RNA je bistvena sestavina molekularno genetskih mehanizmov celice. Vsebnost ribonukleinskih kislin je nekaj odstotkov njene suhe teže, približno 3-5 % te količine pa odpade na sporočilno RNA (mRNA), ki je neposredno vključena v sintezo beljakovin in prispeva k implementaciji genoma.
Molekula mRNA kodira zaporedje aminokislin proteina, prebranega iz gena. Zato se matrična ribonukleinska kislina sicer imenuje informacijska (mRNA).
Splošne značilnosti
Kot vse ribonukleinske kisline je sporočilna RNA veriga ribonukleotidov (adenin, gvanin, citozin in uracil), ki so med seboj povezani s fosfodiestrovskimi vezmi. Najpogosteje ima mRNA samo primarno strukturo, v nekaterih primerih pa ima sekundarno strukturo.
V celici je več deset tisoč vrst mRNA, od katerih je vsaka predstavljena z 10-15 molekulami, ki ustrezajo določenemu mestu v DNK. mRNA vsebuje informacije o strukturi enega ali večbakterije) beljakovine. Aminokislinsko zaporedje je predstavljeno kot trojčki kodirne regije molekule mRNA.
biološka vloga
Glavna funkcija sporočilne RNA je implementacija genetskih informacij s prenosom iz DNK na mesto sinteze beljakovin. V tem primeru mRNA opravlja dve nalogi:
- prepiše informacije o primarni strukturi proteina iz genoma, ki se izvede v procesu transkripcije;
- interagira z aparatom za sintezo beljakovin (ribosomi) kot semantična matrika, ki določa zaporedje aminokislin.
Pravzaprav je transkripcija sinteza RNA, pri kateri DNK deluje kot predloga. Vendar ima ta proces samo v primeru sporočilne RNA vrednost ponovnega pisanja informacij o proteinu iz gena.
Prav mRNA je glavni posrednik, preko katerega poteka pot od genotipa do fenotipa (DNA-RNA-protein).
Življenjska doba mRNA v celici
Messenger RNA živi v celici zelo kratek čas. Za obdobje obstoja ene molekule sta značilna dva parametra:
- Funkcionalni razpolovni čas je določen s sposobnostjo mRNA, da služi kot predloga, in se meri z zmanjšanjem količine beljakovin, sintetiziranih na molekulo. Pri prokariotih je ta številka približno 2 minuti. V tem obdobju se količina sintetiziranih beljakovin prepolovi.
- Kemična razpolovna doba je določena z zmanjšanjem molekul RNA, ki so sposobne hibridizacije(komplementarna spojina) z DNK, ki označuje celovitost primarne strukture.
Kemična razpolovna doba je običajno daljša od funkcionalne razpolovne dobe, saj rahla začetna degradacija molekule (na primer en sam prelom ribonukleotidne verige) še ne prepreči hibridizacije z DNK, vendar že prepreči beljakovine sinteza.
Razpolovna doba je statistični koncept, zato je obstoj določene molekule RNA lahko bistveno višji ali nižji od te vrednosti. Zaradi tega imajo nekatere mRNA čas, da se večkrat prevedejo, druge pa se razgradijo, preden je sinteza ene proteinske molekule končana.
V smislu razgradnje so evkariontske mRNA veliko bolj stabilne kot prokariontske (razpolovna doba je približno 6 ur). Zaradi tega jih je veliko lažje izolirati iz celice nedotaknjene.
struktura mRNA
Nukleotidno zaporedje sporočilne RNA vključuje translirane regije, v katerih je kodirana primarna struktura proteina, in neinformativne regije, katerih sestava se pri prokariotih in evkariontih razlikuje.
Območje kodiranja se začne z začetnim kodonom (AUG) in konča z enim od zaključnih kodonov (UAG, UGA, UAA). Odvisno od vrste celice (jedrska ali prokariontska) lahko sporočilna RNA vsebuje eno ali več translacijskih regij. V prvem primeru se imenuje monocistronski, v drugem pa policistronski. Slednje je značilno samo za bakterije in arheje.
Značilnosti strukture in delovanja mRNA pri prokariotih
Transkripcijski procesi pri prokariotihin prevodi potekajo sočasno, tako da ima sporočilna RNA le primarno strukturo. Tako kot pri evkariontih je predstavljen z linearnim zaporedjem ribonukleotidov, ki vsebuje informacijske in nekodirajoče regije.
Večina mRNA bakterij in arhej je policistronskih (vsebuje več kodirnih regij), kar je posledica posebnosti organizacije prokariontskega genoma, ki ima operonsko strukturo. To pomeni, da so informacije o več proteinih kodirane v enem transkriptonu DNK, ki se nato prenese v RNA. Majhen del sporočilne RNA je monocistronski.
Neprevedene regije bakterijske mRNA so predstavljene z:
- vodilno zaporedje (na koncu 5`);
- zaporedje priklopnika (ali konca) (nahaja se na koncu 3`);
- neprevedene intercistronske regije (distančniki) - nahajajo se med kodirnimi regijami policistronske RNA.
Dolžina intercistronskih zaporedij je lahko od 1-2 do 30 nukleotidov.
evkariontska mRNA
Evkariotska mRNA je vedno monocistronska in vsebuje bolj zapleten nabor nekodiranih regij, ki vključujejo:
- cap;
- 5`-neprevedeno območje (5`NTR);
- 3`-neprevedeno območje (3`NTR);
- poliadenil rep.
Posplošno strukturo sporočilne RNA pri evkariontih lahko predstavimo kotsheme z naslednjim zaporedjem elementov: kapa, 5`-UTR, AUG, prevedena regija, stop kodon, 3`UTR, poli-A-rep.
Pri evkariontih so procesi transkripcije in prevajanja ločeni tako v času kot v prostoru. Messenger RNA med zorenjem pridobi pokrovček in poliadenilni rep, kar imenujemo procesiranje, nato pa se transportira iz jedra v citoplazmo, kjer se koncentrirajo ribosomi. Obdelava izreže tudi introne, ki se prenesejo v RNA iz evkariontskega genoma.
Kje se sintetizirajo ribonukleinske kisline
Vse vrste RNA sintetizirajo posebni encimi (RNA polimeraze), ki temeljijo na DNK. V skladu s tem je lokalizacija tega procesa v prokariotskih in evkariontskih celicah različna.
Pri evkariontih se transkripcija izvaja znotraj jedra, v katerem je koncentrirana DNK v obliki kromatina. Hkrati se najprej sintetizira pre-mRNA, ki je podvržena številnim modifikacijam in šele nato se transportira v citoplazmo.
Pri prokariotih je mesto, kjer se sintetizirajo ribonukleinske kisline, območje citoplazme, ki meji na nukleoid. Encimi, ki sintetizirajo RNA, sodelujejo z despiraliziranimi zankami bakterijskega kromatina.
Transkripcijski mehanizem
Sinteza sporočilne RNA temelji na principu komplementarnosti nukleinskih kislin in jo izvajajo RNA polimeraze, ki katalizirajo zapiranje fosfodiesterske vezi med ribonukleozid trifosfati.
Pri prokariotih se mRNA sintetizira z istim encimom kot druge vrsteribonukleotidi, pri evkariontih pa z RNA polimerazo II.
Transkripcija vključuje 3 stopnje: začetek, podaljšanje in zaključek. Na prvi stopnji se polimeraza pritrdi na promotor, specializirano mesto, ki je pred kodirnim zaporedjem. V fazi raztezanja encim zgradi verigo RNA z dodajanjem nukleotidov v verigo, ki komplementarno delujejo s šablonsko verigo DNK.
