Zdieľam:
Funkcie RNA, štruktúra a typy
RNA alebo RNA (ribonukleová kyselina) je typ nukleovej kyseliny prítomnej v eukaryotických organizmoch, prokaryotoch a vírusoch. Je to polymér nukleotidov, ktorý vo svojej štruktúre obsahuje štyri typy dusíkatých báz: adenín, guanín, cytozín a uracil.
RNA sa všeobecne nachádza ako jediný pás (s výnimkou niektorých vírusov), lineárne alebo tvoriaci sériu komplexných štruktúr. V skutočnosti má RNA štrukturálnu dynamiku, ktorá sa nepozoruje v dvojitej skrutkovici DNA. Rôzne typy RNA majú veľmi rôznorodé funkcie.
Ribozomálne RNA sú súčasťou ribozómov, štruktúr zodpovedných za syntézu proteínov v bunkách. Messengerové RNA pôsobia ako sprostredkovatelia a prenášajú genetickú informáciu do ribozómu, čo prenáša správu z nukleotidovej sekvencie na aminokyselinovú sekvenciu..
Prenosové RNA sú zodpovedné za aktiváciu a prenos rôznych typov aminokyselín -20 celkovo do ribozómov. Pre každú aminokyselinu existuje molekula transferovej RNA, ktorá rozpoznáva sekvenciu v mediátorovej RNA.
Okrem toho existujú aj iné typy RNA, ktoré nie sú priamo zapojené do syntézy proteínov a podieľajú sa na regulácii génov.
index
- 1 Štruktúra
- 1.1 Nukleotidy
- 1.2 RNA reťazec
- 1.3 Sily, ktoré stabilizujú RNA
- 2 Typy RNA a funkcie
- 2.1 Messenger RNA
- 2,2 ribozomálnej RNA
- 2.3 Prenos RNA
- 2.4 MicroRNA
- 2,5 mute RNA
- 3 Rozdiely medzi DNA a RNA
- 4 Pôvod a vývoj
- 5 Referencie
štruktúra
Základné jednotky RNA sú nukleotidy. Každý nukleotid je tvorený dusíkatou bázou (adenín, guanín, cytozín a uracil), pentózou a fosfátovou skupinou..
nukleotid
Dusíkaté bázy sú odvodené z dvoch základných zlúčenín: pyrimidínov a purínov.
Bázy odvodené od purínov sú adenín a guanín a bázami odvodenými od pyrimidínov sú cytozín a uracil. Hoci ide o najbežnejšie bázy, nukleové kyseliny môžu tiež predstavovať iné typy báz, ktoré sú menej časté.
Pokiaľ ide o pentózu, sú to jednotky typu d-ribose. Nukleotidy, ktoré tvoria RNA, sa preto nazývajú "ribonukleotidy"..
RNA reťazec
Nukleotidy sú spojené chemickými väzbami, ktoré zahŕňajú fosfátovú skupinu. Na ich vytvorenie sa fosfátová skupina na 5 'konci nukleotidu pripojí k hydroxylovej skupine (-OH) na 3' konci nasledujúceho nukleotidu, čím sa vytvorí väzba fosfodiesterového typu..
Pozdĺž reťazca nukleovej kyseliny majú fosfodiesterové väzby rovnakú orientáciu. Preto existuje polarita vlákna, ktorá rozlišuje medzi 3 'a 5' koncom.
Podľa konvencie je štruktúra nukleových kyselín reprezentovaná 5 'koncom vľavo a 3' koncom vpravo.
Produkt RNA transkripcie DNA je jednoduchý reťazec, ktorý sa otáča doprava, v skrutkovitej konformácii stohovaním báz. Interakcia medzi purínmi je omnoho väčšia ako interakcia medzi dvoma pyrimidínmi, podľa veľkosti.
V RNA nemôžeme hovoriť o tradičnej sekundárnej štruktúre a referencii, ako je dvojitá špirála DNA. Trojrozmerná štruktúra každej molekuly RNA je jedinečná a komplexná, porovnateľná s proteínmi (logicky nemôžeme globalizovať štruktúru proteínov).
Sily, ktoré stabilizujú RNA
Existujú slabé interakcie, ktoré prispievajú k stabilizácii RNA, najmä k ukladaniu báz, kde sú prstence umiestnené nad sebou. Tento jav tiež prispieva k stabilite skrutkovice DNA.
Ak molekula RNA nájde komplementárnu sekvenciu, môže sa spojiť a vytvoriť štruktúru s dvoma reťazcami, ktorá sa otáča doprava. Prevažujúca forma je typ A; rovnako ako v prípade foriem Z, dokazujú sa iba v laboratóriu, zatiaľ čo forma B nebola pozorovaná.
Vo všeobecnosti existujú krátke sekvencie (ako UUGG), ktoré sú umiestnené na konci RNA a majú zvláštnosť tvorby slučky stabilný. Táto sekvencia sa podieľa na skladaní trojrozmernej štruktúry RNA.
Okrem toho môžu byť vytvorené vodíkové väzby na iných miestach, ktoré nie sú typickými pármi báz (AU a CG). Jedna z týchto interakcií sa vyskytuje medzi 2'-OH ribózy s inými skupinami.
Riedenie rôznych štruktúr nachádzajúcich sa v RNA slúžilo na demonštrovanie viacerých funkcií tejto nukleovej kyseliny.
Druhy RNA a funkcie
Existujú dva druhy RNA: informačná a funkčná. Prvá skupina zahŕňa RNA, ktoré sa zúčastňujú syntézy proteínov a fungujú ako sprostredkovatelia procesu; informačné RNA sú mediátorové RNA.
Naopak, RNA patriace do druhej triedy, funkčné, nevedú k vzniku novej proteínovej molekuly a samotná RNA je konečným produktom. Sú to transferové RNA a ribozomálne RNA.
V cicavčích bunkách je 80% RNA ribozomálna RNA, 15% je transferová RNA a iba malá časť zodpovedá mediátorovej RNA. Tieto tri typy spolupracujú na dosiahnutí biosyntézy proteínov.
Medzi inými sú tiež malé nukleárne RNA, malé cytoplazmatické RNA a mikroRNA. Ďalej bude podrobne opísaný každý z najdôležitejších typov:
Messenger RNA
V eukaryotoch je DNA obmedzená na jadro, zatiaľ čo syntéza proteínov prebieha v cytoplazme bunky, kde sa nachádzajú ribozómy. Pre túto priestorovú separáciu musí byť mediátor, ktorý prenáša správu z jadra do cytoplazmy a táto molekula je mediátorová RNA..
Messengerová RNA, skrátená mRNA, je intermediárna molekula, ktorá obsahuje informácie kódované v DNA a ktorá špecifikuje sekvenciu aminokyselín, ktorá poskytne vznik funkčného proteínu..
Termín messenger RNA bol navrhnutý v roku 1961 François Jacob a Jacques Monod, aby opísali časť RNA, ktorá prenášala správu z DNA na ribozómy..
Proces syntézy mRNA z vlákna DNA je známy ako transkripcia a vyskytuje sa diferenciálne medzi prokaryotmi a eukaryotmi..
Expresia génu sa riadi niekoľkými faktormi a závisí od potrieb každej bunky. Transkripcia je rozdelená do troch fáz: iniciácia, predĺženie a ukončenie.
transkripcie
Proces replikácie DNA, ku ktorému dochádza v každom bunkovom delení, kopíruje celý chromozóm. Proces transkripcie je však oveľa selektívnejší, týka sa len spracovania špecifických segmentov reťazca DNA a nevyžaduje primér.
v Escherichia coli -baktéria najlepšie študovaná v biologických vedách - transkripcia začína odvíjaním dvojitej špirály DNA a vytvára sa transkripčná slučka. Enzým RNA polymeráza je zodpovedný za syntézu RNA a, ako transkripcia pokračuje, reťazec DNA sa vracia do svojej pôvodnej formy.
Začatie, predĺženie a ukončenie
Transkripcia nie je iniciovaná v náhodných miestach molekuly DNA; existujú špecializované miesta pre tento fenomén, nazývané promótory. v E. coli RNA polymeráza je viazaná na pár párov báz nad bielu oblasť.
Sekvencie, v ktorých sú transkripčné faktory spojené, sú medzi rôznymi druhmi pomerne zachované. Jednou z najznámejších promótorových sekvencií je box TATA.
Pri predlžovaní enzým RNA polymerázy pridáva nové nukleotidy na 3'-OH koniec, v smere 5 'až 3'. Hydroxylová skupina pôsobí ako nukleofil, ktorý napáda alfa fosfát nukleotidu, ktorý bude pridaný. Táto reakcia uvoľní pyrofosfát.
Len jedno vlákno DNA sa používa na syntézu mediátorovej RNA, ktorá sa kopíruje v smere 3 'až 5' (antiparalelná forma nového reťazca RNA). Nukleotid, ktorý bude pridaný, musí byť v súlade s párovaním báz: U párovanie s A a G s C.
RNA polymeráza zastavuje proces, keď nájde oblasti bohaté na cytozín a guanín. Nakoniec sa nová molekula messenger RNA oddelí od komplexu.
Transkripcia v prokaryotoch
V prokaryotoch môže molekula messenger RNA kódovať viac ako jeden proteín.
Keď mRNA kóduje výhradne pre proteín alebo polypeptid, nazýva sa monistronická mRNA, ale ak kodifikuje viac ako jeden proteínový produkt, mRNA je polycistronická (všimnite si, že v tomto kontexte termín cistron označuje gén).
Transkripcia v eukaryotoch
V eukaryotických organizmoch je prevažná väčšina mRNAs monocistronická a transkripčné zariadenie je v tejto línii organizmov oveľa komplexnejšie. Sú charakterizované tým, že majú tri RNA polymerázy, označené I, II a III, z ktorých každá má špecifické funkcie.
Je zodpovedný za syntézu pre-rRNA, II syntetizuje messenger RNA a niektoré špeciálne RNA. Nakoniec, III je zodpovedný za transferovú RNA, 5S ribozóm a inú malú RNA.
Messenger RNA v eukaryotoch
Messenger RNA podlieha sérii špecifických modifikácií v eukaryotoch. Prvý zahŕňa pridanie "čiapočky" k 5 'koncu. Chemicky je uzáver zvyškom 7-metylguanozínu ukotveným na konci väzbou typu 5 ', 5'-trifosfátu.
Funkciou tejto zóny je chrániť RNA pred možnou degradáciou ribonukleázami (enzýmy, ktoré degradujú RNA na menšie zložky)..
Okrem toho dochádza k odstráneniu 3 'konca a pridá sa 80 až 250 zvyškov adenínu. Táto štruktúra je známa ako polyA "chvost" a slúži ako väzbová zóna pre niekoľko proteínov. Keď prokaryote získa chvostovú polyA má tendenciu stimulovať jeho degradáciu.
Na druhej strane je tento posol prepísaný intrónmi. Intróny sú sekvencie DNA, ktoré nie sú súčasťou génu, ale "prerušujú" sekvenciu. Intróny nie sú preložené a preto musia byť odstránené z posla.
Väčšina génov stavovcov má intróny, okrem génov, ktoré kódujú históny. Podobne sa počet intrónov v géne môže líšiť od niekoľkých do desiatok z nich.
spájanie RNA
Splicing RNA alebo proces zostrihu zahŕňa odstránenie intrónov v mediátorovej RNA.
Niektoré intróny nachádzajúce sa v jadrových alebo mitochondriálnych génoch môžu vykonávať proces spájanie bez pomoci enzýmov alebo ATP. Spôsob sa uskutočňuje transesterifikačnými reakciami. Tento mechanizmus bol objavený v riasinkovom protozoóne Tetrahymena thermophila.
Na rozdiel od toho existuje iná skupina poslov, ktorí nie sú schopní sprostredkovať svoje vlastné spájanie, potrebujú ďalšie stroje. Do tejto skupiny patrí pomerne vysoký počet jadrových génov.
Proces spájanie je sprostredkovaný proteínovým komplexom nazývaným spiceozóm alebo zostrihový komplex. Systém sa skladá zo špecializovaných komplexov RNA nazývaných nukleárne malé ribonukleoproteíny (RNP)..
Existuje päť typov RNP: U1, U2, U4, U5 a U6, ktoré sa nachádzajú v jadre a sprostredkujú proces spájanie.
spájanie môže produkovať viac ako jeden typ proteínu - to je známe ako spájanie alternatívne, pretože exóny sú usporiadané diferencovane, čím sa vytvárajú odrody mediátorovej RNA.
Ribozomálna RNA
Ribozomálna RNA, skrátená rRNA, sa nachádza v ribozómoch a podieľa sa na biosyntéze proteínov. Preto je nevyhnutnou zložkou všetkých buniek.
Ribozomálna RNA je asociovaná s proteínovými molekulami (približne 100, približne), čo vedie k vzniku ribozomálnych presubunidád. Sú klasifikované v závislosti od ich sedimentačného koeficientu, označeného písmenom S jednotiek Svedberg.
Ribozóm sa skladá z dvoch častí: hlavnej podjednotky a vedľajšej podjednotky. Obidve podjednotky sa líšia medzi prokaryotmi a eukaryotami z hľadiska sedimentačného koeficientu.
Prokaryoty majú veľkú podjednotku 50S a malú podjednotku 30S, zatiaľ čo u eukaryotov je veľkou podjednotkou 60S a malá podjednotka 40S.
Gény, ktoré kódujú ribozomálne RNA, sú v jadre, konkrétnej oblasti jadra, ktorá nie je viazaná membránou. Ribozomálne RNA sú v tejto oblasti transkribované RNA polymerázou I.
V bunkách, ktoré syntetizujú veľké množstvá proteínov; Nukleolus je prominentná štruktúra. Keď však predmetná bunka nevyžaduje vysoký počet proteínových produktov, nukleolus je takmer nepostrehnuteľná štruktúra..
Spracovanie ribozomálnej RNA
Veľká 60S ribozomálna podjednotka je spojená s fragmentmi 28S a 5,8S. Pokiaľ ide o malú podjednotku (40S), je spojená s 18S.
Vo vyšších eukaryotoch je pre-rRNA kódovaná v transkripčnej jednotke 45S, ktorá zahŕňa RNA polymerázu I. Tento transkript je spracovaný v zrelých ribozomálnych RNA 28S, 18S a 5,8S.
Ako syntéza pokračuje, pre-rRNA je asociovaná s rôznymi proteínmi a tvorí ribonukleoproteínové častice. Toto podlieha sérii následných modifikácií, ktoré zahŕňajú metyláciu 2'-OH skupiny ribózy a konverziu zvyškov uridínu na pseudouridín..
Región, v ktorom sa tieto zmeny vyskytnú, je riadený viac ako 150 malými nukleolarnovými RNA molekulami, ktoré majú schopnosť pripojiť sa na pre-rRNA.
Na rozdiel od zvyšku pre-rRNA je 5S transkribovaná RNA polymerázou III v nukleoplazme a nie vnútri jadra. Po syntéze sa odoberie do nukleolu, aby sa zhromaždil s 28S a 5,8S, čím sa vytvoria ribozomálne jednotky..
Na konci procesu montáže sa podjednotky prenášajú do cytoplazmy jadrovými pórmi.
polyribosomes
Môže sa stať, že molekula mediátorovej RNA pochádza z niekoľkých proteínov naraz a spája viac ako jeden ribozóm. Ako postup prekladu postupuje, koniec posla je voľný a môže ho zachytiť iný ribozóm, čím sa začína nová syntéza..
Preto je bežné nájsť ribozómy zoskupené (medzi 3 a 10) v jednej molekule mediátorovej RNA a táto skupina sa nazýva polyribozóm.
Prenos RNA
Transferová RNA je zodpovedná za prenos aminokyselín, ako postupuje proces syntézy proteínov. Skladajú sa z približne 80 nukleotidov (v porovnaní s messenger RNA, ide o "malú" molekulu).
Štruktúra má záhyby a krížiky, ktoré sa podobajú trojlístku s tromi ramenami. Na jednom konci je adenylový kruh, kde hydroxylová skupina ribózy sprostredkováva väzbu na aminokyselinu, ktorá má byť transportovaná..
Rôzne transferové RNA sú kombinované výlučne s jednou z dvadsiatich aminokyselín, ktoré tvoria proteíny; Inými slovami, ide o vozidlo, ktoré prepravuje základné stavebné kamene bielkovín. Komplex transferovej RNA spolu s aminokyselinou sa nazýva aminoacyl-tRNA.
Okrem toho, v translačnom procese - ktorý nastáva vďaka ribozómom - každá transferová RNA rozpoznáva špecifický kodón v mediátorovej RNA. Keď sa rozpozná, zodpovedajúca aminokyselina sa uvoľní a stane sa súčasťou syntetizovaného peptidu.
Na rozpoznanie typu aminokyseliny, ktorý musí byť dodaný, má RNA "antikodon" umiestnený v strednej oblasti molekuly. Tento antikodón je schopný tvoriť vodíkové väzby s komplementárnymi bázami prítomnými v mediátorovej DNA.
mikroRNA
MikroRNA alebo mRNA sú krátkym typom jednovláknovej RNA, medzi 21 a 23 nukleotidmi, ktorých funkciou je regulovať expresiu génov. Keďže sa nepremieta do proteínu, zvyčajne sa nazýva nekódujúca RNA.
Podobne ako ostatné typy RNA je spracovanie mikroRNA komplexné a zahŕňa rad proteínov.
MikroRNA vznikajú z dlhších prekurzorov nazývaných mRNA-pri, odvodených z prvého transkriptu génu. V jadre bunky sú tieto prekurzory modifikované v mikroprocesorovom komplexe a výsledkom je pre-miRNA..
Pre-mRNA sú vidlice so 70 nukleotidmi, ktoré pokračujú v ich spracovaní v cytoplazme enzýmom Dicer, ktorý zostavuje umlčovací komplex indukovaný RNA (RISC) a nakoniec sa syntetizuje mRNA..
Tieto RNA sú schopné regulovať expresiu génov, pretože sú komplementárne so špecifickými mediátorovými RNA. Keď sú spojené s ich cieľom, miRNA sú schopné potlačiť posla, alebo ho dokonca degradovať. V dôsledku toho ribozóm nemôže preložiť uvedený transkript.
Tlmiaca RNA
Konkrétnym typom mikroRNA je malá interferujúca RNA (siRNA), tiež nazývaná umlčujúca RNA. Sú to krátke RNA, medzi 20 až 25 nukleotidmi, ktoré bránia expresii určitých génov.
Sú to veľmi sľubné nástroje pre výskum, pretože umožňujú umlčanie záujmového génu, a teda štúdium jeho možnej funkcie.
Rozdiely medzi DNA a RNA
Hoci DNA a RNA sú nukleové kyseliny a na prvý pohľad môžu vyzerať veľmi podobné, líšia sa niekoľkými chemickými a štruktúrnymi vlastnosťami. DNA je dvojpásmová molekula, zatiaľ čo RNA je jednoduchý pás.
Preto je RNA viac univerzálnou molekulou a môže prijať širokú škálu trojrozmerných tvarov. Niektoré vírusy však majú vo svojom genetickom materiáli dvojvláknovú RNA.
V nukleotidoch RNA je molekula cukru ribóza, zatiaľ čo v DNA je to deoxyribóza, ktorá sa líši iba v prítomnosti atómu kyslíka.
Fosfodiesterová väzba v kostre DNA a RNA je náchylná na proces pomalej hydrolýzy a bez prítomnosti enzýmov. V podmienkach alkalinity sa RNA rýchlo hydrolyzuje - vďaka extra hydroxylovej skupine -, zatiaľ čo DNA nie.
Podobne dusíkaté bázy, ktoré tvoria nukleotidy v DNA, sú guanín, adenín, tymín a cytozín; Na druhej strane, v tymínovej RNA je nahradená uracilom. Uracil môže byť spárovaný s adenínom, rovnako ako tymín v DNA.
Pôvod a vývoj
RNA je jediná známa molekula schopná súčasne uchovávať informácie a katalyzovať chemické reakcie; preto viacerí autori navrhujú, aby molekula RNA bola rozhodujúca pri vzniku života. Substráty ribozómov sú prekvapivo iné molekuly RNA.
Objav ribozýmov viedol k biochemickej redefinícii "enzýmu" - pretože tento termín sa používal výlučne pre proteíny s katalytickou aktivitou - a pomohol udržať 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. Od DNA k RNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
- Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biochémie. Obrátil som sa.
- Campbell, N.A., & Reece, J.B. (2007). biológie. Panamericana Medical.
- Griffiths, A. J. F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Moderná genetická analýza. New York: W. H. Freeman. Gény a RNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
- Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Zmluva o lekárskej fyziológii. Elsevier.
- Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnica lekárskej fyziológie e-knihy. Elsevier Health Sciences.
- Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molekulárna bunková biológia. 4. vydanie. New York: W. H. Freeman. Časť 11.6, Spracovanie rRNA a tRNA. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
- Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerove zásady biochémie. Macmillan.