ARN: TOIMINNOT, RAKENNE JA TYYPIT - BIOLOGIA

RNA: ta tai RNA: ta (ribonukleiinihappo) on eräänlainen läsnä olevan nukleiinihapon eukaryooteissa, prokaryooteissa ja virukset. Se on nukleotidipolymeeri, jonka rakenteessa on neljä tyyppiä typpipitoisia emäksiä: adeniini, guaniini, sytosiini ja urasiili.

RNA: ta löytyy yleensä yhtenä vyöhykkeenä (paitsi joissakin viruksissa), lineaarisesti tai sarjana monimutkaisia rakenteita. Itse asiassa RNA: lla on rakenteellinen dynaamisuus, jota ei havaita DNA-kaksoiskierroksessa. Eri tyyppisillä RNA: lla on hyvin erilaisia toimintoja.

Ribosomaaliset RNA: t ovat osa ribosomeja, rakenteita, jotka vastaavat proteiinien synteesistä soluissa. Messenger-RNA: t toimivat välittäjinä ja kuljettavat geneettistä tietoa ribosomiin, joka muuntaa viestin nukleotidisekvenssistä aminohapposekvenssiin.

Siirto-RNA: t ovat vastuussa erityyppisten aminohappojen -20 aktivoimisesta ja siirtämisestä ribosomeihin. Jokaisella aminohapolla on siirto-RNA-molekyyli, joka tunnistaa sekvenssin lähetti-RNA: ssa.

Lisäksi on olemassa muita RNA-tyyppejä, jotka eivät ole suoraan mukana proteiinisynteesissä ja osallistuvat geenisäätelyyn.

Rakenne

RNA: n perusyksiköt ovat nukleotideja. Jokainen nukleotidi koostuu typpipohjaisesta emäksestä (adeniini, guaniini, sytosiini ja urasiili), pentoosista ja fosfaattiryhmästä.

nukleotidit

Typpiemäkset johdetaan kahdesta perusyhdisteestä: pyrimidiinit ja puriinit.

Puriinista johdetut emäkset ovat adeniini ja guaniini ja pyrimidiinistä johdetut emäkset ovat sytosiini ja urasiili. Vaikka nämä ovat yleisimmät emäkset, nukleiinihapoilla voi olla myös muun tyyppisiä emäksiä, jotka ovat vähemmän yleisiä.

Mitä tulee pentoosiin, ne ovat d-riboosin yksiköitä. Siksi RNA: n muodostavia nukleotideja kutsutaan “ribonukleotideiksi”.

RNA-ketju

Nukleotidit yhdistetään toisiinsa kemiallisilla sidoksilla, jotka sisältävät fosfaattiryhmän. Niiden muodostamiseksi fosfaattiryhmä nukleotidin 5'-päässä on kiinnitetty hydroksyyliryhmään (–OH) seuraavan nukleotidin 3'-päässä, muodostaen siten fosfodiesterin kaltaisen sidoksen.

Nukleiinihappoketjun varrella fosfodiesterisidoksilla on sama orientaatio. Siksi nauhalla on polaarisuus, erottaen 3 'ja 5' pää.

Tavanomaisesti nukleiinihappojen rakennetta edustavat 5'-pää vasemmalla ja 3'-pää oikealla.

DNA-transkription RNA-tuote on yksijuosteinen kaista, joka kääntyy oikealle kierteisessä muodossa pinoamalla emäksiä. Puriinien välinen vuorovaikutus on niiden koosta johtuen paljon suurempi kuin vuorovaikutus kahden pyrimidiinin välillä.

RNA: ssa ei ole mahdollista puhua perinteisestä sekundäärisestä rakenteesta ja vertailusta, kuten DNA: n kaksoiskierroksesta. Kunkin RNA-molekyylin kolmiulotteinen rakenne on ainutlaatuinen ja monimutkainen, verrattavissa proteiinien rakenteeseen (loogisesti, emme voi globalisoida proteiinien rakennetta).

Voimat, jotka stabiloivat RNA: ta

On heikkoja vuorovaikutuksia, jotka edistävät RNA: n stabiloitumista, etenkin emäksen pinoamisessa, jossa renkaat sijaitsevat päällekkäin. Tämä ilmiö myötävaikuttaa myös DNA-heliksin stabiilisuuteen.

Jos RNA-molekyyli löytää komplementaarisen sekvenssin, ne voivat muodostua pariksi ja muodostaa kaksijuosteisen rakenteen, joka kääntyy oikealle. Hallitseva muoto on tyyppi A; Mitä tulee Z-muotoihin, ne on todistettu vain laboratoriossa, kun taas B-muotoa ei ole havaittu.

Yleensä on lyhyitä sekvenssejä (kuten UUGG), jotka sijaitsevat RNA: n päässä ja joilla on erityisyys muodostaa vakaita silmukoita. Tämä sekvenssi osallistuu RNA: n kolmiulotteisen rakenteen laskostumiseen.

Lisäksi vety sidoksia voi muodostua muissa paikoissa kuin tyypilliset emäsparit (AU ja CG). Yksi näistä vuorovaikutuksista tapahtuu riboosin 2'-OH: n välillä muiden ryhmien kanssa.

RNA: sta löydettyjen erilaisten rakenteiden eluointi on auttanut osoittamaan tämän nukleiinihapon monia toimintoja.

RNA-tyypit ja toiminnot

RNA: ta on kaksi luokkaa: informatiivinen ja toiminnallinen. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat RNA: t, jotka osallistuvat proteiinisynteesiin ja toimivat välittäjinä prosessissa; informatiiviset RNA: t ovat lähetti-RNA: it.

Sitä vastoin toiseen luokkaan kuuluvat funktionaaliset RNA: t eivät tuota uutta proteiinimolekyyliä, ja RNA itsessään on lopputuote. Nämä ovat siirto-RNA: t ja ribosomaaliset RNA: t.

Nisäkässoluissa 80% RNA: sta on ribosomaalista RNA: ta, 15% on siirto-RNA: ta ja vain pieni osa vastaa lähetti-RNA: ta. Nämä kolme tyyppiä toimivat yhteistyössä proteiinien biosynteesin saavuttamiseksi.

Siellä on myös muun muassa pieniä ydin-RNA: ita, pieniä sytoplasmisia RNA: ita ja mikroRNA: ta. Jokainen tärkein tyyppi kuvataan yksityiskohtaisesti alla:

Messenger RNA

Eukaryooteissa DNA rajoittuu ytimeen, kun taas proteiinisynteesi tapahtuu solun sytoplasmassa, josta löytyy ribosomeja. Tästä alueellisesta erottelusta johtuen on oltava välittäjä, joka kuljettaa viestin ytimestä sytoplasmaan ja että molekyyli on lähetti-RNA.

Messenger-RNA, lyhennetty mRNA, on välimolekyyli, joka sisältää DNA: han koodatut tiedot ja joka määrittelee aminohapposekvenssin, joka saa aikaan funktionaalisen proteiinin.

François Jacob ja Jacques Monod ehdottivat termiä Messenger RNA vuonna 1961 kuvaamaan RNA: n osaa, joka välitti viestin DNA: sta ribosomeihin.

DNA-juosteesta peräisin olevan mRNA: n synteesiprosessi tunnetaan transkriptiona ja se tapahtuu eri tavoin prokaryoottien ja eukaryoottien välillä.

Geeniekspressiota säätelevät monet tekijät ja se riippuu kunkin solun tarpeista. Transkriptio on jaettu kolmeen vaiheeseen: aloitus, pidennys ja lopetus.

transkriptio

Jokaisessa solujakautumassa tapahtuva DNA-replikaatioprosessi kopioi koko kromosomin. Transkriptioprosessi on kuitenkin paljon selektiivisempi, se käsittelee vain DNA-juosteen tiettyjen segmenttien prosessointia eikä vaadi aluketta.

Escherichia colissa - biotieteiden parhaiten tutkittu bakteeri - transkriptio alkaa DNA-kaksoiskierukan purkautumisesta ja muodostuu transkriptiosilmukka. RNA-entsyymipolymeraasi vastaa RNA: n syntetisoinnista ja transkription jatkuessa DNA-juoste palautuu alkuperäiseen muotoonsa.

Alustaminen, pidentäminen ja lopettaminen

Transkriptiota ei aloiteta DNA-molekyylin satunnaisissa kohdissa; tälle ilmiölle on erikoistuneita sivustoja, nimeltään promoottoreita. E. colissa RNA-polymeraasi kytketään muutamalla emäsparilla kohdealueen yläpuolelle.

Sekvenssit, joissa transkriptiotekijät on kytketty, ovat melko konservoituneita eri lajien välillä. Yksi tunnetuimmista promoottorisekvensseistä on TATA-laatikko.

Pidenemisessä RNA-polymeraasientsyymi lisää uusia nukleotideja 3'-OH-päähän seuraten suuntaa 5 ′ - 3 ′. Hydroksyyliryhmä toimii nukleofiilinä, hyökkäämällä lisättävän nukleotidin alfafosfaattia. Tämä reaktio vapauttaa pyrofosfaatin.

Vain yhtä DNA-juosteista käytetään Messenger-RNA: n syntetisointiin, joka kopioidaan 3 '- 5' -suuntaan (uuden RNA-juosteen antiparalleelinen muoto). Lisättävän nukleotidin on oltava emäspariutumisen mukaisia: U pari A: n kanssa ja G C: n kanssa.

RNA-polymeraasi pysäyttää prosessin, kun se löytää alueita, joissa on runsaasti sytosiinia ja guaniinia. Lopulta uusi lähetti-RNA-molekyyli erotetaan kompleksista.

Transkriptio prokaryooteissa

Prokaryooteissa lähetti-RNA-molekyyli voi koodata useampaa kuin yhtä proteiinia.

Kun mRNA koodaa yksinomaan proteiinia tai polypeptidiä, sitä kutsutaan monokistroniseksi mRNA: ksi, mutta jos se koodaa useampaa kuin yhtä proteiinituotetta, mRNA on monistristroninen (huomioi, että tässä yhteydessä termi cistron viittaa geeniin).

Transkriptio eukaryooteissa

Eukaryoottisissa organismeissa valtaosa mRNA: eista on monokistronisia ja transkriptionaalinen koneisto on huomattavasti monimutkaisempi tässä organismisarjassa. Niille on tunnusomaista, että niillä on kolme RNA-polymeraasia, merkittynä I, II ja III, joilla kullakin on erityiset toiminnot.

I on vastuussa pre-rRNA: ien syntetisoinnista, II syntetisoi lähetti-RNA: t ja eräät erityiset RNA: t. Lopuksi, III huolehtii RNA: ien, ribosomaalisen 5S: n ja muiden pienten RNA: ien siirrosta.

Messenger RNA eukaryooteissa

Messenger RNA käy läpi joukon spesifisiä modifikaatioita eukaryooteissa. Ensimmäinen tarkoittaa "korkin" lisäämistä 5'-päähän. Kemiallisesti korkki on 7-metyyliguanosiinitähde, joka on kiinnitetty päähän 5 ', 5'-trifosfaattisidoksella.

Tämän vyöhykkeen tehtävänä on suojata RNA: ta mahdolliselta ribonukleaasien hajoamiselta (entsyymit, jotka hajottavat RNA: n pienemmiksi komponenteiksi).

Lisäksi tapahtuu 3'-pään eliminointi ja 80 - 250 adeniinitähdettä lisätään. Tämä rakenne tunnetaan nimellä polyA "häntä" ja toimii erilaisten proteiinien sitomiskohtana. Kun prokaryote hankkii polyA-häntä, sillä on taipumus stimuloida sen hajoamista.

Toisaalta tämä sanansaattaja transkriboidaan introneilla. Intronit ovat DNA-sekvenssejä, jotka eivät ole osa geeniä, mutta "keskeyttävät" kyseisen sekvenssin. Intronit eivät ole käännettyjä, joten ne on poistettava lähettilästä.

Useimmissa selkärankaisissa geeneissä on introneja, paitsi geeneissä, jotka koodaavat histoneja. Samoin intronien lukumäärä geenissä voi vaihdella muutamasta kymmeneen näistä.

Jatkaminen

RNA: n plisointi- tai silmukointiprosessiin sisältyy intronien poistaminen lähetti-RNA: sta.

Jotkut ydin- tai mitokondriogeeneistä löytyvät intronit voivat suorittaa silmukointiprosessin ilman entsyymien tai ATP: n apua. Sen sijaan prosessi suoritetaan transesteröintireaktioilla. Tämä mekanismi löydettiin silmämääräisestä alkueläimen Tetrahymena thermophilasta.

Sitä vastoin on toinen joukko lähettiläitä, jotka eivät pysty välittämään omaa liitostaan, joten he tarvitsevat lisäkoneita. Tähän ryhmään kuuluu melko suuri määrä ydingeenejä.

Silmukointiprosessia välittää proteiinikompleksi, jota kutsutaan silmukoosiksi tai silmukointikomplekseksi. Järjestelmä koostuu erikoistuneista RNA-komplekseista, joita kutsutaan pieniksi ytimen ribonukleoproteiineiksi (RNP).

RNP: tä on viisi: U1, U2, U4, U5 ja U6, jotka löytyvät ytimestä ja välittävät silmukointiprosessia.

Silmukointi voi tuottaa enemmän kuin yhden tyyppisiä proteiineja - tätä kutsutaan vaihtoehtoisiksi silmukoiksi - koska eksonit on järjestetty eri tavoin, jolloin muodostuu lähetti-RNA-lajikkeita.

Ribosomaalinen RNA

Ribosomaalista RNA: ta, lyhennettynä rRNA, löytyy ribosomeista ja se osallistuu proteiinien biosynteesiin. Siksi se on olennainen osa kaikkia soluja.

Ribosomaalinen RNA assosioituu proteiinimolekyyleihin (noin 100) antamaan ribosomaalisia presubuniteetteja. Ne luokitellaan sedimentaatiokertoimen mukaan, merkitty kirjaimella S Svedbergin yksiköille.

Ribosomi koostuu kahdesta osasta: pääyksiköstä ja ala-alayksiköstä. Molemmat alayksiköt eroavat prokaryoottien ja eukaryoottien välillä sedimentaatiokertoimen suhteen.

Prokaryooteilla on suuri 50S-alayksikkö ja pieni 30S-alayksikkö, kun taas eukaryooteissa iso alayksikkö on 60S ja pieni 40S.

Geenit, jotka koodaavat ribosomaalisia RNA: ta, ovat ytimessä, ytimen erityisellä alueella, jota membraani ei rajoita. Ribosomaaliset RNA: t transkriptoidaan tällä alueella RNA-polymeraasi I: llä.

Soluissa, jotka syntetisoivat suuria määriä proteiineja; ydinosa on näkyvä rakenne. Kuitenkin, kun kyseinen solu ei vaadi suurta määrää proteiinituotteita, nukleoli on melkein huomaamaton rakenne.

MicroRNA

MikroRNA: t tai miRNA: t ovat lyhyen, yksijuosteisen RNA: n tyyppi, välillä 21 - 23 nukleotidia, jonka tehtävänä on säätää geenien ilmentymistä. Koska sitä ei ole transloitu proteiiniksi, sitä kutsutaan usein ei-koodaavaksi RNA: ksi.

Kuten muutkin RNA-tyypit, mikroRNA: n prosessointi on monimutkaista ja siihen liittyy joukko proteiineja.

MikroRNA: t syntyvät pidempistä prekursoreista, joita kutsutaan mi-priRNA: ksi ja jotka on johdettu geenin ensimmäisestä kopiosta. Solun ytimessä nämä prekursorit modifioidaan mikroprosessorikompleksissa ja tuloksena on pre-miRNA.

Pre-miRNA: t ovat 70 nukleotidia hiusneulaa, joita edelleen prosessoidaan sytoplasmassa Dicer-nimisen entsyymin avulla, joka kokoaa RNA: n indusoiman äänenvaimennuskompleksin (RISC) ja lopulta miRNA syntetisoidaan.

Nämä RNA: t kykenevät säätelemään geenien ilmentymistä, koska ne ovat komplementaarisia spesifisille lähetti-RNA: ille. Pariutumalla tavoitteensa kanssa miRNA: t pystyvät tukahduttamaan sanansaattajan tai jopa heikentämään sitä. Tämän seurauksena ribosomi ei pysty kääntämään mainittua transkriptia.

RNA-vaimennus

Yksi erityinen mikroRNA-tyyppi on pienet häiritsevät RNA: t (siRNA: t), joita kutsutaan myös hiljentäviksi RNA: ksi. Ne ovat lyhyitä RNA: ita, välillä 20-25 nukleotidia, jotka estävät tiettyjen geenien ilmentymistä.

Ne ovat erittäin lupaavia tutkimuksen välineitä, koska niiden avulla voidaan hiljentää kiinnostuksen kohteena oleva geeni ja tutkia siten sen mahdollista toimintaa.

Erot DNA: n ja RNA: n välillä

Vaikka DNA ja RNA ovat nukleiinihappoja ja voivat näyttää ensi silmäyksellä hyvin samanlaisilta, ne eroavat toisistaan useissa kemiallisissa ja rakenteellisissa ominaisuuksissaan. DNA on kaksikaistainen molekyyli, kun taas RNA on yksikaistainen.

Sellaisenaan RNA on monipuolisempi molekyyli ja voi saada monenlaisia kolmiulotteisia muotoja. Tietyillä viruksilla on kuitenkin geneettisessä materiaalissaan kaksikaistainen RNA.

RNA-nukleotideissa sokerimolekyyli on riboosi, kun taas DNA: ssa se on desoksiboosi, joka eroaa vain happiatomin läsnä ollessa.

Fosfodiesterisidos DNA: n ja RNA: n runkoon on alttiina läpikäymään hidas hydrolyysiprosessi ilman entsyymien läsnäoloa. Emäksisissä olosuhteissa RNA hydrolysoituu nopeasti - ylimääräisen hydroksyyliryhmän ansiosta -, kun taas DNA ei.

Samoin typpipitoiset emäkset, jotka muodostavat nukleotidit DNA: ssa, ovat guaniini, adeniini, tymiini ja sytosiini; sitä vastoin RNA: ssa tymiini korvataan urasiililla. Uracil pystyy pariksi adeniinin kanssa, samoin kuin tymiini DNA: ssa.

Alkuperä ja kehitys

RNA on ainoa tunnettu molekyyli, joka pystyy varastoimaan tietoja ja katalysoimaan kemiallisia reaktioita samanaikaisesti; Tästä syystä useat kirjoittajat ehdottavat, että RNA-molekyyli oli ratkaisevan tärkeä elämän alkuvaiheessa. Yllättäen ribosomien substraatit ovat muita RNA-molekyylejä.

Ribotsyymien löytö johti "entsyymin" biokemialliseen uudelleenmäärittelyyn - koska aikaisemmin termiä käytettiin yksinomaan proteiineille, joilla on katalyyttistä aktiivisuutta, ja auttoi tukemaan tilannetta, jossa ensimmäisissä elämänmuodoissa geneettisenä materiaalina käytettiin vain RNA: ta.

Viitteet

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et ai. (2002). Solun molekyylibiologia. 4. painos. New York: Garland Science. DNA: sta RNA: han. Saatavana osoitteessa: ncbi.nlm.nih.gov
Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
Campbell, NA, ja Reece, JB (2007). Biologia. Panamerican Medical Ed.
Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et ai. (1999). Nykyaikainen geneettinen analyysi. New York: WH Freeman. Geenit ja RNA. Saatavana osoitteessa: ncbi.nlm.nih.gov
Guyton, AC, Hall, JE, ja Guyton, AC (2006). Lääketieteellisen fysiologian sopimus. Elsevier.
Hall, JE (2015). Guytonin ja Hallin lääketieteellisen fysiologian e-kirja. Elsevier terveystieteet.
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et ai. (2000) Molecular Cell Biology. 4. painos. New York: WH Freeman. Kohta 11.6, rRNA: n ja tRNA: n käsittely. Saatavana osoitteessa: ncbi.nlm.nih.gov
Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.

ARN: TOIMINNOT, RAKENNE JA TYYPIT - BIOLOGIA - 2025