biologi

RNA

generalitet

RNA eller ribonucleinsyre er nukleinsyren involveret i processerne for kodning, dekodning, regulering og ekspression af gener. Gen er mere eller mindre lange segmenter af DNA, som indeholder de grundlæggende informationer til proteinsyntese.

Figur: Kvælstofbaser i et RNA-molekyle. Fra wikipedia.org

I meget enkle termer er RNA afledt af DNA og repræsenterer molekylet, der passerer mellem det og proteinerne. Nogle forskere kalder det "ordbog til oversættelse af DNA-sprog til proteinernes sprog".

RNA-molekylerne stammer fra foreningen i kæder af et variabelt antal ribonukleotider. En fosfatgruppe, en nitrogenholdig base og et sukker med 5 carbonatomer, kaldet ribose, deltager i dannelsen af ​​hvert enkelt ribonukleotid.

Hvad er RNA?

RNA eller ribonukleinsyre er et biologisk makromolekyle, der tilhører kategorien af nukleinsyrer, som spiller en central rolle i dannelsen af proteiner, der starter ud fra DNA .

Frembringelsen af ​​proteiner (som også er biologiske makromolekyler) indbefatter en række cellulære processer, der tilsammen kaldes proteinsyntese .

DNA, RNA og proteiner er grundlæggende for at sikre overlevelsen, udviklingen og den korrekte funktion af cellerne i levende organismer.

Hvad er DNA?

DNA eller deoxyribonukleinsyre er den anden nukleinsyre, der findes i naturen sammen med RNA.

Strukturelt ligner ribonukleinsyre er deoxyribonukleinsyre den genetiske arv, der er "genbutikken" indeholdt i levende organismer. Dannelsen af ​​RNA og indirekte proteinet afhænger af DNA.

RNAs historie

Figur: ribose og deoxyribose

RNA-forskning begyndte efter 1868, da Friedrich Miescher opdagede nukleinsyrer.

De første vigtige opdagelser i denne forbindelse er dateret mellem anden del af 1950'erne og første del af 1960'erne. Blandt de forskere, der deltog i disse opdagelser, fortjener Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies og Robert Holley en særlig omtale.

I 1977 afskrev en gruppe forskere, ledet af Philip Sharp og Richard Roberts, intron splejsningsprocessen .

I 1980 identificerede Thomas Cech og Sidney Altman ribozymerne.

* Bemærk: For at lære om intron splejsning og ribozymer, se kapitlerne dedikeret til RNA syntese og funktioner.

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 .

De monomerer, der udgør RNA, er nukleotider .

RNA er som sædvanlig en enkelt kæde

RNA-molekyler er molekyler, der normalt består af enkelt nukleotidkæder ( polynukleotidfilamenter ).

Længden af ​​cellulære RNA varierer fra mindre end et hundrede til endda flere tusinde nukleotider.

Antallet af nukleotider er en funktion af det pågældende molekyls rolle.

Sammenligning med DNA

I modsætning til RNA er DNA en biopolymer, der generelt dannes af to nukleotidstrenger.

Sammenføjet har disse to polynukleotidfilamenter modsat orientering, og indpakning sig i hinanden går man sammen til at sammensætte en dobbelt spiral kendt som " dobbelt helix ".

Et generisk humant DNA-molekyle kan indeholde ca. 3, 3 milliarder nucleotider pr. Filament .

GENERISK STRUKTUR AF EN NUCLEOTID

Ved definition er nukleotider de molekylære enheder, der udgør RNA- og DNA-nucleinsyrerne.

Fra det strukturelle synspunkt er et generisk nukleotid resultatet af sammenslutningen af ​​tre elementer, som er:

  • En phosphatgruppe, som er et derivat af phosphorsyre;
  • En pentose, det er et sukker med 5 carbonatomer;
  • En nitrogenholdig base, som er et aromatisk heterocyklisk molekyle.

Pentosen er det centrale element i nucleotiderne, idet phosphatgruppen og den nitrogenholdige base binder til den.

Figur: Elementer, der udgør et generisk nukleotid af en nukleinsyre. Som det kan ses, er fosfatgruppen og nitrogenbasen bundet til sukker.

Den kemiske binding, der holder pentosen og phosphatgruppen sammen, er en phosphodiesterbinding, mens den kemiske binding, der forener pentosen og nitrogenbasen, er en N-glycosidbinding .

HVAD ER RNA PENTOSO?

Lokalitet: Kemister har tænkt sig at nummerere kulerne, der udgør de organiske molekyler, på en sådan måde, at deres studie og beskrivelse bliver enklere. Herefter bliver de 5 kuler af en pentose: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 og carbon 5. Kriteriet for tildeling af tallene er ret komplekst, og derfor anser vi det hensigtsmæssigt at udelade forklaringen.

Sukkeret med 5 carbonatomer, der skelner strukturen af ​​RNA nukleotider, er ribose .

Af de 5 carbonatomer af ribose fortjener de en særlig omtale:

  • Carbon 1, fordi det er det der binder til den nitrogenholdige base gennem en N-glycosidbinding.
  • Carbon 2, fordi det er hvad der diskriminerer pentosen af ​​RNA nukleotider fra pentosen af ​​DNA nukleotider. Forbindelse med carbon 2 af RNA'et er der et oxygenatom og et hydrogenatom, der sammen danner en hydroxylgruppe OH .
  • Carbon 3, fordi det er, hvad der deltager i forbindelsen mellem to på hinanden følgende nukleotider .
  • Carbon 5, fordi det er, hvad der er forbundet med phosphatgruppen, gennem en phosphodiesterbinding.

På grund af tilstedeværelsen af ​​ribosukker kaldes RNA nukleotider ribonucleotider .

Sammenligning med DNA

Den pentose, der udgør DNA-nucleotiderne, er deoxyribose .

Deoxyribose adskiller sig fra ribose på grund af manglen på oxygenatomer på carbon 2.

Således mangler den OH-hydroxylgruppen, som karakteriserer 5-carbon-RNA-sukker.

På grund af tilstedeværelsen af ​​deoxyribosesukker er DNA-nukleotider også kendt som deoxyribonukleotider .

Typer af nucleotider og kvælstofbaser

RNA har 4 forskellige typer nukleotider .

Kun den nitrogenholdige base skelner mellem disse 4 forskellige typer nukleotider.

Af tydelige grunde er der derfor 4 nitrogenholdige baser af RNA, specifikt: adenin (forkortet som 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 ind i kategorien pyrimidiner, aromatiske heterocykliske forbindelser med en ring.

Sammenligning med DNA

De nitrogenholdige baser, der adskiller DNA-nucleotiderne, er de samme som for RNA, bortset fra uracil. I stedet for sidstnævnte er der en nitrogenholdig base kaldet thymin (T), som tilhører kategorien af ​​pyrimidiner.

BOND LANG NUCLEOTIDERNE

Hvert nukleotid, der danner en hvilken som helst RNA-streng, binder til det næste nukleotid ved hjælp af en phosphodiesterbinding mellem carbon 3 af sin pentose og den umiddelbart efterfølgende nukleotidphosphatgruppe.

Slutningen af ​​en RNA-molekyle

Ethvert RNA-polynukleotidfilament har to ender, kendt som 5'-enden (læs "ender første fem") og enderne 3 ' (læses "tip tre først").

Efter konvention har biologer og genetikere fastslået, at 5' - enden repræsenterer hovedet af et RNA-filament, mens 3'-enden repræsenterer sin hale .

Fra det kemiske synspunkt falder 5'-enden sammen med phosphatgruppen af ​​det første nucleotid i polynukleotidkæden, mens 3'-enden falder sammen med hydroxylgruppen placeret på carbon 3 i det sidste nukleotid i den samme kæde.

Det er på grundlag af denne organisation, at i de genetiske og molekylære biologiske bøger beskrives polynukleotidstrengene af en hvilken som helst nukleinsyre som følger: P-5 '→ 3'-OH (* NB: bogstavet P angiver atomet af phosphat af phosphatgruppen).

Ved anvendelse af begreberne 5'-ender og 3'-ender til et enkelt nukleotid er 5'-enden af ​​sidstnævnte phosphatgruppen bundet til carbon 5, mens dens 3'-ende er hydroxylgruppen kombineret med carbon 3.

I begge tilfælde er læseren inviteret til at være opmærksom på den numeriske gentagelse: 5'-endefosfatgruppe på carbon 5 og 3'-ende-hydroxylgruppe på carbon 3.

lokalisering

I kernekerner (dvs. med kerner) af et levende væsen, kan RNA-molekyler findes både i kernen og i cytoplasmaet .

Denne brede lokalisering afhænger af, at nogle af de cellulære processer med RNA som hovedperson er placeret i kernen, mens andre finder sted i cytoplasma.

Sammenligning med DNA

DNA'et af eukaryote organismer (derfor også humant DNA) er placeret udelukkende inden i cellekernen.

Sammenfattende tabel over forskellene mellem RNA og DNA:
  • RNA er et mindre biologisk molekyle end DNA, som normalt dannes fra en enkelt streng af nukleotider.
  • Den pentose, der udgør nukleotiderne af ribonukleinsyre, er ribose.
  • Nukleinsyre-RNA-nukleotider er også kendt som ribonukleotider.
  • RNA-nukleinsyren deler kun DNA'et med 3 DNA-baser ud af 4. I stedet for thymin er det faktisk den uracil-nitrogenbaserede base.
  • RNA kan opholde sig i forskellige rum i cellen, fra kernen til cytoplasma.

Opsummering

Processen med RNA-syntese er baseret på et intracellulært enzym (dvs. placeret inde i cellen), kaldet RNA-polymerase (NB: et enzym er et protein).

RNA-polymerasen fra en celle anvender DNA, der er til stede inde i kernen i den samme celle, som om det var en form for at skabe RNA.

Med andre ord er det en slags kopimaskine, der transkriberer, hvad der bringer DNA tilbage til et andet sprog, hvilket er RNA's.

Desuden tager denne proces af RNA-syntese ved RNA-polymerase det videnskabelige navn på transkription .

Eukaryote organismer, som mennesker, besidder 3 forskellige klasser af RNA-polymeraser : RNA-polymerase I, RNA-polymerase II og RNA-polymerase III.

Hver klasse af RNA-polymerase skaber bestemte typer af RNA, som, som læseren vil kunne konstatere i de næste kapitler, har forskellige biologiske roller i forbindelse med cellulært liv.

HVORDAN POLYMERASE RNA virker

En RNA-polymerase er i stand til at:

  • Anerkend, på DNA, hvorfra der skal startes transkription,
  • Bind til DNA,
  • Adskil de to polynukleotidstrenger af DNA (som holdes sammen af ​​hydrogenbindinger mellem nitrogenbaserede baser) for kun at virke på en streng, og
  • Start syntesen af ​​RNA-transkriptet.

Hvert af disse trin foregår, når en RNA-polymerase er ved at udføre transkriptionsprocessen. Derfor er de alle obligatoriske trin.

RNA-polymerase syntetiserer RNA-molekylerne i 5'- 3'-retningen . Da det tilføjer ribonukleotider til det nascent RNA-molekyle, bevæger det sig til form-DNA-strengen i 3'- 5'-retningen .

ÆNDRINGER AF RNA TRANSCRIPT

Efter sin transkription undergår RNA nogle modifikationer, herunder: tilsætningen af ​​nogle nukleotidsekvenser i begge ender, tabet af såkaldte introner (en proces kendt som splejsning ) osv.

Med hensyn til det oprindelige DNA-segment har det resulterende RNA derfor nogle forskelle i forhold til længden af ​​polynukleotidkæden (generelt er den kortere).

typer

Der er flere typer af RNA .

De mest kendte og studerede er: transport RNA (eller transfer RNA eller tRNA ), messenger RNA (eller RNA messenger eller mRNA ), ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA ) og lille nukleært RNA (eller lille nukleært RNA eller snRNA ).

Selvom de dækker forskellige specifikke roller, bidrager tRNA, mRNA, rRNA og snRNA alle til realiseringen af ​​et fælles mål: proteinsyntese, der starter ud fra nukleotidsekvenserne, som er til stede i DNA'et.

RNA-polymerase- og RNA-typer
RNA polymerase I

rRNA
RNA polymerase IImRNA og snRNA
RNA polymerase IIItRNA, en bestemt type rRNA og miRNA'er

ANDRE TYPER RNA STILL

I cellerne af eukaryote organismer fandt forskerne andre typer af RNA ud over de 4 ovennævnte. For eksempel:

  • De mikro-RNA'er (eller miRNA'er ), som er filamenter med en længde lidt større end 20 nukleotider, og
  • Det RNA, der udgør ribozymer . Ribozymer er RNA-molekyler med katalytisk aktivitet, såsom enzymer.

MiRNA'er og ribozymer deltager også i processen med proteinsyntese ligesom tRNA, mRNA osv.

funktion

RNA repræsenterer det biologiske makromolekyle for passage mellem DNA og proteiner, dvs. lange biopolymerer, hvis molekylære enheder er aminosyrer .

RNA'et er sammenligneligt med en ordbog af genetisk information, da det tillader at omdanne nukleotidsegmenterne af DNA (som derefter er de såkaldte gener) til proteins aminosyrer.

En af de hyppigste beskrivelser af den funktionelle rolle, der er omfattet af RNA, er: "RNA er nukleinsyren involveret i kodning, dekodning, regulering og ekspression af gener".

RNA er et af de tre nøgleelementer i den såkaldte centrale dogma for molekylærbiologi, hvori det hedder: "RNA stammer fra DNA, hvorfra proteiner er afledt" ( DNA RNA proteiner ).

TRANSKRIPTION OG OVERTALELSE

Kort fortalt er transkription serien af ​​cellulære reaktioner, der fører til dannelsen af ​​RNA-molekyler, ud fra DNA.

Oversættelse er på den anden side sæt af cellulære processer, der slutter med produktion af proteiner, startende fra RNA-molekylerne produceret under transkriptionsprocessen.

Biologer og genetikere har udtalt udtrykket "translation", fordi vi fra nukleotidernes sprog passerer til aminosyrernes sprog.

TYPER OG FUNKTIONER

Transkriptions- og translationsprocesserne ser alle de førnævnte typer ANNs (tRNA, mRNA, etc.) som hovedpersoner:

  • Et mRNA er et RNA-molekyle der koder for et protein . Med andre ord er mRNA'er proteinerne før processen med at translere nukleotider ind i proteinaminosyrer.

    MRNA'erne gennemgår adskillige modifikationer efter deres transkription.

  • TRNA'er er ikke-kodende RNA-molekyler, men er stadig essentielle for proteindannelse. Faktisk spiller de en central rolle i dechiffrere hvad mRNA-molekylerne rapporterer.

    Navnet "transport RNA" stammer fra, at disse ANNs bærer dem en aminosyre. For at være mere præcis svarer hver aminosyre til et specifikt tRNA.

    TRNA'er interagerer med mRNA gennem tre specifikke nukleotider af deres sekvens.

  • RRNA'erne er RNA-molekylerne, der danner ribosomerne . Ribosomer er komplekse cellulære strukturer, som, der bevæger sig langs mRNA'et, samler aminosyrerne i et protein.

    Et generisk ribosom indeholder inden for det nogle steder, hvor det er i stand til at huse tRNA'erne og få dem til at mødes med mRNA'et. Det er her, at de tre nævnte nukleotider, der er nævnt ovenfor, interagerer med messenger-RNA.

  • SnRNA'er er RNA-molekyler, der deltager i splejsningsprocessen af introner på mRNA'et. Introns er korte segmenter af ikke-kodende mRNA'er, ubrugelige til proteinsyntese formål.
  • Ribozymer er RNA-molekyler, som katalyserer skæringen af ​​ribonukleotidfilamenter, hvor det er nødvendigt.

Figur: mRNA-oversættelse.