RNA เป็นองค์ประกอบสำคัญของกลไกทางอณูพันธุศาสตร์ของเซลล์ เนื้อหาของกรดไรโบนิวคลีอิกคือสองสามเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักแห้ง และประมาณ 3-5% ของปริมาณนี้ตกอยู่ที่ RNA ของผู้ส่งสาร (mRNA) ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งมีส่วนช่วยในการดำเนินการของจีโนม
โมเลกุล mRNA เข้ารหัสลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่อ่านจากยีน ดังนั้นกรดไรโบนิวคลีอิกเมทริกซ์จึงถูกเรียกอย่างอื่นว่าข้อมูล (mRNA)
ลักษณะทั่วไป
เช่นเดียวกับกรดไรโบนิวคลีอิกทั้งหมด อาร์เอ็นเอของร่อซู้ลคือสายโซ่ของไรโบนิวคลีโอไทด์ (อะดีนีน กัวนีน ไซโตซีน และยูราซิล) ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ ส่วนใหญ่แล้ว mRNA มีเพียงโครงสร้างหลัก แต่ในบางกรณีก็มีโครงสร้างรอง
มี mRNA หลายหมื่นสปีชีส์ในเซลล์ ซึ่งแต่ละเซลล์มี 10-15 โมเลกุลที่สัมพันธ์กับตำแหน่งเฉพาะใน DNA mRNA มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของหนึ่งหรือมากกว่าแบคทีเรีย) โปรตีน ลำดับกรดอะมิโนแสดงเป็นแฝดสามของขอบเขตการเข้ารหัสของโมเลกุล mRNA
บทบาททางชีวภาพ
หน้าที่หลักของ RNA ของผู้ส่งสารคือการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้โดยการถ่ายโอนจาก DNA ไปยังไซต์ของการสังเคราะห์โปรตีน ในกรณีนี้ mRNA จะทำงานสองอย่าง:
- เขียนข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีนจากจีโนมซึ่งดำเนินการในกระบวนการถอดรหัส
- โต้ตอบกับอุปกรณ์สังเคราะห์โปรตีน (ไรโบโซม) เป็นเมทริกซ์เชิงความหมายที่กำหนดลำดับกรดอะมิโน
อันที่จริง การถอดความคือการสังเคราะห์ RNA ซึ่ง DNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบ อย่างไรก็ตาม เฉพาะในกรณีของ RNA ของผู้ส่งสารเท่านั้นที่กระบวนการนี้มีค่าของการเขียนข้อมูลใหม่เกี่ยวกับโปรตีนจากยีน
มันคือ mRNA ที่เป็นตัวกลางหลักในการดำเนินการตามเส้นทางจากจีโนไทป์ไปยังฟีโนไทป์ (DNA-RNA-โปรตีน)
อายุขัยของ mRNA ในเซลล์
เมสเซนเจอร์ RNA อยู่ในห้องขังเป็นเวลาสั้นๆ ระยะเวลาการดำรงอยู่ของหนึ่งโมเลกุลนั้นมีลักษณะสองพารามิเตอร์:
- ครึ่งชีวิตทำงานถูกกำหนดโดยความสามารถของ mRNA เพื่อทำหน้าที่เป็นแม่แบบและวัดโดยการลดปริมาณโปรตีนที่สังเคราะห์ต่อโมเลกุล ในโปรคาริโอต ตัวเลขนี้จะอยู่ที่ประมาณ 2 นาที ในช่วงเวลานี้ ปริมาณโปรตีนสังเคราะห์จะลดลงครึ่งหนึ่ง
- ครึ่งชีวิตเคมีถูกกำหนดโดยการลดลงของโมเลกุล RNA ของผู้ส่งสารที่สามารถผสมพันธุ์ได้(สารประกอบเสริม) ที่มี DNA ซึ่งแสดงถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้างปฐมภูมิ
ครึ่งชีวิตเคมีมักจะยาวนานกว่าครึ่งชีวิตเชิงหน้าที่ เนื่องจากการย่อยสลายเริ่มต้นเล็กน้อยของโมเลกุล (เช่น การแตกครั้งเดียวในสายไรโบนิวคลีโอไทด์) ยังไม่ได้ป้องกันการผสมพันธุ์กับ DNA แต่ได้ป้องกันโปรตีนแล้ว การสังเคราะห์
ครึ่งชีวิตเป็นแนวคิดทางสถิติ ดังนั้นการมีอยู่ของโมเลกุล RNA ที่เฉพาะเจาะจงจึงสามารถสูงหรือต่ำกว่าค่านี้ได้อย่างมีนัยสำคัญ ด้วยเหตุนี้ mRNA บางตัวจึงมีเวลาในการแปลหลายครั้ง ในขณะที่บางตัวจะเสื่อมโทรมลงก่อนที่การสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนหนึ่งโมเลกุลจะเสร็จสมบูรณ์
ในแง่ของการเสื่อมสภาพ ยูคาริโอต mRNA นั้นเสถียรกว่าโพรคาริโอตมาก (ครึ่งชีวิตประมาณ 6 ชั่วโมง) ด้วยเหตุผลนี้ พวกมันจึงแยกตัวออกจากเซลล์ได้ง่ายขึ้นมาก
โครงสร้าง mRNA
ลำดับนิวคลีโอไทด์ของ RNA ของผู้ส่งสารรวมถึงบริเวณที่แปลแล้ว ซึ่งมีการเข้ารหัสโครงสร้างหลักของโปรตีน และบริเวณที่ไม่ให้ข้อมูล ซึ่งมีองค์ประกอบต่างกันในโปรคาริโอตและยูคาริโอ
ขอบเขตการเข้ารหัสเริ่มต้นด้วยรหัสเริ่มต้น (AUG) และลงท้ายด้วยรหัสสิ้นสุดตัวใดตัวหนึ่ง (UAG, UGA, UAA) ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ (นิวเคลียร์หรือโปรคาริโอต) อาร์เอ็นเอของร่อซู้ลอาจมีพื้นที่การแปลหนึ่งส่วนหรือมากกว่า ในกรณีแรกเรียกว่า monocistronic และในกรณีที่สองคือ polycistronic หลังมีลักษณะเฉพาะสำหรับแบคทีเรียและอาร์เคีย
คุณลักษณะของโครงสร้างและการทำงานของ mRNA ในโปรคาริโอต
กระบวนการถอดความในโปรคาริโอตและการแปลเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้น Messenger RNA จึงมีเพียงโครงสร้างหลักเท่านั้น เช่นเดียวกับในยูคาริโอต มันแสดงโดยลำดับเชิงเส้นของไรโบนิวคลีโอไทด์ซึ่งประกอบด้วยบริเวณที่เป็นข้อมูลและไม่ได้เข้ารหัส
mRNA ของแบคทีเรียและอาร์เคียส่วนใหญ่เป็นโพลีซิสทรอนิก (ประกอบด้วยบริเวณที่มีการเข้ารหัสหลายแห่ง) ซึ่งเกิดจากลักษณะเฉพาะของการจัดระเบียบของจีโนมโปรคาริโอตซึ่งมีโครงสร้างโอเปอรอน ซึ่งหมายความว่าข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนหลายชนิดถูกเข้ารหัสใน DNA transcripton หนึ่งตัว ซึ่งต่อมาจะถูกถ่ายโอนไปยัง RNA ส่วนเล็ก ๆ ของ Messenger RNA เป็น monocistronic
บริเวณที่ไม่ได้แปลของ mRNA ของแบคทีเรียแสดงโดย:
- ลำดับผู้นำ (อยู่ที่ปลาย 5`-end);
- รถพ่วง (หรือท้าย) ลำดับ (อยู่ที่ 3`-end);
- บริเวณ intercistronic ที่ไม่ได้แปล (ตัวเว้นวรรค) - ตั้งอยู่ระหว่างขอบเขตการเข้ารหัสของ polycistronic RNA
ความยาวของลำดับ intercistronic สามารถอยู่ระหว่าง 1-2 ถึง 30 นิวคลีโอไทด์
ยูคาริโอต mRNA
Eukaryotic mRNA เป็นแบบโมโนซิสทรอนิกส์เสมอและมีชุดของภูมิภาคที่ไม่เข้ารหัสที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งรวมถึง:
- cap;
- 5`-พื้นที่ที่ไม่ได้แปล (5`NTR);
- 3`-พื้นที่ที่ไม่ได้แปล (3`NTR);
- หางโพลีเอเดนิล
โครงสร้างทั่วไปของ Messenger RNA ในยูคาริโอตสามารถแสดงเป็นโครงร่างที่มีลำดับขององค์ประกอบดังต่อไปนี้: cap, 5`-UTR, AUG, ภูมิภาคที่แปล, codon หยุด, 3`UTR, poly-A-tail
ในยูคาริโอต กระบวนการถอดความและการแปลจะถูกแยกจากกันทั้งในเวลาและพื้นที่ RNA ของผู้ส่งสารได้มาซึ่งหมวกและหาง polyadenyl ในระหว่างการสุกซึ่งเรียกว่าการประมวลผลแล้วขนส่งจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมซึ่งมีไรโบโซมเข้มข้น การประมวลผลยังตัดอินตรอนที่ถ่ายโอนไปยัง RNA จากจีโนมยูคาริโอตออกด้วย
ที่สังเคราะห์กรดไรโบนิวคลีอิก
RNA ทุกประเภทถูกสังเคราะห์โดยเอ็นไซม์พิเศษ (RNA polymerases) บนพื้นฐานของ DNA ดังนั้นการแปลกระบวนการนี้ในเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอตจึงแตกต่างกัน
ในยูคาริโอต การถอดความจะดำเนินการภายในนิวเคลียส ซึ่ง DNA จะเข้มข้นในรูปของโครมาติน ในเวลาเดียวกัน pre-mRNA จะถูกสังเคราะห์ก่อน ซึ่งผ่านการดัดแปลงหลายอย่างและหลังจากนั้นจะถูกส่งไปยังไซโตพลาสซึมเท่านั้น
ในโปรคาริโอต สถานที่ที่มีการสังเคราะห์กรดไรโบนิวคลีอิกคือบริเวณของไซโตพลาสซึมที่มีพรมแดนติดกับนิวคลีออยด์ เอ็นไซม์สังเคราะห์อาร์เอ็นเอทำปฏิกิริยากับลูปแบคทีเรียโครมาตินที่ไม่ต้องการ
กลไกการถอดเสียง
การสังเคราะห์ RNA ของผู้ส่งสารขึ้นอยู่กับหลักการเสริมกรดนิวคลีอิกและดำเนินการโดย RNA polymerases ที่เร่งการปิดพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ระหว่างไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต
ในโปรคาริโอต mRNA ถูกสังเคราะห์โดยเอ็นไซม์เดียวกับสปีชีส์อื่นไรโบนิวคลีโอไทด์และยูคาริโอตโดย RNA polymerase II.
การถอดเสียงประกอบด้วย 3 ขั้นตอน: การเริ่มต้น การยืด และการสิ้นสุด ในขั้นตอนแรก โพลีเมอเรสจะยึดติดกับโปรโมเตอร์ ซึ่งเป็นไซต์เฉพาะที่อยู่ก่อนลำดับการเข้ารหัส ในขั้นตอนของการยืดตัว เอ็นไซม์จะสร้างสาย RNA โดยการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ไปยังสายโซ่ที่โต้ตอบอย่างเสริมกันกับสายโซ่ DNA ของแม่แบบ
