MRNA: განმარტება, ფუნქცია და სტრუქტურა

RNA, ან რიბონუკლეინის მჟავა, ერთ – ერთია ნუკლეინის მჟავებიდან ერთ – ერთში, რომელიც ბუნებაში გვხვდება. სხვა, დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ), რა თქმა უნდა, უფრო ფიქსირდება წარმოსახვაში. მეცნიერებით მცირე ინტერესის მქონე ადამიანებსაც კი აქვთ შენიშვნა, რომ დნმ სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია თვისებებიდან ერთიდან გამომდინარე თაობა შემდეგამდე და რომ ყველა ადამიანის დნმ უნიკალურია (და ამიტომ ცუდი იდეაა დანაშაულის დატოვება) სცენა). ყველა დნმ-ის ცნობიერებისათვის, RNA უფრო მრავალმხრივი მოლეკულაა, რომელიც გვხვდება სამი ძირითადი ფორმით: მესენჯერი RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA) და გადაცემის RNA (tRNA).

MRNA– ს საქმიანობა მნიშვნელოვნად ეყრდნობა დანარჩენ ორ ტიპს და mRNA მდებარეობს მოლეკულური ბიოლოგიის ე.წ. ცენტრალური დოგმის ცენტრში (დნმ შობს RNA– ს, რაც თავის მხრივ წარმოშობს ცილებს).

დნმ და რნმ ნუკლეინის მჟავებია, რაც ნიშნავს რომ ისინი არიან პოლიმერული მაკრომოლეკულები, რომელთა მონომერულ შემადგენელობებს ნუკლეოტიდებს უწოდებენ. ნუკლეოტიდები შედგება სამი განსხვავებული ნაწილისგან: პენტოზური შაქარი, ფოსფატის ჯგუფი და აზოტოვანი ბაზა, შერჩეული ოთხი არჩევანიდან. პენტოზური შაქარი არის შაქარი, რომელიც მოიცავს ხუთ ატომურ რგოლის სტრუქტურას.

სამი ძირითადი განსხვავება განასხვავებს დნმ – ს რნმ – სგან. პირველი, რნმ – ში ნუკლეოტიდის შაქრის ნაწილია რიბოზა, ხოლო დნმ – ში დეოქსირიბოზა, რომელიც უბრალოდ რიბოზაა ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფთან ერთად, რომელიც ამოღებულია ხუთი ატომური რგოლის ერთ-ერთი ნახშირბადიდან და შეიცვალა წყალბადის ატომით (-H) ამრიგად, დნმ-ის შაქრის ნაწილი მხოლოდ ერთი ჟანგბადის ატომია ნაკლები მასიური, ვიდრე RNA, მაგრამ RNA ბევრად უფრო ქიმიურად რეაქტიული მოლეკულაა, ვიდრე დნმ, მისი ერთი დამატებითი -OH ჯგუფის გამო. მეორეც, დნმ, საკმაოდ ცნობილია, ორმაგი ჯაჭვიანი და ხვეული ფორმის მიდამოში, რაც ყველაზე სტაბილურია. RNA, პირიქით, ერთჯაჭვიანია. მესამე, დნმ-სა და რნმ-ში ორივე შეიცავს აზოტოვან ბაზებს ადენინს (A), ციტოზინს (C) და გუანინს (G), დნმ-ში მეოთხე ასეთი ფუძეა თიმინი (T), ხოლო RNA- ში ის ურაცილია (U).

იმის გამო, რომ დნმ ორჯაჭვიანია, მეცნიერებმა 1900-იანი წლების შუა პერიოდიდან იციან, რომ ეს აზოტოვანი ბაზები წყვილდება და მხოლოდ ერთ სხვა ბაზასთან არის დაკავშირებული; წყვილი T, და C წყვილი G- ით. გარდა ამისა, A და G ქიმიურად კლასიფიცირდება როგორც პურინები, ხოლო C და T უწოდებენ პირიმიდინებს. იმის გამო, რომ პურინები არსებითად უფრო დიდია ვიდრე პირიმიდინები, A-G დაწყვილება იქნება ძალიან მოცულობითი, ხოლო C-T დაწყვილება უჩვეულოდ მცირე ზომის იქნება; ორივე ეს სიტუაცია ხელს უშლის ორმაგი ჯაჭვის დნმ-ის ორი ძაფის ერთმანეთისგან ერთსა და იმავე მანძილს ორი ძაფის გასწვრივ.

ამ დაწყვილების სქემის გამო, დნმ-ის ორ ძაფს "კომპლემენტარს" უწოდებენ და ერთის თანმიმდევრობის პროგნოზირება შესაძლებელია, თუ მეორე ცნობილია. მაგალითად, თუ დნმ-ის სტრიქონში ათი ნუკლეოტიდის სტრიქონს აქვს ფუძის მიმდევრობა AAGCGTATTG, დამატებითი დნმ-ს სტრიქონს ექნება ფუძის მიმდევრობა TTCGCATAAC. იმის გამო, რომ RNA სინთეზირებულია დნმ შაბლონიდან, ამას აქვს გავლენა ტრანსკრიფციაზეც.

mRNA არის რიბონუკლეინის მჟავის ყველაზე "დნმ-ის მსგავსი" ფორმა, რადგან მისი სამუშაო მეტწილად იგივეა: ინფორმაციის გადაცემა დაშიფრულია გენებში, გულდასმით შეკვეთილი აზოტოვანი ბაზების სახით, უჯრედულ აპარატში, რომელიც იკრიბება ცილები. ასევე არსებობს RNA– ს სხვადასხვა სასიცოცხლო ტიპი.

დნმ-ის სამგანზომილებიანი სტრუქტურის განმარტება 1953 წელს გახდა, რის გამოც ჯეიმს უოტსონმა და ფრენსის კრიკს ნობელის პრემია მიანიჭეს. წლების შემდეგ, რნმ-ის სტრუქტურა გაუგებარი დარჩა, მიუხედავად იმისა, რომ დნმ-ის იმავე ექსპერტების ძალისხმევა იყო აღწერილიყო იგი. გასული საუკუნის 60-იან წლებში გაირკვა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ RNA არის ერთჯაჭვიანი, მისი საშუალო სტრუქტურა - ეს არის თანმიმდევრობის ურთიერთობა ნუკლეოტიდების ერთმანეთთან მიმართებაში, რადგან რნმ გადის სივრცეში - გულისხმობს, რომ რნმ – ის სიგრძე შეიძლება ჩამოყაროს თავის თავში, ფუძეები იმავე ბოჭკოში, რაც ერთმანეთთან აკავშირებს ანალოგიურად, შეიძლება ფირზე სიგრძის წებოთი იყოს ქინქლა ეს არის საფუძველი tRNA- ს ჯვარედინი სტრუქტურისა, რომელიც მოიცავს სამ 180 გრადუსიან მოსახვევს, რომლებიც ქმნიან მოლეკულურ ექვივალენტურ გარსის ტომრებს.

rRNA გარკვეულწილად განსხვავებულია. ყველა rRNA წარმოიქმნება rRNA სტრიქონის ერთი მონსტრისგან, რომლის სიგრძეა დაახლოებით 13,000 ნუკლეოტიდი. მთელი რიგი ქიმიური მოდიფიკაციების შემდეგ, ეს სტრიქონი გაიყო ორ არათანაბარ ქვედანაყოფად, ერთს 18S ეწოდება და მეორეს 28S შეაფასა. ("S" ნიშნავს "Svedberg unit" - ზომას, რომელსაც ბიოლოგები იყენებენ მაკრომოლეკულების მასის ირიბად შესაფასებლად.) 18S ნაწილი შედის ეწოდება მცირე რიბოსომული ქვედანაყოფი (რომელიც, როდესაც დასრულებულია, სინამდვილეში 30S) და 28S ნაწილი ხელს უწყობს დიდ ქვედანაყოფს (რომლის საერთო ზომაა 50S); ყველა რიბოსომა შეიცავს თითოეულ ქვე ქვედანაყოფს, რიგ ცილებს (არა ნუკლეინის მჟავებს, რომლებიც პროტეინებს თავად ქმნის) რიბოზომების სტრუქტურული მთლიანობის უზრუნველსაყოფად.

დნმ-ის და რნმ-ის ძაფებს აქვთ 3 და 5 '("სამკუთხედი" და "ხუთპრიმიანი") მთავრდება ბოჭკოს შაქრის ნაწილზე დამაგრებული მოლეკულების პოზიციების საფუძველზე. თითოეულ ნუკლეოტიდში, ფოსფატის ჯგუფი ერთვის ნახშირბადის ატომს, რომელსაც ბეჭედი აქვს 5 ', ხოლო 3' ნახშირბადს აქვს ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფი. როდესაც ნუკლეოტიდი ემატება მზარდ ნუკლეინის მჟავას ჯაჭვს, ეს ყოველთვის ხდება არსებული ჯაჭვის 3 'ბოლოს. ეს არის ის, რომ ახალი ნუკლეოტიდის 5 'ბოლოს ფოსფატის ჯგუფი უერთდება 3' ნახშირბადს, რომელშიც ჰიდროქსილის ჯგუფია, სანამ ეს კავშირი არ მოხდება. -OH იცვლება ნუკლეოტიდით, რომელიც ფოსფატის ჯგუფისგან კარგავს პროტონს (H); ამრიგად H მოლეკულა₂O, ან წყალი, ამ პროცესში იკარგება გარემოში, რნმ – ის სინთეზი ხდება დეჰიდრატაციის სინთეზის მაგალითად.

ტრანსკრიფცია არის პროცესი, რომელშიც სინთეზირებულია mRNA დნმ შაბლონიდან. პრინციპში, იმის გათვალისწინებით, რაც ახლა იცით, მარტივად შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, როგორ ხდება ეს. დნმ არის ორჯაჭვიანი, ამიტომ თითოეულ ძაფს შეუძლია ემსახურებოდეს ერთჯაჭვიანი RNA– ს შაბლონს; ეს ორი ახალი RNA ძაფი, სპეციფიკური ფუძის დაწყვილების უცნაური მიზეზების გამო, ერთმანეთის კომპლემენტარული იქნება და არა ის, რომ ისინი ერთმანეთთან შეერთდებიან. RNA– ს ტრანსკრიფცია ძალიან ჰგავს დნმ – ის რეპლიკაციას იმით, რომ იგივე ბაზის დაწყვილების წესები მოქმედებს, U– მ T– ს ადგილი დაიკავა RNA– ში. გაითვალისწინეთ, რომ ეს ჩანაცვლება არის ერთ მიმართულებითი ფენომენი: დნმ – ში T კვლავ რჩება A– ს RNA– ში, მაგრამ A– ს დნმ – ის კოდექსებში R– ის R– ში.

ტრანსკრიფციის ჩასატარებლად, დნმ-ის ორმაგი სპირალი უნდა გახდეს გახვეული, რასაც იგი ახდენს სპეციფიკური ფერმენტების მითითებით. (მოგვიანებით იგი ხელახლა მიიღებს თავის შესაბამის სპირალურ კონფორმაციას.) ამის შემდეგ, სპეციფიკურ მიმდევრობას უწოდეს პრომოუტერული თანმიმდევრობის სიგნალებს, სადაც ტრანსკრიფცია უნდა დაიწყოს მოლეკულის გასწვრივ. ეს მოლეკულურ სცენაზე იძახებს ფერმენტს, სახელად RNA პოლიმერაზას, რომელიც ამ დროისთვის პრომოუტერული კომპლექსის ნაწილია. ეს ყველაფერი წარმოიქმნება, როგორც ერთგვარი ბიოქიმიური უშეცდომო მექანიზმი, რნმ – ის სინთეზის თავიდან ასაცილებლად დნმ – ის არასწორ ადგილზე და ამით წარმოქმნის რნმ – ის სტრიქონს, რომელიც შეიცავს არალეგიტიმურ კოდს. RNA პოლიმერაზა "კითხულობს" დნმ-ის ძაფს, რომელიც იწყება პრომუტერის თანმიმდევრობით და მოძრაობს დნმ-ის ბოჭკოს გასწვრივ, რნმ-ის 3 'ბოლოს დასძენს ნუკლეოტიდებს. გაითვალისწინეთ, რომ რნმ და დნმ – ის ძაფები, კომპლემენტარობის გამო, ასევე ანტიპარალელურია. ეს ნიშნავს, რომ RNA იზრდება 3 'მიმართულებით, ის მოძრაობს დნმ-ის ბოჭკოს გასწვრივ დნმ-ის 5' ბოლოს. ეს არის უმნიშვნელო, მაგრამ ხშირად დამაბნეველი წერტილი სტუდენტებისთვის, ამიტომ შეიძლება მოისურვოთ დიაგრამის კონსულტაცია, რათა დარწმუნდეთ საკუთარ თავს, რომ გესმით mRNA სინთეზის მექანიკა.

ერთი ნუკლეოტიდის ფოსფატის ჯგუფებსა და შემდეგზე შაქრის ჯგუფს შორის შექმნილ კავშირებს ეწოდება ფოსფოდიესტერული კავშირები (წარმოითქმის "phos-pho-die-es-ter" და არა "phos-pho-dee-ster", რადგან ეს შეიძლება იყოს მაცდური ვივარაუდოთ).

ფერმენტ RNA პოლიმერაზას მრავალი ფორმა აქვს, თუმცა ბაქტერიები მხოლოდ ერთ ტიპს შეიცავს. ეს არის დიდი ფერმენტი, რომელიც შედგება ოთხი ცილოვანი ქვედანაყოფისაგან: ალფა (α), ბეტა (β), ბეტა-პრიმი (β ′) და სიგმა (σ). კომბინირებულად, მათ აქვთ მოლეკულური წონა დაახლოებით 420,000 დალტონი. (ცნობისთვის, ნახშირბადის ერთი ატომის მოლეკულური წონაა 12; წყლის ერთი მოლეკულა, 18; და გლუკოზის მთელი მოლეკულა, 180.) ფერმენტი, რომელსაც ჰოლოენზიმს უწოდებენ, როდესაც ოთხივე ქვედანაყოფია დღემდე, პასუხისმგებელია დნმ-ზე პრომოტერის თანმიმდევრობის ამოცნობაზე და ორი დნმ-ის დაშლაზე ბოჭკოები. RNA პოლიმერაზა გადაადგილდება გენის გასწვრივ, რომ გადაიწეროს, რადგან ის ნუკლეოტიდებს უმატებს მზარდ RNA სეგმენტს, პროცესს ეწოდება მოგრძოობა. ეს პროცესი, ისევე როგორც ამდენი უჯრედების შიგნით, მოითხოვს ადენოზინტრიფოსფატს (ATP), როგორც ენერგიის წყაროს. ATP სინამდვილეში სხვა არაფერია თუ არა ადენინის შემცველი ნუკლეოტიდი, რომელსაც ერთის ნაცვლად აქვს სამი ფოსფატი.

ტრანსკრიფცია წყდება, როდესაც მოძრავ რნმ პოლიმერაზას დნმ-ში შეწყვეტის თანმიმდევრობა ექმნება. ისევე, როგორც პრომოუტერის თანმიმდევრობა შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც შუქნიშნის მწვანე შუქის ტოლფასი, შეწყვეტის თანმიმდევრობა არის წითელი შუქის ან გაჩერების ნიშნის ანალოგი.

როდესაც mRNA– ს მოლეკულა ატარებს ინფორმაციას კონკრეტული ცილისთვის - ეს არის mRNA– ს ნაჭერი, რომელიც შეესაბამება გენს - ჯერ კიდევ დამუშავებაა საჭირო, სანამ მზად იქნება შეასრულოს თავისი სამუშაო - რიბოზომებში ქიმიური გეგმის მიწოდება, სადაც ხდება ცილის სინთეზი ადგილი ეუკარიოტულ ორგანიზმებში ის ასევე მიგრირებს ბირთვიდან (პროკარიოტებს ბირთვი არ აქვთ).

კრიტიკულად, აზოტოვანი ფუძეები ატარებენ გენეტიკურ ინფორმაციას სამ ჯგუფში, რომელსაც ეწოდება სამმაგი კოდონები. თითოეული კოდონი ახორციელებს ინსტრუქციას მზარდი ცილისთვის კონკრეტული ამინომჟავის დამატებაში. ისევე, როგორც ნუკლეოტიდები ნუკლეინის მჟავების მონომერული ერთეულებია, ამინომჟავებიც ცილების მონომებია. იმის გამო, რომ RNA შეიცავს ოთხ განსხვავებულ ნუკლეოტიდს (ოთხი განსხვავებული ბაზის გამო) და კოდონი შედგება სამი ზედიზედ ნუკლეოტიდისგან, ხელმისაწვდომია 64 სულ სამმაგი კოდონი (4³ = 64). ანუ, AAA, AAC, AAG, AAU და დაწყებული UUU– მდე დაწყებული, 64 კომბინაცია არსებობს. ამასთან, ადამიანები იყენებენ მხოლოდ 20 ამინომჟავას. შედეგად, ნათქვამია, რომ ტრიპლეტის კოდი ზედმეტია: უმეტეს შემთხვევაში, მრავალი სამმაგი კოდი ამინომჟავისთვის. შებრუნებული არ არის სიმართლე - ეს არის ის, რომ ერთი და იგივე სამეული ვერ კოდირებს ერთზე მეტ ამინომჟავას. თქვენ ალბათ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ბიოქიმიური ქაოსი, რომელიც სხვაგვარად მოხდებოდა. სინამდვილეში, ამინომჟავებს ლეიცინს, არგინინს და სერინს თითოეულის ექვსი ექვსი სამეული აქვთ. სამი განსხვავებული კოდონი არის STOP კოდონი, მსგავსი დნმ-ში ტრანსკრიფციის დასრულების თანმიმდევრობით.

თავად თარგმანი უაღრესად კოოპერატიული პროცესია, რომელიც აერთიანებს რნმ-ის გაფართოებული ოჯახის ყველა წევრს. იმის გამო, რომ ეს ხდება რიბოსომებზე, ეს აშკარად გულისხმობს rRNA– ს გამოყენებას. TRNA მოლეკულები, რომლებიც ადრე აღწერილი იყო როგორც პატარა ჯვრები, პასუხისმგებელია ინდივიდუალური ამინომჟავების გადატანაზე რიბოსომის თარგმანის საიტი, თითოეული ამინომჟავისთვის იტვირთება tRNA საკუთარი სპეციფიკური ბრენდი ესკორტი. ტრანსკრიპციის მსგავსად, თარგმანს აქვს ინიცირების, გახანგრძლივებისა და დასრულების ფაზები, ხოლო ცილის მოლეკულის სინთეზის ბოლოს ცილა გამოიყოფა რიბოსომისგან და შეფუთულია გოლჯის სხეულებში, სხვაგან გამოსაყენებლად და თავად რიბოსომა განიცდის თავის კომპონენტს ქვედანაყოფები.