Διαφορά μεταξύ mRNA και tRNA

Κύρια διαφορά – mRNA έναντι tRNA

Το αγγελιοφόρο RNA (mRNA) και το RNA μεταφοράς (tRNA) είναι δύο τύποι κύριων RNA που λειτουργούν στη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες στο γονιδίωμα μεταγράφονται σε mRNA από το ένζυμο RNA πολυμεράση. Αυτό το βήμα είναι το πρώτο βήμα στη σύνθεση πρωτεϊνών και είναι γνωστό ως κωδικοποίηση πρωτεΐνης. Αυτό το mRNA που κωδικοποιείται από την πρωτεΐνη μεταφράζεται στα ριβοσώματα σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Αυτό το βήμα είναι το δεύτερο βήμα στη σύνθεση πρωτεϊνών και είναι γνωστό ως αποκωδικοποίηση πρωτεΐνης. Τα tRNA είναι οι φορείς συγκεκριμένων αμινοξέων που κωδικοποιούνται στο mRNA. Η κύρια διαφορά μεταξύ mRNA και tRNA είναι ότι το mRNA χρησιμεύει ως ο αγγελιοφόρος μεταξύ γονιδίων και πρωτεϊνών, ενώ το tRNA μεταφέρει το καθορισμένο αμινοξύ στο ριβόσωμα προκειμένου να επεξεργαστεί την πρωτεϊνοσύνθεση.

Αυτό το άρθρο εξηγεί,

1. Τι είναι το mRNA
      – Δομή, Λειτουργία, Σύνθεση, Υποβάθμιση
2. Τι είναι το tRNA
       – Δομή, Λειτουργία, Σύνθεση, Υποβάθμιση
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ mRNA και tRNA

Τι είναι το mRNA

Το αγγελιαφόρο RNA είναι ένας τύπος RNA που βρίσκεται σε κύτταρα που κωδικοποιούν τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη. Το mRNA θεωρείται ως ο φορέας του μηνύματος μιας πρωτεΐνης στο ριβόσωμα που διευκολύνει την πρωτεϊνοσύνθεση. Τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες μεταγράφονται σε mRNA από το ένζυμο RNA πολυμεράση κατά τη διάρκεια του συμβάντος που είναι γνωστό ως μεταγραφή, το οποίο συμβαίνει στον πυρήνα. Το μεταγράφημα mRNA που ακολουθεί τη μεταγραφή αναφέρεται ως το πρωτεύον μεταγράφημα ή προ-mRNA. Το πρωτεύον μεταγράφημα του mRNA υφίσταται μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις μέσα στον πυρήνα. Το ώριμο mRNA απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα για μετάφραση. Η μεταγραφή ακολουθούμενη από μετάφραση είναι το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας, όπως φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας

Δομή mRNA

Το mRNA είναι ένα γραμμικό, μονόκλωνο μόριο. Ένα ώριμο mRNA αποτελείται από μια κωδικοποιητική περιοχή, αμετάφραστες περιοχές (UTR), 5' κάλυμμα και μια ουρά πολυ-Α 3'. Η περιοχή κωδικοποίησης του mRNA περιέχει μια σειρά κωδικονίων, τα οποία είναι συμπληρωματικά με τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη στο γονιδίωμα. Η περιοχή κωδικοποίησης περιέχει ένα κωδικόνιο έναρξης προκειμένου να ξεκινήσει η μετάφραση. Το κωδικόνιο έναρξης είναι το AUG, το οποίο προσδιορίζει το αμινοξύ μεθειονίνη στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Τα κωδικόνια που ακολουθούνται από το κωδικόνιο έναρξης είναι υπεύθυνα για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Η μετάφραση τελειώνει στο κωδικόνιο διακοπής . Τα κωδικόνια, UAA, UAG και UGA είναι υπεύθυνα για το τέλος της μετάφρασης. Εκτός από τον προσδιορισμό της αλληλουχίας αμινοξέων του πολυπεπτιδίου, ορισμένες περιοχές της κωδικεύουσας περιοχής του pre-mRNA εμπλέκονται επίσης στη ρύθμιση της επεξεργασίας του προ-mRNA και χρησιμεύουν ως ενισχυτές/σιαγόνες εξωνικού ματίσματος.

Οι περιοχές του mRNA που βρέθηκαν πρώτο και τελευταίο στην περιοχή κωδικοποίησης ονομάζονται 5′ UTR και 3′ UTR, αντίστοιχα. Το UTRs ελέγχει τη σταθερότητα mRNA μεταβάλλοντας τη συγγένεια για τα ένζυμα RNase που αποικοδομούν τα RNA. Ο εντοπισμός mRNA εκτελείται στο κυτταρόπλασμα από το 3′ UTR. Η μετάφραση αποτελεσματικότητα του mRNA προσδιορίζεται από τις πρωτεΐνες που είναι συνδεδεμένες με τα UTRs. Γενετικές παραλλαγές στην περιοχή UTR 3' οδηγούν στην ευαισθησία στη νόσο αλλάζοντας τη δομή του RNA και της μετάφρασης πρωτεΐνης.

Εικόνα 2:Ώριμη δομή mRNA

Το κάλυμμα 5′ είναι ένα τροποποιημένο νουκλεοτίδιο γουανίνης, 7-μεθυλγουανοσίνης που δεσμεύεται μέσω ενός δεσμού 5′-5′-τριφωσφορικού. Η ουρά 3'poly-A είναι αρκετές εκατοντάδες νουκλεοτίδια αδενίνης που προστίθενται στο 3' άκρο του πρωτεύοντος μεταγράφου του mRNA.

Το ευκαρυωτικό mRNA σχηματίζει μια  κυκλική δομή αλληλεπιδρώντας με την πρωτεΐνη δέσμευσης πολυ-Α και τον παράγοντα έναρξης μετάφρασης, eIF4E. Τόσο οι πρωτεΐνες δέσμευσης eIF4E όσο και πολυ-Α συνδέονται με τον παράγοντα έναρξης μετάφρασης, eIF4G. Αυτή η κυκλοφορία προάγει μια χρονικά αποδοτική μετάφραση κυκλοφορώντας το ριβόσωμα στον κύκλο του mRNA. Τα άθικτα RNA θα μεταφραστούν επίσης.

Εικόνα 3:Ο κύκλος mRNA

Σύνθεση, επεξεργασία και λειτουργία mRNA

Το mRNA συντίθεται κατά τη διάρκεια του συμβάντος που είναι γνωστό ως μεταγραφή , που είναι το πρώτο βήμα της διαδικασίας της πρωτεϊνοσύνθεσης. Το ένζυμο που εμπλέκεται στη μεταγραφή είναι η RNA πολυμεράση. Τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη κωδικοποιούνται στο μόριο mRNA και εξάγονται στο κυτταρόπλασμα για τη μετάφραση. Μόνο το ευκαρυωτικό mRNA υφίσταται την επεξεργασία, το οποίο παράγει ένα ώριμο mRNA από το pre-mRNA. Τρία κύρια συμβάντα συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας πριν από το mRNA:προσθήκη 5′ καλύμματος, προσθήκη κεφαλής 3′ και μάτισμα εσωνίων.

Προσθήκη 5′ κεφαλιού συμβαίνει συν-μεταγραφικά. Το κάλυμμα 5' χρησιμεύει ως προστασία από τις RNases και είναι κρίσιμο για την αναγνώριση του mRNA από τα ριβοσώματα. Η προσθήκη 3′ πολυ-Α ουράς/πολυαδενυλίωσης εμφανίζεται αμέσως μετά τη μεταγραφή. Η ουρά πολυ-Α προστατεύει το mRNA από RNases και προωθεί την εξαγωγή του mRNA από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα. Το ευκαρυωτικό mRNA αποτελείται από εσώνια μεταξύ δύο εξονίων. Έτσι, αυτά τα εσώνια αφαιρούνται από τον κλώνο mRNA κατά τη διάρκεια του ματίσματος . Ορισμένα mRNA τροποποιούνται προκειμένου να αλλάξει η νουκλεοτιδική τους σύνθεση.

Μετάφραση είναι το γεγονός όπου τα ώριμα mRNAs αποκωδικοποιούνται προκειμένου να συντεθεί μια αλυσίδα αμινοξέων. Τα προκαρυωτικά mRNA δεν διαθέτουν μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις και εξάγονται στο κυτταρόπλασμα. Η προκαρυωτική μεταγραφή συμβαίνει στο ίδιο το κυτταρόπλασμα. Επομένως, η προκαρυωτική μεταγραφή και η μετάφραση θεωρείται ότι συμβαίνουν ταυτόχρονα, μειώνοντας τον χρόνο που απαιτείται για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα ευκαρυωτικά ώριμα mRNA εξάγονται στο κυτταρόπλασμα από τον πυρήνα αμέσως μετά την επεξεργασία τους. Η μετάφραση διευκολύνεται από τα ριβοσώματα που είτε επιπλέουν ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα είτε συνδέονται με το ενδοπλασματικό δίκτυο των ευκαρυωτών.

Αποικοδόμηση mRNA

Τα προκαρυωτικά mRNA έχουν γενικά μια σχετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Όμως, τα ευκαρυωτικά mRNA είναι βραχύβια, επιτρέποντας τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Τα προκαρυωτικά mRNA αποικοδομούνται από διαφορετικούς τύπους ριβονουκλεασών, συμπεριλαμβανομένων των ενδονουκλεασών, των 3' εξωνουκλεασών και των 5' εξωνουκλεασών. Η RNase III αποικοδομεί μικρά RNA κατά τη διάρκεια παρεμβολής RNA. Η RNase J αποικοδομεί επίσης το προκαρυωτικό mRNA από 5' σε 3'. Τα ευκαρυωτικά mRNA αποικοδομούνται μετά τη μετάφραση μόνο είτε από σύμπλοκο εξωσώματος είτε από σύμπλοκο αποκάλυψης. Τα ευκαρυωτικά αμετάφραστα mRNA δεν αποικοδομούνται από τις ριβονουκλεάσες.

Τι είναι το tRNA

Το tRNA είναι ο δεύτερος τύπος RNA που εμπλέκεται στη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα αντικωδικόνια φέρονται μεμονωμένα από τα tRNA που είναι συμπληρωματικά προς ένα συγκεκριμένο κωδικόνιο στο mRNA. Το tRNA μεταφέρει καθορισμένο αμινοξύ από τα κωδικόνια του mRNA στα ριβοσώματα. Το ριβόσωμα διευκολύνει το σχηματισμό πεπτιδικών δεσμών μεταξύ των υπαρχόντων και των εισερχόμενων αμινοξέων.

Δομή tRNA

Το tRNA αποτελείται από πρωτογενείς, δευτερογενείς και τριτοταγείς δομές. Η κύρια δομή είναι ένα γραμμικό μόριο του tRNA. Έχει μήκος περίπου 76 έως 90 νουκλεοτίδια. Η δευτερεύουσα δομή είναι δομή σε σχήμα τριφυλλιού. Η τριτογενής δομή είναι μια τρισδιάστατη δομή σε σχήμα L. Η τριτοταγής δομή του tRNA του επιτρέπει να ταιριάζει με το ριβόσωμα.

Εικόνα 4:Η δευτερογενής δομή του mRNA

Η δευτερεύουσα δομή tRNA αποτελείται από μια 5' τερματική φωσφορική ομάδα . Το 3′ τέλος του αποδέκτη βραχίονα περιέχει την ουρά CCA που συνδέεται με το αμινοξύ. Το αμινοξύ συνδέεται στενά με την 3' υδροξυλομάδα της ουράς CCA από το ένζυμο, την αμινοακυλο tRNA συνθετάση. Το φορτωμένο με αμινοξέα tRNA είναι γνωστό ως αμινοακυλο-tRNA. Η ουρά CCA προστίθεται κατά την επεξεργασία του tRNA. Η δευτερογενής δομή tRNA αποτελείται από τέσσερις βρόχους:D-loop, T Ψ βρόχος C, μεταβλητός βρόχος και το αντικωδικόνιο βρόχος . Ο βρόχος αντικωδικονίου περιέχει το αντικωδικόνιο το οποίο είναι ένας συμπληρωματικός δεσμός με το κωδικόνιο του mRNA μέσα στο ριβόσωμα. Η δευτερογενής δομή του tRNA γίνεται η τριτοταγής δομή του με ομοαξονική στοίβαξη των ελίκων. Η τριτοταγής δομή του αμινοακυλο-tRNA φαίνεται στο σχήμα 5 .

Εικόνα 5:Αμινοακυλο tRNA

Λειτουργίες tRNA

Ένα αντικωδώνιο αποτελείται από μια τριπλέτα νουκλεοτιδίων, που περιέχει ξεχωριστά σε κάθε μόριο tRNA. Είναι ικανό να συνδυάζει βάσεις με περισσότερα από ένα κωδικόνια μέσω ζευγοποίησης βάσεων ταλάντωσης . Το πρώτο νουκλεοτίδιο του αντικωδικονίου αντικαθίσταται από την ινοσίνη. Η ινοσίνη είναι ικανή να δεσμεύει υδρογόνο με περισσότερα από ένα συγκεκριμένα νουκλεοτίδια στο κωδικόνιο. Το αντικωδικόνιο είναι στην κατεύθυνση 3' προς 5' προκειμένου να γίνει ζεύγος βάσεων με το κωδικόνιο. Επομένως, το τρίτο νουκλεοτίδιο του κωδικονίου ποικίλλει στο περιττό κωδικόνιο που προσδιορίζει το ίδιο αμινοξύ. Για παράδειγμα, τα κωδικόνια, GGU, GGC, GGA και GGG κωδικοποιούν το αμινοξύ γλυκίνη. Έτσι, ένα μόνο tRNA φέρνει τη γλυκίνη και για τα παραπάνω τέσσερα κωδικόνια. Εξήντα ένα διακριτά κωδικόνια μπορούν να αναγνωριστούν στο mRNA. Ωστόσο, μόνο τριάντα ένα διακριτά tRNA απαιτούνται ως φορείς αμινοξέων λόγω του ζεύγους βάσεων ταλάντωσης.

Το σύμπλεγμα έναρξης μετάφρασης σχηματίζεται από τη συναρμολόγηση δύο ριβοσωμικών μονάδων με το θεαμινοακυλο tRNA. Το αμινοακυλο tRNA συνδέεται με τη θέση Α και η πολυπεπτιδική αλυσίδα συνδέεται με τη θέση Ρ της μεγάλης υπομονάδας του ριβοσώματος. Το κωδικόνιο έναρξης μετάφρασης είναι το AUG που προσδιορίζει το αμινοξύ μεθειονίνη. Η μετάφραση επεξεργάζεται μέσω της μετατόπισης του ριβοσώματος στο mRNA με την ανάγνωση της αλληλουχίας του κωδικονίου. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα αναπτύσσεται σχηματίζοντας πολυπεπτιδικούς δεσμούς με τα εισερχόμενα αμινοξέα.

Εικόνα 6:Μετάφραση

Εκτός από το ρόλο του στη σύνθεση πρωτεϊνών, παίζει επίσης ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, των μεταβολικών διεργασιών, της εκκίνησης της αντίστροφης μεταγραφής και των απαντήσεων στο στρες.

Αποικοδόμηση tRNA

Το tRNA ενεργοποιείται εκ νέου με την προσκόλληση σε ένα δεύτερο αμινοξύ που είναι ειδικό για αυτό αφού απελευθερώσει το πρώτο του αμινοξύ κατά τη μετάφραση. Κατά τη διάρκεια του ποιοτικού ελέγχου του RNA, εμπλέκονται δύο μονοπάτια επιτήρησης στην αποικοδόμηση των υποτροποποιημένων και μη επεξεργασμένων προ-tRNA και των ώριμων tRNA που δεν έχουν τροποποιήσεις. Τα δύο μονοπάτια είναι τα μονοπάτια πυρηνικής επιτήρησης και η οδός ταχείας διάσπασης του tRNA (RTD). Κατά τη διαδρομή πυρηνικής επιτήρησης , τα μη τροποποιημένα ή υποτροποποιημένα προ-tRNA και τα ώριμα tRNA υποβάλλονται σε πολυαδενυλίωση άκρου 3' από σύμπλοκο TRAMP και υφίστανται ταχεία ανανέωση. Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στη μαγιά, Saccharomyces cerevisiae. Η ταχεία οδός διάσπασης του tRNA (RTD) παρατηρήθηκε για πρώτη φορά σε στέλεχος μεταλλαγμένου ζυμομύκητα trm8Δtrm4Δ που είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία και στερείται ενζύμων τροποποίησης tRNA. Τα περισσότερα από τα tRNA διπλώνονται σωστά υπό τις κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας. Όμως, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας οδηγούν σε υπο-τροποποιημένα tRNAs και αποικοδομούνται από την οδό RTD. Τα tRNA που περιέχουν μεταλλάξεις στο στέλεχος του δέκτη καθώς και στο στέλεχος T αποικοδομούνται κατά τη διάρκεια της οδού RTD.

Διαφορά μεταξύ mRNA και tRNA

Όνομα

mRNA: Το m σημαίνει messenger. αγγελιοφόρος RNA

tRNA: Το t σημαίνει μεταφορά. μεταφορά RNA

Συνάρτηση

mRNA: Το mRNA χρησιμεύει ως ο αγγελιοφόρος μεταξύ γονιδίων και πρωτεϊνών.

tRNA: Το tRNA μεταφέρει το καθορισμένο αμινοξύ στο ριβόσωμα προκειμένου να επεξεργαστεί την πρωτεϊνοσύνθεση.

Τοποθεσία συνάρτησης

mRNA: Το mRNA λειτουργεί στον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα.

tRNA: Το tRNA λειτουργεί στο κυτταρόπλασμα.

Κωδόνιο/Αντικωδόνιο

mRNA: Το mRNA φέρει μια αλληλουχία κωδικονίου που είναι συμπληρωματική προς την αλληλουχία κωδικονίων του γονιδίου.

tRNA: Το tRNA φέρει ένα αντικωδικόνιο το οποίο είναι συμπληρωματικό του κωδικονίου στο mRNA.

Συνέχεια της ακολουθίας

mRNA: Το mRNA φέρει μια σειρά διαδοχικών κωδικονίων.

tRNA: Το tRNA φέρει μεμονωμένα αντικωδικόνια.

Σχήμα

mRNA: Το mRNA είναι γραμμικό, μονόκλωνο μόριο. Μερικές φορές το mRNA σχηματίζει τις δευτερεύουσες δομές όπως βρόχους καρφίτσας μαλλιών.

tRNA: Το tRNA είναι ένα μόριο σχήματος L.

Μέγεθος

mRNA: Το μέγεθος εξαρτάται από τα μεγέθη των γονιδίων που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη.

tRNA: Έχει μήκος περίπου 76 έως 90 νουκλεοτίδια.

Σύνδεση σε αμινοξέα

mRNA: Το mRNA δεν συνδέεται με τα αμινοξέα κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνοσύνθεσης.

tRNA: Το tRNA μεταφέρει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ προσκολλώντας στον βραχίονα δέκτη του.

Μοίρα μετά τη λειτουργία

mRNA: Το mRNA καταστρέφεται μετά τη μεταγραφή.

tRNA: Το tRNA επανενεργοποιείται συνδέοντάς το με ένα δεύτερο αμινοξύ που είναι ειδικό για αυτό αφού απελευθερώσει το πρώτο του αμινοξύ κατά τη μετάφραση.

Συμπέρασμα

Το αγγελιαφόρο RNA και το RNA μεταφοράς είναι δύο τύποι RNA που εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών. Και τα δύο αποτελούνται από τέσσερα νουκλεοτίδια:αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ). Τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες κωδικοποιούνται σε mRNA κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που είναι γνωστή ως μεταγραφή. Τα μεταγραφέντα mRNA αποκωδικοποιούνται σε μια αλυσίδα αμινοξέων με τη βοήθεια ριβοσωμάτων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που είναι γνωστή ως μετάφραση. Το καθορισμένο αμινοξύ που απαιτείται για την αποκωδικοποίηση των mRNA σε πρωτεΐνες μεταφέρεται από διαφορετικά tRNA στο ριβόσωμα. Εξήντα ένα διακριτά κωδικόνια μπορούν να αναγνωριστούν στο mRNA. Τριάντα ένα διακριτά αντικωδικόνια μπορούν να αναγνωριστούν σε διαφορετικά tRNA που προσδιορίζουν τα είκοσι απαραίτητα αμινοξέα. Επομένως, η κύρια διαφορά μεταξύ mRNA και tRNA είναι ότι το mRNA είναι ένας αγγελιοφόρος μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης ενώ το tRNA είναι φορέας ενός συγκεκριμένου αμινοξέος.

Αναφορά:
1."Αγγελιοφόρος RNA." Βικιπαίδεια. N.p.:Wikimedia Foundation, 14 Φεβρουαρίου 2017. Web. 5 Μαρ. 2017.
2."Transfer RNA." Βικιπαίδεια. N.p.:Wikimedia Foundation, 20 Φεβρουαρίου 2017. Web. 5 Μαρ. 2017.
3. "Δομική βιοχημεία/νουκλεϊκό οξύ/RNA/transfer RNA (tRNA) – Wikibooks, ανοιχτά βιβλία για έναν ανοιχτό κόσμο." ν.δ. Ιστός. 5 Μαρ. 2017
4.Megel, C. et al “Survaillence and cleavage of eukaryotic tRNAs”. International Journel of Molecular Sciences, . 2015, 16, 1873-1893; doi:10.3390/ijms16011873. Ιστός. Πρόσβαση στις 6 Μαρ. 2017