Podcast o RNA: Typy, štruktúra a funkcie

Kapitoly

Posol dôležitých správ

Kuriér menom mRNA

Strihanie a úpravy

Stavebný materiál ribozómov

Ribozómy - bunkové továrne

tRNA - molekulárne taxíky

Štruktúra ďatelinového listu

RNA vo svete vírusov

RNA ako švajčiarsky nožík

Zhrnutie a záver

Přepis

Lucia: Predstavte si, že ste šéfkuchár v najlepšej reštaurácii na svete – vo vašej bunke. Ten najcennejší recept, DNA, je bezpečne zamknutý v kancelárii, teda v jadre. Ale kuchyňa, kde sa jedlo – proteíny – varí, je vonku v cytoplazme. Ako dostanete pokyny do kuchyne bez toho, aby ste riskovali stratu originálneho receptu?

Peter: Pošlete kópiu, samozrejme. A presne to je úlohou našej dnešnej témy – ribonukleovej kyseliny, alebo RNA. Počúvate Studyfi Podcast.

Lucia: Takže RNA je v podstate taký poslíček? Zoberie informáciu z DNA a odnesie ju tam, kde treba?

Peter: Presne tak. A ten najznámejší poslíček sa volá mediátorová RNA, alebo skrátene mRNA. Vzniká procesom, ktorý voláme transkripcia – je to vlastne prepis časti DNA.

Lucia: Ako ten prepis vyzerá? Je to presná kópia?

Peter: Skoro. Je komplementárna. Tam, kde má DNA adenín, bude mať RNA uracil. Kde má DNA guanín, RNA bude mať cytozín a naopak. Je to ako prekladať do veľmi podobného jazyka.

Lucia: A táto správa je napísaná v nejakom kóde?

Peter: Áno, v takzvaných kodónoch. Je to trojpísmenkový kód – trojica nukleotidov, ktorá hovorí, aká aminokyselina sa má do proteínu pridať. Takže dĺžka mRNA závisí od toho, aký dlhý proteín ideme „variť“.

Lucia: Takže bunka si vytvorí túto mRNA kópiu a tá hneď beží do kuchyne, teda k ribozómom?

Peter: Ešte nie tak rýchlo! Ten prvý prepis, takzvaná hnRNA, je vlastne len taký hrubý koncept. Musí prejsť úpravou, ktorú voláme splicing, alebo po slovensky zostrih.

Lucia: Zostrih? To znie, ako keby sme strihali film.

Peter: Je to skvelá analógia! Z tej pôvodnej kópie sa musia vystrihnúť časti, ktoré nič nekódujú. Voláme ich intróny – to sú také tie nepodarené alebo vymazané scény.

Lucia: A tie dôležité scény, ktoré ostanú, sú čo?

Peter: Tie sa volajú exóny. Tie sa pekne spoja dokopy a vytvoria finálnu, funkčnú mRNA. Ale ešte stále to nie je všetko!

Lucia: Ešte ďalšie úpravy? Tomu sa povie postprodukcia!

Peter: Presne. Na jeden koniec molekuly sa pridá takzvaná „čiapka“ a na druhý dlhý „chvost“ z adenozínov. Tieto úpravy chránia mRNA pred poškodením a pomáhajú jej dostať sa bezpečne na miesto určenia.

Lucia: Dobre, takže náš vyladený recept v podobe mRNA konečne dorazil na miesto – do ribozómov. Čo sú vlastne zač tie ribozómy?

Peter: Ribozómy sú doslova továrne na proteíny. A aby mohli fungovať, potrebujú svoj vlastný stavebný materiál. A tým je ďalší typ RNA – ribozómová RNA, alebo rRNA.

Lucia: Takže rRNA vlastne tvorí štruktúru samotnej továrne?

Peter: Presne tak. rRNA sa spojí s rôznymi proteínmi a vytvorí túto komplexnú mašinériu. Zaujímavé je, že rRNA tvorí až 80 % všetkej RNA v bunke. Je to teda najrozšírenejší typ.

Lucia: A práve tieto inštrukcie z mRNA sa musia niekde prečítať. Povedzme si teda viac o tých bunkových „čítacích zariadeniach“, alebo skôr továrňach. Mám na mysli ribozómy.

Peter: Presne tak, Lucia. Ribozómy sú miesta, kde sa celá tá mágia deje. Predstav si ich ako super-moderné 3D tlačiarne na proteíny. A ako každá poriadna mašina, aj ony sa skladajú z niekoľkých častí.

Lucia: Dobre, tak poďme na to. Z čoho sa skladá taký cicavčí ribozóm?

Peter: Ten náš, cicavčí, označujeme ako 80S. A skladá sa z dvoch hlavných podjednotiek – jednej veľkej a jednej malej. Je to trochu ako žemľa na hamburger, ktorá sa spojí okolo mRNA, čo je tá „mäsová placka“ s receptom.

Lucia: Hamburger! To si budem pamätať. Takže veľká a malá podjednotka. Majú aj nejaké presnejšie názvy?

Peter: Jasné. Veľká je 60S a malá 40S. A tu je malý chyták pre študentov – 60 plus 40 nie je 80. Tie čísla totiž nevyjadrujú hmotnosť, ale sedimentačnú konštantu. Zjednodušene, ako rýchlo klesajú v centrifuge.

Lucia: Aha, takže to nie je jednoduchá matematika. A čo je vo vnútri týchto podjednotiek?

Peter: Sú to vlastne komplexy ribozómovej RNA, čiže rRNA, a proteínov. Tá veľká, 60S, obsahuje tri typy rRNA a asi 50 rôznych proteínov. Tá menšia, 40S, má jeden typ rRNA a asi 30 proteínov.

Lucia: Takže RNA nie je len poslíček s informáciami, ale aj stavebný materiál.

Peter: Presne tak. A zaujímavé je, že takmer všetky tieto rRNA molekuly vznikajú v jadierku z jedného veľkého predchodcu, takej 45S prekurzorovej RNA. Len jedna malá, 5S rRNA, si ide vlastnou cestou a tvorí sa inde.

Lucia: Dobre, továreň máme postavenú. Ale ako sa do nej dostanú suroviny, teda aminokyseliny?

Peter: Na to máme špecializovanú donáškovú službu! A tou sú transferové RNA, alebo skrátene tRNA. Sú to tie najmenšie molekuly RNA, také malé molekulárne taxíky.

Lucia: Taxíky? To sa mi páči. Takže každá aminokyselina má svoj vlastný taxík?

Peter: V podstate áno. Každá tRNA je špecializovaná na prenos jednej konkrétnej aminokyseliny. Ale pre jednu aminokyselinu môže existovať aj viacero rôznych tRNA „taxíkov“. V bunke ich máme viac ako 60 druhov.

Lucia: Šesťdesiat taxikárov, ktorí vedia, kam majú ísť. Ako to robia? Ako vedia, ktorú aminokyselinu naložiť a kam ju odviezť?

Peter: To je na nich to najlepšie. Každá molekula tRNA má dve kľúčové miesta. Jedno je väzbové miesto pre aminokyselinu, taký „držiak na náklad“. Má vždy rovnakú sekvenciu C-C-A na svojom 3-prime konci.

Lucia: Okej, to je miesto, kde sa aminokyselina pripojí. A to druhé miesto?

Peter: To druhé je ako GPS adresa. Je to slučka, ktorá obsahuje tri nukleotidy – takzvaný antikodón. A práve tento antikodón sa musí presne zhodovať s kodónom na mRNA v ribozóme.

Lucia: Takže malá molekula s dvoma dôležitými koncami. Ako vlastne vyzerá?

Peter: Vieš si predstaviť list ďateliny? Presne taký model navrhol Robert Holley už v roku 1965. Je to samozrejme 2D zjednodušenie, ale krásne ukazuje jej štruktúru.

Lucia: Takže má štyri „lístky“?

Peter: Presne tak. Prvý je akceptorové rameno, kde sa viaže aminokyselina. Potom je tu tá najdôležitejšia – antikodónová slučka s tou „GPS adresou“. A potom ešte dve ďalšie, ktoré obsahujú trochu netypické nukleotidy, napríklad dihydrouridín.

Lucia: A to je všetko? Sú tam len tieto typy RNA?

Peter: Vôbec nie! Okrem týchto hlavných hráčov existujú v bunke, najmä v jadre, aj ďalšie typy. A práve tie, ako napríklad malé jadrové RNA, zohrávajú kľúčovú úlohu pri úpravách a regulácii. Sú to takí manažéri a kontrolóri kvality celej výroby. Ale o tom si povieme viac nabudúce.

Lucia: Dobre, takže RNA nie je len nejaký obyčajný poslíček pre DNA. A čo vírusy? Počula som, že niektoré z nich sú čisto „RNA pozitívne“.

Peter: To je dobrý postreh. Áno, niektoré vírusy, napríklad retrovírusy, majú ako genetický materiál RNA. Sú v tom naozaj prefíkané.

Lucia: Ako to myslíš?

Peter: Pomocou špeciálneho enzýmu, reverznej transkriptázy, si svoju RNA prepíšu späť do DNA. Túto DNA potom vložia do genómu hostiteľskej bunky.

Lucia: Takže v podstate sa infiltrujú do nášho systému. To je dosť zákerné!

Peter: Presne tak. A potom bunka začne produkovať nové virálne RNA. Je to ako prevzatie kontroly nad továrňou.

Lucia: Fascinujúce. A čo takzvaná nekódujúca RNA? To znie ako RNA, ktorá sa... nudí?

Peter: Vôbec nie! Nekódujúca RNA síce nekóduje proteíny, ale má kopu iných dôležitých úloh. tRNA a rRNA sú toho najlepším príkladom pri translácii.

Lucia: Takže sú to skôr manažéri a pomocníci?

Peter: Áno. A niektoré, zvané ribozýmy, majú dokonca katalytickú aktivitu. Dokážu napríklad štiepiť a spájať iné molekuly RNA.

Lucia: Dobre, tak poďme si to zhrnúť. Tok genetickej informácie nie je len priama cesta z DNA cez RNA k proteínu.

Peter: Vôbec nie. RNA je v tomto procese kľúčový hráč s mnohými tvárami – je to posol, robotník, katalyzátor a pre niektorých aj samotný genetický kód.

Lucia: Perfektné zhrnutie! Peter, ďakujem ti za skvelé vysvetlenia. A vám, milí poslucháči, ďakujeme za pozornosť pri dnešnej časti Studyfi Podcastu.

Peter: Majte sa pekne a dopočutia nabudúce!