4.5.1. Структура и функции мРнк

мРНК – матричная РНК составляет 3% от всей РНК клетки. Это короткоживущая молекула с молекулярной массой, колеблющейся в широких пределах и доходящей до 14*10⁶ кДа. Функцией мРНК явля-

ется перенос информации с молекулы ДНК на молекулу белка. То есть, мРНК является матрицей для синтеза белка, посредником (messen- ger) между ДНК и белком. Имеется огромное количество видов мРНК, соответствующее количеству белков клетки, но первичная структура всех молекул мРНК имеют сходный план строения и содержит несколько областей с различной функциональной ролью (рис.104):

I. Колпачок (кэп) - участок из 1-4 модифицированных нуклеотидов, который находится на 5'-конце. Первым нуклеотидом всегда является 7-метилгуанилат. Колпачок является результатом модификации 5'-конца молекулы мРНК, которая происходит на стадии элонгации транск- рипции. Кэпирование 5'-конца осуществляет фермент гуанилтранс- фераза, который присоединяет молекулу ГДФ (одна связь гидролизи- руется предварительно гуанилтрансферазой.) 5'-концом к 5'-концу уже синтезированного фрагмента РНК с образованием 5',5'-фосфодиэфирной связи. В результате образуется последовательность Г-ффф-А-ф-Nф, где остаток гуанина (Г) находится в обратной ориентации по отношению к другим нуклеотидам мРНК, с образованием последовательности (7-метил-Г)5'5'-ф-ф-ф-(2-0-метилХ)-3'-ф-(2-0-метилУ)-ф-3'. Затем остаток гуанина метилируется, с образованием 7-метилгуанозина.

Рис. 104. Схема расположения функциональных участков на молекуле

мРНК (Из: Жимулев, 2007)

Следующие 2-3 нуклеотида кэпа также метилируютя по 2′-положе- нию рибозы. Модифицированный 5′-конец обеспечивает:

1) инициацию трансляции – рибосома узнает инициирующие кодо- ны АУГ только в присутствии кэпа;

2) удлиняет время жизни мРНК, защищая от действия ферментов - 5′-экзонуклеаз, которые могут гидролизовать только 3′-5′-фосфоди- эфирную связь; 5′,5′-фосфодиэфирная связь действию нуклеаз не подлежит;

3) кэп участвует в работе ферментой системы, обеспечивающей удаление интронов (некодирующая часть гена)

II. 5'- нетранслируемый участок (область) - последовательность из нескольких десятков нуклеотидов. Она комплиментарна одному из отделов рРНК, входящему в малую субъединицу рибосомы, поэтому она отвечает за первичное связывание мРНК с рибосомой.

III. Инициирующий кодон (AUG) - последовательность нуклео- тидов, с которой начинается трансляция любых мРНК. Кодон АУГ, соответствуюет метионину у эукариот и формилметионину у прокариот. После завершения синтеза белка метионин отщепляется.

IV. Кодирующая часть (транслируемая область) - последователь- ность нуклеотидов, которая содержит информацию о последовательности аминокислот в белке.

V. Кодон терминации (стоп-кодон) - один из 3 бессмысленных кодонов: УАА, УГА,УАГ.

VI. 3'- нетранслируемый участок - последовательность нуклео- тидов, превышающая по длине 5'-нетранслируемый участок. Является субстратом для присоединения поли-(А) -«хвоста» (поли-(А)-фрагмента).

VII. Поли-(А)-фрагмент - это последовательность из 150-200 адени- ловых нуклеотидов. Эти нуклеотиды присоединяются к 3'-нетранслиру- мому участку ферментом поли-А-полимеразой, образуя поли-(А)-«хвост» , который облегчает выход мРНК из ядра и защищает её от 3'-экзонуклеаз в цитоплазме. Последние 2 участка имеют отношение к регуляции про- должительности жизни мРНК. После того, как очередная рибосома закан- чивает трансляцию мРНК, от поли-(А)-фрагмента отщепляется 10-15 нук- леотидов. После разрушения поли-(А)-фрагмента, начинается распад мРНК.

На кодирующую часть приходится 60-70% нуклеотидов мРНК. В клетках молекулы мРНК практически всегда связаны с белками, кото-рые, вероятно, стабилизируют линейную структуру мРНК,то есть, препятствует образованию в кодирующей части «шпилек». Кроме того, белки могут защищать мРНК от преждевременного разрушения. Такие комплексы мРНК с белками называют информосомами.

Вторичная структура мРНК представляет собой частично упорядоченную пространственную конфигурацию с образованием «шпи- лек» на участках с равным количеством остатков аденина и урацила или гуанина и цитозина. Отчетливо выраженная вторичная структура с двуцепочными участками составляет до 25% всей мРНК. Роль участков вторичной структуры в реализации матричных функции точно не установлена. Предполагается, что «шпильки» играют определенную роль в обеспечении узнавания определенных участков рибосом при их связы- вании с мРНК (рис.105).

Третичная структура мРНК формируется при определенных значениях рh среды, ионной силы и температура в структуре со множес- твом участков с двойной спиралью (« шпильки»), которые затем взаимодействуют с образованием компактных , но бесформенных клубков (рис.106).

Рис.105. Вторичная структура м-РНК,

образующаяся при транскрипции гена белка N­nut

Рис.106. Схема третичной структуры мРНК (А) и действительно