Ekspresja genów – część I. Rodzaje kwasów rybonukleinowych i kod genetyczny

Redakcja _ | 2013-03-12

Tagi: RNA, DNA, kwasy rybonukleinowe, ekspresja genów, genetyka, geny

Aby mogło dojść do przepisania informacji z DNA na sekwencję aminokwasową w białku musi zajść ekspresja genów. Jest proces mający na celu odczytanie informacji zawartej w genie i wytworzenie produktu - w tym wypadku jest to RNA lub białko. Geny dostarczają informacji na temat budowy białka, jednak nie są jego budulcem. Pośrednikiem między DNA zlokalizowanym w jądrze a białkiem jest kwas rybonukleinowy, czyli RNA. Aby mogło powstać białko, zasady azotowe znajdujące się w DNA muszą zostać przepisane na sekwencję aminokwasową. W tym celu niezbędne jest odczytanie kodu genetycznego.

Rodzaje RNA w komórce

Każda komórka zawiera dwa rodzaje kwasów nukleinowych: dwuniciowy DNA znajdujący się przede wszystkim w jądrze komórkowym, oraz RNA, zazwyczaj jednoniciowy, występujący w różnych przedziałach komórkowych. Różnica między tymi dwoma rodzajami kwasów nukleinowych polega na występowaniu innej reszty cukrowej (DNA – deoksyryboza, RNA – ryboza). Różnią się także zasady azotowe – w DNA wyróżnić można adeninę, guaninę, cytozynę i tyminę, zaś w RNA tymina zastąpiona jest przez uracyl.

W komórkach występuje kilka rodzajów kwasów rybonukleinowych, z których każdy pełni inną funkcję, a współgranie między nimi warunkuje prawidłowy przebieg procesów transkrypcji i translacji. Wszystkie rodzaje kwasów rybonukleinowych powstają na drodze transkrypcji. Wyróżnia się pięć rodzajów RNA:

mRNA – matrycowy (informacyjny) RNA. mRNA jest matrycą informacji genetycznej zakodowanej w DNA. W komórce umiejscowiony jest w jądrze komórkowym, czyli w tym samym przedziale co DNA. Sekwencja nukleotydów w mRNA zostanie następnie przepisana na sekwencję aminokwasów w białku w wyniku translacji.

tRNA – transportujący (transferowy) RNA. tRNA przenosi aminokwas pochodzący z cytoplazmatycznej puli aminokwasów do rybosomu podczas procesu translacji. Ze względu na komplementarność zasad pojedyncza nić tRNA może tworzyć podwójne wiązania i fałdować się tworząc trójwymiarową strukturę. Swoją budową przypomina koniczynę, posiada 3 pętle (antykodonową, dihydrourydynową oraz rybotymidynową)  i dwa wolne końce – 3’ i 5’. Wolne miejsce na końcu 3’ jest miejscem wiązania aminokwasu, zaś pętla antykodonowa rozpoznaje i wiąże się z kodonem w mRNA.

rRNA – rybosomowy RNA. Powstaje w jądrze komórkowym i razem z białkami, które są importowane z cytoplazmy, buduje podjednostki rybosomów. U organizmów prokariotycznych występują trzy cząsteczki rRNA, natomiast u eukariontów cztery i stanowią one około 2/3 masy całego rybosomu. W związku z tym, że w komórkach występują tysiące rybosomów, rRNA jest najobficiej występującym w komórce rodzajem kwasu rybonukleinowego.

snRNA – (small nuclear RNA)mały jądrowy RNA. Wchodzi w skład snRNPs, czyli małych jądrowych rybonukleoprotein budujących spliceosom. Struktura ta bierze udział w splicingu, czyli wycinaniu niekodujących intronów z pre-mRNA i łączy kodujące informację genetyczną egzony tworząc mRNA.

siRNA – (small interfering RNA) mały interferujący RNA. Powstają z długich, dwuniciowych cząsteczek RNA, z których każda daje początek wielu cząsteczkom siRNA.

 

Kod genetyczny i jego cechy

Odczytywanie kodu genetycznego jest możliwe tylko przy ścisłej „współpracy” opisanych wyżej RNA. Kod genetyczny określa reguły jakim podlega tłumaczenie sekwencji nukleotydów w genie na sekwencję aminokwasów podczas procesu translacji. Został on rozszyfrowany w latach 60. XX w. Każdy aminokwas kodowany jest przez trójkę kolejnych nukleotydów tworzących kodon, dlatego mówi się, że kod genetyczny jest trójkowy. Istnieją 3 trójki nukleotydów, które nie kodują aminokwasów, lecz są sygnałem do zakończenia procesu translacji - te kodony to UAA, UAG i UGA i są one zwane kodonami STOP. Kodon rozpoczynający translację to AUG (kodon START) i koduje on metioninę. Kod genetyczny jest niezachodzący, co oznacza, że kodony nigdy nie zachodzą na siebie a jeden nukleotyd przynależy do tylko jednego kodonu. Trójki nukleotydów leżą obok siebie i nie są poprzedzielane nukleotydami, które były by nieprzydatne w procesie translacji, inaczej mówiąc kod genetyczny jest bezprzecinkowy. Kod genetyczny jest zdegenerowany, czyli różne kodony mogą kodować ten sam aminokwas. Przeważnie różnią się one od siebie ostatnim nukleotydem w „trójce”. Danej trójce nukleotydów odpowiada tylko jeden aminokwas, czyniąc kod genetyczny jednoznacznym. Wszystkie powyższe zasady odczytu kodu genetycznego są uniwersalne dla wszystkich organizmów. U niektórych bakterii i wirusów zasady te mogą być odrobinę zmodyfikowane, jednak są to sytuacje wyjątkowe.

 

 

Przeczytaj także:

Transport przez błony część I. Dyfuzja, dyfuzja ułatwiona, transport aktywny.

Anna Byczkowska

Źródła:

 „Cytobiochemia. Biochemia niektórych struktur komórkowych” Leokadia Kłyszejko-Stefanowicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002

„Fizjologia roślin” pod red. Jana Kopcewicza i Stanisława Lewaka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007

 „Podstawy biologii. Związek między strukturą i funkcją komórki eukariotycznej”, Andrzej Kaźmierczak,  Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2012