RNA is een essentieel onderdeel van de moleculair genetische mechanismen van de cel. Het geh alte aan ribonucleïnezuren is een paar procent van het droge gewicht, en ongeveer 3-5% van deze hoeveelheid v alt op boodschapper-RNA (mRNA), dat direct betrokken is bij de eiwitsynthese, wat bijdraagt aan de implementatie van het genoom.
Het mRNA-molecuul codeert voor de aminozuursequentie van het eiwit dat uit het gen wordt gelezen. Daarom wordt matrixribonucleïnezuur ook wel informatief (mRNA) genoemd.
Algemene kenmerken
Zoals alle ribonucleïnezuren is boodschapper-RNA een keten van ribonucleotiden (adenine, guanine, cytosine en uracil) die met elkaar zijn verbonden door fosfodiesterbindingen. Meestal heeft mRNA alleen een primaire structuur, maar in sommige gevallen heeft het een secundaire structuur.
Er zijn tienduizenden mRNA-soorten in een cel, die elk worden vertegenwoordigd door 10-15 moleculen die overeenkomen met een specifieke plaats in DNA. mRNA bevat informatie over de structuur van een of meerbacteriën) eiwitten. De aminozuursequentie wordt weergegeven als tripletten van het coderende gebied van het mRNA-molecuul.
Biologische rol
De belangrijkste functie van boodschapper-RNA is het implementeren van genetische informatie door het van DNA over te brengen naar de plaats van eiwitsynthese. In dit geval voert mRNA twee taken uit:
- herschrijft informatie over de primaire structuur van het eiwit uit het genoom, die wordt uitgevoerd tijdens het transcriptieproces;
- werkt samen met het eiwitsynthetiserende apparaat (ribosomen) als een semantische matrix die de aminozuurvolgorde bepa alt.
Transcriptie is eigenlijk de synthese van RNA, waarbij DNA als sjabloon fungeert. Alleen in het geval van messenger-RNA heeft dit proces echter de waarde om informatie over het eiwit uit het gen te herschrijven.
Het is mRNA dat de belangrijkste bemiddelaar is waardoor het pad van genotype naar fenotype (DNA-RNA-eiwit) wordt uitgevoerd.
De levensduur van mRNA in een cel
Messenger-RNA leeft heel kort in de cel. De bestaansperiode van één molecuul wordt gekenmerkt door twee parameters:
- Functionele halfwaardetijd wordt bepaald door het vermogen van mRNA om als sjabloon te dienen en wordt gemeten door de vermindering van de hoeveelheid eiwit die per molecuul wordt gesynthetiseerd. Bij prokaryoten is dit cijfer ongeveer 2 minuten. Tijdens deze periode wordt de hoeveelheid gesynthetiseerd eiwit gehalveerd.
- Chemische halfwaardetijd wordt bepaald door de reductie van boodschapper-RNA-moleculen die in staat zijn tot hybridisatie(complementaire verbinding) met DNA, dat de integriteit van de primaire structuur kenmerkt.
De chemische halfwaardetijd is meestal langer dan de functionele halfwaardetijd, omdat een lichte initiële afbraak van het molecuul (bijvoorbeeld een enkele breuk in de ribonucleotideketen) hybridisatie met DNA nog niet verhindert, maar eiwit al voorkomt synthese.
Halfwaardetijd is een statistisch concept, dus het bestaan van een bepaald RNA-molecuul kan aanzienlijk hoger of lager zijn dan deze waarde. Als gevolg hiervan hebben sommige mRNA's de tijd om meerdere keren te worden vertaald, terwijl andere worden afgebroken voordat de synthese van één eiwitmolecuul is voltooid.
In termen van afbraak zijn eukaryote mRNA's veel stabieler dan prokaryotische (halfwaardetijd is ongeveer 6 uur). Om deze reden zijn ze veel gemakkelijker te isoleren van de intacte cel.
mRNA-structuur
De nucleotidesequentie van boodschapper-RNA omvat getranslateerde regio's, waarin de primaire structuur van het eiwit wordt gecodeerd, en niet-informatieve regio's, waarvan de samenstelling verschilt in prokaryoten en eukaryoten.
Het coderende gebied begint met een initiatiecodon (AUG) en eindigt met een van de terminatiecodons (UAG, UGA, UAA). Afhankelijk van het type cel (nucleair of prokaryotisch) kan boodschapper-RNA een of meer translatiegebieden bevatten. In het eerste geval wordt het monocistronisch genoemd en in het tweede - polycistronisch. Dit laatste is alleen kenmerkend voor bacteriën en archaea.
Kenmerken van de structuur en werking van mRNA in prokaryoten
Transcriptieprocessen in prokaryotenen translaties vinden gelijktijdig plaats, dus boodschapper-RNA heeft alleen een primaire structuur. Net als bij eukaryoten wordt het weergegeven door een lineaire sequentie van ribonucleotiden, die informatieve en niet-coderende gebieden bevat.
De meeste mRNA's van bacteriën en archaea zijn polycistronisch (bevatten verschillende coderende regio's), wat te wijten is aan de eigenaardigheid van de organisatie van het prokaryotische genoom, dat een operonstructuur heeft. Dit betekent dat informatie over meerdere eiwitten wordt gecodeerd in één DNA-transcript, dat vervolgens wordt overgebracht naar RNA. Een klein deel van boodschapper-RNA is monocistronisch.
Onvertaalde gebieden van bacterieel mRNA worden weergegeven door:
- leiderreeks (bevindt zich aan het 5`-uiteinde);
- trailer (of einde) sequentie (bevindt zich aan het 3`-uiteinde);
- niet-vertaalde intercistronische regio's (spacers) - gelokaliseerd tussen de coderende regio's van polycistronisch RNA.
De lengte van intercistronische sequenties kan van 1-2 tot 30 nucleotiden zijn.
Eukaryoot mRNA
Eukaryoot mRNA is altijd monocistronisch en bevat een complexere set niet-coderende regio's, waaronder:
- kap;
- 5`-onvertaald gebied (5`NTR);
- 3`-onvertaald gebied (3`NTR);
- polyadenyl staart.
De gegeneraliseerde structuur van boodschapper-RNA in eukaryoten kan worden weergegeven als:schema's met de volgende reeks elementen: cap, 5`-UTR, AUG, vertaalde regio, stopcodon, 3`UTR, poly-A-tail.
Bij eukaryoten zijn de processen van transcriptie en translatie zowel in tijd als ruimte gescheiden. Het boodschapper-RNA krijgt tijdens de rijping een dop en een polyadenylstaart, wat verwerking wordt genoemd, en wordt vervolgens van de kern naar het cytoplasma getransporteerd, waar de ribosomen zijn geconcentreerd. Verwerking snijdt ook introns weg die vanuit het eukaryote genoom naar RNA worden overgebracht.
Waar ribonucleïnezuren worden gesynthetiseerd
Alle soorten RNA worden gesynthetiseerd door speciale enzymen (RNA-polymerasen) op basis van DNA. Dienovereenkomstig is de lokalisatie van dit proces in prokaryote en eukaryote cellen anders.
Bij eukaryoten wordt transcriptie uitgevoerd in de kern, waarin DNA is geconcentreerd in de vorm van chromatine. Tegelijkertijd wordt eerst pre-mRNA gesynthetiseerd, dat een aantal modificaties ondergaat en pas daarna naar het cytoplasma wordt getransporteerd.
In prokaryoten is de plaats waar ribonucleïnezuren worden gesynthetiseerd het gebied van het cytoplasma dat grenst aan de nucleoïde. RNA-synthetiserende enzymen interageren met gedespiraliseerde lussen van bacterieel chromatine.
Transcriptiemechanisme
De synthese van boodschapper-RNA is gebaseerd op het principe van complementariteit van nucleïnezuren en wordt uitgevoerd door RNA-polymerasen die de sluiting van de fosfodiesterbinding tussen ribonucleosidetrifosfaten katalyseren.
In prokaryoten wordt mRNA gesynthetiseerd door hetzelfde enzym als andere soortenribonucleotiden, en in eukaryoten door RNA-polymerase II.
Transcriptie omvat 3 fasen: initiatie, verlenging en beëindiging. In de eerste fase hecht het polymerase zich aan de promotor, een gespecialiseerde plaats die voorafgaat aan de coderende sequentie. In de verlengingsfase bouwt het enzym de RNA-keten op door nucleotiden aan de keten toe te voegen die complementair interageren met de template-DNA-keten.
