Splošnost
RNA ali ribonukleinska kislina je nukleinska kislina, vključena v procese kodiranja, dekodiranja, uravnavanja in izražanja genov. Geni so bolj ali manj dolgi segmenti DNK, ki vsebujejo temeljne informacije za sintezo beljakovin.
Slika: Dušikove baze v molekuli RNA. Iz wikipedia.org
Preprosto povedano, RNA izhaja iz DNK in predstavlja prehodno molekulo med DNK in beljakovinami. Nekateri raziskovalci ga imenujejo "slovar za prevajanje jezika DNK v jezik beljakovin".
Molekule RNA izhajajo iz zveze različnega števila ribonukleotidov v verigah, pri tvorbi vsakega posameznega ribonukleotida pa sodelujejo fosfatna skupina, dušikova baza in 5-ogljikov sladkor, imenovan riboza.
Kaj je RNA?
RNA ali ribonukleinska kislina je biološka makromolekula, ki spada v kategorijo nukleinskih kislin, ki ima osrednjo vlogo pri tvorbi beljakovin iz DNK.
Generacija beljakovin (tudi bioloških makromolekul) vključuje vrsto celičnih procesov, ki se skupaj imenujejo sinteza beljakovin.
DNK, RNA in beljakovine so bistvene pri zagotavljanju preživetja, razvoja in pravilnega delovanja celic živih organizmov.
Kaj je DNK?
DNA ali deoksiribonukleinska kislina je druga naravno prisotna nukleinska kislina skupaj z RNA.
Strukturno podobna ribonukleinski kislini je deoksiribonukleinska kislina genetska dediščina, to je "zaloga genov", ki jo vsebujejo celice živih organizmov. Tvorba RNA in posredno beljakovin je odvisna od DNK.
ZGODOVINA RNA
Slika: riboza in deoksiriboza
Raziskave RNA so se začele po letu 1868, letu, v katerem je Friedrich Miescher odkril nukleinske kisline.
Prva uvožena odkritja v zvezi s tem segajo med drugo polovico "50. let dvajsetega stoletja in prvi del" 60. Med znanstveniki, ki so sodelovali pri teh odkritjih, si zaslužijo posebno omembo: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies in Robert Holley.
Leta 1977 je skupina raziskovalcev pod vodstvom Philipa Sharpa in Richarda Robertsa dešifrirala proces spajanje intronov.
Leta 1980 sta Thomas Cech in Sidney Altman identificirala ribozime.
* Opomba: če želite vedeti, kaj so spajanje intronov in ribocimov glej poglavja, posvečena sintezi ANN in funkcijam.
Struktura
S kemijsko-biološkega vidika je RNA biopolimer.Biopolimeri so velike naravne molekule, ki so posledica združevanja v verigah ali filamentih številnih manjših molekul, imenovanih monomeri.
Monomeri, ki sestavljajo RNA, so nukleotidi.
ANNA JE OBIČNO ENAKA VERIGA
Molekule RNA so običajno sestavljene iz enojnih verig nukleotidov (polinukleotidnih verig).
Dolžina celičnih RNA se giblje od manj kot sto do celo nekaj tisoč nukleotidov.
Število sestavnih nukleotidov je odvisno od vloge zadevne molekule.
Primerjava z DNK
Za razliko od RNA je DNA biopolimer, ki je na splošno sestavljen iz dveh verig nukleotidov.
Skupaj imata ta dva polinukleotidna filamenta nasprotni smeri in, zavita ena v drugo, tvorita dvojno spiralo, znano kot "dvojna vijačnica".
Generična molekula človeške DNK lahko vsebuje približno 3,3 milijarde nukleotidov na verigo.
SPLOŠNA ZGRADBA NUKLEOTIDA
Po definiciji so nukleotidi molekularne enote, ki sestavljajo RNA in DNA nukleinskih kislin.
S strukturnega vidika generični nukleotid izhaja iz združevanja treh elementov, ki so:
- Fosfatna skupina, ki je derivat fosforne kisline;
- Pentoza, to je sladkor s 5 ogljikovimi atomi;
- Dušikova baza, ki je aromatska heterociklična molekula.
Pentoza predstavlja osrednji element nukleotidov, saj se nanjo vežeta fosfatna skupina in dušikova baza.
Slika: Elementi, ki sestavljajo generični nukleotid nukleinske kisline. Kot je razvidno, se fosfatna skupina in dušikova baza vežeta na sladkor.
Kemična vez, ki drži pentozo in fosfatno skupino skupaj, je fosfodiesterska vez, kemična vez, ki veže pentozo in dušikovo bazo, pa je N-glikozidna vez.
KAJ JE PENTOZA RNK?
Prostor: kemiki so pomislili, da bi ogljike, ki sestavljajo organske molekule, oštevilčili tako, da bi poenostavili njihovo preučevanje in opis. Tu torej 5 ogljikov pentoze postane: ogljik 1, ogljik 2, ogljik 3, ogljik 4 in ogljik 5. Merilo za dodelitev števil je precej zapleteno, zato se nam zdi primerno, da razlage izpustimo.
5-ogljikov sladkor, ki razlikuje nukleotidno strukturo RNA, je riboza.
Od 5 ogljikovih atomov riboze si zaslužijo posebno omembo:
- The ogljik 1, ker se to veže na dušikovo bazo s pomočjo N-glikozidne vezi.
- The ogljik 2, ker je to tisto, kar razlikuje pentozo nukleotidov RNA od pentoze nukleotidov DNK. Na 2 ogljika RNA sta povezana atom kisika in atom vodika, ki skupaj tvorita hidroksilno skupino OH.
- The ogljik 3, ker je tisti, ki sodeluje v vezi med dvema zaporednima nukleotidoma.
- The ogljik 5, ker se s fosfodiestersko vezjo pridruži fosfatni skupini.
Zaradi prisotnosti sladkorne riboze imajo nukleotidi RNA posebno ime ribonukleotidi.
Primerjava z DNK
Pentoza, ki tvori nukleotide DNA, je deoksiriboza.
Deoksiriboza se od riboze razlikuje po pomanjkanju atomov kisika na ogljiku 2.
Zato mu primanjkuje hidroksilne skupine OH, ki je značilna za 5-ogljikov sladkor RNA.
Zaradi prisotnosti deoksiriboznega sladkorja so nukleotidi DNA znani tudi kot deoksiribonukleotidi.
VRSTE NUKLEOTIDOV IN DUŠIKOVIH BAZ
RNA ima 4 različne vrste nukleotidov.
Za razlikovanje teh 4 različnih vrst nukleotidov je samo dušikova baza.
Iz očitnih razlogov so torej dušikove baze RNK 4, in sicer: adenin (skrajšano na A), gvanin (G), citozin (C) in uracil (U).
Adenin in gvanin spadata v razred purinov, dvojno obročnih aromatskih heterocikličnih spojin.
Citozin in uracil pa spadata v kategorijo pirimidinov, enosmernih aromatskih heterocikličnih spojin.
Primerjava z DNK
Dušikove baze, po katerih se razlikujejo nukleotidi DNA, so enake kot v RNA, razen uracila. Namesto slednjega "c" je dušikova baza, imenovana timin (T), ki spada v kategorijo pirimidinov.
POVEZAVA MED NUKLEOTIDI
Vsak nukleotid, ki tvori katero koli verigo RNA, se veže na naslednji nukleotid s pomočjo fosfodiesterske vezi med ogljikom 3 njegove pentoze in fosfatno skupino naslednjega nukleotida.
KONCI MOLEKULE RNA
Vsaka polinukleotidna veriga RNA ima dva konca, znana kot 5 "konec (beri" end five prime ") in konec 3" (beri "end three prime").
Biologi in genetiki so po dogovoru ugotovili, da "konec 5" predstavlja glavo verige RNA, "konec 3" pa njen rep.
S kemijskega vidika "5 konec" sovpada s fosfatno skupino prvega nukleotida polinukleotidne verige, "3 konec" pa sovpada s hidroksilno skupino, postavljeno na ogljik 3 zadnjega nukleotida iste verige.
Na podlagi te organizacije so v knjigah o genetiki in molekularni biologiji polinukleotidne niti katere koli nukleinske kisline opisane na naslednji način: P -5 "→ 3" -OH (* Opomba: črka P označuje " atom fosforja iz fosfatne skupine).
Če uporabimo koncepte 5 "konca in 3" konca za en sam nukleotid, je "5 konec" slednjega fosfatna skupina, vezana na ogljik 5, medtem ko je njen 3 "konec hidroksilna skupina, povezana z ogljikom 3.
V obeh primerih s "bralca vabi, naj bo pozoren na številčno ponovitev: konec 5" - fosfatna skupina na ogljiku 5 in konec 3 " - hidroksilna skupina na ogljiku 3.
Lokacija
V jedrnih (tj. Jedrnih) celicah živega bitja lahko molekule RNA najdemo tako v jedru kot v citoplazmi.
Ta široka lokalizacija je odvisna od dejstva, da se nekateri celični procesi, katerih RNA je protagonist, nahajajo v jedru, drugi pa v citoplazmi.
Primerjava z DNK
DNK evkariontskih organizmov (torej tudi človeške DNK) se nahaja samo znotraj celičnega jedra.
- RNA je manjša biološka molekula kot DNA, običajno sestavljena iz ene verige nukleotidov.
- Pentoza, ki tvori nukleotide ribonukleinske kisline, je riboza.
- Nukleotidi RNA so znani tudi kot ribonukleotidi.
- RNA nukleinske kisline ima z DNK le 3 od 4 dušikovih baz, pravzaprav ima namesto timina dušikovo bazo uracil.
- RNA se lahko nahaja v različnih delih celice, od jedra do citoplazme.
Sinteza
Proces sinteze RNA ima za protagonista znotrajcelični encim (tj. Ki se nahaja znotraj celice), imenovan RNA polimeraza (N.B .: encim je protein).
RNA polimeraza celice za ustvarjanje RNA uporablja DNK, ki je prisotna v jedru iste celice, kot bi bila predloga.
Z drugimi besedami, to je nekakšen kopirni stroj, ki prepiše tisto, kar poroča DNK, v drug jezik, to je jezik "RNA".
Poleg tega ta proces sinteze RNA z delom RNA polimeraze prevzame znanstveno ime transkripcije.
Eukariontski organizmi, na primer ljudje, imajo 3 različne razrede RNA polimeraze: RNA polimerazo I, RNA polimerazo II in RNA polimerazo III.
Vsak razred RNA polimeraze ustvarja posebne vrste RNA, ki imajo, kot bo bralec lahko ugotovil v naslednjih poglavjih, različne biološke vloge v kontekstu celičnega življenja.
KAKO DELUJE RNA POLIMERAZA
"RNA polimeraza je sposobna:
- Na DNK prepozna mesto, s katerega se začne transkripcija,
- Vezati na DNK,
- Ločite dva polinukleotidna veriga DNA (ki ju vodikove vezi držijo med dušikovimi bazami), tako da delujejo le na eni verigi in
- Začnite sintezo transkripta RNA.
Vsak od teh korakov se izvede vsakič, ko bo "RNA polimeraza izvedla postopek transkripcije. Zato so vsi obvezni koraki."
RNA polimeraza sintetizira molekule RNA v smeri 5 "→ 3". Ko dodaja ribonukleotide v nastajajočo molekulo RNA, se premakne na verigo DNA šablone v smeri 3 "→ 5".
SPREMEMBE RNA TRANSKRIPTA
Po transkripciji RNA doživi nekatere spremembe, med drugim: dodajanje nekaterih zaporedij nukleotidov na obeh koncih, izgubo tako imenovanih intronov (proces, znan kot spajanje) itd.
Zato ima nastala RNA v primerjavi s prvotnim segmentom DNA nekaj razlik v dolžini polinukleotidne verige (na splošno je krajša).
Vrste
Obstajajo različne vrste RNA.
Najbolj znani in raziskani so: "transportna RNA (ali transferna RNA ali tRNA)", "messenger RNA (ali messenger RNA ali mRNA)", "ribosomska RNA (ali ribosomska RNA ali rRNA) in majhna jedrska RNA (ali majhna jedrska RNA ali snRNA).
Čeprav imajo različne vloge, tRNA, mRNA, rRNA in snRNA prispevajo k uresničitvi skupnega cilja: sintezi beljakovin, začenši z nukleotidnimi sekvencami, prisotnimi v DNK.
ŠE DRUGE VRSTE RNK
V celicah evkariontskih organizmov so raziskovalci poleg zgoraj omenjenih 4 našli še druge vrste RNA. Na primer:
- Mikro RNA (ali miRNA), ki so verige z dolžino nekaj več kot 20 nukleotidov, e
- RNA, ki tvori ribozime.Ribozimi so molekule RNA s katalitično aktivnostjo, podobno kot encimi.
MiRNA in ribozimi sodelujejo tudi v procesu sinteze beljakovin, tako kot tRNA, mRNA itd.
Funkcija
RNA predstavlja biološko makromolekulo prehoda med DNK in beljakovinami, to so dolgi biopolimeri, katerih molekularne enote so aminokisline.
RNA je primerljiva s slovarjem genetskih informacij, saj omogoča prevajanje nukleotidnih segmentov DNK (ki so potem tako imenovani geni) v aminokisline beljakovin.
Eden najpogostejših opisov funkcionalne vloge "RNA" je: "RNA je" nukleinska kislina, ki sodeluje pri kodiranju, dekodiranju, regulaciji in izražanju genov ".
"RNA je eden od treh ključnih elementov tako imenovane osrednje dogme molekularne biologije, ki pravi:" Iz DNK izhaja "RNA, iz katere pa izvirajo beljakovine" (DNK → RNA → beljakovine).
PREPIS IN PREVOD
Na kratko, transkripcija je vrsta celičnih reakcij, ki vodijo do tvorbe molekul RNA, začenši z DNK.
Prevajanje pa je niz celičnih procesov, ki se končajo s proizvodnjo beljakovin, začenši z molekulami RNA, ki nastanejo med postopkom transkripcije.
Biologi in genetiki so skovali izraz "prevod", ker iz jezika nukleotidov prehajamo v jezik aminokislin.
VRSTE IN FUNKCIJE
Postopki transkripcije in prevajanja vidijo vse zgoraj omenjene vrste RNA kot protagoniste (tRNA, mRNA itd.):
- MRNA je molekula RNA, ki kodira protein. Z drugimi besedami, mRNA so proteini pred procesom prevajanja nukleotidov v aminokisline beljakovin.
Po prepisu se mRNA podvržejo več spremembam. - TRNA so nekodirajoče molekule RNA, vendar so ključnega pomena za tvorbo beljakovin. Pravzaprav igrajo ključno vlogo pri dešifriranju tega, o čemer poročajo molekule mRNA.
Ime "transportna RNA" izhaja iz dejstva, da te RNK na sebi nosijo aminokislino. Natančneje, vsaka aminokislina ustreza določeni tRNA.
TRNA medsebojno delujejo z mRNA skozi tri posebne nukleotide v svojem zaporedju. - RRNA so molekule RNA, ki sestavljajo ribosome. Ribosomi so zapletene celične strukture, ki se gibljejo vzdolž mRNA združujejo aminokisline proteina.
Generični ribosom vsebuje znotraj sebe nekatera mesta, kjer lahko hrani tRNA in se z njimi srečuje z mRNA.Tukaj omenjeni trije nukleotidi, omenjeni zgoraj, medsebojno delujejo z messenger RNA. - SnRNA so molekule RNA, ki sodelujejo v procesu spajanje intronov, prisotnih na mRNA, introni so kratki segmenti nekodirajoče mRNA, neuporabni za sintezo beljakovin.
- Ribozimi so molekule RNA, ki po potrebi katalizirajo rezanje ribonukleotidnih niti.
Slika: prevod mRNA.
