biologia

RNA

ogólność

RNA lub kwas rybonukleinowy to kwas nukleinowy zaangażowany w procesy kodowania, dekodowania, regulacji i ekspresji genów. Geny są mniej lub bardziej długimi segmentami DNA, które zawierają podstawowe informacje do syntezy białek.

Rysunek: Zasady azotowe w cząsteczce RNA. Z wikipedia.org

Mówiąc bardzo prosto, RNA pochodzi z DNA i reprezentuje cząsteczkę przechodzącą między nim a białkami. Niektórzy badacze nazywają to „słownik do tłumaczenia języka DNA na język białek”.

Cząsteczki RNA pochodzą z połączenia, w łańcuchach, zmiennej liczby rybonukleotydów. Grupa fosforanowa, zasada azotowa i cukier z 5 atomami węgla, zwane rybozą, uczestniczą w tworzeniu każdego pojedynczego rybonukleotydu.

Co to jest RNA?

RNA lub kwas rybonukleinowy jest biologiczną makrocząsteczką, należącą do kategorii kwasów nukleinowych, która odgrywa główną rolę w generowaniu białek wychodzących z DNA .

Generowanie białek (które są również makrocząsteczkami biologicznymi) obejmuje szereg procesów komórkowych, które razem nazywane są syntezą białek .

DNA, RNA i białka mają zasadnicze znaczenie dla zapewnienia przetrwania, rozwoju i prawidłowego funkcjonowania komórek żywych organizmów.

Co to jest DNA?

DNA lub kwas deoksyrybonukleinowy, to inny kwas nukleinowy istniejący w naturze, wraz z RNA.

Strukturalnie podobny do kwasu rybonukleinowego, kwas dezoksyrybonukleinowy jest dziedzictwem genetycznym, czyli „magazynem genów”, zawartym w komórkach żywych organizmów. Tworzenie RNA i, pośrednio, białka zależy od DNA.

HISTORIA RNA

Rysunek: ryboza i dezoksyryboza

Badania RNA rozpoczęły się po 1868 r., Kiedy Friedrich Miescher odkrył kwasy nukleinowe.

Pierwsze ważne odkrycia w tym zakresie datowane są na drugą połowę lat pięćdziesiątych i na pierwszą część lat sześćdziesiątych. Wśród naukowców, którzy uczestniczyli w tych odkryciach, Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies i Robert Holley zasługują na szczególną uwagę.

W 1977 r. Grupa naukowców pod przewodnictwem Philipa Sharpa i Richarda Robertsa odszyfrowała proces splicingu intronów.

W 1980 roku Thomas Cech i Sidney Altman zidentyfikowali rybozymy.

* Uwaga: aby dowiedzieć się o łączeniu intronów i rybozymach, patrz rozdziały poświęcone syntezie i funkcjom RNA.

struktura

Z chemiczno-biologicznego punktu widzenia RNA jest biopolimerem . Biopolimery są dużymi naturalnymi cząsteczkami, będącymi wynikiem połączenia, w łańcuchach lub włóknach, wielu mniejszych jednostek molekularnych, zwanych monomerami .

Monomery tworzące RNA to nukleotydy .

RNA JEST, JAKO ZWYKŁY, JEDEN ŁAŃCUCH

Cząsteczki RNA to cząsteczki składające się zazwyczaj z pojedynczych łańcuchów nukleotydowych ( filamenty polinukleotydowe ).

Długość komórkowych RNA waha się od mniej niż stu do nawet kilku tysięcy nukleotydów.

Liczba nukleotydów składowych jest funkcją roli, jaką odgrywa dana cząsteczka.

Porównanie z DNA

W przeciwieństwie do RNA, DNA jest biopolimerem generalnie utworzonym przez dwie nici nukleotydów.

Połączone razem te dwa włókna polinukleotydowe mają przeciwną orientację i, owijając się w siebie, składają się na podwójną spiralę zwaną „ podwójną helisą ”.

Ogólna ludzka cząsteczka DNA może zawierać około 3, 3 miliarda nukleotydów na filament .

OGÓLNA STRUKTURA NUKLEOTYDU

Z definicji nukleotydy są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwasy nukleinowe RNA i DNA.

Ze strukturalnego punktu widzenia ogólny nukleotyd wynika z połączenia trzech elementów, którymi są:

  • Grupa fosforanowa, która jest pochodną kwasu fosforowego;
  • Pentoza, czyli cukier z 5 atomami węgla;
  • Baza azotowa, która jest aromatyczną cząsteczką heterocykliczną.

Pentoza jest centralnym elementem nukleotydów, ponieważ wiąże się z nią grupa fosforanowa i zasada azotowa.

Rysunek: Elementy, które stanowią ogólny nukleotyd kwasu nukleinowego. Jak widać, grupa fosforanowa i zasada azotowa są związane z cukrem.

Wiązanie chemiczne, które utrzymuje razem pentozę i grupę fosforanową, jest wiązaniem fosfodiestrowym, podczas gdy wiązanie chemiczne łączące pentozę i zasadę azotową jest wiązaniem N-glikozydowym .

CO TO JEST PENTOSO RNA?

Założenie: chemicy pomyśleli o numerowaniu węgli, które tworzą cząsteczki organiczne, w taki sposób, aby uprościć ich badania i opis. Tutaj zatem, że 5 węgli pentozy staje się: węglem 1, węglem 2, węglem 3, węglem 4 i węglem 5. Kryterium przypisywania liczb jest dość złożone, dlatego uważamy za stosowne pominąć wyjaśnienie.

Cukier z 5 atomami węgla, który odróżnia strukturę nukleotydów RNA, to ryboza .

Spośród 5 atomów węgla rybozy zasługują na szczególną uwagę:

  • Węgiel 1, ponieważ wiąże się z zasadą azotową poprzez wiązanie N-glikozydowe.
  • Węgiel 2, ponieważ to odróżnia pentozę nukleotydów RNA od pentozy nukleotydów DNA. Połączone z węglem 2 RNA są atom tlenu i atom wodoru, które razem tworzą grupę hydroksylową OH .
  • Węgiel 3, ponieważ bierze udział w łączeniu dwóch kolejnych nukleotydów .
  • Węgiel 5, ponieważ to właśnie łączy grupę fosforanową poprzez wiązanie fosfodiestrowe.

Ze względu na obecność cukru rybozy, nukleotydy RNA są nazywane rybonukleotydami .

Porównanie z DNA

Pentozą, która tworzy nukleotydy DNA, jest dezoksyryboza .

Deoksyryboza różni się od rybozy z powodu braku atomów tlenu na węglu 2.

W związku z tym brakuje mu grupy hydroksylowej OH, która charakteryzuje 5-węglowy cukier RNA.

Ze względu na obecność cukru dezoksyrybozy, nukleotydy DNA są również znane jako deoksyrybonukleotydy .

RODZAJE NUKLEOTYD I PODSTAW AZOTOWYCH

RNA ma 4 różne typy nukleotydów .

Tylko baza azotowa odróżnia te 4 różne typy nukleotydów.

Z oczywistych względów istnieją 4 azotowe zasady RNA, w szczególności: adenina (w skrócie A), guanina (G), cytozyna (C) i uracyl (U).

Adenina i guanina należą do klasy puryn, aromatycznych związków heterocyklicznych o podwójnym pierścieniu.

Z drugiej strony, cytozyna i uracyl należą do kategorii pirymidyn, jednopierścieniowych aromatycznych związków heterocyklicznych.

Porównanie z DNA

Zasady azotowe, które odróżniają nukleotydy DNA, są takie same jak dla RNA, z wyjątkiem uracylu. Zamiast tej ostatniej występuje baza azotowa o nazwie tymina (T), która należy do kategorii pirymidyn.

BOND WŚRÓD NUKLEOTYDÓW

Każdy nukleotyd tworzący dowolną nić RNA wiąże się z następnym nukleotydem za pomocą wiązania fosfodiestrowego między węglem 3 jego pentozy i bezpośrednio następującą grupą fosforanową nukleotydu.

KONIEC MOLEKU RNA

Każde włókno polinukleotydowe RNA ma dwa końce, znane jako koniec 5 ' (czytaj „kończy pierwszą piątkę”), a kończy 3 ” (czyta„ najpierw trzy końcówki ”).

Zgodnie z konwencją, biologowie i genetycy ustalili, że koniec 5 'reprezentuje głowę filamentu RNA, podczas gdy koniec 3' reprezentuje jego ogon .

Z chemicznego punktu widzenia koniec 5 'pokrywa się z grupą fosforanową pierwszego nukleotydu łańcucha polinukleotydowego, podczas gdy koniec 3' pokrywa się z grupą hydroksylową umieszczoną na węglu 3 ostatniego nukleotydu tego samego łańcucha.

Na podstawie tej organizacji, w książkach genetyki i biologii molekularnej, nici polinukleotydowe dowolnego kwasu nukleinowego są opisane w następujący sposób: P-5 '→ 3'-OH (* NB: litera P wskazuje atom fosfor grupy fosforanowej).

Przez zastosowanie pojęć końców 5 'i końców 3' do pojedynczego nukleotydu, koniec 5 'tego ostatniego jest grupą fosforanową związaną z węglem 5, podczas gdy koniec 3' jest grupą hydroksylową połączoną z węglem 3.

W obu przypadkach czytelnik jest proszony o zwrócenie uwagi na powtarzalność liczbową: koniec 5 '- grupa fosforanowa na końcu węgla 5 i 3' - grupa hydroksylowa na węglu 3.

lokalizacja

W komórkach jądrzastych (tj. Z jądrem) żywej istoty cząsteczki RNA można znaleźć zarówno w jądrze, jak iw cytoplazmie .

Ta szeroka lokalizacja zależy od tego, że niektóre procesy komórkowe, z RNA jako protagonistą, są zlokalizowane w jądrze, podczas gdy inne zachodzą w cytoplazmie.

Porównanie z DNA

DNA organizmów eukariotycznych (a zatem także ludzkiego DNA) znajduje się wyłącznie w jądrze komórkowym.

Zestawienie różnic między RNA i DNA:
  • RNA jest mniejszą cząsteczką biologiczną niż DNA, zazwyczaj utworzoną z pojedynczej nici nukleotydów.
  • Pentozą, która stanowi nukleotydy kwasu rybonukleinowego, jest ryboza.
  • Nukleotydy kwasu nukleinowego RNA są również znane jako rybonukleotydy.
  • Kwas nukleinowy RNA dzieli się z DNA tylko 3 zasadami azotowymi z 4. Zamiast tyminy, w rzeczywistości stanowi ona uracylową zasadę azotową.
  • RNA może znajdować się w różnych przedziałach komórki, od jądra do cytoplazmy.

streszczenie

Proces syntezy RNA opiera się na wewnątrzkomórkowym enzymie (tj. Znajdującym się wewnątrz komórki), zwanym polimerazą RNA (NB: enzym jest białkiem).

Polimeraza RNA komórki wykorzystuje DNA, obecne w jądrze tej samej komórki, jak gdyby było pleśnią, do tworzenia RNA.

Innymi słowy, jest to rodzaj kopiarki, która transkrybuje to, co sprowadza DNA z powrotem do innego języka, jakim jest RNA.

Ponadto ten proces syntezy RNA przez polimerazę RNA przybiera naukową nazwę transkrypcji .

Organizmy eukariotyczne, takie jak ludzie, posiadają 3 różne klasy polimeraz RNA: polimeraza RNA I, polimeraza RNA II i polimeraza RNA III.

Każda klasa polimerazy RNA tworzy określone typy RNA, które, jak czytelnik będzie w stanie ustalić w następnych rozdziałach, mają różne role biologiczne w kontekście życia komórkowego.

JAK DZIAŁA POLIMERYZACJA RNA

Polimeraza RNA jest w stanie:

  • Rozpoznaj na DNA miejsce, z którego rozpocznie się transkrypcja,
  • Zwiąż z DNA,
  • Oddzielić dwie nici polinukleotydowe DNA (które są utrzymywane razem wiązaniami wodorowymi między zasadami azotowymi), tak aby działały tylko na jednej nici, i
  • Rozpocznij syntezę transkryptu RNA.

Każdy z tych etapów ma miejsce zawsze, gdy polimeraza RNA ma zamiar przeprowadzić proces transkrypcji. Dlatego są to wszystkie obowiązkowe kroki.

Polimeraza RNA syntetyzuje cząsteczki RNA w kierunku 5 ' → 3' . Dodając rybonukleotydy do powstającej cząsteczki RNA, przesuwa się ona do nici DNA formy w kierunku 3 ' → 5' .

MODYFIKACJE TRANSKRYPCJI RNA

Po transkrypcji RNA ulega pewnym modyfikacjom, w tym: dodaniu niektórych sekwencji nukleotydowych na obu końcach, utracie tak zwanych intronów (proces znany jako splicing ) itp.

Dlatego, w odniesieniu do oryginalnego segmentu DNA, powstały RNA ma pewne różnice w stosunku do długości łańcucha polinukleotydowego (na ogół jest krótszy).

rodzaje

Istnieje kilka rodzajów RNA .

Najbardziej znane i badane są: transport RNA (lub transfer RNA lub tRNA ), informacyjny RNA (lub przekaźnik RNA lub mRNA ), rybosomalny RNA (lub rybosomalny RNA lub rRNA ) i mały jądrowy RNA (lub mały jądrowy RNA lub snRNA ).

Chociaż obejmują one różne specyficzne role, tRNA, mRNA, rRNA i snRNA przyczyniają się do realizacji wspólnego celu: syntezy białek, począwszy od sekwencji nukleotydowych obecnych w DNA.

Typy polimerazy RNA i RNA
Polimeraza RNA I

rRNA
Polimeraza RNA IImRNA i snRNA
Polimeraza RNA IIItRNA, szczególny typ rRNA i miRNA

INNE RODZAJE NADZORU RNA

W komórkach organizmów eukariotycznych naukowcy znaleźli inne typy RNA, oprócz 4 wymienionych powyżej. Na przykład:

  • Mikro RNA (lub miRNA ), które są włóknami o długości nieco większej niż 20 nukleotydów, i
  • RNA, który tworzy rybozymy . Rybozymy to cząsteczki RNA o aktywności katalitycznej, takie jak enzymy.

MiRNA i rybozymy uczestniczą również w procesie syntezy białek, podobnie jak tRNA, mRNA itp.

funkcja

RNA reprezentuje biologiczną makrocząsteczkę przejścia między DNA i białkami, tj. Długie biopolimery, których jednostkami molekularnymi są aminokwasy .

RNA jest porównywalny ze słownikiem informacji genetycznej, ponieważ umożliwia translację segmentów nukleotydowych DNA (które są wtedy tak zwanymi genami) na aminokwasy białek.

Jednym z najczęstszych opisów funkcji funkcjonalnej, pokrytej RNA, jest: „RNA to kwas nukleinowy zaangażowany w kodowanie, dekodowanie, regulację i ekspresję genów”.

RNA jest jednym z trzech kluczowych elementów tak zwanego centralnego dogmatu biologii molekularnej, który stwierdza: „RNA pochodzi z DNA, z którego z kolei pochodzą białka” ( DNA białka RNA ).

TRANSKRYPCJA I TŁUMACZENIE

W skrócie, transkrypcja to seria reakcji komórkowych, które prowadzą do tworzenia cząsteczek RNA, począwszy od DNA.

Z drugiej strony tłumaczenie jest zbiorem procesów komórkowych, które kończą się produkcją białek, począwszy od cząsteczek RNA wytwarzanych podczas procesu transkrypcji.

Biolodzy i genetycy ukuli termin „tłumaczenie”, ponieważ z języka nukleotydów przechodzimy do języka aminokwasów.

RODZAJE I FUNKCJE

Procesy transkrypcji i translacji widzą wszystkie wyżej wymienione typy ANN (tRNA, mRNA itp.) Jako bohaterów:

  • MRNA jest cząsteczką RNA kodującą białko . Innymi słowy, mRNA są białkami przed procesem translacji nukleotydów na aminokwasy białkowe.

    MRNA ulegają kilku modyfikacjom po ich transkrypcji.

  • TRNA to niekodujące cząsteczki RNA, ale nadal niezbędne do tworzenia białek. W rzeczywistości odgrywają kluczową rolę w rozszyfrowaniu tego, co raportują cząsteczki mRNA.

    Nazwa „transport RNA” wywodzi się z faktu, że te SSN noszą na sobie aminokwas. Dokładniej, każdy aminokwas odpowiada specyficznemu tRNA.

    TRNA oddziałują z mRNA poprzez trzy szczególne nukleotydy ich sekwencji.

  • RRNA są cząsteczkami RNA, które tworzą rybosomy . Rybosomy są złożonymi strukturami komórkowymi, które przemieszczając się wzdłuż mRNA, łączą aminokwasy białka.

    Ogólny rybosom zawiera w sobie kilka miejsc, w których jest w stanie pomieścić tRNA i sprawia, że ​​spotykają się z mRNA. To tutaj trzy szczególne nukleotydy wymienione powyżej oddziałują z informacyjnym RNA.

  • SnRNA są cząsteczkami RNA, które uczestniczą w procesie składania intronów na mRNA. Introny są krótkimi segmentami niekodujących mRNA, bezużytecznych do celów syntezy białek.
  • Rybozymy są cząsteczkami RNA, które w razie potrzeby katalizują cięcie włókien rybonukleotydowych .

Rysunek: tłumaczenie mRNA.