Funkcije, struktura i tipovi RNA

RNA ili RNA (ribonukleinska kiselina) je tip nukleinske kiseline prisutne u eukariotskim organizmima, prokariotima i virusima. To je polimer nukleotida koji u svojoj strukturi sadrži četiri vrste dušičnih baza: adenin, gvanin, citozin i uracil.

RNA se općenito nalazi kao jedan pojas (osim u nekim virusima), linearno ili formirajući niz složenih struktura. U stvari, RNA ima strukturni dinamizam koji se ne uočava u dvostrukoj spirali DNA. Različiti tipovi RNA imaju vrlo različite funkcije.

Ribosomske RNA dio su ribosoma, struktura odgovornih za sintezu proteina u stanicama. Glasničke RNA djeluju kao posrednici i prenose genetsku informaciju na ribosom, što prevodi poruku iz nukleotidne sekvence u aminokiselinski slijed.

Prijenosne RNA odgovorne su za aktiviranje i prijenos različitih vrsta aminokiselina -20 u ukupnom broju na ribosome. Postoji molekula prijenosne RNA za svaku aminokiselinu koja prepoznaje sekvencu u glasničkoj RNA.  

Osim toga, postoje i drugi tipovi RNA koji nisu izravno uključeni u sintezu proteina i uključeni su u regulaciju gena.

indeks

• 1 Struktura
  • 1.1 Nukleotidi
  • 1.2 RNA lanac
  • 1.3. Sile koje stabiliziraju RNA
• 2 Vrste RNA i funkcije
  • 2.1 Glasnička RNA
  • 2.2 ribosomska RNA
  • 2.3 Prijenos RNA
  • 2.4 MikroRNA
  • 2,5 mute RNA
• 3 Razlike između DNA i RNA
• 4 Podrijetlo i evolucija
• 5 Reference

struktura

Osnovne jedinice RNA su nukleotidi. Svaki nukleotid je formiran od dušične baze (adenin, gvanin, citozin i uracil), pentoza i fosfatna skupina.

nukleotid

Dušične baze su izvedene iz dva temeljna spoja: pirimidina i purina.

Baze dobivene od purina su adenin i gvanin, a baze dobivene iz pirimidina su citozin i uracil. Iako su to najčešće baze, nukleinske kiseline mogu predstavljati i druge vrste baza koje su rjeđe.

Što se tiče pentoze, to su jedinice d-ribose. Stoga se nukleotidi koji čine RNA nazivaju "ribonukleotidi".

RNA lanac

Nukleotidi su povezani zajedno kemijskim vezama koje uključuju fosfatnu skupinu. Kako bi se oblikovale, fosfatna skupina na 5 'kraju nukleotida je vezana na hidroksilnu skupinu (-OH) na 3' kraju sljedećeg nukleotida, stvarajući tako fosfodiestersku vezu..

Uzduž lanca nukleinske kiseline, fosfodiesterske veze imaju istu orijentaciju. Prema tome, postoji polaritet trake, razlikovanjem 3 'i 5' kraja.

Prema konvenciji, struktura nukleinskih kiselina je predstavljena sa 5 'krajem lijevo, a 3' kraj desno.

RNK produkt transkripcije DNA je jednostavan lanac koji se okreće udesno, u spiralnoj konformaciji stogom slaganja baza. Interakcija između purina mnogo je veća od interakcije između dva pirimidina, po veličini.

U RNA ne možemo govoriti o tradicionalnoj sekundarnoj strukturi i referenci, kao što je dvostruka spirala DNA. Trodimenzionalna struktura svake RNA molekule je jedinstvena i složena, usporediva s onom proteina (logički, ne možemo globalizirati strukturu proteina).

Sile koje stabiliziraju RNA

Postoje slabe interakcije koje doprinose stabilizaciji RNA, posebno slaganja baza, gdje su prstenovi smješteni jedan iznad drugog. Ovaj fenomen također doprinosi stabilnosti DNA spirale.

Ako RNA molekula pronađe komplementarnu sekvencu, oni mogu spojiti i oblikovati dvostruku lančanu strukturu koja se okreće udesno. Dominantni oblik je tip A; kao i za Z-oblike, oni su samo dokazani u laboratoriju, dok oblik B nije uočen.

Općenito, postoje kratke sekvence (poput UUGG) koje se nalaze na kraju RNA i imaju posebnost formiranja petlje stabilna. Ovaj slijed sudjeluje u preklapanju trodimenzionalne strukture RNA.

Osim toga, vodikove veze mogu se formirati na drugim mjestima koja nisu tipični bazni parovi (AU i CG). Jedna od tih interakcija javlja se između 2'-OH riboze s drugim skupinama.

Razrjeđivanje različitih struktura pronađenih u RNA poslužilo je za demonstraciju višestrukih funkcija ove nukleinske kiseline.

Vrste RNA i funkcije

Postoje dvije vrste RNA: informacijska i funkcionalna. Prva skupina uključuje RNA koje sudjeluju u sintezi proteina i djeluju kao posrednici procesa; informativne RNA su glasničke RNA.

Nasuprot tome, RNA koje pripadaju drugoj klasi, funkcionalne, ne dovode do stvaranja nove molekule proteina, a RNA sama je konačni proizvod. To su prijenosne RNA i ribosomalne RNA.

U stanicama sisavaca, 80% RNA je ribosomska RNA, 15% je prijenosna RNA, a samo mali dio odgovara RNK glasniku. Ove tri vrste surađuju kako bi se postigla biosinteza proteina.

Tu su i male nuklearne RNA, male citoplazmatske RNA i mikroRNA, među ostalima. Zatim će se detaljno opisati svaki od najvažnijih tipova:

Glasnička RNA

Kod eukariota DNA je ograničena na jezgru, dok se sinteza proteina odvija u citoplazmi stanice, gdje se nalaze ribosomi. Za ovo prostorno odvajanje mora postojati posrednik koji prenosi poruku od jezgre do citoplazme i ta molekula je RNA.

Glasnička RNA, skraćeno mRNA, je srednja molekula koja sadrži informacije koje su kodirane u DNA i koje specificiraju sekvencu aminokiselina koja će dovesti do funkcionalnog proteina.

Izraz RNA za glasnike predložio je 1961. godine François Jacob i Jacques Monod da opišu dio RNA koji je prenio poruku iz DNA na ribosome..

Proces sinteze mRNA iz lanca DNA poznat je kao transkripcija i pojavljuje se različito između prokariota i eukariota. 

Ekspresija gena je regulirana s nekoliko čimbenika i ovisi o potrebama svake stanice. Transkripcija je podijeljena u tri faze: inicijacija, izduženje i završetak.

transkripcija

Proces replikacije DNA, koji se pojavljuje u svakoj staničnoj diobi, kopira cijeli kromosom. Međutim, proces transkripcije je mnogo selektivniji, bavi se samo obradom specifičnih segmenata DNA lanca i ne zahtijeva prajmer.

u Escherichia coli -bakterija koja je najbolje proučavana u biološkim znanostima - transkripcija započinje odmotavanjem dvostruke spirale DNA i formira se transkripcijska petlja. Enzim RNA polimeraze je odgovoran za sintetiziranje RNA, a kako se transkripcija nastavlja, lanac DNA vraća se u svoj izvorni oblik.

Iniciranje, izduženje i završetak

Transkripcija se ne inicira na slučajnim mjestima u molekuli DNA; postoje specijalizirana mjesta za ovaj fenomen, nazvana promotori. u E. coli RNA polimeraza je povezana s nekoliko parova baza iznad bijele regije.

Sekvence u kojima su povezani transkripcijski faktori su prilično konzervirani među različitim vrstama. Jedna od najpoznatijih promotorskih sekvenci je TATA okvir.

U elongaciji, enzim RNA polimeraze dodaje nove nukleotide na kraj 3'-OH, slijedeći smjer 5 'do 3'. Hidroksilna skupina djeluje kao nukleofil, napadajući alfa fosfat nukleotida koji će biti dodan. Ova reakcija oslobađa pirofosfat.

Koristi se samo jedan lanac DNA za sintezu glasničke RNA, koja se kopira u smjeru 3 'u 5' (antiparalelni oblik novog lanca RNA). Nukleotid koji će biti dodan mora odgovarati osnovnom uparivanju: U uparivanje s A, i G s C.

RNA polimeraza zaustavlja proces kada pronađe područja bogata citozinom i gvaninom. Konačno, nova molekula RNA odvaja se od kompleksa.

Transkripcija u prokariotima

U prokariotima, molekula RNK može kodirati više od jednog proteina.

Kada mRNA kodira isključivo za protein ili polipeptid, naziva se monocistronska mRNA, ali ako kodificira više od jednog proteinskog produkta, mRNA je polikistronska (napominjemo da se u ovom kontekstu izraz cistron odnosi na gen).

Transkripcija kod eukariota

U eukariotskim organizmima velika većina mRNA je monocistronska, a mehanizam transkripcije je mnogo složeniji u ovoj liniji organizama. Karakteriziraju ih tri RNK polimeraze, označene I, II i III, svaka sa specifičnim funkcijama.

I je zadužen za sintetiziranje pre-rRNA, II sintetizira glasničke RNA i neke posebne RNA. Konačno, III je odgovoran za prijenos RNA, 5S ribosomalnu i drugu malu RNA.

Glasnička RNA u eukariota

Messenger RNA prolazi kroz niz specifičnih modifikacija kod eukariota. Prvi uključuje dodavanje "kape" na 5 'kraj. Kemijski, poklopac je ostatak 7-metilgvanozina vezan za kraj vezom tipa 5 ', 5'-trifosfat.

Funkcija ove zone je zaštita RNA od moguće degradacije ribonukleazama (enzimi koji razgrađuju RNA na manje komponente).

Dodatno, dolazi do uklanjanja 3 'kraja i dodaje se 80 do 250 adeninskih ostataka. Ova struktura je poznata kao polyA "rep" i služi kao vezna zona za nekoliko proteina. Kada prokariota dobije rep, poliA ima tendenciju da stimulira njegovu degradaciju.

S druge strane, ovaj je glasnik prepisan s intronima. Introni su DNA sekvence koje nisu dio gena, ali "prekidaju" sekvencu. Introni nisu prevedeni i stoga ih je potrebno ukloniti iz glasnika.

Većina gena kralježnjaka ima introne, osim gena koji kodiraju histone. Slično tome, broj introna u genu može varirati od nekoliko do desetak njih.

srastanje RNA

Splicing RNA ili proces spajanja uključuje uklanjanje introna u RNA za poruke.

Neki introni pronađeni u nuklearnim ili mitohondrijskim genima mogu izvesti proces srastanje bez pomoći enzima ili ATP-a. Umjesto toga, proces se provodi reakcijama transesterifikacije. Taj je mehanizam otkriven u treperavom protozonu Tetrahymena thermophila.

Nasuprot tome, postoji još jedna skupina glasnika koji nisu u stanju posredovati svoje srastanje, stoga im je potreban dodatni stroj. Ovoj skupini pripada prilično velik broj nuklearnih gena.

Proces srastanje posredovan je proteinskim kompleksom nazvanim spiceosom ili kompleksom spajanja. Sustav se sastoji od specijaliziranih RNA kompleksa nazvanih nuklearni mali ribonukleoproteini (RNP).

Postoji pet tipova RNP: U1, U2, U4, U5 i U6, koji se nalaze u jezgri i posreduju u procesu srastanje.

srastanje može proizvesti više od jedne vrste proteina - to je poznato kao srastanje alternativno, budući da su egzoni raspoređeni različito, stvarajući sorte glasničke RNA.

Ribosomska RNA

Ribosomska RNA, skraćeno rRNA, nalazi se u ribosomima i sudjeluje u biosintezi proteina. Stoga je ona bitna komponenta svih stanica.

Ribosomska RNA povezana je s molekulama proteina (oko 100, otprilike), što dovodi do ribosomskih presubunidada. Razvrstavaju se ovisno o njihovom koeficijentu sedimentacije, označenom slovom S Svedbergovih jedinica.

Ribosom se sastoji od dva dijela: glavne podjedinice i manje podjedinice. Obje se podjedinice razlikuju između prokariota i eukariota u smislu koeficijenta sedimentacije.

Prokarioti posjeduju veliku 50S podjedinicu i malu 30S podjedinicu, dok je u eukariotima velika podjedinica 60S, a mala 40S podjedinica.

Geni koji kodiraju za ribosomalne RNA nalaze se u jezgri, određenom području jezgre koje nije omeđeno membranom. Ribosomske RNA transkribirane su u ovoj regiji pomoću RNA polimeraze I.

U stanicama koje sintetiziraju velike količine proteina; Nukleolus je istaknuta struktura. Međutim, kada dotična stanica ne zahtijeva veliki broj proteinskih produkata, jezgra je gotovo neprimjetna struktura..

Obrada ribosomske RNA

Velika 60S ribosomska podjedinica povezana je s fragmentima 28S i 5.8S. Što se tiče male podjedinice (40S), ona je povezana s 18S.

Kod viših eukariota, pre-rRNA je kodirana u transkripcijskoj jedinici od 45S, koja uključuje RNA polimerazu I. Ovaj transkript se obrađuje u zrelim ribosomskim RNA 28S, 18S i 5.8S.

Kako se sinteza nastavlja, pre-rRNA je povezana s različitim proteinima i tvori čestice ribonukleoproteina. To prolazi niz naknadnih modifikacija koje uključuju metilaciju 2'-OH skupine riboze i konverziju ostataka uridina u pseudouridin..

Područje u kojem će se te promjene dogoditi kontrolira više od 150 malih nukleolarnih RNA molekula, koje imaju sposobnost vezati se za pre-rRNA.

Suprotno ostatku pre-rRNA, 5S se transkribira pomoću RNA polimeraze III u nukleoplazmu, a ne unutar jezgre. Nakon što se sintetizira, uzima se u jezgru kako bi se sastavio s 28S i 5.8S, formirajući ribosomske jedinice.

Na kraju postupka sastavljanja, podjedinice se prenose u citoplazmu nuklearnim porama.

polyribosomes

Može se dogoditi da molekula glasničke RNA daje podrijetlo nekoliko proteina u isto vrijeme, spajajući više od jednog ribosoma. Kako proces prijevoda napreduje, kraj glasnika je slobodan i može ga pokupiti drugi ribosom, započinjući novu sintezu.

Stoga je uobičajeno pronaći ribosome grupirane (između 3 i 10) u jednoj molekuli RNK, a ta se skupina zove poliribosom.

Prenesite RNA

Prijenosna RNA odgovorna je za prijenos aminokiselina tijekom procesa sinteze proteina. Sastoje se od otprilike 80 nukleotida (u usporedbi s prijenosnom RNA, to je "mala" molekula).

Struktura ima nabore i križeve koji nalikuju trolistu s tri ruke. Na jednom kraju je adenilni prsten, gdje hidroksilna skupina riboze posreduje vezanje na aminokiselinu koja se transportira.

Različite prijenosne RNA kombinirane su isključivo s jednom od dvadeset aminokiselina koje tvore proteine; drugim riječima, to je vozilo koje prenosi temeljne građevne blokove proteina. Prijenosni RNA kompleks zajedno s amino kiselinom naziva se aminoacil-tRNA.

Osim toga, u procesu prevođenja - koji se događa zahvaljujući ribosomima - svaka prijenosna RNA prepoznaje specifični kodon u RNA-u. Kada se prepozna, odgovarajuća aminokiselina se oslobađa i postaje dio sintetiziranog peptida.

Da bi se prepoznala vrsta aminokiseline koja se mora dostaviti, RNA ima "antikodon" koji se nalazi u srednjem dijelu molekule. Ovaj antikodon može oblikovati vodikove veze s komplementarnim bazama prisutnim u DNK-u glasnika.

mikrornk

MikroRNA ili mRNA su kratki tip jednolančane RNA, između 21 i 23 nukleotida, čija je funkcija regulacija ekspresije gena. Kako se ne prevodi u protein, to se obično naziva nekodirajuća RNA.

Kao i druge vrste RNA, obrada mikroRNA je složena i uključuje niz proteina.

MikroRNA nastaju iz duljih prekursora nazvanih mRNA-pri, izvedenih iz prvog transkripta gena. U jezgri stanice, ovi prekursori su modificirani u mikroprocesorskom kompleksu i rezultat je pre-miRNA..

Pre-mRNA su vilice od 70 nukleotida koje nastavljaju njihovu obradu u citoplazmi pomoću enzima zvanog Dicer, koji skuplja RNA-inducirani kompleks za utišavanje (RISC) i na kraju sintetizira se mRNA..

Ove RNA su sposobne regulirati ekspresiju gena, budući da su komplementarne specifičnim glasničkim RNA. Kada se povežu s njihovom metom, miRNA mogu potisnuti glasnika ili ga čak degradirati. Prema tome, ribosom ne može prevesti navedeni transkript.

Utišavanje RNA

Poseban tip mikroRNA je mala interferencijska RNA (siRNA), koja se također naziva RNA za utišavanje. Oni su kratke RNA, između 20 i 25 nukleotida, koji ometaju ekspresiju određenih gena.

Oni su vrlo obećavajući instrumenti za istraživanje, jer dopuštaju utišavanje gena od interesa i tako proučavaju njegovu moguću funkciju.

Razlike između DNA i RNA

Iako su DNA i RNA nukleinske kiseline i na prvi pogled mogu izgledati vrlo slično, razlikuju se u nekoliko njihovih kemijskih i strukturnih svojstava. DNA je dvostruka molekula, dok je RNA jednostavna skupina.

Dakle, RNA je svestranija molekula i može prihvatiti širok raspon trodimenzionalnih oblika. Međutim, određeni virusi imaju u svojoj genetičkom materijalu dvolančanu RNA.

U RNK nukleotidima molekula šećera je riboza, dok je u DNK dezoksiriboza, koja se razlikuje samo u prisutnosti kisikovog atoma..

Fosfodiesterska veza u kosturu DNA i RNA podložna je procesu lagane hidrolize i bez prisutnosti enzima. U uvjetima alkaliteta, RNA se brzo hidrolizira - zahvaljujući dodatnoj hidroksilnoj skupini - dok DNK ne.

Slično tome, dušične baze koje čine nukleotide u DNA su gvanin, adenin, timin i citozin; S druge strane, u timinu RNA se zamjenjuje uracilom. Uracil se može upariti s adeninom, baš kao i timin u DNA.

Nastanak i evolucija

RNA je jedina poznata molekula sposobna za pohranjivanje informacija i kataliziranje kemijskih reakcija u isto vrijeme; stoga, nekoliko autora predlaže da je molekula RNA ključna za nastanak života. Iznenađujuće, supstrati ribosoma su druge RNA molekule.

Otkriće ribozima dovelo je do biokemijske redefinicije "enzima" - jer se taj izraz koristio isključivo za proteine ​​s katalitičkom aktivnošću - i pomogao održati scenarij u kojem su prvi oblici života koristili samo RNA kao genetski materijal.

reference

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molekularna biologija stanice. 4. izdanje. New York: znanost o Garlandu. Od DNA do RNA. Dostupno na: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L., i Tymoczko, J.L. (2007). biokemija. Preokrenuo sam.
3. Campbell, N.A., & Reece, J. B. (2007). biologija. Ed Panamericana Medical.
4. Griffiths, A. J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., i sur. (1999). Moderna genetska analiza. New York: W. H. Freeman. Geni i RNA. Dostupno na: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Ugovor o medicinskoj fiziologiji. Elsevier.
6. Hall, J. E. (2015). Udžbenik Guyton i Hall medicinske fiziologije e-knjiga. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., i sur. (2000) Molekularna stanična biologija. 4. izdanje. New York: W. H. Freeman. Odjeljak 11.6, Obrada rRNA i tRNA. Dostupno na: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerova načela biokemije. Macmillan.