RNA

üldsõnalisus

RNA või ribonukleiinhape on geenide kodeerimise, dekodeerimise, reguleerimise ja ekspressiooni protsessides osalev nukleiinhape. Geenid on enam-vähem pikad DNA segmendid, mis sisaldavad valgu sünteesi põhiteavet.

Joonis: RNA molekuli lämmastiku alused. Alates wikipedia.org

Väga lihtsal viisil on RNA saadud DNA-st ja esindab selle ja valkude vahelist molekuli. Mõned teadlased nimetavad seda "sõnastiku DNA keele tõlkimiseks valkude keelde".

RNA molekulid pärinevad ahelates varieeruva arvu ribonukleotiidide liitumisest. Iga üksiku ribonukleotiidi moodustamises osalevad fosfaatrühm, lämmastiku alus ja 5 süsinikuaatomiga suhkur, mida nimetatakse riboosiks.

Mis on RNA?

RNA või ribonukleiinhape on bioloogiline makromolekul, mis kuulub nukleiinhapete kategooriasse, millel on keskne roll valkude loomisel alates DNA-st .

Valkude (mis on ka bioloogilised makromolekulid) genereerimine hõlmab mitmeid rakulisi protsesse, mida koos nimetatakse valgu sünteesiks .

DNA, RNA ja valgud on elusorganismide rakkude ellujäämise, arengu ja nõuetekohase toimimise tagamisel olulised.

Mis on DNA?

DNA või deoksüribonukleiinhape on teine ​​looduses esinev nukleiinhape koos RNA-ga.

Struktuuriliselt sarnane ribonukleiinhappega on deoksüribonukleiinhape geneetiline pärand, see tähendab elusorganismide rakkudes sisalduv "geenipood". RNA moodustumine ja kaudselt valkude moodustumine sõltub DNA-st.

RNA AJALUGU

Joonis: riboos ja deoksüriboos

RNA uuring algas pärast 1868. aastat, kui Friedrich Miescher avastas nukleiinhapped.

Esimesed olulised avastused selles osas on dateeritud 1950. aastate teise osa ja 1960. aastate esimese osa vahel. Nendes avastustes osalenud teadlaste hulgas väärivad erilist mainet Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies ja Robert Holley .

1977. aastal krüptisid Philipsi Sharpi ja Richard Robertsi juhitud teadlaste rühm introni splaissimise protsessi.

1980. aastal tuvastasid Thomas Cech ja Sidney Altman ribosüümid.

* Pange tähele: introni splaissingu ja ribosüümide kohta lugege RNA sünteesi ja funktsioonide peatükke.

struktuur

Keemilis-bioloogilisest seisukohast on RNA biopolümeer . Biopolümeerid on suured looduslikud molekulid, mis tulenevad paljude väiksemate molekulaarsete ühikute, nimega monomeeride, ahelate või kiudude liitumisest.

RNA moodustavad monomeerid on nukleotiidid .

RNA IS, ON USUAL, ÜKSINE KETA

RNA molekulid on molekulid, mis tavaliselt koosnevad üksikutest nukleotiidahelatest ( polünukleotiidkiud ).

Rakuliste RNA-de pikkus varieerub vähem kui sajast kuni mitme tuhande nukleotiidini.

Koostatavate nukleotiidide arv sõltub kõnealuse molekuli rollist.

Võrdlus DNA-ga

Erinevalt RNA-st on DNA biopolümeer, mis on tavaliselt moodustatud kahe nukleotiidi ahelaga.

Need kaks polünukleotiidfilamenti on omavahel ühendatud ja orienteeruvad üksteisesse, moodustades topeltpiraali, mida nimetatakse " topeltheliksiks ".

Üldine inimese DNA molekul võib sisaldada filamenti kohta umbes 3, 3 miljardit nukleotiidi .

NUCLEOTIDE ÜLDINE STRUKTUUR

Määratluse kohaselt on nukleotiidid molekulühikud, mis moodustavad RNA ja DNA nukleiinhapped.

Struktuurilisest vaatenurgast tuleneb üldine nukleotiid kolmest elemendist, mis on:

• Fosfaatrühm, mis on fosforhappe derivaat;
• Pentoos, mis on 5 süsinikuaatomiga suhkur;
• Lämmastiku alus, mis on aromaatne heterotsükliline molekul.

Pentoos on nukleotiidide keskseks elemendiks, kuna fosfaatrühm ja lämmastiku alus seonduvad sellega.

Joonis: elemendid, mis moodustavad nukleiinhappe üldise nukleotiidi. Nagu näha, on fosfaatrühm ja lämmastiku alus seotud suhkruga.

Keemiline side, mis hoiab pentoosi ja fosfaadi rühma koos, on fosfodiestri side, samas kui pentoosi ja lämmastiku alust ühendav keemiline side on N-glükosiidne side .

MIS ON RNA PENTOSO?

Ettekujutus: keemikud on mõelnud orgaaniliste molekulide moodustavate söe nummerdamisele nii, et nende uuringud ja kirjeldused oleksid lihtsamad. Siis, et 5 pentose süsinikku saab: süsinik 1, süsinik 2, süsinik 3, süsinik 4 ja süsinik 5. Numbrite määramise kriteerium on üsna keeruline, mistõttu peame vajalikuks selgituse jätta.

5 süsinikuaatomiga suhkur, mis eristab RNA nukleotiidide struktuuri, on riboos .

Ribose 5 süsinikuaatomist väärivad nad erilist märkust:

• Süsinik 1, kuna see seondub lämmastiku alusega N-glükosiidse sideme kaudu.
• Süsinik 2, kuna see eristab RNA nukleotiidide pentoosi DNA nukleotiidide pentoosist. RNA süsinikuga 2 on ühendatud hapnikuaatom ja vesinikuaatom, mis koos moodustavad hüdroksüülrühma OH .
• Süsinik 3, sest see osaleb kahe järjestikuse nukleotiidi vahelises seoses .
• Süsinik 5, sest see ühendab fosfaatrühma fosfodiestri sideme kaudu.

Riboossuhkru esinemise tõttu nimetatakse RNA nukleotiide ribonukleotiidideks .

Võrdlus DNA-ga

DNA nukleotiide moodustav pentoos on deoksüriboos .

Deoksüriboos erineb riboosist hapniku aatomite puudumise tõttu süsinikul 2.

Seega puudub sellel OH-hüdroksüülrühm, mis iseloomustab 5-süsiniku RNA suhkrut.

Deoksüriboosi suhkru olemasolu tõttu on DNA nukleotiidid tuntud ka kui desoksüribonukleotiidid .

NUCLEOTIDS JA NITROGEN BASESi liigid

RNA-l on 4 erinevat tüüpi nukleotiide .

Ainult lämmastiku alus eristab neid nelja erinevat tüüpi nukleotiide.

Selgetel põhjustel on seega RNA 4 lämmastiku alust, täpsemalt: adeniin (lühend A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja uratsiil (U).

Adeniin ja guaniin kuuluvad puriinide, kahekordse tsükli aromaatsete heterotsükliliste ühendite klassi.

Tsütosiin ja uratsiil seevastu kuuluvad pürimidiinide, üheahelaliste aromaatsete heterotsükliliste ühendite kategooriasse.

Võrdlus DNA-ga

Lämmastiku alused, mis eristavad DNA nukleotiide, on samad, mis RNA puhul, välja arvatud uratsiil. Selle asemel on lämmastiku alus, mida nimetatakse tümiiniks (T), mis kuulub pürimidiinide kategooriasse.

NUCLEOTIDESE KOHTA

Iga nukleotiid, mis moodustab ükskõik millise RNA ahela, seondub järgmise nukleotiidiga fosfodiestri sideme abil pentoosi süsiniku 3 ja vahetult järgneva nukleotiidfosfaadi rühma vahel.

RNA MOLEKULE LÕPP

Mistahes RNA polünukleotiidfilamentil on kaks otsa, mida tuntakse kui 5'-otsa (loetakse "lõpeb esimesed viis") ja lõpeb 3 ' (loetakse "tip kolm esimest").

Kokkuleppel on bioloogid ja geneetikud kindlaks teinud, et 5'- ots kujutab endast RNA filamenti pea, samas kui 3'-ots kujutab endast saba .

Keemilisest vaatepunktist langeb 5'-ots kokku polünukleotiidahela esimese nukleotiidi fosfaatrühmaga, samas kui 3'-ots langeb kokku sama ahela viimase nukleotiidi süsinikuga 3 asetatud hüdroksüülrühmaga.

Selle organisatsiooni põhjal on geneetikas ja molekulaarsetes bioloogilistes raamatutes mistahes nukleiinhappe polünukleotiidisid kirjeldatud järgmiselt: P-5 '→ 3'-OH (* NB: tähega P tähistab aatomit fosfaatrühm).

Rakendades 5'-otsade ja 3'-otsade mõisteid ühele nukleotiidile, on viimase 5'-ots fosfaatrühm, mis on seotud süsinikuga 5, samas kui selle 3'-ots on hüdroksüülrühm, mis on ühendatud süsinikuga 3.

Mõlemal juhul palutakse lugejal pöörata tähelepanu numbrilisele kordumisele: 5'-ots-fosfaatrühm süsiniku 5 ja 3 'otsa hüdroksüülrühmale 3.

lokaliseerimine

Elusolendi tuumarakkudes (st tuumaga) võib RNA molekule leida nii tuumas kui ka tsütoplasmas .

See lai lokaliseerimine sõltub asjaolust, et mõned rakulised protsessid koos RNA-ga kui peategelane paiknevad tuumas, teised aga tsütoplasmas.

Võrdlus DNA-ga

Eukarüootsete organismide (seega ka inimese DNA) DNA paikneb ainult raku tuumas.

kokkuvõte

RNA sünteesi protsess põhineb intratsellulaarsel ensüümil (st paikneb rakus), mida nimetatakse RNA polümeraasiks (NB: ensüüm on valk).

Raku RNA polümeraas kasutab RNA loomiseks DNA-d, mis paiknevad sama raku tuumas, nagu oleks tegemist vormiga .

Teisisõnu, see on omamoodi koopiamasin, mis transkribeerib, mis toob DNA-d tagasi teistesse keeltesse, mis on RNA.

Peale selle võtab see RNA sünteesi protsess RNA polümeraasi abil transkriptsiooni teadusliku nime.

Eukarüootsetel organismidel, nagu inimestel, on 3 erinevat RNA polümeraasi klassi : RNA polümeraas I, RNA polümeraas II ja RNA polümeraas III.

Iga RNA polümeraasi klass loob teatud tüüpi RNA-sid, mis, nagu lugeja suudab tuvastada järgmistes peatükkides, omavad rakuelu kontekstis erinevaid bioloogilisi rolle.

KUIDAS POLIMERASE RNA TÖÖTAB

RNA polümeraas on võimeline:

• Tunnustage DNA-l transkriptsiooni alustamise koht,
• Siduda DNA-ga,
• Eraldage kaks polünukleotiidkihti DNA-st (mida hoitakse koos vesiniksidemetega lämmastiku aluste vahel), et toimida ainult ühel ahelal ja
• Alustage RNA transkripti sünteesi.

Kõik need etapid toimuvad siis, kui RNA polümeraas hakkab transkriptsiooniprotsessi läbi viima. Seetõttu on need kõik kohustuslikud sammud.

RNA polümeraas sünteesib RNA molekulid 5 '- 3' suunas . Kuna see lisab esilekutsuvale RNA molekulile ribonukleotiide, liigub see vormi DNA ahelasse 3 ' → 5' suunas .

RNA TRANSCRIPT MUUDATUSED

Pärast transkriptsiooni läbib RNA mõningaid modifikatsioone, kaasa arvatud: mõlema otsa mõnede nukleotiidjärjestuste lisamine, nn intronite kadumine (protsess, mida nimetatakse splaissimiseks ) jne.

Seega on esialgse DNA segmendi suhtes saadud RNA-l mõningad erinevused polünukleotiidahela pikkusega võrreldes (üldiselt on see lühem).

liigid

RNA tüüpe on mitu .

Kõige tuntum ja uuritud on transpordi RNA (või RNA või tRNA ülekanne), messenger RNA (või RNA messenger või mRNA ), ribosomaalne RNA (või ribosomaalne RNA või rRNA ) ja väike tuuma RNA (või väike tuuma RNA või snRNA ).

Kuigi nad hõlmavad erinevaid spetsiifilisi rolle, aitavad tRNA, mRNA, rRNA ja snRNA kaasa ühise eesmärgi saavutamisele: valgu süntees, alustades DNA-s leiduvatest nukleotiidjärjestustest.

MUUD RNA STILLID

Eukarüootsete organismide rakkudes leidsid uurijad lisaks ülalmainitud 4-le ka teisi RNA tüüpe. Näiteks:

• Mikro-RNA-d (või miRNA-d ), mis on filamentid pikkusega veidi üle 20 nukleotiidi ja
• RNA, mis moodustab ribosüüme . Ribosüümid on katalüütilise aktiivsusega RNA molekulid nagu ensüümid.

MiRNA-d ja ribosüümid osalevad samuti valgu sünteesi protsessis, nagu tRNA, mRNA jne.

funktsioon

RNA kujutab DNA ja valkude vahelise läbipääsu bioloogilist makromolekuli, st pikki biopolümeere, mille molekulühikud on aminohapped .

RNA on võrreldav geneetilise informatsiooni sõnastusega, kuna see võimaldab DNA (mis on siis niinimetatud geenid) nukleotiidisegmendid tõlkida valkude aminohapeteks.

Üks RNA-ga hõlmatud funktsionaalse rolli kõige sagedasemaid kirjeldusi on: "RNA on geenide kodeerimises, dekodeerimises, reguleerimises ja ekspressioonis osalev nukleiinhape".

RNA on üks molekulaarbioloogia keskse dogma kolmest põhielemendist, mis ütleb: "RNA pärineb DNA-st, millest omakorda saadakse valgud" ( DNA → RNA → valgud ).

KÕRVALDAMINE JA TÕLGE

Lühidalt öeldes on transkriptsioon rakuliste reaktsioonide seeria, mis viib RNA molekulide moodustumiseni alates DNA-st.

Teisest küljest on tõlge rakuliste protsesside kogum, mis lõpeb valkude tootmisega, alustades transkriptsiooniprotsessi käigus toodetud RNA molekulidest.

Bioloogid ja geneetikud on loonud mõiste "tõlkimine", sest nukleotiidide keelest läheb me üle aminohapete keelele.

TÜÜBID JA FUNKTSIOONID

Transkriptsiooni- ja tõlkeprotsessid näevad peatöövõtjatena kõiki ülalnimetatud tüüpi ANN-e (tRNA, mRNA jne):

• MRNA on valku kodeeriv RNA molekul . Teisisõnu, mRNA-d on valgud enne nukleotiidide valgu aminohapeteks muundamise protsessi.

  MRNA-d läbivad pärast nende transkriptsiooni mitmeid modifikatsioone.

• TRNA-d on mittekodeerivad RNA molekulid, kuid need on siiski olulised valgu moodustumiseks. Tegelikult mängivad nad olulist rolli mRNA molekulide raporteerimisel.

  Nimetus "transport RNA" tuleneb asjaolust, et need ANN-id kannavad neid aminohapetena. Täpsemalt, iga aminohape vastab spetsiifilisele tRNA-le.

  TRNAd suhtlevad mRNA-ga nende järjestuse kolme konkreetse nukleotiidi kaudu.

• RRNA-d on RNA molekulid, mis moodustavad ribosoome . Ribosoomid on komplekssed rakulised struktuurid, mis liiguvad mööda mRNA-d kokku valgu aminohapetega.

  Üldine ribosoom sisaldab selle sees mõningaid saite, kus ta on võimeline tRNA-sid majutama ja neid mRNA-ga kokku puutuma. Siin puutuvad kolm ülalmainitud nukleotiidi suhtlema messenger RNA-ga.

• SnRNA-d on RNA molekulid, mis osalevad mRNA intronite splaissimisprotsessis . Intronid on mittekodeerivate mRNA-de lühikesed segmendid, mis on kasutamatud valgu sünteesiks.
• Ribosüümid on RNA molekulid, mis katalüüsivad vajaduse korral ribonukleotiidkiudude lõikamist .

Joonis: mRNA translatsioon.