Где и каким образом в клетке синтезируются рибонуклеиновые кислоты кратко

Гены и экспрессия РНК

Гены представляют собой участки ДНК, которые кодируют информацию для производства белков. Однако процесс создания белков не происходит напрямую из ДНК, а через промежуточное звено — РНК. РНК выполняет ряд важных функций в клетке, включая транспортировку генетической информации из ДНК и ее трансляцию в белки.

Экспрессия РНК — это процесс, который обеспечивает транскрипцию ДНК и синтез РНК. Он включает в себя несколько этапов: активацию гена, транскрипцию, сплайсинг, модификацию и транспортировку РНК. Процесс экспрессии РНК регулируется различными факторами, в том числе генетическими, эпигенетическими и окружающей средой.

Активация гена является первым этапом экспрессии РНК. Она происходит при необходимости производства определенного белка. На этом этапе происходит связывание различных активаторов и репрессоров с ДНК, что влияет на доступность гена для транскрипции.

Транскрипция — это процесс, при котором РНК-полимераза связывается с активированным геном и синтезирует РНК на основе шаблона ДНК. РНК, полученная в результате транскрипции, называется премессенджерной РНК (pre-mRNA) и содержит экзоны (области кодирующие информацию) и интроны (не кодирующие информацию области).

Сплайсинг — это процесс, при котором интроны удаляются из премессенджерной РНК, а экзоны объединяются, чтобы образовать окончательную мРНК. Сплайсинг позволяет клетке модифицировать информацию, кодирующуюся в гене, и получить различные варианты мРНК из одного гена.

После сплайсинга мРНК проходит через процессы модификации, такие как добавление метилированных нуклеотидов и поли-А-хвоста. Эти модификации помогают стабилизировать мРНК и защитить ее от разрушения.

Наконец, мРНК транспортируется из ядра клетки в цитоплазму, где происходит процесс трансляции, то есть процесс синтеза белка на основе информации, закодированной в мРНК.

Вся описанная выше серия событий позволяет клетке контролировать экспрессию генов и регулировать процессы в организме, определяющие его функциональность и развитие.

Что такое РНК

РНК (рибонуклеиновая кислота) — это такая же нуклеиновая кислота, как и ДНК, и во многом она очень похожа на свою более известную родственницу. В отличие от ДНК РНК обычно не формирует двойные спирали, хотя и они, и другие сложные структуры у нее иногда встречаются. Состоит РНК из почти тех же самых «единиц», или азотистых оснований: если в ДНК встречаются аденин, гуанин, тимин и цитозин, то в РНК тимин заменяется на урацил. Кроме этого отличаются сахара: в РНК это рибоза (отсюда и буква Р в аббревиатуре), а в ДНК дезоксирибоза. Азотистое основание и сахар (их совокупность называется сахаро-фосфатным остовом) составляют своего рода кирпичик для построения нуклеиновой кислоты, и они, соединяясь друг с другом через остаток фосфорной кислоты, формируют итоговую полимерную цепь.

История изучения РНК походит то на мелодраму, то на детектив. Впервые она была выделена в далеком 1868 году. Тогда швейцарский физиолог Иоганн Фридрих Мишер выделил ее вместе с ДНК в виде непонятного нового вещества, которое он назвал нуклеином — в честь клеточного ядра (по-латински nucleus). Первоначально ученые вообще не считали ДНК и РНК хоть как-то связанными друг с другом — вплоть до того, что ДНК называли нуклеином тимуса, а РНК нуклеином дрожжей. Потом удалось выяснить состав сахаров, и РНК получила свое современное название.

Следы мира РНК

Наследие мира РНК можно обнаружить в любом живом организме. Вспомним рибосомы, которые, по всей видимости, являются реликтами очень давней эпохи, ведь структурно и функционально рибосомы крайне схожи и у человека, и у дождевого червя, и у кишечной палочки. Главный переносчик энергии в клетке — молекула аденозинтрифосфата — представляет собой не что иное, как аденозин с двумя дополнительными фосфатами. Такие важнейшие молекулы, как переносчики электронов ФАД и НАД также являются модифицированными нуклеотидами. Конечно, гипотеза мира РНК ещё не доказана, да и нет гарантий, что когда-нибудь это случится. Но факт того, что важнейшие процессы в клетке протекают при активном участии РНК и рибонуклеотидов, может служить веским доводом в пользу истинности этой теории.

• Как проявляются благородство рыцарство и жестокость героев баллады кратко

    

• Как оттаивают мороженую рыбу кратко

    

• Что такое фагоциты в крови кратко и понятно

    

• Школа здравого смысла что происходит на самом деле в лепехин

    

• Что такое разлука кратко

Геномы, состоящие из РНК[]

Жизненный цикл вируса с РНК геномом на примере полиовируса

Как и ДНК, РНК может хранить информацию о биологических процессах. РНК может использоваться в качестве генома вирусов и вирусоподобных частиц. РНК-геномы можно разделить на те, которые не имеют промежуточной стадии ДНК и те, которые для размножения копируются в ДНК-копию и обратно в РНК (ретровирусы).

РНК-содержащие вирусы

Основная статья: Вирусы

Многие вирусы, например, вирус гриппа, на всех стадиях содержат геном, состоящий исключительно из РНК. РНК содержится внутри обычно белковой оболочки и реплицируется с помощью закодированных в ней РНК-зависимых РНК-полимераз. Вирусные геномы, состоящие из РНК разделяются на

• содержащие «плюс-цепь РНК», которая используется в качестве и мРНК и генома;
• «минус-цепь РНК», которая служит только геномом, а в качестве мРНК используется комплементарная ей молекула;
• двухцепоченые вирусы.

Вироиды — другая группа патогенов, содержащих РНК-геном и не содержащих белок. Они реплицируются РНК-полимеразами организма хозяина.

Ретровирусы и ретротранспозоны

У других вирусов РНК-геном есть в течение только одной из фаз жизненного цикла. Вирионы так называемых ретровирусов содержат молекулы РНК, которые при попадании в клетки хозяина служат матрицей для синтеза ДНК-копии. В свою очередь, с матрицы ДНК считывается РНК-геном. Кроме вирусов обратную транскрипции применяют и класс мобильных элементов генома — ретротранспозоны

использовать

РНК используется для разных целей. В случае рибозимов РНК обладает ферментативной активностью , в то время как аптамеры образуют более длительную связь с целевой структурой. Короткая двухцепочечная РНК в форме миРНК и кшРНК используется для временного подавления экспрессии генов посредством РНК-интерференции . РНК-вакцины — это одна из генетических вакцин, в которых антиген вырабатывается в клетках вакцинируемого человека. Некоторые системы CRISPR-Cas можно использовать для большего количества временных правок, чем для ДНК, для модификации РНК — например, для лечения заболеваний. Бесплатная платформа для создания последовательностей-мишеней РНК была выпущена в 2020 году. Первым препаратом на основе РНК был патисиран , который был одобрен EMA в Европе и FDA в США в 2018 году .

Структура и состав РНК

Молекула РНК представляет собой линейную последовательность от 75 до 10 000 нуклеотидов, закрученную в спираль (см.рисунок 1).

В основе каждого нуклеотида лежат:

• моносахарид рибоза;
• остаток фосфорной кислоты;
• азотистые основания: урацил (У), аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), которые способны образовывать между собой водородные связи.

Рисунок 1. 

Рисунок 2. 

Этот процесс — первый этап биосинтеза белка (см. рисунок 3). Полученная цепочка и-РНК является копией участка ДНК, включающей урацил (У) вместо тимина (Т). 

На втором этапе происходит

Рисунок 3. 

Подробно изучили синтез и свойства нуклеиновых кислот американские ученые А. Корнберг и С. Очоа. В 1959 году по результатам исследований им была присуждена Нобелевская премия в области биологии и биохимии.

Рибонуклеиновая кислота

РНК (рибонуклеиновая кислота), так же как и ДНК, относится к нуклеиновым кислотам. Молекулы-полимеры РНК намного меньше, чем у ДНК. Однако в зависимости от типа РНК количество входящих в них нуклеотидов-мономеров различается.

В состав нуклеотида РНК в качестве сахара входит рибоза, в качестве азотистого основания — аденит, гуанин, урацил, цитозин.

Урацил по строению и химическим свойствам близок к тимину, который обычен для ДНК. В зрелых молекулах РНК многие азотистые основания модифицированы, поэтому в реальности разновидностей азотистых оснований в составе РНК намного больше.

Рибоза в отличие от дезоксирибозы имеет дополнительную -ОН-группу (гидроксильную). Это обстоятельство позволяет РНК легче вступать в химические реакции.

Главной функцией РНК в клетках живых организмов можно назвать реализацию генетической информации.

Именно благодаря разным типам рибонуклеиновой кислоты генетический код считывается (транскрибируется) с ДНК, после чего на его основе синтезируются полипептиды (происходит трансляция). Итак, если ДНК в основном отвечает за хранение и передачу из поколения в поколение генетической информации (основной процесс – репликация), то РНК реализует эту информацию (процессы транскрипции и трансляции).

При этом транскрипция происходит на ДНК, так что этот процесс относится к обоим типам нуклеиновых кислот и тогда с этой точки зрения можно сказать, что и ДНК отвечает за реализацию генетической информации.

При более подробном рассмотрении функции РНК намного разнообразнее. Ряд молекул РНК выполняют структурную, каталитическую и другие функции.

Существует так называемая гипотеза РНК-мира, согласно которой вначале в живой природе в качестве носителя генетической информации выступали только молекулы РНК, при этом другие молекулы РНК катализировали различные реакции.

Данная гипотеза подтверждена рядом опытов, показывающих возможную эволюцию РНК. На это указывает и то, что ряд вирусов в качестве нуклеиновой кислоты, хранящей генетическую информацию, имеют молекулу РНК.

Согласно гипотезе РНК-мира ДНК появилась позже в процессе естественного отбора как более устойчивая молекула, что важно для хранения генетической информации. Выделяют три основных типа РНК (кроме них есть и другие): матричная (она же информационная), рибосомальная и транспортная

Выделяют три основных типа РНК (кроме них есть и другие): матричная (она же информационная), рибосомальная и транспортная.

Обозначаются они соответственно иРНК (или мРНК), рРНК, тРНК.

РНК-вирусы и их роль в инфекционных заболеваниях

РНК-вирусы являются одной из основных групп вирусов, причиной многих инфекционных заболеваний у людей, животных и растений. Эти вирусы содержат в своей генетической информации РНК (рибонуклеиновую кислоту), которая служит для передачи инструкций в клетках-хозяина.

РНК-вирусы способны заражать клетки живых организмов и используют их механизмы для своего размножения. Они может быть положительно-направленными (+) или отрицательно-направленными (-) по отношению к их РНК .

РНК-вирусы играют важную роль в возникновении и распространении многих респираторных, кишечных и других инфекционных заболеваний. Например, грипп, ВИЧ, гепатит С и клещевой энцефалит вызываются РНК-вирусами.

РНК-вирусы могут быть классифицированы на основе их генома и наличия ферментов, таких как ревертаза, необходимого для переписывания их генетической информации. Они могут иметь различные размеры и формы, включая линейные, кольцевые, одноцепочечные и двухцепочечные структуры.

Инфекция, вызванная РНК-вирусами, характеризуется быстрым размножением вирусов в клетках организма, что приводит к развитию симптомов болезни. РНК-вирусы могут также вызывать изменения в клетках хозяина, включая мутации и изменения функций клеток.

Благодаря быстрому размножению и высокой изменчивости РНК-вирусов, они могут эволюционировать и приспосабливаться к новым условиям, что делает их особенно опасными. Например, каждый год появляются новые штаммы гриппа, которые способны вызвать эпидемии и пандемии.

Для борьбы с инфекционными заболеваниями, вызванными РНК-вирусами, разрабатываются вакцины и противовирусные препараты. Вакцины на базе РНК-вирусов способствуют формированию иммунитета, а противовирусные препараты могут подавлять размножение вирусов и снижать тяжесть заболевания.

Итак, РНК-вирусы играют важную роль в возникновении и распространении инфекционных заболеваний. Изучение РНК-вирусов и их воздействия на клетки-хозяева помогает развитию новых методов профилактики и лечения инфекций.

Определение, структура и функции

РНК (Рибонуклеиновая кислота) — это биологическая молекула, играющая ключевую роль в передаче и хранении генетической информации у всех живых организмов

РНК отличается от другой важной молекулы, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), своей одноцепочечной структурой

Структура РНК состоит из цепочки нуклеотидов, которые включают в себя азотистые основания (аденин, урацил, цитозин и гуанин), сахар (рибоза) и фосфатные группы. Нуклеотиды соединены между собой ковалентными связями, образуя полинуклеотидную цепь, азотистые основания расположены на сахарной оси.

РНК выполняет разнообразные функции в клетке:

• Матричная РНК (мРНК) играет роль шаблона для синтеза белков в процессе трансляции. Она переносит информацию, закодированную в гене, из ядра клетки к рибосомам, где происходит процесс синтеза белка.
• Транспортная РНК (тРНК) участвует в доставке аминокислот к рибосомам при процессе синтеза белка. Она распознает специфические последовательности нуклеотидов мРНК и переносит соответствующую аминокислоту на рибосому для её добавления в линейный полипептид.
• Рибосомная РНК (рРНК) является структурной и функциональной составляющей рибосомы – места синтеза белков. Она обеспечивает катализ синтеза пептидной цепи в процессе трансляции.
• Маленькая ядерная РНК (snРНК) участвует в сплайсинге, процессе обработки прекурсорных мРНК и удалении интронных участков.
• МикроРНК (miРНК) контролирует экспрессию генов путём связывания с мРНК и блокирования её трансляции или ускорения её разложения.

Таким образом, РНК играет важную роль в клеточных процессах, связанных с передачей генетической информации и синтезом белка.

Роль переноса РНК (тРНК)

Клетки, как правило, содержат много рибосом, которые являются органеллами в цитоплазме, которые синтезируют белок по указанию сделать это. Когда мРНК попадает на рибосому, закодированные сообщения от ядра должны быть сначала расшифрованы. Трансферная РНК (тРНК) отвечает за «чтение» транскрипта мРНК.

Роль тРНК заключается в том, чтобы транслировать мРНК путем считывания кодонов в цепи (кодоны представляют собой трехосновные коды, каждый из которых соответствует аминокислоте). Кодон из трех азотистых оснований определяет, какую именно аминокислоту вырабатывать.

Трансферная РНК приносит нужную аминокислоту в рибосому в соответствии с каждым кодоном, так что аминокислота может быть добавлена ​​к растущей цепи белка.

Структура и отличие от ДНК

РНК и ДНК в сравнении

По структуре РНК похожа на ДНК . В отличие от двухцепочечной ДНК, молекулы РНК обычно одноцепочечные, но могут образовывать характерные рефолдинги на коротких отрезках с комплементарными последовательностями оснований (AU, GC), которые внутримолекулярно создают впечатление двухцепочечной спирали. Оба являются полинуклеотидами, в которых азотистые основания сахаров связаны друг с другом через диэфиры фосфорной кислоты . Одноцепочечность увеличивает количество возможностей для трехмерных структур в РНК и позволяет ей подвергаться химическим реакциям, которые ДНК не может. Каждый нуклеотид в РНК состоит из рибозы (то есть пентозы : сахара с пятью атомами углерода), фосфатного остатка и органического основания . Рибоза РНК идентична рибозе ДНК, за исключением гидроксильной группы вместо атома водорода в положении 2 ‘ в пентозном кольце (отсюда также дезоксирибонуклеиновая кислота, D NA). Это различие делает РНК менее стабильной по сравнению с ДНК, поскольку она обеспечивает гидролиз с помощью оснований: группа ОН в положении 2 ‘сахара лишена протона из-за отрицательно заряженного гидроксид-иона, а оставшийся кислород лишен своего протона. протонная кольцевая связь с фосфором, в результате чего связь со следующим нуклеотидом разрывается. РНК разбита на нуклеотиды.

В РНК входят следующие органические основания : аденин , гуанин , цитозин и урацил . Первые три основания также встречаются в ДНК. Урацил, с другой стороны, заменяет тимин в качестве дополнительного основания к аденину. Предположительно, РНК использует урацил, потому что он менее энергичен для производства (без метильного замещения).

Структуры шпильки, стержневой петли и петли известны как в РНК , но также возможна конформация спирали, при которой структуры шпильки и петли имеют как одноцепочечные, так и двухцепочечные области. Петлевые структуры обозначают одноцепочечные петлевые структуры внутри молекулы.

Подобно ДНК, РНК также может присутствовать в виде двухцепочечной молекулы. Он имеет типичные черты спирали Уотсона-Крика: антипараллельное расположение нитей РНК и правосторонняя спираль. Он принимает форму спирали A или A ‘(см. ДНК ). A-РНК также обозначается как РНК-11, гомологичная A’-РНК, которая обозначается как РНК-12. Число после тире указывает количество пар оснований на один виток спирали. A´-РНК часто встречается при высоких концентрациях соли (более 20%).

A-РНК: 11 пар оснований на оборот спирали, шаг от 2,7 нм до 2,8 нм, угол наклона к оси спирали примерно 14 °
A’-РНК: 12 пар оснований на оборот спирали, шаг 3 нм, угол наклона к оси спирали. ось спирали от 16 ° до 19 °

Энантиомер РНК, обнаруженный в живых существах, — это D- РНК. Он состоит из D- рибонуклеотидов. В центрах хиральности находятся в D- рибозы. Используя L- рибозу или L- рибонуклеотиден, можно синтезировать L- РНК. Это сравнительно более стабильно по сравнению с ферментативной деградацией РНКазами .

Третичная структура

Нуклеиновые кислоты также могут принимать сложные пространственные структуры: тРНК должны иметь правильную третичную структуру для своей функции.

Биологическое значение

Молекулы РНК могут выполнять разные функции. РНК может передавать генетическую информацию. Другие молекулы РНК помогают переводить эту информацию в белки и регулировать гены . Кроме того, РНК также может выполнять каталитические функции, подобные ферменту . Поэтому РНК получают разные названия в зависимости от ее функции. Предшествующие строчные буквы указывают на различные типы РНК:

• МРНК , мессенджер РНК (Engl. Матричная РНК ) копирует информацию в гене , лежащий на ДНК и передает его на рибосомы , где с помощью этой информации, синтез белка может иметь место. В каждом случае три нуклеотида, лежащие рядом друг с другом в рамке считывания полинуклеотидной цепи, образуют кодон, с помощью которого можно четко определить конкретную аминокислоту, которая должна быть включена в белок . Эта связь была обнаружена в 1961 году Генрихом Маттеи и Маршаллом Уорреном Ниренбергом . Расшифровка генетического кода знаменует собой новое начало почти во всех биологических науках.
• Модифицированная нуклеозидами мРНК представляет собой синтетическую химически модифицированную рибонуклеиновую кислоту (мРНК), в которой отдельные нуклеозиды заменены другими естественно модифицированными нуклеозидами или синтетическими аналогами нуклеозидов. Он используется экспериментально или терапевтически.

Следующие классы РНК обычно называют некодирующими рибонуклеиновыми кислотами .

• АсРНК , антисмысловый РНК , используются для регулирования экспрессии генов .
• CircRNA , круговая РНК, участвует в регуляции путем связывания с миРНК.
• HnRNA , гетерогенная ядерная РНК происходит в ядре клеток эукариот и является предшественником зрелой мРНК, поэтому он часто упоминается как пре-мРНК (или пре-мРНК для мРНК предшественника).
• В микроРНК , микроРНК тесно связаны с киРНК и используются для регулирования клеточных процессов , таких. Б. Пролиферация и гибель клеток.
• В riboswitches используется для регуляции генов . Они могут иметь как активирующий, так и репрессивный эффект.
• В рибозимы являются каталитически активные молекулы РНК. Подобно ферментам, они катализируют химические реакции.
• РРНК , рибосомальный РНК , как и тРНК, не несет никакой генетической информации, но участвует в строительстве рибосомы и является также каталитический активной в образовании пептидной связи .
• Сарны , самостоятельно боеприпасы РНК , используют в вакцинах РНК продлить срок действия.
• МиРНК , малых интерферирующих РНК , возникает из пути прохождения сигнала клетки, который кратко , как RNAi (РНК — интерференции). Здесь дцРНК (двухцепочечная РНК; английская двухцепочечная РНК) разбита на множество более мелких фрагментов длиной примерно 22 нуклеотида ферментом Dicer ( миРНК ) и включена в ферментный комплекс RISC (РНК-индуцированный комплекс сайленсинга). ). С помощью встроенных фрагментов РНК RISC комплементарно связывается с ДНК, например B. участки генов, или мРНК, и могут их «выключать». siRNA в настоящее время (2006 г.) интенсивно исследуются на предмет их участия в различных клеточных процессах и заболеваниях.
• ShRNA используется для RNAi.
• SnoRNA , небольшой ядрышек РНК , можно найти в ядрышко , и тесно связанные с scaRNAs в органах Cajal .
• МяРНК , малая ядерная РНК в ядре эукариот отвечает за сращивания hnRNA на сплайсосома .
• LncRNA , длинные некодирующие РНК , длиннее , чем 200 нуклеотидов и , таким образом , отличаются от малых регуляторных РНК , таких как микроРНК и миРНК.
• ПиРНК , Piwi взаимодействующего РНК , являются 26-31 нуклеотидов в длине и , таким образом , отличаются от нескольких меньшего микроРНКа и миРНКа. Они образуют комплексы с белками PIWI, которые участвуют в эпигенетическом и посттранскрипционном молчании в половых клетках.
• ТРНК , перенос РНК , не кодирует какой — либо генетической информации, но служит в качестве вспомогательной молекулы в биосинтезе белка , поднимая одну аминокислоту из цитоплазмы и транспортировки его к рибосоме. ТРНК кодируется определенным геном РНК .
• TracrRNA , который играет важную роль в CRISPR / cas9 системы.

У большинства живых существ РНК как носитель информации играет подчиненную роль по отношению к ДНК: здесь ДНК является постоянным носителем генетической информации, а РНК служит временным хранилищем. Только РНК-вирусы (большинство всех вирусов) используют РНК вместо ДНК в качестве постоянного носителя для хранения. Для таксономии вирусов различают следующие типы РНК:

* дцРНК : двухцепочечная РНК;

* ss (+) РНК : одноцепочечная РНК, используемая в качестве мРНК;

* ss (-) РНК : одноцепочечная РНК, которая служит матрицей для продукции мРНК.

Кроме того, некоторые вирусы используют РНК в качестве промежуточного звена репликации (например, гепаднавирусы ).

Типы РНК

В зависимости от функций, выполняемых в организме, принято выделять несколько типов рибонуклеиновой кислоты. Каждый из них имеет своё специальное обозначение.

Различные типы этого вещества и соответствующие функции РНК для наглядности можно представить в виде таблицы:

Название	Условное обозначение	Особенности
Информационная (матричная)	иРНК (мРНК)	Из всей рибонуклеиновой кислоты, содержащейся в клетке, она составляет около 5%. Содержит и передаёт информацию о первичной структуре белка. Созревая, становится матрицей для синтеза полипептидной белковой молекулы. Молекулы информационной РНК присутствуют в клетке до тех пор, пока синтезируется необходимая белковая молекула. После того как матрица становится не нужна, клетка ее разрушает.
Рибосомальная	рРНК	Синтез рибосомальной РНК осуществляется в ядрышке. Её молекулы имеют довольно крупные габариты, состоят из из большого количества нуклеотидов — от 3000 до 5000. Составляя 80−85% всей РНК клетки, имеет несколько разновидностей, которые входят в состав рибосом, отличаясь друг от друга длиной цепи, выполняемыми функциями, а также вторичной и третичной структурой. Молекулы рибосомальной РНК считывают информацию, закодированную информационной молекулой и способствуют образованию связей между аминокислотами в белковой цепи.
Транспортная	тРНК	Эта разновидность рибонуклеиновой кислоты синтезируется в ядре клетки на основе матрицы ДНК, после чего выходит в цитоплазму. Характерной чертой транспортной РНК является небольшой по меркам полимерных веществ размер молекулы (по сравнению с молекулами того же вещества, которым присущи другие функции). Она может содержать около 80 мономеров. Функция этого вещества: транспорт аминокислот, являющихся строительными материалами для протеинов к месту сборки белковой молекулы. Если представить пространственную структуру молекулы нуклеиновой кислоты в виде фигуры, напоминающей листок клевера, то транспортируемая аминокислота присоединяется к его черешку. Молекула транспортной рибонуклеиновой кислоты неуниверсальна: для доставки к рибосоме каждого вида аминокислот необходима своя разновидность транспортной РНК. Всего таких видов известно около 60.

Указанные в таблице типы РНК являются основными. Кроме них существуют и другие разновидности этого вещества. Все они в совокупности составляют единую систему, значение которой крайне велико: она направлена на считывание и воспроизведение наследственной информации через синтез белковых структур.

Существует ещё одна классификации РНК; согласно ей, выделяют следующие разновидности:

• Ядерная. Рапространение — ядро эукариотических клеток. Молекула собирается полимеразой 2 или 3 типов. После сборки выходит в цитоплазму клетки, где происходит созревание; потом возвращается в ядро. Участвует в процессе созревания матричной РНК. В цепи такой нуклеиновой кислоты находится много уридиновых нуклеотидов. Имеется и малый (ядрышковый) подтип.
• Цитоплазматическая. Находится под влиянием ядерной разновидности нуклеиновой кислоты. Функция — участие в антителообразовании в зрелых плазматических клетках.
• Митохондриальная. В отличие от ядерной, располагается в митохондриях.
• Пластидная. Кодирует гены, обеспечивающие процессы транскрипции и трансляции.

Предпосылки развития гипотезы

РНК — уникальная молекула. Основная ее функция — это связь между геном и белком, она выражена в центральной догме молекулярной биологии: ДНК — РНК — белок. Нужный для синтеза ген, представленный в виде двухцепочечной ДНК, служит матрицей для создания одноцепочечной РНК, точно повторяющей структуру этого гена и способной перенести инструкцию по сборке белка из ядра в цитоплазму клетки. В цитоплазме РНК «находит» рибосому — молекулярную «машину» для синтеза белка. Рибосома, «читая» нуклеотиды в РНК, подбирает для будущего белка аминокислоты согласно генетическому коду — почти каждому триплету (то есть трем нуклеотидам) соответствует какая-то аминокислота (есть еще несколько стоп-кодонов, прерывающих синтез белка, и старт-кодон, с которого всё начинается). Так, нанизывая аминокислоту за аминокислотой, рибосома формирует белок. И если раньше считалось, что РНК — это просто помощник, то за последние годы появилось много данных, опровергающих ее подчиненное положение. Вполне возможно, что РНК не серая мышь рядом со своей куда более известной сестрой, а серый кардинал за ее троном.

Оказалось, что РНК не только играет роль посредника между ДНК и синтезом белка, но и обладает каталитической активностью, то есть может работать как фермент.

Обнаружили каталитическую активность практически случайно. Американцы Томас Чек и Сидни Альтман вообще-то просто изучали таинственные ферменты, в которых анализ показал наличие РНК. Зачем в ферментах РНК? Белок и нуклеиновую кислоту «разделили» и… неожиданно отметили, что и лишенная белка РНК справлялась со своей каталитической функцией. Сначала биохимики подумали, что это ошибка, артефакт, оставшийся или занесенный извне белок — но и искусственно созданная РНК с той же последовательностью работала как фермент. Стало понятно, что ферментативная активность больше не прерогатива белков.

Дальше — больше. Помимо каталитической активности удалось обнаружить еще одно свойство — это регулирование экспрессии генов, то есть степени их проявления. Этот процесс называется РНК-интерференцией, и участвуют в нем, конечно, не все типы РНК, а только два подтипа — микроРНК и малые интерферирующие РНК. Даже сейчас известны тысячи различных РНК, участвующие в подавлении активности гена на всех стадиях его проявления, от считывания ДНК до непосредственного белкового синтеза. Причем оказалось, что интерферирующая РНК может быть даже… двухцепочечной.

Простыми словами интерференцию можно объяснить так: маленькие молекулы РНК комплементарны тем генам, которые нужно заглушить или каким-то другим образом повлиять на их активность, и благодаря таким РНК-«ориентировкам» ферменты-киллеры могут найти уже синтезированную матричную РНК, то есть копию гена, по которой будет работать рибосома, и уничтожить ее. На самом деле механизм, конечно, сложнее, но смысл один — регуляция работы ДНК.

Особенно часто такие РНК проявляют себя в различных процессах, направленных на защиту организма, — они устраняют опасность, уничтожая нуклеиновые кислоты патогенов. Причем этот механизм достаточно древний — он есть у растений и даже, судя по всему, у одноклеточных, по крайней мере микроРНК у некоторых из них уже обнаружили.

Индивидуальные доказательства

1. С. Мемчак, М. Йенс и др.: Циркулярные РНК — это большой класс животных РНК с регулирующей способностью. В кн . : Природа .
2. Джеффри М. Перкел: В гостях у Noncodarnia . В: BioTechniques . 54, № 6, 2013, . DOI : .
3. Анита Г. Сето, Роберт Э. Кингстон, Нельсон К. Лау: Наступление возраста для белков Piwi . В: Молекулярная клетка . 26, No. 5, 2007, , pp. 603-609. DOI : .
4. Сара Рирдон: ( en ) В: Scientific American . Проверено 25 сентября 2020 года.
5. (en-us) . В: Phys.org . Проверено 3 апреля 2020 года.
6. П. Леффлер: Обзор: Разрушитель мифов о вакцинах — Очистка с помощью предрассудков и опасной дезинформации. В кн . : Границы иммунологии.

Разнообразие РНК и их функций

РНК при­ня­то под­раз­де­лять на ко­ди­рую­щие и не­ко­ди­рую­щие. Сре­ди ко­ди­рую­щих РНК гл. ме­сто за­ни­ма­ют мРНК. В со­от­вет­ст­вии с «центр. дог­мой» мо­леку­ляр­ной био­ло­гии (ДНК – РНК – бе­лок) они пе­ре­но­сят ге­не­тич. ин­фор­ма­цию от ДНК к ри­бо­со­мам, где она де­ко­ди­ру­ет­ся и реа­ли­зу­ет­ся в ви­де ами­но­кис­лот­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей бел­ков. Ко­ди­рую­щей функ­ци­ей об­ла­да­ет РНК-ком­по­нент фер­мен­та те­ло­ме­ра­зы (те­ло­ме­раз­ная РНК), оп­ре­де­лён­ный сег­мент ко­то­рой слу­жит мат­ри­цей для син­те­за те­ло­мер­ных ДНК-по­вто­ров на кон­цах ли­ней­ных хро­мо­сом. Со спе­ци­фич. бел­ка­ми свя­за­на так­же ко­рот­кая мат­рич­ная РНК, на­зы­вае­мая на­прав­ляю­щей РНК (англ. guide RNA), уча­ст­вую­щая в про­цес­се ре­дак­ти­ро­ва­ния мРНК. Она оп­ре­де­ля­ет, в ка­кие уча­ст­ки мРНК бу­дут вве­де­ны до­пол­нит. ос­тат­ки U. У всех бак­те­рий су­ще­ст­ву­ет транс­порт­но-мат­рич­ная РНК (тмРНК), ко­ди­рую­щая ко­рот­кий пеп­тид, на­ра­щи­вае­мый на С-кон­цы де­фект­ных бел­ков, син­тез ко­то­рых по ка­кой-то при­чи­не не смог­ли до­ве­сти до кон­ца ри­бо­со­мы. Ко­ди­руе­мый тмРНК пеп­тид слу­жит сиг­на­лом для про­те­аз, унич­то­жаю­щих де­фект­ные бел­ки. Т. о., в этом слу­чае РНК осу­ще­ст­в­ля­ет кон­троль ка­че­ст­ва бел­ков, син­те­зи­руе­мых бак­те­ри­аль­ной клет­кой. К ко­ди­рую­щим РНК от­но­сят­ся все ви­рус­ные РНК, ко­то­рые слу­жат мат­ри­ца­ми для син­те­за ДНК и РНК, а так­же ви­рус­ных бел­ков.

К чис­лу не­ко­ди­рую­щих РНК от­но­сит­ся груп­па, фор­ми­рую­щая бе­лок­син­те­зи­рую­щий ап­па­рат клет­ки. Бо­лее 80% РНК лю­бой клет­ки пред­став­ле­но ри­бо­сом­ны­ми ри­бо­нук­леи­но­вы­ми ки­сло­та­ми (рРНК) – гл. струк­тур­ны­ми и функ­цио­наль­ны­ми ком­по­нен­та­ми ри­бо­сом.

Функ­цию де­ко­ди­ро­ва­ния ге­не­тич. ин­фор­ма­ции на ри­бо­со­мах под кон­тро­лем рРНК осу­ще­ст­в­ля­ют транс­порт­ные ри­бо­нук­леи­но­вые ки­сло­ты (тРНК). Они пе­ре­но­сят в ри­бо­со­му ами­но­кис­лот­ные ос­тат­ки для син­те­за бел­ков. Ко­гда ри­бо­со­мы син­те­зи­ру­ют сек­ре­тор­ные или мем­бран­ные бел­ки, с ни­ми ас­со­ции­ро­ва­ны сиг­нал­уз­наю­щие РНК-бел­ко­вые ком­плек­сы – т. н. SRP (от англ. signal recognition particles). В этих час­ти­цах РНК вы­пол­ня­ют роль кар­ка­са, на ко­то­ром со­би­ра­ют­ся бел­ки, рас­по­знаю­щие спец. сиг­наль­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти в син­те­зи­рую­щих­ся по­ли­пеп­тид­ных це­пях.

В ре­гу­ля­ции про­цес­сов транс­крип­ции и транс­ля­ции в клет­ке при­ни­ма­ют уча­стие мно­го­числ. низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ные, или ма­лые, и вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ные, или длин­ные, не­ко­ди­рую­щие РНК (мнкРНК и длнкРНК со­от­вет­ст­вен­но). Не­ко­то­рые из них об­ла­да­ют ри­бо­зим­ной ак­тив­но­стью и уча­ст­ву­ют в про­цес­син­ге др. РНК (напр., РНК-ком­по­нент бак­те­ри­аль­ной ри­бо­нук­леа­зы). В яд­рах кле­ток эу­ка­ри­от при­сут­ст­ву­ет се­мей­ст­во из 6–7 ма­лых ядер­ных РНК (мяРНК), вы­пол­няю­щих гл. функ­цию на всех ста­диях сплай­син­га мРНК. Воз­мож­но, не­ко­то­рые из них об­ла­да­ют ри­бо­зим­ной ак­тив­но­стью. мнкРНК, ло­ка­ли­зую­щие­ся в яд­рыш­ках эу­ка­рио­тич. кле­ток, от­ве­ча­ют за спе­ци­фич. ме­ти­ли­ро­ва­ние пред­ше­ст­вен­ни­ков рРНК, за пре­вра­ще­ние в них оп­ре­де­лён­ных ос­тат­ков ури­ди­на в псев­до­ури­дин; они иг­ра­ют клю­че­вую роль в РНК-ин­тер­фе­рен­ции. Мно­гие из длнкРНК транс­кри­би­ру­ют­ся с це­пи ДНК, про­ти­во­по­лож­ной ко­ди­ру­щей мРНК. Об­ра­зуя ком­пле­мен­тар­ные ком­плек­сы с мРНК вме­сте со спе­ци­фич. бел­ка­ми, они пол­но­стью или час­тич­но по­дав­ля­ют экс­прес­сию ге­нов на уров­не транс­ля­ции. Не­ко­ди­рую­щи­ми РНК пред­став­ле­ны транс­крип­ты су­ще­ст­вен­но боль­шей час­ти ге­но­мов всех ор­га­низ­мов, чем ко­ди­рую­щи­ми, т. е. раз­но­об­ра­зие та­ких РНК в де­сят­ки раз пре­вы­ша­ет раз­но­об­ра­зие ин­ди­ви­ду­аль­ных бел­ков в клет­ке.

От­кры­тие у РНК столь вы­со­кой струк­тур­ной и функ­цио­наль­ной пла­стич­но­сти, в ча­ст­но­сти спо­соб­но­сти к са­мо­вос­про­из­ве­де­нию и са­мо­пре­вра­ще­ни­ям, по­зво­ля­ет пред­по­ла­гать, что при за­ро­ж­де­нии жиз­ни на Зем­ле эта нук­леи­но­вая ки­слота бы­ла пер­вым ин­фор­мац. био­по­ли­ме­ром, пред­ше­ст­во­вав­шим по­яв­ле­нию ДНК и бел­ков.

Геномные тэги и тРНК

Всем хорошо известна важная роль тРНК в биосинтезе белка. Однако у тРНК и подобных ей молекул есть другая, менее известная, но не менее важная функция: в различных репликативных процессах они исполняют роль праймеров и шаблонов. Это могут быть процессы репликации одноцепочечной вирусной РНК, репликация митохондриальной ДНК у грибов, репликации теломер .

Также репликация многих РНК у ретровирусов начинается с того, что к сайту связывания праймера на вирусной РНК присоединяется тРНК хозяйского организма . Тем самым видно, что тРНК современных организмов способны также служить и праймерами. Затем, используя тРНК как праймер, обратная транскриптаза копирует вирусный РНК-геном в ДНК.

Возможно ли, что тРНК сегодняшних организмов произошли от древних геномных тэгов? Алан Вейнер и Нэнси Мэйцелс отвечают на этот вопрос утвердительно. Согласно их теории, верхняя и нижняя половинки тРНК эволюционировали по-отдельности, причём верхняя часть тРНК появилась раньше нижней и является потомком геномных тэгов .