RNA je bitna komponenta molekularno genetskih mehanizama ćelije. Sadržaj ribonukleinskih kiselina je nekoliko procenata njegove suhe težine, a oko 3-5% ove količine otpada na glasničku RNK (mRNA), koja je direktno uključena u sintezu proteina, doprinoseći implementaciji genoma.
Molekul mRNA kodira sekvencu aminokiselina proteina očitanog iz gena. Stoga se matrična ribonukleinska kiselina inače naziva informaciona (mRNA).
Opšte karakteristike
Kao i sve ribonukleinske kiseline, glasnička RNK je lanac ribonukleotida (adenin, guanin, citozin i uracil) povezanih jedan s drugim fosfodiesterskim vezama. Najčešće, mRNA ima samo primarnu strukturu, ali u nekim slučajevima ima i sekundarnu strukturu.
Postoje desetine hiljada vrsta mRNA u ćeliji, od kojih je svaka predstavljena sa 10-15 molekula koji odgovaraju određenom mjestu u DNK. mRNA sadrži informacije o strukturi jedne ili više njihbakterije) proteini. Aminokiselinska sekvenca je predstavljena kao tripleti kodirajućeg regiona molekula mRNA.
Biološka uloga
Glavna funkcija glasničke RNK je implementacija genetske informacije prenošenjem iz DNK na mjesto sinteze proteina. U ovom slučaju, mRNA obavlja dva zadatka:
- prepisuje informacije o primarnoj strukturi proteina iz genoma, koja se izvodi u procesu transkripcije;
- interagira sa aparatom za sintezu proteina (ribozomima) kao semantičkom matricom koja određuje sekvencu aminokiselina.
Zapravo, transkripcija je sinteza RNK, u kojoj DNK djeluje kao šablon. Međutim, samo u slučaju glasničke RNK ovaj proces ima vrijednost ponovnog pisanja informacija o proteinu iz gena.
Upravo mRNA je glavni posrednik kroz koji se odvija put od genotipa do fenotipa (DNK-RNA-protein).
Životni vijek mRNA u ćeliji
Messenger RNA živi u ćeliji vrlo kratko vrijeme. Period postojanja jednog molekula karakterišu dva parametra:
- Funkcionalni poluživot određen je sposobnošću mRNA da služi kao šablon i mjeri se smanjenjem količine proteina sintetiziranog po molekulu. Kod prokariota, ova brojka je otprilike 2 minute. Tokom ovog perioda, količina sintetizovanog proteina je prepolovljena.
- Kemijski poluživot je određen redukcijom molekula RNK glasnika sposobnih za hibridizaciju(komplementarno jedinjenje) sa DNK, koji karakteriše integritet primarne strukture.
Kemijski poluživot je obično duži od funkcionalnog poluživota, budući da mala početna degradacija molekula (na primjer, jedan prekid u ribonukleotidnom lancu) još uvijek ne sprječava hibridizaciju s DNK, ali već sprječava protein sinteza.
Poluživot je statistički koncept, tako da postojanje određenog RNK molekula može biti značajno 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 završi sinteza jednog proteinskog molekula.
U smislu degradacije, eukariotske mRNA su mnogo stabilnije od prokariotskih (poluživot je oko 6 sati). Iz tog razloga, mnogo ih je lakše izolirati iz ćelije netaknute.
mRNA struktura
Nukleotidna sekvenca glasničke RNK uključuje translirane regije, u kojima je kodirana primarna struktura proteina, i neinformativne regije, čiji se sastav razlikuje kod prokariota i eukariota.
Regija kodiranja počinje inicijacijskim kodonom (AUG) i završava se jednim od terminacijskih kodona (UAG, UGA, UAA). Ovisno o vrsti ćelije (nuklearna ili prokariotska), glasnička RNK može sadržavati jednu ili više translacijskih regija. U prvom slučaju naziva se monocistronskim, au drugom policistronskim. Ovo posljednje je karakteristično samo za bakterije i arheje.
Obilježja strukture i funkcioniranja mRNA u prokariota
Procesi transkripcije kod prokariotaa translacije se odvijaju istovremeno, tako da glasnička RNK ima samo primarnu strukturu. Baš kao i kod eukariota, predstavljen je linearnim nizom ribonukleotida, koji sadrži informativne i nekodirajuće regije.
Većina mRNA bakterija i arheja je policistronska (sadrži nekoliko kodirajućih regija), što je zbog osobenosti organizacije prokariotskog genoma, koji ima strukturu operona. To znači da su informacije o nekoliko proteina kodirane u jednom DNK transkriptonu, koji se potom prenosi na RNK. Mali dio glasničke RNK je monocistronski.
Neprevedene regije bakterijske mRNA su predstavljene sa:
- leader sekvenca (nalazi se na 5`-kraju);
- trailer (ili kraj) sekvenca (nalazi se na 3`-kraju);
- netranslated intercistronic regions (spacers) - locirani između kodirajućih regiona policistronske RNA.
Dužina 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.
Uopštena struktura glasničke RNK kod eukariota može se predstaviti kaošeme sa sljedećim redoslijedom elemenata: kapa, 5`-UTR, AUG, prevedena regija, stop kodon, 3`UTR, poli-A-rep.
Kod eukariota, procesi transkripcije i prevođenja su razdvojeni i u vremenu i u prostoru. Glasnička RNK tokom sazrijevanja dobija kapu i poliadenil rep, što se naziva procesiranje, a zatim se transportuje iz jezgra u citoplazmu, gdje se koncentrišu ribozomi. Obrada također izrezuje introne koji se prenose u RNK iz eukariotskog genoma.
Gdje se sintetišu ribonukleinske kiseline
Sve vrste RNK sintetiziraju se posebnim enzimima (RNA polimerazama) baziranim na DNK. Shodno tome, lokalizacija ovog procesa u prokariotskim i eukariotskim ćelijama je različita.
Kod eukariota, transkripcija se vrši unutar jezgra, u kojem je DNK koncentrisana u obliku hromatina. Istovremeno, prvo se sintetiše pre-mRNA, koja prolazi kroz brojne modifikacije i tek nakon toga se transportuje u citoplazmu.
Kod prokariota, mesto gde se sintetišu ribonukleinske kiseline je region citoplazme koji graniči sa nukleoidom. Enzimi koji sintetiziraju RNK stupaju u interakciju s despiraliziranim petljama bakterijskog kromatina.
Mehanizam transkripcije
Sinteza glasničke RNK zasniva se na principu komplementarnosti nukleinskih kiselina i provode je RNA polimeraze koje kataliziraju zatvaranje fosfodiestarske 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, elongaciju i završetak. U prvoj fazi, polimeraza se veže za promotor, specijalizirano mjesto koje prethodi kodirajućoj sekvenci. U fazi elongacije, enzim izgrađuje RNK lanac dodavanjem nukleotida u lanac koji komplementarno komuniciraju sa šablonskim DNK lancem.
