RNA- polymér, ktorého monoméry sú ribonukleotidy. Na rozdiel od DNA je RNA tvorená nie dvoma, ale jedným polynukleotidovým reťazcom (s výnimkou, že niektoré vírusy obsahujúce RNA majú dvojvláknovú RNA). Nukleotidy RNA sú schopné tvoriť medzi sebou vodíkové väzby. Reťazce RNA sú oveľa kratšie ako reťazce DNA.
RNA monomér - nukleotid (ribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté bázy RNA tiež patria do tried pyrimidínov a purínov.
Pyrimidínovými bázami RNA sú uracil, cytozín a purínovými bázami sú adenín a guanín. Nukleotidový monosacharid RNA je ribóza.
Zlatý klinec tri typy RNA: 1) informačný(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) dopravy RNA - tRNA, 3) ribozomálne RNA - rRNA.
Všetky typy RNA sú nerozvetvené polynukleotidy, majú špecifickú priestorovú konformáciu a podieľajú sa na procesoch syntézy proteínov. Informácie o štruktúre všetkých typov RNA sú uložené v DNA. Proces syntézy RNA na templáte DNA sa nazýva transkripcia.
Preneste RNA zvyčajne obsahujú 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulová hmotnosť - 25 000–30 000. tRNA tvorí asi 10 % celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie tRNA: 1) transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín, do ribozómov, 2) translačný medzičlánok. V bunke sa nachádza asi 40 typov tRNA, pričom každý z nich má jedinečnú nukleotidovú sekvenciu. Všetky tRNA však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka čomu tRNA získavajú konformáciu podobnú ďatelinovému listu. Akákoľvek tRNA má slučku na kontakt s ribozómom (1), antikodónovú slučku (2), slučku na kontakt s enzýmom (3), akceptorový kmeň (4) a antikodón (5). Aminokyselina sa pridá na 3" koniec akceptorového kmeňa. Anticodon- tri nukleotidy, ktoré „identifikujú“ kodón mRNA. Je potrebné zdôrazniť, že špecifická tRNA môže transportovať presne definovanú aminokyselinu zodpovedajúcu jej antikodónu. Špecifickosť spojenia medzi aminokyselinou a tRNA je dosiahnutá vďaka vlastnostiam enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy.
Ribozomálna RNA obsahuje 3000–5000 nukleotidov; molekulová hmotnosť - 1 000 000–1 500 000. rRNA tvorí 80–85 % celkového obsahu RNA v bunke. V komplexe s ribozomálnymi proteínmi tvorí rRNA ribozómy - organely, ktoré vykonávajú syntézu proteínov. V eukaryotických bunkách prebieha syntéza rRNA v jadierkach. Funkcie rRNA: 1) nevyhnutná štrukturálna zložka ribozómov a teda zabezpečenie fungovania ribozómov; 2) zabezpečenie interakcie ribozómu a tRNA; 3) počiatočná väzba ribozómu a iniciačného kodónu mRNA a stanovenie čítacieho rámca, 4) vytvorenie aktívneho centra ribozómu.
Molekuly zodpovedné za čítanie a prenos informácií, ako aj za premenu týchto informácií na sekvenciu aminokyselín v štruktúre molekuly proteínu, sú ribonukleové kyseliny (RNA). Molekuly ribonukleovej kyseliny majú jeden polynukleotidový reťazec. Existuje tri hlavné typy RNA: informácie (mRNA), alebo templát (mRNA), ribozomálne (rRNA) a transportné (tRNA). Líšia sa veľkosťou molekúl a funkciou. Všetky typy RNA sú syntetizované na DNA za účasti enzýmov - RNA polymeráz. Informácia, alebo matrica, RNA tvorí 2-3% všetkej bunkovej RNA, ribozomálna RNA - 80-85%, transport - asi 15%.
Messenger RNA(mRNA) - číta dedičnú informáciu z úseku DNA (génu) a vo forme skopírovanej sekvencie dusíkatých báz ju prenáša do ribozómov, kde dochádza k syntéze konkrétneho proteínu. Každá z molekúl mRNA zodpovedá poradím nukleotidov a veľkosťou génu v DNA, z ktorej bola prepísaná. Každý triplet (tri nukleotidy) na mRNA sa nazýva kodón. Kodón určuje, ktorá aminokyselina sa objaví na danom mieste počas syntézy bielkovín. Messenger RNA môže mať relatívnu molekulovú hmotnosť od 250 do 1000 tisíc D (calton).
Existuje široká škála mRNA, čo sa týka zloženia aj veľkosti molekuly. Je to spôsobené tým, že bunka obsahuje veľké množstvo rôznych proteínov a štruktúru každého proteínu určuje vlastný gén, z ktorého mRNA číta informácie.
Preneste RNA. (tRNA) má relatívne nízku molekulovú hmotnosť rádovo 24-29 tis.
Úlohou tRNA je, že prenášajú aminokyseliny do ribozómov a podieľajú sa na procese syntézy bielkovín. Každá aminokyselina je pripojená k špecifickej tRNA. Množstvo aminokyselín má viac ako jednu tRNA. Sekundárna štruktúra všetkých tRNA je prezentovaná vo forme ďatelinového lístka s dvojvláknovou stonkou a tromi jednovláknovými slučkami (obr. 20). Na konci jedného z reťazcov sa nachádza akceptorové miesto – triplet CCA, na ktorého adenín je naviazaná špecifická aminokyselina. Aminokyselina sa spája s tRNA pôsobením enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy, ktorý „rozpoznáva“ aminokyselinu aj tRNA súčasne. Na čele strednej slučky tRNA je antikodón - triplet pozostávajúci z troch nukleotidov. Antikodón je komplementárny k špecifickému kodónu na mRNA. Pomocou antikodónu tRNA „rozpozná“ zodpovedajúci kodón v mRNA, teda určí miesto, kde má byť táto aminokyselina umiestnená v syntetizovanej molekule proteínu.
Predpokladá sa, že slučky tRNA, ktoré sa nezúčastňujú na väzbe a vykonávaní dekódovacej funkcie aminokyselín, sa používajú na naviazanie tRNA na ribozóm a na špecifickú aminoacyl-tRNA syntetázu.
Ribozomálna RNA(rRNA) sa hromadí v jadre a jadierkach. Ribozomálne proteíny sú transportované do jadierok z cytoplazmy a tam dochádza k spontánnej tvorbe ribozomálnych podjednotiek spojením proteínov so zodpovedajúcou rRNA. Ribozomálne subčastice, spolu alebo oddelene, sú transportované cez póry jadrovej membrány do cytoplazmy.
Ribozómy sú organely s veľkosťou 20-30 nm. Ribozóm obsahuje 64 % rRNA a 36 % proteínu. Skladajú sa z dvoch podjednotiek rôznych veľkostí a tvarov. Keď ribozóm nesyntetizuje proteín, je disociovaný na 2 podjednotky. Ribozomálna RNA slúži ako kostra pre ribozómy a uľahčuje počiatočnú väzbu mRNA na ribozóm počas biosyntézy proteínov. Podjednotky sú v eukaryotoch označené ako 60S (veľké) a 40S (malé). Celé ribozómy sa vyzrážajú pri 80S. U prokaryotov sa ribozómy skladajú z malej (30S) a veľkej (50S) podjednotky. V cytoplazme sú ribozómy zvyčajne usporiadané do skupín, ktoré tvoria polyzómy.
Funkcie RNA sa líšia v závislosti od typu ribonukleovej kyseliny.
1) Messenger RNA (i-RNA).
2) Ribozomálna RNA (r-RNA).
3) Transfer RNA (tRNA).
4) Menšie (malé) RNA. Ide o molekuly RNA, najčastejšie s malou molekulovou hmotnosťou, nachádzajúce sa v rôznych častiach bunky (membrána, cytoplazma, organely, jadro a pod.). Ich úloha nie je úplne pochopená. Je dokázané, že môžu napomáhať dozrievaniu ribozomálnej RNA, podieľať sa na prenose proteínov cez bunkovú membránu, podporovať reduplikáciu molekúl DNA atď.
5) Ribozýmy. Nedávno identifikovaný typ RNA, ktorý sa aktívne podieľa na bunkových enzymatických procesoch ako enzým (katalyzátor).
6) Vírusová RNA. Každý vírus môže obsahovať iba jeden typ nukleovej kyseliny: buď DNA alebo RNA. Vírusy obsahujúce molekulu RNA sa preto nazývajú vírusy obsahujúce RNA. Keď vírus tohto typu vstúpi do bunky, môže nastať proces reverznej transkripcie (tvorba novej DNA na báze RNA) a novovytvorená DNA vírusu je integrovaná do genómu bunky a zabezpečuje existenciu a reprodukciu. patogénu. Druhým scenárom je tvorba komplementárnej RNA na matrici prichádzajúcej vírusovej RNA. V tomto prípade dochádza k tvorbe nových vírusových proteínov, vitálnej aktivite a reprodukcii vírusu bez účasti deoxyribonukleovej kyseliny iba na základe genetickej informácie zaznamenanej na vírusovej RNA. Ribonukleové kyseliny. RNA, štruktúra, štruktúry, typy, úloha. Genetický kód. Mechanizmy prenosu genetickej informácie. Replikácia. Prepis
Ribozomálna RNA.
rRNA predstavuje 90 % celkovej RNA v bunke a je charakterizovaná metabolickou stabilitou. V prokaryotoch existujú tri rôzne typy rRNA so sedimentačnými koeficientmi 23S, 16S a 5S; Eukaryoty majú štyri typy: -28S, 18S,5S a 5,8S.
RNA tohto typu sú lokalizované v ribozómoch a podieľajú sa na špecifických interakciách s ribozomálnymi proteínmi.
Ribozomálne RNA majú formu sekundárnej štruktúry vo forme dvojvláknových oblastí spojených zakriveným jednovláknovým reťazcom. Ribozomálne proteíny sú spojené prevažne s jednovláknovými oblasťami molekuly.
rRNA sa vyznačuje prítomnosťou modifikovaných báz, ale vo výrazne menších množstvách ako v tRNA. rRNA obsahuje hlavne metylované nukleotidy, pričom metylové skupiny sú naviazané buď na bázu alebo na 2/-OH skupinu ribózy.
Preneste RNA.
Molekuly tRNA sú jedným reťazcom pozostávajúcim zo 70-90 nukleotidov s molekulovou hmotnosťou 23000-28000 a sedimentačnou konštantou 4S. V bunkovej RNA tvorí transferová RNA 10 – 20 %. Molekuly tRNA majú schopnosť kovalentne sa viazať na špecifickú aminokyselinu a spojiť sa systémom vodíkových väzieb s jedným z nukleotidových tripletov molekuly mRNA. tRNA teda implementujú kódovú zhodu medzi aminokyselinou a zodpovedajúcim kodónom mRNA. Na vykonávanie funkcie adaptéra musia mať tRNA dobre definovanú sekundárnu a terciárnu štruktúru.
Každá molekula tRNA má konštantnú sekundárnu štruktúru, má tvar dvojrozmerného ďatelinového listu a skladá sa zo špirálovitých oblastí tvorených nukleotidmi rovnakého reťazca a jednovláknových slučiek umiestnených medzi nimi. Počet helikálnych oblastí dosahuje polovicu molekuly.Nepárové sekvencie tvoria charakteristické štruktúrne prvky (vetvy), ktoré majú typické vetvy:
A) akceptorový kmeň, na ktorého 3/-OH konci sa vo väčšine prípadov nachádza triplet CCA. Zodpovedajúca aminokyselina sa pridá ku karboxylovej skupine koncového adenozínu použitím špecifického enzýmu;
B) pseudouridín alebo T C-slučka, pozostáva zo siedmich nukleotidov s povinnou sekvenciou 5/-T CG-3/, ktorá obsahuje pseudouridín; predpokladá sa, že TC slučka sa používa na naviazanie tRNA na ribozóm;
B) ďalšia slučka - odlišná veľkosťou a zložením v rôznych tRNA;
D) antikodónová slučka pozostáva zo siedmich nukleotidov a obsahuje skupinu troch báz (antikodón), ktorá je komplementárna k tripletu (kodónu) v molekule mRNA;
D) dihydrouridylová slučka (D-slučka), pozostávajúca z 8-12 nukleotidov a obsahujúca od jedného do štyroch dihydrouridylových zvyškov; predpokladá sa, že D-slučka sa používa na naviazanie tRNA na špecifický enzým (aminoacyl-tRNA syntetáza).
Terciárne balenie molekúl tRNA je veľmi kompaktné a má tvar L. Roh takejto štruktúry je tvorený dihydrouridínovým zvyškom a TC slučkou, dlhá nožička tvorí akceptorový kmeň a TC slučka a krátka nožička tvorí D slučku a antikodónovú slučku.
Na stabilizácii terciárnej štruktúry tRNA sa podieľajú polyvalentné katióny (Mg 2+, polyamíny), ako aj vodíkové väzby medzi bázami a fosfodiesterovým skeletom.
Komplexné priestorové usporiadanie molekuly tRNA je spôsobené viacerými vysoko špecifickými interakciami s proteínmi a inými nukleovými kyselinami (rRNA).
Transferová RNA sa od ostatných typov RNA líši vysokým obsahom minoritných báz – v priemere 10-12 báz na molekulu, ale ich celkový počet a tRNA sa zvyšuje, keď organizmy postupujú po evolučnom rebríčku. V tRNA boli identifikované rôzne metylované purínové (adenín, guanín) a pyrimidínové (5-metylcytozín a ribozyltymín) bázy, bázy obsahujúce síru (6-tiouracil), ale najbežnejšou (6-tiouracil), ale najčastejšou minoritnou zložkou je pseudouridín. Úloha neobvyklých nukleotidov v molekulách tRNA ešte nie je jasná, ale predpokladá sa, že čím nižšia je úroveň zmiernenia tRNA, tým je menej aktívna a špecifická.
Lokalizácia modifikovaných nukleotidov je prísne fixná. Prítomnosť minoritných báz v tRNA spôsobuje, že molekuly sú odolné voči pôsobeniu nukleáz a okrem toho sa podieľajú na udržiavaní určitej štruktúry, pretože takéto bázy nie sú schopné normálneho párovania a zabraňujú tvorbe dvojitej špirály. Prítomnosť modifikovaných báz v tRNA teda určuje nielen jej štruktúru, ale aj mnohé špeciálne funkcie molekuly tRNA.
Väčšina eukaryotických buniek obsahuje súbor rôznych tRNA. Pre každú aminokyselinu existuje aspoň jedna špecifická tRNA. tRNA, ktoré viažu rovnakú aminokyselinu, sa nazývajú izoakceptory. Každý typ bunky v tele sa líši pomerom izoakceptorových tRNA.
Matrix (informácie)
Messenger RNA obsahuje genetickú informáciu o sekvencii aminokyselín pre esenciálne enzýmy a iné bielkoviny, t.j. slúži ako templát pre biosyntézu polypeptidových reťazcov. Podiel mRNA v bunke predstavuje 5 % z celkového množstva RNA. Na rozdiel od rRNA a tRNA je mRNA heterogénna čo do veľkosti, jej molekulová hmotnosť sa pohybuje od 25 10 3 do 1 10 6; mRNA sa vyznačuje širokým rozsahom sedimentačných konštánt (6-25S). Prítomnosť reťazcov mRNA s premenlivou dĺžkou v bunke odráža rozmanitosť molekulových hmotností proteínov, ktorých syntézu zabezpečujú.
mRNA svojim nukleotidovým zložením zodpovedá DNA z tej istej bunky, t.j. je komplementárny k jednému z reťazcov DNA. Nukleotidová sekvencia (primárna štruktúra) mRNA obsahuje informácie nielen o štruktúre proteínu, ale aj o sekundárnej štruktúre samotných molekúl mRNA. Sekundárna štruktúra mRNA sa tvorí vďaka vzájomne sa dopĺňajúcim sekvenciám, ktorých obsah je podobný v RNA rôzneho pôvodu a pohybuje sa od 40 do 50 %. Významný počet párových oblastí môže byť vytvorený v 3/ a 5/ oblastiach mRNA.
Analýza 5/-koncov 18s rRNA oblastí ukázala, že obsahujú vzájomne komplementárne sekvencie.
Terciárna štruktúra mRNA je tvorená hlavne vodíkovými väzbami, hydrofóbnymi interakciami, geometrickými a stérickými obmedzeniami a elektrickými silami.
Messenger RNA je metabolicky aktívna a relatívne nestabilná forma s krátkou životnosťou. mRNA mikroorganizmov sa teda vyznačuje rýchlou obnovou a jej životnosť je niekoľko minút. Avšak pre organizmy, ktorých bunky obsahujú skutočné membránovo viazané jadrá, môže životnosť mRNA dosiahnuť mnoho hodín a dokonca niekoľko dní.
Stabilita mRNA môže byť určená rôznymi modifikáciami jej molekuly. Zistilo sa teda, že 5/-koncová sekvencia mRNA vírusov a eukaryotov je metylovaná alebo „blokovaná“. Prvým nukleotidom v štruktúre 5/-koncového uzáveru je 7-metylguanín, ktorý je spojený s ďalším nukleotidom 5/-5/-pyrofosfátovou väzbou. Druhý nukleotid je metylovaný na C-2/-ribózovom zvyšku a tretí nukleotid nemusí mať metylovú skupinu.
Ďalšou schopnosťou mRNA je, že na 3/-koncoch mnohých molekúl mRNA eukaryotických buniek sa nachádzajú relatívne dlhé sekvencie adenylnukleotidov, ktoré sú po dokončení syntézy naviazané na molekuly mRNA pomocou špeciálnych enzýmov. Reakcia prebieha v bunkovom jadre a cytoplazme.
Na 3/- a 5/- koncoch mRNA predstavujú modifikované sekvencie približne 25 % celkovej dĺžky molekuly. Predpokladá sa, že 5/-čiapky a 3/-poly-A sekvencie sú potrebné buď na stabilizáciu mRNA, jej ochranu pred pôsobením nukleáz, alebo na reguláciu translačného procesu.
RNA interferencia
V živých bunkách sa našlo niekoľko typov RNA, ktoré môžu znížiť stupeň génovej expresie, keď sú komplementárne k mRNA alebo samotnému génu. MikroRNA (21-22 nukleotidov dlhé) sa nachádzajú v eukaryotoch a uplatňujú svoje účinky prostredníctvom mechanizmu RNA interferencie. V tomto prípade môže komplex mikroRNA a enzýmov viesť k metylácii nukleotidov v DNA génového promótora, čo slúži ako signál na zníženie aktivity génu. Pri použití iného typu regulácie dochádza k degradácii mRNA komplementárnej k mikroRNA. Existujú však aj miRNA, ktoré génovú expresiu skôr zvyšujú ako znižujú. Malé interferujúce RNA (siRNA, 20–25 nukleotidov) sú často produkované štiepením vírusových RNA, ale existujú aj endogénne bunkové siRNA. Malé interferujúce RNA tiež pôsobia prostredníctvom RNA interferencie mechanizmami podobnými mikroRNA. U zvierat sa našla takzvaná Piwi-interagujúca RNA (piRNA, 29-30 nukleotidov), ktorá pôsobí v zárodočných bunkách proti transpozícii a hrá úlohu pri tvorbe gamét. Okrem toho môžu byť piRNA epigeneticky zdedené po materskej línii, čím sa ich schopnosť inhibovať expresiu transpozónu prenáša na potomstvo.
Antisense RNA sú rozšírené v baktériách, mnohé z nich potláčajú génovú expresiu, ale niektoré aktivujú expresiu. Antisense RNA pôsobia naviazaním na mRNA, čo vedie k tvorbe dvojvláknových molekúl RNA, ktoré sú degradované enzýmami V eukaryotoch boli nájdené molekuly RNA s vysokou molekulovou hmotnosťou. Tieto molekuly tiež regulujú génovú expresiu.
Okrem úlohy jednotlivých molekúl v génovej regulácii sa v 5" a 3" nepreložených oblastiach mRNA môžu vytvárať regulačné elementy. Tieto prvky môžu pôsobiť nezávisle, aby zabránili iniciácii translácie, alebo môžu viazať proteíny, ako je feritín, alebo malé molekuly, ako je biotín.
Mnoho RNA sa podieľa na modifikácii iných RNA. Intróny sú z pre-mRNA vyrezané pomocou spliceozómov, ktoré okrem proteínov obsahujú niekoľko malých jadrových RNA (snRNA). Okrem toho môžu intróny katalyzovať svoju vlastnú excíziu. RNA syntetizovaná ako výsledok transkripcie môže byť tiež chemicky modifikovaná. V eukaryotoch sa chemické modifikácie nukleotidov RNA, napríklad ich metylácia, vykonávajú pomocou malých jadrových RNA (snRNA, 60-300 nukleotidov). Tento typ RNA je lokalizovaný v jadierkach a Cajalových telách. Po spojení snRNA s enzýmami sa snRNA viažu na cieľovú RNA vytvorením párov báz medzi týmito dvoma molekulami a enzýmy modifikujú nukleotidy cieľovej RNA. Ribozomálne a transferové RNA obsahujú veľa takýchto modifikácií, ktorých špecifická poloha je často počas evolúcie zachovaná. SnRNA a samotné snRNA môžu byť tiež modifikované. Sprievodné RNA vykonávajú proces úpravy RNA v kinetoplaste, špeciálnej oblasti mitochondrií kinetoplastidových protistov (napríklad trypanozómov).
Genómy vyrobené z RNA
Podobne ako DNA, aj RNA môže uchovávať informácie o biologických procesoch. RNA môže byť použitá ako genóm vírusov a vírusom podobných častíc. Genómy RNA možno rozdeliť na tie, ktoré nemajú medzistupeň DNA a tie, ktoré sa skopírujú do kópie DNA a späť do RNA (retrovírusy) na reprodukciu.
Mnohé vírusy, ako napríklad vírus chrípky, obsahujú vo všetkých štádiách genóm pozostávajúci výlučne z RNA. RNA je obsiahnutá v typicky proteínovom obale a je replikovaná pomocou RNA-dependentných RNA polymeráz, ktoré sú v ňom kódované. Vírusové genómy pozostávajúce z RNA sa delia na:
„mínus vlákno RNA“, ktorá slúži len ako genóm a molekula, ktorá je k nemu komplementárna, sa používa ako mRNA;
dvojvláknové vírusy.
Viroidy sú ďalšou skupinou patogénov, ktoré obsahujú genóm RNA a žiadny proteín. Sú replikované RNA polymerázami hostiteľského organizmu.
Retrovírusy a retrotranspozóny
Iné vírusy majú RNA genóm iba počas jednej fázy svojho životného cyklu. Virióny takzvaných retrovírusov obsahujú molekuly RNA, ktoré po vstupe do hostiteľských buniek slúžia ako templát na syntézu kópie DNA. Na druhej strane, DNA templát je čítaný génom RNA. Okrem vírusov sa reverzná transkripcia používa aj v triede mobilných prvkov genómu – retrotranspozónov.
Rôzne typy DNA a RNA - nukleových kyselín - sú jedným z predmetov štúdia molekulárnej biológie. Jednou z najsľubnejších a najrýchlejšie sa rozvíjajúcich oblastí tejto vedy v posledných rokoch bolo štúdium RNA.
Stručne o štruktúre RNA
Takže RNA, ribonukleová kyselina, je biopolymér, ktorého molekula je reťazec tvorený štyrmi typmi nukleotidov. Každý nukleotid zase pozostáva z dusíkatej bázy (adenín A, guanín G, uracil U alebo cytozín C) kombinovanej s cukrovou ribózou a zvyškom kyseliny fosforečnej. Fosfátové zvyšky, ktoré sa spájajú s ribózou susedných nukleotidov, „zosieťujú“ základné bloky RNA do makromolekuly - polynukleotidu. Takto vzniká primárna štruktúra RNA.
Sekundárna štruktúra - tvorba dvojitého reťazca - sa vytvára v niektorých častiach molekuly v súlade s princípom komplementarity dusíkatých zásad: adenín tvorí pár s uracilom cez dvojitú a guanín s cytozínom - trojitú vodíkovú väzbu.
Vo svojej pracovnej forme tvorí molekula RNA aj terciárnu štruktúru – špeciálnu priestorovú štruktúru, konformáciu.
Syntéza RNA
Všetky typy RNA sa syntetizujú pomocou enzýmu RNA polymerázy. Môže byť závislý od DNA a RNA, to znamená, že môže katalyzovať syntézu na templátoch DNA aj RNA.
Syntéza je založená na komplementarite báz a antiparalelnom smere čítania genetického kódu a prebieha v niekoľkých etapách.
Najprv sa rozpozná RNA polymeráza a naviaže sa na špeciálnu sekvenciu nukleotidov na DNA - promótor, po čom sa dvojzávitnica DNA rozvinie na malej ploche a nad jedným z reťazcov, nazývaných templát (tzv. iný reťazec DNA sa nazýva kódovanie - jeho kópiou je syntetizovaná RNA). Asymetria promótora určuje, ktoré vlákno DNA bude slúžiť ako templát, a tým umožňuje RNA polymeráze iniciovať syntézu správnym smerom.
Ďalšia fáza sa nazýva predĺženie. Transkripčný komplex vrátane RNA polymerázy a neskrútenej oblasti s hybridom DNA-RNA sa začína pohybovať. Ako tento pohyb pokračuje, rastúci reťazec RNA sa postupne oddeľuje a dvojzávitnica DNA sa odvíja pred komplexom a za ním sa obnovuje.
Konečná fáza syntézy nastáva, keď RNA polymeráza dosiahne špeciálnu oblasť templátu nazývanú terminátor. Ukončenie (ukončenie) procesu je možné dosiahnuť rôznymi spôsobmi.
Hlavné typy RNA a ich funkcie v bunkách
Sú nasledovné:
- Matica alebo informácia (mRNA). Prostredníctvom nej sa uskutočňuje transkripcia - prenos genetickej informácie z DNA.
- Ribozomálny (rRNA), ktorý zabezpečuje proces translácie – syntézy proteínov na matrici mRNA.
- Transport (tRNA). Rozpoznáva a transportuje aminokyseliny do ribozómu, kde dochádza k syntéze bielkovín a tiež sa podieľa na translácii.
- Malé RNA sú veľkou triedou malých molekúl, ktoré vykonávajú rôzne funkcie počas procesov transkripcie, dozrievania RNA a translácie.
- RNA genómy sú kódujúce sekvencie, ktoré obsahujú genetickú informáciu v niektorých vírusoch a viroidoch.
V osemdesiatych rokoch minulého storočia bola objavená katalytická aktivita RNA. Molekuly s touto vlastnosťou sa nazývajú ribozýmy. Zatiaľ nie je známych veľa prírodných ribozýmov, ich katalytická schopnosť je nižšia ako u proteínov, ale v bunke plnia mimoriadne dôležité funkcie. V súčasnosti sa úspešne pracuje na syntéze ribozýmov, ktoré majú aj praktický význam.
Pozrime sa bližšie na rôzne typy molekúl RNA.
Messenger (messenger) RNA
Táto molekula sa syntetizuje na neskrútenej časti DNA, čím kopíruje gén kódujúci konkrétny proteín.
RNA eukaryotických buniek, skôr ako sa stane matricou pre syntézu proteínov, musí dozrieť, to znamená prejsť komplexom rôznych modifikácií - spracovaním.
V prvom rade, dokonca aj v štádiu transkripcie, je molekula uzavretá: na jej koniec je pripojená špeciálna štruktúra jedného alebo viacerých modifikovaných nukleotidov - cap. Hrá dôležitú úlohu v mnohých následných procesoch a zvyšuje stabilitu mRNA. Takzvaný poly(A) chvost, sekvencia adenínových nukleotidov, je pripojený k druhému koncu primárneho transkriptu.
Pre-mRNA potom podlieha zostrihu. Ide o odstránenie z molekuly nekódujúcich oblastí – intrónov, ktorých je v eukaryotickej DNA veľa. Ďalej nastáva procedúra úpravy mRNA, počas ktorej sa chemicky upravuje jej zloženie, ako aj metylácia, po ktorej zrelá mRNA opúšťa bunkové jadro.
Ribozomálna RNA
Základ ribozómu, komplex, ktorý zabezpečuje syntézu bielkovín, tvoria dve dlhé rRNA, ktoré tvoria ribozomálne subčastice. Syntetizujú sa spolu vo forme jednej pre-rRNA, ktorá sa potom pri spracovaní oddelí. Veľká subčastica tiež zahŕňa rRNA s nízkou molekulovou hmotnosťou, syntetizovanú zo samostatného génu. Ribozomálne RNA majú tesne zbalenú terciárnu štruktúru, ktorá slúži ako skelet pre proteíny prítomné v ribozóme, ktoré vykonávajú pomocné funkcie.
Vo fáze nečinnosti sú ribozomálne podjednotky oddelené; Keď sa spustí proces translácie, rRNA malej subčastice sa spojí s messengerovou RNA, po čom sa prvky ribozómu úplne spoja. Keď RNA malej podjednotky interaguje s mRNA, tá sa ťahá cez ribozóm (čo je ekvivalentné pohybu ribozómu pozdĺž mRNA). Ribozomálna RNA veľkej podjednotky je ribozým, to znamená, že má enzymatické vlastnosti. Katalyzuje tvorbu peptidových väzieb medzi aminokyselinami počas syntézy bielkovín.
Je potrebné poznamenať, že najväčšia časť všetkej RNA v bunke je ribozomálna - 70-80%. DNA má veľké množstvo génov kódujúcich rRNA, čo zabezpečuje veľmi intenzívnu transkripciu.
Preneste RNA
Táto molekula je rozpoznaná špecifickou aminokyselinou pomocou špeciálneho enzýmu a spojením s ňou transportuje aminokyselinu do ribozómu, kde slúži ako sprostredkovateľ v procese translácie - syntézy bielkovín. K prenosu dochádza difúziou v cytoplazme bunky.
Novo syntetizované molekuly tRNA, podobne ako iné typy RNA, podliehajú spracovaniu. Zrelá tRNA vo svojej aktívnej forme má konformáciu podobnú ďatelinovému listu. Na „stopku“ listu – akceptorovom mieste – sa nachádza CCA sekvencia s hydroxylovou skupinou, ktorá sa viaže na aminokyselinu. Na opačnom konci „listu“ je antikodónová slučka, ktorá sa viaže na komplementárny kodón na mRNA. D-slučka slúži na naviazanie transferovej RNA na enzým pri interakcii s aminokyselinou a T-slučka slúži na naviazanie na veľkú podjednotku ribozómu.
Malé RNA
Tieto typy RNA hrajú dôležitú úlohu v bunkových procesoch a teraz sa aktívne študujú.
Napríklad malé jadrové RNA v eukaryotických bunkách sa podieľajú na zostrihu mRNA a pravdepodobne majú katalytické vlastnosti spolu so spliceozomálnymi proteínmi. Malé nukleárne RNA sa podieľajú na spracovaní ribozomálnej a transferovej RNA.
Malé interferujúce a mikroRNA sú najdôležitejšími prvkami systému regulácie génovej expresie, ktorý je potrebný na to, aby bunka kontrolovala svoju vlastnú štruktúru a životné funkcie. Tento systém je dôležitou súčasťou imunitnej antivírusovej odpovede bunky.
Existuje aj trieda malých RNA, ktoré fungujú v komplexe s proteínmi Piwi. Tieto komplexy zohrávajú obrovskú úlohu vo vývoji zárodočných buniek, spermatogenéze a potláčaní mobilných genetických prvkov.
RNA genóm
Molekula RNA môže byť použitá ako genóm väčšinou vírusov. Vírusové genómy môžu byť rôzne – jedno- a dvojvláknové, kruhové alebo lineárne. Genómy RNA vírusov sú tiež často segmentované a vo všeobecnosti kratšie ako genómy DNA.
Existuje rodina vírusov, ktorých genetická informácia, zakódovaná v RNA, sa po infikovaní bunky reverzne prepíše do DNA, ktorá sa potom vloží do genómu bunky obete. Ide o takzvané retrovírusy. Medzi ne patrí najmä vírus ľudskej imunodeficiencie.
Význam výskumu RNA v modernej vede
Ak predtým prevládal názor, že RNA zohrávala podradnú úlohu, dnes je jasné, že ide o nevyhnutný a podstatný prvok vnútrobunkového života. Mnohé procesy primárneho významu nemôžu nastať bez aktívnej účasti RNA. Mechanizmy takýchto procesov zostali dlho neznáme, no vďaka štúdiu rôznych typov RNA a ich funkcií sa postupne vyjasňujú mnohé detaily.
Je možné, že RNA zohrala rozhodujúcu úlohu pri vzniku a rozvoji života na úsvite dejín Zeme. Výsledky nedávnych štúdií podporujú túto hypotézu, čo naznačuje mimoriadnu starobylosť mnohých mechanizmov fungovania buniek zahŕňajúcich určité typy RNA. Napríklad nedávno objavené riboswitche v mRNA (systém bezproteínovej regulácie génovej aktivity v štádiu transkripcie) sú podľa mnohých výskumníkov ozvenou éry, keď bol primitívny život vybudovaný na báze RNA, bez účasti. DNA a proteínov. MikroRNA sa tiež považujú za veľmi starú zložku regulačného systému. Štrukturálne znaky katalyticky aktívnej rRNA naznačujú jej postupný vývoj prostredníctvom pridávania nových fragmentov do starého protoribozómu.
Dôkladné štúdium toho, ktoré typy RNA a ako sa podieľajú na určitých procesoch, je tiež mimoriadne dôležité pre teoretické a aplikované oblasti medicíny.
Molekuly RNA sú polyméry, ktorých monoméry sú ribonukleotidy tvorené zvyškami troch látok: päťuhlíkový cukor - ribóza; jedna z dusíkatých zásad - z purínových zásad - adenín alebo guanín, z pyrimidínu - uracil alebo cytozín; zvyšok kyseliny fosforečnej.
Molekula RNA je nerozvetvený polynukleotid s terciárnou štruktúrou. K spojeniu nukleotidov do jedného reťazca dochádza ako výsledok kondenzačnej reakcie medzi zvyškom kyseliny fosforečnej jedného nukleotidu a 3" ribózovým uhlíkom druhého nukleotidu.
Na rozdiel od DNA je RNA tvorená nie dvoma, ale jeden polynukleotidový reťazec. Jeho nukleotidy (adenyl, uridyl, guanyl a cytidyl) sú však tiež schopné tvoriť medzi sebou vodíkové väzby, ale ide skôr o intra- než medzireťazcové zlúčeniny komplementárnych nukleotidov. Medzi A- a U-nukleotidmi sa vytvoria dve vodíkové väzby a medzi G- a C-nukleotidmi sa vytvoria tri vodíkové väzby. Reťazce RNA sú oveľa kratšie ako reťazce DNA.
Informácie o štruktúre molekuly RNA sú obsiahnuté v molekulách DNA. Sekvencia nukleotidov v RNA je komplementárna ku kodogénnemu vláknu DNA, ale adenylový nukleotid DNA je komplementárny k uridylovému nukleotidu RNA. Zatiaľ čo obsah DNA v bunke je relatívne konštantný, obsah RNA značne kolíše. Najväčšie množstvo RNA v bunkách sa pozoruje počas syntézy proteínov.
Existujú tri hlavné triedy nukleových kyselín: messenger RNA - mRNA (mRNA), transferová RNA - tRNA, ribozomálna RNA - rRNA.
Messenger RNA. Najrozmanitejšia trieda z hľadiska veľkosti a stability. Všetky sú nositeľmi genetickej informácie z jadra do cytoplazmy. Messenger RNA slúžia ako templát pre syntézu proteínových molekúl, pretože určiť sekvenciu aminokyselín primárnej štruktúry molekuly proteínu. mRNA tvorí až 5 % celkového obsahu RNA v bunke.
Preneste RNA. Molekuly transferovej RNA zvyčajne obsahujú 75-86 nukleotidov. Molekulová hmotnosť molekúl tRNA je 25 000. Molekuly tRNA zohrávajú úlohu sprostredkovateľov v biosyntéze bielkovín – dodávajú aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín, do ribozómov. Bunka obsahuje viac ako 30 typov tRNA. Každý typ tRNA má jedinečnú nukleotidovú sekvenciu. Všetky molekuly však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka prítomnosti ktorých majú všetky tRNA terciárnu štruktúru tvarom pripomínajúcu ďatelinový list.
Ribozomálne RNA. Ribozomálna RNA (rRNA) predstavuje 80 – 85 % celkového obsahu RNA v bunke. Ribozomálna RNA pozostáva z 3-5 tisíc nukleotidov. V komplexe s ribozomálnymi proteínmi tvorí rRNA ribozómy – organely, na ktorých dochádza k syntéze proteínov. Hlavný význam rRNA je v tom, že zabezpečuje počiatočnú väzbu mRNA a ribozómu a tvorí aktívne centrum ribozómu, v ktorom pri syntéze polypeptidového reťazca dochádza k tvorbe peptidových väzieb medzi aminokyselinami.
