RNA je základnou zložkou molekulárno-genetických mechanizmov bunky. Obsah ribonukleových kyselín je niekoľko percent jeho suchej hmotnosti a asi 3-5% z tohto množstva pripadá na messenger RNA (mRNA), ktorá sa priamo podieľa na syntéze bielkovín a prispieva k implementácii genómu.
Molekula mRNA kóduje sekvenciu aminokyselín proteínu načítaného z génu. Preto sa matricová ribonukleová kyselina inak nazýva informačná (mRNA).
Všeobecné charakteristiky
Rovnako ako všetky ribonukleové kyseliny, messenger RNA je reťazec ribonukleotidov (adenín, guanín, cytozín a uracil), ktoré sú navzájom spojené fosfodiesterovými väzbami. mRNA má najčastejšie len primárnu štruktúru, ale v niektorých prípadoch má sekundárnu štruktúru.
V bunke sú desiatky tisíc druhov mRNA, z ktorých každý je reprezentovaný 10-15 molekulami zodpovedajúcimi špecifickému miestu v DNA. mRNA obsahuje informácie o štruktúre jedného alebo viacerýchbaktérie) proteíny. Aminokyselinová sekvencia je prezentovaná ako triplety kódujúcej oblasti molekuly mRNA.
Biologická úloha
Hlavnou funkciou messenger RNA je implementovať genetickú informáciu jej prenosom z DNA do miesta syntézy bielkovín. V tomto prípade mRNA vykonáva dve úlohy:
- prepisuje informácie o primárnej štruktúre proteínu z genómu, ktorý prebieha v procese transkripcie;
- interaguje s aparátom syntetizujúcim proteíny (ribozómy) ako sémantickou matricou, ktorá určuje sekvenciu aminokyselín.
V skutočnosti je transkripcia syntézou RNA, v ktorej DNA pôsobí ako templát. Avšak iba v prípade messenger RNA má tento proces hodnotu prepisovania informácie o proteíne z génu.
Je to mRNA, ktorá je hlavným mediátorom, cez ktorý prebieha cesta od genotypu k fenotypu (DNA-RNA-proteín).
Životnosť mRNA v bunke
Messenger RNA žije v bunke veľmi krátko. Obdobie existencie jednej molekuly charakterizujú dva parametre:
- Funkčný polčas je určený schopnosťou mRNA slúžiť ako templát a meria sa znížením množstva proteínu syntetizovaného na molekulu. U prokaryotov je toto číslo približne 2 minúty. Počas tohto obdobia sa množstvo syntetizovaných bielkovín zníži na polovicu.
- Chemický polčas je určený znížením mediátorových molekúl RNA schopných hybridizácie(komplementárna zlúčenina) s DNA, ktorá charakterizuje integritu primárnej štruktúry.
Chemický polčas je zvyčajne dlhší ako funkčný polčas, pretože mierna počiatočná degradácia molekuly (napríklad jedno prerušenie ribonukleotidového reťazca) ešte nezabráni hybridizácii s DNA, ale už zabráni proteínu syntéza.
Polčas rozpadu je štatistický pojem, takže existencia konkrétnej molekuly RNA môže byť výrazne vyššia alebo nižšia ako táto hodnota. Výsledkom je, že niektoré mRNA majú čas na niekoľkonásobnú transláciu, zatiaľ čo iné sú degradované skôr, ako sa dokončí syntéza jednej molekuly proteínu.
Pokiaľ ide o degradáciu, eukaryotické mRNA sú oveľa stabilnejšie ako prokaryotické (polčas rozpadu je asi 6 hodín). Z tohto dôvodu sa dajú oveľa ľahšie izolovať z bunky neporušené.
štruktúra mRNA
Nukleotidová sekvencia messenger RNA zahŕňa preložené oblasti, v ktorých je zakódovaná primárna štruktúra proteínu, a neinformatívne oblasti, ktorých zloženie sa u prokaryotov a eukaryotov líši.
Kódujúca oblasť začína iniciačným kodónom (AUG) a končí jedným z terminačných kodónov (UAG, UGA, UAA). V závislosti od typu bunky (jadrovej alebo prokaryotickej) môže messenger RNA obsahovať jednu alebo viac translačných oblastí. V prvom prípade sa nazýva monocistronický a v druhom polycistronický. Ten je charakteristický len pre baktérie a archaea.
Vlastnosti štruktúry a fungovania mRNA u prokaryotov
Transkripčné procesy v prokaryotocha translácie prebiehajú súčasne, takže messenger RNA má len primárnu štruktúru. Rovnako ako u eukaryotov je reprezentovaný lineárnou sekvenciou ribonukleotidov, ktorá obsahuje informačné a nekódujúce oblasti.
Väčšina mRNA baktérií a archaea je polycistronická (obsahuje niekoľko kódujúcich oblastí), čo je spôsobené zvláštnosťou organizácie prokaryotického genómu, ktorý má operónovú štruktúru. To znamená, že v jednom transkripcii DNA je zakódovaná informácia o niekoľkých proteínoch, ktorá sa následne prenesie do RNA. Malá časť messenger RNA je monocistronická.
Nepreložené oblasti bakteriálnej mRNA sú reprezentované:
- vodiaca sekvencia (umiestnená na 5`-konci);
- sekvencia prívesu (alebo konca) (umiestnená na 3'-konci);
- nepreložené intercistronické oblasti (spacery) – nachádzajúce sa medzi kódujúcimi oblasťami polycistronickej RNA.
Dĺžka intercistronických sekvencií môže byť od 1-2 do 30 nukleotidov.
Eukaryotická mRNA
Eukaryotická mRNA je vždy monocistrónna a obsahuje komplexnejšiu sadu nekódujúcich oblastí, ktoré zahŕňajú:
- cap;
- 5`-nepreložená oblasť (5`NTR);
- 3`-nepreložená oblasť (3`NTR);
- polyadenylový chvost.
Zovšeobecnená štruktúra messenger RNA v eukaryotoch môže byť reprezentovaná akoschémy s nasledujúcou sekvenciou prvkov: cap, 5`-UTR, AUG, preložená oblasť, stop kodón, 3`UTR, poly-A-tail.
U eukaryotov sú procesy transkripcie a translácie oddelené v čase aj priestore. Messengerová RNA získava počas dozrievania, čo sa nazýva spracovanie, čiapočku a polyadenylový chvost, a potom je transportovaná z jadra do cytoplazmy, kde sa koncentrujú ribozómy. Spracovanie tiež odstraňuje intróny, ktoré sa prenášajú do RNA z eukaryotického genómu.
Kde sa syntetizujú ribonukleové kyseliny
Všetky typy RNA sú syntetizované špeciálnymi enzýmami (RNA polymerázami) na báze DNA. V súlade s tým je lokalizácia tohto procesu v prokaryotických a eukaryotických bunkách odlišná.
V eukaryotoch sa transkripcia uskutočňuje vo vnútri jadra, v ktorom sa koncentruje DNA vo forme chromatínu. Zároveň sa najskôr syntetizuje pre-mRNA, ktorá prechádza množstvom modifikácií a až potom je transportovaná do cytoplazmy.
U prokaryotov je miestom, kde sa syntetizujú ribonukleové kyseliny, oblasť cytoplazmy ohraničujúca nukleoid. Enzýmy syntetizujúce RNA interagujú s despiralizovanými slučkami bakteriálneho chromatínu.
Prepisovací mechanizmus
Syntéza messenger RNA je založená na princípe komplementarity nukleových kyselín a je uskutočňovaná RNA polymerázami, ktoré katalyzujú uzavretie fosfodiesterovej väzby medzi ribonukleozidtrifosfátmi.
V prokaryotoch je mRNA syntetizovaná rovnakým enzýmom ako ostatné druhyribonukleotidy av eukaryotoch pomocou RNA polymerázy II.
Prepis zahŕňa 3 fázy: iniciáciu, predĺženie a ukončenie. V prvom štádiu sa polymeráza naviaže na promótor, špecializované miesto, ktoré predchádza kódujúcej sekvencii. V štádiu elongácie enzým vytvorí reťazec RNA pridaním nukleotidov do reťazca, ktoré komplementárne interagujú s reťazcom templátovej DNA.
