Hírvivő RNS definíció
A hírvivő ribonukleinsavak (mRNS) a DNS-ből származó információt továbbítják a fehérjéket előállító sejtgépezetnek. Minden sejtmagba, amely mindössze 10 mikron átmérőjű, szorosan be van csomagolva egy három méter hosszú, kettős szálú DNS “használati utasítás” arról, hogyan kell felépíteni és fenntartani az emberi testet. Ahhoz, hogy minden sejt megőrizze szerkezetét és ellássa összes funkcióját, folyamatosan sejttípus-specifikus részeket (fehérjéket) kell előállítania. Minden sejtmagban egy több alegységből álló fehérje, az RNS-polimeráz II (RNAP II) olvassa a DNS-t, és ezzel egyidejűleg egy “üzenetet” vagy átiratot állít elő, amelyet hírvivő RNS-nek (mRNS) neveznek, az átírásnak nevezett folyamat során. Az mRNS molekulák viszonylag rövid, egyszálú molekulaszálakból állnak, amelyeket adenin, citozin, guanin és uracil bázisok alkotnak, amelyeket egy cukor-foszfát gerinc tart össze. Amikor az RNS-polimeráz befejezi a DNS egy szakaszának leolvasását, a pre-mRNS-másolat érett mRNS-t alkotva feldolgozódik, majd kijut a sejtmagból. A riboszómák elolvassák az mRNS-t, és a transzlációnak nevezett folyamat során az üzenetet funkcionális fehérjékké fordítják le. Az újonnan szintetizált fehérje szerkezetétől és funkciójától függően a sejt tovább módosítja, a sejten kívüli térbe exportálja, vagy a sejten belül marad. Az alábbi ábra a sejtmagban zajló transzkripciót (DNS->RNS) mutatja, ahol az RNAP az RNS-polimeráz II enzim szintetizálja az RNS-t.
A prekurzor mRNS intronokat és exonokat tartalmaz. Az intronokat a transzláció előtt eltávolítják, míg az exonok a fehérjék aminosavsorrendjét kódolják. Az érett mRNS előállításához a sejtgépezet eltávolítja a pre-mRNS-ből a “nem transzlálható” intronokat, így az mRNS-ben csak a transzlálható exonszekvenciák maradnak.
MRNS-típusok
Pre-mRNS és hnRNS
A prekurzor mRNS (pre-mRNS) az eukarióta mRNS elsődleges átirata, amint az a DNS-sablonról lekerül. A pre-mRNS az RNS-ek heterogén nukleáris RNS-nek (hnRNS) nevezett csoportjába tartozik. hnRNS-nek nevezzük az összes egyszálú RNS-t, amely a sejtmagban található, ahol az átírás zajlik (DNS->RNS), és a pre-mRNS ezen ribonukleinsavak nagy részét alkotja. A pre-mRNS olyan szekvenciákat tartalmaz, amelyeket el kell távolítani vagy “ki kell splicelni”, mielőtt fehérjévé fordítanák. Ezeket a szekvenciákat vagy magának az RNS-nek a katalitikus aktivitása, vagy egy spliceoszómának nevezett, több fehérjét tartalmazó szerkezet működése révén lehet eltávolítani. E feldolgozási lépés után a pre-mRNS érett mRNS-átiratnak tekinthető.
Az alábbi ábra a pre-mRNS szerkezetét mutatja be. A pre-mRNS intronokat tartalmaz, és tartalmazhatja vagy nem tartalmazhatja az 5′ sapkát és a poliadenilált 3′ farkat:
Monocisztronikus mRNS
A monocisztronikus mRNS-molekula egyetlen fehérjét kódoló exonszekvenciákat tartalmaz. A legtöbb eukarióta mRNS monocisztronikus.
Bicisztronikus mRNS
A bicisztronikus mRNS molekula két fehérje számára kódoló exonszekvenciákat tartalmaz.
Policisztronikus mRNS
A policisztronikus mRNS-molekula több fehérje exonját kódoló szekvenciákat tartalmaz. A baktériumok és bakteriofágok (bakteriális gazdaszervezetekben élő vírusok) mRNS-einek többsége policisztronikus.
Prokarióta vs. eukarióta mRNS
A policisztronikus prokarióta mRNS-ek több fehérjeszintézist indító és befejező helyet tartalmaznak. Az eukariótáknak csak egy transzlációs iniciációs helyük van, és az eukarióta mRNS-ek elsősorban monocisztronikusak. a prokariótáknak nincsenek organellumai és jól meghatározott magburka, ezért az mRNS-transzláció a citoplazmában összekapcsolódhat az mRNS-átírással. Az eukariótákban az mRNS átírása a kromoszómákon történik a sejtmagban, majd a feldolgozás után a nukleáris pórusokon keresztül a citoplazmába kerül. A prokariótáktól eltérően az eukariótákban a transzláció csak a transzkripció befejezése után következik be. a prokarióta mRNS-t folyamatosan lebontják a ribonukleázok, az RNS-t vágó enzimek. Az E. Coliban például az mRNS felezési ideje körülbelül két perc. A bakteriális mRNS-ek rövid élettartamúak, hogy rugalmasan tudjanak alkalmazkodni a gyorsan változó környezeti feltételekhez. Az eukarióta mRNS-ek metabolikusan stabilabbak. Például az emlősök vörösvérsejtjeinek (retikulociták) előfutárai, amelyek elvesztették a sejtmagjukat, több napig szintetizálják a hemoglobint olyan mRNS-ek lefordításával, amelyeket akkor írtak át, amikor a sejtmag még jelen volt. Végül a prokarióták mRNS-ei minimális feldolgozáson mennek keresztül. Az eukariótákban a pre-mRNS-nek a fordítás előtt feldolgozáson kell átesnie, amely magában foglalja az intronok eltávolítását, az 5′ -cap, valamint a 3′ poliadenilált farok hozzáadását, mielőtt az érett mRNS kialakul és készen áll a fordításra.
A mRNS funkciói
Az mRNS elsődleges funkciója, hogy közvetítőként szolgál a DNS-ben lévő genetikai információ és a fehérjék aminosavsorrendje között. Az mRNS olyan kodonokat tartalmaz, amelyek komplementárisak a sablon DNS-en lévő nukleotidok szekvenciájával, és a riboszómák és a tRNS hatására irányítják az aminosavak képződését. az mRNS több szabályozó régiót is tartalmaz, amelyek meghatározhatják a transzláció időzítését és sebességét. Emellett biztosítja a transzláció szabályos lefolyását, mivel a riboszómák, a tRNS, valamint a különböző segédfehérjék dokkolóhelyeit tartalmazza.
A sejtek által termelt fehérjéknek sokféle szerepük van, akár enzimként, akár szerkezeti molekulaként, akár a különböző sejtkomponensek szállító gépezeteként. Egyes sejtek a fehérjék kiválasztására is specializálódtak, mint például a mirigyek, amelyek emésztőenzimeket vagy az egész szervezet anyagcseréjét befolyásoló hormonokat termelnek.
mRNS transzláció
A mRNS a citoplazmában lévő szabad riboszómákon a transzfer RNS (tRNS) molekulák és több fehérje, az úgynevezett iniciációs, elongációs és terminációs faktorok segítségével fordítható le. A citoplazmában lévő szabad riboszómákon szintetizálódó fehérjéket a sejt gyakran magában a citoplazmában használja fel, vagy célzottan az intracelluláris organellumokon belül használja fel. Alternatívaként a szekretálandó fehérjéket a citoplazmában kezdik el fordítani, de amint az első néhány maradékot lefordították, specifikus fehérjék a teljes transzlációs gépezetet az endoplazmatikus retikulum (ER) membránjába szállítják. A kezdeti néhány aminosav beágyazódik az ER membránjába, a fehérje többi része pedig az ER belső terébe kerül. A sejtből szekretálandó fehérjékből eltávolítják a rövid szekvenciát, míg a belső membránba szánt fehérjéknél megmarad ez a rövid szakasz, amely membránhorgonyt biztosít.
Több mint 200 betegséget hoznak összefüggésbe a pre-mRNS mRNS-é történő feldolgozásának hibáival. A DNS vagy a splicing gépezet mutációi nagymértékben befolyásolják a pre-mRNS splicing pontosságát. Például egy abnormális DNS-szekvencia megszüntetheti, gyengítheti vagy aktiválhatja a pre-mRNS rejtett splice-helyeit. Hasonlóképpen, ha a splicing gépezet nem működik megfelelően, a spliceoszóma a pre-mRNS-t a szekvenciától függetlenül helytelenül vághatja el. Ezek a mutációk a pre-mMRA olyan mRNS-ekké történő feldolgozását eredményezik, amelyek a továbbiakban hibásan működő fehérjéket kódolnak. Maguk a rendellenes mRNS-ek néha a nonszensz-mediált mRNS-bomlás, valamint a naszcens pre-mRNS-ek ko-transzkripciós degradációjának célpontjai is. A különböző betegségekben, többek között progériában, emlőrákban és cisztás fibrózisban szenvedő betegekből származó sejtek RNS-splicing-hibákat mutatnak, amelyek közül a rák és a neuropathológiai betegségek a leggyakoribbak.
- Riboszóma – A riboszómák számos fehérjéből álló enzimek, amelyek katalizálják a fehérjék szintézisét az mRNS-ből a transzlációs folyamat során. A riboszómák szabadon léteznek a sejt citoplazmájában vagy az endoplazmatikus retikulumhoz kötődve maradnak.
- RNAP II – Az RNS-polimeráz II egy sok fehérjéből álló enzim, amely a sejtmagban a DNS-t leolvassa és RNS-t szintetizál a transzkripciónak nevezett folyamat során.
- Transzkripció – A transzkripció az RNS szintézise a DNS-ből az RNS-polimeráz által.
- Transzláció – A transzláció a fehérjék szintézise az mRNS-ből a riboszómák és más fehérjék bevonásával.
Kvíz
1. Az érett mRNS molekulái rövidek, egyszálúak és a következő összetevőket tartalmazzák:
A. adenin, citozin, guanin és uracil, exonok, 5′-cap és 3′-poly-tail
B. adenin, citozin, guanin és uracil, intronok, exonok, 5′-cap és 3′-poly-tail
C. adenin, citozin, guanin és uracil, intronok
D. intronok, 5′-cap és 3′-poly-tail
2. Nevezze meg az mRNS átírásában és transzlációjában részt vevő helyeket és sejtszintű gépezeteket.
A. A transzkripció a sejtmagban történik a riboszómák hatására; a transzláció a citoplazmában történik az RNAP II segítségével.
B. A transzkripció a sejtmagban történik az RNAP II hatására; a transzláció a citoplazmában vagy az endoplazmatikus retikulumban történik a riboszómák hatására.
C. A transzkripció a sejtmembránon történik az RNAP II hatására; a transzláció a citoplazmában történik a transzlációs faktorok hatására.
D. A fentiek közül egyik sem helyes.
3. Az alábbi állítások közül melyik igaz az eukarióta és prokarióta mRNS közötti különbségekkel kapcsolatban?
A. Az eukariótákkal ellentétben, amelyek a sejtmagban írják át és a citoplazmában fordítják le az mRNS-t, a prokarióták, egyszerre írják át és fordítják le az mRNS-t a citoplazmában.
B. A prokarióta mRNS elsősorban policisztronikus, az eukarióta mRNS pedig elsősorban monocisztronikus.
C. A bakteriális mRNS-ek rövid életűek, hogy a gyorsan változó környezetben is rugalmasak legyenek, míg az eukarióta mRNS-ek akár néhány napig is stabilak.
D. A fentiek mindegyike helyes.
4. Mi történik a fontos pre-mRNS-ről mRNS-re történő feldolgozás során?
A. A nem kódoló intronokat eltávolítjuk vagy “kiszplájkoljuk”.
B. Az mRNS-t fehérjévé fordítják.
C. A pre-mRNS-t kiviszik a sejtmagból.
D. A fentiek mindegyike.