RNA er en væsentlig bestanddel af cellens molekylærgenetiske mekanismer. Indholdet af ribonukleinsyrer er nogle få procent af dens tørvægt, og omkring 3-5 % af denne mængde falder på messenger RNA (mRNA), som er direkte involveret i proteinsyntesen, hvilket bidrager til implementeringen af genomet.
mRNA-molekylet koder for aminosyresekvensen af proteinet aflæst fra genet. Derfor kaldes matrix-ribonukleinsyre ellers informativt (mRNA).
Generelle karakteristika
Som alle ribonukleinsyrer er messenger-RNA en kæde af ribonukleotider (adenin, guanin, cytosin og uracil) forbundet med hinanden ved hjælp af phosphodiesterbindinger. Oftest har mRNA kun en primær struktur, men i nogle tilfælde har det en sekundær struktur.
Der er titusindvis af mRNA-arter i en celle, som hver er repræsenteret af 10-15 molekyler svarende til et specifikt sted i DNA. mRNA indeholder information om strukturen af en eller flerebakterier) proteiner. Aminosyresekvensen præsenteres som tripletter af den kodende region af mRNA-molekylet.
Biologisk rolle
Messenger-RNA's hovedfunktion er at implementere genetisk information ved at overføre den fra DNA til stedet for proteinsyntese. I dette tilfælde udfører mRNA to opgaver:
- omskriver information om proteinets primære struktur fra genomet, som udføres i transkriptionsprocessen;
- interagerer med det proteinsyntetiserende apparat (ribosomer) som en semantisk matrix, der bestemmer aminosyresekvensen.
I virkeligheden er transkription syntesen af RNA, hvor DNA fungerer som skabelon. Men kun i tilfælde af messenger-RNA har denne proces værdien af at omskrive information om proteinet fra genet.
Det er mRNA, der er den vigtigste mediator, hvorigennem vejen fra genotype til fænotype (DNA-RNA-protein) udføres.
Levetiden for mRNA i en celle
Messenger-RNA lever i cellen i meget kort tid. Eksistensperioden for et molekyle er karakteriseret ved to parametre:
- Funktionel halveringstid bestemmes af mRNA's evne til at tjene som skabelon og måles ved reduktionen i mængden af syntetiseret protein pr. molekyle. Hos prokaryoter er dette tal cirka 2 minutter. I denne periode halveres mængden af syntetiseret protein.
- Kemisk halveringstid bestemmes af reduktionen af messenger-RNA-molekyler, der er i stand til at hybridisere(komplementær forbindelse) med DNA, som karakteriserer integriteten af den primære struktur.
Kemisk halveringstid er norm alt længere end funktionel halveringstid, da en let indledende nedbrydning af molekylet (f.eks. et enkelt brud i ribonukleotidkæden) endnu ikke forhindrer hybridisering med DNA, men allerede forhindrer protein syntese.
Halveringstid er et statistisk begreb, så eksistensen af et bestemt RNA-molekyle kan være væsentligt højere eller lavere end denne værdi. Som følge heraf har nogle mRNA'er tid til at blive oversat flere gange, mens andre nedbrydes, før syntesen af et proteinmolekyle er afsluttet.
Med hensyn til nedbrydning er eukaryote mRNA'er meget mere stabile end prokaryote (halveringstid er omkring 6 timer). Af denne grund er de meget nemmere at isolere fra cellen intakt.
mRNA-struktur
Nukleotidsekvensen af messenger-RNA inkluderer translaterede regioner, hvori proteinets primære struktur er kodet, og ikke-informative regioner, hvis sammensætning er forskellig i prokaryoter og eukaryoter.
Den kodende region starter med et initieringskodon (AUG) og slutter med et af termineringskodonerne (UAG, UGA, UAA). Afhængigt af celletypen (nuklear eller prokaryot), kan messenger-RNA indeholde en eller flere translationsregioner. I det første tilfælde kaldes det monocistronisk, og i det andet - polycistronisk. Sidstnævnte er kun karakteristisk for bakterier og arkæer.
Funktioner ved strukturen og funktionen af mRNA i prokaryoter
Transkriptionsprocesser i prokaryoterog translationer finder sted samtidigt, så messenger-RNA har kun en primær struktur. Ligesom i eukaryoter er det repræsenteret af en lineær sekvens af ribonukleotider, som indeholder informations- og ikke-kodende regioner.
De fleste mRNA'er fra bakterier og archaea er polycistroniske (indeholder flere kodende regioner), hvilket skyldes det særlige ved organisationen af det prokaryote genom, som har en operonstruktur. Det betyder, at information om flere proteiner kodes i én DNA-transkripton, som efterfølgende overføres til RNA. En lille del af messenger-RNA er monocistronisk.
Uoversatte regioner af bakteriel mRNA er repræsenteret ved:
- ledersekvens (placeret i 5`-enden);
- trailer (eller slut) sekvens (placeret i 3`-enden);
- uoversatte intercistroniske regioner (spacere) - placeret mellem de kodende regioner af polycistronisk RNA.
Længden af intercistroniske sekvenser kan være fra 1-2 til 30 nukleotider.
Eukaryot mRNA
Eukaryot mRNA er altid monocistronisk og indeholder et mere komplekst sæt af ikke-kodende regioner, der omfatter:
- cap;
- 5`-uoversat område (5`NTR);
- 3`-uoversat område (3`NTR);
- polyadenylhale.
Den generaliserede struktur af messenger-RNA i eukaryoter kan repræsenteres somskemaer med følgende sekvens af elementer: cap, 5`-UTR, AUG, translateret region, stopkodon, 3`UTR, poly-A-tail.
I eukaryoter er processerne for transskription og oversættelse adskilt både i tid og rum. Messenger-RNA'et får under modningen en hætte og en polyadenylhale, som kaldes forarbejdning, og transporteres derefter fra kernen til cytoplasmaet, hvor ribosomer er koncentreret. Bearbejdning udskærer også introner, der overføres til RNA fra det eukaryote genom.
Hvor ribonukleinsyrer syntetiseres
Alle typer RNA syntetiseres af specielle enzymer (RNA-polymeraser) baseret på DNA. Følgelig er lokaliseringen af denne proces i prokaryote og eukaryote celler forskellig.
I eukaryoter udføres transskription inde i kernen, hvori DNA er koncentreret i form af kromatin. Samtidig syntetiseres først præ-mRNA, som gennemgår en række modifikationer og først derefter transporteres til cytoplasmaet.
I prokaryoter er stedet, hvor ribonukleinsyrer syntetiseres, det område af cytoplasmaet, der grænser op til nukleoidet. RNA-syntetiserende enzymer interagerer med despiraliserede sløjfer af bakteriel kromatin.
Transskriptionsmekanisme
Syntesen af messenger-RNA er baseret på princippet om komplementaritet af nukleinsyrer og udføres af RNA-polymeraser, der katalyserer lukningen af phosphodiesterbindingen mellem ribonukleosidtriphosphater.
I prokaryoter syntetiseres mRNA af det samme enzym som andre arterribonukleotider og i eukaryoter af RNA-polymerase II.
Transskription omfatter 3 faser: initiering, forlængelse og afslutning. I det første trin binder polymerasen til promotoren, et specialiseret sted, der går forud for den kodende sekvens. På forlængelsesstadiet opbygger enzymet RNA-kæden ved at tilføje nukleotider til kæden, som interagerer komplementært med template-DNA-kæden.
