MRNS: definīcija, funkcija un struktūra

RNS jeb ribonukleīnskābe ir viena no divām dabā sastopamām nukleīnskābēm. Otra, dezoksiribonukleīnskābe (DNS), noteikti ir vairāk fiksēta iztēlē. Pat cilvēkiem, kuriem ir maza interese par zinātni, ir nojauta, ka DNS ir vitāli svarīga, nododot iezīmes no vienas un katra cilvēka DNS ir unikāls (un tāpēc ir slikta ideja atstāt noziegumu aina). Bet attiecībā uz visu DNS slavu RNS ir daudzpusīgāka molekula, kurai ir trīs galvenās formas: kurjera RNS (mRNS), ribosomu RNS (rRNS) un pārneses RNS (tRNS).

MRNS darbs lielā mērā ir atkarīgs no pārējiem diviem veidiem, un mRNS atrodas tieši tā sauktās molekulārās bioloģijas centrālās dogmas centrā (DNS dzemdē RNS, kas savukārt rada olbaltumvielas).

DNS un RNS ir nukleīnskābes, kas nozīmē, ka tās ir polimēru makromolekulas, kuru monomēru sastāvdaļas sauc par nukleotīdiem. Nukleotīdi sastāv no trim atšķirīgām daļām: pentozes cukura, fosfātu grupas un slāpekļa bāzes, kas izvēlēti no četrām izvēlēm. Pentozes cukurs ir cukurs, kas ietver piecu atomu gredzena struktūru.

Trīs galvenās atšķirības atšķir DNS no RNS. Pirmkārt, RNS nukleotīda cukura daļa ir riboze, savukārt DNS tā ir dezoksiriboze, kas vienkārši ir riboze ar hidroksilgrupu (-OH), kas atdalīta no viena no piecu atomu gredzena oglekļiem un aizstāta ar ūdeņraža atomu (-H). Tādējādi DNS cukura daļa ir tikai viens skābekļa atoms, kas ir mazāk masīvs nekā RNS, bet RNS ir daudz ķīmiski reaktīvāka molekula nekā DNS vienas ārpus-OH grupas dēļ. Otrkārt, DNS ir diezgan slavena ar divkāršu pavedienu un spirālveida formā savilkta visstabilākajā stāvoklī. Savukārt RNS ir vienpavediena. Un, treškārt, kamēr gan DNS, gan RNS ir slāpekļa bāzes adenīns (A), citozīns (C) un guanīns (G), ceturtā šāda bāze DNS ir timīns (T), savukārt RNS - uracils (U).

Tā kā DNS ir divējāda, zinātnieki kopš 1900. gadu vidus ir zinājuši, ka šīs slāpekļa bāzes savienojas pārī ar tikai vienu cita veida bāzi; Pāris ar T un C pāri ar G. Turklāt A un G ķīmiski tiek klasificēti kā purīni, savukārt C un T sauc par pirimidīniem. Tā kā purīni ir ievērojami lielāki par pirimidīniem, A-G savienošana būtu pārāk liela, savukārt C-T pārī būtu neparasti maza izmēra; abas šīs situācijas būtu traucējošas, ja divas virknes DNS divšķautņainajā DNS būtu vienādā attālumā viens no otra visos divu pavedienu punktos.

Šīs savienošanas shēmas dēļ abi DNS pavedieni tiek saukti par "komplementāriem", un viena secību var paredzēt, ja otra ir zināma. Piemēram, ja desmit nukleotīdu virknei DNS virknē ir bāzes secība AAGCGTATTG, komplementārajai DNS virknei būs bāzes secība TTCGCATAAC. Tā kā RNS tiek sintezēta no DNS šablona, ​​tas ietekmē arī transkripciju.

mRNS ir ribonukleīnskābes "DNS līdzīgākā" forma, jo tās uzdevums lielākoties ir vienāds: pārsūtīt informāciju kodēts gēnos, rūpīgi sakārtotu slāpekļa bāzu veidā, šūnu mašīnai, kas samontējas olbaltumvielas. Bet pastāv arī dažādi vitāli nozīmīgi RNS veidi.

DNS trīsdimensiju struktūra tika noskaidrota 1953. gadā, un Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks ieguva Nobela prēmiju. Bet gadus pēc tam RNS struktūra palika nenotverama, neskatoties uz dažu to pašu DNS ekspertu centieniem to aprakstīt. Sešdesmitajos gados kļuva skaidrs, ka, lai arī RNS ir vienvirziena, tā sekundārā struktūra - tas ir, secības saistība kad RNS vijas cauri kosmosam, tas nozīmē, ka RNS garumi var atgriezties sevī ar pamatnes vienā un tajā pašā virknē, tādējādi vienādi savienojoties viena ar otru, līmlentes garums var palikt pie sevis, ja jūs to atļaujat kaprīze. Tas ir pamats krustveida līdzīgai tRNS struktūrai, kas ietver trīs 180 grādu saliekumus, kas molekulā rada akmeņu maisiņu molekulāro ekvivalentu.

rRNS ir nedaudz atšķirīga. Visa rRNS ir iegūta no viena aptuveni 13 000 nukleotīdu gara rRNS virknes briesmona. Pēc vairākām ķīmiskām modifikācijām šī virkne tiek sadalīta divās nevienlīdzīgās apakšvienībās, vienu sauc par 18S, bet otru - ar apzīmējumu 28S. ("S" apzīmē "Svedberg vienību", ko biologi izmanto, lai netieši novērtētu makromolekulu masu.) 18S daļa ir iekļauta tajā, kas ir ko sauc par mazo ribosomu apakšvienību (kas, kad pabeigta, faktiski ir 30S), un 28S daļa veicina lielo apakšvienību (kurai kopumā ir 50S); visas ribosomas satur vienu no katras apakšvienības kopā ar vairākām olbaltumvielām (nevis nukleīnskābēm, kas paši olbaltumvielas padara iespējamas), lai nodrošinātu ribosomām strukturālu integritāti.

Gan DNS, gan RNS virknēm ir tā sauktie 3 'un 5' ("trīs galvenie" un "pieci galvenie") gali, pamatojoties uz molekulu pozīcijām, kas pievienotas virknes cukura daļai. Katrā nukleotīdā fosfāta grupa ir piesaistīta oglekļa atomam, kas apzīmēts ar 5 'tā gredzenā, turpretim 3' ogleklim ir hidroksilgrupa (-OH). Kad augošai nukleīnskābes ķēdei pievieno nukleotīdu, tas vienmēr notiek esošās ķēdes 3 'galā. Tas ir, fosfāta grupa jaunā nukleotīda 5 'galā ir savienota ar 3' oglekli ar hidroksilgrupu, pirms notiek šī saistīšanās. -OH aizstāj ar nukleotīdu, kas zaudē protonu (H) no savas fosfātu grupas; tādējādi H molekula₂Šajā procesā vide vai O tiek zaudēta videi, padarot RNS sintēzi par dehidratācijas sintēzes piemēru.

Transkripcija ir process, kurā mRNS tiek sintezēta no DNS šablona. Principā, ņemot vērā to, ko jūs tagad zināt, jūs varat viegli iedomāties, kā tas notiek. DNS ir divšķautņaina, tāpēc katra virkne var kalpot kā šablons vienvirziena RNS; šie divi jaunie RNS pavedieni, pateicoties specifiskas bāzes savienošanas kaprīzēm, papildinās viens otru, nevis to, ka tie savienosies. RNS transkripcija ir ļoti līdzīga DNS replikācijai ar to, ka tiek piemēroti tie paši bāzes savienošanas noteikumi, kur U ieņem T vietu RNS. Ņemiet vērā, ka šī aizstāšana ir vienvirziena parādība: T DNS DNS joprojām kodē A RNS, bet A DNS DNS kodē RNS R.

Lai notiktu transkripcija, DNS dubultai spirālei ir jākļūst neaptītai, ko tā veic specifisku enzīmu vadībā. (Tas vēlāk pārņem pareizu spirālveida konformāciju.) Pēc tam notiek īpaša secība, ko pareizi dēvē par promotera secību, kur signāls sākas, kad transkripcijai jāsākas gar molekulu. Tas uz molekulāro ainu izsauc fermentu, ko sauc par RNS polimerāzi, kas līdz šim laikam ir daļa no promotera kompleksa. Tas viss notiek kā sava veida bioķīmisks nedrošs mehānisms, lai RNS sintēze nenotiktu nepareizā DNS vietā un tādējādi radītu RNS virkni, kas satur neleģitīmu kodu. RNS polimerāze "nolasa" DNS virkni, sākot no promotera secības, un pārvietojas pa DNS virkni, pievienojot nukleotīdus RNS 3 'galā. Jāapzinās, ka RNS un DNS virknes, savstarpēji papildinot, ir arī pretparalēlas. Tas nozīmē, ka, RNS augot 3 'virzienā, tā pārvietojas pa DNS virkni DNS 5' galā. Tas ir nenozīmīgs, bet studentiem bieži vien mulsinošs jautājums, tāpēc, iespējams, vēlēsities iepazīties ar diagrammu, lai pārliecinātos, ka saprotat mRNS sintēzes mehāniku.

Tiek sauktas saites, kas izveidojušās starp viena nukleotīda fosfāta grupām un nākamā cukura grupu fosfodiesteru saites (izrunā "phos-pho-die-es-ter", nevis "phos-pho-dee-ster", jo tas var būt vilinoši pieņemu).

Fermenta RNS polimerāzes forma ir daudzveidīga, lai gan baktērijas ietver tikai vienu veidu. Tas ir liels ferments, kas sastāv no četrām olbaltumvielu apakšvienībām: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ′) un sigma (σ). Kopā to molekulmasa ir aptuveni 420 000 daltonu. (Atsauces nolūkā viena oglekļa atoma molekulmasa ir 12; viena ūdens molekula, 18; un vesela glikozes molekula, 180.) Ferments, ko sauc par holoenzīmu, kad atrodas visas četras apakšvienības ir atbildīgs par promotera sekvences atpazīšanu DNS un abu DNS atdalīšanu virzieni. RNS polimerāze pārvietojas gar transkribējamo gēnu, pievienojot augošajam RNS segmentam nukleotīdus - procesu, ko sauc par pagarinājumu. Šim procesam, tāpat kā tik daudziem šūnās, ir nepieciešams enerģijas avots adenozīna trifosfāts (ATP). ATP patiesībā ir nekas cits kā adenīnu saturošs nukleotīds, kurā ir trīs fosfāti, nevis viens.

Transkripcija beidzas, kad kustīgā RNS polimerāze DNS saskaras ar beigu secību. Tāpat kā promotera secību var uzskatīt par luksofora zaļās gaismas ekvivalentu, izbeigšanas secība ir sarkanās gaismas vai apstāšanās zīmes analogs.

Kad mRNS molekula, kas satur informāciju par konkrētu olbaltumvielu, tas ir, gēnu atbilstošu mRNS gabalu, ir pabeigta, tā vēl ir jāapstrādā, pirms tā ir gatava paveikt savu darbu, piegādājot ķīmisko plānu ribosomām, kur notiek olbaltumvielu sintēze. vieta. Eikariotu organismos tas arī migrē no kodola (prokariotiem nav kodola).

Kritiski slāpekļa bāzes satur ģenētisko informāciju trijās grupās, ko sauc par tripletu kodoniem. Katrs kodons satur norādījumus, kā pievienot noteiktu aminoskābi augošajam proteīnam. Tāpat kā nukleotīdi ir nukleīnskābju monomēru vienības, aminoskābes ir olbaltumvielu monomēri. Tā kā RNS satur četrus dažādus nukleotīdus (pateicoties četrām pieejamajām bāzēm) un kodons sastāv no trim secīgiem nukleotīdiem, ir pieejami 64 kopējie tripletu kodoni (4³ = 64). Tas ir, sākot ar AAA, AAC, AAG, AAU un strādājot līdz pat UUU, ir 64 kombinācijas. Cilvēki tomēr izmanto tikai 20 aminoskābes. Rezultātā tiek teikts, ka tripleta kods ir lieks: vairumā gadījumu vairāki tripleti kodē vienu un to pašu aminoskābi. Apgrieztā nav taisnība - tas ir, tas pats trijnieks nevar kodēt vairāk nekā vienu aminoskābi. Jūs droši vien varat iedomāties bioķīmisko haosu, kas rastos citādi. Faktiski aminoskābēm leicīnam, arginīnam un serīnam katram ir seši trīskārši. Trīs dažādi kodoni ir STOP kodoni, līdzīgi transkripcijas termināla sekvencēm DNS.

Tulkošana pati par sevi ir ļoti sadarbības process, kas pulcē visus paplašinātās RNS ģimenes locekļus. Tā kā tas notiek ribosomās, tas acīmredzami ietver rRNS izmantošanu. TRNS molekulas, kas iepriekš aprakstītas kā mazi krustojumi, ir atbildīgas par atsevišķu aminoskābju pārvadāšanu tulkošanas vietne ribosomā, katru aminoskābi pārvietojot ar savu specifisko tRNS marku pavadīt. Tāpat kā transkripcijai, arī translācijai ir iniciācijas, pagarinājuma un beigu fāzes, un olbaltumvielu molekulas sintēzes beigās olbaltumvielas izdalās no ribosomas un tiek iesaiņotas Golgi ķermeņos, lai tās izmantotu citur, un pati ribosoma sadalās savā komponentā apakšvienības.