RNA je bitna komponenta molekularno genetskih mehanizama stanice. Sadržaj ribonukleinskih kiselina je nekoliko postotaka njegove suhe težine, a oko 3-5% te količine otpada na glasničku RNA (mRNA), koja je izravno uključena u sintezu proteina, doprinoseći implementaciji genoma.
Molekula mRNA kodira sekvencu aminokiselina proteina očitanog iz gena. Stoga se matrična ribonukleinska kiselina inače naziva informacijska (mRNA).
Opće karakteristike
Kao i sve ribonukleinske kiseline, glasnička RNA je lanac ribonukleotida (adenin, guanin, citozin i uracil) međusobno povezanih fosfodiesterskim vezama. Najčešće, mRNA ima samo primarnu strukturu, ali u nekim slučajevima ima i sekundarnu strukturu.
U stanici postoje deseci tisuća vrsta mRNA, od kojih je svaka predstavljena s 10-15 molekula koje odgovaraju određenom mjestu u DNK. mRNA sadrži informacije o strukturi jednog ili više njihbakterije) proteini. Slijed aminokiselina predstavljen je kao tripleti kodirajućeg područja molekule mRNA.
Biološka uloga
Glavna funkcija glasničke RNA je implementacija genetske informacije prijenosom iz DNK na mjesto sinteze proteina. U ovom slučaju, mRNA obavlja dva zadatka:
- prepisuje informacije o primarnoj strukturi proteina iz genoma, koja se provodi u procesu transkripcije;
- interagira s aparatom za sintezu proteina (ribosomi) kao semantička matrica koja određuje slijed aminokiselina.
Zapravo, transkripcija je sinteza RNA, u kojoj DNK djeluje kao predložak. Međutim, samo u slučaju glasničke RNA ovaj proces ima vrijednost ponovnog pisanja informacija o proteinu iz gena.
MRNA je glavni posrednik kroz koji se odvija put od genotipa do fenotipa (DNA-RNA-protein).
Životni vijek mRNA u stanici
Messenger RNA živi u stanici vrlo kratko vrijeme. Period postojanja jedne molekule karakteriziraju dva parametra:
- Funkcionalni poluživot određen je sposobnošću mRNA da služi kao šablona i mjeri se smanjenjem količine proteina sintetiziranog po molekuli. U prokariota, ova brojka je otprilike 2 minute. Tijekom tog razdoblja, količina sintetiziranog proteina je prepolovljena.
- Kemijski poluživot određen je smanjenjem molekula glasničke RNA sposobne za hibridizaciju(komplementarni spoj) s DNK, koji karakterizira integritet primarne strukture.
Kemijski poluživot obično je duži od funkcionalnog poluživota, budući da lagana početna degradacija molekule (na primjer, jedan prekid u ribonukleotidnom lancu) još ne sprječava hibridizaciju s DNA, ali već sprječava protein sinteza.
Poluživot je statistički koncept, tako da postojanje određene RNA molekule može biti znatno veće ili niže od ove vrijednosti. Kao rezultat toga, neke mRNA imaju vremena da se prevedu nekoliko puta, dok se druge razgrađuju prije nego što se dovrši sinteza jedne proteinske molekule.
U smislu razgradnje, eukariotske mRNA su mnogo stabilnije od prokariotskih (poluživot je oko 6 sati). Iz tog razloga, puno ih je lakše izolirati iz ćelije netaknute.
mRNA struktura
Nukleotidni slijed glasničke RNA uključuje translirane regije, u kojima je kodirana primarna struktura proteina, i neinformativna područja, čiji se sastav razlikuje kod prokariota i eukariota.
Regija kodiranja počinje s inicijacijskim kodonom (AUG) i završava s jednim od krajnjih kodona (UAG, UGA, UAA). Ovisno o vrsti stanice (nuklearna ili prokariotska), glasnička RNA može sadržavati jednu ili više translacijskih regija. U prvom slučaju naziva se monocistronskim, au drugom policistronskom. Potonje je karakteristično samo za bakterije i arheje.
Obilježja strukture i funkcioniranja mRNA u prokariota
Transkripcijski procesi u prokariotaa prijevodi se odvijaju istovremeno, tako da glasnička RNA ima samo primarnu strukturu. Baš kao i kod eukariota, predstavljen je linearnim slijedom ribonukleotida, koji sadrži informacijske i nekodirajuće regije.
Većina mRNA bakterija i arheja je policistronska (sadrži nekoliko kodirajućih regija), što je posljedica osobitosti organizacije prokariotskog genoma, koji ima strukturu operona. To znači da su informacije o nekoliko proteina kodirane u jednom DNK transkriptonu, koji se potom prenosi u RNA. Mali dio glasničke RNA je monocistronski.
Neprevedene regije bakterijske mRNA predstavljene su s:
- leader sekvenca (nalazi se na kraju 5`);
- prikolica (ili kraj) sekvenca (nalazi se na 3`-kraju);
- neprevedene intercistronske regije (razmaknici) - smještene između kodirajućih regija policistronske RNA.
Duljina intercistronskih sekvenci može biti od 1-2 do 30 nukleotida.
eukariotska mRNA
Eukariotska mRNA je uvijek monocistronska i sadrži složeniji skup nekodirajućih regija koje uključuju:
- cap;
- 5`-neprevedeno područje (5`NTR);
- 3`-neprevedeno područje (3`NTR);
- poliadenil rep.
Gopća struktura glasničke RNA u eukariota može se predstaviti kaosheme sa sljedećim slijedom elemenata: kapa, 5`-UTR, AUG, prevedena regija, stop kodon, 3`UTR, poli-A-rep.
Kod eukariota, procesi transkripcije i prevođenja su odvojeni i u vremenu i prostoru. Glasnička RNA tijekom sazrijevanja dobiva kapu i poliadenilni rep, što se naziva procesiranje, a zatim se transportira iz jezgre u citoplazmu, gdje se koncentriraju ribosomi. Obrada također izrezuje introne koji se prenose na RNA iz eukariotskog genoma.
Gdje se sintetiziraju ribonukleinske kiseline
Sve vrste RNA sintetiziraju se posebnim enzimima (RNA polimerazama) na temelju DNK. Sukladno tome, lokalizacija ovog procesa u prokariotskim i eukariotskim stanicama je različita.
Kod eukariota, transkripcija se provodi unutar jezgre, u kojoj je DNA koncentrirana u obliku kromatina. Istodobno, prvo se sintetizira pre-mRNA, koja prolazi kroz brojne modifikacije i tek nakon toga se transportira u citoplazmu.
Kod prokariota, mjesto gdje se sintetiziraju ribonukleinske kiseline je područje citoplazme koje graniči s nukleoidom. Enzimi koji sintetiziraju RNA komuniciraju s despiraliziranim petljama bakterijskog kromatina.
Transkripcijski mehanizam
Sinteza glasničke RNA temelji se na principu komplementarnosti nukleinskih kiselina i provode je RNA polimeraze koje kataliziraju zatvaranje fosfodiesterske veze između ribonukleozid trifosfata.
Kod prokariota, mRNA se sintetizira istim enzimom kao i druge vrsteribonukleotidi, a kod eukariota pomoću RNA polimeraze II.
Transkripcija uključuje 3 faze: inicijaciju, produljenje i završetak. U prvoj fazi, polimeraza se veže na promotor, specijalizirano mjesto koje prethodi kodirajućoj sekvenci. U fazi elongacije, enzim izgrađuje RNA lanac dodavanjem nukleotida u lanac koji komplementarno djeluju s šablonskim DNK lancem.
