RNA ialah komponen penting dalam mekanisme genetik molekul sel. Kandungan asid ribonukleik adalah beberapa peratus daripada berat keringnya, dan kira-kira 3-5% daripada jumlah ini jatuh pada RNA messenger (mRNA), yang terlibat secara langsung dalam sintesis protein, menyumbang kepada pelaksanaan genom.
Molekul mRNA mengekod urutan asid amino protein yang dibaca daripada gen. Oleh itu, asid ribonukleik matriks dipanggil maklumat (mRNA).
Ciri umum
Seperti semua asid ribonukleik, RNA messenger ialah rantaian ribonukleotida (adenine, guanina, sitosin dan urasil) yang disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan fosfodiester. Selalunya, mRNA hanya mempunyai struktur primer, tetapi dalam beberapa kes ia mempunyai struktur sekunder.
Terdapat puluhan ribu spesies mRNA dalam sel, setiap satunya diwakili oleh 10-15 molekul yang sepadan dengan tapak tertentu dalam DNA. mRNA mengandungi maklumat tentang struktur satu atau lebihbakteria) protein. Jujukan asid amino dibentangkan sebagai triplet bagi kawasan pengekodan molekul mRNA.
Peranan biologi
Fungsi utama RNA messenger adalah untuk melaksanakan maklumat genetik dengan memindahkannya daripada DNA ke tapak sintesis protein. Dalam kes ini, mRNA melaksanakan dua tugas:
- menulis semula maklumat tentang struktur utama protein daripada genom, yang dijalankan dalam proses transkripsi;
- berinteraksi dengan radas pensintesis protein (ribosom) sebagai matriks semantik yang menentukan jujukan asid amino.
Sebenarnya, transkripsi ialah sintesis RNA, di mana DNA bertindak sebagai templat. Walau bagaimanapun, hanya dalam kes RNA messenger sahaja proses ini mempunyai nilai menulis semula maklumat tentang protein daripada gen.
Ia adalah mRNA yang merupakan pengantara utama yang melaluinya laluan daripada genotip kepada fenotip (DNA-RNA-protein) dijalankan.
Jangka hayat mRNA dalam sel
RNA Messenger tinggal di dalam sel untuk masa yang sangat singkat. Tempoh kewujudan satu molekul dicirikan oleh dua parameter:
- Separuh hayat fungsional ditentukan oleh keupayaan mRNA untuk berfungsi sebagai templat dan diukur dengan pengurangan jumlah protein yang disintesis setiap molekul. Dalam prokariot, angka ini adalah lebih kurang 2 minit. Dalam tempoh ini, jumlah protein yang disintesis dibahagi separuh.
- Separuh hayat kimia ditentukan oleh pengurangan molekul RNA messenger yang mampu hibridisasi(sebatian pelengkap) dengan DNA, yang mencirikan integriti struktur primer.
Separuh hayat kimia biasanya lebih lama daripada separuh hayat berfungsi, memandangkan sedikit kemerosotan awal molekul (contohnya, pemecahan tunggal dalam rantai ribonukleotida) belum lagi menghalang hibridisasi dengan DNA, tetapi sudah menghalang protein sintesis.
Separuh hayat ialah konsep statistik, jadi kewujudan molekul RNA tertentu boleh menjadi jauh lebih tinggi atau lebih rendah daripada nilai ini. Akibatnya, sesetengah mRNA mempunyai masa untuk diterjemahkan beberapa kali, manakala yang lain terdegradasi sebelum sintesis satu molekul protein selesai.
Dari segi degradasi, mRNA eukariotik jauh lebih stabil daripada mRNA prokariotik (separuh hayat adalah kira-kira 6 jam). Atas sebab ini, ia lebih mudah untuk diasingkan daripada sel yang utuh.
struktur mRNA
Jujukan nukleotida RNA messenger termasuk kawasan yang diterjemahkan, di mana struktur utama protein dikodkan, dan kawasan tidak bermaklumat, yang komposisinya berbeza dalam prokariot dan eukariota.
Rantau pengekodan bermula dengan kodon permulaan (AUG) dan berakhir dengan salah satu kodon penamatan (UAG, UGA, UAA). Bergantung pada jenis sel (nuklear atau prokariotik), RNA messenger mungkin mengandungi satu atau lebih kawasan terjemahan. Dalam kes pertama, ia dipanggil monocistronic, dan dalam kedua - polycistronic. Yang terakhir adalah ciri hanya untuk bakteria dan archaea.
Ciri struktur dan fungsi mRNA dalam prokariot
Proses transkripsi dalam prokariotdan terjemahan berlaku serentak, jadi RNA messenger hanya mempunyai struktur utama. Sama seperti dalam eukariota, ia diwakili oleh jujukan linear ribonukleotida, yang mengandungi kawasan maklumat dan bukan pengekodan.
Kebanyakan mRNA bakteria dan archaea adalah polycistronic (mengandungi beberapa kawasan pengekodan), yang disebabkan oleh keanehan organisasi genom prokariotik, yang mempunyai struktur operon. Ini bermakna maklumat tentang beberapa protein dikodkan dalam satu transkrip DNA, yang kemudiannya dipindahkan ke RNA. Sebahagian kecil RNA messenger adalah monocistronic.
Kawasan mRNA bakteria yang tidak diterjemahkan diwakili oleh:
- jujukan pemimpin (terletak di hujung 5`);
- urutan treler (atau hujung) (terletak di hujung 3`);
- wilayah intercistronik yang tidak diterjemahkan (spacer) - terletak di antara kawasan pengekodan RNA polycistronic.
Panjang jujukan intercistronik boleh dari 1-2 hingga 30 nukleotida.
mRNA eukariotik
mRNA eukariotik sentiasa monosistronik dan mengandungi set kawasan bukan pengekodan yang lebih kompleks termasuk:
- cap;
- 5`-kawasan belum diterjemahkan (5`NTR);
- 3`-kawasan belum diterjemahkan (3`NTR);
- ekor poliadenil.
Struktur umum RNA utusan dalam eukariota boleh diwakili sebagaiskema dengan jujukan elemen berikut: topi, 5`-UTR, AUG, wilayah diterjemahkan, kodon henti, 3`UTR, poli-A-ekor.
Dalam eukariota, proses transkripsi dan terjemahan dipisahkan dalam masa dan ruang. RNA utusan memperoleh topi dan ekor poliadenil semasa pematangan, yang dipanggil pemprosesan, dan kemudian diangkut dari nukleus ke sitoplasma, di mana ribosom tertumpu. Pemprosesan juga memotong intron yang dipindahkan ke RNA daripada genom eukariotik.
Tempat asid ribonukleik disintesis
Semua jenis RNA disintesis oleh enzim khas (RNA polimerase) berdasarkan DNA. Sehubungan itu, penyetempatan proses ini dalam sel prokariotik dan eukariotik adalah berbeza.
Dalam eukariota, transkripsi dijalankan di dalam nukleus, di mana DNA tertumpu dalam bentuk kromatin. Pada masa yang sama, pra-mRNA disintesis dahulu, yang mengalami beberapa pengubahsuaian dan hanya selepas itu diangkut ke sitoplasma.
Dalam prokariot, tempat di mana asid ribonukleik disintesis ialah kawasan sitoplasma yang bersempadan dengan nukleoid. Enzim pensintesis RNA berinteraksi dengan gelung kromatin bakteria yang terdespiral.
Mekanisme transkripsi
Sintesis RNA messenger adalah berdasarkan prinsip pelengkap asid nukleik dan dijalankan oleh polimerase RNA yang memangkinkan penutupan ikatan fosfodiester antara trifosfat ribonukleosida.
Dalam prokariot, mRNA disintesis oleh enzim yang sama seperti spesies lainribonukleotida, dan dalam eukariota oleh RNA polimerase II.
Transkripsi merangkumi 3 peringkat: permulaan, pemanjangan dan penamatan. Pada peringkat pertama, polimerase melekat pada promoter, tapak khusus yang mendahului urutan pengekodan. Pada peringkat pemanjangan, enzim membina rantai RNA dengan menambahkan nukleotida pada rantai yang berinteraksi secara lengkap dengan rantai DNA templat.
