ARN thông tin

ARN thông tin là một loại ARN mang bộ ba mã di truyền được tổng hợp trực tiếp từ gen trên ADN trong nhân, ra ngoài vùng nhân làm khuôn dịch mã tổng hợp nên chuỗi pôlypeptit.
Về mặt chức năng, thì ARN thông tin như là một bản sao của các thông tin di truyền gốc ở gen, nghĩa là nó làm nhiệm vụ truyền đạt bản thiết kế prôtêin bậc I do gen quy định. Bởi thế, người ta còn có thể gọi nó là ARN liên lạc hoặc ARN làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin.
Khái niêm này dịch từ thuật ngữ tiếng Anh: messenger RNA có kết hợp với tiếng Pháp: ARN messager và đã được quy ước  viết tắt trong sinh học phổ thông là mARN.
Sự tồn tại của mARN được Francis Crick tiên đoán từ khoảng những năm 1954 - 1955, sau phát hiện vĩ đại của ông cùng James Watson về mô hình ADN không lâu, trong đó ông cho rằng phải có sự tồn tại của loại vật chất trung gian từ ADN đến Prôtêin. Bởi thế, nó cũng đã từng được gọi là ARN trung gian.
Phân tử mARN được mô tả lần đầu tiên vào năm 1956 nhờ hai nhà khoa học Elliot Volkin và Lazarus Astrachan.

"Vòng đời" một ARN thông tin

Vòng đời của một phân tử ARN thông tin được tính từ khi bắt đầu quá trình phiên mã và kết thúc khi phân tử này bị phân hủy bởi các RNase. Trong quá trình này, ARN thông tin có thể được chế biến, chỉnh sửa, và được vận chuyển trước khi xảy ra quá trình dịch mã. Những ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn thường phải trải quá nhiều quá trình chế biến và vận chuyển phức tạp hơn nhiều so với ở tế bào sinh vật nhân sơ.

Phiên mã

Bài chính: Quá trình phiên mã
Trong quá trình phiên mã, trình tự nucleotide của các gen trên ADN được sao chép lại trên phân tử ARN thông tin nhờ sự hoạt động của ARN polymerase. Quá trình này tương đối giống nhau ở cả tế bào sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn. Điều khác biệt đáng chú ý là ở sinh vật nhân chuẩn, ARN polymerase kết hợp với một số enzyme tham gia vào quá trình chế biến ARN thông tin, điều này cho phép quá trình chế biến ARN thông tin có thể diễn ra ngay khi khởi đầu sự phiên mã. Phân tử ARN thông tin mới đầu được tạo thành có tuổi thọ ngắn, chưa được hoặc chỉ mới xử lý một phần được gọi là tiền ARN thông tin (pre-mRNA) đến khi hoàn thành quá trình chế biến thì gọi là ARN thông tin trưởng thành.

Chế biến

Việc chế biến (xử lý) ARN thông tin rất khác nhau giữa sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ. ARN thông tin của sinh vật nhân sơ là khá hoàn chỉnh việc phiên mã và không cần chế biến gì (ngoại trừ vài trường hợp hiếm). Còn ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn đòi hỏi xử lý rất nhiều.

Sửa chữa

Trong một vài trường hợp, một ARN thông tin sẽ được sửa chữa, thành phần nucleotide của ARN thông tin lúc này được thay đổi. Một ví dụ trong cơ thể người đó là ARN thông tin apolipoprotein B, ở đó nó được sửa chữa ở một vài mô, nhưng không ở các mô khác. Sự sửa chữa làm ngừng sớm mã gen của bộ ba mã hóa, dẫn đến quá trình dịch mã, sản xuất các protein ngắn hơn.

Vận chuyển

Một sự khác biệt khác giữa các sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ là ở quá trình vận chuyển ARN thông tin. Do sự phiên mã và dịch mã của các sinh vật nhân chuẩn diễn ra một cách riêng rẽ, các ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn phải được chuyển từ hạt nhân tế bào tới tế bào chất. Các ARN thông tin trưởng thành được phát hiện bởi quá trình sửa chữa của chúng và sau đó được đưa ra thông quá các lỗ chân lông hạt nhân

Dịch mã

Do ARN thông tin không nhất thiết phải được chế biến hay vận chuyển, quá trình dịch mã bởi ribosome có thể bắt đầu ngay sau khi quá trình phiên mã được thực hiện. Do vậy, người ta nói rằng quá trình dịch mã ở sinh vật nhân sơ là "kép" với quá trình phiên mã, và diễn ra sự " cùng sao chép".
ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn đã qua quá trình chế biến và vận chuyển tới tế bào chất (ví dụ ARN thông tin trưởng thành) có thể được dịch mã bởi ribosome. Quá trình dịch mã diễn ra tại các ribosomes trôi tự do trong tế bào chất hoặc trực tiếp với túi nội chất bởi các hạt tín hiệu nhận biết. Do vậy, không giống như sinh vật nhân sơ, quá trình dịch mã của sinh vật nhân chuẩn không hoàn toàn song song với quá trình phiên mã.

Phân hủy

Sau một khoảng thời gian nhất định, các ARN thông tin phân hủy thành các thành phần nucleotide của nó, thường nhờ sự hỗ trọ của các RNase. Ứng với quá trình chế biến ARN thông tin, ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn được tổng hợp một cách ổn định hơn là ARN thông tin của các sinh vật nhân sơ.

Vùng mã hóa

Các vùng mã là tổ hợp của các bộ ba mã hóa (codon), thứ được giải mã và dịch mã vào trong protein bởi ribosome. Các vùng mã bắt đầu với bộ ba đầu và kết thúc bởi một trong ba cuối. Trong quá trình mã hóa protein, các thành phần của các vùng mã hóa vẫn hoạt động như các chuỗi bình thường (xem exonic splicing enhancers, exonic splicing silencers)

Vùng không mã hóa

Có những đoạn của ARN trước và sau khi các chuỗi khởi động và ngừng của nó không tham gia quá trình dịch mã. Các đoạn này tạo bởi các sợi ADN mẫu, nơi mà ARN được sao chép. Những vùng này, được biết với cái tên 5' UTR và 3' UTR (các cùng không dịch mã 5' UTR và 3'UTR, ở đó ADN và ARN chuyển từ gốc 5' đến gốc 3' và nằm ở đuôi của chuỗi ARN) mã hóa cho các chuỗi không có protein. Tuy nhiên, tầm quan trọng của nó lại ở chỗ các chuỗi đuôi 5' UTR và 3' UTR có thể hấp dẫn với những loại enzyme RNase nhất định, đẩy mạnh hoặc ngăn chặn sự ổn định tương đối của các phân tử ARN. Các UTRs nhấn định có thể cho phép ARN tồn tại lâu hơn trong tế bào chất trước khi phân hủy, dẫn đến việc cho phép chúng sản xuất nhiều protein hơn, trong khi những ARN khác có thể bị phân hủy sớm hơn, dẫn đến vòng đời ngắn hơn và ứng với việc tạo ra số lượng protein ít hơn.
Một vài chức năng cơ sở chứa trong các vùng không mã hóa hình thành một dạng cấu trúc cấp II khi phiên mã vào trong ARN. Những ARN thông tin cấu trúc cơ sở này được gộp vào trong ARN thông tin thông thường. Một số chúng như SECIS cơ sở là mục tiêu để cho các protein kết lại. Một phân loại của ARN thông tin cơ sở, riboswitch, lại trực tiếp liên kết với các phân tử nhỏ, thay đổi sự cuốn gấp của chúng để chỉnh sửa các lớp của phiên mã hay dịch mã. Trong những trường hợp này, ARN thông tin tự chỉnh sửa nó.

ARN thông tin đối mã (anti-sense ARN thông tin)

Đối mã ARN thông tin có thể ngăn chặn quá trình dịch mã các gen trong nhiều sinh vật nhân chuẩn, khi các chuỗi đối mã ARN thông tin gắn với các ARN thông tin của gen. Điều này có nghĩa, một gen không biểu lộ như protein nếu nó hiện lên một đối mã ARN thông tin trong tế bào. Điều này có thể là một cơ chế bảo vệ, để chống lại quá trình dịch chuyển retrotransposon, ở đó sử dụng các ARN mạch kép làm trạng thái trung gian, hoặc virut, bởi vì cả hai đều sử dụng ARN thông tin mẫu kép như một hợp chất trung gian. Trong nghiên cứu hóa sinh, hiệu ứng này đã được sử dụng để nghiên cứu chức năng của gen, đơn giản như việc làm ngừng các gen nghiên cứu bằng việc cho thêm các phiên đối mã ARN thông tin. Các nghiên cứu này đã được thực hiện ở loài giun.