Матричная рибонуклеиновая кислота (мРНК) выполняет очень важную функцию в живых организмах. Синтезируясь на основе ДНК в ядре клетки, она переносит в цитоплазму генетическую информацию, необходимую для сборки того или иного белка. При этом молекулы мРНК существуют совсем недолго. В зависимости от выполняемой функции, они могут распадаться на отдельные нуклеотиды за несколько суток, часов или даже минут. В связи с этим многим интересно понять, почему природа «сделала» столь важную для жизни биомолекулу нестабильной.
Прежде чем перейти к конкретным внутриклеточным процессам, давайте разберёмся, почему матричная РНК, равно как и другие виды этой нуклеиновой кислоты, является химически нестабильной. В отличие от устойчивой двухспиральной молекулы ДНК, она состоит всего из одной, относительно короткой, цепи нуклеотидов. Структурный каркас этой цепи составляет сахар рибоза, который отличается от дезоксирибозы наличием дополнительной гидроксильной группы –OH. «Лишний» кислород дает РНК возможность вступать в химические реакции, что делает её уязвимой к воздействию ферментов, а также провоцирует самопроизвольный гидролиз — процесс, при котором молекула разрушает сама себя в водной среде.
Ключевая причина быстрого распада мРНК кроется в самой её сути — это временная копия участка ДНК, которая служит «инструкцией» по сборке белков в рибосомах, играющих роль клеточных «фабрик». Представим ситуацию, в которой человек съел кусок торта. Уровень сахара в его крови резко повысился, и клетка моментально получила сигнал о массовом создании мРНК, по которым будет собран белковый гормон инсулин. Пока существуют эти мРНК, процесс синтеза инсулина не прекращается. И в долгосрочной перспективе это могло бы привести к падению сахара до критического уровня, опасного для жизни. Однако своевременное уничтожение молекул останавливает рибосомный «конвейер».
Внутри и за пределами наших клеток находится огромное количество ферментов, известных под общим названием — рибонуклеазы. Они моментально расщепляют не только матричную, но и любую другую РНК, у которой не оказалось средств для противостояния такому воздействию. Так проявляет себя биологический механизм защиты от вирусных угроз. Многие вирусы, в том числе большинство возбудителей обычной простуды, несут свой генетический код исключительно в виде рибонуклеиновой кислоты. Без ферментов-«ножниц», наполняющих межклеточное пространство, выживаемость организмов оставалась бы на крайне низком уровне, и сложные формы жизни, вероятно, никогда не появились бы.
В заключение давайте немного поговорим о том, почему мРНК всё же успевает выполнить свои функции в организме до того, как её разрушат рибонуклеазы или собственный гидролиз. Для бесперебойного процесса синтеза белков в клетках реализуется сразу три уровня защиты:
- Кэп или 5'-кэп. Модифицированный нуклеотид, который биологи иногда ласково называют «шапочкой», находится на одном конце молекулы. Сталкиваясь с кэпом, ферменты не могут к нему прикрепиться и начать расщепление.
- Поли(А)-хвост. Другой конец молекулы мРНК представляет собой длинную последовательность нуклеотидов с азотистым основанием аденин (A). Этот фрагмент не кодирует никакой важной информации, и, пока ферменты отщипывают «бессмысленные» звенья, сама «инструкция» остается в безопасности.
- Защитные белки. С самого момента своего рождения в ядре клетки молекула мРНК ни на миг не остается в одиночестве. На её цепь плотно усаживаются десятки разных белков, создавая физический барьер. Эти белки не подпускают ферменты до тех пор, пока работа мРНК в цитоплазме не будет завершена.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение: Magnific
