3 типи РНК та їх функції

Це матрична РНК, рибосомальна РНК і транспортна РНК

• Хімія
  • Біохімія
  • основи
  • Хімічні закони
  • Молекули
  • Періодична таблиця
  • Проекти та експерименти
  • Науковий метод
  • Фізична хімія
  • Медична хімія
  • Хімія в повсякденному житті
  • Відомі хіміки
  • Діяльність для дітей
  • Скорочення та акроніми

  Одне поширене домашнє завдання та контрольне запитання пропонує студентам назвати три типи РНК і перерахувати їхні функції. Існує декілька типів рибонуклеїнової кислоти, або РНК , але більшість РНК належить до однієї з трьох категорій.

  мРНК або матрична РНК

  мРНК транскрибує генетичний код з ДНК у форму, яку можна прочитати та використовувати для створення білків. мРНК переносить генетичну інформацію від ядра до цитоплазми клітини .

  рРНК або рибосомальна РНК

  рРНК знаходиться в цитоплазмі клітини, де містяться рибосоми. рРНК керує трансляцією мРНК у білки.

  тРНК або транспортна РНК

  Як і рРНК, тРНК знаходиться в цитоплазмі клітини і бере участь у синтезі білка . Трансферна РНК приносить або переносить амінокислоти до рибосоми, яка відповідає кожному тринуклеотидному кодону рРНК. Потім амінокислоти можна з’єднати разом і обробити для отримання поліпептидів і білків.

  Види РНК, функції та будова

  Різні види ДНК і РНК – нуклеїнових кислот – це один з об ‘єктів вивчення молекулярної біології. Одним з найбільш багатообіцяючих і швидко розвиваються напрямків у цій науці в останні роки стало дослідження РНК.

  • Коротко про будову РНК
  • Синтез РНК
  • Основні види РНК та їхні функції в клітці
  • Матрична (інформаційна) РНК
  • Рибосомна РНК
  • Транспортна РНК
  • Малі РНК
  • РНК-геном
  • Значення дослідження РНК у сучасній науці

  Коротко про будову РНК

  Отже, РНК, рибонуклеїнова кислота, – це біополімер, молекула якого являє собою ланцюжок, утворений чотирма видами нуклеотидів. Кожен нуклеотид, у свою чергу, складається з азотистої основи (аденіну А, гуаніну Г, урацилу У або цитозину Ц) в з ‘єднанні з цукром рибозою і залишком фосфорної кислоти. Фосфатні залишки, з ‘єднуючись з рибозами сусідніх нуклеотидів, “зшивають” складові блоки РНК в макромолекулу – полинуклеотид. Так утворюється первинна структура РНК.

  Вторинна структура – утворення подвійного ланцюжка – утворюється на деяких ділянках молекули відповідно до принципу комплементарності азотистих підстав: аденін утворює пару з урацилом за допомогою подвійного, а гуанін з цитозином – потрійного водневого зв ‘язку.

  У робочій формі молекула РНК утворює також третинну структуру – особливу просторову будову, конформацію.

  Синтез РНК

  Всі види РНК синтезуються за допомогою ферменту РНК-полімерази. Вона може бути ДНК-і РНК-залежною, тобто каталізувати синтез як на ДНК, так і на РНК-матриці.

  Синтез заснований на комплементарності підстав і антипараллельності напрямку читання генетичного коду і протікає в кілька етапів.

  Спочатку відбувається впізнавання і пов ‘язування РНК-полімерази з особливою послідовністю нуклеотидів на ДНК – промотором, після чого подвійна спіраль ДНК розкручується на невеликій ділянці і починається збірка молекули РНК над одним з ланцюжків, званим матричним (інший ланцюжок ДНК називається кодуючим Асиметричність промотора визначає, який з ланцюжків ДНК буде служити матрицею, і тим самим дозволяє РНК-полімеразі ініціювати синтез у правильному напрямку.

  Наступний етап називається елонгацією. Транскрипційний комплекс, що включає РНК-полімеразу і розплетену ділянку з гібридом ДНК-РНК, починає рух. У міру цього переміщення нарощуваний ланцюжок РНК поступово відокремлюється, а подвійна спіраль ДНК розплітається перед комплексом і відновлюється за ним.

  Завершальний етап синтезу настає, коли РНК-полімераза досягає особливої ділянки матриці, званої термінатором. Термінація (закінчення) процесу може досягатися різними способами.

  Основні види РНК та їхні функції в клітці

  • Матрична або інформаційна (мРНК). За допомогою її здійснюється транскрипція – перенесення генетичної інформації з ДНК.
  • Рибосомна (рРНК), що забезпечує процес трансляції – синтез білка на матриці мРНК.
  • Транспортна (тРНК). Виробляє впізнавання і транспортування амінокислоти на рибосому, де відбувається синтез білка, а також бере участь у трансляції.
  • Малі РНК – великий клас молекул невеликої довжини, що здійснюють різноманітні функції в ході процесів транскрипції, дозрівання РНК, трансляції.
  • РНК-геноми – кодуючі послідовності, які містять генетичну інформацію у деяких вірусів і віроїдів.

  У 1980-х роках була відкрита каталітична активність РНК. Молекули, що мають цю властивість, отримали назву рибозимів. Природних рибозимів поки відомо не так багато, каталітична здатність їх нижче, ніж у білків, проте в клітці вони виконують виключно важливі функції. В даний час ведуться успішні роботи з синтезу рибозимів, що мають в тому числі і прикладне значення.

  Зупинимося детальніше на різних видах молекул РНК.

  Матрична (інформаційна) РНК

  Ця молекула синтезується над розплетеною ділянкою ДНК, копіюючи таким чином ген, що кодує той чи інший білок.

  РНК еукаріотичних клітин, перш ніж стати матрицею для синтезу білка, повинні дозріти, тобто пройти через комплекс різних модифікацій – процесинг.

  Перш за все, ще на стадії транскрипції, молекула піддається кепуванню: до її кінця приєднується особлива структура з одного або декількох модифікованих нуклеотидів – кеп. Він відіграє важливу роль у багатьох наступних процесах і підвищує стабільність мРНК. До іншого кінця первинного транскрипту приєднується так званий полі (А) хвіст – послідовність аденінових нуклеотидів.

  Після цього пре-мРНК піддається сплайсингу. Це видалення з молекули некодуючих ділянок – інтронів, яких багато в ДНК еукаріот. Далі відбувається процедура редагування мРНК, при якій хімічно модифікується її склад, а також метилування, після чого зріла мРНК залишає клітинне ядро.

  Рибосомна РНК

  Основу рибосоми – комплексу, що забезпечує білковий синтез, становлять дві довгі рРНК, які утворюють субчастинки рибосоми. Синтезуються вони спільно у вигляді однієї пре-рРНК, яка потім в ході процесингу розділяється. У велику субчастинку входить також низькомолекулярна рРНК, що синтезується з окремого гена. Рибосомні РНК мають щільно упаковану третинну структуру, яка служить каркасом для білків, присутніх у рибосомі і виконують допоміжні функції.

  У неробочій фазі суб ‘єдиниці рибосоми розділені; при ініціації трансляційного процесу рРНК малої субчастинки з ‘єднується з матричною РНК, після чого відбувається повне об’ єднання елементів рибосоми. При взаємодії РНК малої субчастинки з мРНК остання як би простягається через рибосому (що рівнозначно руху рибосоми по мРНК). Рибосомна РНК великої субчастинки є рибозимою, тобто володіє ферментними властивостями. Вона каталізує утворення пептидних зв ‘язків між амінокислотами під час синтезу білка.

  Слід зазначити, що найбільша частина всієї РНК у клітці припадає на частку рибосомної – 70-80%. ДНК володіє великою кількістю генів, які кодують рРНК, що забезпечує досить інтенсивну її транскрипцію.

  Транспортна РНК

  Ця молекула розпізнається певною амінокислотою за допомогою особливого ферменту і, з ‘єднуючись з нею, виробляє транспортування амінокислоти на рибосому, де служить посередником у процесі трансляції – синтезу білка. Перенесення здійснюється шляхом дифузії в цитоплазмі клітини.

  Знову синтезовані молекули тРНК, так само як і інші види РНК, піддаються процесингу. Зріла тРНК в активній формі має конформацію, що нагадує наклепний лист. На “черешці” листа – акцепторній ділянці – розташована послідовність ЦЦА з гідроксильною групою, яка пов ‘язується з амінокислотою. На протилежному кінці “листа” знаходиться антикодонова петля, яка з ‘єднується з комплементарним кодоном на мРНК. D-петля служить для зв ‘язування транспортної РНК з ферментом при взаємодії з амінокислотою, а Т-петля – для пов’ язування з великою субчастинкою рибосоми.

  Малі РНК

  Ці види РНК відіграють важливу роль у клітинних процесах і зараз активно вивчаються.

  Наприклад, малі ядерні РНК у клітинах еукаріот беруть участь у сплайсингу мРНК і, можливо, мають каталітичні властивості поряд з білками сплайсосом. Малі ядришкові РНК беруть участь у процесингу рибосомної та транспортної РНК.

  Малі інтерферуючі та мікроРНК є найважливішими елементами системи регуляції експресії генів, необхідної клітині для контролю власної структури і життєдіяльності. Ця система – важлива частина імунної антивірусної відповіді клітини.

  Існує також клас малих РНК, що функціонують у комплексі з білками Piwi. Ці комплекси відіграють величезну роль у розвитку клітин зародкової лінії, в сперматогенезі і в придушенні мобільних генетичних елементів.

  РНК-геном

  Молекула РНК може використовуватися як геном більшістю вірусів. Вірусні геноми бувають різними – одно- і двошіпочковими, кільцевими або лінійними. Також РНК-геноми вірусів часто бувають сегментовані і в цілому коротші, ніж ДНК-містять геноми.

  Існує сімейство вірусів, генетична інформація яких, закодована в РНК, після інфікування клітини шляхом зворотної транскрипції переписується на ДНК, яка потім впроваджується в геном клітини-жертви. Це так звані ретровіруси. До них, зокрема, належить вірус імунодефіциту людини.

  Значення дослідження РНК у сучасній науці

  Якщо раніше переважала думка про другорядну роль РНК, то нині ясно, що вона – необхідний і найважливіший елемент внутрішньоклітинної життєдіяльності. Безліч процесів першорядної значущості не обходяться без активної участі РНК. Механізми таких процесів довгий час залишалися невідомими, але завдяки дослідженню різних видів РНК і їх функцій поступово прояснюються багато деталей.

  Не виключено, що РНК зіграла вирішальну роль у виникненні і становленні життя на зорі історії Землі. Результати недавніх досліджень говорять на користь цієї гіпотези, свідчать про надзвичайну давнину багатьох механізмів функціонування клітини за участю тих чи інших видів РНК. Наприклад, нещодавно відкриті рибопереключателі в складі мРНК (система безбілкової регуляції активності генів на стадії транскрипції), на думку багатьох дослідників, є відгомонами епохи, коли примітивне життя будувалося на основі РНК, без участі ДНК і білків. Також дуже стародавнім компонентом системи регуляції вважаються мікроРНК. Особливості структури каталітично активної рРНК свідчать про її поступову еволюцію шляхом приєднання нових фрагментів до стародавньої проторібосоми.

  Ретельне вивчення того, які види РНК і яким чином зайняті в тих чи інших процесах, виключно важливо також для теоретичних і прикладних областей медицини.

  РНК — будова, види, функції молекули

  Органічна речовина – рибонуклеїнова кислота – є однією з трьох головних макромолекул, що містяться в клітинах всіх живих істот. Скорочено рибонуклеїнова кислота позначається абревіатурою “РНК”. В організмі функцією цієї субстанції є збереження і передача генетичної інформації.

  Нуклеїнові кислоти

  За будовою РНК і ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) подібні. Ці речовини являють собою біополімери, молекули яких – це довгі ланцюги, що складаються з окремих фрагментів (залишків нуклеотидів). Будучи присутнім в кожній живій клітині, вони виконують наступні функції:

  • Зберігання інформації як про саму клітину, так і про весь організм, частиною якого вона є.
  • Передача інформації наступному поколінню клітин при розподілі.
  • Зберігання, передача і розшифровка інформації про реалізацію ознак організму, закодованих генами.

  Основним фактором, що відрізняє один від одного рибонуклеїнову і дезоксирибонуклеїнову кислоти, є що входять до їх складу вуглеводи, а саме дезоксирибоза в ДНК і рибоза в РНК.

  Походження та структура

  Кожен з мономерів, що складають довгу молекулу, складається з азотистої основи і приєднаних до неї фосфатних груп і вуглеводу рибози. За допомогою з’єднання рибози та фосфатного залишку здійснюється зв’язок мономерів в ланцюг.

  Кодування інформації обумовлено послідовністю розташування нуклеотидів в ланцюзі.

  Процес біосинтезу рибонуклеїнової кислоти в живій клітині, званий транскрипцією, здійснюється при обов’язковій присутності ферменту РНК-полімерази. З’єднання між собою мономерів (нуклеотидів), що входять до складу макромолекули, здійснюється шляхом взаємодії фосфатного залишку одного мономера з вуглеводним фрагментом іншого.

  Матрицею, на основі якої синтезуються молекули цієї речовини, може служити і молекула ДНК, і інша молекула РНК. Зокрема, на основі нуклеїнової кислоти з рибозою відбувається реплікація РНК-вірусів.

  Примітно, що цей фермент (полімераза) існує в різних модифікаціях, що обумовлює синтез різних видів цієї речовини. Всі різновиди рибонуклеїнової кислоти мають подібну будову. Їх просторова структура нагадує по конфігурації листок конюшини.

  Історія дослідження питання

  Початок вивченню нуклеїнових кислот було покладено ще в середині XIX століття швейцарським вченим, які виявили ці речовини в клітинному ядрі. Він назвав їх нуклеїном. Наявність цих речовин в прокаріотичних бактеріальних клітинах, що не містять ядра, було доведено дещо пізніше.

  Припущення про роль РНК, яку вона відіграє в біосинтезі білкових молекул, було зроблено в 1939 році.

  В ході експерименту було продемонстровано, що РНК, що кодує структуру гемоглобіну кролика, при введенні в іншу клітину змушує її синтезувати той же самий білок. Описаний досвід наочно продемонстрував роль цієї речовини в живому організмі. Паралельно з цим ще одне дослідження показало, що клітини, активно синтезують білкові речовини, містять більшу кількість РНК, в порівнянні з іншими клітинними структурами.

  Механізм синтезу самої рибонуклеїнової кислоти був відкритий в середині XX століття, за що в 1959 році була видана Нобелівська премія з медицини. Ще одна аналогічна нагорода в цій області була видана у зв’язку з розшифровкою послідовності ланцюга з 77 нуклеотидів транспортної РНК одного з видів дріжджових грибків.

  На думку деяких вчених, функція РНК процесі еволюції зазнала деяких змін.

  Зокрема, вчений Карл Везе в 1967 році висунув теорію так званого «РНК світу». Згідно з його припущеннями, в прокаріотичних організмах ця нуклеїнова кислота виконувала наступні функції:

  • Шифрування, зберігання та передача інформації, зокрема, генетичної інформації клітини. Зараз, після певних змін, які відбулися в ході еволюції, цю функцію стала виконувати дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК).
  • Участь в ряді метаболічних процесів, яке проявляється в їх прискоренні (каталітична активність). У сьогоднішньому світі ця функція належить ферментам – спеціалізованим речовинам, що мають білкову природу.

  Відкриття нуклеїнових кислот і успіхи в дослідженні їх властивостей та інших характеристик дали потужний поштовх у розвитку молекулярної біології. З цього моменту і бере початок дослідження механізмів передачі інформації як всередині клітин, так і між ними. Отримані експериментально дані пояснюють в тому числі й механізм успадкування деяких ознак (один з основних принципів теорії еволюції — спадковість).

  Типи РНК

  Залежно від функцій, виконуваних в організмі, прийнято виділяти кілька типів рибонуклеїнової кислоти. Кожен з них має своє спеціальне позначення.

  Різні типи цієї речовини і відповідні функції РНК для наочності можна представити у вигляді таблиці:

  Назва	Умовні позначення	Особливості
  Інформаційна (матрична)	іРНК (мРНК)	З усієї рибонуклеїнової кислоти, що міститься в клітині, вона становить близько 5%. Містить і передає інформацію про первинну структуру білка. Дозріваючи, стає матрицею для синтезу поліпептидної білкової молекули. Молекули інформаційної РНК присутні в клітині до тих пір, поки синтезується необхідна білкова молекула. Після того як матриця стає не потрібна, клітина її руйнує.
  Рибосомальна	рРНК	Синтез рибосомальної РНК здійснюється в ядерці. Її молекули мають досить великі габарити, складаються з великої кількості нуклеотидів – від 3000 до 5000. Складаючи 80-85% всієї РНК клітини, має кілька різновидів, які входять до складу рибосом, відрізняючись один від одного довжиною ланцюга, виконуваними функціями, а також вторинною і третинною структурою. Молекули рибосомальної РНК зчитують інформацію, закодовану інформаційною молекулою і сприяють утворенню зв’язків між амінокислотами в білковому ланцюзі.
  Транспортна	тРНК	Цей різновид рибонуклеїнової кислоти синтезується в ядрі клітини на основі матриці ДНК, після чого виходить в цитоплазму. Характерною рисою транспортної РНК є невеликий за мірками полімерних речовин розмір молекули (у порівнянні з молекулами тієї ж речовини, яким притаманні інші функції). Вона може містити близько 80 мономерів. Функція цієї речовини: транспорт амінокислот, які є будівельними матеріалами для протеїнів до місця складання білкової молекули. Якщо уявити просторову структуру молекули нуклеїнової кислоти у вигляді фігури, що нагадує листок конюшини, то транспортується амінокислота приєднується до його черешка. Молекула транспортної рибонуклеїнової кислоти неуніверсальна: для доставки до рибосоми кожного виду амінокислот необхідна своя різновид транспортної РНК. Всього таких видів відомо близько 60.

  Зазначені в таблиці типи РНК є основними. Крім них існують і інші різновиди цієї речовини. Всі вони в сукупності складають єдину систему, значення якої вкрай велике: вона спрямована на зчитування і відтворення спадкової інформації через синтез білкових структур.

  Існує ще одна класифікації РНК; відповідно до неї, виділяють такі різновиди:

  • Ядерний. Розповсюдження – ядро еукаріотичних клітин. Молекула збирається полімеразою 2 або 3 типів. Після складання виходить в цитоплазму клітини, де відбувається дозрівання; потім повертається в ядро. Бере участь в процесі дозрівання матричної РНК. У ланцюзі такої нуклеїнової кислоти знаходиться багато уридинових нуклеотидів. Є і малий (ядерцевий) підтип.
  • Цитоплазматична. Знаходиться під впливом ядерного різновиду нуклеїнової кислоти. Функція – участь в антитілоутворенні в зрілих плазматичних клітинах.
  • Мітохондріальна. На відміну від ядерної, розташовується в мітохондріях.
  • Пластидна. Кодує гени, що забезпечують процеси транскрипції і трансляції.