ARN és un component essencial dels mecanismes genètics moleculars de la cèl·lula. El contingut d'àcids ribonucleics és un poc per cent del seu pes sec, i al voltant del 3-5% d'aquesta quantitat recau en l'ARN missatger (ARNm), que està directament implicat en la síntesi de proteïnes, contribuint a la implementació del genoma..
La molècula d'ARNm codifica la seqüència d'aminoàcids de la proteïna llegida del gen. Per tant, l'àcid ribonucleic de la matriu també s'anomena informatiu (ARNm).
Característiques generals
Com tots els àcids ribonucleics, l'ARN missatger és una cadena de ribonucleòtids (adenina, guanina, citosina i uracil) connectats entre si per enllaços fosfodièster. Molt sovint, l'ARNm només té una estructura primària, però en alguns casos té una estructura secundària.
Hi ha desenes de milers d'espècies d'ARNm en una cèl·lula, cadascuna de les quals està representada per 10-15 molècules corresponents a un lloc específic de l'ADN. L'ARNm conté informació sobre l'estructura d'un o mésbacteris) proteïnes. La seqüència d'aminoàcids es presenta com a triplets de la regió codificant de la molècula d'ARNm.
Rol biològic
La funció principal de l'ARN missatger és implementar la informació genètica transferint-la de l'ADN al lloc de síntesi de proteïnes. En aquest cas, l'ARNm realitza dues tasques:
- reescriu informació sobre l'estructura primària de la proteïna del genoma, que es porta a terme en el procés de transcripció;
- interacciona amb l'aparell de síntesi de proteïnes (ribosomes) com a matriu semàntica que determina la seqüència d'aminoàcids.
En realitat, la transcripció és la síntesi d'ARN, en la qual l'ADN actua com a plantilla. Tanmateix, només en el cas de l'ARN missatger aquest procés té el valor de reescriure la informació sobre la proteïna del gen.
És l'ARNm el principal mediador a través del qual es realitza el camí del genotip al fenotip (ADN-ARN-proteïna).
La vida útil de l'ARNm en una cèl·lula
L'ARN missatger viu a la cèl·lula durant molt poc temps. El període d'existència d'una molècula es caracteritza per dos paràmetres:
- La vida mitjana funcional està determinada per la capacitat de l'ARNm de servir com a plantilla i es mesura per la reducció de la quantitat de proteïna sintetitzada per molècula. En els procariotes, aquesta xifra és d'aproximadament 2 minuts. Durant aquest període, la quantitat de proteïna sintetitzada es redueix a la meitat.
- La vida mitjana química està determinada per la reducció de les molècules d'ARN missatgers capaços d'hibridar-se(compost complementari) amb ADN, que caracteritza la integritat de l'estructura primària.
La semivida química acostuma a ser més llarga que la funcional, ja que una lleugera degradació inicial de la molècula (per exemple, una ruptura única de la cadena de ribonucleòtids) encara no impedeix la hibridació amb l'ADN, però ja evita la proteïna. síntesi.
La vida mitjana és un concepte estadístic, de manera que l'existència d'una molècula d'ARN particular pot ser significativament superior o inferior a aquest valor. Com a resultat, alguns ARNm tenen temps de traduir-se diverses vegades, mentre que d' altres es degraden abans que es completi la síntesi d'una molècula de proteïna.
En termes de degradació, els ARNm eucariotes són molt més estables que els procariotes (la vida mitjana és d'unes 6 hores). Per aquest motiu, són molt més fàcils d'aïllar de la cèl·lula intacte.
estructura de l'ARNm
La seqüència de nucleòtids de l'ARN missatger inclou regions traduïdes, en què es codifica l'estructura primària de la proteïna, i regions no informatives, la composició de les quals difereix en procariotes i eucariotes.
La regió de codificació comença amb un codó d'iniciació (AUG) i acaba amb un dels codons de terminació (UAG, UGA, UAA). Segons el tipus de cèl·lula (nuclear o procariota), l'ARN missatger pot contenir una o més regions de traducció. En el primer cas, s'anomena monocistrònic, i en el segon, policistrònic. Aquest últim només és característic per a bacteris i arquees.
Característiques de l'estructura i el funcionament de l'ARNm en procariotes
Processos de transcripció en procariotesi les traduccions tenen lloc simultàniament, de manera que l'ARN missatger només té una estructura primària. Igual que en els eucariotes, està representat per una seqüència lineal de ribonucleòtids, que conté regions informatives i no codificants.
La majoria dels ARNm de bacteris i arquees són policistrònics (contenen diverses regions codificants), cosa que es deu a la peculiaritat de l'organització del genoma procariota, que té una estructura d'operó. Això significa que la informació sobre diverses proteïnes està codificada en una transcripció d'ADN, que es transfereix posteriorment a l'ARN. Una petita part de l'ARN missatger és monocistrònic.
Les regions no traduïdes de l'ARNm bacterià estan representades per:
- seqüència líder (situada a l'extrem 5`);
- seqüència de tràiler (o final) (situada al final 3`);
- regions intercistròniques no traduïdes (espaiadors): situades entre les regions codificants de l'ARN policistrònic.
La longitud de les seqüències intercistròniques pot ser d'1-2 a 30 nucleòtids.
ARNm eucariota
l'ARNm eucariota és sempre monocistrònic i conté un conjunt més complex de regions no codificants que inclouen:
- cap;
- 5`-àrea no traduïda (5`NTR);
- 3`-àrea no traduïda (3`NTR);
- cua de poliadenil.
L'estructura generalitzada de l'ARN missatger en eucariotes es pot representar comesquemes amb la següent seqüència d'elements: cap, 5`-UTR, AUG, regió traduïda, codó de parada, 3`UTR, poly-A-tail.
En els eucariotes, els processos de transcripció i traducció estan separats tant en el temps com en l'espai. L'ARN missatger adquireix una tapa i una cua de poliadenil durant la maduració, que s'anomena processament, i després es transporta des del nucli fins al citoplasma, on es concentren els ribosomes. El processament també elimina els introns que es transfereixen a l'ARN del genoma eucariota.
On es sintetitzen els àcids ribonucleics
Tots els tipus d'ARN es sintetitzen mitjançant enzims especials (ARN polimerases) basats en l'ADN. En conseqüència, la localització d'aquest procés en cèl·lules procariotes i eucariotes és diferent.
En els eucariotes, la transcripció es realitza a l'interior del nucli, en el qual es concentra l'ADN en forma de cromatina. Al mateix temps, primer es sintetitza el pre-ARNm, que pateix una sèrie de modificacions i només després es transporta al citoplasma.
En els procariotes, el lloc on es sintetitzen els àcids ribonucleics és la regió del citoplasma que voreja el nucleoide. Els enzims de síntesi d'ARN interaccionen amb bucles despiralitzats de cromatina bacteriana.
Mecanisme de transcripció
La síntesi d'ARN missatger es basa en el principi de complementarietat dels àcids nucleics i es realitza per ARN polimerases que catalitzen el tancament de l'enllaç fosfodièster entre els ribonucleòsids trifosfats.
En els procariotes, l'ARNm es sintetitza pel mateix enzim que altres espèciesribonucleòtids, i en eucariotes per ARN polimerasa II.
La transcripció inclou 3 etapes: iniciació, allargament i terminació. En la primera etapa, la polimerasa s'uneix al promotor, un lloc especialitzat que precedeix la seqüència codificant. En l'etapa d'allargament, l'enzim construeix la cadena d'ARN afegint nucleòtids a la cadena que interaccionen complementàriament amb la cadena d'ADN plantilla.
