MRNA：定義、機能、構造

RNA、またはリボ核酸は、自然界に見られる2つの核酸のうちの1つです。 もう1つのデオキシリボ核酸（DNA）は、確かに想像力の中でより固定されています。 科学にほとんど興味のない人々でさえ、DNAが1つの形質を伝えるのに不可欠であるという気づきを持っています 世代から世代へ、そしてすべての人間のDNAはユニークである（したがって、犯罪に任せるのは悪い考えです） シーン）。 しかし、DNAの悪名高いすべての人にとって、RNAはより用途の広い分子であり、メッセンジャーRNA（mRNA）、リボソームRNA（rRNA）、およびトランスファーRNA（tRNA）の3つの主要な形態があります。

mRNAの仕事は他の2つのタイプに大きく依存しており、mRNAは分子生物学のいわゆるセントラルドグマの中心に真っ直ぐにあります（DNAはRNAを生み、次にタンパク質を生みます）。

DNAとRNAは核酸です。つまり、それらは高分子高分子であり、そのモノマー構成要素はヌクレオチドと呼ばれます。 ヌクレオチドは、ペントース糖、リン酸基、および窒素塩基の3つの異なる部分で構成され、4つの選択肢から選択されます。 ペントース糖は、5原子の環構造を含む糖です。

3つの大きな違いがDNAとRNAを区別します。 まず、RNAではヌクレオチドの糖部分はリボースですが、DNAでは単にリボースであるデオキシリボースです 5原子環の炭素の1つからヒドロキシル（-OH）基が除去され、水素原子に置き換えられています （-H）。 したがって、DNAの糖部分はRNAよりも質量が1つ少ない酸素原子ですが、RNAは1つの余分な-OH基があるため、DNAよりもはるかに化学的に反応性の高い分子です。 第二に、DNAは、かなり有名なことに、二本鎖であり、最も安定した状態でらせん状に巻かれています。 一方、RNAは一本鎖です。 そして第三に、DNAとRNAは両方とも窒素塩基であるアデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）を特徴としますが、DNAの4番目のそのような塩基はチミン（T）であり、RNAではウラシル（U）です。

DNAは二本鎖であるため、科学者は1900年代半ばから、これらの窒素塩基が他の1種類の塩基とのみ対になることを知っていました。 Tとのペア、およびGとのCペア。 さらに、AとGは化学的にプリンとして分類され、CとTはピリミジンと呼ばれます。 プリンはピリミジンよりもかなり大きいため、A-Gペアリングは非常にかさばりますが、C-Tペアリングは異常に小さすぎます。 これらの状況は両方とも、2本の鎖に沿ったすべての点で同じ距離だけ離れている二本鎖DNAの2本の鎖を破壊します。

このペアリングスキームにより、DNAの2本の鎖は「相補的」と呼ばれ、一方がわかっていれば一方の配列を予測することができます。 たとえば、DNA鎖の10ヌクレオチドのストリングが塩基配列AAGCGTATTGを持っている場合、相補DNA鎖は塩基配列TTCGCATAACを持ちます。 RNAはDNAテンプレートから合成されるため、これは転写にも影響を及ぼします。

mRNAは、その仕事がほとんど同じであるため、リボ核酸の最も「DNAに似た」形態です。情報を伝達することです。 慎重に順序付けられた核酸塩基の形で、遺伝子にコード化されて、組み立てられる細胞機構に タンパク質。 しかし、さまざまな重要なタイプのRNAも存在します。

DNAの3次元構造は、1953年に解明され、ジェームズワトソンとフランシスクリックがノーベル賞を受賞しました。 しかし、その後何年もの間、同じDNA専門家の何人かがそれを説明しようと努力したにもかかわらず、RNAの構造はとらえどころのないままでした。 1960年代に、RNAは一本鎖であるが、その二次構造、つまり配列の関係が明らかになりました。 RNAが空間を通り抜けるときにヌクレオチドが互いに曲がりくねる–これは、RNAの長さが折り返される可能性があることを意味します。 同じストランド内のベースは、同じように互いにリンクしているので、ダクトテープの長さを許可すると、それ自体にくっつく可能性があります。 キンク。 これがtRNAの十字型構造の基礎であり、分子内に袋小路の分子等価物を作成する3つの180度の屈曲が含まれています。

rRNAは多少異なります。 すべてのrRNAは、約13,000ヌクレオチド長のrRNA鎖の1つのモンスターに由来します。 いくつかの化学修飾の後、この鎖は2つの等しくないサブユニットに切断されます。1つは18Sと呼ばれ、もう1つは28Sとラベル付けされています。 （「S」は「Svedbergunit」の略で、生物学者が高分子の質量を間接的に推定するために使用する尺度です。）18S部分は 小さなリボソームサブユニット（完全な場合は実際には30S）と呼ばれ、28S部分は大きなサブユニット（合計で 50S）; すべてのリボソームは、リボソームに構造的完全性を提供するために、いくつかのタンパク質（タンパク質自体を可能にする核酸ではない）とともに各サブユニットの1つを含んでいます。

DNA鎖とRNA鎖はどちらも、鎖の糖部分に結合した分子の位置に基づいて、いわゆる3 'および5'（「スリープライム」および「ファイブプライム」）末端を持っています。 各ヌクレオチドでは、リン酸基はその環の5 'とラベル付けされた炭素原子に結合していますが、3'炭素はヒドロキシル（-OH）基を特徴としています。 ヌクレオチドが成長中の核酸鎖に付加されるとき、これは常に既存の鎖の3 '末端で起こります。 つまり、新しいヌクレオチドの5 '末端のリン酸基は、この結合が発生する前に、ヒドロキシル基を特徴とする3'炭素に結合します。 -OHはヌクレオチドに置き換えられ、ヌクレオチドはリン酸基からプロトン（H）を失います。 したがって、Hの分子₂O、または水は、このプロセスで環境に失われ、RNA合成を脱水合成の例にします。

転写は、mRNAがDNAテンプレートから合成されるプロセスです。 原則として、あなたが今知っていることを考えると、これがどのように起こるかを簡単に想像することができます。 DNAは二本鎖であるため、各鎖は一本鎖RNAのテンプレートとして機能します。 これらの2つの新しいRNA鎖は、特定の塩基対形成の変動により、互いに結合するのではなく、互いに相補的になります。 RNAの転写は、同じ塩基対規則が適用されるという点でDNAの複製と非常に似ており、RNAのTの代わりにUが使用されます。 この置換は一方向の現象であることに注意してください。DNAのTはRNAのAをコードしますが、DNAのAはRNAのUをコードします。

転写が起こるためには、DNA二重らせんがほどける必要があります。これは特定の酵素の指示の下で行われます。 （後で、適切ならせん構造を再想定します。）これが起こった後、プロモーター配列と適切に呼ばれる特定の配列が、分子に沿って転写が始まる場所を示します。 これにより、分子シーンにRNAポリメラーゼと呼ばれる酵素が呼び出されます。この酵素は、この時点ではプロモーター複合体の一部です。 これはすべて、RNA合成がDNAの間違った場所で開始されないようにするための一種の生化学的フェイルセーフメカニズムとして発生し、それによって不正なコードを含むRNA鎖を生成します。 RNAポリメラーゼは、プロモーター配列から始まるDNA鎖を「読み取り」、DNA鎖に沿って移動し、RNAの3 '末端にヌクレオチドを追加します。 RNA鎖とDNA鎖は、相補的であるため、逆平行であることに注意してください。 これは、RNAが3 '方向に成長すると、DNAの5'末端でDNA鎖に沿って移動することを意味します。 これはマイナーですが、学生にとっては混乱を招くことが多いので、図を参照して、mRNA合成のメカニズムを理解していることを確認することをお勧めします。

あるヌクレオチドのリン酸基と次のヌクレオチドの糖基の間に形成される結合は、 ホスホジエステル結合（「phos-pho-dee-ster」ではなく「phos-pho-die-es-ter」と発音します。 仮定）。

酵素RNAポリメラーゼにはさまざまな形態がありますが、細菌には1つのタイプしか含まれていません。 これは大きな酵素であり、アルファ（α）、ベータ（β）、ベータプライム（β '）、シグマ（σ）の4つのタンパク質サブユニットで構成されています。 これらを合わせると、分子量は約420,000ダルトンになります。 （参考までに、単一の炭素原子の分子量は12です。 単一の水分子、18; そして、全グルコース分子、180。）4つのサブユニットすべてが 現在、DNA上のプロモーター配列を認識し、2つのDNAを引き離す役割を果たします ストランド。 RNAポリメラーゼは、成長するRNAセグメントにヌクレオチドを追加するときに、転写される遺伝子に沿って移動します。これは、伸長と呼ばれるプロセスです。 このプロセスは、細胞内の多くのプロセスと同様に、エネルギー源としてアデノシン三リン酸（ATP）を必要とします。 ATPは、実際には1つではなく3つのリン酸塩を持つアデニン含有ヌクレオチドにすぎません。

移動するRNAポリメラーゼがDNAの終結配列に遭遇すると、転写は停止します。 プロモーター配列が信号機の緑色のライトと同等であると見なされるのと同じように、終了シーケンスは赤色のライトまたは一時停止の標識の類似物です。

特定のタンパク質の情報を運ぶmRNA分子、つまり遺伝子に対応するmRNAの断片が完成すると、 タンパク質合成にかかるリボソームに化学的青写真を提供する仕事をする準備が整う前に、まだ処理する必要があります 場所。 真核生物では、核からも移動します（原核生物には核がありません）。

重要なことに、核酸塩基は、トリプレットコドンと呼ばれる3つのグループで遺伝情報を運びます。 各コドンには、成長中のタンパク質に特定のアミノ酸を追加するための指示が含まれています。 ヌクレオチドが核酸のモノマー単位であるように、アミノ酸はタンパク質のモノマーです。 RNAには4つの異なるヌクレオチドが含まれ（4つの異なる塩基が利用可能であるため）、コドンは3つの連続したヌクレオチドで構成されているため、合計64のトリプレットコドンが利用可能です（4³ = 64). つまり、AAA、AAC、AAG、AAUから始まり、UUUに至るまで、64の組み合わせがあります。 しかし、人間は20個のアミノ酸しか利用していません。 その結果、トリプレットコードは冗長であると言われます。ほとんどの場合、複数のトリプレットが同じアミノ酸をコードします。 逆は当てはまりません。つまり、同じトリプレットが複数のアミノ酸をコードすることはできません。 そうでなければ結果として生じる生化学的混乱をおそらく想像することができます。 実際、アミノ酸のロイシン、アルギニン、セリンにはそれぞれ、それらに対応する6つのトリプレットがあります。 DNAの転写終止配列と同様に、3つの異なるコドンがSTOPコドンです。

翻訳自体は非常に協力的なプロセスであり、拡張RNAファミリーのすべてのメンバーをまとめます。 リボソームで発生するため、明らかにrRNAの使用が含まれます。 先に小さな十字架として説明されたtRNA分子は、個々のアミノ酸を リボソームの翻訳部位。各アミノ酸は独自の特定のブランドのtRNAによってカートに入れられています。 護衛。 転写と同様に、翻訳には開始、伸長、終了の各段階があり、タンパク質分子の合成の最後に、 タンパク質はリボソームから放出され、他の場所で使用するためにゴルジ体にパッケージされ、リボソーム自体がその成分に解離します サブユニット。