Что такое мрнк в биологии определение
Что такое мРНК? Как действует вакцина?
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 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.
Когда клетке нужно послать молекулу РНК от ядра к остальной части клетки, это все равно, что послать генетическое сообщение от одной части к другой: эта нить РНК называется «РНК посланника», или мРНК. Таким образом, ядро делегирует синтез некоторых белков другой части клетки с помощью мРНК.
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.
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.
Зачем вакцинировать как можно больше людей?
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.
Следовательно, в настоящее время важно быстро провести вакцинацию всего населения.
Заключение
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.
Матричная РНК
Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ (мРНК, синоним — информацио́нная РНК, иРНК) — РНК, отвечающая за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам синтеза белков. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов.
Длина типичной зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов. Самые длинные мРНК отмечены у (+)оц РНК-содержащих вирусов, например пикорнавирусов, однако следует помнить, что у этих вирусов мРНК образует весь их геном.
ДНК нередко сравнивают с чертежами для изготовления белков. Развивая эту инженерно-производственную аналогию, можно сказать, что, если ДНК — это полный набор чертежей для изготовления белков, находящийся на хранении в сейфе директора завода, то мРНК — временная рабочая копия чертежа, выдаваемая в сборочный цех.
Гипотеза о значении РНК в синтезе белков была высказана Торбьёрном Касперссоном (Torbjörn Caspersson) на основе исследований 1937—1939 гг., в результате которых было показано, что клетки, активно синтезирующие белок, содержат большое количество РНК. Подтверждение гипотезы было получено Юбером Шантренне (Hubert Chantrenne).
Содержание
«Жизненный цикл» мРНК
Транскрипция
Транскрипцией называют процесс копирования генетической информации с ДНК на РНК, в частности на мРНК. Транскрипция осуществляется ферментом РНК-полимеразой, строящей, согласно принципу комплементарности, копию участка ДНК на основании одной из цепей двойной спирали. Этот процесс как у эукариот, так и у прокариот организован одинаково. Основное различие между про- и эукариотами состоит в том, что у эукариот РНК-полимераза во время транскрипции ассоциируется с мРНК-обрабатывающими ферментами, поэтому у них обработка мРНК и транскрипция могут проходить одновременно. Короткоживущие необработанные или частично обработанные продукты транскрипции называются пред-мРНК; после полной обработки — зрелая мРНК.
Обработка эукариотической пред-мРНК
В то время как мРНК прокариот (бактерий и архей), за редкими исключениями, сразу готовы к трансляции и не требуют специальной обработки, эукариотические пре-мРНК требуют более интенсивной обработки. В процессе сплайсинга из пре-мРНК удаляются не кодирующие белок последовательности (интроны), на 5′ конец молекулы добавляется специальный модифицированный нуклеотид (кэп), на 3′ конец добавляются несколько аденинов, так называемый полиадениновый хвост. Кэп узнаётся факторами инициации, белками, отвечающими за присоединение к мРНК рибосомы, полиадениновый хвост связывается с со специальным белком. Обычно эти посттранскрипционные изменения мРНК эукариот обозначают термином «процессинг мРНК». Полиаденилирование необходимо для транспорта большинства мРНК в цитоплазму и защищает молекулы мРНК от быстрой деградации (увеличивает время их полужизни). Лишенные поли-А участка молекулы мРНК (например, вирусные) быстро разрушаются в цитоплазме клеток эукариот рибонуклеазами.
Сплайсинг
Транспорт
Трансляция
Поскольку прокариотическая мРНК не нуждается в обработке и транспортировке, трансляция рибосомой может начаться немедленно после транскрипции. Следовательно, можно сказать, что трансляция у прокариот совмещена с транскрипцией и происходит ко-транскрипционнно.
Эукариотическая мРНК должна быть обработана и доставлена из ядра в цитоплазму, и только тогда может быть транслирована рибосомой. Трансляция может происходить как на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном виде, так и на рибосомах, ассоциированных со стенками эндоплазматического ретикулума. Таким образом, у эукариот трансляция не совмещена напрямую с транскрипцией.
Регуляция трансляции
Так как у прокариот транскрипция совмещена с трансляцией, прокариотическая клетка может быстро реагировать на изменения в окружающей среде путём синтеза новых белков, то есть регуляция происходит, в основном, на уровне транскрипции. У эукариот из-за необходимости в редактировании и транспорте мРНК ответ на внешние стимулы занимает больше времени. Поэтому их синтез белка интенсивно регулируется на посттранскрипционном уровне. Не всякая зрелая мРНК транслируется, поскольку в клетке существуют механизмы регуляции экспрессии белков на пост-транскрипционном уровне, например, РНК-интерференция.
Разрушение
Строение зрелой мРНК
Зрелая мРНК состоит из нескольких участков, различающихся по функциям: «5′ кэп», 5′ нетранслируемая область, кодирующая (транслируемая) область, 3′ нетранслируемая область и 3′ полиадениновый «хвост».
5′ Кэп
5′ кэп (или кап) (от англ. cap — шапочка) — это модифицированный гуанидиновый нуклеотид, который добавляется на 5′ (передний) конец незрелой мРНК. Эта модификация очень важна для узнавания мРНК при инициации трансляции, а также для защиты от 5’нуклеаз — ферментов, разрушающих цепи нуклеиновых кислот с незащищённым 5′-концом.
Кодирующие области
Кодирующие области состоят из кодонов — следующих непосредственно друг за другом последовательностей из трёх нуклеотидов, каждая из которых соответствует в генетическом коде определённой аминокислоте или началу и концу синтеза белка. Кодирующие области начинаются со старт-кодона и заканчиваются одним из трёх стоп-кодонов. Считывание последовательности кодонов и сборка на её основе последовательности аминокислот синтезируемой молекулы белка осуществляется рибосомами при участии транспортных РНК в процессе трансляции. В дополнение к кодированию белков, части кодирующих областей могут служить управляющими последовательностями. Например, вторичная структура РНК в некоторых случаях определяет результат трансляции.
Моноцистронная и полицистронная мРНК
Нетранслируемые области
3′ полиадениновый хвост
Вторичная структура
Кроме первичной структуры (последовательности нуклеотидов), мРНК обладает вторичной структурой. В отличие от ДНК, вторичная структура которой основана на межмолекулярных взаимодействиях (двойная спираль ДНК образована двумя линейными молекулами, соединенными друг с другом по всей длине водородными связями), вторичная структура мРНК основана на внутримолекулярных взаимодействиях (линейная молекула «складывается», и водородные связи возникают между разными участками одной и той же молекулы).
Примерами вторичной структуры могут служить стебель-петля и псевдоузел [7]
Вторичные структуры в мРНК служат для регуляции трансляции. Например, вставка в белки необычных аминокислот, селенометионина и пирролизина, зависит от стебля-петли, расположенной в 3′ нетранслируемой области. Псевдоузлы служат для программированного изменения рамки считывания генов.
В вирусных мРНК сложные вторичные структуры (Инициация трансляции»).
См. также
Ссылки
Литература
Типы нуклеиновых кислот
Полезное
Смотреть что такое «Матричная РНК» в других словарях:
матричная РНК — матричная РНК. См. иРНК. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
матричная РНК — informacinė RNR statusas T sritis chemija apibrėžtis Molekulė, pernešanti ribosomoms DNR užkoduotą informaciją. santrumpa( os) mRNR atitikmenys: angl. messenger RNA rus. матричная РНК … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
МАТРИЧНАЯ РНК — (мРНК). Молекула РНК, нуклеотидная последовательность которой транслируется в последовательность аминокислот белка … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных
РНК информационная иРНК; матричная РНК мРНК — РНК информационная, иРНК; матричная РНК, мРНК * РНК інфармацыйная, іРНК; матрычная РНК, мРНК * messenger RNA or mRNA … Генетика. Энциклопедический словарь
Матричная РНК мРНК информационная РНК иРНК — Матричная РНК, мРНК, информационная РНК, иРНК * матрычная РНК, мРНК, інфармацыйная РНК, іРНК * messenger RNA or mRNA однонитчатая молекула РНК, синтезируемая РНКполимеразой (см.; РНК полимераза II или «В» у эукариот) с белок кодирующей матрицы… … Генетика. Энциклопедический словарь
Пре-информационная РНК пре-мессенджерная РНК пре-матричная РНК — Пре информационная РНК, пре мессенджерная РНК, пре матричная РНК * перадінфармацыйная РНК, перадмесенджарная РНК, перадматрычная РНК * pre messenger RNA предшественник иРНК; гигантская молекула РНК, транскрибируемая со структурного гена, которая… … Генетика. Энциклопедический словарь
РНК-полимераза — из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчётливо. Ион магния (жёлтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент, осуществляющий… … Википедия
РНК-полимеразы — РНК полимераза из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчетливо. Ион магния (желтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент,… … Википедия
РНК полимераза — из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчетливо. Ион магния (желтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент, осуществляющий синтез… … Википедия
матричная (информационная) РНК — мРНК иРНК Молекула РНК, содержащая информацию о последовательности аминокислот в белке, которая реализуется; мРНК является транскриптом гена, кодирующего соответствующий белок; полицистронные мРНК содержат информацию одновременно о нескольких… … Справочник технического переводчика
Что такое мрнк в биологии определение
Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ (мРНК, синоним — информацио́нная РНК, иРНК) — РНК, отвечающая за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам синтеза белков. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов.
Длина типичной зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов. Самые длинные мРНК отмечены у (+)оц РНК-содержащих вирусов, например пикорнавирусов, однако следует помнить, что у этих вирусов мРНК образует весь их геном.
ДНК нередко сравнивают с чертежами для изготовления белков. Развивая эту инженерно-производственную аналогию, можно сказать, что, если ДНК — это полный набор чертежей для изготовления белков, находящийся на хранении в сейфе директора завода, то мРНК — временная рабочая копия чертежа, выдаваемая в сборочный цех.
Гипотеза о значении РНК в синтезе белков была высказана Торбьёрном Касперссоном (Torbjörn Caspersson) на основе исследований 1937—1939 гг., в результате которых было показано, что клетки, активно синтезирующие белок, содержат большое количество РНК. Подтверждение гипотезы было получено Юбером Шантренне (Hubert Chantrenne).
Содержание
«Жизненный цикл» мРНК
Транскрипция
Транскрипцией называют процесс копирования генетической информации с ДНК на РНК, в частности на мРНК. Транскрипция осуществляется ферментом РНК-полимеразой, строящей, согласно принципу комплементарности, копию участка ДНК на основании одной из цепей двойной спирали. Этот процесс как у эукариот, так и у прокариот организован одинаково. Основное различие между про- и эукариотами состоит в том, что у эукариот РНК-полимераза во время транскрипции ассоциируется с мРНК-обрабатывающими ферментами, поэтому у них обработка мРНК и транскрипция могут проходить одновременно. Короткоживущие необработанные или частично обработанные продукты транскрипции называются пред-мРНК; после полной обработки — зрелая мРНК.
Обработка эукариотической пред-мРНК
В то время как мРНК прокариот (бактерий и архей), за редкими исключениями, сразу готовы к трансляции и не требуют специальной обработки, эукариотические пре-мРНК требуют более интенсивной обработки. В процессе сплайсинга из пре-мРНК удаляются не кодирующие белок последовательности (интроны), на 5′ конец молекулы добавляется специальный модифицированный нуклеотид (кэп), на 3′ конец добавляются несколько аденинов, так называемый полиадениновый хвост. Кэп узнаётся факторами инициации, белками, отвечающими за присоединение к мРНК рибосомы, полиадениновый хвост связывается с со специальным белком. Обычно эти посттранскрипционные изменения мРНК эукариот обозначают термином «процессинг мРНК». Полиаденилирование необходимо для транспорта большинства мРНК в цитоплазму и защищает молекулы мРНК от быстрой деградации (увеличивает время их полужизни). Лишенные поли-А участка молекулы мРНК (например, вирусные) быстро разрушаются в цитоплазме клеток эукариот рибонуклеазами.
Сплайсинг
Транспорт
Трансляция
Поскольку прокариотическая мРНК не нуждается в обработке и транспортировке, трансляция рибосомой может начаться немедленно после транскрипции. Следовательно, можно сказать, что трансляция у прокариот совмещена с транскрипцией и происходит ко-транскрипционнно.
Эукариотическая мРНК должна быть обработана и доставлена из ядра в цитоплазму, и только тогда может быть транслирована рибосомой. Трансляция может происходить как на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном виде, так и на рибосомах, ассоциированных со стенками эндоплазматического ретикулума. Таким образом, у эукариот трансляция не совмещена напрямую с транскрипцией.
Регуляция трансляции
Так как у прокариот транскрипция совмещена с трансляцией, прокариотическая клетка может быстро реагировать на изменения в окружающей среде путём синтеза новых белков, то есть регуляция происходит, в основном, на уровне транскрипции. У эукариот из-за необходимости в редактировании и транспорте мРНК ответ на внешние стимулы занимает больше времени. Поэтому их синтез белка интенсивно регулируется на посттранскрипционном уровне. Не всякая зрелая мРНК транслируется, поскольку в клетке существуют механизмы регуляции экспрессии белков на пост-транскрипционном уровне, например, РНК-интерференция.
Разрушение
Строение зрелой мРНК
Зрелая мРНК состоит из нескольких участков, различающихся по функциям: «5′ кэп», 5′ нетранслируемая область, кодирующая (транслируемая) область, 3′ нетранслируемая область и 3′ полиадениновый «хвост».
5′ Кэп
5′ кэп (или кап) (от англ. cap — шапочка) — это модифицированный гуанидиновый нуклеотид, который добавляется на 5′ (передний) конец незрелой мРНК. Эта модификация очень важна для узнавания мРНК при инициации трансляции, а также для защиты от 5’нуклеаз — ферментов, разрушающих цепи нуклеиновых кислот с незащищённым 5′-концом.
Кодирующие области
Кодирующие области состоят из кодонов — следующих непосредственно друг за другом последовательностей из трёх нуклеотидов, каждая из которых соответствует в генетическом коде определённой аминокислоте или началу и концу синтеза белка. Кодирующие области начинаются со старт-кодона и заканчиваются одним из трёх стоп-кодонов. Считывание последовательности кодонов и сборка на её основе последовательности аминокислот синтезируемой молекулы белка осуществляется рибосомами при участии транспортных РНК в процессе трансляции. В дополнение к кодированию белков, части кодирующих областей могут служить управляющими последовательностями. Например, вторичная структура РНК в некоторых случаях определяет результат трансляции.
Моноцистронная и полицистронная мРНК
Нетранслируемые области
3′ полиадениновый хвост
Вторичная структура
Кроме первичной структуры (последовательности нуклеотидов), мРНК обладает вторичной структурой. В отличие от ДНК, вторичная структура которой основана на межмолекулярных взаимодействиях (двойная спираль ДНК образована двумя линейными молекулами, соединенными друг с другом по всей длине водородными связями), вторичная структура мРНК основана на внутримолекулярных взаимодействиях (линейная молекула «складывается», и водородные связи возникают между разными участками одной и той же молекулы).
Примерами вторичной структуры могут служить стебель-петля и псевдоузел [7]
Вторичные структуры в мРНК служат для регуляции трансляции. Например, вставка в белки необычных аминокислот, селенометионина и пирролизина, зависит от стебля-петли, расположенной в 3′ нетранслируемой области. Псевдоузлы служат для программированного изменения рамки считывания генов.
В вирусных мРНК сложные вторичные структуры (Инициация трансляции»).