RNA-funksjoner, struktur og typer



den RNA eller RNA (ribonukleinsyre) er en type nukleinsyre tilstede i eukaryote organismer, prokaryoter og virus. Det er en polymer av nukleotider som inneholder fire typer nitrogenholdige baser i sin struktur: adenin, guanin, cytosin og uracil.

RNA er vanligvis funnet som et enkelt bånd (unntatt i noen virus), lineært eller danner en rekke komplekse strukturer. Faktisk har RNA en strukturell dynamikk som ikke observeres i DNA-dobbelthelixen. De forskjellige typer RNA har svært varierte funksjoner.

Ribosomale RNA er en del av ribosomer, strukturer som er ansvarlige for syntese av proteiner i celler. Messenger-RNAene fungerer som mellomprodukter og transporterer den genetiske informasjonen til ribosomet, som oversetter meldingen fra en nukleotidsekvens til en aminosyresekvens.

Overførings-RNAer er ansvarlige for aktivering og overføring av de forskjellige typer aminosyrer -20 totalt til ribosomer. Det er et overførings-RNA-molekyl for hver aminosyre som gjenkjenner sekvensen i messenger-RNA.  

I tillegg er det andre typer RNA som ikke er direkte involvert i proteinsyntese og er involvert i genregulering.

index

  • 1 struktur
    • 1.1 Nukleotider
    • 1.2 RNA-kjede
    • 1.3 Krafter som stabiliserer RNA
  • 2 Typer av RNA og funksjoner
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2,2 ribosomalt RNA
    • 2.3 Overfør RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • 2,5 Mute RNA
  • 3 Forskjeller mellom DNA og RNA
  • 4 Opprinnelse og evolusjon
  • 5 referanser

struktur

De grunnleggende enhetene til RNA er nukleotider. Hvert nukleotid dannes av en nitrogenbasert base (adenin, guanin, cytosin og uracil), en pentose og en fosfatgruppe.

nukleotid

De nitrogenbaserte basene er avledet fra to grunnleggende forbindelser: pyrimidiner og puriner.

Basene avledet fra puriner er adenin og guanin og baser avledet fra pyrimidiner er cytosin og uracil. Selv om disse er de vanligste basene, kan nukleinsyrer også presentere andre typer baser som er mindre hyppige.

Når det gjelder pentosen, er de d-ribose-enheter. Derfor er nukleotidene som utgjør RNA kalt "ribonukleotider".

RNA kjede

Nukleotidene er koblet sammen av kjemiske bindinger som involverer fosfatgruppen. For å fremstille dem, fosfatgruppen av 5 'er enden av ett nukleotid bundet til hydroksylgruppen (OH) ved 3'-enden av den neste nukleotid, og dermed skape en koblingstype fosfodiester.

Langs nukleinsyrekjeden har fosfodiesterbindingene samme orientering. Derfor er det en polaritet av strengen, som skiller mellom 3'- og 5'-enden.

Ved konvensjon er strukturen av nukleinsyrene representert med 5'-enden til venstre og 3'-enden til høyre.

RNA-produktet av DNA-transkripsjonen er en enkel kjede som vender til høyre, i en spiralformet konformasjon av stabling av basene. Samspillet mellom puriner er mye større enn samspillet mellom to pyrimidiner, av størrelsen på dem.

I RNA kan vi ikke snakke om en tradisjonell sekundær struktur og referanse, som det er DNA-helixen. Den tredimensjonale strukturen til hvert RNA-molekyl er unikt og komplekst, sammenlignbart med proteiner (logisk kan vi ikke globalisere strukturen av proteiner).

Krafter som stabiliserer RNA

Det er svake samspill som bidrar til stabilisering av RNA, særlig stabling av baser, hvor ringene ligger over hverandre. Dette fenomenet bidrar også til stabiliteten til DNA-helixen.

Hvis RNA-molekylet finner en komplementær sekvens, kan de parre og danne en dobbelkjede struktur som vender til høyre. Den dominerende formen er type A; som for Z-skjemaene, har de bare blitt bevist i laboratoriet, mens B-skjemaet ikke er blitt observert.

Vanligvis er det korte sekvenser (som UUGG) som ligger på slutten av RNA og har den særegne formdannelsen løkker stabil. Denne sekvensen deltar i foldingen av den tredimensjonale strukturen til RNA.

Videre er dannelsen av hydrogenbindinger i det andre områder som ikke er typiske baseparing (AU og GC). En av disse interaksjonene skjer mellom 2'-OH av ribosen med andre grupper.

Fortynning av de forskjellige strukturer funnet i RNA har tjent til å demonstrere flere funksjoner av denne nukleinsyren.

Typer av RNA og funksjoner

Det finnes to typer RNA: det informative og det funksjonelle. Den første gruppen inkluderer RNAene som deltar i syntesen av proteiner og fungerer som prosessformidlere; de informative RNAene er messenger-RNAene.

I motsetning til at RNAene som tilhører den andre klassen, de funksjonelle, gir ikke opphav til et nytt proteinmolekyl, og RNA selv er sluttproduktet. Dette er overførings-RNA og ribosomale RNA.

I pattedyrceller er 80% av RNA ribosomalt RNA, 15% overførings-RNA og bare en liten del tilsvarer messenger-RNA. Disse tre typene fungerer sammen for å oppnå proteinbiosyntese.

Det er også små kjernefysiske RNAer, små cytoplasmatiske RNAer og mikroRNAer, blant andre. Deretter vil hver av de viktigste typene beskrives i detalj:

Messenger RNA

I eukaryoter er DNA begrenset til kjernen, mens proteinsyntese forekommer i cytoplasma av cellen, der ribosomene er lokalisert. For denne romlige separasjonen må det være en formidler som bærer meldingen fra kjernen til cytoplasma og at molekylet er messenger RNA.

Messenger-RNA, forkortet mRNA, er en mellomliggende molekyl som inneholder informasjonen som er kodet i DNA som angir en aminosyresekvens som resulterer i et funksjonelt protein.

Begrepet messenger RNA ble foreslått i 1961 av François Jacob og Jacques Monod for å beskrive den delen av RNA som overførte meldingen fra DNA til ribosomer..

Synteseprosessen av et mRNA fra DNA-strenget er kjent som transkripsjon og forekommer differensielt mellom prokaryoter og eukaryoter. 

Gene uttrykk styres av flere faktorer og avhenger av behovene til hver celle. Transkripsjonen er delt inn i tre faser: initiering, forlengelse og avslutning.

transkripsjon

DNA-replikasjonsprosessen, som forekommer i hver celledeling, kopierer hele kromosomet. Transkripsjonsprosessen er imidlertid mye mer selektiv, omhandler kun behandling av bestemte segmenter av DNA-strengen og krever ingen primer.

i Escherichia coli -bakterien best studert i biologiske vitenskap - transkripsjon begynner med avviklingen av den dobbelte helix av DNA og transkripsjonsløpet dannes. RNA-polymerasenzymet er ansvarlig for syntetisering av RNA og, ettersom transkripsjonen fortsetter, vender DNA-strengen tilbake til sin opprinnelige form.

Initiasjon, forlengelse og avslutning

Transkripsjon starter ikke på tilfeldige steder i DNA-molekylet; Det er spesialiserte nettsteder for dette fenomenet, kalt promotorer. i E. coli RNA-polymerasen er koblet noen få basepar over den hvite regionen.

Sekvensene der transkripsjonsfaktorene er koplet, er ganske bevart blant forskjellige arter. En av de mest kjente promotorsekvensene er TATA-boksen.

Ved forlengelse legger RNA-polymerasenzymet nye nukleotider til 3'-OH-enden etter 5'-til-3'-retningen. Hydroksylgruppen virker som en nukleofil som angriper alfafosfatet av nukleotidet som vil bli tilsatt. Denne reaksjon frigir et pyrofosfat.

Bare én tråd av DNA som anvendes for å syntetisere messenger-RNA, som er kopiert i 3 'til 5' (den antiparallelle formen ny RNA-tråden). Nukleotidet som skal legges til, må overholde basisparingen: U sammenkobling med A og G med C.

RNA-polymerase stopper prosessen når rike områder er cytosin og guanin. Endelig er det nye messenger-RNA-molekylet skilt fra komplekset.

Transkripsjon i prokaryoter

I prokaryoter kan et messenger RNA-molekyl kode for mer enn ett protein.

Når en mRNA koder utelukkende for et protein eller polypeptid som kalles monocistronisk mRNA, men mer som koder for et proteinprodukt er polycistronisk mRNA (merk at i denne sammenheng er betegnelsen henviser til genet som cistronet).

Transkripsjon i eukaryoter

I eukaryotiske organismer er det store flertallet av mRNAer monokonstroniske, og transkripsjonsmaskinen er mye mer kompleks i denne sammensetningen av organismer. De er karakterisert ved å ha tre RNA-polymeraser, betegnet I, II og III, hver med spesifikke funksjoner.

Jeg er ansvarlig for å syntetisere pre-rRNA, II syntetiserer messenger-RNAene og noen spesielle RNAer. Endelig er III ansvarlig for overførings-RNA, 5S-ribosomalt og annet lite RNA.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA gjennomgår en rekke spesifikke modifikasjoner i eukaryoter. Den første innebærer tillegg av en "cap" til 5'-enden. Kjemisk er lokket et residu av 7-metylguanosin forankret til enden av en binding av typen 5 ', 5'-trifosfat.

Funksjonen til denne sonen er å beskytte RNA mot mulig nedbrytning av ribonukleaser (enzymer som nedbryter RNA til mindre komponenter).

I tillegg oppstår fjerning av 3'-enden og 80 til 250 adeninrester blir tilsatt. Denne strukturen er kjent som polyA "hale" og tjener som en bindingssone for flere proteiner. Når en prokaryote kjøper en hale polyA har en tendens til å stimulere dens nedbrytning.

På den annen side blir denne messenger transkribert med intronene. Introner er DNA-sekvenser som ikke er en del av genet, men at "interrupt" nevnte sekvens. Introns er ikke oversatt og må derfor fjernes fra budbringeren.

De fleste vertebratgener har introner, bortsett fra gener som kodes for histon. På samme måte kan antall introner i et gen variere fra noen til dusinvis av disse.

skjøting av RNA

Splicing RNA- eller spleiseringsprosessen innebærer fjerning av introner i messenger-RNA.

Noen introner som finnes i nukleare eller mitokondrie gener kan utføre prosessen med skjøting uten hjelp av enzymer eller ATP. I stedet utføres prosessen ved transesterifiseringsreaksjoner. Denne mekanismen ble oppdaget i den cilierte protozonen Tetrahymena thermophila.

Derimot er det en annen gruppe budbringere som ikke er i stand til å formidle sine egne skjøting, så de trenger ekstra maskineri. Til denne gruppen tilhører et ganske høyt antall nukleære gener.

Prosessen med skjøting det er formidlet av et proteinkompleks kalt et spiceosom eller spleisingskompleks. Systemet består av spesialiserte RNA-komplekser kalt nukleare små ribonukleoproteiner (RNP).

Det finnes fem typer RNP: U1, U2, U4, U5 og U6, som finnes i kjernen og formidler prosessen med skjøting.

den skjøting kan produsere mer enn en type protein - dette er kjent som skjøting alternativt, siden eksoner arrangeres differensielt, og skaper varianter av messenger RNA.

Ribosomal RNA

Ribosomal RNA, forkortet rRNA, finnes i ribosomer og deltar i biosyntesen av proteiner. Derfor er det en viktig komponent i alle celler.

Ribosomal RNA er assosiert med proteinmolekyler (ca. 100, omtrent) for å gi opphav til ribosomale presubunidater. De er klassifisert avhengig av sedimentasjonskoeffisienten, betegnet med bokstav S av Svedberg-enheter.

En ribosom består av to deler: hovedunderenheten og den mindre underenheten. Begge underenheter varierer mellom prokaryoter og eukaryoter når det gjelder sedimenteringskoeffisienten.

Prokaryoter har en stor 50S underenhet og en liten 30S underenhet, mens i eukaryoter den store underenheten er 60S og den lille 40S underenheten.

Generene som kodes for ribosomale RNA er i nukleolus, et bestemt område av kjernen som ikke er begrenset av en membran. Ribosomale RNA transkriberes i denne regionen med RNA-polymerase I.

I celler som syntetiserer store mengder proteiner; Nukleolus er en fremtredende struktur. Men når den aktuelle cellen ikke krever et høyt antall proteinprodukter, er nukleolus en nesten umerkelig struktur..

Behandling av ribosomal RNA

Den store 60S ribosomale underenheten er assosiert med fragmenter 28S og 5,8S. Med hensyn til den lille underenheten (40S) er den forbundet med 18S.

I høyere eukaryoter blir pre-rRNA kodet i en transkripsjonsenhet på 45S, som involverer RNA-polymerase I. Denne transkripsjonen behandles i de modne ribosomale RNAene 28S, 18S og 5,8S.

Som syntesen fortsetter, er pre-rRNA assosiert med forskjellige proteiner og danner ribonukleoproteinpartikler. Dette gjennomgår en rekke påfølgende modifikasjoner som inkluderer metylering av 2'-OH-gruppen av ribose og omdannelse av rester av uridin til pseudouridin..

Det område hvor disse endringene forekomme er styrt av mer enn 150 små nukleolære RNA-molekyler som har evne til å engasjere den pre-rRNA.

I motsetning til resten av pre-rRNA transkripseres 5S av RNA-polymerase III i nukleoplasma og ikke inne i nukleolus. Etter å være syntetisert, blir den tatt til nukleolus for å samle seg med 28S og 5,8S, som danner ribosomale enheter.

Ved slutten av samleprosessen overføres underenhetene til cytoplasma av atomporer.

polyribosomes

Det kan hende at et molekyle av messenger-RNA gir opprinnelse til flere proteiner samtidig, og blir mer enn ett ribosom. Etter hvert som oversettelsesprosessen utvikler seg, er slutten av messenger gratis og kan hentes av en annen ribosom, og starter en ny syntese.

Derfor er det vanlig å finne ribosomer gruppert (mellom 3 og 10) i et enkelt molekyl av messenger RNA, og denne gruppen kalles polyribosom.

Overfør RNA

Overførings-RNA er ansvarlig for overføring av aminosyrene ettersom prosessen med proteinsyntese utvikler seg. De består av ca. 80 nukleotider (sammenlignet med messenger RNA, det er et "lite" molekyl).

Strukturen har folder og kryss som ligner en trefoil med tre armer. I den ene enden er en adenylsyring hvor hydroxylgruppen av ribosen medierer bindingen til aminosyren som skal transporteres.

De forskjellige overførings-RNAene kombineres utelukkende med en av de tjue aminosyrer som danner proteinene; Med andre ord er det kjøretøyet som transporterer de grunnleggende byggesteinene av proteiner. Overførings-RNA-komplekset sammen med aminosyren kalles aminoacyl-tRNA.

I tillegg, i oversettelsesprosessen - som oppstår takket være ribosomene - gjenkjenner hver overførings-RNA et spesifikt kodon i messenger-RNA. Når det er kjent, frigjøres den tilsvarende aminosyren og blir en del av det syntetiserte peptid.

For å gjenkjenne typen aminosyre som må leveres, har RNA et "anticodon" som er plassert i molekylets midtre region. Dette anticodon er i stand til å danne hydrogenbindinger med komplementære baser tilstede i messenger DNA.

mikroRNA

Mirna microRNAs er en type eller kort RNA enkeltstrengen, mellom 21 og 23 nukleotider, hvis funksjon er å regulere genekspresjon. Som det ikke oversettes til protein, kalles det vanligvis ikke-kodende RNA.

Som de andre typer RNA er behandlingen av mikroRNAer komplekse og involverer en serie proteiner.

MicroRNAs oppstår fra lengre forløpere kalt mRNA-pri, avledet fra det første transkripsjon av genet. I cellens kjerne blir disse forløpere modifisert i mikroprosessorkomplekset og resultatet er en pre-miRNA..

Pre-mRNAene er gafler med 70 nukleotider som fortsetter behandlingen i cytoplasmaet med et enzym som heter Dicer, som samler det RNA-induserte silestoffkomplekset (RISC) og til slutt syntetiseres mRNA..

Disse RNAene er i stand til å regulere uttrykket av gener, da de er komplementære til spesifikke messenger-RNAer. Når kombinert med målet deres, kan miRNAene undertrykke messenger, eller til og med nedbryte den. Følgelig kan ribosomet ikke oversette nevnte transkripsjon.

Silencing RNA

En bestemt type mikroRNA er liten interfererende RNA (siRNA), også kalt silkende RNA. De er korte RNAer, mellom 20 og 25 nukleotider, som hindrer uttrykket av visse gener.

De er meget lovende instrumenter for forskning, siden de tillater siling av et gen av interesse og dermed studerer sin mulige funksjon.

Forskjeller mellom DNA og RNA

Selv om DNA og RNA er nukleinsyrer og kan se veldig like ved første øyekast, varierer de i flere av deres kjemiske og strukturelle egenskaper. DNA er et dobbeltbåndsmolekyl, mens RNA er et enkelt band.

Derfor er RNA et mer allsidig molekyl og kan vedta et stort utvalg av tredimensjonale former. Enkelte virus har imidlertid dobbeltstrenget RNA i sitt genetiske materiale.

I RNA-nukleotider er sukkermolekylet en ribose, mens det i DNA er en deoksyribose, som bare er forskjellig i nærvær av et oksygenatom.

Fosfodiester ryggraden i DNA og RNA-binding er sannsynlig å ha en langsom hydrolyseprosessen uten tilstedeværelse av enzymer. Under alkaliske betingelser, RNA ble hurtig hydrolysert til ekstra- takket hydroksylgruppe, mens ingen DNA.

Tilsvarende er nitrogeninnholdet som utgjør nukleotidene i DNA, guanin, adenin, tymin og cytosin; På den annen side erstattes det thymiske RNA med uracil. Uracil kan parres med adenin, akkurat som tymin i DNA.

Opprinnelse og evolusjon

RNA er det eneste kjente molekylet som er i stand til å lagre informasjon og katalysere kjemiske reaksjoner på samme tid; Derfor foreslår flere forfattere at RNA-molekylet var avgjørende for livets opprinnelse. Overraskende nok er substratene til ribosomer andre RNA-molekyler.

Oppdagelsen av ribozymer førte til biokjemisk omdefinering av "enzym" - fordi uttrykket ble brukt utelukkende for proteiner med katalytisk aktivitet - og bidro til å opprettholde et scenario der de første livsformer bare brukte RNA som genetisk materiale.

referanser

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J et al. (2002). Molekylærbiologi av cellen. 4. utgave. New York: Garland Science. Fra DNA til RNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biokjemi. Jeg reverserte.
  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). Moderne genetisk analyse. New York: W. H. Freeman. Gener og RNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Forskrift om medisinsk fysiologi. Elsevier.
  6. Hall, J. E. (2015). Guyton og Hall lærebok av medisinsk fysiologi e-bok. Elsevier Helsefag.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4. utgave. New York: W. H. Freeman. Seksjon 11.6, Behandling av rRNA og tRNA. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M.M. (2008). Lehninger-prinsipper for biokjemi. Macmillan.