MRNA: Tanım, İşlev ve Yapı

RNA veya ribonükleik asit, doğada bulunan iki nükleik asitten biridir. Diğeri, deoksiribonükleik asit (DNA), kesinlikle hayal gücünde daha sabittir. Bilime çok az ilgi duyan insanlar bile, özelliklerin birinden aktarılmasında DNA'nın hayati önem taşıdığını sezerler. nesilden nesile ve her insanın DNA'sının benzersiz olduğunu (ve bu nedenle bir suça terk etmek kötü bir fikirdir) faliyet alani, sahne). Ancak DNA'nın tüm kötü şöhretine rağmen, RNA daha çok yönlü bir moleküldür ve üç ana biçimde gelir: haberci RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve transfer RNA (tRNA).

mRNA'nın işi büyük ölçüde diğer iki türe dayanır ve mRNA, moleküler biyolojinin sözde merkezi dogmasının tam merkezinde yer alır (DNA, RNA'yı doğurur, o da proteinleri doğurur).

DNA ve RNA, nükleik asitlerdir, yani monomerik bileşenleri nükleotidler olarak adlandırılan polimer makromolekülleridir. Nükleotidler üç farklı kısımdan oluşur: dört seçenek arasından seçilen bir pentoz şeker, bir fosfat grubu ve bir azotlu baz. Pentoz şekeri, beş atomlu bir halka yapısı içeren bir şekerdir.

DNA'yı RNA'dan ayıran üç büyük fark vardır. Birincisi, RNA'da nükleotidin şeker kısmı riboz iken DNA'da basitçe riboz olan deoksiribozdur. beş atomlu halkadaki karbonlardan birinden çıkarılan ve bir hidrojen atomu ile değiştirilen bir hidroksil (-OH) grubu ile (-H). Böylece DNA'nın şeker kısmı, RNA'dan daha az kütleli bir oksijen atomudur, ancak RNA, fazladan bir -OH grubu nedeniyle DNA'dan çok daha kimyasal olarak reaktif bir moleküldür. İkincisi, DNA, oldukça ünlüdür, çift sarmallıdır ve en kararlı haliyle sarmal bir şekle sarılır. RNA ise tek zincirlidir. Üçüncüsü, DNA ve RNA'nın her ikisi de azotlu bazlar adenin (A), sitozin (C) ve guanin (G) içerirken, DNA'daki bu tür dördüncü baz timindir (T), RNA'da ise urasildir (U).

DNA çift sarmallı olduğu için, bilim adamları 1900'lerin ortalarından beri bu azotlu bazların sadece bir başka tür bazla eşleştiğini biliyorlardı; A, T ile, C, G ile eşleşir. Ayrıca, A ve G kimyasal olarak pürinler olarak sınıflandırılırken, C ve T pirimidinler olarak adlandırılır. Pürinler pirimidinlerden önemli ölçüde daha büyük olduğu için, bir A-G eşleşmesi aşırı hacimli olurken, bir C-T eşleşmesi alışılmadık şekilde küçük olacaktır; bu durumların her ikisi de, iki zincir boyunca tüm noktalarda birbirinden aynı uzaklıkta olan çift sarmallı DNA'daki iki sarmal için yıkıcı olacaktır.

Bu eşleme şeması nedeniyle, DNA'nın iki ipliğine "tamamlayıcı" denir ve birinin dizisi biliniyorsa, diğerinin sırası tahmin edilebilir. Örneğin, bir DNA dizisindeki on nükleotidlik bir dizi AAGCGTATTG baz dizisine sahipse, tamamlayıcı DNA dizisi TTCGCATAAC baz dizisine sahip olacaktır. RNA, bir DNA şablonundan sentezlendiğinden, bunun transkripsiyon için de etkileri vardır.

mRNA, ribonükleik asidin en "DNA benzeri" formudur çünkü görevi büyük ölçüde aynıdır: bilgiyi iletmek. bir araya getiren hücresel makinelere özenle sıralanmış azotlu bazlar biçiminde genlerde kodlanmıştır. proteinler. Ancak çeşitli hayati RNA türleri de mevcuttur.

DNA'nın üç boyutlu yapısı 1953'te aydınlatılarak James Watson ve Francis Crick Nobel Ödülü kazandı. Ancak yıllar sonra, aynı DNA uzmanlarından bazılarının onu tanımlama çabalarına rağmen RNA'nın yapısı anlaşılmaz kaldı. 1960'larda, RNA'nın tek sarmallı olmasına rağmen, ikincil yapısının, yani dizinin ilişkisinin açık olduğu ortaya çıktı. RNA uzayda yoluna devam ederken nükleotitlerin birbirine bağlanması - RNA uzunluklarının kendi üzerlerine katlanabileceği anlamına gelir. Bazlar aynı ipliktedir, böylece birbirine aynı şekilde bağlanır, eğer izin verirseniz, bir koli bandının kendi kendine yapışabileceği gibi. bükülme. Bu, moleküldeki çıkmazların moleküler eşdeğerini oluşturan 180 derecelik üç kıvrım içeren tRNA'nın çapraz benzeri yapısının temelidir.

rRNA biraz farklıdır. Tüm rRNA, yaklaşık 13.000 nükleotid uzunluğunda bir rRNA zincirinin bir canavarından türetilir. Bir dizi kimyasal modifikasyondan sonra, bu iplik, biri 18S ve diğeri 28S olarak adlandırılan iki eşit olmayan alt birime bölünür. ("S", biyologların makromoleküllerin kütlesini dolaylı olarak tahmin etmek için kullandıkları bir ölçü olan "Svedberg birimi" anlamına gelir.) 18S kısmı, küçük ribozomal alt birim (tamamlandığında aslında 30S'dir) olarak adlandırılır ve 28S kısmı büyük alt birime katkıda bulunur (toplamda 50S); tüm ribozomlar, ribozomlara yapısal bütünlük sağlamak için bir dizi protein (proteinlerin kendilerini mümkün kılan nükleik asitler değil) ile birlikte her bir alt birimden birini içerir.

DNA ve RNA ipliklerinin her ikisi de ipliğin şeker kısmına bağlı moleküllerin pozisyonlarına bağlı olarak 3' ve 5' ("üç-asal" ve "beş-asal") olarak adlandırılan uçlara sahiptir. Her nükleotitte, fosfat grubu, halkasında 5' etiketli karbon atomuna bağlanırken, 3' karbon bir hidroksil (-OH) grubuna sahiptir. Büyüyen bir nükleik asit zincirine bir nükleotid eklendiğinde, bu her zaman mevcut zincirin 3' ucunda gerçekleşir. Yani, yeni nükleotidin 5' ucundaki fosfat grubu, bu bağlantı gerçekleşmeden önce hidroksil grubunu içeren 3' karbona birleştirilir. -OH, fosfat grubundan bir proton (H) kaybeden nükleotit ile değiştirilir; Böylece bir H molekülü₂O veya su, bu işlemde çevreye kaybolur, bu da RNA sentezini bir dehidrasyon sentezi örneği yapar.

Transkripsiyon, mRNA'nın bir DNA şablonundan sentezlendiği süreçtir. Prensip olarak, şu anda bildikleriniz göz önüne alındığında, bunun nasıl olduğunu kolayca tasavvur edebilirsiniz. DNA çift sarmallıdır, dolayısıyla her bir sarmal tek sarmallı RNA için bir şablon görevi görebilir; bu iki yeni RNA dizisi, spesifik baz eşleşmesinin kaprisleri nedeniyle, birbirlerine bağlanacakları için değil, birbirlerini tamamlayacaklardır. RNA'nın transkripsiyonu, U'nun RNA'da T'nin yerini almasıyla aynı baz eşleştirme kurallarının geçerli olması bakımından DNA'nın replikasyonuna çok benzer. Bu değiştirmenin tek yönlü bir fenomen olduğuna dikkat edin: DNA'daki T hala RNA'daki A'yı kodlar, ancak DNA'daki A, RNA'daki U için kodlar.

Transkripsiyonun gerçekleşmesi için, DNA çift sarmalının, spesifik enzimlerin yönlendirmesi altında yaptığı sarımsız hale gelmesi gerekir. (Daha sonra kendi uygun sarmal yapısını yeniden üstlenir.) Bu gerçekleştikten sonra, uygun bir şekilde promotör dizisi olarak adlandırılan ve molekül boyunca transkripsiyonun başlayacağı özel bir dizi sinyaller verir. Bu, moleküler sahneye, bu zamana kadar bir promotör kompleksinin parçası olan RNA polimeraz adı verilen bir enzimi çağırır. Bütün bunlar, RNA sentezinin DNA üzerinde yanlış noktadan başlamasını ve böylece gayri meşru bir kod içeren bir RNA zincirinin üretilmesini engelleyen bir tür biyokimyasal arıza emniyetli mekanizma olarak gerçekleşir. RNA polimeraz, promotör dizisinden başlayarak DNA zincirini "okur" ve DNA zinciri boyunca hareket ederek RNA'nın 3' ucuna nükleotidler ekler. RNA ve DNA zincirlerinin tamamlayıcı olmaları nedeniyle aynı zamanda antiparalel olduklarını unutmayın. Bu, RNA'nın 3' yönünde büyüdükçe, DNA'nın 5' ucundaki DNA zinciri boyunca hareket ettiği anlamına gelir. Bu, öğrenciler için küçük ama genellikle kafa karıştırıcı bir noktadır, bu nedenle mRNA sentezinin mekaniğini anladığınızdan emin olmak için bir şemaya başvurmak isteyebilirsiniz.

Bir nükleotidin fosfat grupları ile diğer nükleotidin şeker grubu arasında oluşan bağlara denir. fosfodiester bağları ("phos-pho-die-es-ter" olarak telaffuz edilir, "phos-pho-dee-ster" değil, cazip gelebilir) varsayalım).

RNA polimeraz enzimi birçok formda bulunur, ancak bakteriler sadece tek bir tip içerir. Dört protein alt biriminden oluşan büyük bir enzimdir: alfa (α), beta (β), beta-prime (β′) ve sigma (σ). Kombine olarak, bunların moleküler ağırlığı yaklaşık 420.000 Dalton'dur. (Referans olarak, tek bir karbon atomunun moleküler ağırlığı 12'dir; tek bir su molekülü, 18; ve tam bir glikoz molekülü, 180.) Dört alt birimin tümü birleştiğinde holoenzim olarak adlandırılan enzim mevcut, DNA üzerindeki promotör dizilerini tanımaktan ve iki DNA'yı ayırmaktan sorumludur. teller. RNA polimeraz, uzama adı verilen bir süreç olan büyüyen RNA segmentine nükleotidler eklerken kopyalanacak gen boyunca hareket eder. Bu süreç, hücrelerdeki pek çok şey gibi, bir enerji kaynağı olarak adenozin trifosfata (ATP) ihtiyaç duyar. ATP aslında bir yerine üç fosfata sahip adenin içeren bir nükleotitten başka bir şey değildir.

Hareketli RNA polimeraz, DNA'da bir sonlandırma dizisiyle karşılaştığında transkripsiyon durur. Nasıl promotör dizisi bir trafik ışığındaki yeşil ışığın eşdeğeri olarak görülebiliyorsa, sonlandırma dizisi de bir kırmızı ışık veya dur işaretinin analoğudur.

Belirli bir proteinin, yani bir gene karşılık gelen bir mRNA parçasının bilgisini taşıyan bir mRNA molekülü tamamlandığında, protein sentezinin gerekli olduğu ribozomlara kimyasal bir plan sunma işini yapmaya hazır olmadan önce hala işlenmesi gerekiyor. yer. Ökaryotik organizmalarda çekirdekten de göç eder (prokaryotların çekirdeği yoktur).

Kritik olarak, azotlu bazlar genetik bilgiyi üçlü kodon adı verilen üçlü gruplar halinde taşır. Her kodon, büyüyen bir proteine ​​belirli bir amino asit eklemek için talimatlar taşır. Nükleotidler, nükleik asitlerin monomer birimleri olduğu gibi, amino asitler de proteinlerin monomerleridir. RNA dört farklı nükleotit içerdiğinden (mevcut dört farklı baz nedeniyle) ve bir kodon ardışık üç nükleotitten oluştuğundan, toplam 64 üçlü kodon mevcuttur (4³ = 64). Yani, AAA, AAC, AAG, AAU ile başlayıp UUU'ya kadar uzanan 64 kombinasyon vardır. Ancak insanlar sadece 20 amino asit kullanır. Sonuç olarak, üçlü kodun gereksiz olduğu söylenir: Çoğu durumda, aynı amino asidi birden fazla üçlü kodlar. Bunun tersi doğru değildir – yani aynı üçlü birden fazla amino asidi kodlayamaz. Aksi takdirde ortaya çıkacak biyokimyasal kaosu muhtemelen tasavvur edebilirsiniz. Aslında, lösin, arginin ve serin amino asitlerinin her birinin kendilerine karşılık gelen altı üçlüsü vardır. Üç farklı kodon, DNA'daki transkripsiyon sonlandırma dizilerine benzer şekilde STOP kodonlarıdır.

Çevirinin kendisi, genişletilmiş RNA ailesinin tüm üyelerini bir araya getiren, oldukça işbirlikçi bir süreçtir. Ribozomlarda meydana geldiğinden, açıkça rRNA kullanımını içerir. Daha önce küçük çaprazlar olarak tanımlanan tRNA molekülleri, bireysel amino asitleri amino asitlere taşımaktan sorumludur. Her amino asidin kendi özel tRNA markası tarafından taşındığı ribozom üzerindeki çeviri bölgesi eskort. Transkripsiyon gibi, translasyonun da başlama, uzama ve sonlandırma aşamaları vardır ve bir protein molekülünün sentezinin sonunda, protein ribozomdan salınır ve başka yerlerde kullanılmak üzere Golgi cisimciklerine paketlenir ve ribozomun kendisi bileşenine ayrışır. alt birimler.