Типови РНК, функција и структура

Различити типови ДНК и РНК - нуклеинске киселине - један је од предмета проучавања молекуларне биологије. Једна од најперспективнијих и најбрже развијајућих области у овој науци последњих година је проучавање РНК.

Укратко о структури РНК

Дакле, РНК, рибонуклеинска киселина, је биополимер чији је молекул ланац формиран од четири типа нуклеотида. Сваки нуклеотид се састоји од азотне базе (аденин А, гванин Г, урацил У или цитозин Ц) у комбинацији са шећер рибозом и остатком фосфорне киселине. Фосфатни остаци, који се повезују с рибозама сусједних нуклеотида, "шивају" блокове РНК конституената у макромолекул - полинуклеотид. Ово формира примарну структуру РНК.

Секундарна структура - формирање двоструког ланца - формирана је у неким деловима молекула у складу са принципом комплементарности азотних база: аденин формира пар са урацилом кроз двоструку, а гванин са цитозином - троструку водоничну везу.

У радној форми, молекул РНК формира и терцијарну структуру - посебну просторну структуру, конформацију.

РНА синтеза

Сви типови РНК су синтетизовани коришћењем ензима РНА полимеразе. Може да зависи од ДНК и РНК, то јест, да катализира синтезу ДНК и РНА шаблона.

Синтеза се заснива на комплементарности база и антипаралелности правца читања генетског кода и одвија се у неколико фаза.

Прво, долази до препознавања и везивања РНА полимеразе за специфичну секвенцу нуклеотида на ДНК промотору, након чега се двострука спирала ДНК одвија у малом подручју и скуп РНК молекула почиње преко једног од ланаца, названих шаблон (други ланац ДНК се назива кодирање - његова копија се синтетише РНА). Асиметрија промотора одређује која од ДНК ланаца ће служити као шаблон, и на тај начин дозвољава РНА полимерази да иницира синтезу у правом смеру.

Следећи корак се назива издужење. Транскрипциони комплекс, укључујући РНА полимеразу и невезани регион са хибридом ДНК-РНК, почиње да се креће. Како овај покрет напредује, ланац РНК који се шири постепено се раздваја, а двострука спирала ДНК одвија се испред комплекса и враћа се иза ње.

Завршна фаза синтезе се дешава када РНА полимераза досегне посебан део шаблона, назван терминатор. Престанак (крај) процеса може се постићи на различите начине.

Главни типови РНК и њихова функција у ћелији

Они су следећи:

• Матрица или информативна (мРНА). Преко ње се врши транскрипција - пренос генетске информације из ДНК.
• Рибосомал (рРНА), који обезбеђује процес транслације - синтезу протеина на мРНА матрици.
• Транспорт (тРНА). Препознаје и преноси аминокиселину на рибозом, где се синтеза протеина одвија, и такође учествује у преводу.
• Мала РНК је екстензивна класа молекула кратке дужине који обављају различите функције током процеса транскрипције, сазревања РНК и транслације.
• РНА геноми - кодирајуће секвенце које садрже генетске информације у неким вирусима и вироидима.

Осамдесетих година прошлог века откривена је каталитичка активност РНК. Молекули који поседују ово својство се називају рибозими. Наравно, није познато много природних рибозима, њихова каталитичка способност је нижа од протеина, али у ћелији обављају изузетно важне функције. Тренутно је у току успјешан рад на синтези рибозима, који су од практичног значаја.

Хајде да се задржимо на различитим типовима РНК молекула.

Матрица (информативна) РНК

Овај молекул се синтетизује преко растављеног дела ДНК, тако копирајући ген који кодира један или други протеин.

РНК еукариотских ћелија, пре него што постану матрица за синтезу протеина, мора сазрети, односно проћи кроз комплекс различитих модификација - обраде.

Пре свега, у фази транскрипције, молекул се подвргава покривању: посебна структура која се састоји од једног или више модификованих нуклеотида, капа, је причвршћена на његов крај. Он игра важну улогу у многим каснијим процесима и повећава стабилност мРНК. Такозвани поли (А) реп - секвенца аденинских нуклеотида придружује се другом крају примарног транскрипта.

Након тога, пре-мРНА је спојена. То је уклањање из молекула некодирајућих региона - интрона, који су бројни у ДНК еукариота. Затим, одвија се процедура уређивања мРНА, у којој је њен састав хемијски модификован, као и метилација, након чега зрела мРНК напушта језгро ћелије.

Рибосомал РНА

Основу рибозома, комплекса који обезбеђује синтезу протеина, чине две дуге рРНК које формирају подјединице рибозома. Они се синтетизују заједно као једна пре-рРНА, која се затим дели током обраде. Велика подестица такође укључује рРНК ниске молекуларне тежине синтетизиране из једног гена. Рибосомске РНК имају чврсто упакирану терцијарну структуру, која служи као оквир за протеине присутне у рибозому и обављајући помоћне функције.

У не-радној фази, рибосомске подјединице су одвојене; након покретања транслационог процеса, рРНК мале подјединице се комбинује са РНК, након чега долази до потпуне интеграције рибозомских елемената. Када РНК ступа у интеракцију са малом подјединицом са мРНК, потоња као да је повучена кроз рибозом (што је еквивалентно кретању рибозома дуж мРНА). Рибосомска РНК велике подјединице је рибозим, тј. Има ензимске особине. Она катализира формирање пептидних веза између амино киселина током синтезе протеина.

Треба напоменути да највећи део укупне РНК у ћелији чини рибосомал - 70-80%. ДНК има велики број гена који кодирају рРНК, која обезбеђује веома интензивну транскрипцију.

Транспорт РНА

Овај молекул се препознаје помоћу специфичне аминокиселине уз помоћ посебног ензима и, када се комбинира с њом, преноси аминокиселину на рибозом, гдје служи као посредник у процесу превођења - синтеза протеина. Пренос се врши дифузијом у цитоплазми ћелије.

Обрађени су ново синтетизовани молекули тРНА, као и други типови РНК. Зрела тРНА у активном облику има конформацију која личи на лист детелине. На стабљици листа, на месту акцептора, налази се ЦЦА секвенца са хидроксилном групом која се везује за амино киселину. На супротном крају "листа" налази се антикодонска петља која се повезује са комплементарним кодоном за мРНК. Д-петља служи да веже транспортну РНК са ензимом у интеракцији са аминокиселином, а Т-петља - да се веже за велику подестицу рибозома.

Мала РНА

Ови типови РНК играју важну улогу у ћелијским процесима и сада се активно проучавају.

На пример, мале нуклеарне РНК у еукариотским ћелијама су укључене у мРНК спајање и, евентуално, имају каталитичка својства заједно са спојевима протеина. Мале нуклеоларне РНК су укључене у обраду рибозомалне и транспортне РНК.

Мале интерференције и миРНА су битни елементи система регулације експресије гена, који је неопходан да би ћелија могла да контролише своју структуру и виталну активност. Овај систем је важан део имуног антивирусног одговора ћелије.

Постоји и класа малих РНК које функционишу у комбинацији са Пиви протеинима. Ови комплекси играју велику улогу у развоју ћелија заметне линије, у сперматогенези и сузбијању мобилних генетских елемената.

РНА геном

РНК молекул се може користити као геном код већине вируса. Вирусни геноми су различити - једноструки и двоструки, кружни или линеарни. Такође, РНА геноми вируса су често сегментирани и генерално краћи од генома који садрже ДНК.

Постоји фамилија вируса чија генетска информација, кодирана у РНК, након инфекције ћелије обрнутом транскрипцијом, копира се на ДНК, која се затим убацује у геном ћелије жртве. То се зове ретровирус. Они укључују, нарочито, вирус хумане имунодефицијенције.

Вредност РНК истраживања у модерној науци

Ако је превладало мишљење о секундарној улози РНК, сада је јасно да је она неопходан и битан елемент интрацелуларне активности. Многи процеси од највеће важности нису потпуни без активног учешћа РНК. Механизми таквих процеса дуго су остали непознати, али захваљујући проучавању различитих типова РНК и њихових функција, многи детаљи се постепено разјашњавају.

Могуће је да је РНК одиграла одлучујућу улогу у настанку и формирању живота у зору Земљине историје. Резултати новије студије говоре у прилог овој хипотези, свједочећи о изванредној старости многих механизама функционисања ћелија уз учешће различитих типова РНК. На пример, недавно откривене рибоскавице као део мРНА (систем регулације активности гена без протеина у фази транскрипције), према многим истраживачима, су одјеци ере када је примитивни живот заснован на РНК, без учешћа ДНК и протеина. Такође веома древна компонента регулационог система су миРНА. Специфичности структуре каталитички активне рРНК указују на њену постепену еволуцију везивањем нових фрагмената древном проторибосому.

Пажљиво проучавање које врсте РНК и како су укључени у различите процесе је такође изузетно важно за теоријска и примењена поља медицине.