RNA là một thành phần thiết yếu của cơ chế di truyền phân tử của tế bào. Hàm lượng của axit ribonucleic là một vài phần trăm trọng lượng khô của nó, và khoảng 3-5% lượng này nằm trên RNA thông tin (mRNA), tham gia trực tiếp vào quá trình tổng hợp protein, góp phần thực hiện bộ gen.
Phân tử mRNA mã hóa trình tự axit amin của protein được đọc từ gen. Do đó, axit ribonucleic nền còn được gọi là thông tin (mRNA).
Đặc điểm chung
Giống như tất cả các axit ribonucleic, RNA thông tin là một chuỗi ribonucleotide (adenine, guanine, cytosine và uracil) được kết nối với nhau bằng các liên kết phosphodiester. Thông thường, mRNA chỉ có cấu trúc chính, nhưng trong một số trường hợp, nó có cấu trúc thứ cấp.
Có hàng chục nghìn loài mRNA trong một tế bào, mỗi loại được đại diện bởi 10-15 phân tử tương ứng với một vị trí cụ thể trong DNA. mRNA chứa thông tin về cấu trúc của một hoặc nhiềuvi khuẩn) protein. Trình tự axit amin được trình bày dưới dạng bộ ba của vùng mã hóa của phân tử mARN.
Vai trò sinh học
Chức năng chính của RNA thông tin là thực hiện thông tin di truyền bằng cách chuyển nó từ DNA đến vị trí tổng hợp protein. Trong trường hợp này, mRNA thực hiện hai nhiệm vụ:
- viết lại thông tin về cấu trúc cơ bản của protein từ bộ gen, được thực hiện trong quá trình phiên mã;
- tương tác với bộ máy tổng hợp protein (ribosome) như một ma trận ngữ nghĩa xác định trình tự axit amin.
Thực ra, phiên mã là quá trình tổng hợp RNA, trong đó DNA đóng vai trò như một khuôn mẫu. Tuy nhiên, chỉ trong trường hợp RNA thông tin, quá trình này mới có giá trị viết lại thông tin về protein từ gen.
Đó là mRNA là chất trung gian chính mà qua đó con đường từ kiểu gen đến kiểu hình (DNA-RNA-protein) được thực hiện.
Thời gian tồn tại của mRNA trong tế bào
RNA sứ giả sống trong tế bào trong một thời gian rất ngắn. Khoảng thời gian tồn tại của một phân tử được đặc trưng bởi hai thông số:
- Chu kỳ bán rã chức năng được xác định bởi khả năng của mRNA để phục vụ như một khuôn mẫu và được đo bằng sự giảm số lượng protein được tổng hợp trên mỗi phân tử. Ở sinh vật nhân sơ, con số này là khoảng 2 phút. Trong giai đoạn này, lượng protein tổng hợp giảm đi một nửa.
- Chu kỳ bán hủy hóa học được xác định bởi sự giảm phân tử RNA thông tin có khả năng lai(hợp chất bổ sung) với DNA, đặc trưng cho tính toàn vẹn của cấu trúc chính.
Thời gian bán hủy hóa học thường dài hơn thời gian bán hủy chức năng, vì sự phân hủy ban đầu nhẹ của phân tử (ví dụ, một lần đứt gãy trong chuỗi ribonucleotide) không ngăn cản sự lai với DNA, nhưng đã ngăn cản protein tổng hợp.
Chu kỳ bán rã là một khái niệm thống kê, vì vậy sự tồn tại của một phân tử RNA cụ thể có thể cao hơn hoặc thấp hơn đáng kể so với giá trị này. Do đó, một số mRNA có thời gian được dịch mã nhiều lần, trong khi những mRNA khác bị thoái hóa trước khi quá trình tổng hợp một phân tử protein hoàn thành.
Về khả năng thoái hóa, mRNA của sinh vật nhân chuẩn ổn định hơn nhiều so với tế bào nhân sơ (thời gian bán hủy khoảng 6 giờ). Vì lý do này, chúng dễ dàng tách rời khỏi tế bào nguyên vẹn hơn nhiều.
cấu trúc mRNA
Trình tự nucleotide của RNA thông tin bao gồm các vùng đã được dịch mã, trong đó cấu trúc cơ bản của protein được mã hóa và các vùng không cung cấp thông tin, thành phần của chúng khác nhau ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực.
Vùng mã hóa bắt đầu bằng codon bắt đầu (AUG) và kết thúc bằng một trong các codon kết thúc (UAG, UGA, UAA). Tùy thuộc vào loại tế bào (nhân hay tế bào nhân sơ), RNA thông tin có thể chứa một hoặc nhiều vùng dịch mã. Trong trường hợp đầu tiên, nó được gọi là monocistronic, và trong trường hợp thứ hai - polycistronic. Loại thứ hai chỉ đặc trưng cho vi khuẩn và vi khuẩn cổ.
Đặc điểm cấu trúc và chức năng của mRNA ở sinh vật nhân sơ
Quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơvà quá trình dịch mã diễn ra đồng thời, do đó RNA thông tin chỉ có cấu trúc sơ cấp. Cũng giống như ở sinh vật nhân chuẩn, nó được biểu diễn bằng một chuỗi ribonucleotide tuyến tính, chứa các vùng thông tin và không mã hóa.
Hầu hết mRNA của vi khuẩn và vi khuẩn cổ đều là polycistronic (chứa một số vùng mã hóa), điều này là do tính chất đặc biệt của tổ chức bộ gen nhân sơ, có cấu trúc operon. Điều này có nghĩa là thông tin về một số protein được mã hóa trong một phiên mã DNA, sau đó được chuyển sang RNA. Một phần nhỏ của RNA thông tin là đơn điện tử.
Các vùng chưa được dịch mã của mRNA vi khuẩn được đại diện bởi:
- trình tự thủ lĩnh (nằm ở đầu 5`);
- đoạn giới thiệu (hoặc đoạn cuối) (nằm ở đầu 3`);
- vùng intercistronic chưa được dịch (dấu cách) - nằm giữa các vùng mã hóa của polycistronic RNA.
Độ dài của trình tự liên điện tử có thể từ 1-2 đến 30 nucleotide.
mRNA sinh vật nhân chuẩn
mRNA của sinh vật nhân chuẩn luôn là đơn điện tử và chứa một tập hợp phức tạp hơn các vùng không mã hóa bao gồm:
- nắp;
- 5`-vùng chưa dịch (5`NTR);
- 3`-vùng chưa dịch (3`NTR);
- đuôi polyadenyl.
Cấu trúc tổng quát của RNA thông tin ở sinh vật nhân chuẩn có thể được biểu diễn nhưlược đồ với trình tự các phần tử sau: cap, 5`-UTR, AUG, vùng đã dịch, codon dừng, 3`UTR, poly-A-tail.
Ở sinh vật nhân thực, quá trình phiên mã và dịch mã tách biệt nhau cả về thời gian và không gian. RNA thông tin nhận được một nắp và một đuôi polyadenyl trong quá trình trưởng thành, được gọi là quá trình xử lý, và sau đó được vận chuyển từ nhân đến tế bào chất, nơi tập trung các ribosome. Quá trình xử lý cũng cắt bỏ các intron được chuyển sang RNA từ hệ gen của sinh vật nhân chuẩn.
Nơi tổng hợp axit ribonucleic
Tất cả các loại RNA đều được tổng hợp bởi các enzym đặc biệt (RNA polymerase) dựa trên DNA. Do đó, bản địa hóa của quá trình này trong tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực là khác nhau.
Ở sinh vật nhân thực, quá trình phiên mã được thực hiện bên trong nhân, trong đó ADN tập trung ở dạng chất nhiễm sắc. Đồng thời, tiền mRNA được tổng hợp trước, trải qua một số sửa đổi và chỉ sau đó mới được vận chuyển đến tế bào chất.
Ở sinh vật nhân sơ, nơi tổng hợp axit ribonucleic là vùng giáp ranh với nucleoid của tế bào chất. Các enzym tổng hợp ARN tương tác với các vòng khử khoáng của chất nhiễm sắc vi khuẩn.
Cơ chế phiên âm
Quá trình tổng hợp RNA thông tin dựa trên nguyên tắc bổ sung của các axit nucleic và được thực hiện bởi RNA polymerase xúc tác quá trình đóng liên kết phosphodiester giữa các ribonucleoside triphosphat.
Ở sinh vật nhân sơ, mARN được tổng hợp bởi cùng một loại enzim như các loài khácribonucleotide, và ở sinh vật nhân chuẩn bởi RNA polymerase II.
Phiên mã bao gồm 3 giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và kết thúc. Ở giai đoạn đầu tiên, polymerase gắn vào promoter, một vị trí chuyên biệt đứng trước trình tự mã hóa. Ở giai đoạn kéo dài, enzyme xây dựng chuỗi RNA bằng cách thêm nucleotide vào chuỗi tương tác bổ sung với chuỗi DNA khuôn mẫu.
