RNA

splošnost

RNA ali ribonukleinska kislina je nukleinska kislina, ki sodeluje pri procesih kodiranja, dekodiranja, regulacije in ekspresije genov. Geni so bolj ali manj dolgi segmenti DNK, ki vsebujejo temeljne informacije za sintezo beljakovin.

Slika: Dušikove baze v molekuli RNA. Z wikipedia.org

Zelo preprosto rečeno, RNA izvira iz DNK in predstavlja molekulo, ki prehaja med njo in beljakovinami. Nekateri raziskovalci ga imenujejo »slovar za prevajanje jezika DNK v jezik beljakovin«.

RNA molekule izhajajo iz združitve, v verigah, spremenljivega števila ribonukleotidov. Pri tvorbi vsakega posameznega ribonukleotida sodelujejo fosfatna skupina, dušikova baza in sladkor s 5 atomi ogljika, ki se imenuje riboza.

Kaj je RNA?

RNA ali ribonukleinska kislina je biološka makromolekula, ki spada v kategorijo nukleinskih kislin, ki igra osrednjo vlogo pri generiranju proteinov, ki se začnejo z DNA .

Generacija beljakovin (ki so tudi biološke makromolekule) vključuje vrsto celičnih procesov, ki se skupaj imenujejo sinteza beljakovin .

DNA, RNA in beljakovine so bistvenega pomena pri zagotavljanju preživetja, razvoja in pravilnega delovanja celic živih organizmov.

Kaj je DNA?

DNA ali deoksiribonukleinska kislina je druga nukleinska kislina, ki obstaja v naravi, skupaj z RNA.

Strukturno podobna ribonukleinski kislini, je deoksiribonukleinska kislina genetska dediščina, to je "genska trgovina", ki jo vsebujejo celice živih organizmov. Oblikovanje RNA in, posredno, beljakovin je odvisno od DNK.

ZGODOVINA RNK

Slika: riboza in deoksiriboza

Raziskave RNA so se začele po letu 1868, ko je Friedrich Miescher odkril nukleinske kisline.

Prva pomembna odkritja v zvezi s tem so datirana med drugo polovico petdesetih in prvo polovico šestdesetih let. Med znanstveniki, ki so sodelovali pri teh odkritjih, je treba posebej omeniti Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies in Robert Holley .

Leta 1977 je skupina raziskovalcev pod vodstvom Philipa Sharpa in Richarda Robertsa dešifrirala proces intronskega spajanja .

Leta 1980 sta Thomas Cech in Sidney Altman identificirala ribozime.

* Opomba: za spoznavanje intronskega spajanja in ribozimov si oglejte poglavja o sintezi in funkcijah RNA.

struktura

S kemijsko-biološkega vidika je RNA biopolimer . Biopolimeri so velike naravne molekule, ki so posledica združevanja v verige ali filamente mnogih manjših molekularnih enot, imenovanih monomeri .

Monomeri, ki tvorijo RNA, so nukleotidi .

RNA JE, KOT OBIČAJNO, ENOTNA VERIGA

RNA molekule so molekule, ki so običajno sestavljene iz posameznih nukleotidnih verig ( polinukleotidnih filamentov ).

Dolžina celičnih RNA se giblje od manj kot sto do več tisoč nukleotidov.

Število sestavnih nukleotidov je odvisno od vloge zadevne molekule.

Primerjava z DNA

Za razliko od RNA, je DNA biopolimer, ki ga običajno tvorijo dve vrsti nukleotidov.

Ta dva polinukleotidna filamenta sta v nasprotni smeri in se zavihata drug v drugega, da sestavita dvojno spiralo, znano kot " dvojna vijačnica ".

Generična molekula človeške DNA lahko vsebuje okoli 3, 3 milijarde nukleotidov na filament .

GENERIČNA STRUKTURA NUKLEOTIDA

Po definiciji so nukleotidi molekularne enote, ki tvorijo nukleinske kisline RNA in DNA.

S strukturnega vidika je generični nukleotid rezultat združitve treh elementov, ki so:

• 1. Fosfatna skupina, ki je derivat fosforne kisline;
• Pentoza, ki je sladkor s 5 atomi ogljika;
• Dušikova baza, ki je aromatska heterociklična molekula.

Pentoza je osrednji element nukleotidov, ker se z njo veže fosfatna skupina in dušikova baza.

Slika: Elementi, ki tvorijo generični nukleotid nukleinske kisline. Kot lahko vidimo, sta fosfatna skupina in dušikova baza vezana na sladkor.

Kemijska vez, ki drži pentozno in fosfatno skupino skupaj, je fosfodiestrska vez, medtem ko je kemijska vez, ki združuje pentozo in dušikovo bazo, N-glikozidna vez .

KAJ JE RNA PENTOSO?

Premisa: kemiki so razmišljali o oštevilčenju premoga, ki sestavljajo organske molekule, tako, da bi poenostavili njihovo preučevanje in opis. Tukaj torej, da postanejo 5 ogljikov pentoze: ogljik 1, ogljik 2, ogljik 3, ogljik 4 in ogljik 5. Merilo za dodeljevanje števil je precej zapleteno, zato menimo, da je primerno, da se pojasnilo izpusti.

Sladkor s 5 atomi ogljika, ki razlikuje strukturo RNA nukleotidov, je riboza .

Od 5 ogljikovih atomov riboza si zaslužijo posebno omembo:

• Ogljik 1, ker se veže na dušikovo bazo preko N-glikozidne vezi.
• Ogljik 2, ker je tisto, kar diskriminira pentozo RNA nukleotidov iz pentoze DNA nukleotidov. V zvezi z ogljikom 2 RNA sta atom kisika in atom vodika, ki skupaj tvorita hidroksilno skupino OH .
• Ogljik 3, ker je to tisto, kar sodeluje v povezavi med dvema zaporednima nukleotidoma .
• Ogljik 5, ker je to tisto, kar združuje fosfatno skupino, preko fosfodiestrske vezi.

Zaradi prisotnosti sladkorja riboze se RNA nukleotidi imenujejo ribonukleotidi .

Primerjava z DNA

Pentoza, ki sestavlja DNK nukleotide, je deoksiriboza .

Deoksioriboza se razlikuje od riboze zaradi pomanjkanja kisikovih atomov na ogljiku 2.

Tako nima OH hidroksilne skupine, ki je značilna za 5-ogljični RNA sladkor.

Zaradi prisotnosti deoksiriboznega sladkorja so DNK nukleotidi znani tudi kot deoksiribonukleotidi .

VRSTE NUKLEOTIDOV IN DUŠIČNIH OSNOV. \ T

RNA ima 4 različne tipe nukleotidov .

Samo štirih različnih tipov nukleotidov ločuje dušikova baza.

Iz očitnih razlogov torej obstajajo 4 dušikove baze RNA, zlasti: adenin (skrajšano A), gvanin (G), citozin (C) in uracil (U).

Adenin in gvanin spadata v razred purinov, aromatičnih heterocikličnih spojin z dvojnim obročem.

Citozin in uracil pa spadata v kategorijo pirimidinov, aromatičnih heterocikličnih spojin z enim obročem.

Primerjava z DNA

Dušikove baze, ki ločujejo DNA nukleotide, so enake kot za RNA, razen za uracil. Namesto slednjega obstaja dušikova baza, imenovana timin (T), ki spada v kategorijo pirimidinov.

BOND MED NUCLEOTIDI

Vsak nukleotid, ki tvori kakršnokoli RNA verigo, se veže na naslednji nukleotid s pomočjo fosfodiestrske vezi med ogljikom 3 njegove pentoze in neposredno naslednjo nukleotidno fosfatno skupino.

KRAJ MOLECULE RNA

Vsaka RNA polinukleotidna nit ima dva konca, znana kot 5 'konec (odčitana "konča prvih pet") in konča 3' (se glasi "tip tri prvi").

Po dogovoru so biologi in genetiki ugotovili, da 5 ' konec predstavlja glavo RNA filamenta, 3' konec pa predstavlja rep .

S kemičnega stališča 5 'konec sovpada s fosfatno skupino prvega nukleotida polinukleotidne verige, 3' konec pa sovpada s hidroksilno skupino, ki je nameščena na ogljiku 3 zadnjega nukleotida iste verige.

Na podlagi te organizacije so v genetiki in molekularno-biološki knjigi opisani polinukleotidni deli katere koli nukleinske kisline: P-5 '→ 3'-OH (* NB: črka P označuje atom fosforja skupine fosfatov).

Z uporabo konceptov 5 'koncev in 3' koncev na posamezen nukleotid, je 5 'konec slednjega fosfatna skupina vezana na ogljik 5, njen 3' konec pa je hidroksilna skupina, združena z ogljikom 3.

V obeh primerih je bralcu vabljeno, da pazi na številčno ponovitev: 5 'končna fosfatna skupina na ogljikovi 5 in 3' končni - hidroksilni skupini na ogljiku 3.

lokalizacija

V nukleiranih celicah (tj. Z jedrom) živega bitja lahko najdemo molekule RNA tako v jedru kot v citoplazmi .

Ta široka lokalizacija je odvisna od dejstva, da so nekateri celični procesi, pri katerih je RNA protagonist, locirani v jedru, drugi pa v citoplazmi.

Primerjava z DNA

DNA evkariontskih organizmov (torej tudi človeške DNK) se nahaja izključno znotraj celičnega jedra.

Povzetek

Proces sinteze RNA temelji na intracelularnem encimu (tj. Znotraj celice), imenovanem RNA polimeraza (NB: encim je protein).

RNA polimeraza celice uporablja DNA, ki je prisotna v jedru iste celice, kot da bi bila plesen, da bi ustvarila RNA.

Z drugimi besedami, gre za nekakšen kopirni stroj, ki prepisuje tisto, kar vrača DNK v drug jezik, to je RNA.

Poleg tega ta proces sinteze RNA, z RNA polimerazo, prevzame znanstveno ime transkripcije .

Eukariotski organizmi, tako kot ljudje, imajo 3 različne razrede RNA polimeraz : RNA polimeraza I, RNA polimeraza II in RNA polimeraza III.

Vsak razred RNA-polimeraze ustvarja posebne tipe RNA, ki imajo, kot bo bralec lahko ugotovil v naslednjih poglavjih, različne biološke vloge v kontekstu celičnega življenja.

KAKO DELUJE POLIMERAZNA RNA

RNA polimeraza lahko:

• Prepoznajte na DNK mesto, s katerega začnete prepis,
• Vežejo se na DNA,
• Ločimo dve polinukleotidni verigi DNA (ki ju držijo vodikove vezi med dušikovimi bazami), tako da deluje le na eno verigo, in
• Začnite sintezo transkripta RNA.

Vsaka od teh stopenj poteka vsakič, ko bo RNA polimeraza izvedla proces transkripcije. Zato so vsi obvezni koraki.

RNA polimeraza sintetizira molekule RNA v smeri 5 ' → 3' . Ko doda ribonukleotide k nastajajoči molekuli RNA, se premakne v obliko DNA plasti v smeri 3 ' → 5' .

SPREMEMBE TRANSCRIPTA RNA

Po njeni transkripciji je RNA podvržena nekaterim modifikacijam, vključno z: dodajanjem nekaterih nukleotidnih sekvenc na obeh koncih, izgubo tako imenovanih intronov (proces, znan kot spajanje ), itd.

Torej ima glede na izvirni DNA segment nastalo RNA nekaj razlik glede na dolžino polinukleotidne verige (na splošno je krajša).

vrste

Obstaja več vrst RNA .

Najbolj znani in preučevani so: transportna RNA (ali prenosna RNA ali tRNA ), prenosna RNA (ali RNA ali mRNA ), ribosomska RNA (ali ribosomska RNA ali rRNA ) in majhna jedrska RNA (ali majhna jedrska RNA ali snRNA ).

Kljub temu, da zajemajo različne specifične vloge, tRNA, mRNA, rRNA in snRNA prispevajo k uresničitvi skupnega cilja: sinteze beljakovin, začenši z nukleotidnimi sekvencami, ki so prisotne v DNA.

DRUGE VRSTE RNA STILL

V celicah evkariontskih organizmov so raziskovalci poleg zgoraj omenjenih 4 našli tudi druge vrste RNA. Na primer:

• Mikro RNA (ali miRNA ), ki so filamenti, katerih dolžina je malo večja od 20 nukleotidov, in
• RNA, ki predstavlja ribozime . Ribozimi so molekule RNA s katalitično aktivnostjo, kot so encimi.

MiRNA in ribozimi sodelujejo tudi v procesu sinteze beljakovin, tako kot tRNA, mRNA itd.

funkcija

RNA predstavlja biološko makromolekulo prehoda med DNK in beljakovinami, tj. Dolge biopolimere, katerih molekularne enote so aminokisline .

RNA je primerljiva s slovarjem genetskih informacij, saj omogoča prevajanje nukleotidnih segmentov DNA (ki so takrat ti tako imenovani geni) v aminokisline beljakovin.

Eden najpogostejših opisov funkcijske vloge, ki jo pokriva RNA, je: "RNA je nukleinska kislina, ki sodeluje pri kodiranju, dekodiranju, regulaciji in izražanju genov".

RNA je eden od treh ključnih elementov tako imenovane osrednje dogme molekularne biologije, ki navaja: "RNA izhaja iz DNK, iz katere izhajajo beljakovine" ( DNA → RNA → proteini ).

TRANSKRIPCIJA IN PREVAJANJE

Na kratko, transkripcija je niz celičnih reakcij, ki vodijo do tvorbe molekul RNA, začenši z DNA.

Prevajanje pa je niz celičnih procesov, ki se končajo s proizvodnjo beljakovin, začenši z molekulami RNA, ki nastanejo med procesom transkripcije.

Biologi in genetiki so skovali izraz "prevod", ker iz jezika nukleotidov preidemo na jezik aminokislin.

VRSTE IN FUNKCIJE

Procesi prepisovanja in prevajanja vidijo vse prej omenjene tipe ANN (tRNA, mRNA, itd.) Kot protagoniste:

• MRNA je molekula RNA, ki kodira protein . Z drugimi besedami, mRNA so beljakovine pred procesom prevajanja nukleotidov v proteinske aminokisline.

  MRNA so podvržene več modifikacijam po njihovi transkripciji.

• TRNA so nekodirajoče molekule RNA, vendar so še vedno bistvene za tvorbo beljakovin. Pravzaprav imajo ključno vlogo pri dešifriranju poročila o molekulah mRNA.

  Ime "transportna RNA" izhaja iz dejstva, da te ANS nosijo na sebi aminokislino. Natančneje, vsaka aminokislina ustreza specifični tRNA.

  TRNA interakcijo z mRNA, preko treh posebnih nukleotidov njihovega zaporedja.

• RRNA so molekule RNA, ki tvorijo ribosome . Ribosomi so kompleksne celične strukture, ki se gibljejo vzdolž mRNA združujejo aminokisline beljakovin.

  Generični ribosom vsebuje znotraj njega nekaj lokacij, kjer lahko hrani tRNA in jih naredi, da se srečajo z mRNA. Tukaj omenjeni trije posebni nukleotidi medsebojno delujejo s kurirsko RNA.

• SnRNA so molekule RNA, ki sodelujejo v procesu spajanja introna na mRNA. Introni so kratki segmenti nekodirajočih mRNA, neuporabni za namene sinteze beljakovin.
• Ribozimi so molekule RNA, ki katalizirajo rezanje ribonukleotidnih filamentov, kjer je to potrebno.

Slika: prevajanje mRNA.