9.4. Концепция «мир РНК»
Современные знания о структурном и функциональном разнообразии РНК привели к формированию концепции «мир РНК». Различные виды молекул РНК вовлечены в реализацию большинства фундаментальных биохимических процессов в клетке.
РНК участвуют в репликации ДНК. Именно из рибонуклеотидов построены затравки (праймеры), необходимые как для инициации синтеза на лидирующей цепи, так и для синтеза фрагментов Оказаки на отстающей. Особая «антисмысловая» РНК выполняет роль регулятора инициации репликации ДНК в точках начала репликации, обладая возможностью связывать праймеры и тем самым останавливать биосинтез ДНК.
РНК выполняет роль матричной молекулы в своей собственной репликации у РНК-содержащих вирусов, а также в процессах обратной транскрипции (биосинтезе ДНК на матрице РНК). В процессе обратной транскрипции роль затравки, необходимой для синтеза комплементарной цепи ДНК, выполняет тРНК. Матричные свойства РНК реализуются и в процессе наращивания теломерных повторов в молекулах ДНК. РНК-матрица является важнейшим компонентом теломераз – ферментов, осуществляющих синтез теломерных участков ДНК в хромосомах.
В процессе транскрипции (биосинтезе РНК на матрице ДНК) большое значение имеет способность РНК образовывать разнообразные элементы вторичной структуры (шпильки), которые влияют как на инициацию, так и на терминацию синтеза РНК.
Процессинг первичных транскриптов (пре-РНК) происходит при активном участии РНК. Аутосплайсинг (вырезание некодирующих участков и сшивание кодирующих фрагментов) у одноклеточных организмов протекает без участия белков-ферментов. У организмов, утративших способность к аутосплайсингу, в сплайсировании РНК принимают участие мяРНК, необходимые для безошибочного вычленения интронов из молекул РНК-предшественников.
В биосинтезе белка (трансляции) РНК играет определяющую роль. Различные по структуре рРНК формируют основу субчастиц рибосомы и определяют взаимодействие субчастиц при сборке полной рибосомы. Присоединение мРНК к рибосоме детерминируется взаимодействием определенных участков мРНК и рРНК малой рибосомной субчастицы. Активация аминокислот, их специфическое акцептирование и доставка к рибосомам осуществляется тРНК. Кодон-антикодоновое взаимодействие между мРНК и тРНК обеспечивает перевод нуклеотидной последовательности информационных макромолекул в аминокислотную последовательность синтезируемых белков. Реакция образования пептидной связи (транспептидация) и продвижение рибосомы по мРНК (транслокация) также, по всей видимости, связаны с функционированием рРНК. Пространственная структура мРНК непосредственно влияет на скорость трансляции, а ее способность взаимодействовать с разнообразными регуляторными белками, особенно характерная для высших эукариот, является основой для тонкой регуляции биосинтеза белка.
В процессе посттрансляционной модификации синтезированных в ходе трансляции полипептидов могут образовываться функционально активные молекулы, включающие в свой состав молекулы РНК. Таким путем возникают РНК-содержащие ферменты — рибонуклеопротеины (РНКаза Р, теломеразы и др.).
Многие ферменты белковой природы, катализирующие различные биохимические превращения в клетке, содержат коферменты рибонуклеотидной природы (NAD, FAD, ATP и др.)
Каталитическими свойствами, сопоставимыми со свойствами ферментов-белков, могут обладать и сами молекулы РНК. Именно открытие рибозимов привело к созданию концепции «мира РНК» — мира, который, вероятно, возник и существовал задолго до оформления ныне существующего «ДНК-белкового мира».
Ф. Крик писал: «Эти эксперименты (по каталитической РНК) поддерживают гипотезу, что биохимия РНК предшествовала традиционной биохимии, основанной на нуклеиновых кислотах и белках». В ходе дальнейшей биологической эволюции и особенно в связи с возникновением клеточных форм жизни часть функций РНК, вероятно, перешла к ДНК, а другая часть — к белкам. Существующие РНК обладают высоким разнообразием жизненных форм (фенотипов), превосходя в этом отношении ДНК, и сохраняют способность к хранению и передаче генетических признаков, чем принципиально отличаются от белковых молекул, многие из которых они «приспособили» для обеспечения своего собственного существования.
Поскольку РНК принципиально способна выполнять все или почти все функции, которые свойственны белкам, включая формообразование и биохимический катализ, и в то же время может быть полноценным генетическим веществом с его репликативной и кодирующей функциями, была сформулирована концепция самодостаточного мира РНК, предшествовавшего современной жизни.
Достарыңызбен бөлісу: |
