RNA

všeobecnosť

RNA alebo ribonukleová kyselina je nukleová kyselina zapojená do procesov kódovania, dekódovania, regulácie a expresie génov. Gény sú viac či menej dlhé segmenty DNA, ktoré obsahujú základné informácie pre syntézu proteínov.

Obrázok: Dusíkaté bázy v molekule RNA. Z wikipedia.org

Vo veľmi jednoduchých pojmoch je RNA odvodená z DNA a predstavuje molekulu prechádzajúcu medzi ňou a proteínmi. Niektorí výskumníci to nazývajú "slovník pre preklad jazyka DNA do jazyka proteínov".

Molekuly RNA sú odvodené od spojenia variabilného počtu ribonukleotidov v reťazcoch. Na tvorbe každého jednotlivého ribonukleotidu sa podieľa fosfátová skupina, dusíkatá báza a cukor s 5 atómami uhlíka, nazývaný ribóza.

Čo je to RNA?

RNA alebo ribonukleová kyselina je biologická makromolekula patriaca do kategórie nukleových kyselín, ktorá zohráva ústrednú úlohu pri tvorbe proteínov vychádzajúcich z DNA .

Tvorba proteínov (ktoré sú tiež biologickými makromolekulami) zahŕňa sériu bunkových procesov, ktoré sa spolu nazývajú proteínová syntéza .

DNA, RNA a proteíny sú základom pre zabezpečenie prežitia, vývoja a správneho fungovania buniek živých organizmov.

Čo je DNA?

DNA, alebo deoxyribonukleová kyselina, je ďalšou nukleovou kyselinou, ktorá existuje v prírode spolu s RNA.

Štruktúrne podobná kyselina ribonukleová, deoxyribonukleová kyselina je genetické dedičstvo, to znamená "génový sklad", obsiahnutý v bunkách živých organizmov. Tvorba RNA a nepriamo aj proteín závisí od DNA.

HISTÓRIA RNA

Obrázok: ribóza a deoxyribóza

Výskum RNA začal po roku 1868, keď Friedrich Miescher objavil nukleové kyseliny.

Prvé dôležité objavy v tomto ohľade sa datujú od druhej polovice päťdesiatych rokov do prvej časti šesťdesiatych rokov. Medzi vedcami, ktorí sa podieľali na týchto objavoch, si Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies a Robert Holley zaslúžia osobitnú zmienku.

V roku 1977 skupina výskumníkov, vedená Philipom Sharpom a Richardom Robertsom, rozlúštila proces spájania intrónov.

V roku 1980 identifikovali Thomas Cech a Sidney Altman ribozýmy.

* Upozornenie: Ak sa chcete dozvedieť viac o spájaní intrónov a ribozýmoch, pozrite si kapitoly venované syntéze a funkciám RNA.

štruktúra

Z chemicko-biologického hľadiska je RNA biopolymér . Biopolyméry sú veľké prirodzené molekuly, výsledok spojenia, v reťazcoch alebo filamentoch, mnohých menších molekulových jednotiek, nazývaných monoméry .

Monoméry, ktoré tvoria RNA, sú nukleotidy .

RNA je, ako je to bežné, JEDNOTNÝ REŤAZ

Molekuly RNA sú molekuly obvykle pozostávajúce z jednotlivých nukleotidových reťazcov ( polynukleotidové vlákna ).

Dĺžka bunkových RNA sa pohybuje od menej ako sto do niekoľkých tisíc nukleotidov.

Počet základných nukleotidov je funkciou úlohy, ktorú hrá príslušná molekula.

Porovnanie s DNA

Na rozdiel od RNA je DNA biopolymér všeobecne tvorený dvoma vláknami nukleotidov.

Tieto dva polynukleotidové filamenty sú navzájom spojené, majú opačnú orientáciu a navzájom sa obalujú a vytvárajú dvojitú špirálu známu ako " dvojitá špirála ".

Všeobecná molekula ľudskej DNA môže obsahovať asi 3, 3 miliardy nukleotidov na vlákno .

VŠEOBECNÁ ŠTRUKTÚRA NUKLEOTIDU

Podľa definície sú nukleotidy molekulárne jednotky, ktoré tvoria nukleové kyseliny RNA a DNA.

Zo štrukturálneho hľadiska je generický nukleotid výsledkom spojenia troch prvkov, ktorými sú:

• Fosfátová skupina, ktorá je derivátom kyseliny fosforečnej;
• Pentóza, to znamená cukor s 5 atómami uhlíka;
• Dusíkatá báza, ktorá je aromatickou heterocyklickou molekulou.

Pentóza je centrálnym prvkom nukleotidov, pretože fosfátová skupina a dusíkatá báza sa na ňu viažu.

Obrázok: Prvky, ktoré tvoria generický nukleotid nukleovej kyseliny. Ako je možné vidieť, fosfátová skupina a dusíkatá báza sú viazané na cukor.

Chemická väzba, ktorá drží pentózovú a fosfátovú skupinu dohromady, je fosfodiesterová väzba, zatiaľ čo chemická väzba, ktorá spája pentózu a dusíkatú bázu, je N-glykozidová väzba .

ČO JE RNA PENTOSO?

Predpoklad: chemici si mysleli, že číslovanie uhlia, ktoré tvoria organické molekuly, takým spôsobom, aby sa zjednodušilo ich štúdium a opis. Tu teda, že 5 uhlíkov pentózy sa stane: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium pre prideľovanie čísel je dosť zložité, preto považujeme za vhodné vynechať vysvetlenie.

Cukor s 5 atómami uhlíka, ktorý odlišuje štruktúru nukleotidov RNA, je ribóza .

Z 5 atómov uhlíka ribózy si zaslúžia osobitnú zmienku:

• Uhlík 1, pretože sa viaže na dusíkatú bázu prostredníctvom N-glykozidovej väzby.
• Uhlík 2, pretože to je to, čo odlišuje pentózu RNA nukleotidov od pentózy DNA nukleotidov. Na uhlík 2 RNA je pripojený atóm kyslíka a atóm vodíka, ktoré spolu tvoria hydroxylovú skupinu OH .
• Uhlík 3, pretože je to to, čo sa podieľa na spojení medzi dvoma po sebe nasledujúcimi nukleotidmi .
• Uhlík 5, pretože to je to, čo spája fosfátovú skupinu, cez fosfodiesterovú väzbu.

V dôsledku prítomnosti ribózového cukru sa RNA nukleotidy nazývajú ribonukleotidy .

Porovnanie s DNA

Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy DNA, je deoxyribóza .

Deoxyribóza sa líši od ribózy kvôli nedostatku atómov kyslíka na uhlíku 2.

Teda chýba hydroxylová skupina OH, ktorá charakterizuje 5-uhlíkový RNA cukor.

V dôsledku prítomnosti deoxyribózového cukru sú DNA nukleotidy tiež známe ako deoxyribonukleotidy .

DRUHY NUKLEOTIDOV A DUSÍKOVÝCH ZÁKLADOV. \ T

RNA má 4 rôzne typy nukleotidov .

Tieto 4 rôzne typy nukleotidov sa líšia iba dusíkatou bázou.

Zo zrejmých dôvodov preto existujú 4 dusíkaté bázy RNA, konkrétne: adenín (skratka A), guanín (G), cytozín (C) a uracil (U).

Adenín a guanín patria do triedy purínov, aromatických heterocyklických zlúčenín s dvojitým kruhom.

Na druhej strane cytozín a uracil patria do kategórie pyrimidínov, aromatických heterocyklických zlúčenín s jedným kruhom.

Porovnanie s DNA

Dusíkaté bázy, ktoré odlišujú nukleotidy DNA, sú rovnaké ako pre RNA, s výnimkou uracilu. Namiesto posledne uvedeného je tu dusíkatá báza nazývaná tymín (T), ktorá patrí do kategórie pyrimidínov.

BOND MEZI NUKLEOTIDMI

Každý nukleotid tvoriaci akékoľvek vlákno RNA sa viaže na nasledujúci nukleotid prostredníctvom fosfodiesterovej väzby medzi uhlíkom 3 jeho pentózy a bezprostredne nasledujúcou nukleotidovou fosfátovou skupinou.

KONIEC MOLECU RNA

Ľubovoľné RNA polynukleotidové vlákno má dva konce, známe ako 5 'koniec (čítať "konce prvý päť") a končí 3' (znie "tip tri prvý").

Podľa konvencie biológovia a genetici zistili, že 5 ' koniec predstavuje hlavu RNA vlákna, zatiaľ čo 3' koniec predstavuje jeho chvost .

Z chemického hľadiska sa 5 'koniec zhoduje s fosfátovou skupinou prvého nukleotidu polynukleotidového reťazca, zatiaľ čo 3' koniec sa zhoduje s hydroxylovou skupinou umiestnenou na uhlíku 3 posledného nukleotidu rovnakého reťazca.

Na základe tejto organizácie je v genetických a molekulárnych biologických knihách polynukleotidové vlákno akejkoľvek nukleovej kyseliny opísané nasledovne: P-5 '→ 3'-OH (* Poznámka: písmeno P označuje atóm fosforu fosfátovej skupiny).

Aplikáciou konceptov 5 'koncov a 3' koncov na jeden nukleotid je 5 'koniec posledne uvedeného fosfátová skupina viazaná na uhlík 5, zatiaľ čo jej 3' koniec je hydroxylová skupina kombinovaná s uhlíkom 3.

V oboch prípadoch je čitateľ vyzvaný, aby venoval pozornosť číselnému opakovaniu: 5 'koniec - fosfátová skupina na uhlíku 5 a 3' koniec - hydroxylová skupina na uhlíku 3.

lokalizácia

V jadrových bunkách (tj s jadrom) živej bytosti sa molekuly RNA nachádzajú v jadre aj v cytoplazme .

Táto široká lokalizácia závisí od skutočnosti, že niektoré bunkové procesy, s RNA ako protagonistom, sa nachádzajú v jadre, zatiaľ čo iné prebiehajú v cytoplazme.

Porovnanie s DNA

DNA eukaryotických organizmov (teda aj ľudskej DNA) sa nachádza výlučne v bunkovom jadre.

zhrnutie

Proces syntézy RNA je založený na intracelulárnom enzýme (tj nachádzajúcom sa vnútri bunky), nazývanom RNA polymeráza (NB: enzým je proteín).

RNA polymeráza bunky používa DNA, ktorá je prítomná v jadre tej istej bunky, ako by to bola forma, na vytvorenie RNA.

Inými slovami, ide o druh kopírky, ktorá prepíše to, čo prináša DNA späť do iného jazyka, ktorým je RNA.

Okrem toho tento proces syntézy RNA prostredníctvom RNA polymerázy berie vedecký názov transkripcie .

Eukaryotické organizmy, podobne ako ľudia, majú 3 rôzne triedy RNA polymeráz : RNA polymerázu I, RNA polymerázu II a RNA polymerázu III.

Každá trieda RNA polymerázy vytvára určité typy RNA, ktoré, ako bude čitateľ schopný určiť v nasledujúcich kapitolách, majú rôzne biologické úlohy v kontexte bunkového života.

AKO FUNGUJE POLYMERASOVÁ RNA

RNA polymeráza je schopná:

• Na DNA rozpoznajte miesto, od ktorého sa má začať transkripcia,
• Väzba na DNA,
• Oddeľte dva polynukleotidové reťazce DNA (ktoré sú spolu spojené vodíkovými väzbami medzi dusíkatými bázami) tak, aby pôsobili iba na jednom vlákne a
• Začať syntézu RNA transkriptu.

Každé z týchto štádií sa uskutočňuje vždy, keď sa RNA polymeráza chystá uskutočniť transkripčný proces. Preto sú to všetky povinné kroky.

RNA polymeráza syntetizuje molekuly RNA v smere 5 ' → 3' . Keď pridáva ribonukleotidy k vznikajúcej molekule RNA, presúva sa do reťazca DNA formy v smere 3 ' → 5' .

MODIFIKÁCIE RNA TRANSCRIPTU

Po jeho transkripcii podstúpi RNA niektoré modifikácie, vrátane: pridania niektorých nukleotidových sekvencií na oboch koncoch, straty tzv. Intrónov (proces známy ako zostrih ), atď.

Preto vzhľadom na pôvodný segment DNA má výsledná RNA určité rozdiely v porovnaní s dĺžkou polynukleotidového reťazca (všeobecne je kratšia).

druhy

Existuje niekoľko typov RNA .

Najznámejšie a študované sú: transportná RNA (alebo transferová RNA alebo tRNA ), messenger RNA (alebo RNA messenger alebo mRNA ), ribozomálna RNA (alebo ribozomálna RNA alebo rRNA ) a malá nukleárna RNA (alebo malá nukleárna RNA alebo snRNA ).

Hoci pokrývajú rôzne špecifické úlohy, tRNA, mRNA, rRNA a snRNA prispievajú k realizácii spoločného cieľa: syntézy proteínov, vychádzajúc z nukleotidových sekvencií prítomných v DNA.

INÉ TYPY RNA STILL

V bunkách eukaryotických organizmov vedci okrem 4 vyššie uvedených objavili aj iné typy RNA. Napríklad:

• Mikro RNA (alebo miRNA ), čo sú vlákna s dĺžkou mierne väčšou ako 20 nukleotidov, a
• RNA, ktorá predstavuje ribozýmy . Ribozýmy sú molekuly RNA s katalytickou aktivitou, ako sú enzýmy.

MiRNA a ribozýmy sa tiež podieľajú na procese syntézy proteínov, rovnako ako tRNA, mRNA atď.

funkcie

RNA predstavuje biologickú makromolekulu prechodu medzi DNA a proteínmi, tj dlhé biopolyméry, ktorých molekulárnymi jednotkami sú aminokyseliny .

RNA je porovnateľná so slovníkom genetickej informácie, pretože umožňuje prekladať nukleotidové segmenty DNA (ktoré sú potom tzv. Gény) do aminokyselín proteínov.

Jedným z najčastejších opisov funkčnej úlohy, na ktorú sa vzťahuje RNA, je: "RNA je nukleová kyselina zapojená do kódovania, dekódovania, regulácie a expresie génov".

RNA je jedným z troch kľúčových prvkov tzv. Centrálnej dogmy molekulárnej biológie, ktorá uvádza: „RNA pochádza z DNA, z ktorej sú zase odvodené proteíny“ ( DNA → RNA → proteíny ).

PREKLAD A PREKLAD

V stručnosti, transkripcia je radom bunkových reakcií, ktoré vedú k tvorbe molekúl RNA, počnúc DNA.

Na druhej strane, preklad je súborom bunkových procesov, ktoré končia produkciou proteínov, počnúc molekulami RNA produkovanými počas transkripčného procesu.

Biológovia a genetici vytvorili termín "translácia", pretože z jazyka nukleotidov prechádzame do jazyka aminokyselín.

TYPY A FUNKCIE

Procesy transkripcie a translácie vidia všetky vyššie uvedené typy ANN (tRNA, mRNA, atď.) Ako protagonisty:

• MRNA je molekula RNA kódujúca proteín . Inými slovami, mRNA sú proteíny pred procesom translácie nukleotidov do proteínových aminokyselín.

  Po ich transkripcii sa mRNA podrobia niekoľkým modifikáciám.

• TRNA sú nekódujúce molekuly RNA, ale stále sú esenciálne na tvorbu proteínov. V skutočnosti hrajú kľúčovú úlohu pri dešifrovaní toho, čo mRNA molekuly vykazujú.

  Názov "transportná RNA" pochádza zo skutočnosti, že tieto ANNy na sebe nesú aminokyselinu. Presnejšie povedané, každá aminokyselina zodpovedá špecifickej tRNA.

  TRNAs interagujú s mRNA prostredníctvom troch konkrétnych nukleotidov ich sekvencie.

• RRNA sú molekuly RNA, ktoré tvoria ribozómy . Ribozómy sú komplexné bunkové štruktúry, ktoré sa pohybujú pozdĺž mRNA a spájajú aminokyseliny proteínu.

  Generický ribozóm obsahuje v ňom niektoré miesta, v ktorých je schopný umiestniť tRNA a urobiť z nich mRNA. V tomto prípade tri konkrétne nukleotidy uvedené vyššie interagujú s mediátorovou RNA.

• SnRNA sú molekuly RNA, ktoré sa zúčastňujú procesu zostrihu intrónov na mRNA. Intróny sú krátke segmenty nekódujúcich mRNAs, ktoré sú zbytočné pre účely proteínovej syntézy.
• Ribozýmy sú molekuly RNA, ktoré v prípade potreby katalyzujú rezanie ribonukleotidových vlákien .

Obrázok: translácia mRNA.