ARN: FUNKCIE, ŠTRUKTÚRA A TYPY - BIOLÓGIE

RNA alebo RNA (ribonukleová kyselina) je typ nukleovej kyseliny prítomné v eukaryoty, prokaryot a vírusov. Je to nukleotidový polymér, ktorý obsahuje štyri typy dusíkatých báz vo svojej štruktúre: adenín, guanín, cytozín a uracil.

RNA sa všeobecne vyskytuje ako jediný pás (s výnimkou niektorých vírusov), lineárnym spôsobom alebo v rade komplexných štruktúr. RNA má v skutočnosti štrukturálnu dynamiku, ktorá nie je pozorovaná v dvojitej špirále DNA. Rôzne typy RNA majú veľmi rozmanité funkcie.

Ribozomálne RNA sú súčasťou ribozómov, štruktúr zodpovedných za syntézu proteínov v bunkách. Messengerové RNA fungujú ako sprostredkovatelia a prenášajú genetickú informáciu do ribozómu, ktorý prekladá správu z nukleotidovej sekvencie na aminokyselinovú sekvenciu.

Transferové RNA sú zodpovedné za aktiváciu a prenos rôznych typov aminokyselín - celkovo - 20 na ribozómy. Pre každú aminokyselinu existuje molekula transferovej RNA, ktorá rozpoznáva sekvenciu v messengerovej RNA.

Okrem toho existujú ďalšie typy RNA, ktoré sa priamo nezúčastňujú syntézy proteínov a podieľajú sa na regulácii génov.

štruktúra

Základnými jednotkami RNA sú nukleotidy. Každý nukleotid je tvorený dusíkatou bázou (adenín, guanín, cytozín a uracil), pentózou a fosfátovou skupinou.

nukleotidy

Dusíkaté bázy sú odvodené od dvoch základných zlúčenín: pyrimidínov a purínov.

Bázy odvodené od purínov sú adenín a guanín a bázami odvodenými od pyrimidínov sú cytozín a uracil. Aj keď sú to najbežnejšie bázy, nukleové kyseliny môžu mať aj iné typy báz, ktoré sú menej bežné.

Pokiaľ ide o pentózu, jedná sa o jednotky d-ribózy. Nukleotidy tvoriace RNA sa preto nazývajú „ribonukleotidy“.

RNA reťazec

Nukleotidy sú vzájomne spojené chemickými väzbami, ktoré zahŕňajú fosfátovú skupinu. Aby sa vytvorili, fosfátová skupina na 5 'konci nukleotidu je pripojená k hydroxylovej skupine (-OH) na 3' konci nasledujúceho nukleotidu, čím sa vytvorí fosfodiesterová väzba.

Pozdĺž reťazca nukleových kyselín majú fosfodiesterové väzby rovnakú orientáciu. Preto existuje polarita vlákna, rozlišujúca medzi 3 'a 5' koncom.

Konvenciou je štruktúra nukleových kyselín reprezentovaná 5 'koncom vľavo a 3' koncom vpravo.

Produkt RNA transkripcie je jednovláknový pás, ktorý sa otáča doprava, v špirálovitej konformácii skladaním báz. Interakcia medzi purínmi je oveľa väčšia ako interakcia medzi dvoma pyrimidínmi v dôsledku ich veľkosti.

V RNA nie je možné hovoriť o tradičnej sekundárnej štruktúre a referenciách, ako je dvojitá špirála DNA. Trojrozmerná štruktúra každej molekuly RNA je jedinečná a komplexná, porovnateľná so štruktúrou proteínov (logicky nemôžeme globalizovať štruktúru proteínov).

Sily, ktoré stabilizujú RNA

Existujú slabé interakcie, ktoré prispievajú k stabilizácii RNA, najmä stohovanie báz, kde sú krúžky umiestnené jeden nad druhým. Tento jav tiež prispieva k stabilite špirály DNA.

Ak molekula RNA nájde komplementárnu sekvenciu, môže sa spojiť a vytvoriť dvojvláknovú štruktúru, ktorá sa otočí doprava. Prevládajúcou formou je typ A; Pokiaľ ide o formy Z, boli iba preukázané v laboratóriu, zatiaľ čo forma B nebola dodržaná.

Všeobecne existujú krátke sekvencie (ako je UUGG), ktoré sú umiestnené na konci RNA a majú špecifickosť vytvárania stabilných slučiek. Táto sekvencia sa podieľa na skladaní trojrozmernej štruktúry RNA.

Okrem toho sa vodíkové väzby môžu tvoriť na iných miestach, ako sú typické dvojice báz (AU a CG). Jedna z týchto interakcií sa vyskytuje medzi 2'-OH ribózou s inými skupinami.

Vysvetlenie rôznych štruktúr nachádzajúcich sa v RNA slúži na preukázanie viacerých funkcií tejto nukleovej kyseliny.

Typy a funkcie RNA

Existujú dve triedy RNA: informačné a funkčné. Prvá skupina obsahuje RNA, ktoré sa zúčastňujú syntézy proteínov a fungujú ako sprostredkovatelia v procese; informačné RNA sú messengerové RNA.

Naproti tomu RNA patriace do druhej triedy, funkčných, nevytvárajú novú proteínovú molekulu a samotná RNA je konečným produktom. Sú to prenosové RNA a ribozomálne RNA.

V cicavčích bunkách je 80% RNA ribozomálna RNA, 15% je prenosová RNA a iba malá časť zodpovedá messengerovej RNA. Tieto tri typy spolupracujú na dosiahnutí biosyntézy proteínov.

Okrem iného existujú aj malé jadrové RNA, malé cytoplazmatické RNA a mikroRNA. Každý z najdôležitejších typov bude podrobne opísaný nižšie:

Messenger RNA

V eukaryotoch je DNA obmedzená na jadro, zatiaľ čo proteínová syntéza sa vyskytuje v cytoplazme bunky, kde sa nachádzajú ribozómy. Kvôli tejto priestorovej separácii musí existovať mediátor, ktorý prenáša správu z jadra do cytoplazmy a touto molekulou je messengerová RNA.

Messenger RNA, skrátená mRNA, je medziproduktová molekula, ktorá obsahuje informácie kódované v DNA a ktorá špecifikuje aminokyselinovú sekvenciu, ktorá poskytne funkčný proteín.

Termín messenger RNA navrhli v roku 1961 François Jacob a Jacques Monod na opis časti RNA, ktorá prenášala správu z DNA na ribozómy.

Proces syntézy mRNA z reťazca DNA je známy ako transkripcia a vyskytuje sa rozdielne medzi prokaryotmi a eukaryotmi.

Génová expresia je riadená niekoľkými faktormi a závisí od potrieb každej bunky. Transkripcia je rozdelená do troch fáz: iniciácia, predĺženie a ukončenie.

prepis

Proces replikácie DNA, ku ktorému dochádza v každom delení buniek, kopíruje celý chromozóm. Proces transkripcie je však oveľa selektívnejší, zaoberá sa iba spracovaním špecifických segmentov reťazca DNA a nevyžaduje primér.

V Escherichia coli - najlepšie študovanej baktérii v biologických vedách - začína transkripcia odvíjaním dvojitej špirály DNA a vytvára sa transkripčná slučka. Enzým RNA polymeráza je zodpovedná za syntézu RNA a ako pokračuje transkripcia, vlákno DNA sa vracia do pôvodného tvaru.

Začatie, predĺženie a ukončenie

Transkripcia sa nezačína na náhodných miestach molekuly DNA; na tento jav existujú špecializované stránky nazývané promotéri. V E. coli je RNA polymeráza spojená pár párov báz nad cieľovou oblasťou.

Sekvencie, v ktorých sú transkripčné faktory spojené, sú medzi rôznymi druhmi celkom konzervované. Jednou z najznámejších promótorových sekvencií je TATA box.

Pri predĺžení enzým RNA polymeráza pridáva nové nukleotidy na 3'-OH koniec, sledujúc smer 5 'až 3'. Hydroxylová skupina pôsobí ako nukleofil, ktorý útočí na alfa fosfát nukleotidu, ktorý sa má pridať. Táto reakcia uvoľňuje pyrofosfát.

Iba jeden z reťazcov DNA sa používa na syntézu messengerovej RNA, ktorá sa kopíruje v smere 3 'až 5' (antiparalelná forma nového vlákna RNA). Nukleotid, ktorý sa má pridať, musí zodpovedať párovaniu báz: páry U s A a G s C.

RNA polymeráza zastavuje proces, keď nájde oblasti bohaté na cytozín a guanín. Nakoniec je nová molekula RNA messenger oddelená od komplexu.

Transkripcia v prokaryotoch

V prokaryotoch môže molekula mediátora RNA kódovať viac ako jeden proteín.

Keď mRNA kóduje výlučne proteín alebo polypeptid, nazýva sa monocistronická mRNA, ale ak kóduje viac ako jeden proteínový produkt, mRNA je polycistronická (všimnite si, že v tomto kontexte sa výraz cistrón vzťahuje na gén).

Prepis v eukaryotoch

V eukaryotických organizmoch je veľká väčšina mRNA monocistronická a transkripčné mechanizmy sú v tejto línii organizmov oveľa komplexnejšie. Vyznačujú sa tým, že majú tri RNA polymerázy označené I, II a III, z ktorých každá má špecifické funkcie.

I je zodpovedný za syntézu pre-rRNA, II syntetizuje messengerové RNA a niektoré špeciálne RNA. Nakoniec sa III stará o transferové RNA, ribozomálny 5S a ďalšie malé RNA.

Messenger RNA v eukaryotoch

Messenger RNA prechádza radom špecifických modifikácií v eukaryotoch. Prvá zahŕňa pridanie „čiapky“ na koniec 5 '. Chemicky je viečko 7-metylguanozínový zvyšok pripojený ku koncu pomocou 5 ', 5'-trifosfátovej väzby.

Úlohou tejto zóny je chrániť RNA pred možnou degradáciou ribonukleázami (enzýmy, ktoré štiepia RNA na menšie zložky).

Ďalej dochádza k eliminácii 3 'konca a pridá sa 80 až 250 zvyškov adenínu. Táto štruktúra je známa ako „chvost“ polyA a slúži ako väzobné miesto pre rôzne proteíny. Keď prokaryont získa polyA chvost, má tendenciu stimulovať jeho degradáciu.

Na druhej strane je tento posol prepísaný intrónmi. Intróny sú sekvencie DNA, ktoré nie sú súčasťou génu, ale ktoré „prerušujú“ túto sekvenciu. Intróny sa neprekladajú, a preto sa musia z posla odstrániť.

Väčšina génov stavovcov má intróny, s výnimkou génov kódujúcich históny. Podobne sa počet intrónov v géne môže meniť od niekoľkých do desiatok z nich.

zostrih

Proces spletenia alebo spájania RNA zahrnuje odstránenie intrónov v messengerovej RNA.

Niektoré intróny nachádzajúce sa v jadrových alebo mitochondriálnych génoch môžu proces zostrihu vykonávať bez pomoci enzýmov alebo ATP. Namiesto toho sa tento proces uskutočňuje transesterifikačnými reakciami. Tento mechanizmus bol objavený v riasenej protozoálnej Tetrahymena thermophila.

Na rozdiel od toho existuje iná skupina poslov, ktorí nie sú schopní sprostredkovať svoje vlastné zostrihy, takže potrebujú ďalšie stroje. Do tejto skupiny patrí pomerne veľké množstvo jadrových génov.

Proces zostrihu je sprostredkovaný proteínovým komplexom nazývaným zostrihomozóm alebo zostrihový komplex. Systém sa skladá zo špecializovaných komplexov RNA nazývaných malé jadrové ribonukleoproteíny (RNP).

Existuje päť typov RNP: U1, U2, U4, U5 a U6, ktoré sa nachádzajú v jadre a sprostredkujú proces zostrihu.

Zostrih môže produkovať viac ako jeden typ proteínu - to je známe ako alternatívne zostrihnutie - pretože exóny sú usporiadané odlišne, čím sa vytvárajú odrody messengerovej RNA.

Ribozomálna RNA

Ribozomálna RNA, skrátená rRNA, sa nachádza v ribozómoch a podieľa sa na biosyntéze proteínov. Preto je nevyhnutnou súčasťou všetkých buniek.

Ribozomálna RNA sa asociuje s proteínovými molekulami (približne 100), čo vedie k vzniku ribozomálnych podjednotiek. Sú klasifikované v závislosti od ich sedimentačného koeficientu, označeného písmenom S pre jednotky Svedberg.

Ribozóm sa skladá z dvoch častí: hlavnej podjednotky a menšej podjednotky. Obidve podjednotky sa líšia medzi prokaryotmi a eukaryotami, čo sa týka koeficientu sedimentácie.

Prokaryoty majú veľkú 50S podjednotku a malú 30S podjednotku, zatiaľ čo v eukaryotoch je veľká podjednotka 60S a malá 40S.

Gény, ktoré kódujú ribozomálne RNA, sú v jadre, konkrétnej oblasti jadra, ktorá nie je ohraničená membránou. Ribozomálne RNA sú v tejto oblasti transkribované RNA polymerázou I.

V bunkách, ktoré syntetizujú veľké množstvo proteínov; jadro je významná štruktúra. Ak však príslušná bunka nevyžaduje veľké množstvo proteínových produktov, je jadro takmer nepostrehnuteľnou štruktúrou.

mikroRNA

MikroRNA alebo miRNA sú typom krátkych jednovláknových RNA medzi 21 a 23 nukleotidmi, ktorých funkciou je regulovať expresiu génov. Pretože sa neprekladá na proteín, často sa nazýva nekódujúca RNA.

Podobne ako iné typy RNA je spracovanie mikroRNA zložité a zahŕňa množstvo proteínov.

MikroRNA vznikajú z dlhších prekurzorov nazývaných mi-priRNA, pochádzajúcich z prvého prepisu génu. V jadre bunky sú tieto prekurzory modifikované v mikroprocesorovom komplexe a výsledkom je pre-miRNA.

Pre-miRNA je 70 nukleotidových vláseniek, ktoré sa v cytoplazme naďalej spracovávajú enzýmom nazývaným Dicer, ktorý zostavuje tlmiaci komplex indukovaný RNA (RISC) a nakoniec sa syntetizuje miRNA.

Tieto RNA sú schopné regulovať expresiu génov, pretože sú komplementárne k špecifickým messengerovým RNA. Spojením s ich cieľom sú miRNA schopné potlačiť posla alebo ho dokonca degradovať. V dôsledku toho ribozóm nemôže preložiť uvedený transkript.

Umlčanie RNA

Jedným konkrétnym typom mikroRNA sú malé interferujúce RNA (siRNA), tiež nazývané umlčajúce RNA. Sú to krátke RNA medzi 20 až 25 nukleotidmi, ktoré brzdia expresiu určitých génov.

Sú veľmi sľubnými nástrojmi pre výskum, pretože umožňujú umlčať záujmový gén, a tak študovať jeho možnú funkciu.

Rozdiely medzi DNA a RNA

Aj keď DNA a RNA sú nukleové kyseliny a na prvý pohľad môžu vyzerať veľmi podobne, líšia sa v niektorých svojich chemických a štrukturálnych vlastnostiach. DNA je dvojpásmová molekula, zatiaľ čo RNA je jednokopová.

Ako taká je RNA univerzálnejšia molekula a môže mať širokú škálu trojrozmerných tvarov. Niektoré vírusy však majú vo svojom genetickom materiáli dvojpásmovú RNA.

V RNA nukleotidoch je molekula cukru ribóza, zatiaľ čo v DNA je to deoxyribóza, ktorá sa líši iba v prítomnosti atómu kyslíka.

Fosfodiesterová väzba v hlavnom reťazci DNA a RNA je náchylná k pomalému procesu hydrolýzy bez prítomnosti enzýmov. Za alkalických podmienok sa RNA hydrolyzuje rýchlo - vďaka extra hydroxylovej skupine - zatiaľ čo DNA tak nie je.

Podobne dusíkaté bázy, ktoré tvoria nukleotidy v DNA, sú guanín, adenín, tymín a cytozín; naopak, v RNA je tymín nahradený uracilom. Uracil sa môže spárovať s adenínom rovnako ako tymín v DNA.

Pôvod a vývoj

RNA je jediná známa molekula schopná ukladať informácie a súčasne katalyzovať chemické reakcie; Z tohto dôvodu niekoľko autorov navrhuje, že molekula RNA bola rozhodujúca pre vznik života. Prekvapujúco sú substrátmi pre ribozómy ďalšie molekuly RNA.

Objavenie ribozýmov viedlo k biochemickej redefinícii „enzýmu“ - už predtým sa tento výraz používal výhradne pre proteíny s katalytickou aktivitou - a pomohol podporiť scenár, keď prvé formy života používali iba RNA ako genetický materiál.

Referencie

Alberts B, Johnson A, Lewis J, a kol. (2002). Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. New York: Garland Science. Z DNA na RNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
Campbell, NA, a Reece, JB (2007). Biológia. Panamerican Medical Ed.
Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, a kol. (1999). Moderná genetická analýza. New York: WH Freeman. Gény a RNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
Guyton, AC, Hall, JE, a Guyton, AC (2006). Zmluva o lekárskej fyziológii. Elsevier.
Hall, JE (2015). Guyton and Hall učebnica lekárskej fyziológie. Elsevier Health Sciences.
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, a kol. (2000) Molecular Cell Biology. 4. vydanie. New York: WH Freeman. Oddiel 11.6, Spracovanie rRNA a tRNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.

ARN: FUNKCIE, ŠTRUKTÚRA A TYPY - BIOLÓGIE - 2026