mRNA: Definition, funktion og struktur

RNA eller ribonukleinsyre er en af to nukleinsyrer, der findes i naturen. Den anden, deoxyribonukleinsyre (DNA), er bestemt mere fast i fantasien. Selv mennesker med ringe interesse for videnskab har et fingerpeg om, at DNA er afgørende for videregivelse af træk fra en generation til den næste, og at ethvert menneskes DNA er unikt (og derfor er det en dårlig ide at forlade et forbrydelsessted). Men for al DNA's berygtethed er RNA et mere alsidigt molekyle, der kommer i tre hovedformer: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA) og transfer RNA (tRNA).

Jobbet med mRNA er meget afhængig på de to andre typer, og mRNA ligger firkantet i midten af det såkaldte centrale dogme i molekylærbiologi (DNA begynder til RNA, som igen begynder proteiner).
Nucleic Acids: En Oversigt

DNA og RNA er nukleinsyrer, hvilket betyder, at de er polymermakromolekyler, hvis monomere bestanddele kaldes nukleotider. Nukleotider består af tre forskellige dele: en pentosesukker, en fosfatgruppe og en nitrogenholdig base valgt blandt fire valg. En pentosesukker er et sukker, der inkluderer en ringstruktur med fem atomer.

Tre vigtigste forskelle adskiller DNA fra RNA. For det første er nukleotidets sukkerdel i RNA ribose, mens det i DNA er deoxyribose, som simpelthen er ribose med en hydroxylgruppe (-OH) fjernet fra en af kulhydraterne i fematomringen og erstattet af et hydrogen atom (-H). Således er sukkerdelen af DNA kun et oxygenatom mindre massivt end RNA, men RNA er et langt mere kemisk reaktivt molekyle end DNA på grund af dets en ekstra -OH-gruppe. For det andet er DNA snarere berømt dobbeltstrenget og viklet til en spiralformet form i sin mest stabile fra. RNA er på den anden side enkeltstrenget. Og for det tredje, mens DNA og RNA begge har nitrogenholdige baser adenin (A), cytosin (C) og guanin (G), er den fjerde sådan base i DNA thymin (T), mens det i RNA er uracil (U).

Fordi DNA er dobbeltstrenget, har videnskabsmænd siden midten af 1900-tallet vidst, at disse nitrogenholdige baser parres med og kun med en anden slags base; Et par med T og C par med G. Endvidere klassificeres A og G kemisk som puriner, mens C og T kaldes pyrimidiner. Fordi puriner er væsentligt større end pyrimidiner, ville en A-G-parring være for store, mens en C-T-parring ville være usædvanligt underdimensioneret; begge disse situationer ville være forstyrrende for de to strenge i dobbeltstrenget DNA, der er den samme afstand fra hinanden på alle punkter langs de to strenge.

På grund af dette parringsskema kaldes de to DNA-strenge "komplementære , "og sekvensen af den ene kan forudsiges, hvis den anden er kendt. For eksempel, hvis en streng på ti nukleotider i en DNA-streng har basesekvensen AAGCGTATTG, vil den komplementære DNA-streng have basesekvensen TTCGCATAAC. Fordi RNA er syntetiseret fra en DNA-skabelon, har dette også implikationer for transkription.
Grundlæggende RNA-struktur |

mRNA er den mest "DNA-lignende" form af ribonukleinsyre, fordi dens job stort set er det samme: at overføre informationen kodet i gener, i form af omhyggeligt beordrede nitrogenholdige baser, til det cellulære maskineri, der samler proteiner. Men der findes også forskellige vitale typer RNA.

Den tredimensionelle struktur af DNA blev belyst i 1953, der tjente James Watson og Francis Crick en Nobelpris. Men i årevis derefter forblev strukturen af RNA undvigende trods bestræbelser fra nogle af de samme DNA-eksperter til at beskrive det. I 1960'erne blev det klart, at selvom RNA er enkeltstrenget, indebærer dens sekundære struktur - det vil sige forholdet mellem nukleotidsekvensen og hinanden, da RNA snor sig gennem rummet - at længder af RNA kan foldes tilbage på sig selv, med baser i den samme streng og dermed forbinde til hinanden på samme måde, kan en længde af kanaltape klæbe til sig selv, hvis du lader det svæve. Dette er grundlaget for den tværlignende struktur af tRNA, der inkluderer tre 180-graders bøjninger, der skaber den molekylære ækvivalent af cul-de-sacs i molekylet.

rRNA er noget anderledes. Alt rRNA stammer fra et monster af en rRNA-streng, der er ca. 13.000 nukleotider lange. Efter en række kemiske modifikationer spaltes denne streng i to ulige underenheder, den ene kaldet 18S og den anden mærket 28S. ("S" står for "Svedberg-enheden", en foranstaltning, som biologer bruger til indirekte at estimere massen af makromolekyler.) 18S-delen er inkorporeret i det, der kaldes den lille ribosomale underenhed (som når den er fuldstændig faktisk er 30S), og 28S-delen bidrager til den store underenhed (hvoraf total har en størrelse på 50S); alle ribosomer indeholder en af hver underenhed sammen med et antal proteiner (ikke nukleinsyrer, der muliggør proteiner i sig selv) for at give ribosomer strukturel integritet.

DNA- og RNA-strenge har begge det, der kaldes 3 'og 5 ") ender baseret på positionerne af molekyler bundet til sukkerdelen af strengen. I hvert nucleotid er phosphatgruppen bundet til carbonatomet mærket 5 'i dets ring, hvorimod 3'-carbonet har en hydroxyl (-OH) gruppe. Når et nukleotid sættes til en voksende nukleinsyrekæde, forekommer dette altid i 3'-enden af den eksisterende kæde. Det vil sige, at phosphatgruppen ved 5'-enden af det nye nucleotid er forbundet til 3'-carbonet, der indeholder hydroxylgruppen, inden denne forbindelse sker. -OH erstattes af nukleotidet, der mister en proton (H) fra dens phosphatgruppe; således går et molekyle af H _{2O eller vand tabt til miljøet i denne proces, hvilket gør RNA-syntese til et eksempel på en dehydratiseringssyntese.
Transkription: Kodning af meddelelsen til mRNA}

Transkription er processen, hvor mRNA syntetiseres fra en DNA-skabelon. I princippet, i betragtning af det, du nu ved, kan du nemt forestille dig, hvordan dette sker. DNA er dobbeltstrenget, så hver streng kan tjene som en skabelon for enkeltstrenget RNA; disse to nye RNA-strenge på grund af vagarierne med specifik baseparring vil være komplementære til hinanden, ikke at de binder sammen. Transkriptionen af RNA ligner meget replikationen af DNA, idet de samme baseparringsregler gælder, hvor U indtager stedet for T i RNA. Bemærk, at denne udskiftning er et en-retningsfænomen: T i DNA koder stadig for A i RNA, men A i DNA-koder for U i RNA.

For at transkription skal forekomme, skal DNA-dobbelthelixen blive opviklet, som det gør i retning af specifikke enzymer. (Den antager senere igen sin rigtige spiralformede konformation). Efter dette sker en bestemt sekvens, der passende kaldes promotorsekvensen, hvor transkription skal begynde langs molekylet. Dette indkalder til den molekylære scene et enzym kaldet RNA-polymerase, som på dette tidspunkt er en del af et promotorkompleks. Alt dette forekommer som en slags biokemisk fejlsikker mekanisme til at forhindre RNA-syntese fra at begynde på det forkerte sted på DNA og derved producere en RNA-streng, der indeholder en uekte kode. RNA-polymerasen "aflæser" DNA-strengen, der starter ved promotorsekvensen og bevæger sig langs DNA-strengen, idet nukleotider sættes til 3'-enden af RNA. Vær opmærksom på, at RNA- og DNA-strenge, i kraft af at være komplementære, også er antiparallelle. Dette betyder, at når RNA vokser i 3'-retningen, bevæger det sig langs DNA-strengen ved DNA's 5'-ende. Dette er et mindre, men ofte forvirrende punkt for studerende, så du kan ønske at konsultere et diagram for at forsikre dig selv om, at du forstår mekanikken ved mRNA-syntese. gruppe kaldes phosphodiester-bindinger (udtales "phos-pho-die-es-ter", ikke "phos-pho-dee-ster", som det kan være fristende at antage).

Enzymet RNA polymerase findes i mange former, skønt bakterier kun inkluderer en enkelt type. Det er et stort enzym, der består af fire proteinunderenheder: alpha (α), beta (β), beta-prime (β ′) og sigma (σ). Disse har tilsammen en molekylvægt på omkring 420.000 Dalton. (Som reference har et enkelt carbonatomer en molekylvægt på 12; et enkelt vandmolekyle, 18; og et helt glukosemolekyle, 180.) Enzymet, kaldet et holoenzym, når alle fire underenheder er til stede, er ansvarlig for at genkende promotoren sekvenser på DNA og trække de to DNA-strenge fra hinanden. RNA-polymerase bevæger sig langs genet, der skal transkriberes, da det tilføjer nukleotider til det voksende RNA-segment, en proces kaldet forlængelse. Ligesom så mange inden for celler kræver denne proces adenosintriphosphat (ATP) som en energikilde. ATP er virkelig intet andet end et adeninholdigt nukleotid, der har tre fosfater i stedet for et.

Transkription ophører, når den bevægende RNA-polymerase støder på en termineringssekvens i DNA. Ligesom promotorsekvensen kan ses som ækvivalenten med et grønt lys i et trafiklys, er termineringssekvensen analog til et rødt lys eller stopskilt.
Oversættelse: Afkodning af beskeden fra mRNA

Når et mRNA-molekyle, der bærer informationen om et bestemt protein - det vil sige et stykke mRNA, der svarer til et gen - er komplet, skal det stadig behandles, før det er klar til at udføre sit job med at levere en kemisk plan til ribosomerne, hvor proteinsyntese finder sted. I eukaryote organismer, vandrer den også ud af kernen (prokaryoter har ikke en kerne).

Nitrogenholdige baser indeholder kritisk genetisk information i grupper på tre, kaldet tripletkodoner. Hvert kodon bærer instruktioner om at tilføje en bestemt aminosyre til et voksende protein. Ligesom nukleotider er monomerenhederne for nukleinsyrer, er aminosyrer monomerer af proteiner. Da RNA indeholder fire forskellige nukleotider (på grund af de fire forskellige baser, der er tilgængelige) og et kodon består af tre på hinanden følgende nukleotider, er der 64 samlede tripletkodoner tilgængelige (4 ^{3 \u003d 64). Det vil sige, startende med AAA, AAC, AAG, AAU og arbejder helt til UUU, der er 64 kombinationer. Mennesker bruger imidlertid kun 20 aminosyrer. Som et resultat siges tripletkoden at være overflødig: I de fleste tilfælde koder flere tripletter for den samme aminosyre. Det inverse er ikke sandt - det vil sige, den samme triplet kan ikke kode for mere end en aminosyre. Du kan sandsynligvis forestille dig det biokemiske kaos, der ellers ville opstå. Faktisk har aminosyrerne leucin, arginin og serin seks trillinger, der svarer til dem. Tre forskellige kodoner er STOP-kodoner, der ligner transkriptionstermineringssekvenserne i DNA.}

Oversættelse i sig selv er en meget samarbejdende proces, der samler alle medlemmer af den udvidede RNA-familie. Fordi det forekommer på ribosomer, involverer det åbenlyst brugen af rRNA. TRNA-molekylerne, som tidligere er beskrevet som små krydser, er ansvarlige for at transportere individuelle aminosyrer til oversættelsesstedet på ribosomet, idet hver aminosyre omkranset af sit eget specifikke mærke tRNA-eskorte. Ligesom transkription har translation initierings-, forlængelses- og afslutningsfaser, og ved afslutningen af syntesen af et proteinmolekyle frigives proteinet fra ribosomet og pakkes ind i Golgi-legemer til anvendelse andetsteds, og ribosomet selv dissocierer til dets komponentunderenheder.