РНК, виды, строение, функции

В отличие от ДНК, локализованной, прежде всего в хромосомах ядра, РНК имеются в ядре, ядрышке и в особых многочисленных мельчайших органеллах – рибосомах. РНК также представляет собой цепочку нуклеотидов, но при этом азотистые основания связаны с остатками другого сахара – рибозы. Нуклеотиды РНК также содержат одно из четырех оснований, но одно из оснований, присутствующих в ДНК, – тимин – заменено в РНК на урацил. Существенное отличие молекул РНК также в том, что эти молекулы состоят не из двух цепей нуклеотидов, а из одной. Молекулярный вес РНК достигает 1,5 – 2 млн, в то время как вес ДНК – до 100 – 200 млн.Соответственно не так велико и количество оснований, составляющих молекулы РНК, - 4 – 6 тыс. Различают несколько видов РНК: информационная (матричная), рибосомальная, транспортная и затравочная. Все виды РНК образуются в ядре.

Информационная РНК образуется при считывании информации с ДНК, при этом последовательность нуклеотидов в ДНК как бы переписывается в комплементарную последовательность нуклеотидов РНК (транскрипция), но вместо тимина – урацил. На долю и-РНК приходится 1-10% от всех РНК. И-РНК определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи (белке) – трансляция. В молекулу входит от 300-3000 нуклеотидов, относительная молекулярная масса от нескольких сотен тысяч до 2000000. Существует в двух фракциях: зрелая и незрелая.

Рибосомальная РНК составляет основную массу РНК клетки (70-80%) и включает в себя до 3000-5000 нуклеотидов. Из р-РНК построен структурный каркас рибосом, ей принадлежит важная роль в инициации, окончании синтеза и отщеплении готовых молекул белка от рибосом. Р-РНК представлена тремя видами: высокополимерной Р-РНК большой субъединицы с молекулярной массой 1,0-1,5 х 10⁶, высокополимерной Р-РНК малой субъединицы с молекулярной массой 0,5-0,8 х 10⁶ и низкомолекулярной р-РНК с молекулярной массой около 4,0 х 10⁴, входящей в состав большой субъединицы.

Транспортная РНК (10%) – состоит из 70-100 нуклеотидов, обладает относительно небольшой молекулярной массой 25-30 х 10³, содержится в цитоплазме клеток и осуществляет перенос аминокислот к рибосомам. Имеет вид клеверного листа. На одном из концов имеет акцепторный участок, к которому прикрепляется определенная аминокислота, на другом – участок, в котором располагается антикодон – три нуклеотида, комплементарные кодону и-РНК.

Затравочная РНК (Z-РНК) – короткие молекулы полинуклеотидов, необходимые для синтеза фрагментов Оказаки отстающей цепи ДНК при репликации, составляет около 0,1% от всех видов РНК.

2.6. Биосинтез белка – основа реализации наследственной информации

В нашем организме, как и в организме других живых существ, происходит постоянный синтез самых разнообразных и сложных белковых молекул. В настоящее время показано, что биосинтез белков представляет собой сложный многоступенчатый процесс, в котором точно воспроизводится специфическая структура каждого белка, обеспечивающая его уникальные биологические свойства. Как известно, в состав белков входит одна или несколько полипептидных цепей, состоящих в свою очередь из различных комбинаций 20 разных аминокислот. Длина полипептидной цепи варьирует в широких пределах. У большинства белков полипептидные цепи состоят из 100-200 аминокислотных остатков. Последовательность аминокислот в полипептидных цепях определяет важнейшую характеристику белка – его первичную структуру, от которой, в конечном счете, зависят и его биологические свойства. Последовательность аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК, которая является уникальной не только для данного биологического вида, но даже и для индивидуума. Важнейшая роль в синтезе белков принадлежит нуклеиновым кислотам – дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК), рассмотренными нами выше.

Процесс биосинтеза белка в клетке состоит из транскрипции, процессинга и трансляции.

Транскрипция – процесс, в котором последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК переписывается в комплементарную ей последовательность и-РНК. Транскрипция осуществляется в несколько этапов: 1) связывание РНК-полимеразы с промотором → 2) инициация – начало синтеза → 3) элонгация – рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой нити ДНК → 4) терминация – завершение синтеза и-РНК.

И-РНК образовавшаяся в результате транскрипции называется незрелой, т.к. имеет в своем составе интроны (неинформативные участки) и экзоны (несущие информацию о белке). Процесс созревания – вырезание неинформативных участков – интронов называется процессингом и в нем принимают участие ферменты рестриктазы. А процесс сшивания экзонов – сплайсинг происходит с помощью ферментов лигаз.

В структуре зрелой и-РНК выделяют: 1) инициирующую часть: колпачок (узнает малую субъединицу рибосомы), лидер-кодон (присоединяется к комлементарному ему участку малой субъединицы рибосомы), стартовый кодон (АУГ – формил-метионин); 2) кодирующая часть (элонгатор) – экзоны, которые кодируют аминокислоты белка; 3) терминатор – триплет (УАА, УАГ, УГА), заканчивающий трансляцию – нонсенс-триплет, за которым следует полиадениловая последовательность.

Трансляция – это процесс реализации информации, закодированной в структуре м-РНК, в последовательность аминокислотных остатков белка. Идет в цитоплазме клеток, на рибосомах, имеющих аминоацильный центр (фиксация т-РНК с аминокислотой) и пептидный центр (образуются пептидные связи между аминокислотами). Выделяют несколько этапов трансляции: 1) инициация – начало синтеза полипептидной цепи, заключается в объединении двух находящихся до этого порознь в цитоплазме субчастиц рибосомы на определенном участке м-РНК и присоединение к ней первой аминоацил-т-РНК, что определяет рамку считывания информации;

2) элонгация – удлинение цепи пептида, включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Элонгация состоит из трех повторяющихся процессов: связывание новой т-РНК, транспептидации и транслокации, циклически повторяющиеся события;

3) терминация – завершение синтеза полипептида связано с узнаванием специфическим рибосомным белком одного из терминирующих кодонов (УАА, УАГ, УГА).