RNA

yleisyys

RNA tai ribonukleiinihappo on geenien koodauksen, dekoodauksen, säätelyn ja ilmentymisen prosesseihin osallistuva nukleiinihappo. Geenit ovat enemmän tai vähemmän pitkiä DNA-segmenttejä, jotka sisältävät perustiedot proteiinisynteesille.

Kuvio: RNA-molekyylin typpipohjaiset emäkset. Vuodesta wikipedia.org

Hyvin yksinkertaisissa termeissä RNA on johdettu DNA: sta ja edustaa sen ja proteiinien välistä molekyyliä. Jotkut tutkijat kutsuvat sitä "sanakirjan DNA-kielen kääntämiseksi proteiinien kieleksi".

RNA-molekyylit johdetaan ketjuissa olevasta liitoksesta vaihtelevan määrän ribonukleotideja. Kunkin yksittäisen ribonukleotidin muodostamiseen osallistuvat fosfaatti- ryhmä, typpipohja ja 5 hiiliatomia sisältävä sokeri.

Mikä on RNA?

RNA tai ribonukleiinihappo on biologinen makromolekyyli, joka kuuluu nukleiinihappojen ryhmään, jolla on keskeinen rooli proteiinien muodostamisessa DNA: sta lähtien .

Proteiinien (jotka ovat myös biologisia makromolekyylejä) muodostamiseen kuuluu joukko soluprosesseja, joita yhdessä kutsutaan proteiinisynteesiksi .

DNA, RNA ja proteiinit ovat olennaisia ​​elävien organismien solujen selviytymisen, kehittymisen ja moitteettoman toiminnan varmistamisessa.

Mikä on DNA?

DNA tai deoksiribonukleiinihappo on toinen luonnossa esiintyvä nukleiinihappo yhdessä RNA: n kanssa.

Rakenteellisesti samanlainen kuin ribonukleiinihappo, deoksiribonukleiinihappo on geneettinen perintö, eli elävien organismien soluihin sisältyvä "geenivarasto". RNA: n muodostuminen ja epäsuorasti proteiinien muodostuminen riippuu DNA: sta.

RNA: N HISTORIA

Kuva: riboosi ja deoksiriboosi

RNA-tutkimus alkoi 1868 jälkeen, kun Friedrich Miescher löysi nukleiinihapot.

Ensimmäiset tärkeät löydöt tältä osin ovat peräisin 1950-luvun jälkipuoliskon ja 1960-luvun ensimmäisen osan välillä. Näihin löytöihin osallistuneiden tutkijoiden joukossa Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies ja Robert Holley ansaitsevat erityisen maininnan.

Vuonna 1977 Philip Sharpin ja Richard Robertsin johtama tutkijaryhmä purkaa intronin silmukointiprosessin .

Vuonna 1980 Thomas Cech ja Sidney Altman tunnistivat ribotsyymit.

* Huomaa: tutustumalla intron-silmukointiin ja ribotsyymeihin, katso RNA-synteesiin ja funktioihin liittyvät luvut.

rakenne

Kemiallisesti biologiselta kannalta RNA on biopolymeeri . Biopolymeerit ovat suuria luonnollisia molekyylejä, jotka ovat seurausta monien pienempien molekyyliyksiköiden, joita kutsutaan monomeereiksi, liitoksista ketjuissa tai filamenteissa.

RNA: ta muodostavat monomeerit ovat nukleotideja .

RNA IS, USUAL, YHTEINEN KIINA

RNA-molekyylit ovat molekyylejä, jotka yleensä koostuvat yksittäisistä nukleotidiketjuista ( polynukleotidifilamentit ).

Solun RNA: iden pituus vaihtelee alle sadasta jopa useampaan tuhanteen nukleotidiin.

Komponenttien nukleotidien lukumäärä on kyseisen molekyylin roolin funktio.

Vertailu DNA: han

Toisin kuin RNA, DNA on biopolymeeri, joka yleensä muodostuu kahdesta nukleotidisäikeestä.

Yhdistettynä näillä kahdella polynukleotidifilamentilla on vastakkainen suuntautuminen ja kääriminen toisiinsa menemällä muodostamaan kaksoiskierre, joka tunnetaan nimellä " kaksoiskierre ".

Yleinen ihmisen DNA-molekyyli voi sisältää noin 3, 3 miljardia nukleotidia filamenttia kohti .

NUCLEOTIDE: N YLEINEN RAKENNE

Määritelmän mukaan nukleotidit ovat molekyyliyksiköitä, jotka muodostavat RNA- ja DNA-nukleiinihapot.

Rakenteellisesta näkökulmasta yleinen nukleotidi saadaan kolmen elementin liitoksesta, jotka ovat:

• 1. Fosfaattiryhmä, joka on fosforihapon johdannainen;
• Pentoosi, joka on sokeri, jossa on 5 hiiliatomia;
• 1. Typpipohjainen emäs, joka on aromaattinen heterosyklinen molekyyli.

Pentoosi on nukleotidien keskeinen elementti, sillä fosfaatti- ryhmä ja typpipohja sitoutuvat siihen.

Kuvio: Elementit, jotka muodostavat nukleiinihapon yleisen nukleotidin. Kuten voidaan nähdä, fosfaatti- ja typpipohja on sitoutunut sokeriin.

Kemiallinen sidos, joka pitää pentoosi- ja fosfaattiryhmän yhdessä, on fosfodiesterisidos, kun taas pentoosia ja typpeä yhdistävä kemiallinen sidos on N-glykosidisidos .

MIKÄ ON RNA-PENTOSO?

Kohde: kemistit ovat ajatelleet orgaanisten molekyylien muodostavien hiileten numerointia siten, että niiden tutkimusta ja kuvausta yksinkertaistetaan. Tällöin, että 5 pentoosin hiiltä tulee: hiili 1, hiili 2, hiili 3, hiili 4 ja hiili 5. Numeroiden antamisen kriteeri on varsin monimutkainen, joten pidämme aiheellisena jättää selitys pois.

5 hiiliatomia sisältävä sokeri, joka erottaa RNA-nukleotidien rakenteen, on riboosi .

Ribosen 5 hiiliatomista ne ansaitsevat erityisen maininnan:

• Hiili 1, koska se sitoutuu typpipohjaiseen emäsyn N-glykosidisidoksen kautta.
• Hiili 2, koska se erottaa RNA-nukleotidien pentoosin DNA-nukleotidien pentoosista. RNA: n hiilen 2 yhteydessä on happiatomi ja vetyatomi, jotka yhdessä muodostavat hydroksyyliryhmän OH .
• Hiili 3, koska se osallistuu kahden peräkkäisen nukleotidin väliseen yhteyteen .
• Hiili 5, koska se liittyy fosfaatti- ryhmään fosfodiesterisidoksen kautta.

Ribososokerin läsnäolon vuoksi RNA-nukleotideja kutsutaan ribonukleotideiksi .

Vertailu DNA: han

DNA-nukleotideja muodostava pentoosi on deoksiriboosi .

Deoksiribroosi eroaa riboosista johtuen hapen atomien puutteesta hiilellä 2.

Siten siinä ei ole OH-hydroksyyliryhmää, joka karakterisoi 5-hiilen RNA-sokeria.

Deoksiribroosisokerin läsnäolon vuoksi DNA-nukleotidejä tunnetaan myös deoksiribonukleotideinä .

NUCLEOTIDS- JA NITROGEN-PERUSTEET

RNA: ssa on neljä erilaista nukleotidityyppiä .

Ainoastaan ​​typpipohja erottaa nämä neljä erilaista nukleotidityyppiä.

Ilmeisistä syistä on siis olemassa neljä RNA: n typpipohjaista emästä, erityisesti: adeniini (lyhennetty nimellä A), guaniini (G), sytosiini (C) ja urasiili (U).

Adeniini ja guaniini kuuluvat puriinien, kaksirenkaan aromaattisten heterosyklisten yhdisteiden luokkaan.

Sytosiini ja urasiili puolestaan ​​kuuluvat pyrimidiinien, yhden renkaan aromaattisten heterosyklisten yhdisteiden luokkaan.

Vertailu DNA: han

Typpipitoiset emäkset, jotka erottavat DNA-nukleotidit, ovat samat kuin RNA: lle, paitsi urasiilia. Jälkimmäisen sijasta on typpi-emäs, nimeltään tymiini (T), joka kuuluu pyrimidiinien luokkaan.

NUCLEOTIDESIN KANSSA

Kukin nukleotidi, joka muodostaa minkä tahansa RNA-juosteen, sitoutuu seuraavaan nukleotidiin fosfodiesterisidoksen avulla sen pentoosin hiilen 3 ja välittömästi seuraavan nukleotidifosfaattiryhmän välillä.

RNA-MOLEKUULIN LOPPU

Kaikilla RNA-polynukleotidifilamenteilla on kaksi päätä, jotka tunnetaan nimellä 5'-pää (luetaan "päättyy viisi ensimmäistä") ja päättyy 3 ' (lukee "kärki kolme ensin").

Yleisesti ottaen biologit ja geneettiset asiantuntijat ovat todenneet, että 5'-pää edustaa RNA-filamentin päätä, kun taas 3'-pää edustaa häntä .

Kemiallisesta näkökulmasta katsottuna 5'-pää on sama kuin polynukleotidiketjun ensimmäisen nukleotidin fosfaatti- ryhmä, kun taas 3'-pää on sama kuin saman ketjun viimeisen nukleotidin hiilen 3 kohdalla oleva hydroksyyliryhmä.

Tämän organisaation perusteella geneettisissä ja molekyylibiologisissa kirjoissa minkä tahansa nukleiinihapon polynukleotidisäikeitä kuvataan seuraavasti: P-5 '→ 3'-OH (* Huom: kirjain P ilmaisee atomin. fosforiryhmän fosfori).

Sovellettaessa 5'-päiden ja 3'-päiden käsitteitä yhdelle nukleotidille jälkimmäisen 5'-pää on fosfaatti- ryhmä, joka on sitoutunut hiilen 5 kanssa, kun taas sen 3'-pää on hydroksyyliryhmä, joka on yhdistetty hiilen 3 kanssa.

Molemmissa tapauksissa lukijaa kehotetaan kiinnittämään huomiota numeeriseen toistumiseen: 5'-pääfosfaattiryhmä hiilen 5 ja 3'-päähydroksyyliryhmässä hiilessä 3.

lokalisointi

Elävän olennon ytimissä olevissa soluissa (eli ytimessä) RNA-molekyylejä voidaan löytää sekä ytimessä että sytoplasmassa .

Tämä laaja lokalisointi riippuu siitä, että jotkut soluprosessit, RNA: n päähenkilönä, sijaitsevat ytimessä, kun taas toiset tapahtuvat sytoplasmassa.

Vertailu DNA: han

Eukaryoottisten organismien (siis myös ihmisen DNA: n) DNA sijaitsee pelkästään solun tumassa.

yhteenveto

RNA-synteesin prosessi perustuu solunsisäiseen entsyymiin (ts. Joka sijaitsee solun sisällä), jota kutsutaan RNA-polymeraasiksi (Huom: entsyymi on proteiini).

Solun RNA-polymeraasi käyttää DNA: ta, joka on läsnä saman solun ytimessä, ikään kuin se olisi muotti, RNA: n luomiseksi.

Toisin sanoen, se on eräänlainen kopiokone, joka transkriboi sen, mikä tuo DNA: n takaisin eri kielelle, joka on RNA: n kieli.

Lisäksi tämä RNA-synteesin prosessi ottaa RNA-polymeraasin avulla tieteellisen transkription nimen.

Eukaryoottisilla organismeilla, kuten ihmisillä, on 3 erilaista RNA-polymeraasiluokkaa : RNA-polymeraasi I, RNA-polymeraasi II ja RNA-polymeraasi III.

Jokainen RNA-polymeraasiluokka luo tietyntyyppisiä RNA: ta, joka, kuten lukija pystyy selvittämään seuraavissa luvuissa, on erilainen biologinen rooli solun elämässä.

MITEN POLYMERASE RNA toimii

RNA-polymeraasi pystyy:

• Tunnista DNA: lla paikka, josta aloittaa transkriptio,
• Sido DNA: han,
• Erota kaksi polynukleotidisäikeistä DNA: ta (jotka pidetään yhdessä vety- sidosten kanssa typpipohjaisten emästen välillä) siten, että ne toimivat vain yhdellä säikeellä ja
• Aloita RNA-transkription synteesi.

Kukin näistä vaiheista tapahtuu aina, kun RNA-polymeraasi on aikeissa suorittaa transkriptioprosessi. Siksi ne ovat kaikki pakollisia vaiheita.

RNA-polymeraasi syntetisoi RNA-molekyylit 5'- 3'-suuntaan . Kun se lisää ribonukleotideja syntyvälle RNA-molekyylille, se siirtyy muotin DNA-juosteeseen 3 ' → 5'-suunnassa .

RNA-KULJETUKSEN MUUTOKSET

Transkription jälkeen RNA: lla tapahtuu joitakin muutoksia, mukaan lukien: joidenkin nukleotidisekvenssien lisääminen molemmissa päissä, niin kutsuttujen intronien menetys (prosessi, joka tunnetaan nimellä spla- ling ) jne.

Siksi alkuperäisen DNA-segmentin suhteen tuloksena olevalla RNA: lla on joitakin eroja suhteessa polynukleotidiketjun pituuteen (yleensä se on lyhyempi).

tyypit

RNA-tyyppejä on useita .

Tunnetuimpia ja tutkittavimpia ovat: kuljetuksen RNA (tai siirto RNA tai tRNA ), messenger-RNA (tai RNA-lähetin tai mRNA ), ribosomaalinen RNA (tai ribosomaalinen RNA tai rRNA ) ja pieni ydin-RNA (tai pieni RNA tai snRNA ).

Vaikka ne kattavat erilaisia ​​erityisiä rooleja, tRNA, mRNA, rRNA ja snRNA edistävät kaikki yhteisen tavoitteen toteutumista: proteiinisynteesiä alkaen DNA: ssa olevista nukleotidisekvensseistä.

MUUT RNA-TYYPIT

Eukaryoottisten organismien soluissa tutkijat havaitsivat muita RNA-tyyppejä edellä mainitun 4 lisäksi. Esimerkiksi:

• Mikro-RNA: t (tai miRNA: t ), jotka ovat filamentteja, joiden pituus on hieman yli 20 nukleotidia, ja
• RNA, joka muodostaa ribotsyymejä . Ribotsyymit ovat RNA-molekyylejä, joilla on katalyyttinen aktiivisuus, kuten entsyymit.

MiRNA: t ja ribotsyymit osallistuvat myös proteiinisynteesin prosessiin, kuten tRNA, mRNA jne.

toiminto

RNA edustaa DNA: n ja proteiinien välisen kulkeutumisen biologista makromolekyyliä, eli pitkiä biopolymeerejä, joiden molekyyliyksiköt ovat aminohappoja .

RNA on verrattavissa geneettisen informaation sanakirjaan, koska se mahdollistaa DNA: n nukleotidisegmenttien (jotka ovat sitten niin kutsutut geenit) kääntäminen proteiinien aminohappoihin.

Yksi RNA: n kattaman funktionaalisen roolin yleisimmistä kuvauksista on: "RNA on geenien koodaukseen, dekoodaukseen, säätelyyn ja ilmentämiseen osallistuva nukleiinihappo".

RNA on yksi molekyylibiologian ns. Keskeisen dogman kolmesta avainelementistä, jossa todetaan: "RNA on peräisin DNA: sta, josta puolestaan ​​saadaan proteiineja" ( DNA → RNA → proteiinit ).

KULJETUS JA Käännökset

Lyhyesti sanottuna transkriptio on solureaktioiden sarja, jotka johtavat RNA-molekyylien muodostumiseen DNA: sta lähtien.

Toisaalta käännös on joukko soluprosesseja, jotka päättyvät proteiinien tuotantoon, alkaen transkriptioprosessin aikana tuotetuista RNA-molekyyleistä.

Biologit ja geneettikot ovat luoneet termin "käännös", koska nukleotidien kielestä siirrymme aminohappojen kielelle.

TYYPIT JA TOIMINNOT

Transkriptio- ja translaatioprosessit näkevät kaikki edellä mainitut ANN-tyypit (tRNA, mRNA jne.) Päähenkilöinä:

• MRNA on proteiinia koodaava RNA-molekyyli . Toisin sanoen mRNA: t ovat proteiineja ennen nukleotidien translaatioprosessia proteiiniaminoiksi.

  MRNA: t käyvät läpi useita muunnoksia niiden transkription jälkeen.

• TRNA: t ovat ei-koodaavia RNA-molekyylejä, mutta silti välttämättömiä proteiinin muodostumiselle. Itse asiassa niillä on keskeinen rooli mRNA-molekyylien raportoimisessa.

  Nimi "kuljetus RNA" johtuu siitä, että nämä ANN: t jatkavat niitä aminohappona. Tarkemmin sanottuna kukin aminohappo vastaa spesifistä tRNA: ta.

  TRNA: t ovat vuorovaikutuksessa mRNA: n kanssa niiden sekvenssin kolmen erityisen nukleotidin kautta.

• RRNA: t ovat RNA-molekyylejä, jotka muodostavat ribosomit . Ribosomit ovat monimutkaisia ​​solurakenteita, jotka yhdistävät mRNA: ta pitkin proteiinin aminohapot.

  Yleinen ribosomi sisältää sen sisällä joitakin sivustoja, joissa se kykenee sijoittamaan tRNA: t ja saattamaan ne tapaamaan mRNA: ta. Tässä on edellä mainittujen kolmen erityisen nukleotidin vuorovaikutus messenger-RNA: n kanssa.

• SnRNA: t ovat RNA-molekyylejä, jotka osallistuvat intronien silmukointiprosessiin mRNA: ssa. Intronit ovat lyhyitä ei-koodaavien mRNA: iden segmenttejä, jotka ovat hyödyttömiä proteiinisynteesitarkoituksiin.
• Ribotsyymit ovat RNA-molekyylejä, jotka katalysoivat tarvittaessa ribonukleotidifilamenttien leikkaamista .

Kuva: mRNA-translaatio.