ARN Messenger
ARN Messenger (cunoscut prin abrevierea ARNm sau prin termenul mai generic de transcriere ) este un tip de ARN care codifică și transportă informații în timpul transcrierii de la ADN la locurile de sinteză a proteinelor , pentru a fi supus traducerii. [1]
Ciclul de viață al ARNm
Viața scurtă a unei molecule de ARNm începe cu transcripția și se termină cu degradarea. În timpul vieții sale, o moleculă de ARNm poate fi, de asemenea, examinată, modificată și transportată înainte de traducere. Moleculele de ARNm ale eucariotelor trebuie deseori verificate și transportate, spre deosebire de cele ale procariotelor .
Transcriere
În timpul transcrierii, ARN polimeraza „copiază” informațiile conținute într-o genă pe ADN într-o moleculă de ARNm. Acest proces este similar la procariote și eucariote. O diferență notabilă, totuși, este că ARN polimeraza eucariotă se asociază cu enzimele de verificare a ARNm în timpul transcrierii, astfel încât modificarea are loc rapid după începerea transcrierii. Produsul nemodificat sau parțial modificat se numește pre-ARNm , care atunci când este modificat se numește ARN matur .
Modificări pre-ARNm eucariote
Maturarea ARNm diferă foarte mult între eucariote și procariote. ARNm procariotic este deja matur după transcriere și nu trebuie verificat, cu excepția unor cazuri. Pre-ARN eucariot, pe de altă parte, necesită o verificare îndelungată.
Maturarea ARNm
Maturarea ARNm este o serie de procese chimice care transformă o moleculă de pre-ARNm ( transcript primar ) în ARNm .
Etapele maturării sunt:
- îmbinarea ;
- plafonare ;
- poliadenilare .
Moleculele snRNA iau parte la maturare .
Editarea ARN
Editarea este modificarea compoziției nucleotidice a ARNm . Un exemplu la om mRNA de apolipoproteină B este modificat în unele țesuturi, dar nu și în altele. Editarea creează un codon de oprire prematur, care sub traducere produce o proteină mai scurtă.
Transport
O altă diferență între procariote și eucariote este transportul ARNm. Deoarece transcrierea și sinteza proteinelor apar în compartimente separate în eucariote, ARNm eucariot trebuie transportat din nucleul celulei în citoplasmă . ARNm maturi sunt recunoscute prin modificările lor și apoi exportate prin porul nuclear , transport mediat de proteine, inclusiv NXF1 .
Traducere (sinteza proteinelor)
Deoarece ARNm procariot nu trebuie transportat, sinteza proteinelor (care apare în citoplasmă, acționată de ribozomi ) poate începe imediat după începerea transcrierii. Astfel, se poate spune că traducerea procariotă este cuplată la transcripție și are loc co-transcripțional .
ARNm eucariot care a fost modificat și transportat la citoplasmă (numit ARN matur în acest moment) poate fi apoi tradus prin codul genetic . Traducerea se poate face în ribozomi liberi din citoplasmă sau din reticulul endoplasmatic prin intermediul unei particule de recunoaștere a semnalului (din regiunea engleză de recunoaștere a semnalului). Astfel, spre deosebire de procariote, traducerea în eucariote nu este direct cuplată cu transcrierea.
Degradare
După ceva timp, mesajul se descompune în componentele sale nucleotidice, de obicei cu ajutorul mRNazei. Datorită controlului pe care îl suferă, ARNm eucariot este în general mai stabil decât ARNm procariot. Pentru a fi degradat, mARN-ul eucariot are nevoie de factori care să-l destabilizeze: printre acești factori destabilizatori găsim elementele ARE (elemente bogate în AU) și elementele IRE (site-ul de intrare a ribozomului intern). Aceste elemente sunt activate atunci când se disociază de proteinele la care sunt legate, activând și endonucleaze care catalizează degradarea ARNm.
Structura ARNm
Acoperire de 5 '
Un capac 5 ', numit și capac ARN 7-metilguanozină (sau ARN 7 G), este un nucleotid de guanină modificat care se adaugă la capătul frontal (5') al ARN mesager imediat după începerea transcrierii. Acesta constă dintr-un reziduu terminal de 7-metilguanozină legat printr-o legătură 5'-5'-trifosfat la prima nucleotidă transcrisă. Prezența sa este importantă pentru recunoașterea ribozomilor și protecția RNase .
Adăugarea capacului este simultană cu transcrierea. Imediat după inițierea transcripției, terminalul 5 'sintetizat este ligat printr-un complex de sinteză a capacului asociat cu ARN polimeraza . Acest complex enzimatic catalizează reacțiile chimice necesare. Sinteza are loc ca o reacție biochimică în mai multe etape:
- se taie trifosfatul 5 'terminal al ARN nou sintetizat. Enzima fosfohidrolază tăie legăturile γ fosfodiester lăsând fosfații în poziția α și β;
- enzima guanililtransferază transferă o guanină și fosfatul său α la fosfatul β terminal 5 'al ARN, producând o legătură 5'-5'-trifosfat;
- poziția azotului-7 (N-7) este metilată (guaninmetilare) de către enzima ARNm (guanină-N7 -) - metiltransferază ;
- ARNm (nucleozid-2'-O -) - metiltransferază metilează poziția 2 'a zahărului ribozei. Această grupare metil contribuie la stabilitatea ARN-ului, datorită protecției împotriva clivajului posibilă printr-un atac nucleofil al hidrogenului din apropiere.
După ce terminalul 5 'a fost „acoperit”, acesta este eliberat din complexul de sinteză și este apoi legat de un complex de legare asociat cu ARN polimeraza.
Regiuni de codificare
Regiunile de codificare sunt compuse din codoni care sunt decodificați și traduși în proteine de către ribozomi. Regiunile de codare încep cu un codon de început și se termină cu trei codoni de oprire posibili. În plus față de sinteza proteinelor, porțiuni din regiunile de codificare pot acționa ca secvențe reglatoare, cum ar fi amplificatori de îmbinare exon sau inhibitori de îmbinare exon .
Regiuni necodificate
Regiunile necodificate sunt secțiuni de ARN poziționate înainte de codonul de start și după codonul de oprire, care nu sunt traduse și se numesc 5 'UTR și respectiv 3' UTR (unde UTR înseamnă regiune netradusă ). Au fost atribuite mai multe roluri regiunilor necodificatoare în expresia genelor, inclusiv stabilizarea ARNm, localizarea ARNm și eficiența traducerii.
Stabilitatea ARNm poate fi mediată de 5 'UTR și 3' UTR, datorită afinității schimbătoare pentru unele enzime care degradează ARN, ribonucleaze , care pot promova sau inhiba stabilitatea moleculei de ARN. Cu cât un ARNm este mai stabil, cu atât mai multe proteine pot fi obținute din acel transcript.
Se consideră că localizarea citoplasmatică a ARN-ului depinde de UTR 3 '. Proteinele pot fi sintetizate în regiunea celulară care are nevoie de ele; în acest caz, UTR 3 'poate conține secvențe care permit transcrierea să fie localizată în acea regiune pentru traducere.
Eficiența traducerii și inhibarea traducerii pot fi mediate de UTR-uri. Proteinele care se leagă de 3 'sau 5' UTR pot afecta traducerea prin interferarea cu capacitatea ribozomilor de a se lega de ARNm.
Unele dintre elementele conținute în regiunile necodificate formează o structură secundară caracteristică atunci când sunt transcrise în ARN. Aceste elemente structurale ale ARNm sunt implicate în reglarea ARNm. Unele, cum ar fi elementele SECIS, sunt ținte pentru proteine de legat. O clasă de elemente ARNm, " riboswitches ", leagă moleculele mici direct, schimbându-și plierea pentru a schimba nivelul de transcripție sau de traducere. În aceste cazuri, ARNm se reglează singur.
ARNm monocistronic
Se spune că ARNm este monocistronic atunci când transportă informațiile pentru o singură genă, în timp ce se spune că este policistronic dacă poartă informațiile pentru mai multe gene (transcriptul ARNm corespunzător este capabil să se traducă pentru mai multe lanțuri polipeptidice diferite, în ordine). La procariote ARNm este foarte adesea policistronic, în timp ce transcrierile monocistronice sunt caracteristice eucariotelor, deși unele dintre ele (cum ar fi Trypanosoma brucei ) produc ARNm policistronic, maturat cu procesul trans-splicing [2] .
Un cistron este deci o secvență de baze de nucleotide cuprinse între un start AUG și un triplet de oprire. Termenul derivă din faptul că două mutații punctiforme diferite se pot completa reciproc (adică dau un fenotip normal) numai dacă sunt în cis , adică în aceeași catenă (pentru care celălalt cistron este sălbatic) și nu dacă sunt în trans , deoarece ambele polipeptide sunt anormale.
Organizarea policistronică tipică a ARNm a procariotelor se datorează organizării caracteristice a genelor din operoni , adică o serie de gene dispuse unul lângă altul de-a lungul cromozomului care codifică enzime cu funcție corelată (de obicei implicate în aceeași cale ) controlate de o singură cale inductor și care se transcriu pe o singură moleculă de ARNm.
Acest lucru răspunde, de asemenea, nevoilor funcționale și evolutive: simplificând, un procariot va avea adesea nevoie de adaptare imediată la mediul înconjurător, deoarece nu îl controlează (așa cum pot face organismele multicelulare și complexe) și, prin urmare, trebuie să activeze un răspuns sub forma unui anumit cale metabolică, care include mai multe etape, prin urmare diferite proteine și enzime. Un ARNm policistronic le permite, în aceeași etapă, să sintetizeze majoritatea lanțurilor polipeptidice. De fapt, un ARNm policistronic codifică de obicei proteinele din aceeași cale metabolică.
Coada poliadenilată
Coada poli (A) constă dintr-o secvență lungă de nucleotide adeninice (adesea până la câteva sute), adăugate la 3 'ale pre-ARNm de către enzima poliadenilat polimerază . Coada poli (A) este adăugată transcrierilor care conțin o secvență de semnal specifică, compusă din AAUAAA. Importanța semnalului AAUAAA a fost demonstrată de mutația găsită pe gena α2- globină (o subunitate a hemoglobinei), care vede secvența originală AATAAA mutată în AATAAG. Persoanele cu această mutație au deficit de hemoglobină [3] .
ARN antisens
În timpul transcrierii, ADN-ul cu catenă dublă produce ARN pornind de la așa-numita catenă antisens ; cealaltă fir complementar se numește sens . Prin termenul de ARN antisens , ne referim la un ARN complementar în secvență cu unul sau mai mulți ARNm. În unele organisme , prezența unui ARN anti-sens poate inhiba expresia genelor prin asocierea cu ARN-uri specifice. În cercetarea biochimică , acest efect a fost folosit pentru a studia modul în care funcționează genele , pur și simplu prin inhibarea cromozomului studiat prin adăugarea ARN-ului său anti-simț. Aceste studii au fost efectuate pe nematodul Caenorhabditis elegans și pe bacteria Escherichia coli .
Notă
- ^(RO) IUPAC Gold Book, "ARN mesager (ARNm)"
- ^ https://ec.asm.org/content/2/5/830.figures-only
- ^ Higgs DR, Goodbourn SE, Lamb J, Clegg JB, Weatherall DJ, Proudfoot NJ. (1983). „α-talasemia cauzată de o mutație semnal de poliadenilare”. Nature 306 (5941): 398-400. PMID 6646217 DOI: 10.1038 / 306398a0.
Bibliografie
- David L. Nelson, Michael M. Cox, Principiile de biochimie ale lui Lehninger , ediția a III-a, Bologna, Zanichelli , februarie 2002, ISBN 88-08-09035-3 .
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikicitată conține citate din sau despre ARN messenger -
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe ARN messenger
linkuri externe
- (EN) mRNA Life (Prezentare Flash) Depus la 27 septembrie 2007 în Internet Archive ..
