato sodelujejo v procesu, imenovanem prevajanje. Oddaja je sinteza proteina na predlogi mRNA s sodelovanjem ribosomov. Druge RNA so po transkripciji podvržene kemičnim modifikacijam, po nastanku sekundarne in terciarne strukture pa opravljajo funkcije, ki so odvisne od vrste RNA.

Za enoverižno RNA so značilne različne prostorske strukture, v katerih so nekateri nukleotidi iste verige med seboj povezani. Nekatere visoko strukturirane RNA so vključene v sintezo celičnih beljakovin, na primer prenosne RNA služijo za prepoznavanje kodonov in dostavo ustreznih aminokislin na mesto sinteze beljakovin, messenger RNA pa služijo kot strukturna in katalitična osnova ribosomov.

Vendar funkcije RNA v sodobnih celicah niso omejene na njihovo vlogo pri prevajanju. Tako so mRNA vključene v evkariontske messenger RNA in druge procese.

Poleg dejstva, da so molekule RNA del nekaterih encimov (na primer telomeraze), imajo posamezne RNA lastno encimsko aktivnost, sposobnost prekinitve drugih molekul RNA ali, nasprotno, "lepljenje" dveh fragmentov RNA. Takšne RNA imenujemo ribozimi.

Številni virusi so sestavljeni iz RNK, to pomeni, da ima v njih vlogo, ki jo ima DNK v višjih organizmih. Na podlagi raznolikosti funkcij RNA v celici je bila postavljena hipoteza, po kateri je RNA prva molekula, sposobna samoreprodukcije v predbioloških sistemih.

Zgodovina študij RNA

Nukleinske kisline so odkrili v 1868Švicarski znanstvenik Johann Friedrich Miescher, ki je te snovi imenoval "nuklein", ker so bile najdene v jedru (lat. Nucleus). Kasneje so odkrili, da bakterijske celice brez jedra vsebujejo tudi nukleinske kisline.

Pomen RNA pri sintezi beljakovin je bil predlagan v 1939 v delu Thorburn Oscarja Kasperssona, Jeana Bracheta in Jacka Schultza. Gerard Mairbucks je izoliral prvo messenger RNA, ki kodira kunčji hemoglobin, in pokazal, da se po vbrizganju v jajčne celice tvori isti protein.

V Sovjetski zvezi v 1956-57 je bilo opravljeno delo (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) za določitev sestave celic RNA, kar je vodilo do zaključka, da je glavnina RNA v celici ribosomska RNA.

AT 1959 Severo Ochoa je prejel Nobelovo nagrado za medicino za odkritje mehanizma sinteze RNK. 77-nukleotidno zaporedje ene od tRNA kvasovk S. cerevisiae je bilo določeno v 1965 v laboratoriju Roberta Halla, za katerega 1968 je prejel Nobelovo nagrado za medicino.

AT 1967 Carl Wese je predlagal, da imajo RNA katalitične lastnosti. Predstavil je tako imenovano hipotezo o svetu RNK, v kateri so RNK protoorganizmov služile kot molekule za shranjevanje informacij (zdaj to vlogo opravlja DNK) in kot molekule, ki katalizirajo presnovne reakcije (zdaj to počnejo encimi).

AT 1976 Walter Fires in njegova skupina z Univerze v Gentu (Nizozemska) so prvič določili zaporedje genoma RNA, ki ga vsebuje virus, bakteriofag MS2.

Na začetku 1990 ugotovljeno je bilo, da vnos tujih genov v rastlinski genom povzroči zatiranje izražanja podobnih rastlinskih genov. Približno v istem času se je pokazalo, da imajo RNA z dolžino približno 22 baz, ki se zdaj imenujejo miRNA, regulativno vlogo v ontogenezi valjastih črvov.

Hipotezo o pomenu RNK pri sintezi beljakovin je postavil Torbjörn Caspersson na podlagi raziskav 1937-1939., zaradi česar je bilo dokazano, da celice, ki aktivno sintetizirajo beljakovine, vsebujejo veliko količino RNA. Potrditev hipoteze je dobil Hubert Chantrenne.

Strukturne značilnosti RNA

RNA nukleotidi so sestavljeni iz sladkorja - riboze, na katero je na položaju 1 "pritrjena ena od baz: adenin, gvanin, citozin ali uracil. Fosfatna skupina združuje riboze v verigo, ki tvori vezi s 3" atomom ogljika ene riboze in v položaju 5 "drugega. Fosfatne skupine pri fiziološkem pH so negativno nabite, zato lahko imenujemo RNA polianion.

RNA se prepisuje kot polimer štirih baz (adenin (A), gvanin (G), uracil (U) in citozin (C)), vendar ima "zrela" RNA veliko modificiranih baz in sladkorjev. Skupno je v RNA približno 100 različnih vrst modificiranih nukleozidov, od katerih:
-2"-O-metilriboza najpogostejša modifikacija sladkorja;
- psevdouridin- najpogosteje spremenjena osnova, ki se najpogosteje pojavlja. V psevdouridinu (Ψ) vez med uracilom in ribozo ni C - N, ampak C - C, ta nukleotid se pojavlja na različnih položajih v molekulah RNA. Zlasti psevdouridin je pomemben za delovanje tRNA.

Druga modificirana baza, ki jo je vredno omeniti, je hipoksantin, deaminirani gvanin, katerega nukleozid se imenuje inozin. Inozin ima pomembno vlogo pri zagotavljanju degeneracije genetske kode.

Vloga mnogih drugih modifikacij ni popolnoma razumljena, vendar se v ribosomski RNA številne posttranskripcijske modifikacije nahajajo v regijah, ki so pomembne za delovanje ribosoma. Na primer na enem od ribonukleotidov, ki sodelujejo pri tvorbi peptidne vezi. Dušikove baze v RNK lahko tvorijo vodikove vezi med citozinom in gvaninom, adeninom in uracilom ter tudi med gvaninom in uracilom. Možne pa so tudi druge interakcije, na primer več adeninov lahko tvori zanko ali zanko, sestavljeno iz štirih nukleotidov, v katerih je bazni par adenin-gvanin.

Pomembna strukturna značilnost RNK, po kateri se razlikuje od DNK, je prisotnost hidroksilne skupine na 2" položaju riboze, kar omogoča molekuli RNK, da obstaja v konformaciji A in ne B, ki jo najpogosteje vidimo v DNK. Oblika A ima globok in ozek glavni žleb ter plitev in širok manjši žleb. Druga posledica prisotnosti 2" hidroksilne skupine je, da so konformacijsko plastični, to je, da niso vključeni v tvorbo dvojne vijačnice, odseki molekula RNA lahko kemično napade druge fosfatne vezi in jih razcepi.

"Delovna" oblika enoverižne molekule RNA, kot pri beljakovinah, pogosto ima terciarna struktura. Terciarna struktura nastane na osnovi elementov sekundarne strukture, ki nastanejo preko vodikovih vezi znotraj ene molekule. Obstaja več vrst elementov sekundarne strukture - stebelne zanke, zanke in psevdoknoti. Zaradi velikega števila možnih parov baz je napovedovanje sekundarne strukture RNK veliko težja naloga kot strukture proteinov, vendar trenutno obstajajo učinkoviti programi, kot je mfold.

Primer odvisnosti funkcij molekul RNA od njihove sekundarne strukture so vstopna mesta notranjih ribosomov (IRES). IRES - struktura na 5" koncu messenger RNA, ki zagotavlja pritrditev ribosoma mimo običajnega mehanizma za začetek sinteze beljakovin, zahteva prisotnost posebne modificirane baze (cap) na 5" koncu in proteinskih iniciacijskih faktorjev . Sprva so IRES našli v virusnih RNA, zdaj pa se kopiči vse več dokazov, da celične mRNA uporabljajo tudi od IRES odvisen mehanizem iniciacije v stresnih pogojih. Številne vrste RNA, kot sta rRNA in snRNA (snRNA), delujejo v celici kot kompleksi z beljakovinami, ki se povežejo z molekulami RNA, potem ko so sintetizirane ali (y) izvožene iz jedra v citoplazmo. Takšne RNA-proteinske komplekse imenujemo ribonukleoproteinski kompleksi oz ribonukleoproteini.

Matrična ribonukleinska kislina (mRNA, sinonim - messenger RNA, mRNA)- RNA odgovorna za prenos informacij o primarni strukturi proteinov iz DNK na mesta sinteze proteinov. mRNA se sintetizira iz DNA med transkripcijo, nato pa se med translacijo uporabi kot matrica za sintezo beljakovin. Tako ima mRNA pomembno vlogo pri "manifestaciji" (izražanju).
Dolžina tipične zrele mRNA je od nekaj sto do nekaj tisoč nukleotidov. Najdaljše mRNA so bile najdene v (+) virusih ssRNA, kot so pikornavirusi, vendar je treba zapomniti, da pri teh virusih mRNA tvori njihov celoten genom.

Velika večina RNA ne kodira beljakovin. Te nekodirajoče RNA je mogoče prepisati iz posameznih genov (npr. ribosomske RNA) ali izpeljati iz intronov. Klasične, dobro raziskane vrste nekodirajočih RNA so prenosne RNA (tRNA) in rRNA, vključene v proces prevajanja. Obstajajo tudi razredi RNA, ki so odgovorni za regulacijo genov, obdelavo mRNA in druge vloge. Poleg tega obstajajo nekodirajoče molekule RNA, ki lahko katalizirajo kemične reakcije, kot je rezanje in vezanje molekul RNA. Po analogiji z beljakovinami, ki lahko katalizirajo kemične reakcije - encimi (encimi), katalitične molekule RNA imenujemo ribozimi.

Transport (tRNA)- majhne, sestavljene iz približno 80 nukleotidov, molekule s konzervativno terciarno strukturo. Prenašajo specifične aminokisline do mesta sinteze peptidne vezi v ribosomu. Vsaka tRNA vsebuje mesto za pritrditev aminokislin in antikodon za prepoznavanje in pritrditev na kodon mRNA. Antikodon tvori vodikove vezi s kodonom, kar tRNA postavi v položaj, ki olajša nastanek peptidne vezi med zadnjo aminokislino nastalega peptida in aminokislino, vezano na tRNA.

Ribosomska RNA (rRNA)- katalitična komponenta ribosomov. Evkariontski ribosomi vsebujejo štiri vrste molekul rRNA: 18S, 5.8S, 28S in 5S. Tri od štirih vrst rRNA se sintetizirajo na polisomih. V citoplazmi se ribosomske RNA združijo z ribosomskimi proteini in tvorijo nukleoproteine, imenovane ribosomi. Ribosom se veže na mRNA in sintetizira beljakovino. rRNA je do 80 % RNA, ki se nahaja v citoplazmi evkariontskih celic.

Nenavadno vrsto RNA, ki deluje kot tRNA in mRNA (tmRNA), najdemo v številnih bakterijah in plastidih. Ko se ribosom ustavi na okvarjenih mRNA brez stop kodonov, tmRNA pritrdi majhen peptid, ki usmeri beljakovino v razgradnjo.

Mikro-RNA (dolžina 21-22 nukleotidov) najdemo v evkariontih in vplivajo preko mehanizma interference RNA. Hkrati lahko kompleks mikroRNA in encimov povzroči metilacijo nukleotidov v DNK promotorja gena, kar služi kot signal za zmanjšanje aktivnosti gena. Ko se uporabi druga vrsta regulacije mRNA, se komplementarna miRNA razgradi. Vendar pa obstajajo miRNA, ki povečajo in ne zmanjšajo ekspresijo genov.

Majhna moteča RNA (siRNA, 20-25 nukleotidov) pogosto nastanejo kot posledica cepitve virusne RNA, vendar obstajajo tudi endogene celične miRNA. Majhne moteče RNA delujejo tudi prek interference RNA v mehanizmih, podobnih tistim miRNA.

Primerjava z DNK

Obstajajo tri glavne razlike med DNK in RNK:

1 . DNA vsebuje sladkor deoksiribozo, RNA vsebuje ribozo, ki ima v primerjavi z deoksiribozo dodatno hidroksilno skupino. Ta skupina poveča verjetnost hidrolize molekule, to pomeni, da zmanjša stabilnost molekule RNA.

2. Nukleotid, ki je komplementaren adeninu v RNK, ni timin, kot v DNK, ampak je uracil nemetilirana oblika timina.

3. DNK obstaja v obliki dvojne vijačnice, sestavljene iz dveh ločenih molekul. Molekule RNA so v povprečju veliko krajše in pretežno enoverižne. Strukturna analiza biološko aktivnih molekul RNA, vključno s tRNA, rRNA snRNA in drugimi molekulami, ki ne kodirajo proteinov, je pokazala, da niso sestavljene iz ene dolge vijačnice, temveč iz številnih kratkih vijačnic, ki se nahajajo blizu druga drugi in tvorijo nekaj podobnega terciarna proteinska struktura. Posledično lahko RNA katalizira kemične reakcije, na primer središče peptidne transferaze ribosoma, ki sodeluje pri tvorbi peptidne vezi beljakovin, je v celoti sestavljeno iz RNA.

Lastnosti funkcije:

1. Predelava

Mnoge RNA sodelujejo pri modifikaciji drugih RNA. Introni so izrezani iz spliceosomskih pro-mRNA, ki poleg proteinov vsebujejo več majhnih jedrnih RNA (snRNA). Poleg tega lahko introni katalizirajo lastno ekscizijo. RNA, sintetizirana kot posledica transkripcije, je lahko tudi kemično spremenjena. Pri evkariontih kemijske modifikacije nukleotidov RNA, kot je njihova metilacija, izvajajo majhne jedrske RNA (snRNA, 60-300 nukleotidov). Ta vrsta RNA je lokalizirana v nukleolu in Cajalovih telescih. Po povezavi snRNA z encimi se snRNA veže na tarčno RNA s parjenjem baz med obema molekulama, encimi pa spremenijo nukleotide tarčne RNA. Ribosomske in prenosne RNA vsebujejo veliko takšnih modifikacij, katerih specifični položaj se med evolucijo pogosto ohrani. snRNA in same snRNA je mogoče tudi modificirati.

2. Oddaja

tRNA vežejo določene aminokisline v citoplazmi in se pošljejo na mesto sinteze beljakovin do mRNA, kjer se vežejo na kodon in oddajo aminokislino, ki se uporablja za sintezo beljakovin.

3. Informacijska funkcija

Pri nekaterih virusih RNA opravlja funkcije, ki jih pri evkariontih opravlja DNK. Tudi informacijsko funkcijo opravlja mRNA, ki nosi informacije o beljakovinah in je mesto njihove sinteze.

4. Regulacija genov

Nekatere vrste RNA so vključene v regulacijo genov tako, da povečajo ali zmanjšajo njihovo aktivnost. To so tako imenovane miRNA (small interfering RNA) in mikroRNA.

5. katalitičnofunkcijo

Obstajajo tako imenovani encimi, ki pripadajo RNK, imenujemo jih ribozimi. Ti encimi opravljajo različne funkcije in imajo posebno strukturo.

Za razliko od molekul DNK so ribonukleinske kisline predstavljene z eno polinukleotidno verigo, ki je sestavljena iz štirih vrst nukleotidov, ki vsebujejo sladkor, ribozo, fosfat in eno od štirih dušikovih baz - adenin, gvanin, uracil ali citozin. RNA se sintetizira na molekulah DNA z uporabo encimov RNA polimeraze v skladu z načelom komplementarnosti in antiparalelnosti, uracil pa je komplementaren DNA adeninu v RNA. Celotno paleto RNA, ki delujejo v celici, lahko razdelimo na tri glavne vrste: mRNA, tRNA, rRNA.

Matrična ali informacijska RNA (mRNA ali mRNA).

Transkripcija. Da bi sintetizirali beljakovine z želenimi lastnostmi, se na mesto njihove konstrukcije pošlje »navodilo« o vrstnem redu, v katerem so aminokisline vključene v peptidno verigo. To navodilo je vsebovano v nukleotidnem zaporedju matrične ali informacijske RNA (mRNA, mRNA), sintetizirane na ustreznih regijah DNA. Proces sinteze mRNA se imenuje prepisovanje. Sinteza mRNA se začne z odkritjem RNA polimeraze posebnega mesta v molekuli DNA, ki označuje mesto začetka prepisovanja – promotorja.

Po pritrditvi na promotor polimeraza RNK odvije sosednji obrat vijačnice DNA. Dve verigi DNK se na tem mestu ločita in na eni od njiju encim sintetizira mRNA. Sestavljanje ribonukleotidov v verigo poteka v skladu z njihovo komplementarnostjo z nukleotidi DNA in tudi proti vzporedno z verigo DNA šablone. Ker je RNA polimeraza sposobna sestaviti polinukleotid samo od 5' konca do 3' konca, lahko le ena od dveh verig DNA služi kot predloga za transkripcijo, in sicer tista, ki je s svojimi 3 obrnjena proti encimu. ' konec ( 3 "→ 5"). Takšna veriga se imenuje kodogena. Antiparalelizem povezave dveh polinukleotidnih verig v molekuli DNA omogoča polimerazi RNA, da pravilno izbere predlogo za sintezo mRNA. Premikanje po kodogeni verigi DNA, RNA polimeraza izvaja postopno, natančno prepisovanje informacij, dokler se ne srečajo s specifičnim nukleotidnim zaporedjem - terminatorjem transkripcije. V tem območju je RNA polimeraza ločena od predloge DNA in novo sintetizirane mRNA. Fragment molekule DNA, vključno s promotorjem, transkribiranim zaporedjem in terminatorjem, tvori transkripcijsko enoto, transkripton. V procesu sinteze, ko se RNA polimeraza premika vzdolž molekule DNA, se enoverižni deli DNA, ki jih je prešla, ponovno združijo v d vojna spirala. MRNA, ki nastane med transkripcijo, vsebuje natančno kopijo informacij, zapisanih v ustreznem delu DNK. Trije sosednji nukleotidi mRNA, ki kodirajo aminokisline, se imenujejo kodoni. Zaporedje kodona mRNA kodira zaporedje aminokislin v peptidni verigi. Kodoni mRNA ustrezajo specifičnim aminokislinam. Predloga za transkripcijo mRNA je kodogena veriga DNA, ki je s 3' koncem obrnjena proti encimu.

Prenosna RNA (tRNA). Oddaja. Prenosna RNA (tRNA) ima pomembno vlogo v procesu uporabe dednih informacij v celici. Z dostavo potrebnih aminokislin na mesto sestavljanja peptidnih verig tRNA deluje kot translacijski posrednik. Molekule tRNA so polinukleotidne verige, sintetizirane na specifičnih zaporedjih DNA. Sestavljeni so iz relativno majhnega števila nukleotidov -75-95. Zaradi komplementarne povezave baz, ki se nahajajo v različnih delih polinukleotidne verige tRNA, pridobi strukturo, ki po obliki spominja na list detelje. Ima štiri glavne dele, ki opravljajo različne funkcije. Akceptorsko "peblo" tvorita dva komplementarno povezana končna dela tRNA. Sestavljen je iz sedmih baznih parov. 3" konec tega stebla je nekoliko daljši in tvori enoverižno regijo, ki se konča v zaporedju CCA s prosto skupino OH. Na ta konec je pritrjena prenosna aminokislina. Preostale tri veje so komplementarno parne nukleotidne sekvence, ki se končajo v neparnih regijah, ki tvorijo zanko. Sredina teh vej - antikodon - je sestavljena iz petih parov nukleotidov in vsebuje antikodon v središču svoje zanke. Antikodon so trije nukleotidi, komplementarni kodonu mRNA, ki kodira aminokislino transportira ta tRNA do mesta sinteze peptida.Med akceptorsko in antikodonsko vejo sta dve stranski veji, ki v svojih zankah vsebujeta modificirane baze - dihidrouridin (D-zanka) in triplet TψC, kjer je \y psevdouriain (T ^C-zanka). Obstaja dodatna zanka med aitikodonom in T^C-vejami, ki vključuje od 3-5 do 13 -21 nukleotidov. Na splošno je za različne vrste tRNA značilna določena konsistenco nukleotidnega zaporedja, ki je največkrat sestavljeno iz 76 nukleotidov. Nihanje njihovega števila je predvsem posledica spremembe števila

nukleotidov v dodatni zanki. Komplementarne regije, ki podpirajo strukturo tRNA, so običajno ohranjene. Primarna struktura tRNA, določena z zaporedjem nukleotidov, tvori sekundarno strukturo tRNA, ki ima obliko lista detelje. Po drugi strani pa sekundarna struktura povzroči tridimenzionalno terciarno strukturo, za katero je značilna tvorba dveh pravokotnih dvojnih vijačnic. Eno od njih tvorijo akceptorske in TψC veje, drugo pa antikodon in D veje. Na koncu ene od dvojnih vijačnic je transportirana aminokislina, na koncu druge je antikodon. Ta območja so najbolj oddaljena drug od drugega. Stabilnost terciarne strukture tRNA se ohranja zaradi pojava dodatnih vodikovih vezi med bazami polinukleotidne verige, ki se nahajajo v različnih delih, vendar prostorsko blizu v terciarni strukturi. Različne vrste tRNA imajo podobno terciarno strukturo, čeprav z nekaterimi različicami. Ena od značilnosti tRNA je prisotnost v njej nenavadnih baz, ki nastanejo kot posledica kemične modifikacije po vključitvi normalne baze v polinukleotidno verigo. Te spremenjene baze določajo veliko strukturno raznolikost tRNA v splošnem načrtu njihove strukture. Najbolj zanimive so modifikacije baz, ki tvorijo antikodon, ki vplivajo na specifičnost njegove interakcije s kodonom. Na primer, atipična baza inozin, včasih na 1. mestu antikodona tRNA, se lahko komplementarno kombinira s tremi različnimi tretjimi bazami kodona mRNA - U, C in A. Obstoj več vrst tRNA, ki se lahko združujejo z istim kodonom. Posledično v citoplazmi celic najdemo ne 61 (po številu kodonov), ampak približno 40 različnih molekul tRNA. Ta količina zadostuje za transport 20 različnih aminokislin do mesta sestavljanja beljakovin. Poleg funkcije natančnega prepoznavanja določenega kodona v mRNK molekula tRNK dostavi strogo določeno aminokislino, šifrirano s tem kodonom, na mesto sinteze peptidne verige. Specifična povezava tRNK z »njeno« aminokislino poteka v dveh stopnjah in vodi do tvorbe spojine, imenovane aminoacil-tRNK.

Pritrditev aminokisline na ustrezno tRNA:

I-1. stopnja, interakcija aminokislin in ATP s sproščanjem pirofosfata;

II-2.stopnja, dodatek adenilirajoče aminokisline na 3' konec RNA

Na prvi stopnji se aminokislina aktivira z interakcijo svoje karboksilne skupine z ATP. Posledično nastane adipilirana aminokislina. Na drugi stopnji ta spojina sodeluje s skupino OH, ki se nahaja na 3 "koncu ustrezne tRNA, in aminokislina nanjo veže svojo karboksilno skupino, pri čemer se sprosti AMP. Tako ta proces poteka s porabo energije, pridobljene med hidroliza ATP v AMP. Specifičnost povezave aminokisline in tRNA, ki nosi ustrezen antikodon, je dosežena zaradi lastnosti encima aminoacil-tRNA sintetaze. V citoplazmi je cela vrsta takih encimov, ki so sposobni prostorskega prepoznavanja na eni strani njihove aminokisline in na drugi strani ustreznega antikodona tRNA. Dedna informacija, »zapisana« v molekulah DNA in »prepisana« na mRNA, se med prevajanjem dešifrira zaradi dveh procesov specifičnega prepoznavanje molekularnih površin.mRNA preko medsebojnega interakcija antikodona s kodonom. S pomočjo sistema tRNA jezik nukleotidne verige mRNA. prevedeno v jezik aminokislinskega zaporedja peptida. Ribosomska RNA (rRNA). Ribosomski cikel sinteze beljakovin. Proces interakcije med mRNA in tRNA, ki zagotavlja prevajanje informacij iz jezika nukleotidov v jezik aminokislin, se izvaja na ribosomih. Slednji so kompleksni kompleksi rRNA in različnih proteinov, v katerih prvi tvorijo ogrodje. Ribosomske RNA niso le strukturna komponenta ribosomov, temveč zagotavljajo tudi njihovo vezavo na specifično nukleotidno zaporedje mRNA. To določa začetni in bralni okvir za tvorbo peptidne verige. Poleg tega zagotavljajo interakcijo med ribosomom in tRNA. Številni proteini, ki tvorijo ribosome, skupaj z rRNA opravljajo tako strukturne kot encimske vloge.

1. Messenger RNA prenaša genetsko kodo iz jedra v citoplazmo in tako določa sintezo različnih proteinov.

2. Prenosna RNA prenaša aktivirane aminokisline do ribosomov za sintezo polipeptidnih molekul.

3. Ribosomska RNA v kompleksu s približno 75 različnimi proteini tvori ribosome – celične organele, na katerih so sestavljene polipeptidne molekule.

4. Mala jedrna RNA (introni) Sodeluje pri spajanju.

5. Majhne citoplazemske RNA

6. snoRNA. Je tudi majhna nukleolarka. v nukleolih evkariontskih celic.

7. RNA virusi

8. Viroidna RNA

Po poliadenilaciji je mRNA podvržena spajanju, med katerim so introni (področja, ki ne kodirajo beljakovin) odstranjeni, eksoni (področja, ki kodirajo proteine) pa se spojijo in tvorijo eno samo molekulo. Spajanje katalizira velik nukleoproteinski kompleks, spliceosom, ki je sestavljen iz beljakovin in majhnih jedrnih RNA. Veliko pre-mRNA je mogoče spojiti na različne načine, pri čemer nastanejo različne zrele mRNA, ki kodirajo različne aminokislinske sekvence (alternativno spajanje).

Na kratko: spajanje je, ko introni, ki ne kodirajo ničesar, odidejo in iz eksonov nastane zrela molekula, ki je sposobna kodirati protein.

Alternativno spajanje – različne proteine lahko pridobimo iz ene same molekule pre-mRNA. To pomeni, da imamo opravka z variacijami v izpadu intronov in različnimi zamreženji eksonov.

Ribozimi

Molekule RNA z encimsko aktivnostjo (običajno lastnost avtokatalize)

Za regulacijo izražanja genov s protismiselno RNA je značilna visoka specifičnost. To je posledica visoke natančnosti procesa hibridizacije RNA-RNA, ki temelji na medsebojni komplementarni interakciji razširjenih nukleotidnih zaporedij.

Vendar pa protismiselne RNA same po sebi ne inaktivirajo nepopravljivo ciljnih mRNA in za zatiranje ekspresije ustreznih genov so potrebne visoke (vsaj ekvimolarne glede na mRNA) znotrajcelične koncentracije protismiselnih RNA. Učinkovitost protismiselnega delovanja RNA se je močno povečala po uvedbi v njihovo sestavo molekul ribozima - kratkih zaporedij RNA z endonukleazno aktivnostjo. Znane so številne druge encimske aktivnosti, povezane z RNA. Zato se ribozimi v širšem pomenu imenujejo molekule RNA, ki imajo kakršno koli encimsko aktivnost.

Na modelnih sistemih smo testirali RNA varianto zatiranja okužbe s HIV. V ta namen se uporablja nenavadna lastnost nekaterih molekul RNA - njihova sposobnost uničenja drugih vrst RNA. Za to odkritje sta Američana T. Cech in S. Altman leta 1989 prejela Nobelovo nagrado. Menili so, da se vse biokemične reakcije v telesu odvijajo zaradi zelo učinkovitih specifičnih katalizatorjev, ki so beljakovine - encimi. Vendar se je izkazalo, da imajo nekatere vrste RNA, tako kot proteini, zelo specifično katalitično aktivnost. Te RNA se imenujejo ribozimi.

Ribozimi vsebujejo v sebi protismiselna mesta in mesta, ki izvajajo encimsko reakcijo. Tisti. se ne samo pritrdijo na mRNA, ampak jo tudi prerežejo. Bistvo zatiranja okužbe s HIV z ribocimi je prikazano na sl. 32. Z vezavo na komplementarno ciljno RNK ribozim cepi to RNK, kar povzroči prekinitev sinteze proteina, ki ga kodira ciljna RNK. Če je virusna RNA takšna tarča za ribozim, potem jo bo ribozim "pokvaril" in ustrezen virusni protein ne bo nastal. Posledično se bo virus prenehal razmnoževati v celici. Ta pristop je uporaben za nekatere druge človeške patologije, na primer za zdravljenje raka.

Podobne informacije.

Ribonukleinska kislina je kopolimer purinskih in pirimidinskih ribonukleotidov, ki so med seboj, kot v DNA, povezani s fosfodiestrskimi mostovi (slika 37.6). Čeprav imata ti dve vrsti nukleinskih kislin veliko skupnega, se med seboj razlikujeta na številne načine.

1. V RNA je ostanek ogljikovih hidratov, na katerega so vezane purinske ali pirimidinske baze in fosfatne skupine, riboza in ne 2-deoksiriboza (kot v DNA).

2. Pirimidinske komponente RNK se razlikujejo od tistih v DNK. Sestava RNA, kot tudi sestava DNA, vključuje nukleotide adenina, gvanina in citozina. Hkrati RNA (z izjemo nekaterih posebnih primerov, o katerih bomo razpravljali spodaj) ne vsebuje timina, njegovo mesto v molekuli RNA zaseda uracil.

3. RNA je enoverižna molekula (za razliko od DNA, ki ima dvoverižno strukturo), če pa so v verigi RNA odseki s komplementarnim zaporedjem (nasprotna polarnost), se lahko ena sama veriga RNA zloži, da nastane tako -imenovane "lasnice", strukture, ki imajo dvoverižne lastnosti (slika 37.7).

riž. 37.6. Fragment molekule ribonukleinske kisline (RNA), v kateri purinske in pirimidinske baze - adenin (A), uracil (U), citozin (C) in gvanin - zadrži fosfodiestersko ogrodje, ki povezuje ribozilne ostanke, povezane z N-glikozidnim vez na ustrezne nukleinske baze Upoštevajte, da ima veriga RNA specifično usmerjenost, ki jo kažejo 5- in 3-terminalni fosfatni ostanki.

4. Ker je molekula RNK ena veriga, ki je komplementarna samo eni od verig DNK, ni nujno, da je vsebnost gvanina v njej enaka vsebnosti citozina, vsebnost adenina pa ni nujno enaka vsebnosti uracila.

5. RNA se lahko hidrolizira z alkalijami do 2,3-cikličnih diestrov mononukleotidov; 2,Y,5-triester deluje kot vmesni produkt hidrolize, ki ne nastane med alkalno hidrolizo DNA zaradi odsotnosti 2-hidroksilnih skupin v slednji; alkalna labilnost RNA (v primerjavi z DNA) je uporabna lastnost tako za diagnostične kot analitične namene.

Informacije, ki jih vsebuje enoverižna RNA, so realizirane v obliki specifičnega zaporedja purinskih in pirimidinskih baz (tj. v primarni strukturi) polimerne verige. To zaporedje je komplementarno kodirni verigi gena, iz katerega se "prebere" RNA. Molekula RNK se je zaradi komplementarnosti sposobna specifično vezati (hibridizirati) s kodirno verigo, ne pa tudi hibridizirati z nekodirajočo verigo DNK. Zaporedje RNA (z izjemo zamenjave T z U) je identično zaporedju nekodirajoče genske verige (slika 37.8).

Biološke funkcije RNA

Poznamo več vrst RNA. Skoraj vsi so neposredno vključeni v proces biosinteze beljakovin. Citoplazemske molekule RNA, ki delujejo kot matrice za sintezo beljakovin, se imenujejo messenger RNA (mRNA). Druga vrsta citoplazemske RNA, ribosomska RNA (rRNA), ima vlogo strukturnih komponent ribosomov (organele, ki igrajo pomembno vlogo pri sintezi beljakovin). Adapterske molekule prenosne RNA (tRNA) sodelujejo pri prevajanju (translaciji) informacij mRNA v zaporedje aminokislin v beljakovinah.

Pomemben del primarnih transkriptov RNA, proizvedenih v evkariontskih celicah, vključno s celicami sesalcev, je podvržen razgradnji v jedru in nima nobene strukturne ali informacijske vloge v citoplazmi. V gojenih

riž. 37.7. Sekundarna struktura molekule RNA tipa "zanke s steblom" ("lasne sponke"), ki je posledica intramolekularne tvorbe vodikovih vezi med komplementarnimi pari nukleinskih baz.

V človeških celicah so odkrili razred majhnih jedrnih RNA, ki niso neposredno vključene v sintezo beljakovin, lahko pa vplivajo na procesiranje RNA in celotno "arhitekturo" celice. Velikosti teh relativno majhnih molekul so različne, slednje vsebujejo od 90 do 300 nukleotidov (tabela 37.3).

RNA je glavni genetski material v nekaterih živalskih in rastlinskih virusih. Nekateri virusi RNA nikoli ne gredo skozi obratno prepisovanje RNA v DNA. Vendar pa je za večino znanih živalskih virusov, kot so retrovirusi, značilna reverzna transkripcija njihovega genoma RNA, ki jo usmerja RNA-odvisna DNA-polimeraza (reverzna transkriptaza), da tvori kopijo dvoverižne DNA. V mnogih primerih se nastali zapis dvoverižne DNA integrira v genom in nadalje zagotavlja izražanje virusnih genov ter proizvodnjo novih kopij genomov virusne RNA.

Strukturna organizacija RNA

V vseh evkariontskih in prokariontskih organizmih obstajajo trije glavni razredi molekul RNA: informacijska (matrična ali sporočilna) RNA (mRNA), transportna (tRNA) in ribosomska (rRNA). Predstavniki teh razredov se med seboj razlikujejo po velikosti, funkciji in stabilnosti.

Informacijska (mRNA) je po velikosti in stabilnosti najbolj heterogen razred. Vsi predstavniki tega razreda služijo kot nosilci informacij od gena do sistema za sintezo beljakovin v celici. Delujejo kot matrice za sintetiziran polipeptid, to pomeni, da določajo aminokislinsko zaporedje proteina (slika 37.9).

Messenger RNA, zlasti evkariontske, imajo nekaj edinstvenih strukturnih značilnosti. 5-konec mRNA je "prekrit" s 7-metilgvanozin trifosfatom, pritrjenim na 5-hidroksil sosednjega 2-0-metilribonukleozida preko trifosfatnega ostanka (slika 37.10). Molekule mRNA pogosto vsebujejo notranje ostanke 6-metiladenina in 2-0-metilirane ribonukleotide. Čeprav pomen "cappinga" še ni popolnoma pojasnjen, se lahko domneva, da se nastala struktura mRNA 5-terminusa uporablja za specifično prepoznavanje v prevodnem sistemu. Sinteza beljakovin se začne na 5" (zaprtem) koncu mRNA. Drugi konec večine molekul mRNA (3-konec) vsebuje poliadenilatno verigo 20-250 nukleotidov. Specifične funkcije tega niso dokončno ugotovljene. Lahko domnevamo, da je ta struktura odgovorna za ohranjanje znotrajcelične stabilnosti mRNA Nekatere mRNA, vključno s histoni, ne vsebujejo poli(A). Prisotnost poli(A) v strukturi mRNA se uporablja za ločevanje od drugih vrst RNA s frakcioniranjem celotne RNA na kolone z oligo(T) imobiliziranim na trdnem nosilcu kot je celuloza.s kolono nastane zaradi komplementarnih interakcij poli(A) –»repa«z imobiliziranim oligo(T).

riž. 37.8. Zaporedje gena in njegov zapis RNA. Prikazane so kodirne in nekodirajoče verige in zabeležene so njihove polaritete. Transkript RNK s polarnostjo je komplementaren kodirni verigi (s polarnostjo 3–5) in je enak po zaporedju (razen substitucij T v U) in polarnosti nekodirajoče verige DNK.

riž. 37.9. Ekspresija genetske informacije DNA v obliki zapisa mRNA in kasnejši prevod s sodelovanjem ribosomov, da se tvori specifična proteinska molekula.

(glej skeniranje)

riž. 37.10. Struktura "pokrovčka", ki jo najdemo na 5-koncu večine evkariontskih messenger RNA 7-metilgvanozin trifosfata, je pritrjena na 5-terminalu mRNA. ki običajno vsebuje 2-O-metilpurin nukleotid.

V celicah sesalcev, vključno s človeškimi celicami, zrele molekule mRNA, ki se nahajajo v citoplazmi, niso popolna kopija prepisane regije gena. Poliribonukleotid, ki nastane kot posledica transkripcije, je predhodnik citoplazemske mRNA, preden zapusti jedro, je podvržen specifični obdelavi. Nepredelani transkripcijski produkti, ki jih najdemo v jedrih celic sesalcev, tvorijo četrti razred molekul RNA. Takšne jedrske RNA so zelo heterogene in dosegajo precejšnje velikosti. Molekule heterogene jedrske RNA imajo lahko molekulsko maso več kot , medtem ko molekulska masa mRNA običajno ne presega 2106. Procesirajo se v jedru, nastale zrele mRNA pa vstopijo v citoplazmo, kjer služijo kot matriks za beljakovine. biosinteza.

Molekule prenosne RNA (tRNA) običajno vsebujejo približno 75 nukleotidov. Molekulska masa takih molekul je. tRNA nastanejo tudi kot rezultat specifične obdelave ustreznih prekurzorskih molekul (glej 39. poglavje). Transportne tRNA delujejo kot mediatorji pri prevajanju mRNA. V vsaki celici je vsaj 20 vrst molekul tRNA. Vsaka vrsta (včasih več vrst) tRNA ustreza eni od 20 aminokislin, potrebnih za sintezo beljakovin. Čeprav se vsaka specifična tRNA razlikuje od drugih v svojem nukleotidnem zaporedju, imajo vse skupne značilnosti. Zaradi več intrastrandnih komplementarnih regij imajo vse tRNA sekundarno strukturo, imenovano "list deteljice" (slika 37.11).

Molekule vseh vrst tRNA imajo štiri glavne krake. Akceptorska roka je sestavljena iz "stebla" parnih nukleotidov in se konča s sekvenco CCA.Prek Y-hidroksilne skupine adenozilnega ostanka pride do vezave na karboksilno skupino aminokisline. Preostale krake prav tako sestavljajo "stebla", ki jih tvorijo komplementarni bazni pari in zanke neparnih baz (slika 37.7). Antikodonski krak prepozna nukleotidni triplet ali kodon (glej 40. poglavje) v mRNA. D-krak je tako imenovan zaradi prisotnosti dihidrouridina v njem, -krak je poimenovan po zaporedju T-psevdouridina-C. Dodatni krak je najbolj spremenljiva struktura in služi kot osnova za klasifikacijo tRNA. Razred 1 tRNA (75% njihovega skupnega števila) ima dodatni krak, dolg 3-5 baznih parov. Dodatni krak molekul tRNA razreda 2 je dolg 13-21 baznih parov in pogosto vključuje neparno zanko.

riž. 37.11. Struktura molekule aminoacil-tRNK, na 3-CCA-konec katere je pritrjena aminokislina. Navedene so intramolekularne vodikove vezi in lokacija antikodona, TTC in dihidrouracilnih krakov. (Iz J. D. Watsona. Molecular biology of the Gene 3rd, ed.. Copyright 1976, 1970, 1965 W. A. Benjamin, Inc., Menlo Park, Kalifornija.)

Za vse vrste je značilna sekundarna struktura, ki jo določa sistem komplementarnih interakcij nukleotidnih baz ustreznih krakov.Akceptorski krak vsebuje sedem baznih parov, krak - pet baznih parov, krak D - tri (ali štiri) baznih parov.

Molekule tRNK so zelo stabilne pri prokariontih in nekoliko manj stabilne pri evkariontih. Obratna situacija je značilna za mRNA, ki je pri prokariontih precej nestabilna, pri evkariontskih organizmih pa ima precejšnjo stabilnost.

Ribosomska RNA. Ribosom je citoplazemska nukleoproteinska struktura, zasnovana za sintezo beljakovin iz predloge mRNA. Ribosom zagotavlja specifičen stik, zaradi česar pride do prevoda nukleotidnega zaporedja, prebranega iz določenega gena, v aminokislinsko zaporedje ustreznega proteina.

V tabeli. 37.2 prikazuje komponente sesalskih ribosomov z molekulsko maso 4,210 6 in hitrostjo sedimentacije (Swedbergove enote). Ribosomi sesalcev so sestavljeni iz dveh nukleoproteinskih podenot, velike c

Tabela 37.2. Sestavine ribosomov sesalcev

molekulska masa (60S) in majhna, z molekulsko maso (40S). Podenota 608 vsebuje 58-ribosomsko RNA (rRNA), 5,8S-pRNA in 28S-pRNA ter več kot 50 različnih polipeptidov. Majhna podenota 408 vključuje eno samo 18S-pRNA in približno 30 polipeptidnih verig. Vse ribosomske RNA, z izjemo 5S-RNA, imajo skupno predhodnico, 45S-RNA, ki se nahaja v nukleolu (glej 40. poglavje). Molekula 5S-RNA ima lastnega prekurzorja. V nukleolu so visoko metilirane ribosomske RNA zapakirane z ribosomskimi proteini. V citoplazmi so ribosomi precej stabilni in sposobni izvajati veliko število translacijskih ciklov.

Majhna stabilna RNA. V evkariontskih celicah so našli veliko število diskretnih, visoko ohranjenih, majhnih in stabilnih molekul RNA. Večino RNA te vrste najdemo v ribonukleoproteinih in so lokalizirane v jedru, citoplazmi ali hkrati v obeh predelih. Velikosti teh molekul se gibljejo od 90 do 300 nukleotidov, njihova vsebnost je 100.000-1.000.000 kopij na celico.

Majhni jedrski ribonukleinski delci (pogosto imenovani snurpi - iz angleškega small nuklearni ribonukleinski delci) verjetno igrajo bistveno vlogo pri regulaciji izražanja genov. Zdi se, da so nukleoproteinski delci tipa U7 vključeni v tvorbo 3-koncev histonske mRNA. Delci so verjetno potrebni za poliadenilacijo, za odstranitev introna in obdelavo mRNA (glej poglavje 39). Tab. 37.3. povzema nekatere značilnosti majhnih stabilnih RNA.

Tabela 37.3. Nekatere vrste majhnih stabilnih RNK, ki jih najdemo v celicah sesalcev

LITERATURA

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

Hunt T. DNA Makes RNA Makes Protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Genes, 2. izdaja, Wiley, 1985.

Rich A. et al. Kemija in biologija levosučne Z-DNA, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Nadzorne vloge za snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Molekularna struktura nukleinskih kislin. Narava, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Dve skupini majhnih stabilnih RNA, Cell, 1981, 25, 296.