RNA جزء ضروری مکانیسم های ژنتیکی مولکولی سلول است. محتوای اسیدهای ریبونوکلئیک چند درصد وزن خشک آن است و حدود 3 تا 5 درصد از این مقدار بر روی RNA پیام رسان (mRNA) است که مستقیماً در سنتز پروتئین نقش دارد و به اجرای ژنوم کمک می کند.
مولکول mRNA توالی اسید آمینه پروتئین خوانده شده از ژن را کد می کند. بنابراین، اسید ریبونوکلئیک ماتریکس در غیر این صورت اطلاعاتی (mRNA) نامیده می شود.
ویژگی های کلی
مانند همه اسیدهای ریبونوکلئیک، RNA پیام رسان زنجیره ای از ریبونوکلئوتیدها (آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل) است که توسط پیوندهای فسفودی استر به یکدیگر متصل شده اند. اغلب، mRNA فقط یک ساختار اولیه دارد، اما در برخی موارد دارای ساختار ثانویه است.
دهها هزار گونه mRNA در یک سلول وجود دارد که هر کدام با 10-15 مولکول مربوط به یک مکان خاص در DNA نشان داده می شوند. mRNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار یک یا چند مورد استباکتری) پروتئین ها توالی اسید آمینه به صورت سه قلو از ناحیه کد کننده مولکول mRNA ارائه می شود.
نقش بیولوژیکی
عملکرد اصلی RNA پیام رسان پیاده سازی اطلاعات ژنتیکی با انتقال آن از DNA به محل سنتز پروتئین است. در این مورد، mRNA دو کار را انجام می دهد:
- اطلاعات مربوط به ساختار اولیه پروتئین را از ژنوم بازنویسی می کند، که در فرآیند رونویسی انجام می شود؛
- با دستگاه سنتز پروتئین (ریبوزوم) به عنوان یک ماتریس معنایی که توالی اسیدهای آمینه را تعیین می کند تعامل دارد.
در واقع، رونویسی سنتز RNA است که در آن DNA به عنوان یک الگو عمل می کند. با این حال، تنها در مورد RNA پیام رسان، این فرآیند ارزش بازنویسی اطلاعات مربوط به پروتئین از ژن را دارد.
این mRNA است که واسطه اصلی است که از طریق آن مسیر از ژنوتیپ به فنوتیپ (DNA-RNA-پروتئین) انجام می شود.
طول عمر mRNA در یک سلول
RNA پیام رسان برای مدت بسیار کوتاهی در سلول زندگی می کند. دوره وجود یک مولکول با دو پارامتر مشخص می شود:
- نیمه عمر عملکردی با توانایی mRNA برای خدمت به عنوان یک الگو تعیین می شود و با کاهش مقدار پروتئین سنتز شده در هر مولکول اندازه گیری می شود. در پروکاریوت ها این رقم تقریباً 2 دقیقه است. در این مدت، مقدار پروتئین سنتز شده به نصف کاهش می یابد.
- نیمه عمر شیمیایی با کاهش مولکول های RNA پیام رسان با قابلیت هیبریداسیون تعیین می شود.(ترکیب مکمل) با DNA، که یکپارچگی ساختار اولیه را مشخص می کند.
نیمه عمر شیمیایی معمولاً بیشتر از نیمه عمر عملکردی است، زیرا یک تخریب اولیه جزئی مولکول (به عنوان مثال، یک شکست در زنجیره ریبونوکلئوتید) هنوز از هیبریداسیون با DNA جلوگیری نمی کند، اما از قبل از پروتئین جلوگیری می کند. سنتز.
نیمه عمر یک مفهوم آماری است، بنابراین وجود یک مولکول RNA خاص می تواند به طور قابل توجهی بالاتر یا کمتر از این مقدار باشد. در نتیجه، برخی از mRNA ها زمان دارند تا چندین بار ترجمه شوند، در حالی که برخی دیگر قبل از تکمیل سنتز یک مولکول پروتئین تجزیه می شوند.
از نظر تخریب، mRNA های یوکاریوتی بسیار پایدارتر از پروکاریوتی ها هستند (نیمه عمر حدود ۶ ساعت است). به همین دلیل، جداسازی آنها از سلول دست نخورده بسیار آسان تر است.
ساختار mRNA
توالی نوکلئوتیدی RNA پیام رسان شامل نواحی ترجمه شده است که در آن ساختار اولیه پروتئین کدگذاری می شود و مناطق غیر اطلاعاتی که ترکیب آنها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها متفاوت است.
منطقه کدگذاری با یک کدون شروع (AUG) شروع می شود و با یکی از کدون های پایانی (UAG، UGA، UAA) به پایان می رسد. بسته به نوع سلول (هسته ای یا پروکاریوتی)، RNA پیام رسان ممکن است دارای یک یا چند ناحیه ترجمه باشد. در مورد اول، آن را monocistronic، و در مورد دوم - polycistronic نامیده می شود. مورد دوم فقط برای باکتری ها و باستانی ها مشخص است.
ویژگی های ساختار و عملکرد mRNA در پروکاریوت ها
فرایندهای رونویسی در پروکاریوتهاو ترجمه به طور همزمان انجام می شود، بنابراین RNA پیام رسان فقط یک ساختار اولیه دارد. درست مانند یوکاریوت ها، با یک دنباله خطی از ریبونوکلئوتیدها نشان داده می شود که شامل مناطق اطلاعاتی و غیر کدکننده است.
بیشتر mRNA های باکتری ها و باستانی ها پلی سیسترونیک هستند (حاوی چندین ناحیه کد کننده) که به دلیل ویژگی سازمان دهی ژنوم پروکاریوتی است که دارای ساختار اپرون است. این بدان معنی است که اطلاعات مربوط به چندین پروتئین در یک رونوشت DNA رمزگذاری می شود که متعاقباً به RNA منتقل می شود. بخش کوچکی از RNA پیام رسان مونوسیسترونیک است.
مناطق ترجمه نشده mRNA باکتری با: نشان داده می شود
- دنباله رهبر (واقع در انتهای 5`)؛
- سکانس پیش‌پرده (یا پایان) (واقع در انتهای 3)،
- مناطق بین سیسترونیک ترجمه نشده (فاصله ها) - واقع بین مناطق کدکننده RNA پلی سیسترونیک.
طول توالی های بین سیسترونیک می تواند از 1-2 تا 30 نوکلئوتید باشد.
mRNA یوکاریوتی
mRNA یوکاریوتی همیشه مونوسیسترونیک است و شامل مجموعه پیچیده تری از مناطق غیر کدکننده است که عبارتند از:
- cap;
- 5`-منطقه ترجمه نشده (5`NTR);
- 3`-منطقه ترجمه نشده (3`NTR);
- پلی دنیل دم.
ساختار تعمیم یافته RNA پیام رسان در یوکاریوت ها را می توان به صورتطرح هایی با دنباله عناصر زیر: cap، 5`-UTR، AUG، ناحیه ترجمه شده، کدون توقف، 3`UTR، poly-A-tail.
در یوکاریوتها، فرآیندهای رونویسی و ترجمه هم از نظر زمان و هم از نظر مکان از هم جدا هستند. RNA پیام رسان در طی بلوغ یک کلاهک و یک دم پلی آدنیل به دست می آورد که به آن پردازش می گویند و سپس از هسته به سیتوپلاسم منتقل می شود، جایی که ریبوزوم ها متمرکز می شوند. پردازش همچنین اینترون‌هایی را که از ژنوم یوکاریوتی به RNA منتقل می‌شوند، قطع می‌کند.
جایی که اسیدهای ریبونوکلئیک سنتز می شوند
همه انواع RNA توسط آنزیم های خاصی (RNA پلیمرازها) بر اساس DNA سنتز می شوند. بر این اساس، محلی سازی این فرآیند در سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی متفاوت است.
در یوکاریوت ها، رونویسی در داخل هسته انجام می شود، که در آن DNA به شکل کروماتین متمرکز شده است. در همان زمان، ابتدا pre-mRNA سنتز می شود، که تحت تعدادی تغییرات قرار می گیرد و تنها پس از آن به سیتوپلاسم منتقل می شود.
در پروکاریوت‌ها، محل سنتز اسیدهای ریبونوکلئیک، ناحیه سیتوپلاسمی است که در مرز نوکلوئید قرار دارد. آنزیم‌های سنتزکننده RNA با حلقه‌های داسپرال شده کروماتین باکتریایی برهم‌کنش می‌کنند.
مکانیسم رونویسی
سنتز RNA پیام رسان بر اساس اصل مکمل بودن اسیدهای نوکلئیک است و توسط RNA پلیمرازهایی انجام می شود که بسته شدن پیوند فسفودی استری بین تری فسفات های ریبونوکلئوزیدی را کاتالیز می کند.
در پروکاریوت ها، mRNA توسط همان آنزیمی که گونه های دیگر سنتز می شودریبونوکلئوتیدها و در یوکاریوت ها توسط RNA پلیمراز II.
رونویسی شامل 3 مرحله است: شروع، طویل شدن و خاتمه. در مرحله اول، پلیمراز به پروموتر متصل می شود، یک سایت تخصصی که قبل از توالی کدگذاری قرار دارد. در مرحله طویل شدن، آنزیم با افزودن نوکلئوتیدها به زنجیره که به طور مکمل با زنجیره DNA الگو تعامل دارند، زنجیره RNA را می سازد.
