RNA adalah komponen penting dari mekanisme genetik molekuler sel. Kandungan asam ribonukleat adalah beberapa persen dari berat keringnya, dan sekitar 3-5% dari jumlah ini jatuh pada messenger RNA (mRNA), yang terlibat langsung dalam sintesis protein, berkontribusi pada implementasi genom.
Molekul mRNA mengkode urutan asam amino dari protein yang dibaca dari gen. Oleh karena itu, asam ribonukleat matriks disebut sebagai informasional (mRNA).
Karakteristik umum
Seperti semua asam ribonukleat, messenger RNA adalah rantai ribonukleotida (adenin, guanin, sitosin, dan urasil) yang terhubung satu sama lain melalui ikatan fosfodiester. Paling sering, mRNA hanya memiliki struktur primer, tetapi dalam beberapa kasus memiliki struktur sekunder.
Ada puluhan ribu spesies mRNA dalam sel, masing-masing diwakili oleh 10-15 molekul yang sesuai dengan situs tertentu dalam DNA. mRNA berisi informasi tentang struktur satu atau lebihbakteri) protein. Urutan asam amino disajikan sebagai triplet dari daerah pengkode molekul mRNA.
Peran biologis
Fungsi utama messenger RNA adalah untuk mengimplementasikan informasi genetik dengan mentransfernya dari DNA ke tempat sintesis protein. Dalam hal ini, mRNA melakukan dua tugas:
- menulis ulang informasi tentang struktur primer protein dari genom, yang dilakukan dalam proses transkripsi;
- berinteraksi dengan aparatus sintesis protein (ribosom) sebagai matriks semantik yang menentukan urutan asam amino.
Sebenarnya, transkripsi adalah sintesis RNA, di mana DNA bertindak sebagai cetakan. Namun, hanya dalam kasus messenger RNA, proses ini memiliki nilai untuk menulis ulang informasi tentang protein dari gen.
Ini adalah mRNA yang merupakan mediator utama melalui mana jalan dari genotipe ke fenotipe (DNA-RNA-protein) dilakukan.
Masa hidup mRNA dalam sel
Messenger RNA hidup di dalam sel untuk waktu yang sangat singkat. Periode keberadaan satu molekul ditandai oleh dua parameter:
- Waktu paruh fungsional ditentukan oleh kemampuan mRNA untuk berfungsi sebagai cetakan dan diukur dengan pengurangan jumlah protein yang disintesis per molekul. Pada prokariota, angka ini kira-kira 2 menit. Selama periode ini, jumlah protein yang disintesis menjadi setengahnya.
- Waktu paruh kimia ditentukan oleh reduksi molekul messenger RNA yang mampu hibridisasi(senyawa komplementer) dengan DNA, yang mencirikan integritas struktur primer.
Waktu paruh kimia biasanya lebih lama daripada waktu paruh fungsional, karena sedikit degradasi awal molekul (misalnya, pemutusan tunggal pada rantai ribonukleotida) belum mencegah hibridisasi dengan DNA, tetapi sudah mencegah protein sintesis.
Waktu paruh adalah konsep statistik, jadi keberadaan molekul RNA tertentu bisa jauh lebih tinggi atau lebih rendah dari nilai ini. Akibatnya, beberapa mRNA memiliki waktu untuk diterjemahkan beberapa kali, sementara yang lain terdegradasi sebelum sintesis satu molekul protein selesai.
Dalam hal degradasi, mRNA eukariotik jauh lebih stabil daripada prokariotik (waktu paruh sekitar 6 jam). Untuk alasan ini, mereka lebih mudah diisolasi dari sel utuh.
mRNA struktur
Urutan nukleotida messenger RNA mencakup daerah translasi, di mana struktur utama protein dikodekan, dan daerah non-informatif, yang komposisinya berbeda pada prokariota dan eukariota.
Wilayah pengkodean dimulai dengan kodon inisiasi (AUG) dan diakhiri dengan salah satu kodon terminasi (UAG, UGA, UAA). Tergantung pada jenis sel (nuklir atau prokariotik), RNA pembawa pesan dapat berisi satu atau lebih daerah translasi. Dalam kasus pertama, itu disebut monokistronik, dan yang kedua - polikistronik. Yang terakhir adalah karakteristik hanya untuk bakteri dan archaea.
Fitur struktur dan fungsi mRNA pada prokariota
Proses transkripsi pada prokariotadan translasi terjadi secara bersamaan, sehingga RNA messenger hanya memiliki struktur primer. Sama seperti pada eukariota, ini diwakili oleh urutan linier ribonukleotida, yang berisi daerah informasi dan non-coding.
Kebanyakan mRNA bakteri dan archaea adalah polikistronik (mengandung beberapa daerah pengkodean), yang disebabkan oleh kekhasan organisasi genom prokariotik, yang memiliki struktur operon. Ini berarti bahwa informasi tentang beberapa protein dikodekan dalam satu transkripsi DNA, yang kemudian ditransfer ke RNA. Sebagian kecil dari messenger RNA adalah monocistronic.
Bagian mRNA bakteri yang tidak diterjemahkan diwakili oleh:
- urutan pemimpin (terletak di ujung 5`);
- trailer (atau akhir) urutan (terletak di 3`-end);
- daerah intercistronic (spacer) yang tidak diterjemahkan - terletak di antara daerah pengkodean RNA polikistronik.
Panjang sekuens intercistronic bisa dari 1-2 hingga 30 nukleotida.
mRNA eukariotik
MRNA eukariotik selalu monokistronik dan berisi kumpulan daerah non-coding yang lebih kompleks yang meliputi:
- cap;
- 5`-area yang belum diterjemahkan (5`NTR);
- 3`-area yang belum diterjemahkan (3`NTR);
- ekor poliadenil.
Struktur umum messenger RNA pada eukariota dapat direpresentasikan sebagaiskema dengan urutan elemen berikut: cap, 5`-UTR, AUG, daerah yang diterjemahkan, kodon stop, 3`UTR, poli-A-tail.
Pada eukariota, proses transkripsi dan translasi dipisahkan baik dalam ruang dan waktu. Messenger RNA memperoleh topi dan ekor poliadenil selama pematangan, yang disebut pemrosesan, dan kemudian diangkut dari nukleus ke sitoplasma, di mana ribosom terkonsentrasi. Pemrosesan juga memotong intron yang ditransfer ke RNA dari genom eukariotik.
Di mana asam ribonukleat disintesis
Semua jenis RNA disintesis oleh enzim khusus (RNA polimerase) berdasarkan DNA. Oleh karena itu, lokalisasi proses ini pada sel prokariotik dan eukariotik berbeda.
Pada eukariota, transkripsi dilakukan di dalam nukleus, di mana DNA terkonsentrasi dalam bentuk kromatin. Pada saat yang sama, pra-mRNA disintesis terlebih dahulu, yang mengalami sejumlah modifikasi dan hanya setelah itu diangkut ke sitoplasma.
Pada prokariota, tempat di mana asam ribonukleat disintesis adalah daerah sitoplasma yang berbatasan dengan nukleoid. Enzim RNA-synthesizing berinteraksi dengan loop despiralisasi kromatin bakteri.
Mekanisme transkripsi
Sintesis messenger RNA didasarkan pada prinsip komplementaritas asam nukleat dan dilakukan oleh RNA polimerase yang mengkatalisis penutupan ikatan fosfodiester antara ribonukleosida trifosfat.
Pada prokariota, mRNA disintesis oleh enzim yang sama seperti spesies lainribonukleotida, dan pada eukariota oleh RNA polimerase II.
Transkripsi mencakup 3 tahap: inisiasi, elongasi, dan terminasi. Pada tahap pertama, polimerase menempel pada promotor, situs khusus yang mendahului urutan pengkodean. Pada tahap elongasi, enzim membangun rantai RNA dengan menambahkan nukleotida ke rantai yang berinteraksi secara komplementer dengan rantai DNA template.
