Deliti:
Funkcije, struktura in vrste RNA
The RNA ali RNA (ribonukleinska kislina) je vrsta nukleinske kisline, prisotne v evkariontskih organizmih, prokariontih in virusih. Je polimer nukleotidov, ki v svoji strukturi vsebuje štiri vrste dušikovih baz: adenin, gvanin, citozin in uracil..
RNA na splošno najdemo kot en pas (razen v nekaterih virusih), linearno ali tvorimo vrsto kompleksnih struktur. Pravzaprav ima RNA strukturno dinamiko, ki je ne opazimo v dvojni vijačnici DNA. Različne vrste RNA imajo zelo različne funkcije.
Ribosomske RNA so del ribosomov, ki so odgovorne za sintezo beljakovin v celicah. Prenosne RNA delujejo kot posredniki in prenašajo genetske informacije v ribosom, kar prevede sporočilo iz nukleotidne sekvence v aminokislinsko zaporedje.
Prenosne RNA so odgovorne za aktiviranje in prenašanje različnih vrst aminokislin -20 skupaj do ribosomov. Za vsako aminokislino je prenosna RNA molekula, ki prepozna zaporedje v RNA.
Poleg tega obstajajo tudi druge vrste RNA, ki niso neposredno vključene v sintezo beljakovin in so vključene v regulacijo genov.
Indeks
- 1 Struktura
- 1.1 Nukleotidi
- 1.2 RNA veriga
- 1.3 Sile, ki stabilizirajo RNA
- 2 Vrste RNA in funkcije
- 2.1 Prenosnik RNA
- 2.2 ribosomska RNA
- 2.3 Prenos RNA
- 2.4 MicroRNA
- 2,5 mute RNA
- 3 Razlike med DNK in RNA
- 4 Izvor in evolucija
- 5 Reference
Struktura
Temeljne enote RNA so nukleotidi. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze (adenin, gvanin, citozin in uracil), pentozne in fosfatne skupine..
Nukleotidi
Dušikove baze so izpeljane iz dveh temeljnih spojin: pirimidini in purini.
Osnove, ki izhajajo iz purinov, so adenin in gvanin, baze, ki izhajajo iz pirimidinov, pa so citozin in uracil. Čeprav so to najpogostejše baze, lahko nukleinske kisline predstavljajo tudi druge vrste baz, ki so manj pogoste.
Kar zadeva pentozo, gre za d-ribozne enote. Zato se nukleotidi, ki tvorijo RNA, imenujejo "ribonukleotidi".
RNA veriga
Nukleotide povezujejo kemijske vezi, ki vključujejo fosfatno skupino. Za njihovo tvorbo je fosfatna skupina na 5 'koncu nukleotida vezana na hidroksilno skupino (-OH) na 3' koncu naslednjega nukleotida, s čimer se tvori vez fosfodiestra tipa..
Na verigi nukleinske kisline imajo fosfodiestrske vezi enako usmeritev. Zato obstaja polarnost pramena, ki razlikuje med 3 'in 5' koncem.
Po dogovoru je struktura nukleinskih kislin predstavljena s 5 'koncem na levi in 3' na desni.
RNA produkt transkripcije DNK je preprosta veriga, ki se obrne v desno, v vijačni konformaciji z zlaganjem baz. Interakcija med purini je veliko večja kot interakcija med dvema pirimidinom, in sicer z velikostjo med njimi.
V RNA ne moremo govoriti o tradicionalni sekundarni strukturi in referenci, kot je dvojna vijačnica DNA. Tridimenzionalna struktura vsake molekule RNA je edinstvena in kompleksna, primerljiva z beljakovinami (logično ne moremo globalizirati strukture beljakovin)..
Sile, ki stabilizirajo RNA
Obstajajo šibke interakcije, ki prispevajo k stabilizaciji RNA, zlasti zlaganju baz, kjer so obroči nameščeni eden nad drugim. Ta pojav prispeva tudi k stabilnosti vijačnice DNK.
Če molekula RNA najde komplementarno sekvenco, se lahko združi in oblikuje dvojno verižno strukturo, ki se obrne v desno. Prevladujoča oblika je tip A; kot za oblike Z so dokazane le v laboratoriju, medtem ko oblika B ni bila opažena.
Na splošno obstajajo kratke sekvence (kot je UUGG), ki se nahajajo na koncu RNA in imajo posebnost oblikovanja zank stabilen. To zaporedje sodeluje pri zlaganju tridimenzionalne strukture RNA.
Poleg tega se lahko tvorijo vodikove povezave na drugih mestih, ki niso tipični bazni par (AU in CG). Ena od teh interakcij se pojavi med 2'-OH riboze z drugimi skupinami.
Razredčevanje različnih struktur, najdenih v RNA, je služilo za dokazovanje več funkcij te nukleinske kisline.
Vrste RNA in funkcije
Obstajata dve vrsti RNA: informacijski in funkcionalni. Prva skupina vključuje RNA, ki sodelujejo pri sintezi beljakovin in delujejo kot posredniki procesov; informativne RNA so sporočilne RNA.
Nasprotno pa RNA, ki spadajo v drugi razred, funkcionalne, ne povzročajo nove beljakovinske molekule, RNA pa je končni produkt. To so prenosne RNA in ribosomske RNA.
Pri sesalskih celicah je 80% RNA ribosomska RNA, 15% je transferna RNA in le majhen del ustreza sporočilni RNA. Te tri vrste sodelujejo, da bi dosegli biosintezo beljakovin.
Obstajajo tudi majhne jedrske RNA, majhne citoplazmatske RNA in mikroRNA, med drugim. Nato bo podrobno opisan vsak najpomembnejši tip:
Messenger RNA
Pri evkariontih je DNA omejena na jedro, medtem ko se sinteza beljakovin dogaja v citoplazmi celice, kjer se nahajajo ribosomi. Za to prostorsko ločitev mora obstajati posrednik, ki prenaša sporočilo od jedra do citoplazme in je ta molekula RNA \ t.
Besedna RNA, skrajšana mRNA, je vmesna molekula, ki vsebuje informacije, kodirane v DNA, in določa zaporedje aminokislin, ki bodo povzročile funkcionalno beljakovino..
Izraz messenger RNA so leta 1961 predlagali François Jacob in Jacques Monod, da bi opisali delež RNA, ki je prenesel sporočilo iz DNA na ribosome..
Proces sinteze mRNA iz verige DNA je znan kot transkripcija in se pojavlja različno med prokariotti in evkarionti..
Izražanje genov je odvisno od več dejavnikov in je odvisno od potreb vsake celice. Transkripcija je razdeljena na tri stopnje: iniciacija, raztezek in zaključek.
Transkripcija
Proces replikacije DNK, ki se pojavi v vsaki delitvi celic, kopira celoten kromosom. Vendar je postopek transkripcije veliko bolj selektiven, obravnava le obdelavo določenih segmentov verig DNA in ne zahteva primera..
V Escherichia coli -bakterija, ki je najbolje raziskana v bioloških znanostih - transkripcija se začne z odvijanjem dvojne vijačnice DNA in oblikuje se transkripcijska zanka. Encim RNA-polimeraze je odgovoren za sintetiziranje RNA in, ko se transkripcija nadaljuje, se veriga DNA vrne v svojo prvotno obliko.
Začetek, raztezek in zaključek
Transkripcija se ne začne na naključnih mestih v molekuli DNA; obstajajo specializirana mesta za ta pojav, imenovana promotorji. V E. coli RNA polimeraza je vezana nekaj parov baz nad belo regijo.
Zaporedja, kjer so transkripcijski faktorji povezani, so med različnimi vrstami dokaj ohranjeni. Ena izmed najbolj znanih promotorskih sekvenc je polje TATA.
Pri raztezku encim RNA-polimeraza doda nove nukleotide na 3'-OH konec, sledi smeri 5 'do 3'. Hidroksilna skupina deluje kot nukleofil, ki napada alfa fosfat nukleotida, ki bo dodan. Ta reakcija sprosti pirofosfat.
Samo en pramen DNA se uporablja za sintetiziranje sporočilne RNA, ki je kopirana v smeri 3 'do 5' (antiparalelna oblika nove RNA verige). Nukleotid, ki bo dodan, mora biti v skladu z baznim združevanjem: U povezovanje z A in G s C.
RNA polimeraza ustavi proces, ko najde regije, bogate s citozinom in gvaninom. Končno se nova molekula RNA loči od kompleksa.
Transkripcija v prokariontih
Pri prokariotih lahko molekula RNA kodira več kot en protein.
Kadar mRNA kodira izključno za beljakovine ali polipeptide, se imenuje monocistronska mRNA, če pa kodificira več kot en protein, je mRNA polikistronska (upoštevajte, da se v tem kontekstu izraz cistron nanaša na gen).
Transkripcija pri evkariontih
Pri evkariontskih organizmih je velika večina mRNA monocistronska in transkripcijski mehanizem je veliko bolj zapleten v tej organizmi. Za njih je značilno, da imajo tri RNA polimeraze, označene s I, II in III, vsaka s specifičnimi funkcijami.
I je zadolžen za sintetiziranje pre-rRNA, II sintetizira sporočilne RNA in nekatere posebne RNA. Končno je III odgovoren za prenosno RNA, 5S ribosomalno in drugo majhno RNA.
Messenger RNA v evkariontih
Messenger RNA je podvržena vrsti specifičnih modifikacij pri evkariontih. Prvi vključuje dodajanje "pokrovčka" na 5 'konec. Kemično je pokrovček ostanek 7-metilguanozina, ki je na koncu zasidran z vezjo tipa 5 ', 5'-trifosfat.
Funkcija tega območja je zaščititi RNA od možne razgradnje z ribonukleazami (encimi, ki razgrajujejo RNA na manjše komponente)..
Poleg tega pride do odstranitve 3 'konca in doda se 80 do 250 adeninskih ostankov. Ta struktura je znana kot polyA "rep" in služi kot vezna cona za več proteinov. Ko prokaryote pridobi rep, je poliA nagnjena k spodbujanju njene razgradnje.
Po drugi strani pa je ta glasnik prepisan z introni. Introni so zaporedja DNA, ki niso del gena, ampak "prekinejo" zaporedje. Introni niso prevedeni in jih je zato treba odstraniti iz sporočila.
Večina genov vretenčarjev ima introne, razen genov, ki kodirajo histone. Podobno se lahko število intronov v genu razlikuje od nekaj do desetih.
Spajanje RNA
Splating Proces RNA ali spajanje vključuje odstranitev intronov v RNA.
Nekateri introni, ki jih najdemo v jedrskih ali mitohondrijskih genih, lahko izvajajo proces spajanje brez pomoči encimov ali ATP. Namesto tega se postopek izvaja s postopki transesterifikacije. Ta mehanizem so odkrili v cilijnem protozonu Tetrahymena thermophila.
Nasprotno pa obstaja še ena skupina kurirjev, ki ne morejo posredovati svojih spajanje, zato potrebujejo dodatne stroje. K tej skupini pripada precej veliko število jedrskih genov.
Postopek spajanje posreduje ga proteinski kompleks, ki se imenuje spiceosom ali kompleks za spajanje. Sistem je sestavljen iz specializiranih kompleksov RNA, imenovanih jedrski mali ribonukleoproteini (RNP)..
Obstaja pet tipov RNP: U1, U2, U4, U5 in U6, ki se nahajajo v jedru in posredujejo proces spajanje.
The spajanje lahko proizvedejo več kot eno vrsto beljakovin - to je znano kot spajanje alternativno, ker so eksoni razporejeni različno, kar ustvarja sorte selive RNA.
Ribosomska RNA
Ribosomska RNA, skrajšano rRNA, se nahaja v ribosomih in sodeluje pri biosintezi beljakovin. Zato je bistvena sestavina vseh celic.
Ribosomska RNA je povezana z beljakovinskimi molekulami (približno 100, približno), da povzročijo ribosomske presubunidade. Razvrščeni so glede na njihov sedimentacijski koeficient, označen s črko S Svedberških enot.
Ribosom je sestavljen iz dveh delov: glavne podenote in manjše podenote. Obe podenoti se med prokarionti in evkarionti razlikujeta glede na sedimentacijski koeficient.
Prokarioti imajo veliko podenoto 50S in majhno podenoto 30S, medtem ko je pri evkariontih velika podenota 60S in majhna 40S podenota.
Geni, ki kodirajo za ribosomske RNA, so v nukleolusu, določenem območju jedra, ki ni omejeno z membrano. Ribosomske RNA so v tej regiji prepisane z RNA polimerazo I.
V celicah, ki sintetizirajo velike količine beljakovin; Jedro je izrazita struktura. Kadar pa zadevna celica ne potrebuje velikega števila beljakovinskih produktov, je jedro skoraj neopazna struktura..
Obdelava ribosomske RNA
Velika 60S ribosomska podenota je povezana z fragmenti 28S in 5.8S. Glede na majhno podenoto (40S) je povezana z 18S.
Pri višjih evkariontih je predrRNA kodirana v transkripcijski enoti 45S, ki vključuje RNA polimerazo I. Ta transkript se obdeluje v zrelih ribosomalnih RNA 28S, 18S in 5.8S.
Ko se sinteza nadaljuje, je pre-rRNA povezana z različnimi beljakovinami in tvori delce ribonukleoproteina. To je podvrženo seriji naknadnih modifikacij, ki vključujejo metilacijo 2'-OH skupine riboze in pretvorbo ostankov uridina v pseudouridin..
Regijo, kjer se bodo te spremembe pojavile, nadzira več kot 150 majhnih molekul nukleolarne RNA, ki se lahko pripnejo na predrRNA.
V nasprotju s preostalim predrRNA je 5S transkribiran z RNA polimerazo III v nukleoplazmo in ne znotraj nukleolusa. Po sintetizaciji se nukleolus vzame za sestavo z 28S in 5.8S, ki tvorita ribosomske enote..
Na koncu postopka montaže se podenote prenesejo v citoplazmo z jedrskimi porami.
Poliribozomi
Lahko se zgodi, da molekula selitvene RNA ustvari več proteinov hkrati, združuje več kot en ribosom. Ko proces prevajanja napreduje, je konec selivec prost in ga lahko pobere drug ribosom, ki začne novo sintezo.
Zato je običajno, da so ribosomi razvrščeni v skupine (med 3 in 10) v eni molekuli sporočilne RNA, in ta skupina se imenuje poliribosom.
Prenesite RNA
Prenosna RNA je odgovorna za prenos aminokislin, ko proces sinteze beljakovin napreduje. Sestavljeni so iz približno 80 nukleotidov (v primerjavi s prenosno RNA, je "majhna" molekula)..
Struktura ima gube in križe, ki spominja na trikotnika s tremi rokami. Na enem koncu je adenilni obroč, kjer hidroksilna skupina riboze posreduje vezavo na aminokislino, ki jo je treba transportirati.
Različne transferne RNA so kombinirane izključno z eno od dvajsetih aminokislin, ki tvorijo beljakovine; z drugimi besedami, to je vozilo, ki prenaša temeljne gradnike beljakovin. Kompleks prenosne RNA skupaj z aminokislino se imenuje aminoacil-tRNA.
Poleg tega vsaka prenosna RNA v procesu prevajanja - ki se pojavi zaradi ribosomov - prepozna prenosni kodon v RNA. Ko se prepozna, se ustrezna aminokislina sprosti in postane del sintetiziranega peptida.
Da bi prepoznali vrsto aminokisline, ki jo je treba dostaviti, ima RNA "antikodon", ki se nahaja v srednjem delu molekule. Ta antikodon je sposoben tvoriti vodikove vezi z komplementarnimi bazami, ki so prisotne v DNA sporočilu.
MicroRNA
MikroRNA ali mRNA so kratka vrsta enoverižne RNA, med 21 in 23 nukleotidov, katerih funkcija je uravnavanje izražanja genov. Ker se ne prevaja v beljakovino, se običajno imenuje nekodirajoča RNA.
Tako kot druge vrste RNA je obdelava mikroRNA kompleksna in vključuje vrsto beljakovin.
MikroRNA nastajajo iz daljših predhodnikov, imenovanih mRNA-pri, ki izhajajo iz prvega transkripta gena. V jedru celice so ti prekurzorji modificirani v mikroprocesorskem kompleksu in rezultat je pre-miRNA..
Pre-mRNA so vilice 70 nukleotidov, ki nadaljujejo svojo obdelavo v citoplazmi z encimom Dicer, ki združuje kompleks RNA-induciranega utišanja (RISC) in sintetizira se mRNA..
Te RNA so sposobne uravnavati ekspresijo genov, saj so komplementarne specifičnim RNA sporočil. Kadar so povezane z njihovo tarčo, so miRNA sposobne potlačiti sel, ali pa ga celo razgradijo. Zato ribosom ne more prevesti omenjenega transkripta.
Utišanje RNA
Posebna vrsta mikroRNA je majhna interferenčna RNA (siRNA), imenovana tudi RNA za utišanje. So kratke RNA, od 20 do 25 nukleotidov, ki ovirajo izražanje določenih genov.
So zelo obetavni instrumenti za raziskovanje, saj omogočajo utišanje zanimivega gena in tako preučujejo njegovo možno funkcijo.
Razlike med DNA in RNA
Čeprav sta DNA in RNA nukleinske kisline in na prvi pogled lahko izgledata zelo podobna, se razlikujeta v več kemičnih in strukturnih lastnostih. DNA je dvopasovna molekula, RNA pa je preprost trak.
Zato je RNA bolj vsestranska molekula in lahko sprejme veliko različnih tridimenzionalnih oblik. Vendar pa imajo nekateri virusi v svoji genetski snovi dvojno verigo RNA.
V RNA nukleotidih je molekula sladkorja riboza, medtem ko je v DNK deoksiriboza, ki se razlikuje le v prisotnosti kisikovega atoma..
Fosfodiestrska vez v okostju DNA in RNA je nagnjena k postopku počasne hidrolize in brez prisotnosti encimov. V pogojih alkalnosti se RNA hitro hidrolizira - zahvaljujoč dodatni hidroksilni skupini -, medtem ko DNK ne.
Podobno dušikove baze, ki tvorijo nukleotide v DNA, so gvanin, adenin, timin in citozin; Po drugi strani pa je v timinu RNA nadomeščena z uracilom. Uracil se lahko poveže z adeninom, tako kot timin v DNA.
Izvor in evolucija
RNA je edina znana molekula, ki lahko hrani informacije in katalizira kemijske reakcije istočasno; zato več avtorjev predlaga, da je molekula RNA ključna za izvor življenja. Presenetljivo so substrati ribosomov druge molekule RNA.
Odkritje ribozimov je privedlo do biokemične redefinicije "encima", ker se je izraz uporabljal izključno za beljakovine s katalitično aktivnostjo, in pomagal ohraniti scenarij, v katerem so prve oblike življenja uporabljale samo RNA kot genetski material.
Reference
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molekularna biologija celice. 4. izdaja. New York: Garland Science. Od DNA do RNA. Na voljo na: ncbi.nlm.nih.gov
- Berg, J. M., Stryer, L., in Tymoczko, J.L. (2007). Biokemija. Obrnil sem se.
- Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologija. Ed Panamericana Medical.
- Griffiths, A. J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Sodobna genetska analiza. New York: W. H. Freeman. Geni in RNA. Na voljo na: ncbi.nlm.nih.gov
- Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Pogodba o medicinski fiziologiji. Elsevier.
- Hall, J. E. (2015). Učbenik Guyton in Hall za medicinsko fiziologijo e-knjige. Elsevier Health Sciences.
- Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molekularna celična biologija. 4. izdaja. New York: W. H. Freeman. Oddelek 11.6, Predelava rRNA in tRNA. Na voljo na: ncbi.nlm.nih.gov
- Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.