RNA funktsioonid, struktuur ja tüübid

The RNA või RNA (ribonukleiinhape) on eukarüootsetes organismides, prokarüootides ja viirustes esinev nukleiinhappe tüüp. See on nukleotiidide polümeer, mis sisaldab selle struktuuris nelja tüüpi lämmastikku: adeniin, guaniin, tsütosiin ja uratsiil.

RNA leitakse üldiselt ühe ribana (välja arvatud mõned viirused), lineaarselt või moodustades mitmeid keerulisi struktuure. Tegelikult on RNA-l struktuurne dünaamika, mida ei täheldata DNA kahekordses spiraalis. RNA erinevatel tüüpidel on väga erinevad funktsioonid.

Ribosomaalsed RNA-d on ribosoomide osa, struktuurid, mis vastutavad rakkude valkude sünteesi eest. Messengeri RNAd toimivad vahendajatena ja edastavad geneetilise informatsiooni ribosoomile, mis teisendab sõnumi nukleotiidjärjestusest aminohappejärjestuseks.

RNA ülekanded vastutavad erinevate aminohapete -20 aktiveerimise ja ülekandmise eest kokku-ribosoomidele. Igale aminohappele on ülekande RNA molekul, mis tunneb ära sõnumi RNA järjestuse.  

Lisaks on olemas ka teisi RNA tüüpe, mis ei ole otseselt seotud valgu sünteesiga ja osalevad geeni reguleerimises.

Indeks

• 1 Struktuur
  • 1.1 Nukleotiidid
  • 1.2 RNA ahel
  • 1.3 RNA stabiliseerivad jõud
• 2 RNA tüübid ja funktsioonid
  • 2.1 Messenger RNA
  • 2.2 ribosomaalne RNA
  • 2.3 RNA ülekandmine
  • 2.4 MikroRNA
  • 2,5 muteerunud RNA
• 3 Erinevused DNA ja RNA vahel
• 4 Päritolu ja areng
• 5 Viited

Struktuur

RNA põhiühikud on nukleotiidid. Iga nukleotiid moodustub lämmastiku alusel (adeniin, guaniin, tsütosiin ja uratsiil), pentoos ja fosfaatrühm.

Nukleotiidid

Lämmastiku alused on saadud kahest põhilisest ühendist: pürimidiinidest ja puriinidest.

Puriinidest saadud alused on adeniin ja guaniin ning pürimidiinidest saadud alused on tsütosiin ja uratsiil. Kuigi need on kõige levinumad alused, võivad nukleiinhapped esitada ka teisi aluseid, mis on harvemad.

Pentose puhul on need d-riboosühikud. Seetõttu nimetatakse RNA moodustavaid nukleotiide "ribonukleotiidideks"..

RNA ahel

Nukleotiidid on omavahel seotud keemiliste sidemetega, mis hõlmavad fosfaatrühma. Nende moodustamiseks on nukleotiidi 5'-otsas olev fosfaatrühm seotud hüdroksüülrühmaga (-OH) järgmise nukleotiidi 3'-otsas, luues seega fosfodiestri tüüpi sideme..

Nukleiinhappe ahelal on fosfodiestri sidemel sama orientatsioon. Seetõttu on ahela polaarsus, eristades 3 'ja 5' otsa.

Tavaliselt on nukleiinhapete struktuur esindatud 5 'otsaga vasakul ja 3' ots paremal.

DNA transkriptsiooni RNA saadus on lihtne ahel, mis pöördub põhjaservade virnastamisel spiraalses konformatsioonis paremale. Puriinide interaktsioon on nende suuruse poolest palju suurem kui kahe pürimidiini interaktsioon.

RNA-s ei saa me rääkida traditsioonilisest teisest struktuurist ja viitest, nagu ka DNA kahekordne heeliks. Iga RNA molekuli kolmemõõtmeline struktuur on ainulaadne ja kompleksne, võrreldav valkude omaga (loogiliselt ei saa me proteiinide struktuuri globaliseeruda)..

RNA stabiliseerivad jõud

On nõrgad suhted, mis soodustavad RNA stabiliseerumist, eriti aluste virnastamist, kus rõngad asuvad üksteise kohal. See nähtus aitab kaasa ka DNA heeliksi stabiilsusele.

Kui RNA molekul leiab komplementaarse järjestuse, võivad nad siduda ja moodustada kaheahelalise struktuuri, mis pöördub paremale. Valdav vorm on tüüp A; Z-vormide puhul on neid tõestanud ainult laboris, samas kui B-vormi ei ole täheldatud.

Üldiselt on RNA lõpus asuvad lühikesed järjestused (nagu UUGG) ja neil on eripära vormimisel. silmused stabiilne. See järjestus osaleb RNA kolmemõõtmelise struktuuri kokkuklapitamisel.

Lisaks võib vesiniksidemeid moodustada teistes kohtades, mis ei ole tüüpilised aluspaarid (AU ja CG). Üks nendest interaktsioonidest toimub riboosi 2'-OH ja teiste rühmade vahel.

RNA-s leiduvate erinevate struktuuride lahjendamine on näidanud selle nukleiinhappe mitmeid funktsioone.

RNA tüübid ja funktsioonid

RNA on kahte liiki: informatiivne ja funktsionaalne. Esimesse rühma kuuluvad RNAd, mis osalevad valkude sünteesis ja toimivad protsessi vahendajatena; informatiivsed RNA-d on messenger RNA-d.

Seevastu ei toeta teise klassi RNA-d, funktsionaalsed, uusi valgu molekule ja RNA ise on lõpptoode. Need on ülekande RNA-d ja ribosomaalsed RNA-d.

Imetajarakkudes on 80% RNA-st ribosomaalset RNA-d, 15% on RNA-d ja ainult väike osa vastab RNS-ile. Need kolm tüüpi töötavad koos valgu biosünteesi saavutamiseks.

Muuhulgas on ka väikesi tuuma RNA-sid, väikeseid tsütoplasmaatilisi RNA-sid ja mikroRNA-sid. Järgnevalt kirjeldatakse üksikasjalikult kõiki olulisemaid tüüpe:

Messenger RNA

Eukarüootides piirdub DNA tuumaga, samas kui valgu süntees toimub raku tsütoplasmas, kus ribosoomid asuvad. Selle ruumilise eraldamise jaoks peab olema vahendaja, mis kannab sõnumit tuumast tsütoplasmasse ja et see molekul on sõnumitooja RNA.

Messenger RNA, lühendatud mRNA, on vahepealne molekul, mis sisaldab DNA-s kodeeritud informatsiooni ja mis määrab aminohapete järjestuse, mis tekitab funktsionaalse valgu..

François Jacob ja Jacques Monod pakkusid 1961. aastal välja mõistet „messenger RNA”, et kirjeldada RNA osa, mis edastas sõnumi DNA-st ribosoomidele..

MRNA sünteesi protsess DNA ahelast on tuntud kui transkriptsioon ja esineb prokarüootide ja eukarüootide vahel erinevalt. 

Geeni ekspressiooni reguleerivad mitmed tegurid ja see sõltub iga raku vajadustest. Transkriptsioon jaguneb kolmeks etapiks: initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine.

Transkriptsioon

DNA replikatsiooniprotsess, mis toimub iga raku jagunemisel, kopeerib kogu kromosoomi. Kuid transkriptsiooniprotsess on palju selektiivsem, käsitleb ainult DNA ahela spetsiifiliste segmentide töötlemist ja ei vaja praimerit.

Sisse Escherichia coli -bioloogiateadustes kõige paremini uuritud bakter - transkriptsioon algab DNA kahekordse heeliksi lahti laskmisega ja moodustub transkriptsiooni ahel. RNA polümeraasi ensüüm vastutab RNA sünteesimise eest ja transkriptsiooni jätkumisel taastub DNA ahel algsele vormile.

Algatamine, pikendamine ja lõpetamine

Transkriptsiooni ei algatata juhuslikult DNA molekulis; selle nähtuse jaoks on olemas spetsiaalsed saidid, mida nimetatakse promootoriteks. Sisse E. coli RNA polümeraas on seotud mõne aluspaariga valge piirkonna kohal.

Järjestused, kus transkriptsioonifaktorid on seotud, on erinevate liikide seas üsna konserveerunud. Üks tuntumaid promootori järjestusi on TATA-kast.

Pikenemisel lisab RNA polümeraasi ensüüm 3'-OH otsale uusi nukleotiide, järgides 5 'kuni 3' suunda. Hüdroksüülrühm toimib nukleofiilina, rünnates lisatava nukleotiidi alfa-fosfaati. See reaktsioon vabastab pürofosfaadi.

Ainult ühte DNA ahelat kasutatakse messenger RNA sünteesimiseks, mis kopeeritakse 3 'kuni 5' suunas (uue RNA ahela paralleelne vorm). Lisatav nukleotiid peab vastama aluspaaridele: U sidumine A-ga ja G-ga C-ga.

RNA polümeraas peatab protsessi, kui ta leiab piirkondi, kus on palju tsütosiini ja guaniini. Lõpuks eraldatakse uus messenger RNA molekul kompleksist.

Transkriptsioon prokarüootides

Prokarüootides võib messenger RNA molekul kodeerida rohkem kui ühte valku.

Kui mRNA kodeerib ainult valku või polüpeptiidi, nimetatakse seda monokistroonseks mRNA-ks, kuid kui see kodeerib rohkem kui ühte valgutoodet, siis on mRNA polütsüstiline (tähele, et selles kontekstis viitab termin cistron geenile).

Transkriptsioon eukarüootides

Eukarüootsetes organismides on valdav enamus mRNA-dest monokistroonsed ja transkriptsiooniline masin on selles organismide liinis palju keerulisem. Neile on iseloomulik, et neil on kolm RNA polümeraasi, mida tähistatakse I, II ja III, igaühel neist on spetsiifilised funktsioonid.

I rRNA sünteesimise eest vastutab II, sünteesib messenger RNA-d ja mõned erilised RNA-d. Lõpuks vastutab III ülekande RNA, 5S ribosomaalse ja muu väikese RNA eest.

Messenger RNA eukarüootides

Messenger RNA läbib rea spetsiifilisi modifikatsioone eukarüootides. Esimene hõlmab 5-otsa lõpu lisamist. Keemiliselt on kork 7-metüülguanosiini jääk, mis on 5 ', 5'-trifosfaadi sideme abil ankurdatud.

Selle tsooni funktsioon on kaitsta RNA-d ribonukleaaside võimaliku lagunemise eest (ensüümid, mis lagundavad RNA-d väiksemateks komponentideks).

Lisaks toimub 3 'otsa eemaldamine ja lisatakse 80 kuni 250 adeniini jääki. See struktuur on tuntud kui polüA "saba" ja see on siduv tsoon mitme valgu jaoks. Kui prokarüoot omandab sabaga polüAA, siis see kaldub stimuleerima selle lagunemist.

Teisest küljest transkribeeritakse see sõnum intronitega. Intronid on DNA järjestused, mis ei ole geeni osa, kuid "katkestavad" järjestuse. Introneid ei tõlgita ja seetõttu tuleb need sõnumitoojast eemaldada.

Enamikul selgroogsetel geenidel on intronid, välja arvatud histoneid kodeerivad geenid. Samamoodi võib geenis intronite arv varieeruda mõnest kuni kümneni.

Sidumine RNA

Sviilutamine RNA või splaissimisprotsess hõlmab intronite eemaldamist messenger RNA-s.

Mõned tuuma- või mitokondriaalsetes geenides leiduvad intronid võivad teostada protsessi splaissimine ilma ensüümide või ATP abita. Selle asemel viiakse protsess läbi ümberesterdamise reaktsioonidega. See mehhanism avastati ümmarguse algloomaga Tetrahymena thermophila.

Seevastu on veel üks sõnumitoojate rühm, kes ei suuda oma vahendajaid vahendada splaissimine, nad vajavad täiendavaid masinaid. Sellesse gruppi kuulub üsna suur arv tuuma geene.

Protsess splaissimine seda vahendab valgu kompleks, mida nimetatakse spiceosome või splicing kompleksiks. Süsteem koosneb spetsiaalsetest RNA kompleksidest, mida nimetatakse tuuma väikesteks ribonukleoproteiinideks (RNP)..

RNP-d on viis tüüpi: U1, U2, U4, U5 ja U6, mis leiduvad tuumas ja vahendavad protsessi. splaissimine.

The splaissimine võib toota rohkem kui ühte tüüpi valku - seda tuntakse kui splaissimine alternatiivne - kuna eksonid on paigutatud diferentsiaalselt, tekitades sõnumi RNA sorte.

Ribosomaalne RNA

Ribosoomi RNA, lühendatud rRNA, leitakse ribosoomides ja osaleb valkude biosünteesil. Seetõttu on see kõigi rakkude oluline komponent.

Ribosomaalne RNA on seotud valgu molekulidega (ligikaudu 100, umbes), et tekitada ribosomaalsed presubunidaadid. Need klassifitseeritakse sõltuvalt nende sedimentatsioonikoefitsiendist, mida tähistatakse Svedbergi üksuste S-tähega.

Ribosoom koosneb kahest osast: peamisest allüksusest ja alaealisest alaühikust. Mõlemad allüksused erinevad prokarüootide ja eukarüootide vahel sedimentatsioonikoefitsiendi poolest.

Prokarüootidel on suur 50S subühik ja väike 30S alamühik, samas kui eukarüootides on suur alaühik 60S ja väike 40S alaühik.

Geenid, mis kodeerivad ribosomaalseid RNA-sid, on tuumas, mis on tuuma konkreetne piirkond, mida ei piira membraan. Ribosomaalsed RNAd transkribeeritakse selles piirkonnas RNA polümeraasi I abil.

Rakkudes, mis sünteesivad suurel hulgal valke; Nukleolus on silmapaistev struktuur. Kui aga kõnealune rakk ei vaja suurt hulka valktooteid, on nukleolus peaaegu märkamatu struktuur..

Ribosomaalse RNA töötlemine

Suur 60S ribosomaalne alamühik on seotud fragmentidega 28S ja 5.8S. Väikese allüksuse (40S) suhtes on see seotud 18S-ga.

Kõrgemates eukarüootides kodeeritakse pre-rNA-d 45S transkriptsiooniühikus, mis hõlmab RNA polümeraasi I. Seda transkripti töödeldakse küpses ribosomaalsetes RNA-des 28S, 18S ja 5.8S.

Kuna süntees jätkub, seostatakse pre-rNA-d erinevate valkudega ja moodustab ribonukleoproteiini osakesi. See läbib mitmeid järgnevaid modifikatsioone, mis hõlmavad riboosi 2'-OH-rühma metüülimist ja uridiini jääkide muundamist pseudouridiiniks..

Piirkonda, kus need muutused toimuvad, kontrollib enam kui 150 väikest nukleolaarset RNA molekuli, millel on võime seonduda rRNA-ga.

Vastupidiselt ülejäänud rRNA-le, transkribeeritakse 5S RNA polümeraas III nukleoplasmas ja mitte tuumolus. Pärast sünteesimist viiakse nukleoolisse 28S ja 5.8S ühendamiseks, moodustades ribosomaalsed ühikud.

Koostamisprotsessi lõpus kannavad tuuma poorid subühikud tsütoplasma.

Polüribosoomid

Võib juhtuda, et saatja RNA molekul annab päritolu mitmele valgule samal ajal, ühendades rohkem kui ühe ribosoomi. Kuna tõlkeprotsess edeneb, on sõnumitooja lõpp vaba ja teise ribosoomi poolt saab selle vastu võtta, alustades uut sünteesi.

Seetõttu on tavaline leida ribosoome, mis on rühmitatud (vahemikus 3 kuni 10) ühe RNS-i molekulis, ja seda rühma nimetatakse polüribosoomiks..

RNA ülekandmine

Ülekande RNA vastutab aminohapete ülekandmise eest, kui valgu sünteesi protsess edeneb. Need koosnevad ligikaudu 80 nukleotiidist (võrreldes messenger RNAga, see on "väike" molekul).

Struktuuril on voldid ja ristid, mis meenutavad kolme käega kolmnurka. Ühest otsast on adenüültsükkel, kus riboosi hüdroksüülrühm vahendab transporditava aminohappe seondumist..

Erinevad ülekande RNAd kombineeritakse ainult ühe kahekümne aminohappega, mis moodustavad valke; teisisõnu, see on sõiduk, mis transpordib valkude põhilisi ehitusplokke. Ülekande RNA kompleksi koos aminohappega nimetatakse aminoatsüül-tRNA-ks.

Lisaks tunneb translatsiooniprotsessis - mis toimub tänu ribosoomidele - iga ülekand RNA tuvastab sõnumi RNA spetsiifilise koodoni. Kui see tuvastatakse, vabastatakse vastav aminohape ja muutub sünteesitud peptiidi osaks.

Et ära tunda aminohappe tüüp, mida tuleb manustada, on RNA-l molekuli keskmises piirkonnas paiknev "antikodon". Antikodon on võimeline moodustama vesiniksidemeid saatja DNA-s olevate komplementaarsete alustega.

MicroRNA

MikroRNA-d või mRNA-d on lühikese tüüpi üheahelaline RNA, 21 kuni 23 nukleotiidi vahel, mille funktsiooniks on geenide ekspressiooni reguleerimine. Kuna see ei muutu valguks, nimetatakse seda tavaliselt mittekodeerivaks RNA-ks.

Sarnaselt teiste RNA tüüpidega on mikroRNAde töötlemine keeruline ja hõlmab mitmeid valke.

MikroRNA-d tekivad pikematest prekursoritest, mida nimetatakse mRNA-pri-ks, mis on tuletatud geeni esimesest transkriptsioonist. Raku tuumas modifitseeritakse neid prekursoreid mikroprotsessori kompleksis ja tulemuseks on pre-miRNA..

Pre-mRNA-d on 70 nukleotiidi kahvlid, mis jätkavad tsütoplasmas töötlemist ensüümiga Dicer, mis koondab RNA-indutseeritud vaigistuskompleksi (RISC) ja lõpuks mRNA sünteesitakse..

Need RNA-d on võimelised reguleerima geenide ekspressiooni, kuna nad on komplementaarsed spetsiifiliste messenger RNA-dega. Koos sihtmärgiga on miRNA-d võimelised sõnumivahendit represseerima või isegi lagundama. Järelikult ei saa ribosoom transkripti tõlkida.

RNA vaigistamine

Konkreetne mikroRNA tüüp on väike häiriv RNA (siRNA), mida nimetatakse ka vaigistavaks RNA-ks. Need on lühikesed RNA-d, 20 kuni 25 nukleotiidi, mis takistavad teatud geenide ekspressiooni.

Nad on teadusuuringute jaoks väga paljutõotavad vahendid, kuna need võimaldavad huvipakkuva geeni vaigistamist ja seega uurida selle võimalikku funktsiooni.

Erinevused DNA ja RNA vahel

Kuigi DNA ja RNA on nukleiinhapped ja võivad esmapilgul tunduda väga sarnased, erinevad need mitmetes keemilistes ja struktuurilistes omadustes. DNA on kaheahelaline molekul, samas kui RNA on lihtne bänd.

Seetõttu on RNA mitmekülgsem molekul ja võib võtta palju erinevaid kolmemõõtmelisi kujundeid. Siiski on teatud viirustel oma geneetilises materjalis kaheahelaline RNA.

RNA nukleotiidides on suhkru molekul riboos, samas kui DNA-s on see deoksüriboos, mis erineb ainult hapnikuaatomi juuresolekul..

Fosfodiestri side DNA ja RNA skeletis on kalduvus aeglasele hüdrolüüsiprotsessile ja ensüümide juuresolekuta. Leeliselisuse tingimustes hüdrolüüsitakse RNA kiiresti - tänu ekstra hüdroksüülrühmale -, samas kui DNA ei ole.

Sarnaselt on lämmastiku alused, mis moodustavad DNA nukleotiidid, guaniin, adeniin, tümiin ja tsütosiin; Teisest küljest asendatakse tümiinis RNA uratsiiliga. Uratsiili võib adeniiniga siduda, nagu tümiin DNA-s.

Päritolu ja areng

RNA on ainus teadaolev molekul, mis on võimeline samaaegselt säilitama informatsiooni ja katalüüsima keemilisi reaktsioone; seepärast pakuvad mitmed autorid, et RNA molekul on elu alguses otsustava tähtsusega. Üllatavalt on ribosoomide substraadid teised RNA molekulid.

Ribosüümide avastamine viis "ensüümi" biokeemilisele ümbermääratlemisele, sest terminit kasutati ainult katalüütilise aktiivsusega valkude jaoks ja aitas säilitada stsenaariumi, kus esimesed eluvormid kasutasid ainult RNA-d geneetilise materjalina.

Viited

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Raku molekulaarbioloogia. 4. väljaanne. New York: Garland Science. DNA-lt RNA-le. Saadaval aadressil: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L. ja Tymoczko, J. L. (2007). Biokeemia. Ma pöördusin tagasi.
3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Bioloogia. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J. H., et al. (1999). Kaasaegne geneetiline analüüs. New York: W. H. Freeman. Geenid ja RNA. Saadaval aadressil: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J. E., ja Guyton, A.C.. Meditsiinilise füsioloogia leping. Elsevier.
6. Hall, J. E. (2015). Guyton ja Hall meditsiinilise füsioloogia e-raamatu õpik. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molekulaarrakkude bioloogia. 4. väljaanne. New York: W. H. Freeman. Punkt 11.6, rRNA ja tRNA töötlemine. Saadaval aadressil: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D. L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M.. Lehningeri biokeemia põhimõtted. Macmillan.