L'RNA è una componente essenziale dei meccanismi genetici molecolari della cellula. Il contenuto di acidi ribonucleici è una piccola percentuale del suo peso secco e circa il 3-5% di questa quantità ricade sull'RNA messaggero (mRNA), che è direttamente coinvolto nella sintesi proteica, contribuendo all'implementazione del genoma.
La molecola di mRNA codifica la sequenza amminoacidica della proteina letta dal gene. Pertanto, l'acido ribonucleico della matrice è altrimenti chiamato informativo (mRNA).
Caratteristiche generali
Come tutti gli acidi ribonucleici, l'RNA messaggero è una catena di ribonucleotidi (adenina, guanina, citosina e uracile) collegati tra loro da legami fosfodiestere. Molto spesso, l'mRNA ha solo una struttura primaria, ma in alcuni casi ha una struttura secondaria.
Ci sono decine di migliaia di specie di mRNA in una cellula, ognuna delle quali è rappresentata da 10-15 molecole corrispondenti a un sito specifico nel DNA. L'mRNA contiene informazioni sulla struttura di uno o piùbatteri) proteine. La sequenza amminoacidica è presentata come triplette della regione codificante della molecola di mRNA.
Ruolo biologico
La funzione principale dell'RNA messaggero è implementare l'informazione genetica trasferendola dal DNA al sito di sintesi proteica. In questo caso, l'mRNA svolge due compiti:
- riscrive le informazioni sulla struttura primaria della proteina dal genoma, che viene effettuata nel processo di trascrizione;
- interagisce con l'apparato di sintesi proteica (ribosomi) come matrice semantica che determina la sequenza di amminoacidi.
In re altà, la trascrizione è la sintesi dell'RNA, in cui il DNA funge da stampo. Tuttavia, solo nel caso dell'RNA messaggero questo processo ha il valore di riscrivere le informazioni sulla proteina dal gene.
È l'mRNA il principale mediatore attraverso il quale viene effettuato il percorso dal genotipo al fenotipo (DNA-RNA-proteina).
La vita dell'mRNA in una cellula
L'RNA del messaggero vive nella cellula per un tempo molto breve. Il periodo di esistenza di una molecola è caratterizzato da due parametri:
- L'emivita funzionale è determinata dalla capacità dell'mRNA di fungere da modello ed è misurata dalla riduzione della quantità di proteine sintetizzate per molecola. Nei procarioti, questa cifra è di circa 2 minuti. Durante questo periodo, la quantità di proteine sintetizzate viene dimezzata.
- L'emivita chimica è determinata dalla riduzione delle molecole di RNA messaggero capaci di ibridarsi(composto complementare) con DNA, che caratterizza l'integrità della struttura primaria.
L'emivita chimica è solitamente più lunga dell'emivita funzionale, poiché una leggera degradazione iniziale della molecola (ad esempio, una singola rottura nella catena ribonucleotidica) non impedisce ancora l'ibridazione con il DNA, ma previene già le proteine sintesi.
L'emivita è un concetto statistico, quindi l'esistenza di una particolare molecola di RNA può essere significativamente maggiore o minore di questo valore. Di conseguenza, alcuni mRNA hanno il tempo di essere tradotti più volte, mentre altri vengono degradati prima che la sintesi di una molecola proteica sia completata.
In termini di degradazione, gli mRNA eucariotici sono molto più stabili di quelli procariotici (l'emivita è di circa 6 ore). Per questo motivo, sono molto più facili da isolare dalla cellula intatta.
struttura dell'mRNA
La sequenza nucleotidica dell'RNA messaggero comprende regioni tradotte, in cui è codificata la struttura primaria della proteina, e regioni non informative, la cui composizione differisce nei procarioti e negli eucarioti.
La regione di codifica inizia con un codone di iniziazione (AUG) e termina con uno dei codoni di terminazione (UAG, UGA, UAA). A seconda del tipo di cellula (nucleare o procariotica), l'RNA messaggero può contenere una o più regioni di traduzione. Nel primo caso si chiama monocistronico e nel secondo policistronico. Quest'ultimo è caratteristico solo di batteri e archei.
Caratteristiche della struttura e del funzionamento dell'mRNA nei procarioti
Processi di trascrizione nei procariotie le traduzioni avvengono simultaneamente, quindi l'RNA messaggero ha solo una struttura primaria. Proprio come negli eucarioti, è rappresentato da una sequenza lineare di ribonucleotidi, che contiene regioni informative e non codificanti.
La maggior parte degli mRNA di batteri e archei sono policistronici (contengono diverse regioni codificanti), il che è dovuto alla particolarità dell'organizzazione del genoma procariotico, che ha una struttura a operone. Ciò significa che le informazioni su diverse proteine sono codificate in una trascrizione di DNA, che viene successivamente trasferita all'RNA. Una piccola parte dell'RNA messaggero è monocistronica.
Le regioni non tradotte di mRNA batterico sono rappresentate da:
- sequenza leader (situata all'estremità 5`);
- sequenza del trailer (o fine) (che si trova all'estremità 3`);
- regioni intercistroniche non tradotte (distanziatori) - situate tra le regioni codificanti dell'RNA policistronico.
La lunghezza delle sequenze intercistroniche può variare da 1-2 a 30 nucleotidi.
MRNA eucariotico
L'mRNA eucariotico è sempre monocistronico e contiene un insieme più complesso di regioni non codificanti che includono:
- cap;
- 5`-area non tradotta (5`NTR);
- 3`-area non tradotta (3`NTR);
- coda di poliadenilico.
La struttura generalizzata dell'RNA messaggero negli eucarioti può essere rappresentata comeschemi con la seguente sequenza di elementi: cap, 5`-UTR, AUG, regione traslata, stop codon, 3`UTR, poly-A-tail.
Negli eucarioti, i processi di trascrizione e traduzione sono separati sia nel tempo che nello spazio. L'RNA messaggero acquisisce un cappuccio e una coda di poliadenilico durante la maturazione, che viene chiamata elaborazione, e quindi viene trasportato dal nucleo al citoplasma, dove si concentrano i ribosomi. L'elaborazione elimina anche gli introni che vengono trasferiti all'RNA dal genoma eucariotico.
Dove vengono sintetizzati gli acidi ribonucleici
Tutti i tipi di RNA sono sintetizzati da speciali enzimi (RNA polimerasi) basati sul DNA. Di conseguenza, la localizzazione di questo processo nelle cellule procariotiche ed eucariotiche è diversa.
Negli eucarioti, la trascrizione avviene all'interno del nucleo, in cui il DNA è concentrato sotto forma di cromatina. Allo stesso tempo, viene sintetizzato per primo il pre-mRNA, che subisce una serie di modifiche e solo dopo viene trasportato nel citoplasma.
Nei procarioti, il luogo in cui vengono sintetizzati gli acidi ribonucleici è la regione del citoplasma che confina con il nucleoide. Gli enzimi che sintetizzano l'RNA interagiscono con le anse despiralizzate della cromatina batterica.
Meccanismo di trascrizione
La sintesi dell'RNA messaggero si basa sul principio di complementarità degli acidi nucleici ed è svolta da RNA polimerasi che catalizzano la chiusura del legame fosfodiestere tra i ribonucleosidi trifosfati.
Nei procarioti, l'mRNA è sintetizzato dallo stesso enzima delle altre specieribonucleotidi e negli eucarioti dalla RNA polimerasi II.
La trascrizione comprende 3 fasi: inizio, allungamento e terminazione. Nella prima fase, la polimerasi si attacca al promotore, un sito specializzato che precede la sequenza codificante. Nella fase di allungamento, l'enzima costruisce la catena dell'RNA aggiungendo nucleotidi alla catena che interagiscono in modo complementare con la catena del DNA stampo.
