ARN është një komponent thelbësor i mekanizmave gjenetikë molekularë të qelizës. Përmbajtja e acideve ribonukleike është disa për qind e peshës së tij të thatë dhe rreth 3-5% e kësaj sasie bie në ARN-në e dërguar (mRNA), e cila është e përfshirë drejtpërdrejt në sintezën e proteinave, duke kontribuar në zbatimin e gjenomit.
Molekula mRNA kodon sekuencën e aminoacideve të proteinës së lexuar nga gjeni. Prandaj, acidi ribonukleik i matricës quhet ndryshe informues (mRNA).
Karakteristika të përgjithshme
Ashtu si të gjithë acidet ribonukleike, ARN-ja e dërguar është një zinxhir ribonukleotidësh (adeninë, guaninë, citozinë dhe uracil) të lidhur me njëri-tjetrin me lidhje fosfodiesterike. Më shpesh, mRNA ka vetëm një strukturë parësore, por në disa raste ka një strukturë dytësore.
Ka dhjetëra mijëra lloje mRNA në një qelizë, secila prej të cilave përfaqësohet nga 10-15 molekula që korrespondojnë me një vend specifik në ADN. mRNA përmban informacione rreth strukturës së një ose më shumëbakteret) proteinat. Sekuenca e aminoacideve paraqitet si treshe të rajonit kodues të molekulës së mRNA.
Roli biologjik
Funksioni kryesor i ARN-së së dërguar është të zbatojë informacionin gjenetik duke e transferuar atë nga ADN-ja në vendin e sintezës së proteinave. Në këtë rast, mRNA kryen dy detyra:
- rishkruan informacionin për strukturën parësore të proteinës nga gjenomi, i cili kryhet në procesin e transkriptimit;
- ndërvepron me aparatin e sintezës së proteinave (ribozomet) si një matricë semantike që përcakton sekuencën e aminoacideve.
Në fakt, transkriptimi është sinteza e ARN-së, në të cilën ADN-ja vepron si shabllon. Megjithatë, vetëm në rastin e ARN-së së dërguar, ky proces ka vlerën e rishkrimit të informacionit rreth proteinës nga gjeni.
Është mARN-ja që është ndërmjetësi kryesor përmes të cilit kryhet rruga nga gjenotipi te fenotipi (ADN-ARN-proteina).
Jetëgjatësia e mRNA në një qelizë
ARN-ja e dërguar jeton në qelizë për një kohë shumë të shkurtër. Periudha e ekzistencës së një molekule karakterizohet nga dy parametra:
- Gjysmë-jeta funksionale përcaktohet nga aftësia e mRNA për të shërbyer si shabllon dhe matet nga reduktimi i sasisë së proteinës së sintetizuar për molekulë. Në prokariotët, kjo shifër është afërsisht 2 minuta. Gjatë kësaj periudhe, sasia e proteinave të sintetizuara përgjysmohet.
- Gjysmë-jeta kimike përcaktohet nga reduktimi i molekulave të ARN-së të aftë për hibridizimin(përbërja plotësuese) me ADN-në, e cila karakterizon integritetin e strukturës parësore.
Gjysmë-jeta kimike është zakonisht më e gjatë se gjysma e jetës funksionale, pasi një degradim i lehtë fillestar i molekulës (për shembull, një thyerje e vetme në zinxhirin ribonukleotid) nuk parandalon ende hibridizimin me ADN-në, por tashmë parandalon proteinën sintezë.
Gjysmë-jeta është një koncept statistikor, kështu që ekzistenca e një molekule të veçantë ARN mund të jetë dukshëm më e lartë ose më e ulët se kjo vlerë. Si rezultat, disa mARN kanë kohë të përkthehen disa herë, ndërsa të tjerat degradohen përpara se të përfundojë sinteza e një molekule proteine.
Për sa i përket degradimit, mARN-të eukariote janë shumë më të qëndrueshme se ato prokariote (gjysma e jetës është rreth 6 orë). Për këtë arsye, ato janë shumë më të lehta për t'u izoluar nga qeliza të paprekura.
Struktura mARN
Sekuenca nukleotide e ARN-së lajmëtare përfshin rajone të përkthyera, në të cilat është koduar struktura primare e proteinës, dhe rajone jo informative, përbërja e të cilave ndryshon në prokariote dhe eukariote.
Rajoni i kodimit fillon me një kodon inicues (AUG) dhe përfundon me një nga kodonet e përfundimit (UAG, UGA, UAA). Në varësi të llojit të qelizës (bërthamore ose prokariote), ARN-ja e dërguar mund të përmbajë një ose më shumë rajone përkthimi. Në rastin e parë, quhet monocistronik, dhe në të dytën - policistronik. Kjo e fundit është karakteristike vetëm për bakteret dhe arkeat.
Veçoritë e strukturës dhe funksionimit të mRNA në prokariote
Proceset e transkriptimit te prokariotëtdhe përkthimet ndodhin njëkohësisht, kështu që ARN-ja e dërguar ka vetëm një strukturë parësore. Ashtu si te eukariotët, ai përfaqësohet nga një sekuencë lineare ribonukleotidesh, e cila përmban rajone informative dhe jokoduese.
Shumica e mARN-ve të baktereve dhe arkeave janë policistronike (përmbajnë disa rajone koduese), gjë që është për shkak të veçantisë së organizimit të gjenomit prokariotik, i cili ka një strukturë operoni. Kjo do të thotë se informacioni për disa proteina është i koduar në një transkripton të ADN-së, i cili më pas transferohet në ARN. Një pjesë e vogël e ARN-së së dërguar është monocistronike.
Rajonet e papërkthyera të mRNA bakteriale përfaqësohen nga:
- sekuenca drejtuese (e vendosur në fundin 5`);
- sekuenca e rimorkios (ose fundi) (e vendosur në fundin 3`);
- rajone ndërcistronike të papërkthyera (hapësira) - të vendosura midis rajoneve koduese të ARN policistronike.
Gjatësia e sekuencave ndërcistronike mund të jetë nga 1-2 në 30 nukleotide.
mRNA eukariote
MARN eukariote është gjithmonë monocistronike dhe përmban një grup më kompleks rajonesh jo-koduese që përfshijnë:
- kapak;
- 5`-zona e papërkthyer (5`NTR);
- 3`-zona e papërkthyer (3`NTR);
- bisht poliadenil.
Struktura e përgjithësuar e ARN-së lajmëtare në eukariotët mund të përfaqësohet siskema me sekuencën e mëposhtme të elementeve: kapak, 5`-UTR, AUG, rajoni i përkthyer, kodoni ndalues, 3`UTR, bisht poli-A.
Tek eukariotët, proceset e transkriptimit dhe të përkthimit janë të ndara si në kohë ashtu edhe në hapësirë. ARN-ja e dërguar fiton një kapak dhe një bisht poliadenil gjatë maturimit, i cili quhet përpunim, dhe më pas transportohet nga bërthama në citoplazmë, ku përqendrohen ribozomet. Përpunimi gjithashtu ndërpret intronet që transferohen në ARN nga gjenomi eukariotik.
Ku sintetizohen acidet ribonukleike
Të gjitha llojet e ARN-së sintetizohen nga enzima speciale (ARN polimeraza) të bazuara në ADN. Prandaj, lokalizimi i këtij procesi në qelizat prokariote dhe eukariote është i ndryshëm.
Tek eukariotët, transkriptimi kryhet brenda bërthamës, në të cilën ADN-ja është e përqendruar në formën e kromatinës. Në të njëjtën kohë, së pari sintetizohet pre-ARNi, i cili pëson një sërë modifikimesh dhe vetëm pas tij transportohet në citoplazmë.
Tek prokariotët, vendi ku sintetizohen acidet ribonukleike është rajoni i citoplazmës që kufizohet me nukleoidin. Enzimat sintetizuese të ARN-së ndërveprojnë me unazat e despiralizuara të kromatinës bakteriale.
Mekanizmi i transkriptimit
Sinteza e ARN-së mesazhere bazohet në parimin e komplementaritetit të acideve nukleike dhe kryhet nga ARN polimerazat që katalizojnë mbylljen e lidhjes fosfodiesterike ndërmjet trifosfateve ribonukleozid.
Në prokariotët, mRNA sintetizohet nga e njëjta enzimë si speciet e tjeraribonukleotidet, dhe te eukariotët nga ARN polimeraza II.
Transkriptimi përfshin 3 faza: fillimin, zgjatjen dhe përfundimin. Në fazën e parë, polimeraza ngjitet në promotor, një vend i specializuar që i paraprin sekuencës koduese. Në fazën e zgjatjes, enzima ndërton zinxhirin e ARN-së duke shtuar nukleotide në zinxhir që ndërveprojnë në mënyrë plotësuese me zinxhirin e ADN-së shabllon.
