ՌՆԹ-ի գործառույթները բջջում` պահեստավորում, էներգիա, կծկվող

Բովանդակություն:

ՌՆԹ-ի գործառույթները բջջում` պահեստավորում, էներգիա, կծկվող
ՌՆԹ-ի գործառույթները բջջում` պահեստավորում, էներգիա, կծկվող
Anonim

Մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգման ենթադրում է, որ ԴՆԹ-ն պարունակում է տեղեկատվություն մեր բոլոր սպիտակուցների կոդավորման համար, և ՌՆԹ-ի երեք տարբեր տեսակներ այս ծածկագիրը բավականին պասիվ կերպով թարգմանում են պոլիպեպտիդների: Մասնավորապես, սուրհանդակային ՌՆԹ-ն (mRNA) սպիտակուցի նախագիծը տեղափոխում է բջջի ԴՆԹ-ից մինչև նրա ռիբոսոմները, որոնք սպիտակուցի սինթեզը կառավարող «մեքենաներ» են: Այնուհետև ՌՆԹ-ն (tRNA) համապատասխան ամինաթթուները փոխանցում է ռիբոսոմին՝ նոր սպիտակուցի մեջ ներառելու համար: Միևնույն ժամանակ, ռիբոսոմներն իրենք հիմնականում կազմված են ռիբոսոմային ՌՆԹ (rRNA) մոլեկուլներից։

Սակայն ԴՆԹ-ի կառուցվածքն առաջին անգամ ստեղծվելուց կես դար անց գիտնականները իմացան, որ ՌՆԹ-ն շատ ավելի մեծ դեր է խաղում, քան պարզապես սպիտակուցի սինթեզին մասնակցելը: Օրինակ, ՌՆԹ-ի շատ տեսակներ պարզվել են, որ կատալիտիկ են, այսինքն՝ կենսաքիմիական ռեակցիաներն իրականացնում են այնպես, ինչպես ֆերմենտները: Բացի այդ, հայտնաբերվել են ՌՆԹ-ի շատ այլ տեսակներ, որոնք խաղում են բարդ կարգավորիչ դերերբջիջներ։

ՌՆԹ-ի կառուցվածքը
ՌՆԹ-ի կառուցվածքը

Այսպիսով, ՌՆԹ մոլեկուլները բազմաթիվ դերեր են խաղում ինչպես նորմալ բջջային գործընթացներում, այնպես էլ հիվանդության վիճակներում: Սովորաբար այն ՌՆԹ-ի մոլեկուլները, որոնք չեն ընդունում mRNA-ի ձևը, կոչվում են ոչ կոդավորող, քանի որ դրանք չեն կոդավորում սպիտակուցները: Ոչ կոդավորող mRNA-ների մասնակցությունը կարգավորող շատ գործընթացներում: Նրանց տարածվածությունը և գործառույթների բազմազանությունը հանգեցրեց այն վարկածին, որ «ՌՆԹ աշխարհը» կարող է նախորդել բջջում ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի գործառույթների էվոլյուցիային, մասնակցությունը սպիտակուցի կենսասինթեզին:

Չկոդավորող ՌՆԹ-ներ էուկարիոտներում

Էուկարիոտներում կան ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ի մի քանի տեսակներ: Հատկանշական է, որ նրանք փոխանցում են ՌՆԹ (tRNA) և ռիբոսոմային ՌՆԹ (rRNA): Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, և tRNA-ն և rRNA-ն կարևոր դեր են խաղում mRNA-ն սպիտակուցների վերածելու գործում: Օրինակ՝ Ֆրենսիս Քրիքն առաջարկել է ադապտեր ՌՆԹ մոլեկուլների առկայությունը, որոնք կարող են կապվել mRNA նուկլեոտիդային կոդի հետ՝ դրանով իսկ հեշտացնելով ամինաթթուների տեղափոխումը աճող պոլիպեպտիդային շղթաներ։

Հոգլանդի և այլոց աշխատանքը: (1958) իսկապես հաստատեց, որ բջջային ՌՆԹ-ի որոշակի հատվածը կովալենտորեն կապված է ամինաթթուների հետ: Հետագայում, այն փաստը, որ rRNA-ն ռիբոսոմների կառուցվածքային բաղադրիչ է, ենթադրեց, որ, ինչպես tRNA, rRNA-ն նույնպես չի կոդավորում:

ՌՆԹ-ի կառուցվածքը
ՌՆԹ-ի կառուցվածքը

Բացի rRNA-ից և tRNA-ից, էուկարիոտիկ բջիջներում կան մի շարք այլ ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ներ: Այս մոլեկուլները օգնում են բջիջում ՌՆԹ-ի էներգիան կուտակող շատ կարևոր գործառույթներին, որոնք դեռևս թվարկված և սահմանված են: Այս ՌՆԹ-ները հաճախ կոչվում են փոքր կարգավորող ՌՆԹ (sRNAs):էուկարիոտներում դրանք հետագայում դասակարգվել են մի շարք ենթակատեգորիաների: Միասին կարգավորող ՌՆԹ-ներն իրենց ազդեցությունն են թողնում լրացուցիչ հիմքերի զուգակցման, սպիտակուցների հետ կոմպլեքսավորման և իրենց սեփական ֆերմենտային ակտիվության համակցության միջոցով:

Փոքր միջուկային ՌՆԹ

Փոքր կարգավորող ՌՆԹ-ների կարևոր ենթակատեգորիան բաղկացած է մոլեկուլներից, որոնք հայտնի են որպես փոքր միջուկային ՌՆԹ (snRNAs): Այս մոլեկուլները կարևոր դեր են խաղում գեների կարգավորման գործում ՌՆԹ-ի միացման միջոցով։ SnRNA-ները հայտնաբերված են միջուկում և սովորաբար սերտորեն կապված են snRNP կոչվող բարդույթների սպիտակուցների հետ (փոքր միջուկային ռիբոնուկլեոպրոտեիններ, որոնք երբեմն կոչվում են «snurps»): Այս մոլեկուլներից առավել տարածված են U1, U2, U5 և U4/U6 մասնիկները, որոնք ներգրավված են նախնական mRNA զուգավորման մեջ՝ հասուն mRNA ձևավորելու համար:

ԴՆԹ և ՌՆԹ
ԴՆԹ և ՌՆԹ

MicroRNA

Հետազոտողների համար մեծ հետաքրքրություն ներկայացնող մեկ այլ թեմա են միկրոՌՆԹ-ները (miRNAs), որոնք փոքր կարգավորող ՌՆԹ-ներ են՝ մոտավորապես 22-ից 26 նուկլեոտիդների երկարությամբ: ՄիՌՆԹ-ների և դրանց կծկվող ֆունկցիաների ՌՆԹ-ների առկայությունը բջջում գեների կարգավորման մեջ ի սկզբանե հայտնաբերվել է նեմատոդ C. elegans-ում (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993): ՄիՌՆԹ-ների հայտնաբերումից ի վեր, դրանք հայտնաբերվել են բազմաթիվ այլ տեսակների, այդ թվում՝ ճանճերի, մկների և մարդկանց մոտ: Մինչ այժմ մի քանի հարյուր miRNA-ներ են հայտնաբերվել: Կարող են լինել շատ ավելին (He & Hannon, 2004):

Ցույց է տրվել, որ MiRNA-ները արգելակում են գեների արտահայտությունը՝ ճնշելով թարգմանությունը: Օրինակ, miRNA-ները, որոնք կոդավորված են C. elegans-ով, lin-4 և let-7,կապվում են իրենց mRNA թիրախների 3'-չթարգմանված շրջանին` կանխելով ֆունկցիոնալ սպիտակուցների ձևավորումը թրթուրների զարգացման որոշակի փուլերում: Մինչ այժմ, ուսումնասիրված miRNA-ների մեծամասնությունը, թվում է, վերահսկում է գենի էքսպրեսիան՝ կապվելով թիրախային mRNA-ներին՝ հիմքերի անկատար զուգակցման և թարգմանության հետագա արգելակման միջոցով, թեև որոշ բացառություններ են նշվել:

RZ+ ռիբոզիմի հատվածի երկրորդական կառուցվածքը
RZ+ ռիբոզիմի հատվածի երկրորդական կառուցվածքը

Լրացուցիչ հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ miRNA-ները նույնպես կարևոր դեր են խաղում քաղցկեղի և այլ հիվանդությունների դեպքում: Օրինակ, miR-155 տեսակը հարստացված է Բուրկիթի լիմֆոմայից ստացված B բջիջներով, և դրա հաջորդականությունը նույնպես փոխկապակցված է հայտնի քրոմոսոմային տրանսլոկացիայի հետ (քրոմոսոմների միջև ԴՆԹ-ի փոխանակում):

Փոքր միջամտող ՌՆԹ

Փոքր միջամտող ՌՆԹ-ն (siRNA) ՌՆԹ-ի մեկ այլ դաս է: Թեև այս մոլեկուլները ունեն ընդամենը 21-ից 25 բազային զույգ երկարություն, նրանք նաև աշխատում են լռեցնելու գեների արտահայտությունը: Մասնավորապես, երկշղթա siRNA մոլեկուլի մեկ շարանը կարող է ներառվել RISC կոչվող համալիրում: ՌՆԹ պարունակող այս համալիրն այնուհետև կարող է արգելակել mRNA մոլեկուլի տրանսկրիպցիան, որն ունի իր ՌՆԹ բաղադրիչին փոխլրացնող հաջորդականություն:

MiRNA-ներն առաջին անգամ բացահայտվել են ՌՆԹ-ի միջամտությանը (RNAi) ներգրավվածությամբ: Նրանք կարող են զարգացած լինել որպես պաշտպանական մեխանիզմ կրկնակի շղթա ՌՆԹ վիրուսների դեմ: SiRNA-ները ստացվում են ավելի երկար տառադարձումներից մի գործընթացում, որը նման է այն գործընթացին, որով առաջանում են miRNA-ները, և ՌՆԹ-ի երկու տեսակների մշակումը ներառում է նույն ֆերմենտը:Dicer. Երկու դասերը, ըստ երևույթին, տարբերվում են իրենց ռեպրեսիայի մեխանիզմներով, սակայն հայտնաբերվել են բացառություններ, որոնցում siRNA-ներն ավելի բնորոշ են miRNA-ներին և հակառակը (He & Hannon, 2004):

ՌՆԹ սինթեզ
ՌՆԹ սինթեզ

Փոքր միջուկային ՌՆԹ

Էուկարիոտիկ միջուկի ներսում միջուկը այն կառուցվածքն է, որում տեղի է ունենում rRNA-ի մշակումը և ռիբոսոմային հավաքումը: Փոքր միջուկային ՌՆԹ (snoRNAs) կոչվող մոլեկուլները մեկուսացվել են միջուկային էքստրակտներից այս կառուցվածքում դրանց առատության պատճառով: Այս մոլեկուլները գործում են rRNA մոլեկուլների մշակման համար, ինչը հաճախ հանգեցնում է հատուկ նուկլեոզիդների մեթիլացման և կեղծուրիդիլացման: Փոփոխությունները միջնորդվում են snoRNA-ների երկու դասերից մեկի կողմից՝ C/D-box կամ H/ACA-box ընտանիքներ, որոնք սովորաբար ներառում են մեթիլ խմբերի ավելացում կամ ուրադինի իզոմերիացում ոչ հասուն rRNA մոլեկուլներում, համապատասխանաբար::

Չկոդավորող ՌՆԹ-ներ պրոկարիոտներում

Սակայն, էուկարիոտները շուկան չեն մղել դեպի ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ներ՝ բջջում ՌՆԹ-ների հատուկ կարգավորող էներգետիկ ֆունկցիաներով: Բակտերիաները նաև ունեն փոքր կարգավորող ՌՆԹ-ների դաս: Բակտերիաների rRNA-ները ներգրավված են վիրուլենտությունից մինչև աճից կայուն փուլ անցում կատարվող գործընթացներում, որոնք տեղի են ունենում, երբ բակտերիան բախվում է սննդանյութերի պակասի իրավիճակին:

ՌՆԹ-ի պաշտոնական տեսակետ
ՌՆԹ-ի պաշտոնական տեսակետ

Բակտերիալ rRNA-ի օրինակներից է Escherichia coli-ում հայտնաբերված 6S RNA-ն: Այս մոլեկուլը լավ բնութագրված է, որի սկզբնական հաջորդականությունը տեղի է ունեցել 1980 թվականին: 6S ՌՆԹպահպանված է բազմաթիվ բակտերիաների տեսակների մեջ, ինչը ցույց է տալիս կարևոր դեր գեների կարգավորման գործում:

Ապացուցվել է, որ ՌՆԹ-ն ազդում է ՌՆԹ պոլիմերազի (RNAP) ակտիվության վրա՝ այն մոլեկուլը, որը փոխանցում է սուրհանդակային ՌՆԹ-ն ԴՆԹ-ից: 6S ՌՆԹ-ն արգելակում է այս ակտիվությունը՝ կապված պոլիմերազային ենթամիավորի հետ, որը խթանում է տրանսկրիպցիան աճի ընթացքում: Այս մեխանիզմի միջոցով 6S ՌՆԹ-ն արգելակում է գեների արտահայտումը, որոնք խթանում են ակտիվ աճը և օգնում բջիջներին մտնել ստացիոնար փուլ (Jabri, 2005):

Riboswitches

Գենի կարգավորումը՝ և՛ պրոկարիոտներում, և՛ էուկարիոտներում, ազդում է ՌՆԹ-ի կարգավորիչ տարրերից, որոնք կոչվում են riboswitches (կամ ՌՆԹ անջատիչներ): Riboswitches-ը ՌՆԹ սենսորներ են, որոնք հայտնաբերում և արձագանքում են շրջակա միջավայրի կամ նյութափոխանակության ազդանշաններին և այդպիսով ազդում գեների արտահայտման վրա:

Այս խմբի պարզ օրինակն է ջերմաստիճանի տվիչ ՌՆԹ-ն, որը հայտնաբերված է Listeria monocytogenes բակտերիալ հարուցչի վիրուսային գեներում: Երբ այս բակտերիան մտնում է հյուրընկալող, հյուրընկալողի մարմնի ներսում բարձր ջերմաստիճանը հալեցնում է հատվածի երկրորդական կառուցվածքը mRNA-ի 5' չթարգմանված հատվածում, որը արտադրվում է բակտերիալ prfA գենով: Արդյունքում փոփոխություններ են տեղի ունենում երկրորդական կառուցվածքում։

Հավելյալ ռիբոանջատիչները ցույց են տվել, որ արձագանքում են տարբեր օրգանիզմների ջերմության և սառը ցնցումներին, ինչպես նաև կարգավորում են մետաբոլիտների սինթեզը, ինչպիսիք են շաքարներն ու ամինաթթուները: Թեև ռիբո անջատիչները, ըստ երևույթին, ավելի տարածված են պրոկարիոտների մոտ, շատերը հայտնաբերվել են նաև էուկարիոտային բջիջներում:

Խորհուրդ ենք տալիս: