Мрнк это в биологии определение кратко

Обновлено: 05.07.2024

МА́ТРИЧНЫЕ РИБОНУКЛЕИ́НОВЫЕ КИС Л О́ТЫ (мРНК, информационные РНК, иРНК), комплементарные РНК-копии участков генов, в которых кодированы аминокислотные последовательности белков и сигналы, необходимые для реализации генетич. информации на уровне трансляции ; мРНК – посредник в передаче генетич. информации от ДНК (места её хранения) к рибосомам (месту её реализации). Роль мРНК выполняют также РНК мн. вирусов и бактериофагов.

Тело - это огромная и сложная химическая машина, в которой тысячи различных молекул действуют и реагируют, чтобы обеспечить жизнь.

В гигантской пробирке, которая является нашим телом, некоторые из этих молекул имеют фундаментальное значение в том смысле, что они управляют всем этим механизмом. В частности, молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК.

ДНК? РНК? МРНК?

ДНК - это молекула, находящаяся в ядре клетки и состоящая из двух комплементарных нитей, намотанных друг на друга, состоящая из сотен миллионов нуклеиновых оснований (более мелких молекул) и содержащая всю информацию, позволяющую организму функционировать, от его образования в эмбриональном состоянии до повседневного развития и функционирования.

ДНК состоит из миллионов нуклеиновых оснований. Но если мы рассмотрим только определенные участки ДНК, состоящие всего из десяти или нескольких тысяч нуклеиновых оснований, мы получим ген. Ген кодирует (химически) отдельный белок. Все гены составляют ДНК.

Каждая клетка имеет свою собственную копию ДНК, но они не работают непосредственно с ней для производства белков, необходимых ей для функционирования. Для этого она проходит через промежуточную молекулу: рибонуклеиновую кислоту, или РНК.

Поэтому РНК является копией небольшой части ДНК, которая служит "рабочей копией" для клетки, когда она хочет синтезировать определенный белок.

Как только РНК (или мРНК) образуется, могут происходить химические реакции: РНК позволит синтезировать белки, полезные для клетки или организма, потому что в конечном итоге это и есть цель.

Подводя итог, ДНК содержит всю генетическую программу клетки. Она присутствует в каждой клетке.
РНК - это рабочая копия части ДНК.
мРНК - это когда этот фрагмент РНК проходит через клетку.

Чтобы лучше понять, мы можем рассматривать ДНК как словарь, объясняющий, как кодировать все функции и белки, необходимые для живого существа. Если ДНК - наш словарь, каждому гену соответствует статья. Что касается РНК, думайте о ней как о копии страницы или словарной статьи, а мРНК - это когда вы посылаете скопированную страницу кому-то другому, чтобы он использовал ее вместо вас.

Краткое напоминание о том, как работает иммунная система перед лицом вируса.

Вирус, представляет собой кусок генетического материала (ДНК или РНК), защищенный белком, который служит ему мембраной. Вирус не может размножаться самостоятельно, и для этого ему нужна клетка-хозяин.

В первый раз, когда организм сталкивается с вирусом, он должен сделать антитела специфичными для белков этого вируса. Вирус является неприкасаемым до тех пор, пока организм не найдет подходящее антитело, немного похожее на то, когда вы ищете подходящий продукт для определенного вредителя (вы не избавитесь от крыс, улиток или колорадского жука картофеля, например, с теми же продуктами).

Вся эта операция требует времени для организма, и вирус может нанести большой ущерб за это время исследования.

Как только организм создал правильные антитела к присутствующему вирусу, они могут прикрепиться к поверхности вируса и действовать как маяки. Лимфоциты (белые кровяные тельца) будут нацелены на маяки и таким образом уничтожат вирус.

Если больной выздоравливает, значит, он победил вирус. Иммунная система хранит антитела, чтобы они были готовы к следующему столкновению с ними. Вот почему многие вирусные заболевания выявляются только один раз: впервые. В следующий раз организм уничтожает вирус до того, как заболеет, и вы даже не осознаете этого, все из-за этого эффекта памяти иммунной системы.

Как действует вакцина

Не все вакцины работают по одному и тому же принципу, но обычно это включает в себя предоставление пациенту ослабленной или неактивной версии вируса для тренировки организма. Организм насторожится (иногда с повышением температуры и усталостью), но это нормально и без риска: содержимое инъекции безвредно.

Идея в том, чтобы привлечь тело к созданию антител против вируса. Таким образом, когда последний действительно обнаруживается, вирус уничтожается непосредственно перед тем, как мы заболеем.

Некоторые вакцины вводят инактивированные вирусы (микробные частицы которые выращены в культуре, а затем были убиты при помощи метода термической обработки) напрямую.

В случае Covid-19 большинство вакцин работают с мРНК, которая работает несколько иначе.

Случай вакцины мРНК

Во время заражения вирусом нить генетического материала (РНК в случае SARS-CoV-2) попадает в клетку-хозяин, и именно хозяин позаботится о дублировании вируса. Затем вирус выделяется в организме в больших количествах.

Следует понимать, что инфицированная клетка будет использовать РНК вируса, как если бы она была собственной. Клетка разницы не видит. Хуже того: слишком занятая следованием инструкциям вируса, клетка забывает о своем нормальном функционировании и может погибнуть.

А как насчет вакцины мРНК?

В этих вакцинах мы вводим не весь вирус, а только часть РНК вируса. Эта РНК безвредна (не вызывает болезней), но она проникает в клетки и заставляет их производить белки.

Тогда именно эти белки станут мишенью для антител и иммунной системы.

Конечно, произведенный белок должен иметь ту же "подпись", что и сам вирус: таким образом, антитело против этого белка может быть использовано против настоящего вируса, и именно для этого и предназначена вакцина такого типа.

Цель всегда состоит в том, чтобы научить организм вырабатывать нужные антитела, но вместо того, чтобы напрямую вводить дезактивированную форму вируса, вы вводите только кусочек его РНК. Именно организм хозяина будет производить белки, которые необходимы иммунной системе.

РНК и мРНК - не очень стабильные молекулы: они быстро разлагаются (за несколько часов). В организме РНК - это просто работающая генетическая молекула. Она обречена быстро исчезнуть после того, как ее работа будет сделана. В случае вакцины, с другой стороны, РНК должна храниться достаточно долго между производством в лаборатории и инъекцией пациенту. Это объясняет, почему эти вакцины необходимо хранить в холодном состоянии и почему вся логистика настолько проблематична: мы говорим о сильном холоде, иногда до −70 °C, которые трудно достичь.

Зачем вакцинировать как можно больше людей?

Цель вакцины - сделать человека невосприимчивым к заболеваниям. Это должно предотвратить их заболевание, страдания и последствия, которые оставил бы после себя настоящий вирус, а также передачу болезни другим людям: задействованная иммунная система уничтожает вирус до того, как он станет заразным.

Если вакцинировано достаточное количество людей, вирус перестанет циркулировать, как только встретит вакцинированного человека, тем самым защитив всех.

Это происходит естественным образом, если иммунизируется достаточно большая часть населения (естественным путем или путем вакцинации). Для SARS-CoV-2 эта доля оценивается в 60% населения.

Поэтому достаточно было бы вакцинировать 2/3 населения, чтобы вирус значительно прекратил циркуляцию. В этом случае мы добились группового иммунитета: обеспечена защита всего населения в целом. Вакцинация оставшейся 1/3 людей остается полезной, поскольку позволяет защитить не только группу, но и отдельных лиц в случае нового контакта с болезнью.

Групповой иммунитет не подавляет вирус: он только мешает ему легко циркулировать. Индивидуальный иммунитет помогает подавить вирус на индивидуальном уровне.

Кроме того, вирусы, как и все организмы, быстро развиваются. Самый быстрый способ искоренить болезнь - это искоренить ее до того, как возникнет устойчивая эволюция, и, следовательно, подвергнуться новой пандемии и искать новую вакцину (как, например, в случае с гриппом).

Следовательно, в настоящее время важно быстро провести вакцинацию всего населения.

Заключение

МРНК - это цепь РНК, которая сама по себе эквивалентна части ДНК. МРНК позволяет клетке работать, не касаясь самой ДНК, которая остается скрытой в ядре клетки. Клетка может синтезировать определенные белки, которые ей необходимы, с помощью мРНК.

Вакцина использует мРНК вируса: клетки организма будут использовать эту мРНК, как если бы она была собственной, и синтезировать белок, для которого эта мРНК кодирует.

Этот белок, хотя и вырабатывается клеткой хозяина и безвреден, остается белком, чуждым человеческому организму, и поэтому он будет нацелен на иммунную систему, у которой тогда будет достаточно времени, чтобы найти антитело, в то время как если он столкнется с реальным вирусом, последний может начать наносить ущерб в течение этого времени.

В клетке молекулы РНК содержат ядра, цитоплазма, а также органоиды, в которых происходит синтез белка: рибосомы, митохондрии, хлоропласты.

Рибонуклеиновая кислота ( РНК ) — биополимер, представляющий собой одну цепочку нуклеотидов. Мономеры (нуклеотиды) РНК состоят из пятиуглеродного сахара — рибозы , остатка фосфорной кислоты и азотистого основания.

Три азотистых основания в молекулах РНК такие же, как и у ДНК — аденин , гуанин , цитозин , а четвертым является урацил .

Образование полимера РНК происходит также, как и у ДНК — за счёт ковалентных связей между углеводом рибозой одного нуклеотида и фосфорной кислоты другого.

Информационные РНК ( иРНК ) образуются в ядре на ДНК при участии фермента РНК-полимеразы. В клетке их содержание составляет приблизительно \(5\) % от всех РНК.

Рибосомные РНК ( рРНК ) синтезируются в ядрышке и составляют основу рибосом, формируя активный центра рибосомы, в котором осуществляется биосинтез белка. рРНК составляют примерно \(85\) % всей РНК клетки.

Транспортные РНК ( тРНК ) тоже собираются в ядре, а затем перемещаются в цитоплазму. Они образованы небольшим количеством нуклеотидов (\(70\)–\(90\)). В клетке тРНК содержится примерно \(10\) % .

тРНК транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка на рибосоме. Каждый вид аминокислот переносится отдельным видом тРНК.

Три вида РНК составляют общую функциональную систему, обеспечивающую реализацию генетической информации через синтез специфических для клетки белков.

Типы мРНК

Пре-мРНК и hnRNA

Диаграмма ниже описывает структуру пре-мРНК. Пре-мРНК включает интроны и может включать или не включать 5 ‘колпачок и полиаденилированный 3’ хвост:

Моноцистронная мРНК

Моноцистронная мРНК молекула содержит последовательности экзонов, кодирующих один белок. Большинство эукариотических мРНК являются моноцистронными.

Бицистронная мРНК

Молекула бицистронной мРНК содержит экзон-кодирующие последовательности для двух белков.

Поликистронная мРНК

Молекула полицистронной мРНК содержит экзон-кодирующие последовательности для нескольких белков. Большая часть мРНК бактерии и бактериофаги (вирусы, которые живут в бактериальных хозяевах) являются поликистронными.

МРНК прокариот против vs. эукариот

Поликастронные прокариотические мРНК содержат несколько сайтов для инициирования и прекращения синтеза белка. У эукариот есть только один сайт для инициации трансляции, а эукариотические мРНК в основном моноцистронны. Прокариотам не хватает органелл и четко определенной ядерной оболочки, и, следовательно, трансляция мРНК может быть связана с мРНК. транскрипция в цитоплазма, У эукариот мРНК транскрибируется на хромосомах в ядре и после обработки переносится через ядерные поры в цитоплазму. В отличие от прокариот, трансляция у эукариот происходит только после завершения транскрипции. Прокариотическая мРНК постоянно разрушается рибонуклеазами, ферментами, которые расщепляют РНК. Например, период полураспада мРНК в E. Coli составляет примерно две минуты. Бактериальные мРНК являются короткоживущими, чтобы обеспечить гибкость в адаптации к быстро меняющимся условиям окружающей среды. Эукариотические мРНК более метаболически стабильны. Например, предшественники млекопитающих красные кровь клетки (ретикулоциты), которые потеряли свои ядра, синтезируют гемоглобин в течение нескольких дней путем трансляции мРНК, которые были транскрибированы, когда ядро еще присутствовало. Наконец, мРНК прокариот подвергаются минимальной обработке. У эукариот пре-мРНК должна подвергаться обработке перед трансляцией, включая удаление интронов, добавление 5′-колпачка, а также 3′-полиаденилированного хвоста до образования зрелой мРНК и готовности к трансляции.

Функции мРНК

Основная функция мРНК заключается в том, чтобы действовать в качестве посредника между генетической информацией в ДНК и аминокислотной последовательностью белков. мРНК содержит кодоны, которые дополняют последовательность нуклеотидов на матрице ДНК и направляют образование аминокислоты через действие рибосом и тРНК, мРНК также содержит несколько регуляторных областей, которые могут определять время и скорость трансляции. Кроме того, это гарантирует, что трансляция происходит упорядоченным образом, поскольку она содержит сайты для стыковки рибосом, тРНК, а также различных белков-помощников.

Белки, продуцируемые клетками, играют различные роли, как ферменты, структурные молекулы или как транспортный механизм для различных клеточных компонентов. Некоторые клетки также специализируются на секретировании белков, таких как железы, которые производят пищеварительные ферменты или гормоны, которые влияют на метаболизм всего организма. организм.

Перевод мРНК

мРНК может транслироваться на свободных рибосомах в цитоплазме с помощью молекул переноса РНК (тРНК) и множества белков, называемых факторами инициации, удлинения и терминации. Белки, которые синтезируются на свободных рибосомах в цитоплазме, часто используются клеткой в самой цитоплазме или предназначены для использования внутри внутриклеточных органелл. Альтернативно, белки, которые должны секретироваться, начинают транслироваться в цитоплазме, но как только первые несколько остатков транслируются, специфические белки транспортируют весь механизм трансляции в мембрану эндоплазматическая сеть (ЭР). Первые несколько аминокислот внедряются в мембрану ER, а остальная часть белка высвобождается во внутреннее пространство ER. Короткая последовательность удаляется из белков, которые должны секретироваться из клетки, тогда как те, которые предназначены для внутренних мембран, сохраняют этот короткий участок, обеспечивая мембранный якорь.

Более 200 заболеваний связаны с дефектами в процессинг пре-мРНК в мРНК. Мутации в ДНК или механизме сплайсинга в основном влияют на точность сплайсинга пре-мРНК. Например, аномальная последовательность ДНК может устранять, ослаблять или активировать скрытые сайты сплайсинга в пре-мРНК. Аналогично, если механизм сплайсинга не работает должным образом, сплайсосома может неправильно разрезать пре-мРНК независимо от последовательности. Эти мутации приводят к процессингу pre-mMRA в мРНК, которые будут кодировать неисправные белки. Сами аномальные мРНК также иногда являются мишенями для нонсенс-опосредованного распада мРНК, а также ко-транскрипционной деградации зарождающихся пре-мРНК. Клетки, полученные от пациентов с различными заболеваниями, включая прогерию, рак молочной железы и муковисцидоз, имеют дефекты сплайсинга РНК, причем наиболее распространенными являются рак и невропатологические заболевания.

рибосома – Рибосомы – это ферменты, состоящие из многих белков, которые катализируют синтез белков из мРНК в процессе трансляции. Рибосомы свободно существуют в цитоплазме клетки или остаются прикрепленными к эндоплазматической сети.
RNAP II – РНК-полимераза II – это фермент, состоящий из многих белков, который читает ДНК и синтезирует РНК в ядре клетки в процессе, называемом транскрипцией.
транскрипция – Транскрипция – это синтез РНК из ДНК с помощью РНК-полимеразы.
Перевод – Трансляция – это синтез белков из мРНК с участием рибосом и других белков.

викторина

1. Молекулы зрелой мРНК короткие, одноцепочечные и содержат следующие компоненты:A. аденин, цитозин, гуанин и урацил, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвостB. аденин, цитозин, гуанин и урацил, интроны, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвостC. аденин, цитозин, гуанин и урацил, интроныD. интроны, 5′-кепка и 3′-поли-хвост

Ответ на вопрос № 1

верно. Молекула мРНК представляет собой короткую одноцепочечную молекулу, содержащую аденин, цитозин, гуанин и урацил, экзоны, 5′-колпачок и 3′-полихвост. Интроны были сплайсированы автоматически самой мРНК или сплайсосомой.

2. Назовите местоположение и клеточный механизм, участвующий в транскрипции и трансляции мРНК.A. Транскрипция происходит в ядре под действием рибосом; трансляция происходит в цитоплазме через RNAP II.B. Транскрипция происходит в ядре под действием RNAP II; трансляция происходит в цитоплазме или на эндоплазматическом ретикулуме под действием рибосомы.C. Транскрипция происходит на клеточная мембрана благодаря действиям RNAP II; трансляция происходит в цитоплазме под действием факторов трансляции.D. Ничто из вышеперечисленного не является правильным.

Ответ на вопрос № 2

В верно. Молекула мРНК транскрибируется в ядре ферментом RNAP II и транслируется рибосомой, которая находится в цитоплазме или эндоплазматической сети клетки.

3. Какие из следующих утверждений верны в отношении различий между эукариотической и прокариотической мРНК?A. В отличие от эукариот, которые транскрибируют в ядре и транслируют в цитоплазме, прокариоты транскрибируют и транслируют мРНК одновременно в цитоплазме.B. Прокариот мРНК является преимущественно полицистронной, а эукариотическая мРНК – преимущественно моноцистронной.C. Бактериальные мРНК являются короткоживущими для обеспечения гибкости в быстро меняющихся условиях, в то время как эукариотические мРНК стабильны в течение нескольких дней.D. Все вышеперечисленное верно.

Ответ на вопрос № 3

D верно. Все вышеприведенные утверждения верны.

Ответ на вопрос № 4

верно. Некодирующие интроны удаляются из пре-мРНК в ядре. После обработки мРНК с присоединенным 5′-колпачком и 3′-поли-А хвостом экспортируется через ядерные поры и доставляется в рибосомы, где происходит трансляция.

Читайте также: