Какие свойства характерны для рнк

Синтез РНК, так же, как и синтез ДНК, осуществляется в соответствии с принципом комплементарности. В отличие от синтеза ДНК, которая реплицируется вся целиком, РНК синтезируется в виде отдельных относительно небольших (от десятков до десятков тысяч нуклеотидов) молекул.

Участок ДНК, с которого синтезируется определенная молекула РНК, называется ген (рис. 1). Синтез РНК называется транскрипцией и осуществляется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой (то есть синтезирующей РНК на матрице ДНК), или просто РНК-полимеразой (РНК-зависимые РНК-полимеразы встречаются, например, у некоторых РНК-содержащих вирусов). Этот фермент (сам или с помощью специальных белков) узнает начало гена, точнее, определенную последовательность нуклеотидов в ДНК, называемую промотором (рис. 1). 

Рис. 1

Присоединившись к промотору, РНК-полимераза расплетает участок ДНК, образуя «транскрипционный пузырь», полностью находящийся внутри молекулы фермента (рис. 2). После этого начинается синтез РНК с определенной точки молекулы ДНК (старт). В процессе синтеза используются нуклеотиды, содержащие рибозу и три фосфатных остатка, а в качестве оснований гуанин, аденин, цитозин и урацил. При этом строится цепь РНК, комплементарная только одной из цепей ДНК, называемой матричной. В строящейся цепи аденин ставится напротив тимина в матричной ДНК, гуанин — против цитозина, цитозин — против гуанина, а урацил — против аденина, т. е. образуются пары Т–А и А–У. Это происходит потому, что участки азотистого основания, участвующие в образовании комплементарных пар, у урацила и тимина одинаковы.

Та цепь ДНК, которая не используется в качестве матрицы, называется смысловой, так как последовательность нуклеотидов в ней совпадает с последовательностью синтезируемой РНК с той только разницей, что тимин в ДНК в РНК заменен на урацил.

Так же, как и при репликации, синтез РНК идет в направлении от 5’-конца к 3’-концу. По мере синтеза РНК-полимераза двигается по молекуле ДНК (в направлении от 3’-конца к 5’-концу по матричной нити), расплетая новый участок ДНК. В отличие от репликации, РНК-полимераза отделяет образуемый ею продукт (РНК) от матрицы, а матрицу снова заплетает в двойную спираль.

Во время всего процесса синтеза внутри молекулы фермента находится примерно постоянный по размеру «транскрипционный пузырь», в котором РНК-продукт связан комплементарными нуклеотидами с ДНК-матрицей, а из фермента выходит постоянно удлиняющаяся молекула РНК.

Рис. 2

Так продолжается до тех пор, пока фермент не дойдет до конца гена (рис. 1). Там находится специальная последовательность нуклеотидов, называемая терминатор. На этом месте РНК-полимераза завершает синтез. Продукт – готовая молекула РНК – отделяется от матрицы и фермента. После этого РНК-полимераза также отделяется от ДНК-матрицы и ищет новый промотор.

В результате транскрипции в клетке образуются все виды РНК. Основными из них являются:

1. Матричные, или информационные РНК (сокращенно мРНК, или иРНК), в которых закодирована последовательность аминокислот в белке.

2.  Транспортные РНК (сокращенно тРНК), переносящие активированные аминокислоты к месту синтеза белка.

3. Рибосомные РНК (сокращенно рРНК), образующие рибосомы, частицы, в которых происходит биосинтез белка.

Кроме этого, существует более 10 других видов РНК, участвующих в клеточных процессах, которые не рассматриваются в школьном курсе.

созревание (процессинг) рнк

У прокариот РНК сразу после синтеза готова к трансляции (биосинтезу белка). Говорят, что в прокариотических клетках происходит сопряжение транскрипции и трансляции, т. е. рибосомы могут присоединиться к свободному 5′-концу РНК (он освобождается первым, т. к. при синтезе нуклеиновых кислот удлиняется всегда 3′-конец) и начать ее трансляцию еще до завершения транскрипции (см. рис.). РНК – весьма нестабильная молекула и легко подвергается гидролизу; время жизни РНК прокариот обычно не превышает нескольких минут. 

У эукариот все происходит иначе. У них имеется ядро, внутри которого нет активных рибосом,  синтез белка идет исключительно в цитоплазме. Поэтому для того чтобы принять участие в трансляции, иРНК должна сначала выйти из ядра через одну из ядерных пор. Это занимает некоторое время; возможно, в связи с этим РНК эукариот имеют специальные приспособления для повышения стабильности и живут гораздо дольше (как минимум несколько часов). Эти приспособления – модификации концов, предотвращающие их деградацию (разрушение). На 5′-конце эукариотических иРНК имеется кэп («шапочка»), на 3′-конце – полиА-хвост, то есть длинная цепочка нуклеотидов с аденином (А). Она не транслируется и не кодирует аминокислот, но защищает 3′-конец и сама с течением жизни РНК постепенно разрушается. Когда хвост становится слишком коротким, то специальные ферменты откусывают кэп, и РНК деградирует. Таким образом, длина полиА-хвоста регулирует время жизни РНК. Время жизни иРНК – очень важный параметр. Чем дольше живет иРНК, тем большее количество белка успеет с нее синтезироваться. Поэтому регуляция времени жизни РНК (в частности, при участии белков, которые связываются с полиА-хвостом и стабилизируют его) является одним из уровней регуляции экспрессии гена, то есть интенсивности продукции соответствующего белка. Присоединение кэпа называется кэпированием РНК, а присоединение полиА-хвоста – полиаденилированием. 

Помимо защитных модификаций концов иРНК, у эукариот с предшественником иРНК происходит еще один важный процесс. Это вырезание из РНК незначащих участков – интронов. Дело в том, что большинство генов эукариот, в отличие от генов прокариот, содержат некодирующие участки. Они транскрибируются, т. к. находятся внутри гена, но если такая РНК начнет транслироваться, то нормального белка не получится – последовательность интрона бессмысленна, с точки зрения структуры белка это «абракадабра», и, скорее всего, синтез быстро оборвется из-за случайного стоп-кодона внутри интрона. Кодирующие участки РНК, которые перемежаются интронами, носят название экзонов. В процессе сплайсинга интроны из РНК вырезаются, а экзоны сшиваются между собой. В результате получается зрелая иРНК, не содержащая «лишних» участков. 

Все эти три процесса – кэпирование, полиаденилирование и сплайсинг – происходят с иРНК эукариот в ядре и называются вместе созреванием, или процессингом, РНК. После этого осуществляется экспорт иРНК из ядра через одну из ядерных пор. Только правильно процессированная иРНК называется зрелой и может принять участие в трансляции.

После завершения созревания иРНК выходит через ядерные поры в цитоплазму, где связывается с рибосомами и подвергается трансляции. Трансляция – это процесс биосинтеза белка. Информация о последовательности аминокислот в белке записана в генах, то есть в виде нуклеотидной последовательности ДНК, и переносится из ядра к рибосомам в виде иРНК.