Plik RNA lub RNA (kwas rybonukleinowy) to rodzaj kwasu nukleinowego występującego w organizmach eukariotycznych i prokariotycznych oraz w wirusach. Jest to polimer nukleotydowy, który w swojej strukturze zawiera cztery rodzaje zasad azotowych: adeninę, guaninę, cytozynę i uracyl.
RNA występuje na ogół w postaci pojedynczego prążka (z wyjątkiem niektórych wirusów), w sposób liniowy lub w szeregu złożonych struktur. W rzeczywistości RNA ma strukturalną dynamikę, której nie obserwuje się w podwójnej helisie DNA. Różne typy RNA mają bardzo zróżnicowane funkcje.
Rybosomalne RNA są częścią rybosomów, struktur odpowiedzialnych za syntezę białek w komórkach. Informacyjne RNA działają jako pośrednicy i przenoszą informację genetyczną do rybosomu, który przekłada wiadomość z sekwencji nukleotydowej na sekwencję aminokwasową..
Transferowe RNA są odpowiedzialne za aktywację i przenoszenie różnych typów aminokwasów w sumie -20 do rybosomów. Dla każdego aminokwasu istnieje cząsteczka transferowego RNA, która rozpoznaje sekwencję w informacyjnym RNA.
Ponadto istnieją inne typy RNA, które nie są bezpośrednio zaangażowane w syntezę białek i biorą udział w regulacji genów..
Indeks artykułów
Podstawowymi jednostkami RNA są nukleotydy. Każdy nukleotyd składa się z zasady azotowej (adeniny, guaniny, cytozyny i uracylu), pentozy i grupy fosforanowej..
Zasady azotowe pochodzą z dwóch podstawowych związków: pirymidyn i puryn..
Zasady pochodzące z puryn to adenina i guanina, a zasady pochodzące z pirymidyn to cytozyna i uracyl. Chociaż są to najpowszechniejsze zasady, kwasy nukleinowe mogą mieć również inne rzadziej spotykane typy zasad..
Jeśli chodzi o pentozę, są to jednostki d-rybozy. Z tego powodu nukleotydy tworzące RNA nazywane są „rybonukleotydami”.
Nukleotydy są połączone ze sobą wiązaniami chemicznymi obejmującymi grupę fosforanową. Aby je utworzyć, grupa fosforanowa na końcu 5 'nukleotydu jest przyłączona do grupy hydroksylowej (-OH) na końcu 3' następnego nukleotydu, tworząc w ten sposób wiązanie podobne do fosfodiestru..
Wzdłuż łańcucha kwasu nukleinowego wiązania fosfodiestrowe mają tę samą orientację. Dlatego istnieje biegunowość pasma, rozróżniająca koniec 3 'i 5'.
Zgodnie z konwencją, struktura kwasów nukleinowych jest reprezentowana przez koniec 5 'po lewej stronie i koniec 3' po prawej.
Produkt RNA transkrypcji DNA to jednoniciowy prążek, który skręca w prawo, w helikalnej konformacji przez ułożenie zasad. Interakcja między purynami jest znacznie większa niż interakcja między dwiema pirymidynami, ze względu na ich rozmiar.
W RNA nie można mówić o tradycyjnej i referencyjnej strukturze drugorzędowej, takiej jak podwójna helisa DNA. Trójwymiarowa struktura każdej cząsteczki RNA jest wyjątkowa i złożona, porównywalna z białkami (logicznie rzecz biorąc, nie możemy globalizować struktury białek).
Istnieją słabe interakcje, które przyczyniają się do stabilizacji RNA, w szczególności układanie zasad, gdzie pierścienie są umieszczone jeden na drugim. Zjawisko to również przyczynia się do stabilności helisy DNA..
Jeśli cząsteczka RNA znajdzie komplementarną sekwencję, będzie w stanie połączyć się i utworzyć dwuniciową strukturę, która obraca się w prawo. Dominującą formą jest typ A; Jeśli chodzi o formy Z, to zostały one udowodnione tylko w laboratorium, podczas gdy forma B nie została zaobserwowana.
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją krótkie sekwencje (takie jak UUGG), które znajdują się na końcu RNA i mają szczególny charakter pętle stabilny. Sekwencja ta uczestniczy w fałdowaniu trójwymiarowej struktury RNA.
Ponadto wiązania wodorowe mogą tworzyć się w innych miejscach niż typowe pary zasad (AU i CG). Jedna z tych interakcji zachodzi między 2'-OH rybozy z innymi grupami.
Wyjaśnienie różnych struktur znajdujących się w RNA posłużyło do zademonstrowania wielu funkcji tego kwasu nukleinowego..
Istnieją dwie klasy RNA: informacyjne i funkcjonalne. Pierwsza grupa obejmuje RNA, które uczestniczą w syntezie białek i pełnią rolę pośredników w tym procesie; informacyjne RNA to informacyjne RNA.
Natomiast RNA należące do drugiej klasy, funkcjonalne, nie dają powstania nowej cząsteczki białka, a sam RNA jest produktem końcowym. Są to transferowe RNA i rybosomalne RNA..
W komórkach ssaków 80% RNA to rybosomalny RNA, 15% to transferowy RNA, a tylko niewielka część odpowiada informacyjnemu RNA. Te trzy typy współpracują w celu osiągnięcia biosyntezy białek..
Istnieją również, między innymi, małe jądrowe RNA, małe cytoplazmatyczne RNA i mikroRNA. Każdy z najważniejszych typów zostanie szczegółowo opisany poniżej:
U eukariotów DNA jest ograniczone do jądra, podczas gdy synteza białek zachodzi w cytoplazmie komórki, w której znajdują się rybosomy. Z powodu tej separacji przestrzennej musi istnieć mediator, który przenosi wiadomość z jądra do cytoplazmy, a ta cząsteczka jest informacyjnym RNA..
Informacyjny RNA, w skrócie mRNA, jest cząsteczką pośrednią, która zawiera informacje zakodowane w DNA i określa sekwencję aminokwasów, która pozwoli na powstanie funkcjonalnego białka..
Termin informacyjny RNA został zaproponowany w 1961 roku przez François Jacoba i Jacquesa Monoda w celu opisania części RNA, która przekazała wiadomość z DNA do rybosomów..
Proces syntezy mRNA z nici DNA jest nazywany transkrypcją i przebiega inaczej między prokariotami i eukariotami..
Ekspresja genów zależy od kilku czynników i zależy od potrzeb każdej komórki. Transkrypcja dzieli się na trzy etapy: inicjację, wydłużenie i terminację..
Proces replikacji DNA, który zachodzi w każdym podziale komórki, kopiuje cały chromosom. Jednak proces transkrypcji jest znacznie bardziej selektywny, zajmuje się tylko obróbką określonych odcinków nici DNA i nie wymaga startera..
Na Escherichia coli -najlepiej zbadana bakteria w naukach przyrodniczych - transkrypcja rozpoczyna się od rozwinięcia podwójnej helisy DNA i powstaje pętla transkrypcyjna. Enzym polimeraza RNA jest odpowiedzialny za syntezę RNA, a wraz z postępem transkrypcji nić DNA wraca do swojego pierwotnego kształtu.
Transkrypcja nie jest inicjowana w przypadkowych miejscach cząsteczki DNA; istnieją wyspecjalizowane strony poświęcone temu zjawisku, zwane promotorami. Na E coli Polimeraza RNA jest sprzężona kilka par zasad powyżej regionu docelowego.
Sekwencje, w których sprzężone są czynniki transkrypcyjne, są dość konserwatywne między różnymi gatunkami. Jedną z najbardziej znanych sekwencji promotorowych jest kaseta TATA.
Podczas wydłużania enzym polimerazy RNA dodaje nowe nukleotydy do końca 3'-OH, zgodnie z kierunkiem od 5 'do 3'. Grupa hydroksylowa działa jak nukleofil, atakując alfa fosforan nukleotydu, który ma być dodany. Ta reakcja uwalnia pirofosforan.
Tylko jedna z nici DNA jest używana do syntezy informacyjnego RNA, który jest kopiowany w kierunku od 3 'do 5' (antyrównoległa postać nowej nici RNA). Dodawany nukleotyd musi być zgodny z parowaniem zasad: pary U z A i G z C.
Polimeraza RNA zatrzymuje ten proces, gdy znajdzie regiony bogate w cytozynę i guaninę. Ostatecznie nowa cząsteczka informacyjnego RNA zostaje oddzielona od kompleksu.
U prokariotów cząsteczka informacyjnego RNA może kodować więcej niż jedno białko.
Gdy mRNA koduje wyłącznie białko lub polipeptyd, nazywa się je monocistronowym mRNA, ale jeśli koduje więcej niż jeden produkt białkowy, mRNA jest policistronowy (zauważ, że w tym kontekście termin cistron odnosi się do genu).
W organizmach eukariotycznych zdecydowana większość mRNA jest monocistronowa, a mechanizm transkrypcyjny jest znacznie bardziej złożony w tej linii organizmów. Charakteryzują się trzema polimerazami RNA, oznaczonymi I, II i III, z których każda ma określone funkcje.
I jest odpowiedzialny za syntezę pre-rRNA, II syntetyzuje informacyjne RNA i niektóre specjalne RNA. Wreszcie III jest odpowiedzialny za transfer RNA, rybosomalnego 5S i innych małych RNA..
Informacyjny RNA przechodzi szereg specyficznych modyfikacji u eukariontów. Pierwsza polega na dodaniu „czapki” na końcu 5 '. Chemicznie, czapeczka jest resztą 7-metyloguanozyny połączoną na końcu wiązaniem 5 ', 5'-trifosforanowym..
Funkcją tej strefy jest ochrona RNA przed możliwą degradacją przez rybonukleazy (enzymy rozkładające RNA na mniejsze składniki).
Ponadto następuje usunięcie końca 3 'i dodaje się 80 do 250 reszt adeniny. Struktura ta jest znana jako „ogon” poliA i służy jako miejsce wiązania dla różnych białek. Kiedy prokariota nabywa ogon poliA, ma tendencję do stymulowania jego degradacji..
Z drugiej strony ten posłaniec jest przepisywany za pomocą intronów. Introny to sekwencje DNA, które nie są częścią genu, ale „przerywają” tę sekwencję. Introny nie są tłumaczone i dlatego muszą zostać usunięte z komunikatora.
Większość genów kręgowców ma introny, z wyjątkiem genów kodujących histony. Podobnie liczba intronów w genie może wahać się od kilku do kilkudziesięciu..
Splicing Proces RNA lub splicingu obejmuje usuwanie intronów w informacyjnym RNA.
Niektóre introny znajdujące się w genach jądrowych lub mitochondrialnych mogą przeprowadzać proces splatanie bez pomocy enzymów lub ATP. Zamiast tego proces przeprowadza się przez reakcje transestryfikacji. Mechanizm ten odkryto u orzęsionych pierwotniaków Tetrahymena thermophila.
W przeciwieństwie do tego istnieje inna grupa posłańców, którzy nie są w stanie pośredniczyć we własnych splatanie, więc potrzebują dodatkowych maszyn. Do tej grupy należy dość duża liczba genów jądrowych..
Proces splatanie pośredniczy w nim kompleks białek zwany spliceosomem lub kompleksem splicingowym. System składa się ze wyspecjalizowanych kompleksów RNA zwanych małymi nukleoproteinami jądrowymi (RNP)..
Istnieje pięć typów RNP: U1, U2, U4, U5 i U6, które znajdują się w jądrze i pośredniczą w procesie splatanie.
Plik splatanie może produkować więcej niż jeden rodzaj białka - jest to znane jako splatanie alternatywa-, ponieważ egzony są ułożone w różny sposób, tworząc różne rodzaje informacyjnego RNA.
Rybosomalne RNA, w skrócie rRNA, znajduje się w rybosomach i bierze udział w biosyntezie białek. Dlatego jest niezbędnym składnikiem wszystkich komórek.
Rybosomalne RNA asocjuje z cząsteczkami białka (około 100), dając początek rybosomalnym podjednostkom. Są one klasyfikowane w zależności od ich współczynnika sedymentacji, oznaczonego literą S dla jednostek Svedberga..
Rybosom składa się z dwóch części: podjednostki głównej i podjednostki podrzędnej. Obie podjednostki różnią się między prokariontami i eukariotami pod względem współczynnika sedymentacji..
Prokarionty mają dużą podjednostkę 50S i małą podjednostkę 30S, podczas gdy u eukariontów duża podjednostka to 60S, a mała 40S.
Geny kodujące rybosomalne RNA znajdują się w jąderku, konkretnym obszarze jądra, który nie jest ograniczony błoną. Rybosomalne RNA są transkrybowane w tym regionie przez polimerazę I RNA.
W komórkach, które syntetyzują duże ilości białek; jąderko jest wybitną strukturą. Jednak gdy dana komórka nie wymaga dużej liczby produktów białkowych, jąderko jest strukturą prawie niezauważalną.
Duża podjednostka rybosomu 60S jest powiązana z fragmentami 28S i 5.8S. Jeśli chodzi o małą podjednostkę (40S), jest ona związana z 18S.
U wyższych eukariontów pre-rRNA jest kodowane w jednostce transkrypcyjnej 45S, która obejmuje polimerazę RNA I. Ten transkrypt jest przetwarzany do dojrzałych rybosomalnych RNA 28S, 18S i 5,8S..
W miarę postępu syntezy pre-rRNA łączy się z różnymi białkami i tworzy cząsteczki rybonukleoprotein. Podlega szeregowi kolejnych modyfikacji, które obejmują metylację grupy 2'-OH rybozy i konwersję reszt urydyny do pseudourydyny..
Region, w którym wystąpią te zmiany, jest kontrolowany przez ponad 150 małych jąderkowych cząsteczek RNA, które mają zdolność łączenia się z pre-rRNA..
W przeciwieństwie do reszty pre-rRNA, 5S jest transkrybowane przez polimerazę RNA III w nukleoplazmie, a nie wewnątrz jąderka. Po zsyntetyzowaniu jest przenoszony do jąderka, aby złożyć go z 28S i 5.8S, tworząc w ten sposób jednostki rybosomalne.
Pod koniec procesu składania podjednostki są przenoszone do cytoplazmy przez pory jądra..
Może się zdarzyć, że cząsteczka informacyjnego RNA daje początek kilku białkom w tym samym czasie, wiążąc się z więcej niż jednym rybosomem. W miarę postępu procesu translacji koniec posłańca staje się wolny i może zostać przejęty przez inny rybosom, rozpoczynając nową syntezę..
Z tego powodu często spotyka się rybosomy zgrupowane (od 3 do 10) w pojedynczej cząsteczce informacyjnego RNA, a ta grupa nazywa się poliryboosomem..
Transfer RNA jest odpowiedzialny za przenoszenie aminokwasów w miarę postępu procesu syntezy białek. Składają się z około 80 nukleotydów (w porównaniu z informacyjnym RNA jest to „mała” cząsteczka).
Konstrukcja ma fałdy i krzyże przypominające trójramienną koniczynę. Pierścień adenylowy znajduje się na jednym z końców, gdzie grupa hydroksylowa rybozy pośredniczy w łączeniu się z transportowanym aminokwasem.
Różne transferowe RNA łączą się wyłącznie z jednym z dwudziestu aminokwasów tworzących białka; innymi słowy, jest to pojazd, który przenosi elementy budulcowe białek. Kompleks transferowego RNA wraz z aminokwasem nazywany jest aminoacylo-tRNA.
Co więcej, w procesie translacji - który zachodzi dzięki rybosomom - każdy transfer RNA rozpoznaje określony kodon w informacyjnym RNA. Po rozpoznaniu odpowiedni aminokwas jest uwalniany i staje się częścią syntetyzowanego peptydu.
Aby rozpoznać typ aminokwasu, który musi zostać dostarczony, RNA ma „antykodon” umiejscowiony w środkowym regionie cząsteczki. Ten antykodon jest zdolny do tworzenia wiązań wodorowych z komplementarnymi zasadami obecnymi w DNA informacyjnym..
MikroRNA lub miRNA to rodzaj krótkiego, jednoniciowego RNA, zawierającego od 21 do 23 nukleotydów, którego funkcją jest regulacja ekspresji genów. Ponieważ nie ulega translacji do białka, jest często nazywany niekodującym RNA..
Podobnie jak w przypadku innych typów RNA, przetwarzanie mikroRNA jest złożone i obejmuje wiele białek.
MikroRNA powstają z dłuższych prekursorów zwanych mi-pri-RNA, pochodzących z pierwszego transkryptu genu. W jądrze komórki te prekursory są modyfikowane w kompleksie mikroprocesora, w wyniku czego powstaje pre-miRNA..
Pre-miRNA to spinki do włosów o długości 70 nukleotydów, które kontynuują swoją obróbkę w cytoplazmie przez enzym zwany Dicer, który składa kompleks wyciszający indukowany przez RNA (RISC), a na końcu miRNA jest syntetyzowany..
Te RNA są zdolne do regulowania ekspresji genów, ponieważ są komplementarne z określonymi informacyjnymi RNA. Poprzez kojarzenie się ze swoim celem miRNA są w stanie stłumić przekaźnik, a nawet go degradować. W konsekwencji rybosom nie może przetłumaczyć tego transkryptu..
Jednym szczególnym typem mikroRNA są małe interferujące RNA (siRNA), zwane także wyciszającymi RNA. Są to krótkie RNA, od 20 do 25 nukleotydów, które utrudniają ekspresję niektórych genów.
Są bardzo obiecującymi instrumentami badawczymi, ponieważ umożliwiają wyciszenie interesującego genu, a tym samym zbadanie jego możliwej funkcji..
Chociaż DNA i RNA są kwasami nukleinowymi i na pierwszy rzut oka mogą wyglądać bardzo podobnie, różnią się kilkoma właściwościami chemicznymi i strukturalnymi. DNA jest cząsteczką dwupasmową, podczas gdy RNA jest jednopasmowa.
W rezultacie RNA jest bardziej wszechstronną cząsteczką i może przybierać różnorodne trójwymiarowe kształty. Jednak niektóre wirusy mają w swoim materiale genetycznym dwupasmowe RNA..
W nukleotydach RNA cząsteczką cukru jest ryboza, natomiast w DNA dezoksyryboza, różniąca się jedynie obecnością atomu tlenu.
Wiązanie fosfodiestrowe w szkielecie DNA i RNA jest podatne na powolny proces hydrolizy bez obecności enzymów. W warunkach alkalicznych RNA szybko hydrolizuje - dzięki dodatkowej grupie hydroksylowej - podczas gdy DNA nie.
Podobnie, zasady azotowe, które tworzą nukleotydy w DNA to guanina, adenina, tymina i cytozyna; natomiast w RNA tyminę zastępuje uracyl. Uracyl może łączyć się z adeniną, podobnie jak tymina w DNA.
RNA jest jedyną znaną cząsteczką zdolną do jednoczesnego przechowywania informacji i katalizowania reakcji chemicznych; Z tego powodu kilku autorów sugeruje, że cząsteczka RNA była kluczowa dla powstania życia. Co zaskakujące, substraty rybosomów to inne cząsteczki RNA.
Odkrycie rybozymów doprowadziło do biochemicznej redefinicji terminu „enzym” - ponieważ wcześniej termin ten był używany wyłącznie dla białek o aktywności katalitycznej - i pomógł w poparciu scenariusza, w którym pierwsze formy życia wykorzystywały jedynie RNA jako materiał genetyczny.
Jeszcze bez komentarzy