ARN: FUNKSJONER, STRUKTUR OG TYPER - BIOLOGI - 2025

Den RNA eller RNA (ribonukleinsyre) er en type av nukleinsyre tilstede i eukaryoter, prokaryoter og virus. Det er en nukleotidpolymer som inneholder fire typer nitrogenholdige baser i sin struktur: adenin, guanin, cytosin og uracil.

RNA er vanligvis funnet som et enkelt bånd (unntatt i noen virus), på en lineær måte eller i en serie komplekse strukturer. Faktisk har RNA en strukturell dynamikk som ikke observeres i DNA-dobbelhelix. De forskjellige typene RNA har veldig varierte funksjoner.

Ribosomale RNA er en del av ribosomer, strukturene som er ansvarlige for syntesen av proteiner i celler. Messenger-RNA fungerer som mellommenn og fører genetisk informasjon til ribosomet, som oversetter meldingen fra en nukleotidsekvens til en aminosyresekvens.

Overførings-RNA er ansvarlig for å aktivere og overføre de forskjellige typer aminosyrer -20 totalt til ribosomene. Det er et overførings-RNA-molekyl for hver aminosyre som gjenkjenner sekvensen i messenger-RNA.

I tillegg er det andre typer RNA som ikke er direkte involvert i proteinsyntese og deltar i genregulering.

Struktur

De grunnleggende enhetene til RNA er nukleotider. Hvert nukleotid består av en nitrogenholdig base (adenin, guanin, cytosin og uracil), en pentose og en fosfatgruppe.

nukleotider

Nitrogenbaser er avledet fra to grunnleggende forbindelser: pyrimidiner og puriner.

Basene avledet fra puriner er adenin og guanin, og basene avledet fra pyrimidiner er cytosin og uracil. Selv om dette er de vanligste basene, kan nukleinsyrer også ha andre typer baser som er mindre vanlige.

Når det gjelder pentose, er de enheter av d-ribose. Derfor kalles nukleotidene som utgjør RNA "ribonukleotider".

RNA-kjede

Nukleotider er koblet sammen av kjemiske bindinger som involverer fosfatgruppen. For å danne dem er fosfatgruppen ved 5'-enden av et nukleotid festet til hydroksylgruppen (–OH) ved 3 'enden av neste nukleotid, og skaper således en fosfodiester-lignende binding.

Langs nukleinsyrekjeden har fosfodiesterbindinger den samme orienteringen. Derfor er det en polaritet av tråden, som skiller mellom 3 'og 5' enden.

Konvensjonen er nukleinsyrestrukturen representert av 5'-enden til venstre og 3'-enden på høyre side.

RNA-produktet av DNA-transkripsjon er et enkeltstrenget bånd som svinger til høyre, i en spiralformet konstruksjon ved stabling av baser. Samspillet mellom puriner er mye større enn samspillet mellom to pyrimidiner, på grunn av deres størrelse.

I RNA er det ikke mulig å snakke om en tradisjonell sekundærstruktur og referanse, for eksempel dobbelt helix av DNA. Den tredimensjonale strukturen til hvert RNA-molekyl er unikt og sammensatt, sammenlignbart med proteiner (logisk sett kan vi ikke globalisere strukturen til proteiner).

Krefter som stabiliserer RNA

Det er svake interaksjoner som bidrar til stabilisering av RNA, spesielt basestabling, der ringene er plassert på toppen av den andre. Dette fenomenet bidrar også til stabiliteten til DNA-heliksen.

Hvis RNA-molekylet finner en komplementær sekvens, kan de koble seg sammen og danne en dobbeltstrenget struktur som svinger til høyre. Den dominerende formen er type A; Når det gjelder Z-formene, er de bare bevist på laboratoriet, mens B-formen ikke er observert.

Generelt er det korte sekvenser (for eksempel UUGG) som er plassert på slutten av RNA og har det spesifikke å danne stabile løkker. Denne sekvensen deltar i folding av den tredimensjonale strukturen til RNA.

I tillegg kan hydrogenbindinger dannes på andre steder enn de typiske baseparrene (AU og CG). En av disse interaksjonene skjer mellom 2'-OH av ribose med andre grupper.

Å belyse de forskjellige strukturene som finnes i RNA, har tjent til å demonstrere de mange funksjonene til denne nukleinsyren.

RNA typer og funksjoner

Det er to klasser av RNA: informativ og funksjonell. Den første gruppen inkluderer RNA som deltar i proteinsyntese og fungerer som mellommenn i prosessen; informasjons-RNA-er er messenger-RNA-er.

I motsetning til dette gir ikke RNA som tilhører den andre klassen, de funksjonelle, opphav til et nytt proteinmolekyl, og selve RNA er sluttproduktet. Dette er overførings-RNA-er og ribosomale RNA-er.

I pattedyrceller er 80% av RNA ribosomalt RNA, 15% er overførings-RNA, og bare en liten del tilsvarer messenger-RNA. Disse tre typene jobber kooperativt for å oppnå proteinbiosyntese.

Det er også små kjernefysiske RNA-er, små cytoplasmatiske RNA-er, og mikroRNA-er, blant andre. Hver av de viktigste typene vil bli beskrevet i detalj nedenfor:

Messenger RNA

I eukaryoter er DNA begrenset til kjernen, mens proteinsyntese forekommer i cytoplasma av cellen, der ribosomer finnes. På grunn av denne romlige separasjonen må det være en mekler som fører meldingen fra kjernen til cytoplasma og at molekylet er messenger RNA.

Messenger RNA, forkortet mRNA, er et mellomliggende molekyl som inneholder informasjonen som er kodet i DNA og som spesifiserer en aminosyresekvens som vil gi opphav til et funksjonelt protein.

Begrepet messenger RNA ble foreslått i 1961 av François Jacob og Jacques Monod for å beskrive den delen av RNA som overførte meldingen fra DNA til ribosomer.

Prosessen med syntese av et mRNA fra DNA-strengen er kjent som transkripsjon og forekommer forskjellig mellom prokaryoter og eukaryoter.

Genuttrykk styres av flere faktorer og avhenger av behovene til hver enkelt celle. Transkripsjon er delt inn i tre stadier: initiering, forlengelse og avslutning.

transkripsjon

Prosessen med DNA-replikasjon, som forekommer i hver celledeling, kopierer hele kromosomet. Transkripsjonsprosessen er imidlertid mye mer selektiv, den omhandler bare prosessering av spesifikke segmenter av DNA-strengen og krever ikke en grunning.

I Escherichia coli - den best studerte bakterien i biovitenskap - begynner transkripsjon med avvikling av DNA-dobbelt helix og transkripsjonssløyfen dannes. Enzymet RNA-polymerase er ansvarlig for syntese av RNA, og når transkripsjonen fortsetter, går DNA-strengen tilbake til sin opprinnelige form.

Initiering, forlengelse og avslutning

Transkripsjon initieres ikke på tilfeldige steder på DNA-molekylet; det er spesialiserte nettsteder for dette fenomenet, kalt promotorer. I E. coli er RNA-polymerasen koblet noen få basepar over målområdet.

Sekvensene der transkripsjonsfaktorene er koblet er ganske bevart mellom forskjellige arter. En av de mest kjente promotersekvensene er TATA-boksen.

I forlengelse tilfører RNA-polymerase-enzymet nye nukleotider til 3'-OH-enden, etter retningen fra 5 til 3 ′. Hydroksylgruppen fungerer som en nukleofil og angriper alfosfatet til nukleotidet som skal tilsettes. Denne reaksjonen frigjør et pyrofosfat.

Bare en av DNA-strengene brukes til å syntetisere messenger-RNA, som kopieres i retningen 3 ′ til 5 the (den antiparallelle formen til den nye RNA-strengen). Nukleotidet som skal tilsettes, må samsvare med baseparring: U-par med A, og G med C.

RNA-polymerase stopper prosessen når den finner regioner rike på cytosin og guanin. Etter hvert skilles det nye messenger-RNA-molekylet fra komplekset.

Transkripsjon i prokaryoter

I prokaryoter kan et messenger-RNA-molekyl kode for mer enn ett protein.

Når et mRNA utelukkende koder for et protein eller polypeptid, kalles det monocistronic mRNA, men hvis det koder for mer enn ett proteinprodukt, er mRNA polykistronisk (merk at i denne sammenhengen betegner begrepet cistron til genet).

Transkripsjon i eukaryoter

I eukaryote organismer er det store flertallet av mRNA-er monocistroniske og transkripsjonsmaskineriet er mye mer sammensatt i denne arven av organismer. De er karakterisert ved å ha tre RNA-polymeraser, betegnet I, II og III, hver med spesifikke funksjoner.

I er ansvarlig for å syntetisere pre-rRNA, II syntetiserer messenger RNA og noen spesielle RNA. Til slutt tar III seg av overførings-RNA-er, ribosomal 5S og andre små RNA-er.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA gjennomgår en serie spesifikke modifikasjoner i eukaryoter. Den første innebærer å legge en "cap" til 5 ′ enden. Kjemisk sett er hetten en 7-metylguanosinrest festet til enden av en 5 ', 5'-trifosfatbinding.

Rollen til denne sonen er å beskytte RNA mot mulig nedbrytning av ribonukleaser (enzymer som bryter ned RNA i mindre komponenter).

I tillegg skjer eliminering av 3'-enden og 80 til 250 adeninrester blir tilsatt. Denne strukturen er kjent som polyA "halen" og fungerer som et bindingssted for forskjellige proteiner. Når en prokaryot skaffer seg en polyA-hale, har den en tendens til å stimulere dens nedbrytning.

På den annen side er denne messenger transkribert med introner. Introner er DNA-sekvenser som ikke er en del av genet, men som "avbryter" den sekvensen. Introner er ikke oversatt og må derfor fjernes fra messenger.

De fleste virveldyrgener har introner, bortsett fra gener som koder for histoner. Tilsvarende kan antall introner i et gen variere fra noen få til dusinvis av disse.

skjøting

RNAs pliserings- eller spleisingsprosess innebærer fjerning av introner i messenger-RNA.

Noen introner som finnes i nukleære eller mitokondrie gener kan utføre skjøteprosessen uten hjelp av enzymer eller ATP. I stedet blir prosessen utført ved transesterifiseringsreaksjoner. Denne mekanismen ble oppdaget i den cilerte protozoen Tetrahymena thermophila.

Derimot er det en annen gruppe messenger som ikke er i stand til å formidle sin egen spleising, så de trenger flere maskiner. Et ganske stort antall atomgener tilhører denne gruppen.

Spleiseprosessen er mediert av et proteinkompleks som kalles et spleisosom eller skjøtingskompleks. Systemet består av spesialiserte RNA-komplekser kalt små kjernefysiske ribonukleoproteiner (RNPs).

Det er fem typer RNP: U1, U2, U4, U5 og U6, som finnes i kjernen og formidler spleiseprosessen.

Spleising kan produsere mer enn en type proteiner - dette er kjent som alternativ spleising - siden eksonene er anordnet på en annen måte, og skaper varianter av messenger-RNA.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, forkortet rRNA, finnes i ribosomer og deltar i biosyntesen av proteiner. Derfor er det en viktig komponent i alle celler.

Ribosomalt RNA assosierer seg med proteinmolekyler (omtrent 100) for å gi opphav til ribosomale forutstyr. De klassifiseres avhengig av sedimentasjonskoeffisienten, betegnet med bokstaven S for Svedberg-enheter.

Et ribosom består av to deler: den store underenheten og den mindre underenheten. Begge underenheter skiller seg mellom prokaryoter og eukaryoter når det gjelder sedimentasjonskoeffisienten.

Prokaryoter har en stor 50S-underenhet og en liten 30S-underenhet, mens i eukaryoter er den store underenheten 60S og den lille 40S.

Generene som koder for ribosomale RNA er i kjernen, et bestemt område av kjernen som ikke er avgrenset av en membran. Ribosomale RNAer blir transkribert i dette området av RNA-polymerase I.

I celler som syntetiserer store mengder proteiner; nucleolus er en fremtredende struktur. Når den aktuelle cellen ikke krever et stort antall proteinprodukter, er kjernen imidlertid en nesten umerkelig struktur.

mikroRNA

MicroRNA eller miRNA er en type korte, enstrengede RNA, mellom 21 og 23 nukleotider, hvis funksjon er å regulere ekspresjonen av gener. Fordi det ikke er oversatt til protein, kalles det ofte ikke-kodende RNA.

Som andre typer RNA er mikroRNA-prosessering kompleks og involverer en rekke proteiner.

MicroRNA oppstår fra lengre forløpere kalt mi-priRNA, avledet fra den første transkripsjonen av genet. I kjernen av cellen blir disse forløpere modifisert i mikroprosessorkomplekset, og resultatet er et pre-miRNA.

Pre-miRNA er 70 nukleotid hårnåler som fortsetter å bli behandlet i cytoplasma av et enzym kalt Dicer, som setter sammen det RNA-induserte lyddempingskomplekset (RISC) og til slutt syntetiseres miRNA.

Disse RNA-er er i stand til å regulere ekspresjonen av gener, siden de er komplementære til spesifikke messenger-RNA-er. Ved å parre seg med målet deres, er miRNAs i stand til å undertrykke messenger, eller til og med forringe det. Følgelig kan ikke ribosomet oversette nevnte transkripsjon.

RNA-stillhet

En spesiell type mikroRNA er små interfererende RNAer (siRNAs), også kalt lyddempende RNAer. De er korte RNA, mellom 20 til 25 nukleotider, som hindrer ekspresjonen av visse gener.

De er veldig lovende instrumenter for forskning, siden de gjør det mulig å stille et gen av interesse og dermed studere dets mulige funksjon.

Forskjeller mellom DNA og RNA

Selv om DNA og RNA er nukleinsyrer og kan se veldig like ut ved første øyekast, er de forskjellige i flere av sine kjemiske og strukturelle egenskaper. DNA er et dobbeltbåndsmolekyl, mens RNA er enkeltbånd.

Som sådan er RNA et mer allsidig molekyl og kan ta på seg et bredt utvalg av tredimensjonale former. Imidlertid har visse virus dobbeltbånd-RNA i genetisk materiale.

I RNA-nukleotider er sukkermolekylet en ribose, mens det i DNA er en deoksyribose, som bare skiller seg i nærvær av et oksygenatom.

Fosfodiesterbindingen i ryggraden til DNA og RNA er utsatt for å gjennomgå en langsom hydrolyseprosess uten tilstedeværelse av enzymer. Under alkaliske forhold hydrolyserer RNA raskt - takket være den ekstra hydroksylgruppen - mens DNA ikke gjør det.

Tilsvarende er nitrogenholdige baser som utgjør nukleotider i DNA guanin, adenin, timin og cytosin; derimot, i RNA, er tymin erstattet av uracil. Uracil kan pare seg med adenin, på samme måte som tymin i DNA.

Opprinnelse og evolusjon

RNA er det eneste kjente molekylet som er i stand til å lagre informasjon og katalysere kjemiske reaksjoner samtidig; Av denne grunn foreslår flere forfattere at RNA-molekylet var avgjørende for livets opprinnelse. Overraskende nok er substratene for ribosomer andre RNA-molekyler.

Oppdagelsen av ribozymes førte til den biokjemiske omdefineringen av "enzym" - siden tidligere ble begrepet utelukkende brukt om proteiner med katalytisk aktivitet, og bidro til å støtte et scenario der de første livsformene bare brukte RNA som genetisk materiale.

referanser

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molekylærbiologi i cellen. 4. utgave. New York: Garland Science. Fra DNA til RNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokjemi. Jeg snudde meg.
3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). Moderne genetisk analyse. New York: WH Freeman. Gener og RNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Traktat om medisinsk fysiologi. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton og Hall lærebok for medisinsk fysiologi e - bok. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4. utgave. New York: WH Freeman. Avsnitt 11.6, Behandling av rRNA og tRNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.