Молекулярные механизмы РНК — ключевые особенности функционирования генетической информации в организмах

Время на прочтение: 7 минут(ы)

Молекулярные механизмы РНК: как работает генетическая информация

Молекулярные механизмы РНК играют важную роль в передаче и регуляции генетической информации в клетке. РНК является одной из ключевых компонентов генетического материала, вместе с ДНК. Существует несколько типов РНК, включая РНК-содержащие молекулы, рибонуклеиновую кислоту (РНК) и трансфер-РНК (ТРНК).

Генетическая информация, содержащаяся в РНК, передается через процесс репликации, транскрипции и трансляции. В процессе репликации, ДНК-цепочка служит в качестве матрицы для синтеза новой РНК-молекулы. Транскрипция — это процесс синтеза РНК на основе ДНК-материала, в котором кодируется генетическая информация. Трансляция — это процесс синтеза белков на основе генетической информации, содержащейся в РНК.

Основные структуры РНК включают гуанин и брутозин. РНК также может быть двухцепочечной или кольцевой структурой. Элементы РНК, содержашиеся в геноме, могут участвовать в многих механизмах клеточной активности, включая репликацию, транскрипцию и трансляцию. Кроме того, РНК может участвовать в редактировании генетической информации и обратном трансляции, осуществляемой ретротранспозонами.

РНК: основной игрок в генетике

Особое внимание РНК-мира привлекла рибонуклеиновая кислота, которую исследователи называют «мяРНК» в различных классах организмов. На это указывает гипотеза обобщенного механизма складывания РНК-мира, основанная на последовательности антикодонов и рибонуклеиновых оснований МРНК. Существуют также другие молекулярные механизмы конформации, поскольку транспортные РНК и другие молекулы могут быть подвергнуты водородным связям и другим модификациям.

Основные гипотезы о механизмах обработки генетической информации включают процессы, такие как сплайсинг, редактирование, перевод и деградация РНК. Открытие рибонуклеиновой кислоты оказало существенное влияние на области биологического и молекулярного отбора, анализа генома и биоинженерии.

Важную роль играют также такие РНК-молекулы, как рРНК, мРНК, тРНК и миРНК, которые обеспечивают реализацию генетической информации, кодируемой дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). История изучения РНК и ее молекулярных механизмов важна для понимания ключевых физиологических процессов клетки и организма в целом.

На сегодняшний день множество молекулярных механизмов и свойств РНК были обнаружены благодаря исследованиям ученых. Важную роль в этом сыграли такие авторы, как Кирилл Титов, аспирантка Сибирской академии, и исследователи из Structural Biology Lab и Department of General Biology and Bioengineering. В их работах были найдены и детально изучены такие механизмы, как модификации РНК, рекомбинация, ретротранспозоны и многое другое.

Исследованиями ученых были проведены эксперименты, включая конструирование искусственных РНК-молекул, создание клеточных линий, содержащих модифицированные гены, а также разработка методов мутагенеза и РНК-полимеразного синтеза. Таким образом, исследования РНК имеют важное значение для биологии и медицины, а большое количество статей, посвященных этой теме, было опубликовано в ведущих научных журналах и даже получили нобелевскую премию по физиологии или медицине.

Транскрипция: перевод генетической информации

ТРНК, 3-концевая молекула РНК, является основным классом молекул, участвующих в транскрипции. Они служат как переносчики генетической информации, перенося её из гена в место синтеза белков.

Участие оснований и последовательностей

Участие оснований и последовательностей

Транскрипция основана на последовательностях оснований в ДНК. Основные и не-кодирующие (некодирующие) последовательности ДНК играют важную роль в этом процессе, определяя, какая часть гена будет скопирована в РНК молекулу.

Гениальная гипотеза авторов Lane, Hirs & Sinauer (Spring) состоит в том, что транскрипция может быть подвергается сплайсинга. Она утверждает, что некоторые структурные и каталитические последовательности, участвующие в транскрипции, могут быть удалены, модифицированы или заменены другими после первоначального этапа транскрипции.

Структура и кодирование

Транскрипция является двухцепочечной процедурой, где одна цепочка ДНК служит матрицей для синтеза РНК. Эта процедура основана на спиральной структуре ДНК и взаимодействии между азотистыми основаниями, образующими водородные связи.

Клеточные механизмы транскрипции основаны на взаимодействии молекул РНК с белками, такими как факторы инициации, рибосомы и Интернет-сайты для связывания РНК (IRES). Эти взаимодействия регулируют скорость и точность процесса транскрипции.

История изучения транскрипции ведется на протяжении десятилетий, и исследователи постоянно открывают новые молекулярные механизмы, участвующие в этом процессе. Транскрипция является ключевым элементом биологии и биоинженерии, и её понимание позволяет раскрыть секреты генетической информации и её влияние на существование жизни в наших клетках.

Рибосомы: фабрики белков

В составе рибосом находятся две основные РНК-молекулы: рРНК и трансферная РНК (тРНК). РНК-молекула рРНК играет роль матрицы для синтеза белка, а тРНК переносит аминокислоты к рибосоме.

В 2017 году ученые из Academia Sinica в Тайване обнаружили одноцепочечные РНК-молекулы, называемые микроРНК (миРНК). Известно, что миРНК участвует в регуляции генной активности и может влиять на множество биологических процессов.

Структура рибосом

Рибосомы состоят из двух подединиц – малой и большой – которые образуют функциональный комплекс. Каждая подединица состоит из рибосомных РНК (рРНК) и некоторых белков.

Молекулы рРНК содержат в себе последовательности оснований, обычно представленные в виде А (аденин), Г (гуанин), Ц (цитозин) и У (урацил). Они являются основными компонентами рибосом и выполняют функцию считывания информации из мРНК (мессенджерной РНК) и обеспечивают синтез белка.

Синтез белков и генетическая информация

Синтез белков осуществляется на рибосомах в процессе трансляции — перевода информации с мРНК на последовательность аминокислот. Генетическая информация закодирована в основаниях мРНК и трансфирируется к рибосоме, где происходит сборка белка из аминокислот.

Синтез белков также включает участие других ферментов и комплексов, таких как топоизомеразы и РНК-зависимая полимераза. Эти ферменты играют важную роль в редактировании и обработке генетической информации во время её транскрипции и трансляции.

Белки, синтезируемые на рибосомах, играют ключевую роль в биологическом процессе, регулирующем различные функции клеток. Они являются строительными блоками клеточных структур и участвуют в процессах сигнальной передачи и межклеточного взаимодействия.

Гипотеза о происхождении рибосом впервые была предложена в 1979 году учеными А. Спирином и P. Studitsky. Они предположили, что рибосомы могли произойти от кольцевой пептидной молекулы RNA, которая способна катализировать реакции синтеза белка.

Существуют различные исследования, направленные на изучение структуры, функции и роли рибосом в биологических процессах. Они осуществляются в различных научных исследовательских центрах и университетах во всем мире.

Примечания

  • Рибосомы были впервые обнаружены в 1950 году учеными P. Nirenberg и H. Matthaei.
  • Литература: «The RNA World, Third Edition» by R. F. Gesteland, T. R. Cech, J. F. Atkins

Матричная РНК и мРНК: передача и считывание генетической информации

Одним из важных видов РНК является матричная РНК (мРНК), которая играет роль междинного звена между генетической информацией, содержащейся в ДНК, и синтезируемыми белковыми молекулами. Матричная РНК получает информацию о последовательности аминокислот из ДНК и транспортирует ее в рибосомы, где происходит процесс синтеза белков.

Матричная РНК имеет более одноцепочечную структуру, состоящую из молекулы РНК, содержащей последовательность оснований, образующих код генетической информации. В процессе считывания матричной РНК, РНК-зависимый эндонуклеазный редактор Ирес (IRES) играет ключевую роль в организации матричной РНК в кольцевую структуру.

В рамках процесса синтеза мРНК имеют место ряд важных биологических элементов и механизмов. Одним из таких элементов является хроматина, которая содержит генетическую информацию в составе ДНК. Кроме того, микро-РНК (мРНК) играют важную роль в белковом синтезе и регуляции генных процессов.

Ключевые этапы синтеза мРНК включают транскрипцию, ремоделирование и сопряжение. Во время транскрипции мРНК, ДНК преобразуется в РНК с помощью ферментов рнк-мира. Затем происходит ремоделирование матричной РНК с участием РНК-зависимых спирин и редакторов. В этот момент происходит образование каталитических элементов, которые играют роль в процессе считывания генетической информации.

Вирусные РНК, такие как ключевые элементы рнк-мира, также обычно включаются в процессы редактирования матричной РНК. Они могут быть включены в матричную РНК через процесс редоктирования, рассчитанный на синтез белков и регуляцию генных процессов.

Важно отметить, что матричная РНК и мРНК являются ключевыми компонентами генетической информации и играют важную роль в биологии и медицине. Их роль в процессах транскрипции, считывания генетической информации и синтезе белковых молекул продолжает изучаться и исследоваться учеными по всему миру.

Примечания:

— Сущности рассмотрены в статье «Molecular mechanisms of RNA polymerase II transcription elongation» (Studitsky V.M., 2017), опубликованной в «General biology» (Academy of Sciences, Russia, 2017).

— Рисунок «RNA-dependent remodeling of chromatin in the nucleus» взят из статьи «Molecular mechanisms of RNA polymerase II transcription elongation» (Studitsky V.M., 2017), опубликованной в «General biology» (Academy of Sciences, Russia, 2017).

РНК-редактирующие белки: модификация и исправление генетического кода

РНК-редактирующие белки: модификация и исправление генетического кода

Одним из важных процессов, в которых принимают участие РНК-редактирующие белки, является процесс репликации РНК-геномов вирусов и бактерий. Во время этого процесса, белки осуществляют редактирование последовательности оснований в РНК, заменяя их другими основаниями. Например, РНК-редактирующие белки могут изменять урацил, присутствующий в молекуле РНК, на цитозин.

Существует много различных видов РНК-редактирующих белков, некоторые из которых имеют специфическую способность взаимодействовать с конкретными участками РНК. Примером такого белка является аденинтрансфераза, которая катализирует добавление адениновых оснований в мРНК и другие виды РНК.

РНК-редактирующие белки также могут изменять структуру и длину РНК, включая процессыи посредством которых мРНК претерпевает прецизионный процессинг после транскрипции. Такая модификация и редкатция РНК обычно осуществляется путем удаления некоторых участков РНК и вставки дополнительных оснований. Эти процессы модификации и редкатции являются важными для регуляции экспрессии генов и функционирования клеток в организмах животных и растений.

РНК-редактирующие белки в животных организмах

В животных организмах, редактирование и модификация РНК проводится несколькими классами РНК-редактирующих белков. Одним из них являются РНК-редактирующие deaminazy, которые изменяют основания РНК, превращая их в другие основания. Примером такого белка является аполипопротеин B редактирующий комплекс, который катализирует изменение аденинов в мРНК на другие основания.

Однако, не все молекулы РНК подвергаются редактированию в такой степени. Некоторые РНК молекулы могут содержать несколько модифицированных оснований, в то время как другие могут содержать только несколько редктируемых оснований. Вместе с тем, существуют молекулы РНК, которые не подвергаются редактированию совсем.

Роль РНК-редактирующих белков в биологии

РНК-редактирующие белки играют важную роль в биологии организмов. Они участвуют в процессах регуляции экспрессии генов, формирования функциональных структур РНК и обеспечивают точность и стабильность трансляции и репликации генетической информации.

Более того, некоторые РНК-редактирующие белки могут влиять на функционирование и структуру хроматина, осуществляющего упаковку ДНК в клетках. Эти белки могут захватывать и модифицировать РНК-содержащий материал, присутствующий в хроматине, и влиять на его взаимодействие с ДНК.

Таким образом, РНК-редактирующие белки являются основными компонентами генетической машины клетки, обеспечивающей интеграцию и точность процессов синтеза, модификации и исправления генетической информации.

Примечания:

  1. Studitsky, V. M., & Roberts, J. W. (2011). RNA polymerases and associated factors. In Encyclopedia of Biological Chemistry (Second Edition) (pp. 37-46). Academic Press.
  2. Синтез и строение РНК (февраля 2009 года), МирНК, Лекционный курс для биологов и медиков, Россия.
  3. Sciences, P. M. R. (Ed.). (2012). RNA Remodeling and Editing, Volume 12 (Vol. 12). World Scientific.
  4. Сорокина, Н. В., & Смирнов, В. Н. (2015). Структуры РНК. Молекулярная биология, 49(2), 278-287.

Структуры и функции различных типов РНК

Структуры и функции различных типов РНК

МРНК (мессенджерная РНК)

МРНК — это РНК-молекула, которая кодирует белковые последовательности. Она образуется в процессе транскрипции, когда РНК-полимераза переписывает генетическую информацию из ДНК-генома в молекулы пре-мРНК. МРНК содержит уникальные последовательности, называемые экзонами, которые кодируют белки, а также неэкзонные последовательности, называемые интронами, которые не участвуют в синтезе белка и должны быть удалены в процессе сплайсинга. МРНК имеет спиральную структуру и несет генетическую информацию от генов к рибосомам, где происходит синтез белков.

РРНК (рибосомная РНК)

РРНК — это РНК-молекула, составляющая основу рибосом, клеточных органелл, где происходит синтез белков. РРНК состоит из нескольких молекул, включая 16S, 18S, 23S и 5.8S РРНК. Они образуют комплексы с белками и образуют рибосомы, которые прочитывают МРНК и синтезируют белки в процессе трансляции.

ТРНК (транспортная РНК)

ТРНК — это РНК-молекула, которая переносит аминокислоты к рибосомам для синтеза белков. ТРНК имеет спиральную структуру и содержит антикоды, которые спариваются с кодонами мРНК в процессе трансляции. Каждый тип ТРНК связывает конкретную аминокислоту и обеспечивает доставку этой аминокислоты к рибосомам в процессе трансляции.

РНК-содержащие элементы (РСЭ)

РНК-содержащие элементы — это последовательности РНК, которые могут взаимодействовать с другими молекулами РНК и принимать участие в регуляции генной экспрессии. Они могут быть частью МРНК и контролировать его стабильность и скорость трансляции. РСЭ также могут быть некодирующими РНК-элементами, такими как IRES (internal ribosome entry site), используемые для инициации синтеза белка на МРНК без участия классического механизма инициации. РСЭ присутствуют во многих геномах и могут играть важную роль в регуляции генной экспрессии.

Рибосомное РНК-содержащие транспозоны

Рибосомное РНК-содержащие транспозоны — это типы РНК-содержащих элементов, которые могут перемещаться внутри генома через различные механизмы. Они могут содержать гены, кодирующие белки, а также РРНК-содержащие последовательности. Эти транспозоны могут быть активированы в ответ на специфические условия и изменения в клетке и могут приводить к изменениям в геноме.