Almindelighed
RNA, eller ribonukleinsyre, er nukleinsyren involveret i processerne til kodning, afkodning, regulering og udtryk for gener. Gener er mere eller mindre lange segmenter af DNA, som indeholder de grundlæggende oplysninger til syntese af proteiner.
Figur: Nitrogenbaser i et RNA -molekyle. Fra wikipedia.org
I meget enkle vendinger stammer RNA fra DNA og repræsenterer overgangsmolekylet mellem DNA og proteiner. Nogle forskere kalder det "ordbogen til oversættelse af DNA -sproget til proteinets sprog".
RNA-molekyler stammer fra foreningen i et kæde af et variabelt antal ribonukleotider. En phosphatgruppe, en nitrogenholdig base og et 5-carbon-sukker, kaldet ribose, deltager i dannelsen af hvert enkelt ribonukleotid.
Hvad er RNA?
RNA, eller ribonukleinsyre, er et biologisk makromolekyle, der tilhører kategorien nukleinsyrer, som spiller en central rolle i dannelsen af proteiner fra DNA.
Genereringen af proteiner (også biologiske makromolekyler) omfatter en række cellulære processer, der tilsammen kaldes proteinsyntese.
DNA, RNA og proteiner er afgørende for at sikre overlevelse, udvikling og korrekt funktion af celler i levende organismer.
Hvad er DNA?
DNA eller deoxyribonukleinsyre er den anden naturligt forekommende nukleinsyre sammen med RNA.
Strukturelt svarende til ribonukleinsyre er deoxyribonukleinsyre den genetiske arv, det vil sige "lagring af gener", der er indeholdt i cellerne i levende organismer. Dannelsen af RNA og indirekte proteiners afhænger af DNA'et.
RNA'S HISTORIE
Figur: ribose og deoxyribose
Forskning om RNA begyndte efter 1868, året hvor Friedrich Miescher opdagede nukleinsyrer.
De første importerede opdagelser i denne henseende er dateret mellem anden del af "50'erne i det tyvende århundrede og den første del af" 60'erne. Blandt de forskere, der deltog i disse opdagelser, fortjener følgende en særlig omtale: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies og Robert Holley.
I 1977 dechifrerede en gruppe forskere, ledet af Philip Sharp og Richard Roberts, processen med splejsning af intronerne.
I 1980 identificerede Thomas Cech og Sidney Altman ribozymer.
* Bemærk: at vide, hvad de er splejsning af introner og ribozymer, se kapitlerne dedikeret til syntesen af ANN og til funktionerne.
Struktur
Fra et kemisk-biologisk synspunkt er RNA en biopolymer. Biopolymerer er store naturlige molekyler, resultatet af foreningen i kæder eller filamenter af mange mindre molekylære enheder, kaldet monomerer.
Monomerer, der udgør RNA'et, er nukleotiderne.
ANNEN ER Sædvanligvis en enkelt kæde
RNA -molekyler består normalt af enkelte kæder af nukleotider (polynukleotid -tråde).
Længden af cellulære RNA'er varierer fra mindre end hundrede til endda flere tusinde nukleotider.
Antallet af konstituerende nukleotider afhænger af den rolle, som det pågældende molekyle spiller.
Sammenligning med DNA
I modsætning til RNA er DNA en biopolymer, der generelt består af to tråde af nukleotider.
Forenet sammen har disse to polynukleotidfilamenter modsat orientering og danner en ind i den anden en dobbelt spiral kendt som en "dobbelt helix".
Et generisk humant DNA -molekyle kan indeholde cirka 3,3 milliarder nukleotider pr. Streng.
GENERISK STRUKTUR AF ET NUKLEOTID
Per definition er nukleotider de molekylære enheder, der udgør nukleinsyrerne RNA og DNA.
Fra det strukturelle synspunkt er et generisk nukleotid resultatet af foreningen af tre elementer, som er:
- En phosphatgruppe, som er et derivat af phosphorsyre;
- En pentose, det vil sige et sukker med 5 carbonatomer;
- En nitrogenholdig base, som er et aromatisk heterocyklisk molekyle.
Pentosen repræsenterer det centrale element i nukleotiderne, som phosphatgruppen og den nitrogenholdige base binder til den.
Figur: Elementer, der udgør et generisk nukleotid af en nukleinsyre. Som det ses, binder fosfatgruppen og nitrogenbasen sig til sukkeret.
Den kemiske binding, der holder pentosen og phosphatgruppen sammen, er en phosphodiesterbinding, mens den kemiske binding, der binder pentosen og den nitrogenholdige base, er en N-glycosidbinding.
HVAD ER PENTOSEN AF RNA?
Forudsætning: kemikere har tænkt på at nummerere de carbonatomer, der udgør de organiske molekyler, på en sådan måde at forenkle deres undersøgelse og beskrivelse. Her derfor, at de fem carbonatomer i en pentose bliver til: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 og carbon 5. Kriteriet for tildeling af tallene er ret komplekst, derfor anser vi det for passende at udelade forklaringen.
5-carbonsukker, som adskiller nukleotidstrukturen af RNA, er ribose.
Af de 5 carbonatomer i ribose fortjener de en særlig omtale:
- Det kulstof 1, fordi det er det, der binder sig til nitrogenbasen gennem en N-glykosidbinding.
- Det kulstof 2, fordi det er det, der adskiller pentosen af RNA -nukleotiderne fra pentosen i DNA -nukleotiderne. Tilsluttet RNA's 2 carbon er der et oxygenatom og et hydrogenatom, der tilsammen danner en OH -hydroxylgruppe.
- Det kulstof 3, fordi det er den, der deltager i bindingen mellem to på hinanden følgende nukleotider.
- Det kulstof 5, fordi det er det, der slutter sig til fosfatgruppen, gennem en phosphodiesterbinding.
På grund af tilstedeværelsen af sukkerribosen tager nucleotiderne i RNA det specifikke navn for ribonukleotider.
Sammenligning med DNA
Pentosen, der udgør DNA -nukleotiderne, er deoxyribose.
Deoxyribose adskiller sig fra ribose ved manglen på iltatomer på carbon 2.
Derfor mangler den hydroxylgruppen OH, som kendetegner 5-carbonsukker af RNA.
På grund af tilstedeværelsen af deoxyribosesukker er DNA -nukleotider også kendt som deoxyribonucleotider.
TYPER AF NUKLEOTIDER OG NITROGENBASER
RNA'et har 4 forskellige typer nukleotider.
At skelne mellem disse 4 forskellige typer nukleotider er kun den nitrogenholdige base.
Af indlysende årsager er derfor nitrogenholdige baser af RNA 4, specifikt: adenin (forkortet til A), guanin (G), cytosin (C) og uracil (U).
Adenin og guanin tilhører klassen af puriner, aromatiske heterocykliske forbindelser med dobbelt ring.
Cytosin og uracil falder derimod i kategorien pyrimidiner, enkeltring aromatiske heterocykliske forbindelser.
Sammenligning med DNA
De nitrogenholdige baser, der adskiller DNA -nukleotiderne, er de samme som for RNA, bortset fra uracil. I stedet for sidstnævnte "c" er en nitrogenholdig base kaldet thymin (T), som tilhører kategorien pyrimidiner.
LINK MELLEM NUCLEOTIDER
Hvert nukleotid, der danner en hvilken som helst RNA -streng, binder sig til det næste nukleotid ved hjælp af en phosphodiesterbinding mellem carbon 3 af dens pentose og phosphatgruppen i det umiddelbart følgende nukleotid.
ENDEN AF ET RNA -MOLEKYL
Enhver polynukleotidstreng af RNA har to ender, kendt som 5 "enden (læs" ende fem prim ") og ende 3" (læs "ende tre prim").
Efter konventionen har biologer og genetikere fastslået, at "ende 5" repræsenterer hovedet på en RNA -streng, mens "ende 3" repræsenterer dens hale.
Fra det kemiske synspunkt falder "5 enden" sammen med fosfatgruppen i det første nukleotid i polynukleotidkæden, mens "3 enden" falder sammen med hydroxylgruppen placeret på carbon 3 i det sidste nukleotid i den samme kæde.
Det er på baggrund af denne organisation, at polynukleotidfilamenterne i enhver nukleinsyre i genetik og molekylærbiologi beskrives som følger: P -5 "→ 3" -OH (* Bemærk: bogstavet P angiver " atom af fosfor i fosfatgruppen).
Ved at anvende begreberne 5 "ende og 3" ende på et enkelt nukleotid er "5 enden" af sidstnævnte phosphatgruppen bundet til carbon 5, mens dens 3 "ende er hydroxylgruppen forbundet til carbon 3.
I begge tilfælde inviterer s "læseren til at være opmærksom på den numeriske tilbagefald: ende 5" - phosphatgruppe på carbon 5 og ende 3 " - hydroxylgruppe på carbon 3.
Beliggenhed
I kernede (dvs. kerne) celler i et levende væsen kan RNA -molekyler findes både i kernen og i cytoplasmaet.
Denne brede lokalisering afhænger af, at nogle af de cellulære processer, der har RNA som hovedperson, er placeret i kernen, mens andre finder sted i cytoplasmaet.
Sammenligning med DNA
DNA fra eukaryote organismer (derfor også humant DNA) er kun placeret inde i cellekernen.
- RNA er et mindre biologisk molekyle end DNA, der normalt består af en enkelt streng af nukleotider.
- Pentosen, der udgør nukleotiderne i ribonukleinsyre, er ribose.
- RNA -nukleotider er også kendt som ribonukleotider.
- Nukleinsyre -RNA deler kun 3 ud af 4 nitrogenholdige baser med DNA. Faktisk har den i stedet for thymin den nitrogenholdige base uracil.
- RNA kan opholde sig i forskellige rum i cellen, fra kernen til cytoplasma.
Syntese
RNA -synteseprocessen har som hovedperson et intracellulært enzym (dvs. placeret inde i cellen), kaldet RNA -polymerase (N.B: et enzym er et protein).
RNA -polymerasen i en celle bruger DNA'et, der er inde i kernen i den samme celle, som om det var en skabelon, til at skabe RNA.
Med andre ord er det en slags kopimaskine, der transskriberer, hvad DNA’et rapporterer på et andet sprog, som er “RNA”.
Desuden tager denne synteseproces af RNA, ved hjælp af RNA -polymerase, det videnskabelige navn på transkription.
Eukaryote organismer, såsom mennesker, besidder 3 forskellige klasser af RNA -polymerase: RNA -polymerase I, RNA -polymerase II og RNA -polymerase III.
Hver klasse af RNA -polymerase skaber bestemte typer RNA, som, som læseren vil være i stand til at konstatere i de næste kapitler, har forskellige biologiske roller i sammenhæng med celleliv.
HVORDAN RNA -POLYMERASEN VIRKER
En "RNA -polymerase er i stand til:
- Genkend på DNA'et det sted, hvorfra transskriptionen skal startes,
- Binde til DNA,
- Adskil de to polynukleotid -strenge af DNA (som holdes sammen af hydrogenbindinger mellem nitrogenholdige baser) for kun at virke på én streng, og
- Begynd syntese af RNA -transkriptet.
Hvert af disse trin finder sted, når en "RNA -polymerase er ved at udføre transkriptionsprocessen. Derfor er de alle obligatoriske trin."
RNA -polymerase syntetiserer RNA -molekyler i 5 "→ 3" -retningen. Da det tilføjer ribonukleotider til det begyndende RNA -molekyle, bevæger det sig på skabelon -DNA -strengen i 3 "→ 5" -retningen.
ÆNDRINGER AF RNA -TRANSKRIFTEN
Efter transskriptionen undergår RNA nogle ændringer, herunder: tilføjelse af nogle sekvenser af nukleotider i begge ender, tabet af de såkaldte introner (en proces kendt som splejsning) etc.
Derfor, i forhold til det originale DNA -segment, har det resulterende RNA nogle forskelle i længden af polynukleotidkæden (det er generelt kortere).
Typer
Der er forskellige typer RNA.
De mest kendte og studerede er: "transport -RNA (eller transfer -RNA eller tRNA)," messenger -RNA (eller messenger -RNA eller mRNA), "ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA) og det lille nukleare RNA (eller lille nukleart RNA eller snRNA).
Selvom de spiller forskellige specifikke roller, bidrager tRNA, mRNA, rRNA og snRNA alle til realiseringen af et fælles mål: syntese af proteiner, startende fra nukleotidsekvenserne til stede i DNA'et.
Stadig andre typer RNA
I cellerne i eukaryote organismer fandt forskerne andre typer RNA ud over de 4 nævnte ovenfor. For eksempel:
- Mikro -RNA'erne (eller miRNA'erne), som er tråde på lidt over 20 nukleotider i længden, e
- RNA, der udgør ribozymer. Ribozymer er RNA -molekyler med katalytisk aktivitet, ligesom enzymer.
MiRNA'er og ribozymer deltager også i proteinsynteseprocessen, ligesom tRNA, mRNA osv.
Fungere
RNA repræsenterer det biologiske makromolekyle af passage mellem DNA og proteiner, det vil sige lange biopolymerer, hvis molekylære enheder er aminosyrer.
RNA kan sammenlignes med en ordbog med genetisk information, da det gør det muligt at oversætte nukleotidsegmenterne i DNA (som så er de såkaldte gener) til aminosyrer i proteiner.
En af de hyppigste beskrivelser af den funktionelle rolle, der spilles af "RNA, er:" RNA er "nukleinsyren involveret i kodning, afkodning, regulering og ekspression af gener".
"RNA'et er et af de tre nøgleelementer i det såkaldte centrale dogme i molekylærbiologien, der siger:" Fra DNA stammer "RNA'et, hvorfra der igen stammer proteiner" (DNA → RNA → proteiner).
TRANSKRIPTION OG OVERSÆTNING
Kort beskrevet er transkription serien af cellulære reaktioner, der fører til dannelsen af RNA -molekyler, der starter med DNA.
Translation er på den anden side det sæt af cellulære processer, der slutter med produktion af proteiner, startende fra RNA -molekylerne produceret under transkriptionsprocessen.
Biologer og genetikere har opfundet udtrykket "translation", fordi vi fra nukleotidernes sprog overfører til aminosyrernes sprog.
TYPER OG FUNKTIONER
Transkriptions- og oversættelsesprocesserne ser alle de førnævnte typer af RNA som hovedpersoner (tRNA, mRNA osv.):
- Et mRNA er et RNA -molekyle, der koder for et protein. Med andre ord er mRNA'er proteinerne før processen med at oversætte nukleotider til aminosyrer af proteiner.
MRNA'erne undergår flere ændringer efter deres transskription. - TRNA'er er ikke-kodende RNA-molekyler, men ikke desto mindre afgørende for dannelsen af proteiner. Faktisk spiller de en central rolle i at dechifrere, hvad mRNA -molekyler rapporterer.
Navnet "transport -RNA" stammer fra det faktum, at disse RNA'er bærer en aminosyre på dem. For at være mere præcis svarer hver aminosyre til et specifikt tRNA.
TRNA'er interagerer med mRNA gennem tre bestemte nukleotider i deres sekvens. - RRNA'er er RNA -molekylerne, der udgør ribosomer. Ribosomer er komplekse cellulære strukturer, der bevæger sig langs mRNA'et og samler aminosyrerne i et protein.
Et generisk ribosom indeholder nogle steder i det, hvor det er i stand til at huse tRNA'erne og få dem til at mødes med mRNA'et. Det er her, de tre særlige nukleotider nævnt ovenfor interagerer med messenger -RNA'et. - SnRNA'er er RNA -molekyler, der deltager i processen med splejsning af introner til stede på mRNA'et. Introns er korte segmenter af ikke-kodende mRNA, ubrugelige med henblik på proteinsyntese.
- Ribozymer er RNA -molekyler, der katalyserer afskæring af ribonukleotidstrenge, hvor det er nødvendigt.
Figur: translation af mRNA.
