что такое мрнк в биологии определение

Что такое mRNA (мРНК) вакцина от коронавируса и как она работает?

На страницах Deep-Review мы рассказываем простым языком о том, как работают те или иные технологии, используемые в современных смартфонах, наушниках и фитнес-браслетах. Но разобраться в этом порой невозможно без более глубокого понимания того, как устроен наш мир и человеческий организм в частности.

Например, в статье о том, почему фитнес-трекеры напоминают о разминке, нам пришлось разобраться с устройством хромосом. А когда я рассказывал о функции измерения стресса некоторыми смартфонами и часами, мы детально рассмотрели работу нервной системы.

Тема коронавируса также не обошла стороной наш ресурс, так как современные фитнес-браслеты умеют определять уровень кислорода в крови, а это один из основных показателей наличия COVID-19 в организме, и необходимо было подробно объяснить, как это работает на самом деле.

Сегодняшняя тема намного важнее. Она касается не только современных технологий, но и нашего будущего, так как в области медицины назревает настоящая революция, катализатором которой послужила пандемия коронавируса. Или же, как сказали бы сторонники теории заговора — революция, ради которой и был создан коронавирус.

Возможно, вы уже слышали новости от Pfizer, BioNTech или Moderna об успешных клинических испытаниях первых вакцин на основе матричной РНК (мРНК или mRNA), которые показали эффективность свыше 90%. Но если нет, можете не сомневаться, в скором времени об этом будут говорить все. Эта тема затмит собой страшилки о чипировании людей и вреде 5G, ведь с подобным мы еще не сталкивались.

Аминокислоты, белки́, рибосомы… Кто здесь!?

Чтобы понять принцип работы новых mRNA (мРНК) вакцин и чтобы в будущем избежать мракобесных теорий, нужно иметь хотя бы базовое представление о живом организме.

Как известно, школьный учебник — это прекрасный пример того, как можно очень сложно и непонятно объяснять простые вещи. Поэтому я в двух словах нормальным языком напомню, что такое аминокислоты, рибосомы и другие понятия.

Белок — это основа всего. Именно из белков состоит всё живое на земле. Ферменты (то, что ускоряет различные химические процессы, вроде пищеварения) — это белки. Сухожилья, мышцы, волосы, ногти — это белки (коллаген, эластин, кератины).

Движение мышц осуществляется также благодаря белкам (миозин и актин). Белки переносят кислород во все ткани (гемоглобин). Именно белки защищают нас от вирусов (антитела) и они же регулируют рост, размножение, физическое и психическое развитие.

Все белки собраны из маленьких «деталек» — аминокислот. Они, словно детский конструктор, имеют разную форму (разные химические элементы в своем составе):

Для постройки человека нужно всего 20 различных деталек-аминокислот (их существует больше, но они не используются в человеческом организме).

Причем, только 12 из них организм может синтезировать (изготовить) самостоятельно, а остальные приходится брать извне. Когда мы едим, другие белки попадают в желудок, раскладываются на мелкие детальки (аминокислоты), которые затем и отправляются на «склад» для строительства нужных нам белков.

То, каким будет в итоге белок (его форма, свойства), зависит только от того, в какой последовательности и какие аминокислоты будут соединены друг с другом.

В каждой клетке есть специальный «прибор» для изготовления белков из аминокислот, называемый рибосомой. Этот «прибор» понятия не имеет, в какой последовательности складывать детальки. Ему нужна в прямом смысле слова инструкция. И такая инструкция на самом деле существует. Ее копии находятся в ядре каждой клетки и называются они молекулами ДНК.

От инструкции до организма

В ядре клетки закодирована инструкция по созданию белков. Это цепочка с генетическим кодом длиною в 2 метра. Она хорошенько упакована и порезана на 46 кусочков, называемых хромосомами:

Но использовать ДНК в качестве инструкции при изготовлении белков не получится, так как вытащить ДНК из защищенного ядра нельзя. Это слишком рискованно, ведь любое повреждение ДНК грозит серьезными проблемами.

Поэтому организм берет другую молекулу, очень похожую на ДНК, и помещает ее в ядро клетки. Там нужный кусок кода копируется с ДНК на «чистую заготовку» и уже эта вторая длинная цепочка извлекается из ядра. Теперь у нас есть инструкция вне ядра, которую можно свободно использовать. Такая молекула с кодом ДНК называется матричной РНК (мРНК или mRNA).

Дальше в дело вступает рибосома (тот самый «аппарат» по производству белков), в которую нужно «вставить» ленту с инструкцией (мРНК) и подать детали (аминокислоты). Рибосома проползает по ленточке мРНК, считывает записанный код и синтезирует белки в соответствии с инструкцией:

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких дней), лента с инструкцией (мРНК) разрушается. Зачем? Да за тем, что клетка не резиновая и нет никакого смысла хранить все инструкции про запас. Если организму что-то понадобится — он просто создаст мРНК заново, синтезирует белок, а затем снова уничтожит ненужную более инструкцию.

Вот и весь процесс! И теперь нужно еще немножко времени уделить тому, как происходит заражение коронавирусом.

Как коронавирус заражает человека

Коронавирус — это, вероятно, единственный вирус в мире, внешний вид которого знает практически каждый человек. У него есть множество маленьких отростков-щупалец в виде шипов, из-за которых он и получил свое название (не в смысле корона на голове короля, а солнечная корона из плазмы):

Вирус — это просто набор инструкций или генетического кода (в виде ДНК или РНК) в защитной оболочке. И проблема вируса заключается в том, что у него нет ни рибосомы («аппарата» для производства белков по инструкции), ни запчастей (аминокислот). Это просто летающая в воздухе инструкция по сборке вредоносных белков.

Естественно, главная задача любого вируса заключается в том, чтобы проникнуть в клетку и подсунуть ей свою инструкцию в виде РНК. А клетке без разницы, что делать. Если есть матричная РНК с инструкцией, тогда быстренько доставляются нужные детальки (за это отвечает транспортная РНК) и запускается производство белков.

Но тут еще одна проблема — попасть внутрь клетки, чтобы выгрузить свою РНК, не так просто. Для этого нужно, чтобы «присоски» вируса подошли к рецепторам на защитной оболочке клетки:

И так уж вышло, что шипы коронавируса идеально подходят к рецепторам АПФ2 (ангиотензинпревращающий фермент 2), которого больше всего именно в клетках легких. Также они встречаются в кишечнике и даже на нейронах головного мозга (если коронавирус проникает сюда, у человека может пропасть обоняние).

Итак, коронавирус попадает в организм, белковые «присоски» подсоединяются к подходящим рецепторам, в клетку выгружается РНК вируса и она сразу же берется за производство, штампуя огромное количество коронавирусов.

Если с этим всё понятно, тогда переходим к главному вопросу.

Что такое мРНК (mRNA) вакцина от коронавируса?

Все существующие ныне вакцины работают по одному и тому же принципу. Вначале нужно вырастить вирус в живой клетке (например, в куриных яйцах), затем «очистить» его, сделав слабым и безвредным. После этого каждый экземпляр проходит тщательную проверку, чтобы убедиться в безопасности вируса.

Такой обезвреженный и ослабленный вирус вводится в кровь человека, но навредить он уже не способен. Организм быстро его обнаруживает и создает специальные белки, называемые антителами. В дальнейшем, при заражении реальным (рабочим) вирусом, эти антитела моментально его уничтожат, не дав развернуть производство своих копий.

На разработку такой классической вакцины уходит порядка 10-15 лет. И на текущий момент рекордсменом по скорости создания является вакцина против паротита. От сбора первых образцов до получения лицензии на это лекарство ушло всего 4 года.

Для вакцины против коронавируса был применен другой подход без введения вируса в организм в каком бы то ни было состоянии.

Вместо ослабленного вируса, в лабораториях создается кусок его РНК (генетического кода или инструкции по созданию белков) и вводится в организм человека. Если ввести весь код РНК коронавируса, то наши клетки активно начнут создавать его копии, но мРНК-вакцина содержит не весь код, а только инструкцию по созданию «присосок», которыми коронавирус прикрепляется к клетке.

Когда такая инструкция, записанная на матричной РНК, попадает в организм, наши клетки начинают активно создавать щупальца реального коронавируса. Но сами по себе эти «присоски» совершенно безвредны.

Так как в организме появляется чужеродный белок (щупальца коронавируса), его замечает иммунная система и создает те же антитела, что и при использовании традиционной вакцины.

И вот теперь, когда в организм попадет реальный коронавирус, он не сможет своими шипами присоединиться к клетке для передачи РНК с вредными инструкциями, так как его шипы уже занесены в «черный список». Организм моментально уничтожит что угодно с такими «щупальцами».

А где же теория заговора!? Или о том, насколько опасна мРНК вакцина от коронавируса и почему

Не нужно быть особо проницательным, чтобы понять — в скором времени вокруг мРНК вакцин появится огромное количество споров и теорий заговоров. Но в отличие от 5G, нано-пыли и прочей ерунды, мРНК вакцина действительно вызывает определенные страхи.

Такие вакцины, конечно же, не должны никак влиять на ДНК человека. Матричная РНК не встраивается в ДНК и никак не изменяет ее, ведь она имеет совершенно другое предназначение в организме, о чем подробно было сказано выше. Кроме того, время жизни мРНК очень незначительное и введенный с вакциной генетический код не может длительное время как-то влиять на организм.

Однако, если говорить чисто теоретически, при помощи мРНК вакцины изменить ДНК, всё же, возможно. Для этого необходимо сделать так, чтобы матричная РНК содержала инструкцию синтеза белка под названием ревертаза или обратная транскриптаза. Когда рибосома сделает этот белок, он будет способен запустить процесс под названием обратная транскрипция. Я не уточнял вначале, но процесс копирования ДНК на РНК называется транскрипцией, соответственно, обратная транскрипция — это процесс образования ДНК на базе РНК.

Если поддаться панике, можно нафантазировать себе самые страшные теории. Ведь ничто не мешает «им» ввести РНК-инструкцию на изготовление любых белков в нашем теле. При желании такая РНК может изменить любые функции организма, начиная от репродуктивных и заканчивая умственными.

Но, повторюсь, это уже классическая теория заговора, так как ее нельзя ни доказать ее, ни опровергнуть.

С другой стороны, у мРНК-вакцин есть и вполне реальный (теоретически возможный) побочный эффект. У некоторых людей они могут вызвать аутоиммунную реакцию [1].

Добавлено 29.11.2020: в комментариях читатели спрашивали относительно других вакцин, включая российскую «Спутник V» (является ли она такой же мРНК-вакциной, как и вакцина от Pfizer или Moderna).

Чтобы таких вопросов не возникало, ниже кратко опишу некоторые популярные вакцины (смотрите также краткий комментарий после таблицы):

Как бы там ни было…

Если вакцина на основе матричной РНК, всё же, появится, это может произвести революцию в медицине. К примеру, не нужно будет делать множество прививок от различных болезней, достаточно будет одной вакцины с генетическим кодом. Кроме того, это позволит сделать новые вакцины, которые невозможно было разработать ранее, используя традиционный метод.

Да и вряд ли игры с генами ограничатся вакцинами, уж слишком огромный потенциал у этой технологии.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник

Матричная РНК

Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ (мРНК, синоним — информацио́нная РНК, иРНК) — РНК, отвечающая за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам синтеза белков. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов.

Длина типичной зрелой мРНК составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч нуклеотидов. Самые длинные мРНК отмечены у (+)оц РНК-содержащих вирусов, например пикорнавирусов, однако следует помнить, что у этих вирусов мРНК образует весь их геном.

ДНК нередко сравнивают с чертежами для изготовления белков. Развивая эту инженерно-производственную аналогию, можно сказать, что, если ДНК — это полный набор чертежей для изготовления белков, находящийся на хранении в сейфе директора завода, то мРНК — временная рабочая копия чертежа, выдаваемая в сборочный цех.

Гипотеза о значении РНК в синтезе белков была высказана Торбьёрном Касперссоном (Torbjörn Caspersson) на основе исследований 1937—1939 гг., в результате которых было показано, что клетки, активно синтезирующие белок, содержат большое количество РНК. Подтверждение гипотезы было получено Юбером Шантренне (Hubert Chantrenne).

Содержание

«Жизненный цикл» мРНК

Транскрипция

Транскрипцией называют процесс копирования генетической информации с ДНК на РНК, в частности на мРНК. Транскрипция осуществляется ферментом РНК-полимеразой, строящей, согласно принципу комплементарности, копию участка ДНК на основании одной из цепей двойной спирали. Этот процесс как у эукариот, так и у прокариот организован одинаково. Основное различие между про- и эукариотами состоит в том, что у эукариот РНК-полимераза во время транскрипции ассоциируется с мРНК-обрабатывающими ферментами, поэтому у них обработка мРНК и транскрипция могут проходить одновременно. Короткоживущие необработанные или частично обработанные продукты транскрипции называются пред-мРНК; после полной обработки — зрелая мРНК.

Обработка эукариотической пред-мРНК

В то время как мРНК прокариот (бактерий и архей), за редкими исключениями, сразу готовы к трансляции и не требуют специальной обработки, эукариотические пре-мРНК требуют более интенсивной обработки. В процессе сплайсинга из пре-мРНК удаляются не кодирующие белок последовательности (интроны), на 5′ конец молекулы добавляется специальный модифицированный нуклеотид (кэп), на 3′ конец добавляются несколько аденинов, так называемый полиадениновый хвост. Кэп узнаётся факторами инициации, белками, отвечающими за присоединение к мРНК рибосомы, полиадениновый хвост связывается с со специальным белком. Обычно эти посттранскрипционные изменения мРНК эукариот обозначают термином «процессинг мРНК». Полиаденилирование необходимо для транспорта большинства мРНК в цитоплазму и защищает молекулы мРНК от быстрой деградации (увеличивает время их полужизни). Лишенные поли-А участка молекулы мРНК (например, вирусные) быстро разрушаются в цитоплазме клеток эукариот рибонуклеазами.

Сплайсинг

Транспорт

Трансляция

Поскольку прокариотическая мРНК не нуждается в обработке и транспортировке, трансляция рибосомой может начаться немедленно после транскрипции. Следовательно, можно сказать, что трансляция у прокариот совмещена с транскрипцией и происходит ко-транскрипционнно.

Эукариотическая мРНК должна быть обработана и доставлена из ядра в цитоплазму, и только тогда может быть транслирована рибосомой. Трансляция может происходить как на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном виде, так и на рибосомах, ассоциированных со стенками эндоплазматического ретикулума. Таким образом, у эукариот трансляция не совмещена напрямую с транскрипцией.

Регуляция трансляции

Так как у прокариот транскрипция совмещена с трансляцией, прокариотическая клетка может быстро реагировать на изменения в окружающей среде путём синтеза новых белков, то есть регуляция происходит, в основном, на уровне транскрипции. У эукариот из-за необходимости в редактировании и транспорте мРНК ответ на внешние стимулы занимает больше времени. Поэтому их синтез белка интенсивно регулируется на посттранскрипционном уровне. Не всякая зрелая мРНК транслируется, поскольку в клетке существуют механизмы регуляции экспрессии белков на пост-транскрипционном уровне, например, РНК-интерференция.

Разрушение

Строение зрелой мРНК

Зрелая мРНК состоит из нескольких участков, различающихся по функциям: «5′ кэп», 5′ нетранслируемая область, кодирующая (транслируемая) область, 3′ нетранслируемая область и 3′ полиадениновый «хвост».

5′ Кэп

5′ кэп (или кап) (от англ. cap — шапочка) — это модифицированный гуанидиновый нуклеотид, который добавляется на 5′ (передний) конец незрелой мРНК. Эта модификация очень важна для узнавания мРНК при инициации трансляции, а также для защиты от 5’нуклеаз — ферментов, разрушающих цепи нуклеиновых кислот с незащищённым 5′-концом.

Кодирующие области

Кодирующие области состоят из кодонов — следующих непосредственно друг за другом последовательностей из трёх нуклеотидов, каждая из которых соответствует в генетическом коде определённой аминокислоте или началу и концу синтеза белка. Кодирующие области начинаются со старт-кодона и заканчиваются одним из трёх стоп-кодонов. Считывание последовательности кодонов и сборка на её основе последовательности аминокислот синтезируемой молекулы белка осуществляется рибосомами при участии транспортных РНК в процессе трансляции. В дополнение к кодированию белков, части кодирующих областей могут служить управляющими последовательностями. Например, вторичная структура РНК в некоторых случаях определяет результат трансляции.

Моноцистронная и полицистронная мРНК

Нетранслируемые области

3′ полиадениновый хвост

Вторичная структура

Кроме первичной структуры (последовательности нуклеотидов), мРНК обладает вторичной структурой. В отличие от ДНК, вторичная структура которой основана на межмолекулярных взаимодействиях (двойная спираль ДНК образована двумя линейными молекулами, соединенными друг с другом по всей длине водородными связями), вторичная структура мРНК основана на внутримолекулярных взаимодействиях (линейная молекула «складывается», и водородные связи возникают между разными участками одной и той же молекулы).

Примерами вторичной структуры могут служить стебель-петля и псевдоузел [7]

Вторичные структуры в мРНК служат для регуляции трансляции. Например, вставка в белки необычных аминокислот, селенометионина и пирролизина, зависит от стебля-петли, расположенной в 3′ нетранслируемой области. Псевдоузлы служат для программированного изменения рамки считывания генов.

В вирусных мРНК сложные вторичные структуры (Инициация трансляции»).

См. также

Ссылки

Литература

Типы нуклеиновых кислотАзотистые основанияПурины (Аденин, Гуанин) | Пиримидины (Урацил, Тимин, Цитозин)НуклеозидыАденозин | Гуанозин | Уридин | Тимидин | ЦитидинНуклеотидымонофосфаты (АМФ, ГМФ, UMP, ЦМФ) | дифосфаты (АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ) | трифосфаты (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ) | циклические (цАМФ, цГМФ, cADPR)Рибонуклеиновые кислотыРНК | мРНК | тРНК | рРНК | антисмысловые РНК | микроРНК | некодирующие РНК | piwi-interacting RNA | малые интерферирующие РНК | малые ядерные РНК | малые ядрышковые РНК | тмРНКДезоксирибонуклеиновые кислотыДНК | кДНК | Геном | msDNA | Митохондриальная ДНКАналоги нуклеиновых кислотGNA | LNA | ПНК | TNA | МорфолиноТипы векторовen:phagemid | Плазмиды | Фаг лямбда | en:cosmid | en:P1 phage | en:fosmid | BAC | YAC | HAC

Полезное

Смотреть что такое «Матричная РНК» в других словарях:

матричная РНК — матричная РНК. См. иРНК. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

матричная РНК — informacinė RNR statusas T sritis chemija apibrėžtis Molekulė, pernešanti ribosomoms DNR užkoduotą informaciją. santrumpa( os) mRNR atitikmenys: angl. messenger RNA rus. матричная РНК … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

МАТРИЧНАЯ РНК — (мРНК). Молекула РНК, нуклеотидная последовательность которой транслируется в последовательность аминокислот белка … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

РНК информационная иРНК; матричная РНК мРНК — РНК информационная, иРНК; матричная РНК, мРНК * РНК інфармацыйная, іРНК; матрычная РНК, мРНК * messenger RNA or mRNA … Генетика. Энциклопедический словарь

Матричная РНК мРНК информационная РНК иРНК — Матричная РНК, мРНК, информационная РНК, иРНК * матрычная РНК, мРНК, інфармацыйная РНК, іРНК * messenger RNA or mRNA однонитчатая молекула РНК, синтезируемая РНКполимеразой (см.; РНК полимераза II или «В» у эукариот) с белок кодирующей матрицы… … Генетика. Энциклопедический словарь

Пре-информационная РНК пре-мессенджерная РНК пре-матричная РНК — Пре информационная РНК, пре мессенджерная РНК, пре матричная РНК * перадінфармацыйная РНК, перадмесенджарная РНК, перадматрычная РНК * pre messenger RNA предшественник иРНК; гигантская молекула РНК, транскрибируемая со структурного гена, которая… … Генетика. Энциклопедический словарь

РНК-полимераза — из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчётливо. Ион магния (жёлтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент, осуществляющий… … Википедия

РНК-полимеразы — РНК полимераза из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчетливо. Ион магния (желтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент,… … Википедия

РНК полимераза — из клетки T. aquaticus в процессе репликации. Некоторые элементы фермента сделаны прозрачными, и цепи РНК и ДНК видны более отчетливо. Ион магния (желтый) располагается на активном участке фермента. РНК полимераза фермент, осуществляющий синтез… … Википедия

матричная (информационная) РНК — мРНК иРНК Молекула РНК, содержащая информацию о последовательности аминокислот в белке, которая реализуется; мРНК является транскриптом гена, кодирующего соответствующий белок; полицистронные мРНК содержат информацию одновременно о нескольких… … Справочник технического переводчика

Источник