Определение Messenger RNA
Рибонуклеиновые кислоты-мессенджеры (мРНК) передают информацию от ДНК к клеточному механизму, который производит белки. Плотно упакованное в каждое ядро клетки диаметром всего 10 микрон представляет собой «руководство по эксплуатации» двухцепочечной ДНК длиной в три метра о том, как построить и поддерживать человеческое тело. Для того чтобы каждая клетка поддерживала свою структуру и выполняла все свои функции, она должна непрерывно производить специфические части клеточного типа (белки). Внутри каждого ядра мультисубъединичный белок, называемый РНК-полимеразой II (RNAP II), считывает ДНК и одновременно создает «сообщение» или транскрипт, который называется мессенджер РНК (мРНК), в процессе, называемом транскрипцией. Молекулы мРНК состоят из относительно коротких, одиночных цепочек молекул, состоящих из оснований аденина, цитозина, гуанина и урацила, удерживаемых вместе с помощью фосфатного остова сахара. Когда РНК-полимераза заканчивает считывание фрагмента ДНК, пре-мРНК-копия обрабатывается с образованием зрелой мРНК, а затем переносится из ядра клетки. Рибосомы читают мРНК и переводят сообщение в функциональные белки в процессе, называемом трансляцией. В зависимости от структуры и функции вновь синтезированного белка, он будет дополнительно изменяться клеткой, экспортироваться во внеклеточное пространство или оставаться внутри клетки. Диаграмма ниже показывает транскрипцию (ДНК-> РНК), происходящую в клеточное ядро где RNAP РНК-полимераза II фермент, синтезирующий РНК.
Предшественник мРНК содержит интроны и экзоны. Интроны удаляются раньше перевод, в то время как экзоны кодируют аминокислотную последовательность белков. Чтобы сделать зрелую мРНК, клетка машинное оборудование удаляет «нетранслируемые» интроны из пре-мРНК, оставляя только трансляционные экзон последовательности в мРНК.
Типы мРНК
Пре-мРНК и hnRNA
Предшественник мРНК (пре-мРНК) является основным транскриптом эукариотической мРНК, поскольку он выходит из матрицы ДНК. Пре-мРНК является частью группы РНК, называемой гетерогенной ядерной РНК (hnRNA). hnRNA относится ко всем одноцепочечным РНК, расположенным внутри ядра клетки, где происходит транскрипция (ДНК-> РНК), и пре-мРНК образуют большую часть этих рибонуклеиновых кислот. Пре-мРНК содержит последовательности, которые необходимо удалить или «сплайсировать» перед трансляцией в белок. Эти последовательности могут быть удалены либо посредством каталитической активности самой РНК, либо посредством действия мультибелковой структуры, называемой сплайсосомой. После этого этапа обработки пре-мРНК рассматривается как транскрипт зрелой мРНК.
Диаграмма ниже описывает структуру пре-мРНК. Пре-мРНК включает интроны и может включать или не включать 5 ‘колпачок и полиаденилированный 3’ хвост:
Моноцистронная мРНК
Моноцистронная мРНК молекула содержит последовательности экзонов, кодирующих один белок. Большинство эукариотических мРНК являются моноцистронными.
Бицистронная мРНК
Молекула бицистронной мРНК содержит экзон-кодирующие последовательности для двух белков.
Поликистронная мРНК
Молекула полицистронной мРНК содержит экзон-кодирующие последовательности для нескольких белков. Большая часть мРНК бактерии и бактериофаги (вирусы, которые живут в бактериальных хозяевах) являются поликистронными.
МРНК прокариот против vs. эукариот
Поликастронные прокариотические мРНК содержат несколько сайтов для инициирования и прекращения синтеза белка. У эукариот есть только один сайт для инициации трансляции, а эукариотические мРНК в основном моноцистронны. Прокариотам не хватает органелл и четко определенной ядерной оболочки, и, следовательно, трансляция мРНК может быть связана с мРНК. транскрипция в цитоплазма, У эукариот мРНК транскрибируется на хромосомах в ядре и после обработки переносится через ядерные поры в цитоплазму. В отличие от прокариот, трансляция у эукариот происходит только после завершения транскрипции. Прокариотическая мРНК постоянно разрушается рибонуклеазами, ферментами, которые расщепляют РНК. Например, период полураспада мРНК в E. Coli составляет примерно две минуты. Бактериальные мРНК являются короткоживущими, чтобы обеспечить гибкость в адаптации к быстро меняющимся условиям окружающей среды. Эукариотические мРНК более метаболически стабильны. Например, предшественники млекопитающих красные кровь клетки (ретикулоциты), которые потеряли свои ядра, синтезируют гемоглобин в течение нескольких дней путем трансляции мРНК, которые были транскрибированы, когда ядро еще присутствовало. Наконец, мРНК прокариот подвергаются минимальной обработке. У эукариот пре-мРНК должна подвергаться обработке перед трансляцией, включая удаление интронов, добавление 5′-колпачка, а также 3′-полиаденилированного хвоста до образования зрелой мРНК и готовности к трансляции.
Функции мРНК
Основная функция мРНК заключается в том, чтобы действовать в качестве посредника между генетической информацией в ДНК и аминокислотной последовательностью белков. мРНК содержит кодоны, которые дополняют последовательность нуклеотидов на матрице ДНК и направляют образование аминокислоты через действие рибосом и тРНК, мРНК также содержит несколько регуляторных областей, которые могут определять время и скорость трансляции. Кроме того, это гарантирует, что трансляция происходит упорядоченным образом, поскольку она содержит сайты для стыковки рибосом, тРНК, а также различных белков-помощников.
Белки, продуцируемые клетками, играют различные роли, как ферменты, структурные молекулы или как транспортный механизм для различных клеточных компонентов. Некоторые клетки также специализируются на секретировании белков, таких как железы, которые производят пищеварительные ферменты или гормоны, которые влияют на метаболизм всего организма. организм.
Перевод мРНК
мРНК может транслироваться на свободных рибосомах в цитоплазме с помощью молекул переноса РНК (тРНК) и множества белков, называемых факторами инициации, удлинения и терминации. Белки, которые синтезируются на свободных рибосомах в цитоплазме, часто используются клеткой в самой цитоплазме или предназначены для использования внутри внутриклеточных органелл. Альтернативно, белки, которые должны секретироваться, начинают транслироваться в цитоплазме, но как только первые несколько остатков транслируются, специфические белки транспортируют весь механизм трансляции в мембрану эндоплазматическая сеть (ЭР). Первые несколько аминокислот внедряются в мембрану ER, а остальная часть белка высвобождается во внутреннее пространство ER. Короткая последовательность удаляется из белков, которые должны секретироваться из клетки, тогда как те, которые предназначены для внутренних мембран, сохраняют этот короткий участок, обеспечивая мембранный якорь.
Более 200 заболеваний связаны с дефектами в процессинг пре-мРНК в мРНК. Мутации в ДНК или механизме сплайсинга в основном влияют на точность сплайсинга пре-мРНК. Например, аномальная последовательность ДНК может устранять, ослаблять или активировать скрытые сайты сплайсинга в пре-мРНК. Аналогично, если механизм сплайсинга не работает должным образом, сплайсосома может неправильно разрезать пре-мРНК независимо от последовательности. Эти мутации приводят к процессингу pre-mMRA в мРНК, которые будут кодировать неисправные белки. Сами аномальные мРНК также иногда являются мишенями для нонсенс-опосредованного распада мРНК, а также ко-транскрипционной деградации зарождающихся пре-мРНК. Клетки, полученные от пациентов с различными заболеваниями, включая прогерию, рак молочной железы и муковисцидоз, имеют дефекты сплайсинга РНК, причем наиболее распространенными являются рак и невропатологические заболевания.
- рибосома – Рибосомы – это ферменты, состоящие из многих белков, которые катализируют синтез белков из мРНК в процессе трансляции. Рибосомы свободно существуют в цитоплазме клетки или остаются прикрепленными к эндоплазматической сети.
- RNAP II – РНК-полимераза II – это фермент, состоящий из многих белков, который читает ДНК и синтезирует РНК в ядре клетки в процессе, называемом транскрипцией.
- транскрипция – Транскрипция – это синтез РНК из ДНК с помощью РНК-полимеразы.
- Перевод – Трансляция – это синтез белков из мРНК с участием рибосом и других белков.
викторина
1. Молекулы зрелой мРНК короткие, одноцепочечные и содержат следующие компоненты:A. аденин, цитозин, гуанин и урацил, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвостB. аденин, цитозин, гуанин и урацил, интроны, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвостC. аденин, цитозин, гуанин и урацил, интроныD. интроны, 5′-кепка и 3′-поли-хвост
Ответ на вопрос № 1
верно. Молекула мРНК представляет собой короткую одноцепочечную молекулу, содержащую аденин, цитозин, гуанин и урацил, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвост. Интроны были сплайсированы автоматически самой мРНК или сплайсосомой.
2. Назовите местоположение и клеточный механизм, участвующий в транскрипции и трансляции мРНК.A. Транскрипция происходит в ядре под действием рибосом; трансляция происходит в цитоплазме через RNAP II.B. Транскрипция происходит в ядре под действием RNAP II; трансляция происходит в цитоплазме или на эндоплазматическом ретикулуме под действием рибосомы.C. Транскрипция происходит на клеточная мембрана благодаря действиям RNAP II; трансляция происходит в цитоплазме под действием факторов трансляции.D. Ничто из вышеперечисленного не является правильным.
Ответ на вопрос № 2
В верно. Молекула мРНК транскрибируется в ядре ферментом RNAP II и транслируется рибосомой, которая находится в цитоплазме или эндоплазматической сети клетки.
3. Какие из следующих утверждений верны в отношении различий между эукариотической и прокариотической мРНК?A. В отличие от эукариот, которые транскрибируют в ядре и транслируют в цитоплазме, прокариоты транскрибируют и транслируют мРНК одновременно в цитоплазме.B. Прокариот мРНК является преимущественно полицистронной, а эукариотическая мРНК – преимущественно моноцистронной.C. Бактериальные мРНК являются короткоживущими для обеспечения гибкости в быстро меняющихся условиях, в то время как эукариотические мРНК стабильны в течение нескольких дней.D. Все вышеперечисленное верно.
Ответ на вопрос № 3
D верно. Все вышеприведенные утверждения верны.
4. Что происходит во время важного этапа процессинга пре-мРНК в мРНК?A. Некодирующие интроны удаляются или «сращиваются».B. МРНК переводится в белок.C. Пре-мРНК экспортируется из ядра.D. Все вышеперечисленное.
Ответ на вопрос № 4
верно. Некодирующие интроны удаляются из пре-мРНК в ядре. После обработки мРНК с присоединенным 5′-колпачком и 3′-поли-А хвостом экспортируется через ядерные поры и доставляется в рибосомы, где происходит трансляция.