Видове РНК, функция и структура

25.02.2019

Различни видове ДНК и РНК - нуклеинови киселини - е един от обектите на изследване на молекулярната биология. Едно от най-обещаващите и бързо развиващи се области в тази наука през последните години е изследването на РНК.

Накратко за структурата на РНК

Така, РНК, рибонуклеинова киселина, е биополимер, чиято молекула е верига, образувана от четири вида нуклеотиди. Всеки нуклеотид, от своя страна, се състои от азотна основа (аденин А, гуанин G, урацил U, или цитозин С) заедно със захар рибоза и останалата част от фосфорната киселина. Фосфатните остатъци, свързващи се с рибозите на съседни нуклеотиди, "зашиват" блоковете на РНК в макромолекула - полинуклеотид. Това формира първичната структура на РНК.

Химическа структура на РНК

Вторичната структура - образуването на двойна верига - се формира в някои части на молекулата в съответствие с принципа на комплементарността на азотните основи: аденин образува двойка с урацил чрез двойна, а гуанин с цитозин - тройна водородна връзка.

В работна форма молекулата на РНК образува и третична структура - специална пространствена структура, конформация.

РНК синтез

Всички типове РНК се синтезират, използвайки ензима РНК полимераза. Тя може да бъде ДНК-и РНК-зависима, т.е. да катализира синтеза на ДНК и на РНК-шаблона.

Синтезът се основава на допълняемостта на основите и антипаралелизма на посоката на четене на генетичния код и протича в няколко етапа.

Първо, настъпва разпознаване и свързване на РНК полимераза към специфична нуклеотидна последователност на ДНК промотора, след което двойната спирала на ДНК се разгъва в малка област и сглобяването на РНК молекулата започва над една от веригите, наречени шаблон (другата ДНК верига се нарича кодиране - нейното копие се синтезира. РНК). Асиметрията на промотора определя коя от ДНК нишките ще служи като шаблон и по този начин позволява на РНК полимеразата да инициира синтез в правилната посока.

Следващата стъпка се нарича удължение. Транскрипционният комплекс, включващ РНК полимеразата и несвързания регион с ДНК-РНК хибрид, започва да се движи. С напредването на това движение, разрастващата се верига на РНК постепенно се разделя и двойната спирала на ДНК се разгръща пред комплекса и се възстановява зад нея.

Схема за синтез на РНК

Крайният етап на синтеза се случва, когато РНК полимеразата достигне специална част от шаблона, наречена терминатор. Прекратяването (край) на процеса може да се постигне по различни начини.

Основните видове РНК и тяхната функция в клетката

Те са както следва:

  • Матрица или информационна (иРНК). Чрез нея се извършва транскрипция - предаване на генетична информация от ДНК.
  • Рибозомална (рРНК), осигуряваща процеса на транслация - протеинов синтез върху матрица на иРНК.
  • Транспорт (тРНК). Той разпознава и транспортира аминокиселината до рибозомата, където се осъществява синтез на протеини, и участва в превода.
  • Малката РНК е обширен клас от молекули с къса дължина, които изпълняват различни функции по време на процесите на транскрипция, съзряване на РНК и транслация.
  • РНК геноми - кодиращи последователности, които съдържат генетична информация в някои вируси и вируси.

През 80-те години се открива каталитичната активност на РНК. Молекулите, притежаващи това свойство, се наричат ​​рибозими. Естествено, не са известни много естествени рибозими, тяхната каталитична способност е по-ниска от тази на протеините, но в клетката те изпълняват изключително важни функции. В момента се провежда успешна работа по синтеза на рибозими, които са от практическо значение.

Нека се спрем на различни видове молекули на РНК.

Матрична (информационна) РНК

Тази молекула се синтезира върху разтворената част на ДНК, като по този начин се копира генът, кодиращ един или друг протеин.

РНК от еукариотни клетки, преди да стане, на свой ред, матрица за синтез на протеини, трябва да узрее, т.е. да премине през комплекс от различни модификации - обработка.

На първо място, на етапа на транскрипция, молекулата претърпява покриване: специална структура, състояща се от един или няколко модифицирани нуклеотиди, капачката, е прикрепена към неговия край. Той играе важна роля в много последващи процеси и повишава стабилността на иРНК. Така наречената поли (А) опашка - последователност от аденинови нуклеотиди се присъединява към другия край на първичния транскрипт.

След това, пре-иРНК се съединява. Това е отстраняването от молекулата на некодиращи области - интрони, които са много в ДНК на еукариотите. След това се извършва процедура на редактиране на иРНК, в която съставът му е химически модифициран, както и метилиране, след което зрялата иРНК напуска клетъчното ядро.

Обща структура на зряла иРНК

Рибозомна РНК

Основата на рибозомата, комплекс, който осигурява синтез на протеини, се състои от две дълги рРНК, които образуват субединици на рибозомата. Те се синтезират заедно като една пре-рРНК, която след това се разделя по време на обработката. Голяма подчастица също включва нискомолекулни рРНК, синтезирани от един ген. Рибозомните РНК имат плътно запълнена третична структура, която служи като рамка за протеини, присъстващи в рибозомата и изпълняващи спомагателни функции.

В неработната фаза, рибозомните субединици са разделени; при започване на транслационния процес, рРНК на малката субединица се комбинира с пратеник РНК, след което се осъществява пълното интегриране на елементите на рибозомата. Когато РНК взаимодейства с малка субединица с иРНК, последната сякаш се изтегля през рибозомата (което е еквивалентно на движението на рибозомата по протежение на иРНК). Рибозомната РНК на голяма субединица е рибозим, т.е. има ензимни свойства. Той катализира образуването на пептидни връзки между аминокиселини по време на синтеза на протеини.

Рибозомни протеини и рибозомна РНК

Трябва да се отбележи, че най-голямата част от общата РНК в клетката се дължи на рибозомната - 70-80%. ДНК има голям брой гени, кодиращи рРНК, която осигурява много интензивна транскрипция.

Транспортна РНК

Тази молекула се разпознава от специфична аминокиселина с помощта на специален ензим и когато се комбинира с нея, транспортира аминокиселината до рибозомата, където служи като посредник в процеса на превода - синтеза на протеини. Прехвърлянето се извършва чрез дифузия в цитоплазмата на клетката.

Обработват се ново синтезирани тРНК молекули, както и други видове РНК. Зрялата тРНК в активна форма има конформация, наподобяваща листа от детелина. На стъблото на листата, акцепторното място, е CCA последователност с хидроксилна група, която се свързва с аминокиселината. В противоположния край на "листа" има антикодон, който се свързва с комплементарния кодон за иРНК. D-образната верига служи за свързване на транспортна РНК с ензима при взаимодействие с аминокиселина и Т-образната верига, за да се свърже с голяма рибозомна подчастица.

Структура и функция на tRNA

Малка РНК

Тези видове РНК играят важна роля в клетъчните процеси и сега се изучават активно.

Например, малките ядрени РНК в еукариотните клетки участват в сплайсинга на иРНК и, евентуално, имат каталитични свойства заедно със свързващите протеини. Малките нуклеоларни РНК са включени в обработката на рибозомна и транспортна РНК.

Малките интерфериращи и miRNAs са съществени елементи на системата за регулиране на генната експресия, необходима на клетката да контролира собствената си структура и жизнената активност. Тази система е важна част от имунната антивирусна реакция на клетката.

Съществува и клас малки РНК, които функционират в комбинация с протеини на Piwi. Тези комплекси играят огромна роля в развитието на зародишни клетки, в сперматогенезата и в потискането на мобилните генетични елементи.

РНК геном

Молекула РНК може да се използва като геном от повечето вируси. Вирусните геноми са различни - едно- и двуверижни, кръгли или линейни. Също така, РНК геномите на вирусите често са сегментирани и обикновено по-къси от геномите, съдържащи ДНК.

Има семейство вируси, чиято генетична информация, кодирана в РНК, след заразяване на клетка чрез обратна транскрипция, се копира върху ДНК, която след това се вмъква в генома на клетката на жертвата. Те се наричат ​​ретровируси. Те включват по-специално вирус на човешка имунна недостатъчност.

Възможност за опаковане на вирусни РНК

Ценността на изследванията на РНК в съвременната наука

Ако преобладава мнението за вторичната роля на РНК, сега е ясно, че тя е необходим и съществен елемент на вътреклетъчната активност. Много процеси от първостепенно значение не са пълни без активното участие на РНК. Механизмите на такива процеси отдавна остават неизвестни, но благодарение на изследването на различните видове РНК и техните функции, много подробности постепенно се изясняват.

Възможно е РНК да изигра решаваща роля за възникването и формирането на живота в зората на историята на Земята. Резултатите от последните изследвания говорят в полза на тази хипотеза, свидетелстваща за необикновената античност на много механизми на клетъчно функциониране с участието на различни видове РНК. Например, наскоро открити рибосъбирачи като част от иРНК (система за регулиране на генната активност без протеини на етап транскрипция), според много изследователи, са ехо на ерата, когато примитивният живот се основава на РНК, без участието на ДНК и протеини. Също много древен компонент на регулаторната система са miRNAs. Особеностите на структурата на каталитично активната рРНК показват нейната постепенна еволюция чрез прикрепване на нови фрагменти към древния проторибозом.

В теоретични и приложни области на медицината е изключително важно внимателно проучване на това какви видове РНК и как участват в различни процеси.