Серед величезного різноманіття РНК у клітині треба виокремити три типи, залучені до процесу біосинтезу білка. Це матрична РНК, рибосомальна РНК і транспортна РНК. Ці три типи РНК є абсолютно в усіх живих організмів, оскільки біосинтез білка — процес універсальний для всього живого. Зупинимося докладніше на розгляді будови та функцій цих молекул.

Матрична РНК несе інформацію про будову білкової молекули

Матрична РНК (мРНК) — це довга лінійна молекула, яка несе в собі інформацію про послідовність з’єднання амінокислотних залишків у молекулі білка. У прокаріотів вона утворюється в процесі транскрипції й одразу ж залучається до біосинтезу білка. Ба більше, у прокаріотів одна молекула матричної РНК може нести інформацію про будову кількох різних молекул білка.

В еукаріотичних організмів мРНК утворюється в процесі транскрипції в ядрі у вигляді попередника, який потім «дозріває» також у ядрі. Процес «дозрівання» доволі складний: у ньому беруть участь багато білків і регуляторних молекул РНК. У процесі «дозрівання» попередник утрачає до 90 % своєї довжини, до нього приєднуються деякі додаткові нуклеотиди, а деякі піддаються хімічній модифікації. Так формується готова «зріла» мРНК.

Потім вона доставляється до цитоплазми для здійснення біосинтезу білка. Деякі мРНК живуть зовсім недовго: вони руйнуються клітиною за кілька хвилин після утворення, і з них встигає «зчитатися» лише зовсім небагато білкових молекул. Інші живуть кілька годин. Деякі мРНК можуть зберігатися в неактивному стані упродовж кількох днів або навіть тижнів, допоки вони не знадобляться клітині. Регуляція роботи мРНК складна та різноманітна.

Рибосомальна РНК є не лише структурною, а й функціональною основою рибосоми

Якщо виділити з клітини всю РНК, то найбільша масова частка припаде на рибосомальну (рРНК). Як ви пам’ятаєте, рибосоми — це маленькі комплекси з молекул рибосомальних білків і РНК, що беруть участь у процесі біосинтезу молекули білка. До складу рибосоми входить кілька різних молекул рРНК. Рибосоми складаються з двох субодиниць — великої й малої. У робочій рибосомі обидві субодиниці з’єднані одна з одною. У щілину між ними проходить мРНК. Рибосома рухається вздовж мРНК, зчитує з неї «інструкції» та синтезує молекулу білка відповідно до цих «інструкцій».

Якщо розглянути тривимірну модель рибосоми на рисунку 23.2, можна легко помітити, що її «основа» цілком побудована з рибосомальних РНК, а білки слугують зовнішньою «декорацією». Насправді роль білків рибосоми полягає переважно в стабілізації рРНК, які й здійснюють процес з’єднання амінокислотних залишків у ланцюжок білка.

Рибосоми є в усіх живих організмів. Багато дослідників навіть визначають живі організми як «реплікатори, що містять рибосоми», аби відрізняти їх від вірусів, які своїх рибосом не мають, а нахабно використовують рибосоми хазяїна для своїх цілей. рРНК не лише універсальні, а й досить консервативні (незмінні): відмінності в нуклеотидних послідовностях рРНК різних організмів дуже повільно накопичуються в процесі еволюції. Ці закономірності дають змогу ученим використовувати порівняння послідовностей рРНК різних організмів для встановлення еволюційних зв’язків між царствами живої природи.

Транспортні РНК переносять амінокислоти до місць синтезу білка

Ще один тип РНК, залучених до процесу біосинтезу білка, — транспортні РНК (тРНК). Ці РНК мають доволі впізнавану форму (рис. 23.3). Вони складаються з одного нуклеотидного ланцюга, який формує чотири дволанцюгові ділянки та згортається в просторі в структуру, що нагадує трилисник конюшини. Потім цей трилисник завдяки некомплементарним взаємодіям згортається ще раз і набуває Г-подібної форми. Саме в такій формі тРНК й існує в клітині.

Спеціальні ферменти приєднують амінокислоти до молекули тРНК. Цей процес потребує витрат енергії АТФ. У результаті утворюється високоенергетичний посередник, який потрапляє до рибосоми для синтезу білка. Докладніше про цей процес ітиметься в наступних параграфах.

Інші типи РНК — джерело нових відкриттів у сучасній біології

Ми стисло розглянули три типи РНК, що беруть учать у процесі біосинтезу білка. Але цим усе різноманіття молекул РНК у клітині не обмежується. Завдяки розвитку сучасних технологій стало можливим виявляти нові й нові типи РНК, що беруть участь у багатоманітних процесах. Особливо широко це різноманіття РНК представлено в еукаріотичних організмів. Наведемо стислий огляд інших типів РНК, що є в клітині.

7S РНК — коротка РНК, у великій кількості наявна в цитоплазмі як про-, так й еукаріотичних клітин. Бере участь у перенесенні білкових молекул крізь мембрану клітини (у прокаріотів) чи крізь мембрану ендоплазматичного ретикулуму (в еукаріотів).

Малі інтерферувальні РНК, мікроРНК і піРНК — надзвичайно різноманітні за будовою та походженням молекули РНК. Вони залучені до процесу регуляції синтезу білка, а також забезпечують захист клітини від вірусів та інших шкідливих агентів.

Також, як показали останні дослідження, у клітинах еукаріотів утворюється велика кількість РНК різної довжини. При цьому функція більшості цих РНК невідома. Можливо, вони є таким собі «інформаційним шумом». Сукупність ДНК, що кодує ці молекули РНК, отримала назву «темна матерія геному».

Рис. 23.3. Будова транспортної РНК

Рис. 23.4. Моделі вірусів, що містять РНК-геном

A. Вірус грипу в розрізі. Під оболонкою видно молекули РНК у комплексі з білками. Незважаючи на буденність, є вкрай смертоносним. Найстрашніша епідемія вірусу грипу — ««іспанка» — вбила до 100 мільйонів людей. І нині від вірусу грипу вмирає 250-500 тисяч осіб щороку. Тільки завдяки злагодженій роботі медиків і вчених вдається тримати вірус грипу, що постійно еволюціонує, під контролем. Б. Вірус імунодефіциту людини. Уражує клітини імунної системи, позбавляючи людський організм природного захисту. Кожна вірусна частинка містить дві ідентичні молекули РНК. У клітині-хазяїні завдяки ферментові — зворотній транскриптазі — на них синтезується ДНК, яка вбудовується у ДНК хазяїна. B. Риновірус. Риновіруси спричиняють застуду, оскільки розмножуються в клітинах слизової Дихальних шляхів. Зазвичай вони не завдають серйозної шкоди здоров’ю людини, хоча можуть призвести до появи ускладнень у дітей. Г. Вірус Ебола. Цей вірус має ниткоподібну форму. Він спричиняє лихоманку Ебола, рідкісне тропічне захворювання, що є одним із найсмертоносніших. Деякі форми вірусу призводять до майже стовідсоткової смерті. У 2014-2015 роках було зареєстровано спалахи захворювання лихоманкою Ебола відразу в кількох місцях земної кулі.