Строение и функции РНК

Молекулы РНК в отличие от ДНК являются однонитевыми структурами. Схема построения РНК аналогична ДНК: основу об­разует сахарно-фосфатный остов, к которому присоединяются азотистые основания. Различия химического строения, как было сказано выше, заключаются в следующем: дезоксирибоза, присут­ствующая в ДНК, заменена на молекулу рибозы, а тимин представлен другим пиримидином — урацилом.

Молекулы РНК в зависимости от выполняемых функций под­разделяются на три основных вида: информационные, или мат­ричные (мРНК), транспортные (тРНК) и рибосомальные (рРНК). В ядре клеток эукариот содержится РНК четвертого вида — гетерогенная ядерная РНК (гяРНК), которая является точной копией соответствующей ДНК (рис. IV.9).

Функции, выполняемые РНК, состоят в следующем: мРНК переносят информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам, (т.е. являются матрицей для синтеза белка; тРНК переносят аминокислоты к рибосомам, специфичность такого переноса обеспечи­вается тем, что имеется 20 типов тРНК, соответствующих 20 аминокислотам; рРНК образуют в комплексе с белками рибосому, в которой происходит синтез белка; гяРНК является точным трансскриптом ДНК, которая, подвергаясь специфическим изменениям, превращается (созревает) в зрелую мРНК.

Молекулы РНК значительно меньше молекул ДНК. Самой ко­роткой является тРНК, состоящая из 75 нуклеотидов.

Транскрипция — это процесс переноса генетической информа­ции от ДНК к РНК. Все виды РНК (мРНК, тРНК, рРНК и гяРНК) синтезируются в соответствии с последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК, служащей для них матрицей. Процесс транскрищии осуществляется при участии трех ДНК-зависимых РНК-толимераз. Полимераза находится в ядрышках, где катализирует синтез рРНК. Полимеразы II и III находятся в кариоплазме, где полимераза II контролирует синтез первичного транскрипта мРНК, а полимераза III участвует в синтезе тРНК.

Процесс транскрипции осуществляется следующим образом. РНК-полимераза, прикрепляясь к началу участка ДНК, расплетают двойную спираль. Перемещаясь вдоль одной из нитей, она последовательно выстраивает комплементарную нить РНК. По мере передвижения РНК-полимеразы растущая нить РНК отходит от матрицы ДНК, и двойная спираль ДНК позади фермента восста­навливается. Когда РНК-полимераза достигает специфического участка ДНК, называемого терминационным, рост цепи РНК прекращается, и происходит отделение ее от ДНК. Синтезированная нить РНК содержит информацию, точно переписанную с соответствующего участка ДНК.

Процесс транскрипции, как и репликации, осуществляется при строгом соблюдении правила комплементарности с одним изме­рением: напротив аденина молекулы ДНК при транскрипции в молекулу РНК встраивается урацил

После того как заканчивается транскрипция, все виды РНК претерпевают определенные изменения, в результате которых ониприобретают возможность выполнять специфические для каждой из них функции. Подобное созревание РНК носит название процессинга.

Матричная, или информационная, РНК (мРНК). На долю мРНК приходится примерно 3-5% всей содержащейся в клетке РНК. Молекулы мРНК образуются из больших молекул-предшествен­ников — гяРНК. Изменения гяРНК связаны с модификацией по 5'- и 3'-концам и сплайсингом. Изменение 5'-конца приводит к об­разованию специфической последовательности, называемой кэп-структурой. Изменение 3'-конца заключается в присоединении к нему 120-150 остатков аденина (роly А). Сплайсинг — это процесс удаления участков молекулы РНК, соответствующих интронньш последовательностям ДНК.

Зрелая мРНК выходит в цитоплазму и становится матрицей для синтеза белка, т.е. переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам.

Рибосомальная РНК (рРНК) составляет более 80% всей РНК клетки. Она кодируется генами, расположенными в так называ­емых ядрышковых организаторах некоторых акроцентрических хро­мосом.

Последовательность нуклеотидов в рРНК сходна у всех орга­низмов. Вся рРНК находится в цитоплазме, где она образует слож­ный комплекс с белками, формируя рибосому. На рибосомах ин­формация, зашифрованная в структуре мРНК, переводится (транс­лируется) в аминокислотную последовательность, т.е. происходит синтез белка.

На долю транспортных РНК (тРНК) приходится примерно 15 % всей клеточной РНК. Поскольку большинство аминокислот коди­руются несколькими триплетами, число различных тРНК значи­тельно больше числа аминокислот (больше 20). Все молекулы тРНК имеют сходную структуру, напоминающую клеверный лист (рис. IV.12). На 5'-конце молекулы всегда находится гуанин, а на 3'-конце — последовательность ЦЦА; тРНК узнает соответствующий кодон в мРНК и переносит нужную аминокислоту в растущей полипептидной цепи.

Узнавание кодона мРНК осуществляется с помощью антикодона транспортной РНК — специфичной для каж­дой аминокислоты последовательности трех оснований тРНК, ком­плементарных данному кодону мРНК. Аминокислота присоединя-ется к 3'-концу тРНК с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы.

Таким образом, тРНК играют связующую роль между мРНК и белком.