Fungsi, Struktur dan Jenis RNA



The RNA atau RNA (asid ribonukleat) adalah sejenis asid nukleik yang terdapat dalam organisma eukariotik, prokariote dan virus. Ia adalah polimer nukleotida yang mengandungi empat jenis asas nitrogen dalam strukturnya: adenine, guanine, cytosine dan uracil.

RNA biasanya dijumpai sebagai band tunggal (kecuali dalam sesetengah virus), secara linear atau membentuk satu siri struktur kompleks. Malah, RNA mempunyai dinamik struktur yang tidak diperhatikan dalam helix double DNA. Berbagai jenis RNA mempunyai fungsi yang sangat pelbagai.

RNA ribosom adalah sebahagian daripada ribosom, struktur yang bertanggungjawab untuk sintesis protein dalam sel. RNA messenger bertindak sebagai pengantara dan mengangkut maklumat genetik kepada ribosom, yang menerjemahkan mesej dari urutan nukleotida ke urutan asam amino.

Pemindahan RNA bertanggungjawab untuk mengaktifkan dan memindahkan pelbagai jenis asid amino -20 dalam jumlah- hingga ribosom. Terdapat pemindahan molekul RNA untuk setiap asid amino yang mengakui urutan RNA messenger.  

Di samping itu, terdapat jenis lain RNA yang tidak terlibat secara langsung dalam sintesis protein dan terlibat dalam peraturan gen.

Indeks

  • 1 Struktur
    • 1.1 Nukleotida
    • 1.2 Rantaian RNA
    • 1.3 Angkatan yang menstabilkan RNA
  • 2 Jenis RNA dan fungsi
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2.2 RNA ribosom
    • 2.3 Pemindahan RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • 2.5 Rute RNA
  • 3 Perbezaan antara DNA dan RNA
  • 4 Asal dan evolusi
  • 5 Rujukan

Struktur

Unit asas RNA ialah nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk oleh asas nitrogenus (adenine, guanine, cytosine dan uracil), pentosa dan kumpulan fosfat.

Nukleotida

Asas nitrogenus berasal dari dua sebatian asas: pirimidin dan purin.

Asas yang berasal dari purin adalah adenin dan guanine dan asas yang berasal dari pirimidina adalah sitosin dan uracil. Walaupun ini adalah pangkalan yang paling biasa, asid nukleat juga dapat memperlihatkan jenis pangkalan lain yang kurang kerap.

Bagi pentose, mereka adalah unit d-ribose. Oleh itu, nukleotida yang membentuk RNA dipanggil "ribonukleotides".

Rantaian RNA

Nukleotida dikaitkan bersama oleh ikatan kimia yang melibatkan kumpulan fosfat. Untuk menyediakan mereka, kumpulan fosfat daripada 5 'akhir satu nukleotida dikaitkan dengan kumpulan hidroksil (-OH) pada 3' akhir nukleotida yang akan datang, sekali gus mewujudkan pautan jenis phosphodiester.

Di sepanjang rantaian asid nukleik, ikatan fosfodiester mempunyai orientasi yang sama. Oleh itu, ada polaritas dari helai, membezakan antara 3 'dan 5' akhir.

Oleh konvensyen, struktur asid nukleik diwakili dengan 5 'hujung di sebelah kiri dan 3' hujung di sebelah kanan.

Produk RNA transkripsi DNA adalah rantaian mudah yang bertukar ke kanan, dalam bentuk heliks oleh susunan pangkalan. Interaksi antara purin adalah lebih besar daripada interaksi antara dua pirimidin, dengan saiznya.

Dalam RNA kita tidak boleh bercakap mengenai struktur dan rujukan sekunder tradisional, seperti helix double DNA. Struktur tiga dimensi setiap molekul RNA adalah unik dan kompleks, setanding dengan protein (secara logiknya, kita tidak boleh memajukan struktur protein).

Pasukan yang menstabilkan RNA

Terdapat interaksi yang lemah yang menyumbang kepada penstabilan RNA, terutamanya penyusunan pangkalan, di mana cincin terletak satu di atas yang lain. Fenomena ini juga menyumbang kepada kestabilan helix DNA.

Jika molekul RNA mendapati urutan komplementer, mereka boleh pasangan dan membentuk struktur rantai berganda yang beralih ke kanan. Bentuk utama adalah jenis A; Bagi borang Z, mereka hanya terbukti dalam makmal, manakala borang B tidak dipatuhi.

Secara amnya, terdapat urutan pendek (seperti UUGG) yang terletak pada akhir RNA dan mempunyai keunikan pembentukan gelung stabil. Urutan ini mengambil bahagian dalam lipatan struktur tiga dimensi RNA.

Di samping itu, ikatan hidrogen boleh dibentuk di tapak lain yang bukan pasangan asas biasa (AU dan CG). Salah satu daripada interaksi ini berlaku di antara 2'-OH ribose dengan kumpulan lain.

Pencairan pelbagai struktur yang terdapat di RNA telah menunjukkan pelbagai fungsi asid nukleik ini.

Jenis RNA dan fungsi

Terdapat dua jenis RNA: maklumat dan fungsinya. Kumpulan pertama termasuk RNA yang terlibat dalam sintesis protein dan berfungsi sebagai perantara proses; RNA maklumat adalah RNA utusan.

Sebaliknya, RNA milik kelas kedua, yang berfungsi, tidak menimbulkan molekul protein baru dan RNA itu sendiri adalah produk akhir. Ini adalah RNA pemindahan dan RNA ribosom.

Dalam sel mamalia, 80% RNA adalah RNA ribosom, 15% adalah pemindahan RNA dan hanya sebahagian kecil sepadan dengan RNA Rasul. Ketiga jenis ini bekerja secara kerjasama untuk mencapai biosintesis protein.

Terdapat juga RNA nuklear kecil, RNA sitoplasma kecil dan mikroRNA, antara lain. Seterusnya, setiap jenis yang paling penting akan diterangkan secara terperinci:

RNA Rasul

Dalam DNA eukariot terhad kepada nukleus, manakala sintesis protein berlaku dalam sitoplasma sel, di mana ribosom terletak. Untuk pemisahan ruang ini perlu menjadi orang tengah yang membawa mesej dari nukleus sitoplasma dan molekul yang messenger RNA.

Utusan RNA, mRNA singkatan, adalah molekul perantaraan yang mengandungi maklumat yang dikodkan dalam DNA yang menentukan urutan asid amino yang menghasilkan protein berfungsi.

Istilah utusan RNA telah dicadangkan pada tahun 1961 oleh Yakub dan Jacques Monod François untuk menggambarkan bahagian RNA memancar mesej daripada DNA untuk ribosom.

Proses sintesis dari mRNA dari sehelai DNA dikenali sebagai transkripsi dan berlaku secara berbeza antara prokariota dan eukariota. 

Ekspresi gen dikawal oleh beberapa faktor dan bergantung kepada keperluan setiap sel. Transkripsi dibahagikan kepada tiga peringkat: permulaan, pemanjangan dan penamatan.

Transkripsi

Proses replikasi DNA, yang berlaku di setiap bahagian sel, menyalin seluruh kromosom. Walau bagaimanapun, proses transkripsi adalah lebih selektif, hanya berurusan dengan memproses segmen tertentu pada helai DNA dan tidak memerlukan primer.

In Escherichia coli -bakterium yang terbaik dikaji dalam sains biologi - transkripsi bermula dengan pembukaan heliks ganda DNA dan gelung transkripsi terbentuk. Enzim polimerase RNA bertanggungjawab untuk mensintesis RNA dan, sebagai transkripsi diteruskan, benang DNA kembali ke bentuk aslinya.

Permulaan, pemanjangan dan penamatan

Transkripsi tidak dimulakan di tapak rawak dalam molekul DNA; ada tapak khusus untuk fenomena ini, yang dipanggil promotor. In E. coli polimerase RNA digabungkan dengan beberapa pasang asas di atas rantau putih.

Urutan di mana faktor-faktor transkripsi digabungkan agak dipelihara di kalangan spesies yang berbeza. Salah satu urutan promoter terkenal ialah kotak TATA.

Dalam pemanjangan, enzim RNA polymerase menambah nukleotida baru ke hujung 3'-OH, berikutan arah 5 'hingga 3'. Kumpulan hidroksil bertindak sebagai nukleofil, menyerang alfa fosfat nukleotida yang akan ditambah. Tindak balas ini mengeluarkan pirofosfat.

Hanya satu untaian DNA digunakan untuk mensintesis RNA Rasul, yang disalin semuanya 3 '5' (antiparallel bentuk baru strand RNA). Nukleotida yang akan ditambah harus mematuhi pasangan asas: U berpasangan dengan A, dan G dengan C.

Polimerase RNA menghentikan proses apabila ia mendapati kawasan yang kaya dengan cytosine dan guanine. Akhirnya, molekul RNA messenger baru dipisahkan dari kompleks.

Transkripsi dalam prokariot

Dalam prokariota, molekul RNA messenger boleh kod untuk lebih daripada satu protein.

Apabila mRNA mengekod secara eksklusif untuk protein atau polipeptida dipanggil mRNA monocistronic, tetapi lebih pengekodan produk protein adalah mRNA polycistronic (ambil perhatian bahawa dalam konteks ini istilah ini merujuk kepada cistron gen).

Transkripsi dalam eukariota

Dalam organisma eukariotik, sebahagian besar mRNA adalah monocistronic dan jentera transkrip adalah lebih kompleks dalam keturunan organisme ini. Mereka dicirikan dengan mempunyai tiga polimerase RNA, dilambangkan I, II dan III, masing-masing dengan fungsi tertentu.

Saya bertanggungjawab untuk mensintesis pra-rRNA, II mensintesiskan RNA utusan dan beberapa RNA khusus. Akhirnya, III bertanggungjawab untuk pemindahan RNA, ribosom 5S dan RNA kecil yang lain.

RNA Rasul dalam eukariota

Rasul RNA menjalani satu siri pengubahsuaian tertentu dalam eukariota. Yang pertama melibatkan penambahan "cap" pada akhir 5 '. Secara kimia, topi adalah sisa 7-methylguanosine berlabuh ke hujung dengan ikatan jenis 5 ', 5'-trifosfat.

Fungsi zon ini adalah untuk melindungi RNA dari kemerosotan mungkin oleh ribonucleases (enzim yang merendahkan RNA ke komponen yang lebih kecil).

Di samping itu, penghapusan akhir 3 'berlaku dan 80 hingga 250 residu adenin ditambah. Struktur ini dikenali sebagai "ekor" polyA dan berfungsi sebagai zon mengikat bagi beberapa protein. Apabila seorang prokariot memperoleh poli ekor cenderung untuk merangsang degradasinya.

Sebaliknya, utusan ini disalin dengan intron. Intron adalah urutan DNA yang bukan sebahagian daripada gen tetapi "mengganggu" urutan. Intron tidak diterjemahkan dan oleh itu mesti dikeluarkan dari utusan.

Kebanyakan gen vertebrata mempunyai introns, kecuali gen yang kod untuk histones. Begitu juga, bilangan intron dalam gen boleh berbeza dari beberapa hingga berpuluh-puluh ini.

Penyambungan RNA

Splicing Proses RNA atau splicing melibatkan penyingkiran intron dalam RNA utusan.

Beberapa intron yang terdapat dalam gen nuklear atau mitokondria boleh melakukan proses splicing tanpa bantuan enzim atau ATP. Sebaliknya, proses itu dilakukan oleh tindak balas transesterifikasi. Mekanisme ini ditemui di protozoon bersilang Tetrahymena thermophila.

Sebaliknya, terdapat satu lagi kumpulan utusan yang tidak dapat menengahi mereka sendiri splicing, jadi mereka memerlukan jentera tambahan. Kepada kumpulan ini kepunyaan gen nuklear yang agak tinggi.

Proses splicing ia ditengah oleh kompleks protein yang dipanggil kompleks spiceosome atau splicing. Sistem ini terdiri daripada kompleks RNA khusus yang dikenali sebagai ribonucleoprotein kecil nuklear (RNP).

Terdapat lima jenis RNP: U1, U2, U4, U5 dan U6, yang terdapat dalam nukleus dan menengah proses splicing.

The splicing boleh menghasilkan lebih daripada satu jenis protein - ini dikenali sebagai splicing alternatif, kerana exon diatur secara berbeza, mewujudkan pelbagai RNA utusan.

RNA Ribosom

Ribosom RNA, disingkat rRNA, dijumpai dalam ribosom dan mengambil bahagian dalam biosintesis protein. Oleh itu, ia adalah komponen penting bagi semua sel.

RNA ribosomal dikaitkan dengan molekul protein (kira-kira 100, kira-kira) untuk menimbulkan presubunidades ribosom. Mereka dikelaskan bergantung kepada pekali sedimentasi mereka, yang ditandakan dengan huruf S dari unit Svedberg.

Ribosom terdiri daripada dua bahagian: subunit utama dan subunit kecil. Kedua-dua subunit berbeza antara prokariot dan eukariota dari segi pekali pemendapan.

Prokariote mempunyai subunit 50S besar dan subunit kecil 30S, manakala dalam eukariota subunit besar ialah 60S dan subunit kecil 40S.

Gen-gen yang kod untuk RNA ribosom berada dalam nukleolus, kawasan tertentu nukleus yang tidak dibatasi oleh membran. RNA ribosomal ditranskripsikan di rantau ini oleh RNA polimerase I.

Dalam sel yang mensintesis sejumlah besar protein; Nukleolus adalah struktur yang menonjol. Walau bagaimanapun, apabila sel yang dimaksudkan tidak memerlukan sejumlah besar produk protein, nukleolus adalah struktur yang hampir tidak dapat dilihat..

Pemprosesan RNA ribosom

Subunit ribosom 60S besar dikaitkan dengan serpihan 28S dan 5.8S. Berkenaan dengan subunit kecil (40S), ia dikaitkan dengan 18S.

Dalam eukariot lebih tinggi, pra-rRNA dikodkan dalam unit transkripsi 45S melibatkan RNA polymerase I. transkrip ini diproses dalam RNA ribosom matang 28S, 18S dan 5.8S.

Sebagai sintesis terus, pra-rRNA dikaitkan dengan protein yang berlainan dan membentuk zarah ribonucleoprotein. Ini menjalani satu siri pengubahsuaian berikutnya yang termasuk metilasi kumpulan ribuan 2'-OH dan penukaran residu uridin kepada pseudouridine..

Wilayah di mana perubahan ini akan berlaku dikawal oleh lebih daripada 150 molekul RNA nucleolar kecil, yang mempunyai keupayaan untuk melekat pada pre-rRNA.

Bertentangan dengan lain pra-rRNA, 5S ditranskripsikan oleh RNA polymerase III dalam nucleoplasm dan tidak di dalam nucleolus. Setelah disintesis, ia dibawa ke nukleolus untuk dipasang dengan 28S dan 5.8S, membentuk unit ribosom.

Pada akhir proses perhimpunan, subunit dipindahkan ke sitoplasma oleh liang nuklear.

Polyribosomes

Ia boleh berlaku bahawa molekul RNA messenger memberi asal kepada beberapa protein pada masa yang sama, yang bergabung dengan lebih daripada satu ribosom. Apabila proses terjemahan berlangsung, penghujung utusan itu adalah percuma dan boleh diambil oleh ribosom lain, memulakan sintesis baru.

Oleh itu, ia adalah perkara biasa untuk ribosom dikumpulkan (3 hingga 10) dalam molekul tunggal utusan RNA, dan kumpulan ini dipanggil polyribosome.

Pemindahan RNA

RNA pemindahan bertanggungjawab untuk memindahkan asam amino sebagai proses sintesis protein berlangsung. Mereka terdiri daripada kira-kira 80 nukleotida (berbanding RNA messenger, ia adalah "molekul" kecil).

Struktur ini mempunyai lipatan dan salib yang menyerupai trefoil dengan tiga lengan. Pada satu hujung adalah cincin adenylic, di mana kumpulan hidroksil ribosa mengantara mengikat kepada asid amino untuk diangkut.

Pelbagai pemindahan RNA digabungkan secara eksklusif dengan salah satu daripada dua puluh asid amino yang membentuk protein; dengan kata lain, ia adalah kenderaan yang mengangkut blok bangunan asas protein. Pemindahan kompleks RNA bersama-sama dengan asid amino dipanggil aminoacyl-tRNA.

Di samping itu, dalam proses terjemahan - yang berlaku terima kasih kepada ribosom - setiap RNA pemindahan mengiktiraf kodod tertentu dalam RNA messenger. Apabila diiktiraf, asid amino yang sesuai dibebaskan dan menjadi sebahagian daripada peptida yang disintesis.

Untuk mengenali jenis asid amino yang mesti disampaikan, RNA mempunyai "antikodon" yang terletak di kawasan tengah molekul. Anticodon ini dapat membentuk ikatan hidrogen dengan asas-asas pelengkap yang terdapat dalam DNA utusan.

MicroRNA

MikroRNA atau mRNA adalah sejenis RNA tunggal terkandas, antara 21 dan 23 nukleotida, yang fungsinya mengawal ekspresi gen. Kerana ia tidak diterjemahkan kepada protein, ia biasanya dipanggil RNA bukan pengekodan.

Seperti jenis RNA yang lain, pemprosesan mikroRNA adalah rumit dan melibatkan satu siri protein.

MikroRNA timbul daripada prekursor lebih lama yang dipanggil mRNA-pri, yang diperoleh daripada transkrip pertama gen. Di dalam nukleus sel, prekursor ini diubahsuai dalam kompleks mikropemproses dan hasilnya adalah pra-miRNA..

Pra-miRNA adalah garpu 70 nukleotida terus pemprosesan dalam sitoplasma oleh enzim yang dipanggil Dicer, yang menyertai miRNA RNA yang disebabkan mendiamkan kompleks (RISC) dan akhirnya disintesis kompleks.

RNA ini mampu mengatur ekspresi gen, kerana ia adalah pelengkap kepada RNA messenger tertentu. Apabila ditambah dengan sasaran mereka, miRNAs dapat menindas utusan itu, atau malah merendahkannya. Akibatnya, ribosom tidak boleh menterjemahkan transkrip tersebut.

Menyenyapkan RNA

Jenis mikroRNA tertentu adalah RNA mengganggu kecil (siRNA), yang juga dikenali sebagai RNA membilas. Mereka adalah RNA pendek, antara 20 hingga 25 nukleotida, yang menghalang ekspresi gen tertentu.

Mereka adalah instrumen yang sangat menjanjikan untuk penyelidikan, kerana ia membolehkan membubiri gen minat dan dengan demikian mengkaji fungsi yang mungkin.

Perbezaan antara DNA dan RNA

Walaupun DNA dan RNA adalah asid nukleik dan kelihatan sangat serupa pada pandangan pertama, mereka berbeza dalam beberapa sifat kimia dan struktur mereka. DNA adalah molekul dua jalur, manakala RNA adalah band yang mudah.

Oleh itu, RNA adalah molekul yang lebih serba boleh dan boleh menggunakan pelbagai bentuk tiga dimensi yang besar. Walau bagaimanapun, virus tertentu mempunyai RNA terkandas dalam bahan genetik mereka.

nukleotida RNA dalam molekul gula yang ribose, manakala DNA adalah deoxyribose satu, yang berbeza hanya dengan kehadiran atom oksigen.

Ikatan fosfodiester dalam rangka DNA dan RNA terdedah untuk menjalani proses hidrolisis perlahan dan tanpa kehadiran enzim. Di bawah keadaan kealkalian, RNA dengan cepat dihidrolisis - terima kasih kepada kumpulan hidroksil tambahan -, sedangkan DNA tidak.

Begitu juga, asas nitrogen yang membentuk nukleotida dalam DNA adalah guanine, adenine, timin dan sitosin; Sebaliknya, dalam RNA timina digantikan oleh uracil. Uracil boleh dipasangkan dengan adenina, sama seperti timin dalam DNA.

Asal dan evolusi

RNA adalah satu-satunya molekul yang diketahui mampu menyimpan maklumat dan mempercepat tindak balas kimia pada masa yang sama; oleh itu, beberapa penulis mencadangkan bahawa molekul RNA adalah penting pada asal usul kehidupan. Yang mengejutkan, substrat ribosom adalah molekul RNA yang lain.

Penemuan ribozymes Lleó definisi biokimia "enzim" -since sebelum istilah ini hanya digunakan untuk protein dengan aktiviti catalytically, dan membantu menyokong senario di mana bentuk-bentuk pertama kehidupan digunakan sebagai bahan genetik hanya RNA.

Rujukan

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologi Molekul Sel. Edisi ke-4. New York: Sains Garland. Dari DNA ke RNA. Boleh didapati di: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biokimia. Saya balik.
  3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Analisis Genetik Moden. New York: W. H. Freeman. Gen dan RNA. Boleh didapati di: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J. E., & Guyton, A.C. (2006). Perjanjian fisiologi perubatan. Elsevier.
  6. Hall, J. E. (2015). Buku teks Guyton dan Hall e-Book fisiologi perubatan. Elsevier Health Sciences.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Biologi Sel Molekul. Edisi ke-4. New York: W. H. Freeman. Seksyen 11.6, Pemprosesan rRNA dan tRNA. Boleh didapati di: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Prinsip-prinsip biokimia. Macmillan.