Všeobecnosť
RNA alebo ribonukleová kyselina je nukleová kyselina zapojená do procesov kódovania, dekódovania, regulácie a expresie génov. Gény sú viac -menej dlhé segmenty DNA, ktoré obsahujú základné informácie pre syntézu bielkovín.
Obrázok: Dusíkaté bázy v molekule RNA. Z wikipedia.org
Jednoducho povedané, RNA pochádza z DNA a predstavuje prechodovú molekulu medzi DNA a proteínmi. Niektorí vedci ho nazývajú „slovník prekladu jazyka DNA do jazyka bielkovín“.
Molekuly RNA pochádzajú z reťazca rôzneho počtu ribonukleotidov. Na tvorbe každého jednotlivého ribonukleotidu sa podieľa fosfátová skupina, dusíkatá báza a 5-uhlíkový cukor, nazývané ribóza.
Čo je to RNA?
RNA alebo ribonukleová kyselina je biologická makromolekula patriaca do kategórie nukleových kyselín, ktorá hrá ústrednú úlohu pri generovaní proteínov z DNA.
Generácia bielkovín (tiež biologických makromolekúl) zahŕňa sériu bunkových procesov, ktoré sa spoločne nazývajú syntéza bielkovín.
DNA, RNA a proteíny sú nevyhnutné pre zaistenie prežitia, vývoja a správneho fungovania buniek živých organizmov.
Čo je DNA?
DNA alebo deoxyribonukleová kyselina je spolu s RNA ďalšou prirodzene sa vyskytujúcou nukleovou kyselinou.
Štrukturálne podobná kyseline ribonukleovej je deoxyribonukleová kyselina genetickým dedičstvom, tj. „Skladom génov“, obsiahnutým v bunkách živých organizmov. Tvorba RNA a nepriamo aj bielkovín závisí od DNA.
HISTÓRIA RNA
Obrázok: ribóza a deoxyribóza
Výskum RNA sa začal po roku 1868, v roku, v ktorom Friedrich Miescher objavil nukleové kyseliny.
Prvé importované objavy v tomto ohľade sú datované medzi druhou polovicou „50 -tych rokov dvadsiateho storočia a prvou časťou“ 60 -tych rokov.Z vedcov, ktorí sa zúčastnili na týchto objavoch, si zaslúžia osobitnú zmienku: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies a Robert Holley.
V roku 1977 skupina vedcov pod vedením Philipa Sharpa a Richarda Robertsa proces rozlúštila spájanie intrónov.
V roku 1980 Thomas Cech a Sidney Altman identifikovali ribozymy.
* Poznámka: aby ste vedeli, čo sú zač spájanie intrónov a ribozýmov, pozri kapitoly venované syntéze ANN a funkciám.
Štruktúra
Z chemicko-biologického hľadiska je RNA biopolymér. Biopolyméry sú veľké prírodné molekuly, ktoré sú výsledkom spojenia mnohých menších molekulárnych jednotiek, nazývaných monoméry, v reťazcoch alebo vláknach.
Monoméry, ktoré tvoria RNA, sú nukleotidy.
ANN JE UŽITOČNE JEDNODUCHÝ REŤAZEC
Molekuly RNA sú zvyčajne tvorené jednoduchými reťazcami nukleotidov (polynukleotidové vlákna).
Dĺžka bunkových RNA sa pohybuje od menej ako stovky až po niekoľko tisíc nukleotidov.
Počet základných nukleotidov závisí od úlohy, ktorú hrá daná molekula.
Porovnanie s DNA
Na rozdiel od RNA je DNA biopolymér spravidla tvorený dvoma vláknami nukleotidov.
Tieto dve polynukleotidové vlákna majú dohromady opačnú orientáciu a obalujúc jedno s druhým, tvoria dvojitú špirálu známu ako „dvojitá špirála“.
Generická molekula ľudskej DNA môže obsahovať približne 3,3 miliardy nukleotidov na vlákno.
VŠEOBECNÁ ŠTRUKTÚRA NUCLEOTIDU
Podľa definície sú nukleotidy molekulárnymi jednotkami, ktoré tvoria nukleové kyseliny RNA a DNA.
Zo štrukturálneho hľadiska generický nukleotid vzniká spojením troch prvkov, ktorými sú:
- Fosfátová skupina, ktorá je derivátom kyseliny fosforečnej;
- Pentóza, to znamená cukor s 5 atómami uhlíka;
- Dusíkatá báza, ktorá je aromatickou heterocyklickou molekulou.
Pentóza predstavuje centrálny prvok nukleotidov, pretože sa na ňu viažu fosfátová skupina a dusíkatá báza.
Obrázok: Prvky, ktoré tvoria generický nukleotid nukleovej kyseliny. Ako je vidieť, fosfátová skupina a dusičná báza sa viažu na cukor.
Chemická väzba, ktorá drží pentózu a fosfátovú skupinu pohromade, je fosfodiesterová väzba, zatiaľ čo chemická väzba, ktorá viaže pentózu a dusíkatú zásadu, je N-glykozidová väzba.
ČO JE PENTÓZA RNA?
Predpoklad: chemici mysleli na číslovanie uhlíkov, ktoré tvoria organické molekuly, takým spôsobom, aby sa zjednodušilo ich štúdium a opis. Tu teda z 5 uhlíkov pentózy vzniká: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium priradenia čísel je dosť zložité, a preto považujeme za vhodné vynechať vysvetlenie.
Cukor s 5 uhlíkmi, ktorý rozlišuje nukleotidovú štruktúru RNA, je ribóza.
Z 5 atómov uhlíka ribózy si zaslúžia osobitnú zmienku:
- The uhlík 1, pretože to je to, čo sa viaže na dusíkovú bázu prostredníctvom N-glykozidickej väzby.
- The uhlík 2, pretože to je to, čo rozlišuje pentózu nukleotidov RNA od pentózy nukleotidov DNA. Na 2 uhlíky RNA sú napojené atóm kyslíka a atóm vodíka, ktoré spolu tvoria hydroxylovú skupinu OH.
- The uhlík 3, pretože je to ten, ktorý sa podieľa na väzbe medzi dvoma po sebe nasledujúcimi nukleotidmi.
- The uhlík 5, pretože to je to, čo sa pripája k fosfátovej skupine prostredníctvom fosfodiesterovej väzby.
Vďaka prítomnosti cukrovej ribózy majú nukleotidy RNA špecifický názov ribonukleotidy.
Porovnanie s DNA
Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy DNA, je deoxyribóza.
Deoxyribóza sa líši od ribózy nedostatkom atómov kyslíka na uhlíku 2.
Preto mu chýba hydroxylová skupina OH, ktorá charakterizuje 5-uhlíkový cukor RNA.
Vďaka prítomnosti deoxyribózového cukru sú DNA nukleotidy známe aj ako deoxyribonukleotidy.
TYPY NUCLEOTIDOV A ZÁKLADOV DUSÍKU
RNA má 4 rôzne typy nukleotidov.
Na rozlíšenie týchto 4 rôznych typov nukleotidov slúži iba dusíkatá báza.
Zo zrejmých dôvodov sú teda dusíkatými bázami RNA 4, konkrétne: adenín (skrátene A), guanín (G), cytozín (C) a uracil (U).
Adenín a guanín patria do triedy purínov, dvojkruhových aromatických heterocyklických zlúčenín.
Cytosín a uracil naopak patria do kategórie pyrimidínov, jednokruhových aromatických heterocyklických zlúčenín.
Porovnanie s DNA
Dusíkaté bázy, ktoré rozlišujú nukleotidy DNA, sú rovnaké ako v RNA, s výnimkou uracilu. Namiesto posledného písmena „c“ je dusíkatá báza nazývaná tymín (T), ktorá patrí do kategórie pyrimidínov.
ODKAZ MEZI NUCLEOTIDMI
Každý nukleotid tvoriaci akékoľvek vlákno RNA sa viaže na nasledujúci nukleotid pomocou fosfodiesterovej väzby medzi uhlíkom 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostredne nasledujúceho nukleotidu.
KONCE RNA Molekuly
Akýkoľvek polynukleotidový reťazec RNA má dva konce, známe ako 5 "koniec (čítaj„ koniec päť prime “) a koniec 3„ (čítaj „koniec tri prime“).
Biológovia a genetici podľa konvencie stanovili, že „koniec 5“ predstavuje hlavu reťazca RNA, zatiaľ čo „koniec 3“ predstavuje jeho chvost.
Z chemického hľadiska sa „5 koniec“ zhoduje s fosfátovou skupinou prvého nukleotidu polynukleotidového reťazca, zatiaľ čo „3 koniec“ sa zhoduje s hydroxylovou skupinou umiestnenou na uhlíku 3 posledného nukleotidu rovnakého reťazca.
Na základe tejto organizácie sú v knihách genetiky a molekulárnej biológie polynukleotidové vlákna akejkoľvek nukleovej kyseliny popísané nasledovne: P -5 "→ 3" -OH (* Poznámka: písmeno P označuje „ atóm fosforu fosfátovej skupiny).
Pri použití konceptov 5 "koniec a 3" koniec na jeden nukleotid, "5 koniec" tohto posledného je fosfátová skupina viazaná na uhlík 5, zatiaľ čo jeho 3 "koniec je hydroxylová skupina spojená s uhlíkom 3.
V oboch prípadoch s "vyzýva čitateľa, aby venoval pozornosť numerickej recidíve: koniec 5" - fosfátová skupina na uhlíku 5 a koniec 3 " - hydroxylová skupina na uhlíku 3.
Poloha
V jadrových (tj jadrových) bunkách živej bytosti sa molekuly RNA môžu nachádzať tak v jadre, ako aj v cytoplazme.
Táto široká lokalizácia závisí od skutočnosti, že niektoré z bunkových procesov, ktoré majú ako protagonista RNA, sa nachádzajú v jadre, zatiaľ čo iné prebiehajú v cytoplazme.
Porovnanie s DNA
DNA eukaryotických organizmov (teda aj ľudskej DNA) sa nachádza iba vo vnútri bunkového jadra.
- RNA je menšia biologická molekula ako DNA, zvyčajne pozostáva z jedného vlákna nukleotidov.
- Pentóza, ktorá tvorí nukleotidy ribonukleovej kyseliny, je ribóza.
- RNA nukleotidy sú tiež známe ako ribonukleotidy.
- RNA nukleovej kyseliny zdieľa s DNA iba 3 zo 4 dusíkatých báz. V skutočnosti má namiesto tymínu dusíkatú bázu uracil.
- RNA môže sídliť v rôznych kompartmentoch bunky, od jadra po cytoplazmu.
Syntéza
Proces syntézy RNA má ako svojho hlavného hrdinu intracelulárny enzým (tj. Umiestnený vo vnútri bunky), nazývaný RNA polymeráza (Poznámka: enzým je proteín).
RNA polymeráza bunky používa na vytvorenie RNA DNA prítomnú v jadre tej istej bunky, ako keby to bol templát.
Inými slovami, je to druh kopírky, ktorá prepisuje to, čo DNA uvádza, do iného jazyka, ktorým je „RNA“.
Navyše, tento proces syntézy RNA, pôsobením RNA polymerázy, má vedecký názov transkripcie.
Eukaryotické organizmy, ako sú ľudia, majú tri rôzne triedy RNA polymerázy: RNA polymerázu I, RNA polymerázu II a RNA polymerázu III.
Každá trieda RNA polymerázy vytvára konkrétne typy RNA, ktoré, ako bude čitateľ schopný zistiť v nasledujúcich kapitolách, majú v kontexte bunkového života rôzne biologické úlohy.
AKO FUNGUJE RNA POLYMERÁZA
„RNA polymeráza je schopná:
- Na DNA rozpoznajte miesto, z ktorého začať transkripciu,
- Viazať sa na DNA,
- Oddeľte dva polynukleotidové reťazce DNA (ktoré sú navzájom spojené vodíkovými väzbami medzi dusíkatými bázami) tak, aby pôsobili iba na jedno vlákno, a
- Začnite syntézou transkriptu RNA.
Každý z týchto krokov prebieha vždy, keď sa „transkripčný proces chystá vykonať RNA polymeráza. Preto sú to všetky povinné kroky“.
RNA polymeráza syntetizuje molekuly RNA v smere 5 "→ 3". Keď pridáva ribonukleotidy k rodiacej sa molekule RNA, pohybuje sa na vlákno templátu DNA v smere 3 "→ 5".
MODIFIKÁCIE PREPISU RNA
Po transkripcii prechádza RNA niekoľkými modifikáciami, vrátane: pridania niektorých sekvencií nukleotidov na oba konce, straty takzvaných intrónov (proces známy ako spájanie) atď.
Výsledná RNA má preto v porovnaní s pôvodným segmentom DNA určité rozdiely v dĺžke polynukleotidového reťazca (je spravidla kratšia).
Druhy
Existujú rôzne druhy RNA.
Najznámejšie a študované sú: „transportná RNA (alebo prenosová RNA alebo tRNA),„ messengerová RNA (alebo messengerová RNA alebo mRNA), „ribozomálna RNA (alebo ribozomálna RNA alebo rRNA) a malá jadrová RNA (alebo malá jadrová RNA alebo snRNA).
Aj keď hrajú rôzne špecifické úlohy, tRNA, mRNA, rRNA a snRNA prispievajú k dosiahnutiu spoločného cieľa: syntézy proteínov, vychádzajúcich z nukleotidových sekvencií prítomných v DNA.
STÁLE INÉ TYPY RNA
V bunkách eukaryotických organizmov našli vedci okrem 4 vyššie uvedených aj ďalšie druhy RNA. Napríklad:
- Mikro RNA (alebo miRNA), ktoré sú vláknami o niečo viac ako 20 nukleotidov, napr
- RNA, ktorá tvorí ribozýmy. Ribozýmy sú molekuly RNA s katalytickou aktivitou, podobne ako enzýmy.
MiRNA a ribozýmy sa tiež zúčastňujú na procese syntézy bielkovín, rovnako ako tRNA, mRNA atď.
Funkcia
RNA predstavuje biologickú makromolekulu prechodu medzi DNA a proteínmi, tj dlhé biopolyméry, ktorých molekulárnymi jednotkami sú aminokyseliny.
RNA je porovnateľná so slovníkom genetických informácií, pretože umožňuje prekladať nukleotidové segmenty DNA (ktoré sú potom takzvanými génmi) do aminokyselín bielkovín.
Jeden z najčastejších opisov funkčnej úlohy, ktorú hrá „RNA“, je: „RNA je„ nukleová kyselina zapojená do kódovania, dekódovania, regulácie a expresie génov “.
„RNA je jedným z troch kľúčových prvkov takzvanej centrálnej dogmy molekulárnej biológie, ktorá uvádza:„ Z DNA pochádza „RNA, z ktorej sú zase odvodené proteíny“ (DNA → RNA → proteíny).
PREPIS A PREKLAD
Stručne povedané, transkripcia je séria bunkových reakcií, ktoré vedú k tvorbe molekúl RNA, počínajúc DNA.
Translácia je na druhej strane súbor bunkových procesov, ktoré sa končia produkciou bielkovín, počínajúc molekulami RNA produkovanými počas transkripčného procesu.
Biológovia a genetici vytvorili termín „preklad“, pretože z jazyka nukleotidov prechádzame do jazyka aminokyselín.
TYPY A FUNKCIE
Procesy transkripcie a translácie vidia všetky vyššie uvedené typy RNA ako protagonistov (tRNA, mRNA atď.):
- MRNA je molekula RNA kódujúca proteín. Inými slovami, mRNA sú proteíny pred procesom translácie nukleotidov na aminokyseliny proteínov.
Po transkripcii mRNA prechádzajú niekoľkými modifikáciami. - TRNA sú nekódujúce molekuly RNA, ale napriek tomu sú nevyhnutné pre tvorbu bielkovín. V skutočnosti hrajú kľúčovú úlohu pri dešifrovaní toho, čo hlásia molekuly mRNA.
Názov „transportná RNA“ pochádza zo skutočnosti, že tieto RNA nesú na sebe aminokyselinu. Aby sme boli presnejší, každá aminokyselina zodpovedá konkrétnej tRNA.
TRNA interagujú s mRNA prostredníctvom troch konkrétnych nukleotidov v ich sekvencii. - RRNA sú molekuly RNA, ktoré tvoria ribozómy. Ribozómy sú komplexné bunkové štruktúry, ktoré sa pohybujú pozdĺž mRNA a spájajú aminokyseliny proteínu.
Generický ribozóm obsahuje niektoré miesta, kde je schopný uchovávať tRNA a dosiahnuť ich stret s mRNA. Práve tu tri konkrétne vyššie uvedené nukleotidy interagujú s mediátorovou RNA. - SnRNA sú molekuly RNA, ktoré sa zúčastňujú na procese spájanie intrónov prítomných na mRNA. Introny sú krátke segmenty nekódujúcej mRNA, nepoužiteľné na účely syntézy proteínov.
- Ribozýmy sú molekuly RNA, ktoré v prípade potreby katalyzujú strihanie ribonukleotidových vlákien.
Obrázok: preklad mRNA.
.jpg)
