ARN-ul mesager: structură și funcții

publicat de Florin Mitrea
51 vizualizări
ARN (ilustrație)

ARN-ul sau acidul ribonucleic este unul dintre cele două tipuri de acizi nucleici întâlnite în natură, alături de ADN (acidul dezoxiribonucleic). ARN-ul este o moleculă versatilă și se găsește sub trei forme principale: ARN mesager (ARNm), ARN ribozomal (ARNr) și ARN de transfer (ARNt).

Funcționarea ARNm se bazează în mare măsură pe celelalte două tipuri de ARN, iar ARNm se află în centrul așa-numitei dogme centrale a biologiei molecule (ADN-ul dă naștere ARN-ului, care, la rândul său, dă naștere proteinelor).

O privire generală asupra acizilor nucleici

ADN-ul și ARN-ul sunt acizi nucleici, ceea ce înseamnă că ei sunt macromolecule de polimeril, ale căror constituienți (monomeri) se numesc nucleotide. Nucleotidele sunt alcătuite din trei componente distincte: o pentoză (un zahar format dint-un inel de cinci atomi), o grupare fosfat și o bază azotată (aleasă din patru tipuri posibile).

ADN-ul se distinge față de ARN prin trei diferențe majore. Mai întâi, în cazul ARN-ului, porțiunea glucidică a nucleotidei este pentoza, în timp ce în cazul ADN-ului aceasta este dezoxiriboza, care este o riboză la care o grupare hidroxil (-OH) de la unul dinte atomii de carbon din inel este înlocuită cu un atom de hidrogen (-H). În al doilea rând, ADN-ul are o moleculă dublu catenară cu aspect elicoidal (dublu helix), în timp ce molecula ARN-ului este monocatenară. În al treilea rând, în timp ce ADN-ul și ARN-ul conține bazele azotate adenină (A), citozină (C) și guanină (G), cea de a patra bază azotată este timina (T) în cazul ADN-ului și uracilul (U) în cazul ARN-ului.

ADN-ul

ADN-ul: din ce este format și cum funcționează

Acidul dezoxiribonucleic sau ADN-ul este o moleculă care furnizează instrucțiunile genetice care le spun ființelor vii cum să se dezvolte.

Fiecare dintre bazele azotate din ADN se împerechează doar cu un tip de bază azotată: A se împerechează cu T, iar C se împerechează cu G. Mai mult, A și G sunt clasificate din punct de vedere chimic drept purine, în timp ce C și T sunt pirimidine. Deoarece purinele sunt substanțial mai mari decât pirimidinele, o înperechere A-G ar fi prea voluminoasă, iar o împerechere A-T ar fi neobișnuit de subdimensionată. Ambele aceste situații ar perturba structura dublu catenară a ADN-ului.

Datorită acestei scheme de împerechere, cele două catene ale ADN-ului se numesc „catene complementare”, iar secvența uneia dintre ele poate fi prezisă dacă se cunoaște secvența celeilalte. De exemplu, dacă un lanț de nucleotide din catena ADN-ului are secvența AAGCGTATTG, atunci lanțul complementar ar avea secvența TTCGCATAAC. Deoarece ARN-ul este sintetizat dintr-o matriță ADN, aceasta are implicații în privința transcripției.

Structura de bază a ARN-ului

ARN-ul mesager este cel mai asemănător cu ADN-ul dintre toate formele de ARN, deoarece rolul său este în mare parte același: să transmită informația codificată de gene, sub forma bazelor azotate atent ordonate, către mașinăria celulară de asamblare a proteinelor. Însă există și alte tipuri esențiale de acid ribonucleic.

După elucidarea structurii ADN-ului în anul 1953, structura ARN-ului a rămas necunoscută o perioadă lungă de timp. În anii 1960 a devenit clar că, deși molecula de ARN este monocatenară, structura sa secundară, adică relația dintre secvențele sale de nucleotide pe măsură ce macromolecula se întinde în spațiu, implică plierea anumitor porțiuni de ARN pe ele însele, cu formarea unor configurații cu aspect de bucle. Aceasta stă la baza încrucișării catenei ARN-ului de transfer.

ARN-ul ribozomal este oarecum diferit. Toate tipurile de ARNr derivă dintr-o catenă monstru de ARNr, formată din 13.000 de nucleotide. După o serie de modificări chimice, această catenă este scindată în două subunități inegale, una denumită 18S, iar alta denumiră 28S („S” provine de la „unitate Svedberg”, o măsură pe care biologii o utilizează pentru a estima masa unei macromolecule). Porțiunea 18S este încorporată în subunitatea ribozomală mică, iar porțiunea 28S contribuie la unitatea ribozomală mare, care are o masă totală de 50S; fiecare ribozom conține câte una dintre cele două tipuri de subunități, împreună cu un număr de proteine pentru a furniza ribozomilor integritate structurală.

Lanțurile de ADN și ARN au capete 3′ și 5′, în funcție de pozițiile moleculelor atașate de componenta glucidică a catenei. În fiecare nucleotidă, gruparea fosfat este atașată de atomul de carbon din poziția 5′ a inelului, în timp ce la atomul de carbon 3′ este atașată gruparea hidroxil. Atunci când la catena acidului nucleic este adăugată o nouă nucleotidă, aceasta se leagă de capătul 3′. Aceasta înseamnă că gruparea fosfat de la capătul 5′ al noii nucleotide se atașează de atomul de carbon 3′, de care este legată gruparea hidroxil. Acestă grupare hidroxil este înlocuită de noua nucleotidă, care pierde un proton (H) de la gruparea sa fosfat; așadar, din proces rezultă o moleculă de apă (H2O), ceea ce face din sinteza ARN-ului un exemplu de reacție de deshidratare.

Transcripția: codificarea mesajului în ARNm

Transcripția este procesul prin care ARN-ul mesager este sintetizat dintr-o matriță ADN. Deoarece molecule de ADN este dublu catenară, fiecare catenă poate servi ca matriță pentru o moleculă de ARN monocatenară; cele două catene de ARN nou formate sunt complementare una cu cealaltă, dar nu se unesc una cu cealaltă.

Transcripția ARN-ului este foarte asemănătoare cu replicarea ADN-ului în sensul că se aplică aceeași regulă de împerechere a bazelor azotate, uracilul (U) luând locul timinei (T) în molecula de ARN. Este de notat faptul că acest fenomen este unidirecțional: T din ADN corespunde la A din ARN, dar A din ADN corespunde la U din ARN.

Pentru ca transcripția să aibă loc, catena dublu helix a ADN-ului trebuie să fie desfășurată, proces care are loc în prezența unor enzime specifice. După finalizarea desfășurării, o secvență specifică denumită secvență promotor semnalizează începerea transcripției de-a lungul moleculei. Aceasta aduce la locul sintezei enzime numită ARN-polimerază, care devine parte a complexului promotor. Toate acestea se întâmplă ca un fel de mecanism biochimic de siguranță pentru ca sinteza ARN-ului mesager să nu înceapă dintr-un punct greșit al molecului de ADN și să nu producă un lanț ARNm cu cod ilegitim. ARN-polimeraza „citește” catena de ADN începând cu secvența promotor și se deplasează în lungul catenei, adăugând nucleotide la capătul 3′ al lanțului de ARNm. Este de remarcat faptul că, în virtutea complementarității, catenele de ADN și ARNm sunt antiparalele. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce lanțul de ARNm crește în direcția 3′, el se deplasează înspre capătul 5′ al catenei de ADN.

Legăturile formate între gruparea fosfat a unui nucleotide și gruparea glucidică (pentoza) a nucleotidei următoare se numesc legături fosfodiesterice.

Enzima ARN-polimerază apare în mai multe forme, deși la bacterii există un singur tip. Ea este o enzimă de dimensiuni mari, alcătuită din patru subunități proteice: alfa (α), beta (β, beta prim (β’) și sigma (σ). Combinate, acestea au o masă moleculară de circa 420.000 de daltoni. (Pentru comparație, un atom de carbon are 12 daltoni, o moleculă de apă are 18 daltoni, iar o moleculă de glucoză are 180 de daltoni). Enzima, denumită holoenzimă atunci când sunt prezente toate cele patru subunități), este responsabilă pentru recunoașterea secvenței promotor și pentru desfășurarea celor două catene de ADN. ARN-polimeraza se deplasează de-a lungul genei pe care o transcrie pe măsură ce adaugă nucleotide segmentului de ARNm, proces denumit elongare. Acest proces necesită adenozintrifosfat (ATP) ca sursă de energie.

Transcripția încetează atunci când ARN-polimeraza întâlnește o secvență de terminare. Așa cum secvența promotor poate fi considerată echivalentul luminii verzi a semaforului, secvența de terminare este echivalentul luminii roșii a semaforului.

Translația: decodificarea mesajului din ARNm

Atunci când o moleculă de ARN mesager care poartă informația unei anumite proteine (adică informația corespunzătoare unei gene) este completă, ea încă mai trebuie să fie prelucrată înainte de a fi gata să livreze informația genetică ribozomilor, unde are loc sinteza proteinelor. La organismele eucariote, molecula de ARNm trebuie să și părăsească nucleul (procariotele nu prezintă un nucleu).

Bazele azotate poartă informații genetică sub formă de triplete de secvențe denumite codoni. Un codon conține informația pentru a adăuga un anumit aminoacid la lanțul proteic. La fel cum nucleotidele sunt unitățile monomer ale acizilor nucleici, aminoacizii sunt monomerii proteinelor. Deoarece ARN-ul conține patru nucleotide diferite (date de cele patru tipuri diferite de baze azotate), iar un codon constă din trei nucleotide succesive, există un număr de 64 de combinații posibile (43 = 64), adică 64 de codoni, începând cu AAA, AAC, AAG, AAU și terminând cu UUU.

Cu toate acestea, în organismul uman există doar 20 de aminoacizi. Drept urmare, codul genetic este redundant, adică un aminoacid poate fi codificat de mai mulți codoni, însă un codon nu poate codifica mai mulți aminoacizi. De exemplu, aminoacizii leucină, arginină și serină au fiecare câte șase codoni. Trei codoni diferiți sunt codoni STOP, similar cu secvențele de terminare de la transcripție.

Translația este un proces extrem de cooperativ, adunând laolaltă toți membrii familiei acidului ribonucleic. Deoarece are loc la nivelul ribozomilor, ea implică utilizarea ARN-ului ribozomal (ARNr). Moleculele de ARN de transfer (ARNt) sunt responsabile pentru transportul fiecărui aminoacid la situl de translație din ribozom, fiecare aminoacid având propriul său ARNt.

La fel ca transcripția, translația prezintă o fază de inițiere, o fază de elongare și o fază de terminare, iar la finalizarea sintezei proteice, proteina este eliberată din ribozom și împachetată în aparatul Golgi pentru a fi utilizată în altă parte; ribozomul se disociază în subunitățile sale componente.

Sursa: Sciencing.com

Din aceeași categorie

© 2022  Florin Mitrea – WordPress Theme Designed and Developed by PenciDesign

Acest site folosește cookies pentru a îmbunătăți experiența de navigare. Acceptă Detalii