8.5 : Типы РНК

Обзор

В синтезе белка участвуют три основных типа РНК: РНК-мессенджер (мРНК), передача РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК). Эти РНК выполняют различные функции и могут быть широко классифицированы как белки кодирования или некодирующие РНК. Некодирующие РНК играют важную роль в регуляции экспрессии генов в ответ на изменения в развитии и окружающей среде. Некодирующие РНК в прокариотах можно манипулировать для разработки более эффективных антибактериальных препаратов для использования человеком или животными.

РНК выполняет разнообразные, но совместимые функции во время синтеза белка

Центральная догма молекулярной биологии гласит, что ДНК содержит информацию, которая кодирует белки и РНК использует эту информацию для прямого синтеза белка. Различные типы РНК участвуют в синтезе белка. Основываясь на том, кодируют ли они белки, РНК широко классифицируется как кодируемая белком или некодирующей РНК.

Мессенджер РНК (мРНК) является белком кодирования РНК. Он состоит из кодонов-последовательностей трех нуклеотидов, кодируемых конкретной аминокислотой. Передача РНК (тРНК) и рибосомной РНК (рРНК) являются некодирующей РНК. tRNA действует как молекула адаптера, которая считывает последовательность мРНК и помещает аминокислоты в правильном порядке в растущей полипептидной цепи. рРНК и другие белки составляют рибосому – место синтеза белка в клетке. Во время трансляции рибосомы перемещаются по нити мРНК, где они стабилизируют связывание молекул тРНК и катализируют образование пептидных связей между аминокислотами. Таким образом, различные типы РНК выполняют специфические, но взаимодополняющие функции при синтезе белка.

Некодирующие РНК в эукариотах регулируют экспрессию генов

Некодирующие РНК, кроме тРНК и рРНК, первоначально считались «геномным мусором», поскольку они не кодируют белки. Тем не менее, их роль в регулировании экспрессии генов были обнаружены в течение последних нескольких десятилетий и продолжают активно исследоваться. В зависимости от их длины, некодирующие РНК могут быть классифицированы как небольшие регуляторные РНК (Lt; 100 нуклеотидов) или длинные некодирующие РНК (Nogt; 200 нуклеотидов).

Как небольшие регуляторные РНК, так и длинные некодирующие РНК регулируют экспрессию генов, изменяя различные этапы транскрипции и трансляции. Некодирующие РНК влияют на сращивание мРНК – удаление белковых некодирующих сегментов и присоединение к последовательностям кодирования белка. Таким образом, они контролируют образование различных вариантов белка из одного гена. Небольшие регуляторные РНК, такие как микроРНК (миРНК) и малые интервентирующие РНК (сиРНК), связываются с дополнительными последовательностями на мРНК и препятствуют синтезу белка либо путем блокирования доступа механизма перевода к мРНК, либо путем деградации самой мРНК. Длинные некодирующие РНК взаимодействуют с ферментами, которые химически модифицируют ДНК и гистоны - белки, которые помогают упаковать ДНК в ядро, - либо активировать, либо подавлять транскрипцию.

Некодирующие РНК в прокариотах работают как экологические датчики

РНК-опосредованная регуляция экспрессии генов широко распространена у бактерий. Регуляторные последовательности мРНК - рибопереключатели - действуют как сенсоры окружающей среды, обнаруживая изменения температуры и уровней питательных веществ.

Регуляция на основе рибосвитча зависит от образования двух взаимоисключающих и стабильных конформаций вторичной структуры РНК. Вторичная структура переключается между двумя конформациями, чтобы включить или выключить экспрессию генов в ответ на изменения окружающей среды. Например, когда бактерии Listeria monocytogenes заражают хозяина, более высокая температура тела хозяина разрушает вторичную структуру в 5 & rsquo; нетранслируемая область бактериальной мРНК. Это открывает сайт связывания рибосомы на мРНК и инициирует трансляцию белка, позволяя бактериям жить и расти в организме хозяина.

Рибопереключатели можно манипулировать для разработки эффективных антибактериальных средств

Некоторые рибопереключатели обнаруживают конечные продукты метаболических путей и служат для контроля транскрипции или трансляции с обратной связью. Например, тиаминпирофосфатный рибопереключатель регулирует биосинтез тиамина в бактериях. Когда синтезируется адекватная концентрация тиамина, он связывается с рибопереключателем и меняет его конформацию. Это изменение конформации блокирует сайт инициации трансляции и останавливает синтез белка.

Соединения, которые очень напоминают тиамин по структуре, изучаются в качестве потенциальных антибактериальных агентов. Эти препараты предназначены для связывания рибосвича в отсутствие тиамина и вызвать конформацию изменения, которые блокируют перевод белков, необходимых для биосинтеза тиамина. Так как бактерии не смогут производить это питательное вещество, он перестанет расти и в конечном итоге умрет. Поскольку рибосвиты чаще встречаются в прокариотах, чем эукариоты, рибосвич-таргетинг антибактерий будет иметь минимальное негативное воздействие на млекопитающих хозяев.