ARN: FUNKTIONER, STRUKTUR OG TYPER - BIOLOGI - 2025

Den RNA eller RNA (ribonukleinsyre) er en type af nukleinsyre til stede i eukaryoter prokaryoter og vira. Det er en nucleotidpolymer, der indeholder fire typer nitrogenholdige baser i dens struktur: adenin, guanin, cytosin og uracil.

RNA findes generelt som et enkelt bånd (undtagen i nogle vira), på en lineær måde eller i en række komplekse strukturer. Faktisk har RNA en strukturel dynamik, der ikke observeres i DNA-dobbelthelix. De forskellige typer RNA har meget forskellige funktioner.

Ribosomale RNA'er er en del af ribosomer, de strukturer, der er ansvarlige for syntesen af ​​proteiner i celler. Messenger-RNA'er fungerer som mellemmænd og bærer genetisk information til ribosomet, som oversætter meddelelsen fra en nukleotidsekvens til en aminosyresekvens.

Transfer-RNA'er er ansvarlige for at aktivere og overføre de forskellige typer aminosyrer -20 i alt til ribosomer. Der er et overførsels-RNA-molekyle for hver aminosyre, der genkender sekvensen i messenger-RNA.

Derudover er der andre typer RNA, der ikke er direkte involveret i proteinsyntese og deltager i genregulering.

Struktur

De grundlæggende enheder af RNA er nukleotider. Hvert nukleotid består af en nitrogenagtig base (adenin, guanin, cytosin og uracil), en pentose og en phosphatgruppe.

nukleotider

Kvælstofbaser stammer fra to grundlæggende forbindelser: pyrimidiner og puriner.

Baserne afledt af puriner er adenin og guanin, og baserne afledt af pyrimidiner er cytosin og uracil. Selvom dette er de mest almindelige baser, kan nukleinsyrer også have andre typer baser, der er mindre almindelige.

Hvad angår pentose, er de enheder af d-ribose. Derfor kaldes nucleotiderne, der udgør RNA, "ribonukleotider".

RNA-kæde

Nukleotider er bundet sammen af ​​kemiske bindinger, der involverer phosphatgruppen. For at danne dem er fosfatgruppen ved 5'-enden af ​​et nucleotid bundet til hydroxylgruppen (–OH) ved 3'-enden af ​​det næste nucleotid, hvilket skaber en phosphodiester-lignende binding.

Langs nukleinsyrekæden har phosphodiesterbindinger den samme orientering. Derfor er der en polaritet i strengen, der skelner mellem 3 'og 5' enden.

Efter konvention er strukturen af ​​nukleinsyrer repræsenteret af 5'-enden til venstre og 3'-enden til højre.

RNA-produktet af DNA-transkription er et enkeltstrenget bånd, der drejer til højre i en spiralformet konformation ved stabling af baser. Interaktionen mellem puriner er meget større end samspillet mellem to pyrimidiner på grund af deres størrelse.

I RNA er det ikke muligt at tale om en traditionel sekundær struktur og reference, såsom dobbelt helix af DNA. Den tredimensionelle struktur i hvert RNA-molekyle er unik og kompleks, der kan sammenlignes med proteiner (logisk set kan vi ikke globalisere strukturen af ​​proteiner).

Krafter, der stabiliserer RNA

Der er svage interaktioner, der bidrager til stabilisering af RNA, især basestabling, hvor ringene er placeret den ene oven på den anden. Dette fænomen bidrager også til stabiliteten af ​​DNA-helixen.

Hvis RNA-molekylet finder en komplementær sekvens, kan de parre sig og danne en dobbeltstrenget struktur, der drejer til højre. Den dominerende form er type A; Hvad angår Z-formene, er de kun bevist på laboratoriet, mens B-formen ikke er blevet observeret.

Generelt er der korte sekvenser (såsom UUGG), der er placeret i slutningen af ​​RNA og har det særlige ved dannelse af stabile sløjfer. Denne sekvens deltager i foldningen af ​​den tredimensionelle struktur af RNA.

Derudover kan hydrogenbindinger dannes på andre steder end de typiske baseparringer (AU og CG). En af disse interaktioner forekommer mellem 2'-OH af ribose med andre grupper.

At belyse de forskellige strukturer fundet i RNA har tjent til at demonstrere de mange funktioner af denne nukleinsyre.

RNA typer og funktioner

Der er to klasser af RNA: informativ og funktionel. Den første gruppe inkluderer RNA'er, der deltager i proteinsyntese og fungerer som mellemmænd i processen; de informative RNA'er er messenger RNA'erne.

I modsætning hertil giver RNA'er, der tilhører den anden klasse, de funktionelle, ikke anledning til et nyt proteinmolekyle, og selve RNA'et er det endelige produkt. Disse er overførsels-RNA'er og de ribosomale RNA'er.

I pattedyrceller er 80% af RNA ribosomalt RNA, 15% er transfer-RNA, og kun en lille del svarer til messenger-RNA. Disse tre typer arbejder samarbejdet for at opnå proteinbiosyntesen.

Der er også små nukleare RNA'er, små cytoplasmatiske RNA'er og mikroRNA'er blandt andre. Hver af de vigtigste typer vil blive beskrevet detaljeret nedenfor:

Messenger RNA

I eukaryoter er DNA begrænset til kernen, mens proteinsyntese forekommer i cytoplasmaet i cellen, hvor ribosomer findes. På grund af denne rumlige adskillelse skal der være en mægler, der bærer beskeden fra kernen til cytoplasmaen, og at molekylet er messenger RNA.

Messenger RNA, forkortet mRNA, er et mellemliggende molekyle, der indeholder informationen kodet i DNA, og som specificerer en aminosyresekvens, der vil give anledning til et funktionelt protein.

Udtrykket messenger RNA blev foreslået i 1961 af François Jacob og Jacques Monod for at beskrive den del af RNA, der overførte beskeden fra DNA til ribosomer.

Processen med syntese af et mRNA fra DNA-strengen er kendt som transkription, og den forekommer forskelligt mellem prokaryoter og eukaryoter.

Genekspression styres af flere faktorer og afhænger af behovene i hver celle. Transkription er opdelt i tre faser: initiering, forlængelse og afslutning.

Transskription

Processen med DNA-replikation, der forekommer i hver celledeling, kopierer hele kromosomet. Transkriptionsprocessen er imidlertid meget mere selektiv, den beskæftiger sig kun med behandling af specifikke segmenter af DNA-strengen og kræver ikke en primer.

I Escherichia coli - den bedst studerede bakterie inden for biovidenskab - begynder transkription med afvikling af DNA-dobbelt helix og transkriptionsløkken dannes. Enzymet RNA-polymerase er ansvarlig for syntese af RNA, og når transkriptionen fortsætter, vender DNA-strengen tilbage til sin oprindelige form.

Start, forlængelse og afslutning

Transkription initieres ikke på tilfældige steder på DNA-molekylet; der er specialiserede websteder til dette fænomen, kaldet promotorer. I E. coli er RNA-polymerasen koblet et par basepar over målområdet.

Sekvenserne, hvor transkriptionsfaktorerne kobles, er ret konserverede mellem forskellige arter. En af de bedst kendte promotorsekvenser er TATA-boksen.

Forlængelse tilføjer RNA-polymerase-enzymet nye nukleotider til 3'-OH-enden efter 5 til 3 ′ retningen. Hydroxylgruppen fungerer som en nukleofil og angriber alfa-fosfat af det nukleotid, der skal tilsættes. Denne reaktion frigiver et pyrophosphat.

Kun en af ​​DNA-strengene bruges til at syntetisere messenger-RNA, der kopieres i retningen 3 ′ til 5 the (den antiparallelle form af den nye RNA-streng). Nukleotidet, der skal tilsættes, skal være i overensstemmelse med baseparring: U-par med A og G med C.

RNA-polymerase stopper processen, når den finder regioner, der er rige på cytosin og guanin. Til sidst adskilles det nye messenger-RNA-molekyle fra komplekset.

Transkription i prokaryoter

I prokaryoter kan et messenger-RNA-molekyle kode for mere end et protein.

Når et mRNA udelukkende koder for et protein eller polypeptid, kaldes det monocistronisk mRNA, men hvis det koder for mere end et proteinprodukt, er mRNA polycistronisk (bemærk, at i denne sammenhæng betegner udtrykket cistron til genet).

Transkription i eukaryoter

I eukaryote organismer er langt de fleste mRNA'er monocistroniske, og det transkriptionelle maskineri er meget mere kompliceret i denne afstamning af organismer. De er kendetegnet ved at have tre RNA-polymeraser, betegnet I, II og III, hver med specifikke funktioner.

I er ansvarlig for syntese af pre-rRNA'erne, II syntetiserer messenger-RNA'erne og nogle specielle RNA'er. Endelig tager III sig af overførings-RNA'er, ribosomal 5S og andre små RNA'er.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA gennemgår en række specifikke ændringer i eukaryoter. Den første involverer at tilføje en "cap" til slutningen af ​​5 ′. Kemisk set er hætten en 7-methylguanosinrest bundet til enden af ​​en 5 ', 5'-triphosphatbinding.

Denne zones rolle er at beskytte RNA mod mulig nedbrydning af ribonukleaser (enzymer, der nedbryder RNA i mindre komponenter).

Derudover sker eliminering af 3'-enden, og 80 til 250 adeninrester tilsættes. Denne struktur er kendt som polyA "halen" og tjener som et bindingssted for forskellige proteiner. Når en prokaryot erhverver en polyA-hale, har den en tendens til at stimulere dens nedbrydning.

På den anden side transkriberes denne messenger med introner. Introner er DNA-sekvenser, der ikke er en del af genet, men som "afbryder" den sekvens. Introner oversættes ikke og skal derfor fjernes fra messenger.

De fleste hvirveldyrgener har introner, bortset fra gener, der koder for histoner. På lignende måde kan antallet af introner i et gen variere fra et par til dusinvis af disse.

splejsning

RNA's plicerings- eller splejsningsproces involverer fjernelse af introner i messenger-RNA'et.

Nogle introner, der findes i nukleare eller mitokondriske gener, kan udføre splejsningsprocessen uden hjælp af enzymer eller ATP. I stedet udføres processen ved transesterificeringsreaktioner. Denne mekanisme blev opdaget i den cilierede protosoan Tetrahymena thermophila.

I modsætning hertil er der en anden gruppe af budbringere, der ikke er i stand til at formidle deres egen splejsning, så de har brug for yderligere maskiner. Et ret stort antal nukleare gener hører til denne gruppe.

Splejsningsprocessen formidles af et proteinkompleks kaldet et splejsosom eller splejsningskompleks. Systemet består af specialiserede RNA-komplekser kaldet små nukleare ribonukleoproteiner (RNP'er).

Der er fem typer RNP: U1, U2, U4, U5 og U6, som findes i kernen og formidler splejsningsprocessen.

Splejsning kan producere mere end en type protein - dette er kendt som alternativ splejsning - da eksonerne er arrangeret forskelligt og skaber variationer af messenger RNA.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, forkortet rRNA, findes i ribosomer og deltager i biosyntesen af ​​proteiner. Derfor er det en væsentlig komponent i alle celler.

Ribosomalt RNA associeres med proteinmolekyler (ca. 100) for at give anledning til ribosomale forudsætninger. De klassificeres afhængigt af deres sedimentationskoefficient, betegnet med bogstavet S for Svedberg-enheder.

Et ribosom består af to dele: den store underenhed og den mindre underenhed. Begge underenheder er forskellige mellem prokaryoter og eukaryoter med hensyn til sedimentationskoefficient.

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

De gener, der koder for ribosomale RNA'er, er i kernen, et bestemt område af kernen, der ikke er afgrænset af en membran. Ribosomale RNA'er transkriberes i denne region af RNA-polymerase I.

I celler, der syntetiserer store mængder proteiner; kernen er en fremtrædende struktur. Når den pågældende celle imidlertid ikke kræver et stort antal proteinprodukter, er kernen en næsten umærkelig struktur.

MicroRNA

MicroRNA'er eller miRNA'er er en type kort, enkeltstrenget RNA mellem 21 og 23 nucleotider, hvis funktion er at regulere ekspressionen af ​​gener. Da det ikke oversættes til protein, kaldes det ofte ikke-kodende RNA.

Som andre typer RNA er mikroRNA-behandling meget kompleks og involverer et antal proteiner.

MicroRNAs stammer fra længere forløbere kaldet mi-priRNA, afledt af den første transkription af genet. I cellekernen modificeres disse forstadier i mikroprocessorkomplekset, og resultatet er et pre-miRNA.

Pre-miRNA'er er 70 nukleotid-hårnåle, der fortsat behandles i cytoplasmaet af et enzym kaldet Dicer, som samler det RNA-inducerede lyddæmpekompleks (RISC) og til sidst syntetiseres miRNA.

Disse RNA'er er i stand til at regulere ekspressionen af ​​gener, da de er komplementære til specifikke messenger-RNA'er. Ved parring med deres mål er miRNA'er i stand til at undertrykke messenger eller endda forringe det. Følgelig kan ribosomet ikke oversætte nævnte transkription.

RNA-lyddæmpning

En bestemt type mikroRNA er små interfererende RNA'er (siRNA'er), også kaldet lyddæmpende RNA'er. De er korte RNA'er, mellem 20 og 25 nukleotider, som hindrer ekspressionen af ​​visse gener.

De er meget lovende instrumenter til forskning, da de gør det muligt at dæmpe et gen af ​​interesse og således studere dets mulige funktion.

Forskelle mellem DNA og RNA

Selvom DNA og RNA er nukleinsyrer og kan se meget ens ud ved første øjekast, er de forskellige i flere af deres kemiske og strukturelle egenskaber. DNA er et dobbeltbåndsmolekyle, mens RNA er enkeltbånd.

Som sådan er RNA et mere alsidigt molekyle og kan antage en lang række tredimensionelle former. Imidlertid har visse vira dobbeltbånd-RNA i deres genetiske materiale.

I RNA-nukleotider er sukkermolekylet en ribose, mens det i DNA er en deoxyribose, der kun adskiller sig i nærværelse af et iltatom.

Fosfodiesterbindingen i rygraden af ​​DNA og RNA er tilbøjelig til at gennemgå en langsom hydrolyseproces uden tilstedeværelse af enzymer. Under alkaliske forhold hydrolyseres RNA hurtigt - takket være den ekstra hydroxylgruppe - mens DNA ikke gør det.

Tilsvarende er de nitrogenholdige baser, der udgør nukleotider i DNA, guanin, adenin, thymin og cytosin; derimod erstattes thymin i RNA med uracil. Uracil kan parres med adenin på samme måde som thymin i DNA.

Oprindelse og evolution

RNA er det eneste kendte molekyle, der er i stand til at lagre information og katalysere kemiske reaktioner på samme tid; Af denne grund foreslår flere forfattere, at RNA-molekylet var afgørende i livets oprindelse. Overraskende nok er substraterne for ribosomer andre RNA-molekyler.

Opdagelsen af ​​ribozymer førte til den biokemiske omdefinering af "enzym" - siden tidligere blev udtrykket udelukkende brugt til proteiner med katalytisk aktivitet- og hjalp med at understøtte et scenarie, hvor de første livsformer kun anvendte RNA som genetisk materiale.

Referencer

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Cellens molekylærbiologi. 4. udgave. New York: Garland Science. Fra DNA til RNA. Fås på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jeg vendte om.
3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). Moderne genetisk analyse. New York: WH Freeman. Gener og RNA. Fås på: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Traktat for medicinsk fysiologi. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton og Halls lærebog om medicinsk fysiologi e - bog. Elsevier Sundhedsvidenskab.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4. udgave. New York: WH Freeman. Afsnit 11.6, Behandling af rRNA og tRNA. Fås på: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.