мини|400x400px|„Животен циклус“ на иРНК во еукариотска клетка. иРНК се транскрибира во јадрото; после преработка таа се транспортира во цитоплазмата, каде се транслатира од рибозомите. После транслацијата, иРНК подлегнува на разградување. |алт= Информациската РНК (информациска рибонуклеинска киселина, иРНК) опфаќа голема фамилија на РНК молекули кои служат за пренос на генетски информации од ДНК до рибозомот, каде тие ја специфицираат аминокиселинската низа на белковините кои се синтетизираат и кои се производ на генската експресија. Информациската РНК е синтетизирана од ензимот РНК-полимераза во тек на процесот на транскрипција, при што најпрво се создава т.н. примарен транскрипт (познат и како пре-иРНК), кој потоа подлежи на преработка за да ја даде зрелата иРНК. Само зрелата иРНК може потоа да биде вклучена во процесот на транслација, каде ќе биде користена како шаблон за синтеза на аминокиселински полимер, т.е. белковина.
Како и кај ДНК, генетската информација кај иРНК е запишана во низата на нуклеотидите, кои се поредени во кодони, кои се состојат од три последователни азотни бази. Секој кодон кодира за одредена аминокиселина, освен стоп-кодоните кои ја терминираат (завршуваат) синтезата на белковината. Овој процес на транслација (превод) на кодоните во аминокиселини вклучува уште два други типа на РНК молекули: транспортна РНК (тРНК), која е носител на соодветните аминокиселини и препознавач на кодоните на иРНК преку своите антикодони, и рибозомната РНК (рРНК) која е главната структурна и функционална компонента на рибозомот.
Постоењето на иРНК за првпат било предложено од Жак Моно и Франсоа Жакоб, а потоа била откриена од Жакоб, Сидни Бренер и Метју Меселсон, при Калифорнискиот технолошки институт во 1961 година. Синтеза, преработка и функција Информациската РНК е молекула со краток век, која, по синтезата на белковината која го кодира, брзо бива разградена. Во текот на своето кратко постоење, таа може да подлегне на преработка, уредување и транспорт пред да се искористи за транслација. Кај еукариотските клетки, иРНК подлегнува на екстензивна преработка и транспорт, што е отсутно кај прокариотските клетки. Исто така, кај еукариотите иРНК не се среќава како „гола“ молекула, туку секогаш е врзана за разни белковини, со кои заедно гради т.н. информациски рибонуклеобелковина (РНБ).
Транскрипција
Во текот на транскрипцијата, РНК-полимеразата синтетизира иРНК молекула користејќи ја ДНК како шаблон. Процесот се одвива на сличен начин и кај прокариотите и кај еукариотите. Една забележителна разлика е асоцијацијата на еукариотската РНК-полимераза со ензими кои ја преработуваат насцентната иРНК. Непреработената или делумно преработената иРНК се нарекува претходничка иРНК или пре-иРНК, и таа е со краток век, бидејќи веднаш станува супстрат на ензимите кои ја преработуваат за да ја претворат во т.н. зрела РНК.
Преработка на пре-иРНК кај еукариотите
лево|мини|409x409пкс|Созревање на пре-иРНК во зрела иРНК Кај бактериите и археите, иРНК веднаш по транскрипцијата е зрела, и за неа не е потребна преработка, освен во ретки случаи. За разлика од нив, кај еукариотите таа подлежи на екстензивна преработка, која вклучува неколку последователни промени на молекулата: додавање на 5’ капа, 3’ полиаденилација и сплајсинг.
Додавање на 5’ капа
Пет-прим (5’) капата (наречена и РНК капа, РНК 7-метилгванозинска капа или РНК m7G капа) претставува изменет гванозински нуклеотид кој се додава на 5’ крајот на еукариотската иРНК, кратко време по отпочнувањето на транскрипцијата. 5’ капата се состои од терминален 7-метилгванозински остаток, кој е врзан преку невообичаена 5’-5’-трифосфатна врска за првиот транскрибиран нуклеотид. Нејзиното присуство е критично за препознавање од страна на рибозомот, а служи и за заштита од рибонуклеазите (РНази).
Набрзо по отпочнувањето на транскрипцијата, по додавањето на првите 20-30 нуклеотиди, 5’ крајот на иРНК молекулата која се синтетизира се врзува за комплексот за синтетизирање на капа, кој е асоциран со РНК-полимеразата. Овој ензимски комплекс ги катализира хемиските реакции кои резултираат со формирањето на 5’ капата.
Уредување Во некои случаи, иРНК може да биде уредена така што ѝ се менува нуклеотидниот состав. Пример кај човекот е иРНК за аполипобелковина Б, која во некои ткива подлежи на уредување, а во други ткива не подлежи. Со уредувањето се создава ран стоп кодон, кој, при транслацијата, создава пократка белковина.
Полиаденилација
Полиаденилацијата претставува ковалентно врзување на полиаденилилна група за иРНК. Кај еукариотите, повеќето иРНК молекули се полиаденилираат на 3’ крајот, но поновите истражувања покажале дека кратки вериги на уридин (олигоуридин) исто така можат да бидат додадени. Полиаденилилната опашка и белковината која се врзува за неа служат за заштита на иРНК од разградување од егзонуклеазите. Полиаденилацијата, исто така, е значајна за терминација на транскрипцијата, за транспортот на иРНК од јадрото во цитоплазмата и за транслацијата. Полиаденилацијата може да се одвива и кај прокариотските организми, но кај нив полиаденилилните опашки служат за да се сигнализира разградување, а не заштита, на иРНК од страна на егзонуклеазите.
Процесот на полиаденилација се одвива во тек или веднаш по транскрипцијата на ДНК во иРНК. По терминацијата на транскрипцијата, ендонуклеазниот комплекс асоциран со РНК-полимеразата ја сече иРНК веригата. По сечењето на иРНК, околу 250 аденозински остатоци се додаваат на слободниот 3’ крај на пресеченото место. Оваа реакција е катализирана од полиаденилат полимеразата. Исто како кај алтернативниот сплајсинг, може да постојат повеќе полиаденилациони варијанти на иРНК.
Понекогаш може да се јават мутации на местото каде треба да се изврши полиаденилација. Примарниот РНК транскрипт на генот подлегнува на сечење на местото каде ќе биде извршена полиаденилацијата. Доколку ова место е променето поради мутација, се синтетизира ненормално долга и нестабилна иРНК молекула, која е непогодна за транслација.
РНК сплајсинг
РНК сплајсингот е процес при кој интроните, региони на иРНК кои не кодираат за белковини, се отстрануваат од пре-иРНК, а останатите региони, кои кодираат за белковини и се нарекуваат егзони, повторно се врзуваат за да дадат како производ единствена, континуирана иРНК верига. Во најголем број на случаи, сплајсингот се одвива по целосната синтеза и капирањето на пре-иРНК, но постојат исклучоци, кога процесот се одвива паралелно со транскрипцијата. Процесот го катализира голем белковински комплекс наречен сплајсозом, кој се состои од повеќе белковини и мали јадрени РНК молекули, кои ги препознаваат местата за слајсинг во низата на пре-иРНК. Многу пре-иРНК молекули, вклучувајќи ги и оние кои кодираат за антитела, можат да бидат сплајсирани на неколку различни начини, за да дадат како производи зрели иРНК молекули со различни низи, кои кодираат различни белковини. Овој процес е познат како алтернативен сплајсинг, и го овозможува создавањето на голем вариетет на белковини кои се кодираат од ограничена количина на ДНК.
Сообраќај Друга разлика меѓу прокариотите и еукариотите е транспортот на иРНК. Бидејќи, кај еукариотите, транскрипцијата и транслацијата се просторно одделени во клетката, нивната иРНК прво мора да се изнесе од клеточното јадро во цитоплазмата. Зрелите иРНК се препознатливи по нивните модификации, што им помага да бидат изнесени од јадрото низ јадрената пора, со врзување за капа-врзувачките белковини CBP20 и CBP80, како и за транскрипционо/експортен комплекс (TREX). Кај еукариотите, идентификувани се повеќе патишта за изнесување на иРНК од јадрото.
Транслација
Кај прокариотите, иРНК не подлегнува на преработка и транспорт, па затоа нејзината транслација од рибозом може да почне веднаш по завршетокот на транскрипцијата. Затоа се вели дека прокариотската транслација се одвива ко-транскрипционо.
Кај еукариотите, само оние иРНК кои подлегнале на преработка и транспорт во цитоплазмата (т.н. зрели иРНК) можат да бидат транслатирани од рибозоми. Транслацијата може да се одвива на рибозоми кои пливаат слободно во цитоплазмата, или на рибозоми кои се наоѓаат на ендоплазматскиот ретикулум.
Структура центар|мини|971x971px|Структура на зрела еукариотска иРНК. Целосно преработена иРНК се состои од следните елементи: 5' капа, 5' нетранслатиран регион, кодирачки регион, 3' нетранслатиран регион и поли(А) опашка.|алт=
Кодирачки региони Кодирачките региони се составени од кодони, кои се декодираат и се транслатираат (преведуваат) во аминокиселинска низа од страна на рибозомот. Тие започнуваат со старт кодонот и завршуваат со некој од стоп кодоните. Најчесто старт кодонот е AUG, додека стоп кодоните се UAA, UAG или UGA. Кодирачките региони најчесто се стабилизирани со внатрешно базно спарување, што спречува разградување на иРНК. Покрај тоа што кодираат за белковини, делови од кодирачките региони можат да бидат регулаторни низи кај пре-иРНК, како на пример, поттикнувачи за сплајсинг на егзони или инхибитори за сплајсинг на егзони.
Нетранслатирани региони Тие се делови од иРНК пред старт кодонот и после стоп кодонот, кои не се транслатираат во аминокиселинска низа; а се именувани како 5’ нетранслатиран регион и 3’ нетранслатиран регион, соодветно. Овие региони се транскрибираат заедно со кодирачкиот регион, па затоа се егзони по природа, бидејќи се присутни во зрелата иРНК. На овие региони се припишуваат неколку улоги во генската експресија, вклучувајќи ја стабилизацијата на иРНК, локализацијата на иРНК и ефикасноста на транслацијата. Способноста на нетранслатираниот регион да ги врши овие функции зависи од неговата низа, која може да се разликува од една до друга иРНК.
Стабилноста на иРНК може да биде контролирана од 5’ и/или 3’ нетранслатираниот регион, како резултат на варијабилен афинитет кон рибонуклеазите и кон помошните белковини, кои можат да поттикнат или да инхибираат разградување на иРНК.
Ефикасноста на транслацијата, вклучувајќи ја понекогаш потполната инхибиција на транслацијата, може да биде контролирана од некодирачките региони. Одредени белковини кои се врзуваат или за 3’ или за 5’ некодирачкиот регион можат да влијаат на транслацијата преку промена на рибозомското врзување за иРНК. МикроРНК молекулите кои се врзуваат за 3’ некодирачкиот регион, исто така, можат да влијаат на транслационата ефикасност или на стабилноста на иРНК.
Се смета дека цитоплазматската локализација на иРНК е функција на 3’ некодирачкиот регион. Белковините кои се потребни на одредено место во клетката можат да бидат транслатирани таму; во такви случаи 3’ некодирачкиот регион може да содржи низи кои ѝ овозможуваат на иРНК да се локализира на тоа одредено место за транслација.
Некои од елементите содржани во нетранслатираните региони можат да формираат карактеристична вторична структура која игра улога во регулацијата на иРНК. Некои структури, како SECIS елементот, се цели за врзување на одредени белковини. Друг тип на структура, познат како рибосвич (анг. riboswitch), директно врзува мали молекули, што може да делува модифицирачки на процесите на транскрипција и транслација. Во овој случај, иРНК молекулата самата себе се регулира.
Поли(А) опашка Таа е долга низа од аденински нуклеотиди (стотина) која се додава на 3’ крајот на пре-иРНК. Оваа „опашка“ поттикнува изнесување на иРНК од јадрото и нејзина транслација, а исто така ја штити и од разградување.
Моноцистронска и полицистронска иРНК