Typy RNA, funkce a struktura
Různé typy DNA a RNA - nukleové kyseliny - je jedním z předmětů studia molekulární biologie. Jedním z nejslibnějších a rychle se rozvíjejících oblastí této vědy v posledních letech byla studie RNA.
Stručně o struktuře RNA
Takže RNA, ribonukleová kyselina, je biopolymer, jehož molekulou je řetězec tvořený čtyřmi typy nukleotidů. Každý nukleotid se zase skládá z dusíkaté báze (adenin A, guanin G, uracil U nebo cytosin C) ve spojení s cukrovou ribózou a zbytkem kyseliny fosforečné. Fosfátové zbytky, v kombinaci s ribózami sousedních nukleotidů, "šiji" základní bloky RNA do makromolekulového - polynukleotidu. To tvoří primární strukturu RNA.
Sekundární struktura - tvorba dvojitého řetězce - je vytvořena v některých částech molekuly v souladu se zásadou komplementarity dusíkatých bází: adenin tvoří dvojici s uracilem přes dvojnásobek a guanin s cytosinem - trojitou vodíkovou vazbou.
V pracovní formě molekula RNA tvoří také terciární strukturu - zvláštní prostorovou strukturu, konformaci.
Syntéza RNA
Všechny typy RNA jsou syntetizovány použitím enzymové RNA polymerázy. Může být závislý na DNA a RNA, tj. Katalyzovat syntézu DNA a RNA templátu.
Syntéza vychází z komplementarity základů a antiparalelismus směru čtení genetického kódu a probíhá v několika fázích.
Nejprve dochází k rozpoznání a vazbě RNA polymerázy na specifickou nukleotidovou sekvenci na promotoru DNA, po kterém se dvojnásobná helix DNA uvolní na malé ploše a sestavení molekuly RNA začíná nad jedním z řetězců nazývaným templát (druhý řetězec DNA se nazývá kódování - jeho kopie je syntetizována RNA). Asymetrie promotoru určuje, který z DNA řetězců bude sloužit jako templát, a tak umožní RNA polymerázě iniciovat syntézu ve správném směru.
Další krok se nazývá prodloužení. Transkripční komplex, včetně RNA polymerázy a nespojené oblasti s hybridním DNA-RNA, se začne pohybovat. Jak postupuje tento pohyb, rozšiřující se řetězce RNA se postupně odděluje a dvojitá šroubovice DNA se odvíjejí před komplexem a obnovují se za ním.
Konečná fáze syntézy nastane, když RNA polymeráza dosáhne speciální části šablony, nazývané terminátor. Ukončení (konec) procesu může být dosaženo různými způsoby.
Hlavní typy RNA a jejich funkce v buňce
Jsou to následující:
- Matrix nebo informační (mRNA). Přes její transkripci se provádí - přenos genetické informace z DNA.
- Ribosomální (rRNA), zajišťující proces translace - syntézu proteinů na matrici mRNA.
- Transport (tRNA). Rozpoznává a transportuje aminokyselinu do ribosomu, kde dochází k syntéze proteinů, a podílí se také na překladu.
- Malá RNA je rozsáhlá třída krátkodobých molekul, které vykonávají různé funkce během procesů transkripce, zrání RNA a translace.
- RNA genomy - kódující sekvence, které obsahují genetickou informaci u některých virů a viroidů.
V osmdesátých letech byla zjištěna katalytická aktivita RNA. Molekuly mající tuto vlastnost se nazývají ribozymy. Přirozeně není známo mnoho přírodních ribozymů, jejich katalytická schopnost je nižší než u bílkovin, ale v buňce mají mimořádně důležité funkce. V současnosti probíhá úspěšná práce na syntéze ribozymů, které mají praktický význam.
Pojďme se zabývat různými typy molekul RNA.
Matricová (informační) RNA
Tato molekula je syntetizována přes rozptýlenou část DNA, a tak kopíruje gen kódující jeden nebo další protein.
RNA z eukaryotických buněk, předtím než se stane matricí pro syntézu bílkovin, musí zraňovat, tj. Projít komplexem různých modifikací - zpracování.
Nejprve ve stádiu transkripce molekula podléhá zakrytí: na její konec je připojena speciální struktura sestávající z jednoho nebo několika modifikovaných nukleotidů, čepice. Hraje důležitou roli v mnoha dalších procesech a zvyšuje stabilitu mRNA. Takzvaný poly (A) ocas - sekvence adeninových nukleotidů se připojuje k druhému konci primárního transkriptu.
Poté je pre-mRNA spojena. Jedná se o odstranění nekódujících oblastí z molekuly - intronů, které jsou mnoho v DNA eukaryot. Dále probíhá procedura editace mRNA, jejíž složení je chemicky modifikováno, stejně jako metylace, po které maturová mRNA opouští jádro buněk.
Ribosomální RNA
Základ ribozomu, komplexu, který zajišťuje syntézu proteinů, se skládá ze dvou dlouhých rRNA, které tvoří podjednotky ribozomu. Syntetizují se společně jako jedna pre-rRNA, která se v průběhu zpracování rozdělí. Velká podkapitola také obsahuje rRNA s nízkou molekulovou hmotností syntetizovanou z jediného genu. Ribosomální RNA mají pečlivě zabalenou terciární strukturu, která slouží jako rámec proteinů přítomných v ribozomu a provádí pomocné funkce.
V nepracující fázi jsou oddělené ribozomální podjednotky; na začátku translačního procesu se rRNA malé podjednotky kombinuje s messengerovou RNA, po níž nastane úplná integrace prvků ribozomu. Když RNA interaguje s malou podjednotkou s mRNA, druhá, jako by byla tažena přes ribozom (který je ekvivalentní pohybu ribozomu podél mRNA). Ribosomální RNA velké podjednotky je ribozym, tj. Má enzymatické vlastnosti. Katalyzuje tvorbu peptidových vazeb mezi aminokyselinami během proteinové syntézy.
Je třeba poznamenat, že největší část celkové RNA v buňce odpovídá ribosomálnímu - 70-80%. DNA má velké množství genů kódujících rRNA, která poskytuje velmi intenzivní transkripci.
Transportní RNA
Tato molekula je rozpoznávána specifickou aminokyselinou pomocí speciálního enzymu a když je s ní kombinována, transportuje aminokyselinu do ribosomu, kde slouží jako prostředník při translačním procesu - proteinové syntéze. Přenos se provádí difúzí v cytoplazmě buňky.
Nově syntetizované molekuly tRNA, stejně jako jiné typy RNA, jsou zpracovány. Zralá tRNA v aktivní formě má konformaci připomínající list ďateliny. Na listovce je akceptorovým místem sekvence CCA s hydroxylovou skupinou, která se váže na aminokyselinu. Na opačném konci "listu" se nachází antikodonální smyčka, která se připojuje k komplementárnímu kodonu pro mRNA. D-smyčka slouží k vázání transportní RNA s enzymem při interakci s aminokyselinou a T-smyčka - k vazbě na velkou dílčí část ribozomu.
Malá RNA
Tyto typy RNA hrají důležitou roli v buněčných procesech a nyní jsou aktivně studovány.
Například malé jaderné RNA v eukaryotických buňkách se podílejí na sestřihování mRNA a případně mají katalytické vlastnosti spolu se spliceosovými proteiny. Malé nukleolární RNA se podílejí na zpracování ribosomální a transportní RNA.
Malé rušivé a miRNA jsou základní prvky systému regulace exprese genu, které je nezbytné pro to, aby buňka ovládala svou vlastní strukturu a životně důležitou aktivitu. Tento systém je důležitou součástí imunitní antivirové odpovědi buňky.
Existuje také skupina malých RNA, která fungují v kombinaci s proteiny Piwi. Tyto komplexy hrají obrovskou roli ve vývoji buněk zárodečné linie, spermatogenezi a potlačení mobilních genetických prvků.
RNA genomu
Molekula RNA může být použita jako genom většinou virů. Virové genomy jsou odlišné - jednobuněčné a dvouvláknové, kruhové nebo lineární. Také RNA genomy virů jsou často segmentovány a obecně kratší než genomy obsahující DNA.
Existuje rodina virů, jejichž genetická informace, kódovaná v RNA, po infekci buňky reverzní transkripcí, je kopírována na DNA, která je pak vložena do genomu oběti. Tito se nazývají retrovirusy. Patří mezi ně zejména virus viru lidské imunodeficience.
Hodnota výzkumu RNA v moderní vědě
Pokud byl převládající názor na sekundární roli RNA, je nyní jasné, že je nezbytným a podstatným prvkem intracelulární aktivity. Mnoho procesů prvoradého významu není kompletní bez aktivní účasti RNA. Mechanismy těchto procesů již dlouho nezůstaly, ale díky studiu různých typů RNA a jejich funkcí se postupně objasňují mnohé detaily.
Je možné, že RNA hrála rozhodující roli při vzniku a formování života na úsvitu historie Země. Výsledky nedávných studií hovoří ve prospěch této hypotézy, svědčící o mimořádném starověku mnoha mechanismů fungování buněk za účasti různých typů RNA. Například nedávno objevené riboswitches jako součást mRNA (systém bez proteinu regulace genové aktivity v transkripční fázi), podle mnoha výzkumníků, jsou ozvěny doby, kdy primitivní život byl založen na RNA, bez účasti DNA a proteinů. Velmi starou složkou regulačního systému jsou miRNA. Zvláštnosti struktury katalyticky aktivní rRNA naznačují jeho postupný vývoj spojením nových fragmentů se starým protoribosomem.
Důkladná studie o tom, jaké typy RNA a jak jsou zapojeny do různých procesů, je mimořádně důležité i pro teoretické a aplikované oblasti medicíny.