Az RNS fajtái és szerkezete

Ø        Az RNS fajtái

Prokariótákban és eukariótákban a genetikai információt hordozó anyag (genom) DNS. A DNS egyik száláról, a komplementaritás elve alapján átíródó, majd a szintézis alatt még módosuló molekula a ribonukleinsav (RNS).

Az RNS-nek több fajtája van.

A fehérjékre vonatkozó információt a DNS-ről a szintetizáló apparátusra, a riboszómákra a mRNS szállítja.

A riboszómák szerkezetének részét képező RNS-eket rRNS-nek nevezzük.

A hárombetűs genetikai kódot a megfele 616b11g lő aminosavszekvenciára átfordító, adapter molekulák a tRNS-ek.

Az eukarióta sejtmagban található hnRNS (heteronukleáris) egy része az érett mRNS-molekulák előanyagának tekinthetők.

Az snRNS-molekulák (small nuclear) az eukarióta mRNS szintézisben játszanak fontos szerepet, az scRNS (small citoplasmatic) a szekretálódó fehérjéket szintetizáló riboszómákat irányítják az endoplazmatikus retikulumhoz.

Az állati sejtek mitokondriumaiban a mtDNS a nukleáristól eltérő rRNS-eket és tRNS-eket kódol, amely az organellumon belül lejátszódó fehérjeszintézis komponensei.

Ø        Az RNS szerkezete

Az RNS purin és pirimidin ribonukleotid monofoszfát (NMP) egységekből épül fel, amelyet 3'- 5'-foszfodiészterkötések kapcsolnak össze.

Az RNS-ben mindig ribózhoz kapcsolódnak a bázisok, szemben a DNS 2'-dezoxiribózával.

Az RNS-ek purin bázis tartalma azonos, míg pirimidin bázis tartalma eltérő a DNS-től. Az RNS nem tartalmaz timint, helyette uracil található benne.

Az RNS-ek egyes típusai (főleg a tRNS és az rRNS) az A-, G-, C- és U-bázissal rendelkező ribonukleotidokon kívül más, módosított nukleotidokat is tartalmaznak. Különösen sok ritka bázis található a tRNS-ekben, míg az rRNS-ben gyakori a ribóz egységek metileződése a 2'OH-csoporton.

A nukleotidok módosítása poszt-transzkripciósan történik, tehát az RNS-szintéziskor a nem módosított nukleotidok épülnek be a molekulába.

A pro- és eukarióta RNS-ek eddig ismert formái egyszálú, lineáris molekulák.

Elsődleges szerkezetüket a foszfodiészter kötésekkel összekapcsolt, meghatárpzptt bázisszekvenciával rendelkező polinukleotidlánc jelenti. Ezentúl másodlagos, bizonyos esetekben (pl. tRNS) harmadlagos szerkezettel is rendelkeznek.

Mivel az RNS leggyakrabban egyszálú, a bázispárokra jellemző arány, ami a DNS-ben kimutatható, az RNS-re nem jellemző.

A bázisok közötti intramolekuláris kölcsönhatások helikális szakaszokat, vagy hajtűkanyarokat hoznak létre. A hajtűkanyarok ott jönnek létre, ahol a molekulán belül komplementer szekvenciák találhatók, melyek egymással H-hidakat képeznek, hosszabb-rövidebb kettős hélixeket alkotnak, melyek egyik végén a nem komplementer bázisokat tartalmazó szekvenciák gyakran hurkot alkotnak (lásd: tRNS három hurka).

A nem komplementer szakaszokon kialakuló helikális szerkezet az A-, G- és C-bázisok közötti, nem H-hdakból álló kölcsönhatások hozzák létre.

Savban hidrolizálva mind a DNS, mind az RNS mononukleotidokra esik szét. Lúgban azonban csak az RNS hidrolizálható, mert a DNS-ben a ribóz 2'OH csoportja hiányzik, és nem tud a 2,3'-ciklikus diészter mononukleotid kialakulni a lúgos közegben.

Ø        mRNS

Az 5' vége minden esetben 7-metil-guanozin trifoszfát. A metil-GTP foszfát végéhez kapcsolódik a szomszédos 2-0-metil-ribonukleotid az 5'-OH csoportján keresztül. Ezt nevezik sapkának vagy "mRNS-cap"-nek, melynek szerepe a molekula 5'-végének védelme, valamint a fehérjeszintetizáló rendszer a molekulának ezt a végét ismeri fel.

A mRNS másik vége, a 3'OH-vég 20-250 nukleotid tagból álló homopolimer, poli-adenilsavból áll, poliA-faroknak nevezünk. A transzkripció végeztévek egy külön enzim, a poli-adenilát szintetáz készíti el a molekulának ezt a részét, ami feltehetőleg stabilizálja a mRNS-t. (Mivel a komplementeritás elve alapján kötődik ez a vég az oligoT-cellulózhoz, ezért az affinitás-kromatográfiai módszert alkalmazzák a mRNS-ek tisztítására a molekuláris genetikában.)

Ø        tRNS

Átlagosan 75 nukleotidból áll, és molekulatömege 25 kDa. Minden sejtben legalább 20 féle tRNS molekula van, de gyakran egy-egy AS szállításához több tRNS is rendelkezésre áll.

Legjellemzőbb közös tulajdonságuk a másodlagos szerkezetük. A síkra vetített tRNS formát "lóhere" formának nevezik, melyben négy fő szakasz található.

Az akceptor-karon egy szakasz kétszálú bázispárokat hoz létre, és mindig CCA szekvenciával végződik. Ennek a karnak az adenozin 3'OH-csoportjához kapcsolódik majd a szállítandó AS karboxilcsoportja észterkötéssel. Ez a kar nem hurokban végződik. Ez a kar 7 bp-t tartalmaz.

Az antikodon-kar ismeri fel a mRNS-en a bázistripletet, a kodont. Ez a kar hurokban végződik, a vetített képen az alsó hurok. Ez a kar 5 bp-t tartalmaz.

A D-kar a nevét egy ritka bázistól, a dihidrouridin-től kapta, az aminoacil-tRNS szintetáz enzim felismerésében van fontos szerepe. Ez a kar hurokban végződik, a vetített képen a baloldali hurok. Ez a kar 3-4 bp-t tartalmaz.

A TΨC-karban is vannak ritka bázisok, szokás ezt pszeudouridin karnak is nevezni, amely az amino-acil-tRNS-t a riboszómákhoz rögzíti. Ez a kar hurokban végződik, a vetített képen a jobb oldalon. Ez a kar 5 bp-t tartalmaz.

Az extra-kar nagyon változatos nukleotid-szekvenciát mutat. A legtöbb tRNS-ben ez a kar 3-5 bp hosszúságú, de van 13-21 bp hosszúságú extrakar is.

Minden tRNS-ben az antikodon-tripleten kívül még legalább két nukleotid van, ami szerepet játszik a mRNS-kodon felismerésében. Az antikodon-kodon kapcsolódás a komplementaritás alapján jön létre. Ez a kapcsolat nem tökéletes, ha az antikodon harmadik nukleotidja nem tökéletes párja a kodon harmadik nukleotidjának. Ez a jelenség a "wooble", vagy lötyögés.

A genetikai kód leolvasásában csak az antikodon-hurok játszik szerepet, az akceptor-karon lévő AS közömbös ebben a funkcióban.

A nukleotidsorrend aminosavsorrendé történő átfordításához szükséges a tRNS molekula, amely pontosan ismeri fel a kodont, és a kodonnak megfelelő aminosavat a megfelelő helyre illeszti.

A tRNS másodlagos szerkezetében síkra kivetítve három nagyobb, jellegzetes hurok található, míg egy kisebb hurok szerkezete variábilis.

A tRNS 5' vége foszforilált, 3'OH-végén minden tRNS CCA nukleotidsorrenddel, ez a transzkripció utáni módosulásként rakódik a molekulára.

Az L-alakú molekula 5' és 3' vége egymáshoz közel kerül, és a komplementer bázisok révén H-hidakat alkot egymással.

A 3' CCA vég nem vesz részt a H-kötések kialakításában, az adenilsav szabad 3'OH-jához vagy 2'OH-jához kötődik a meghatározott aminosav.

A CCA végtől a legtávolabb elhelyezkedő hurok az antikodon hurok, mely felimeri a szállítani kívánt aminosav kódját a mRNS kodonján, amit három nukleotid alkot, majd azzal antiparalell módon összeilleszkedik.

Az antikodon 5' végén mindig egy pirimidin bázist tartalmazó nukleotid, 3' oldalán általában egy módosított purint tartalmazó nukleotid helyezkedik el.

A molekulában az 5' végtől indulva az I. hurokban mindig megtalálható egy dihidrouracil tartalmú nukleotid, míg a IV. hurok jellegzetessége a timin-pszeudouridin-citidin szekvencia, melyet egy purin tartalmú nukleotid követ.

A tRNS-ek szerkezete lehetővé teszi az aminoacil-tRNS kapcsolat kialakulását katalizáló, az adott tRNS-re és a hozzátartozó aminosavra egyaránt specifikus aminoacil-tRNS-szintetázhoz történő kötődést és a fehérjeszintézisben részt vevő riboszómákkal való kapcsolatot is.

Az aminosavakat jelentő kodonok száma nagyobb, mint a sejtben előforduló különböző tRNS-ek száma. Minden AS-nak más-más tRNS felel meg, de nem minden kodonhoz tartozik egy másik tRNS. Az azonos AS-at kódoló különböző kodonokat, ha azok csak a 3. nukleotidban különböznek egymásól, gyakran ugyanaz a tRNS ismeri fel. Ez a wooble vagy lötyögés.

A kodon-antikodon egymással antiparalell párosodása nem olyan szigorú, mint a DNS-ben. Itt a kodon 3. helyén lévő nukleotid és az antikodon 1. helyén lévő nukleotid között olyan bázispárosodások is létrejöhetnek, amelyek DNS-ben soha nem figyelhetők meg.

Egy azonos tRNS által felismert különböző kodonok ugyanazt az aminosavat jelentik. Azoknak az aminosavaknak, amelyeknek kodonjai nem csak a 3. nukleotidban különböznek egymástól, több tRNS-ük is van.

Ø        rRNS

A riboszómák épülnek fel rRNS-ekből és egyéb fehérjékből, hozzájuk kötődik az mRNS és tRNS is a peptidkötés kialakítása során.

Az emlős riboszóma két fő nukleoprotein alegységből áll: a nagy alegységből (60S) és a kis alegységből (40S).

A nagy alegység 50 specifikus fehérjéből és három rRNS-molekulából épül fel (5 S rRNS; 5,8 rRNS; 28 S rRNS).

A kis alegység 30 specifikus fehérjéből és egyetlen RNS-molekulából épül fel, ami a 18 S rRNS.

Valamennyi rRNS, az 5 S rRNS kivételével egy közör prekurzorból keletkezik az eukarióta magvacskában.

Ø        Snurp-ok

A három fő RNS-féleségen kívül a sejtmag és a ctpl. tartalmaz még nagyszámú, kis molekulatömegű, labilis RNS-eket, melyek leggyakrabban fehérjékkel együtt fejtik ki hatásukat a génexpresszió szabályozásában.