RNA هو عنصر أساسي في الآليات الوراثية الجزيئية للخلية. محتوى الأحماض النووية الريبية هو نسبة قليلة من وزنها الجاف ، وحوالي 3-5٪ من هذه الكمية تقع على الرنا المرسال (mRNA) ، الذي يشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين ، مما يساهم في تنفيذ الجينوم.
يشفر جزيء mRNA تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين المقروء من الجين. لذلك ، يسمى حمض المصفوفة الريبونوكلييك بالمعلومات (مرنا).
الخصائص العامة
مثل جميع الأحماض النووية الريبية ، فإن الرنا الرسول عبارة عن سلسلة من الريبونوكليوتيدات (الأدينين ، الجوانين ، السيتوزين واليوراسيل) متصلة ببعضها البعض بواسطة روابط فوسفوديستر. في أغلب الأحيان ، يحتوي mRNA على بنية أولية فقط ، ولكن في بعض الحالات يكون له هيكل ثانوي.
هناك عشرات الآلاف من أنواع الرنا المرسال في الخلية ، كل منها مُمَثَّل بـ 10-15 جزيء يتوافق مع موقع معين في الحمض النووي. يحتوي mRNA على معلومات حول بنية واحد أو أكثرالبكتيريا) البروتينات. يتم تقديم تسلسل الأحماض الأمينية على شكل ثلاثة توائم من منطقة الترميز لجزيء الرنا المرسال.
الدور البيولوجي
الوظيفة الرئيسية للرسول RNA هي تنفيذ المعلومات الجينية عن طريق نقلها من DNA إلى موقع تخليق البروتين. في هذه الحالة ، يؤدي mRNA مهمتين:
- يعيد كتابة المعلومات حول البنية الأولية للبروتين من الجينوم ، والتي تتم في عملية النسخ ؛
- يتفاعل مع جهاز تصنيع البروتين (الريبوسومات) كمصفوفة دلالية تحدد تسلسل الأحماض الأمينية.
في الواقع ، النسخ هو توليف الحمض النووي الريبي ، حيث يعمل الحمض النووي كقالب. ومع ذلك ، فقط في حالة الحمض النووي الريبي المرسال ، يكون لهذه العملية قيمة إعادة كتابة المعلومات حول البروتين من الجين.
إن mRNA هو الوسيط الرئيسي الذي يتم من خلاله تنفيذ المسار من النمط الجيني إلى النمط الظاهري (DNA-RNA-protein).
عمر mRNA في الخلية
يعيش Messenger RNA في الخلية لفترة قصيرة جدًا. تتميز فترة وجود جزيء واحد بمعاملتين:
- يتم تحديد نصف العمر الوظيفي من خلال قدرة mRNA على العمل كقالب ويتم قياسه من خلال تقليل كمية البروتين المركب لكل جزيء. في بدائيات النوى ، هذا الرقم حوالي دقيقتين. خلال هذه الفترة ، يتم خفض كمية البروتين المركب إلى النصف.
- يتم تحديد نصف العمر الكيميائي عن طريق تقليل جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال القادرة على التهجين(مركب مكمل) بالحمض النووي الذي يميز سلامة الهيكل الأساسي
عادة ما يكون عمر النصف الكيميائي أطول من نصف العمر الوظيفي ، لأن التحلل الأولي الطفيف للجزيء (على سبيل المثال ، كسر واحد في سلسلة الريبونوكليوتيد) لا يمنع التهجين مع الحمض النووي ، ولكنه يمنع البروتين بالفعل التوليف.
نصف العمر هو مفهوم إحصائي ، لذا فإن وجود جزيء RNA معين يمكن أن يكون أعلى أو أقل بكثير من هذه القيمة. ونتيجة لذلك ، فإن بعض الرنا المرسال لديها وقت لترجمتها عدة مرات ، بينما يتحلل البعض الآخر قبل اكتمال تخليق جزيء بروتين واحد.
من حيث التدهور ، تكون mRNAs حقيقية النواة أكثر استقرارًا من تلك بدائية النواة (نصف العمر حوالي 6 ساعات). لهذا السبب ، يسهل عزلهم عن الخلية السليمة.
هيكل مرنا
يتضمن تسلسل النيوكليوتيدات للحمض النووي الريبي المرسال مناطق مترجمة ، حيث يتم تشفير البنية الأولية للبروتين ، ومناطق غير إعلامية ، يختلف تكوينها في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.
تبدأ منطقة التشفير بكودون بدء (AUG) وتنتهي بأحد أكواد الإنهاء (UAG ، UGA ، UAA). اعتمادًا على نوع الخلية (النووية أو بدائية النواة) ، قد يحتوي الرنا المرسال على منطقة ترجمة واحدة أو أكثر. في الحالة الأولى ، يطلق عليه اسم monocistronic ، وفي الحالة الثانية - polycistronic. هذا الأخير مميز فقط للبكتيريا والعتائق.
ميزات هيكل وعمل mRNA في بدائيات النوى
عمليات النسخ في بدائيات النوىوتتم الترجمات في وقت واحد ، لذلك فإن الرنا الرسول له بنية أساسية فقط. تمامًا كما هو الحال في حقيقيات النوى ، يتم تمثيله بواسطة تسلسل خطي من الريبونوكليوتيدات ، والذي يحتوي على مناطق إعلامية وغير مشفرة.
معظم الرنا المرسال للبكتيريا والعتائق هي متعددة الإيقاع (تحتوي على العديد من مناطق الترميز) ، ويرجع ذلك إلى خصوصية تنظيم الجينوم بدائية النواة ، الذي له بنية أوبرون. هذا يعني أن المعلومات حول العديد من البروتينات يتم ترميزها في نسخة واحدة من الحمض النووي ، والتي يتم نقلها لاحقًا إلى الحمض النووي الريبي. جزء صغير من الرسول RNA أحادي النظام.
يتم تمثيل المناطق غير المترجمة من الرنا المرسال البكتيري بـ:
- تسلسل الزعيم (الموجود في نهاية 5`) ؛
- تسلسل المقطورة (أو النهاية) (الموجود في 3` نهاية) ؛
- المناطق غير المترجمة (الفواصل) - تقع بين مناطق تشفير الحمض النووي الريبي متعدد الكواكب.
يمكن أن يتراوح طول التتابعات بين الإلكترونات من 1-2 إلى 30 نيوكليوتيدات.
حقيقيات النوى مرنا
حقيقيات النوى mRNA هو دائمًا أحادي النواة ويحتوي على مجموعة أكثر تعقيدًا من المناطق غير المشفرة التي تشمل:
- غطاء ؛
- 5` منطقة غير مترجمة (5`NTR) ؛
- 3` منطقة غير مترجمة (3`NTR) ؛
- ذيل بولي ادينيل.
يمكن تمثيل البنية العامة للرسول RNA في حقيقيات النوى على أنهامخططات مع التسلسل التالي من العناصر: cap، 5`-UTR، AUG، المنطقة المترجمة، كودون الإيقاف، 3`UTR، poly-A-tail.
في حقيقيات النوى ، يتم فصل عمليات النسخ والترجمة في كل من الزمان والمكان. يكتسب الحمض النووي الريبي المرسال غطاء وذيل بولي أدينيل أثناء النضج ، وهو ما يسمى المعالجة ، ثم يتم نقله من النواة إلى السيتوبلازم ، حيث تتركز الريبوسومات. تقطع المعالجة أيضًا الإنترونات التي يتم نقلها إلى الحمض النووي الريبي من جينوم حقيقيات النواة.
حيث يتم تصنيع الأحماض الريبية
يتم تصنيع جميع أنواع RNA بواسطة إنزيمات خاصة (RNA polymerases) على أساس DNA. وفقًا لذلك ، يختلف توطين هذه العملية في الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة.
في حقيقيات النوى ، يتم النسخ داخل النواة ، حيث يتركز الحمض النووي في شكل كروماتين. في الوقت نفسه ، يتم تصنيع ما قبل الرنا المرسال أولاً ، والذي يخضع لعدد من التعديلات وبعد ذلك يتم نقله إلى السيتوبلازم.
في بدائيات النوى ، المكان الذي يتم فيه تصنيع الأحماض النووية الريبية هو منطقة السيتوبلازم المتاخمة للنواة. تتفاعل إنزيمات تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) مع حلقات غير متصاعدة من الكروماتين البكتيري.
آلية النسخ
يعتمد تخليق الرنا المرسال على مبدأ تكامل الأحماض النووية ويتم تنفيذه بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي الذي يحفز إغلاق رابطة فوسفوديستر بين ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد.
في بدائيات النوى ، يتم تصنيع الرنا المرسال بواسطة نفس الإنزيم مثل الأنواع الأخرىالريبونوكليوتيدات ، وفي حقيقيات النوى بواسطة RNA polymerase II.
يتضمن النسخ 3 مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء. في المرحلة الأولى ، يرتبط البوليميراز بالمحفز ، وهو موقع متخصص يسبق تسلسل الترميز. في مرحلة الاستطالة ، يبني الإنزيم سلسلة RNA عن طريق إضافة نيوكليوتيدات إلى السلسلة التي تتفاعل بشكل مكمل مع سلسلة DNA النموذجية.
