RNA

všeobecnost

RNA nebo ribonukleová kyselina je nukleová kyselina zapojená do procesů kódování, dekódování, regulace a exprese genů. Geny jsou více či méně dlouhé segmenty DNA, které obsahují základní informace pro syntézu proteinů.

Obrázek: Dusíkaté báze v molekule RNA. Z wikipedia.org

Ve velmi jednoduchých termínech, RNA je odvozena z DNA a reprezentuje molekulu procházející mezi ním a proteiny. Někteří výzkumníci to nazývají "slovník pro překlad jazyka DNA do jazyka proteinů".

Molekuly RNA jsou odvozeny od spojení variabilního počtu ribonukleotidů v řetězcích. Na tvorbě každého jednotlivého ribonukleotidu se podílí fosfátová skupina, dusíkatá báze a cukr s 5 atomy uhlíku, nazývaný ribóza.

Co je to RNA?

RNA nebo ribonukleová kyselina je biologická makromolekula, patřící do kategorie nukleových kyselin, která hraje ústřední roli při tvorbě proteinů pocházejících z DNA .

Generování proteinů (které jsou také biologickými makromolekulami) zahrnuje řadu buněčných procesů, které se společně nazývají syntéza proteinů .

DNA, RNA a proteiny jsou zásadní pro zajištění přežití, vývoje a řádného fungování buněk živých organismů.

Co je to DNA?

DNA, nebo deoxyribonukleová kyselina, je další nukleová kyselina existující v přírodě, spolu s RNA.

Strukturně podobná ribonukleová kyselina, deoxyribonukleová kyselina je genetické dědictví, to je "genový obchod", obsažený v buňkách živých organismů. Tvorba RNA a nepřímo proteinů závisí na DNA.

HISTORIE RNA

Obrázek: ribóza a deoxyribóza

Výzkum RNA začal po roce 1868, kdy Friedrich Miescher objevil nukleové kyseliny.

První významné objevy v tomto ohledu jsou datovány mezi druhou polovinou padesátých let a první částí šedesátých let. Mezi vědci, kteří se podíleli na těchto objevech, si zaslouží zvláštní uznání Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies a Robert Holley .

V roce 1977 skupina výzkumníků, vedená Philipem Sharpem a Richardem Robertsem, rozluštila proces spojování intronu.

V roce 1980 identifikovali Thomas Cech a Sidney Altman ribozymy.

* Vezměte prosím na vědomí: informace o sestřihu intronu a ribozymech naleznete v kapitolách věnovaných syntéze a funkcím RNA.

struktura

Z chemicko-biologického hlediska je RNA biopolymer . Biopolymery jsou velké přirozené molekuly, výsledek spojení, v řetězcích nebo vláknech, mnoho menších molekulárních jednotek, volal monomers .

Monomery, které tvoří RNA, jsou nukleotidy .

RNA je, jak je známo, JEDNODUCHÝ ŘETĚZ

Molekuly RNA jsou molekuly, které se obvykle skládají z jednotlivých nukleotidových řetězců ( polynukleotidových vláken ).

Délka buněčných RNA se pohybuje od méně než sto do několika tisíc nukleotidů.

Počet základních nukleotidů je funkcí role, kterou hraje dotyčná molekula.

Srovnání s DNA

Na rozdíl od RNA je DNA biopolymer obecně tvořený dvěma vlákny nukleotidů.

Tyto dva polynukleotidové filamenty mají vzájemně spojenou opačnou orientaci a navzájem se obalují a vytvářejí dvojitou spirálu známou jako " dvojitá spirála ".

Obecná molekula lidské DNA může obsahovat asi 3, 3 miliardy nukleotidů na vlákno .

OBECNÁ STRUKTURA NUKLEOTIDU

Podle definice jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří RNA a DNA nukleové kyseliny.

Ze strukturálního hlediska vyplývá generický nukleotid ze spojení tří prvků, kterými jsou:

• Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
• Pentóza, to znamená cukr s 5 atomy uhlíku;
• Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.

Pentóza je ústředním prvkem nukleotidů, protože fosfátová skupina a dusíkatá báze se k ní váží.

Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusíkatá báze jsou vázány na cukr.

Chemická vazba, která drží pentosovou a fosfátovou skupinu dohromady, je fosfodiesterová vazba, zatímco chemická vazba, která spojuje pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidová vazba .

Co je to RNA PENTOSO?

Předpoklad: chemici mysleli na číslování uhlí, které tvoří organické molekuly, tak, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde se tedy 5 uhlíků pentózy stane: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium pro přidělování čísel je poměrně složité, proto považujeme za vhodné vynechat vysvětlení.

Cukr s 5 atomy uhlíku, který odlišuje strukturu nukleotidů RNA, je ribóza .

Z 5 atomů uhlíku ribózy si zaslouží zvláštní zmínku:

• Uhlík 1, protože to je to, co se váže na dusíkatou bázi přes N-glykosidickou vazbu.
• Uhlík 2, protože to je to, co odlišuje pentózu RNA nukleotidů od pentózy DNA nukleotidů. K uhlíku 2 RNA je připojen atom kyslíku a atom vodíku, které společně tvoří hydroxylovou skupinu OH .
• Uhlík 3, protože to je to, co se účastní spojení mezi dvěma po sobě následujícími nukleotidy .
• Uhlík 5, protože to je to, co spojuje fosfátovou skupinu, přes fosfodiesterovou vazbu.

Vzhledem k přítomnosti ribózového cukru se RNA nukleotidy nazývají ribonukleotidy .

Srovnání s DNA

Pentóza, která tvoří nukleotidy DNA, je deoxyribóza .

Deoxyribóza se liší od ribózy kvůli nedostatku atomů kyslíku na uhlíku 2.

Tudíž postrádá hydroxylovou skupinu OH, která charakterizuje 5-uhlíkový RNA cukr.

Vzhledem k přítomnosti deoxyribózového cukru jsou DNA nukleotidy také známé jako deoxyribonukleotidy .

TYPY NUKLEOTIDŮ A DUSÍKŮ

RNA má 4 různé typy nukleotidů .

Pouze dusíkatá báze rozlišuje tyto 4 různé typy nukleotidů.

Ze zřejmých důvodů tedy existují 4 dusíkaté báze RNA, konkrétně: adenin (zkráceně A), guanin (G), cytosin (C) a uracil (U).

Adenin a guanin patří do třídy purinů, aromatických heterocyklických sloučenin s dvojitým kruhem.

Cytosin a uracil, na druhé straně, spadají do kategorie pyrimidinů, aromatických heterocyklických sloučenin s jedním kruhem.

Srovnání s DNA

Dusíkaté báze, které odlišují nukleotidy DNA, jsou stejné jako u RNA, s výjimkou uracilu. Místo posledně uvedeného existuje dusíkatá báze nazývaná thymin (T), která patří do kategorie pyrimidinů.

BOND MEZI NUKLEOTIDY

Každý nukleotid tvořící libovolný řetězec RNA se váže k dalšímu nukleotidu prostřednictvím fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a bezprostředně následující nukleotidovou fosfátovou skupinou.

KONEC RNA MOLECULE

Jakékoliv vlákno polynukleotidu RNA má dva konce, známé jako 5 'konec (přečteno "konce první pět") a konce 3' (čte "tip tři první").

Podle konvencí biologové a genetici zjistili, že 5 ' konec představuje hlavu vlákna RNA, zatímco 3' konec představuje jeho ocas .

Z chemického hlediska se 5 'konec shoduje s fosfátovou skupinou prvního nukleotidu polynukleotidového řetězce, zatímco 3' konec se shoduje s hydroxylovou skupinou umístěnou na uhlíku 3 posledního nukleotidu stejného řetězce.

To je na základě této organizace, že v genetice a molekulárně biologických knihách jsou polynukleotidové řetězce jakékoliv nukleové kyseliny popsány následovně: P-5 '→ 3'-OH (* Poznámka: písmeno P označuje atom fosforu fosfátové skupiny).

Použitím konceptů 5 'konců a 3' konců na jeden nukleotid je 5 'konec posledně uvedeného fosfátová skupina vázaná na uhlík 5, zatímco jeho 3' konec je hydroxylová skupina kombinovaná s uhlíkem 3.

V obou případech je čtenář vyzván, aby věnoval pozornost numerickému opakování: 5 'konec - fosfátové skupině na uhlíku 5 a 3' konci - hydroxylové skupině na uhlíku 3.

lokalizace

V jaderných buňkách (tj. S jádrem) živé bytosti lze molekuly RNA nalézt jak v jádru, tak v cytoplazmě .

Tato široká lokalizace závisí na skutečnosti, že některé buněčné procesy, s RNA jako protagonistou, jsou umístěny v jádře, zatímco jiné probíhají v cytoplazmě.

Srovnání s DNA

DNA eukaryotických organismů (tedy i lidské DNA) se nachází pouze v buněčném jádru.

shrnutí

Proces syntézy RNA je založen na intracelulárním enzymu (tj. Nacházejícím se uvnitř buňky), nazývaném RNA polymeráza (NB: enzym je protein).

RNA polymeráza buňky používá DNA, která se nachází uvnitř jádra téže buňky, jako by to byla forma, k vytvoření RNA.

Jinými slovy, jde o druh kopírky, která přepisuje to, co přináší DNA zpět do jiného jazyka, kterým je RNA.

Navíc tento proces syntézy RNA pomocí RNA polymerázy bere vědecký název transkripce .

Eukaryotické organismy, stejně jako lidé, mají 3 různé třídy RNA polymeráz : RNA polymerázu I, RNA polymerázu II a RNA polymerázu III.

Každá třída RNA polymerázy vytváří určité typy RNA, které, jak bude čtenář schopen zjistit v následujících kapitolách, mají různé biologické role v kontextu buněčného života.

JAK SE FUNGUJE POLYMERASOVÁ RNA

RNA polymeráza je schopna:

• Rozpoznat na DNA místo, ze kterého začíná transkripce,
• Vazba na DNA,
• Oddělte dva polynukleotidové řetězce DNA (které jsou drženy pohromadě vodíkovými vazbami mezi dusíkatými bázemi) tak, aby působily pouze na jedno vlákno, a
• Začněte syntézu RNA transkriptu.

Každá z těchto fází probíhá vždy, když se RNA polymeráza chystá provést transkripční proces. Proto jsou to všechny povinné kroky.

RNA polymeráza syntetizuje molekuly RNA ve směru 5 ' → 3' . Když přidává ribonukleotidy do vznikající molekuly RNA, přesune se do řetězce DNA formy ve směru 3 ' → 5' .

MODIFIKACE RNA TRANSCRIPTU

Po jeho transkripci prochází RNA některými modifikacemi, mezi které patří: přidání některých nukleotidových sekvencí na obou koncích, ztráta tzv. Intronů (proces známý jako sestřih ) atd.

Vzhledem k původnímu segmentu DNA má výsledná RNA určité rozdíly vzhledem k délce polynukleotidového řetězce (obecně je kratší).

druhy

Existuje několik typů RNA .

Nejznámější a nejzkoumanější jsou: transportní RNA (nebo transferová RNA nebo tRNA ), messenger RNA (nebo RNA messenger nebo mRNA ), ribozomální RNA (nebo ribozomální RNA nebo rRNA ) a malá jaderná RNA (nebo malá nukleární RNA nebo snRNA ).

I když pokrývají různé specifické role, tRNA, mRNA, rRNA a snRNA všechny přispívají k realizaci společného cíle: syntézy proteinů, počínaje nukleotidovými sekvencemi přítomnými v DNA.

JINÉ TYPY RNA STILL

V buňkách eukaryotických organismů našli vědci kromě výše zmíněných 4 dalších typů RNA. Například:

• Mikro RNA (nebo miRNA ), což jsou vlákna o délce mírně větší než 20 nukleotidů, a
• RNA, která tvoří ribozymy . Ribozymy jsou molekuly RNA s katalytickou aktivitou, jako jsou enzymy.

MiRNA a ribozymy se také účastní procesu syntézy proteinů, stejně jako tRNA, mRNA atd.

funkce

RNA představuje biologickou makromolekulu průchodu mezi DNA a proteiny, tj. Dlouhé biopolymery, jejichž molekulární jednotky jsou aminokyseliny .

RNA je srovnatelná se slovníkem genetické informace, protože umožňuje přeložit nukleotidové segmenty DNA (které jsou pak tzv. Geny) do aminokyselin proteinů.

Jedním z nejčastějších popisů funkční role, na kterou se vztahuje RNA, je: "RNA je nukleová kyselina, která se podílí na kódování, dekódování, regulaci a expresi genů".

RNA je jedním ze tří klíčových prvků tzv. Centrálního dogmatu molekulární biologie, která uvádí: „RNA pochází z DNA, ze které jsou zase odvozeny proteiny“ ( DNA → RNA → proteiny ).

PŘEPRAVA A PŘEKLAD

Stručně řečeno, transkripce je série buněčných reakcí, které vedou k tvorbě molekul RNA, počínaje DNA.

Překlad je na druhé straně soubor buněčných procesů, které končí produkcí proteinů, počínaje molekulami RNA produkovanými během transkripčního procesu.

Biologové a genetici vytvořili termín "překlad", protože z jazyka nukleotidů přecházíme do jazyka aminokyselin.

TYPY A FUNKCE

Procesy transkripce a translace vidí všechny výše uvedené typy ANN (tRNA, mRNA atd.) Jako protagonisty:

• MRNA je molekula RNA kódující protein . Jinými slovy, mRNA jsou proteiny před procesem translace nukleotidů do proteinových aminokyselin.

  MRNA podstoupí několik změn po jejich transkripci.

• TRNA jsou nekódující molekuly RNA, ale stále jsou nezbytné pro tvorbu proteinů. Ve skutečnosti hrají klíčovou úlohu při dešifrování toho, co mRNA molekuly vykazují.

  Název "transportní RNA" pochází ze skutečnosti, že tyto ANNy na nich nesou aminokyselinu. Přesněji řečeno, každá aminokyselina odpovídá specifické tRNA.

  TRNAs interagují s mRNA, přes tři konkrétní nukleotidy jejich sekvence.

• RRNA jsou molekuly RNA, které tvoří ribozomy . Ribozomy jsou komplexní buněčné struktury, které se pohybují podél mRNA a spojují aminokyseliny proteinu.

  Generický ribozom obsahuje v sobě některá místa, ve kterých je schopen umístit tRNA a přimět je, aby se setkaly s mRNA. Zde jsou tři konkrétní nukleotidy uvedené výše v interakci s messenger RNA.

• SnRNA jsou molekuly RNA, které se podílejí na procesu sestřihu intronů na mRNA. Introny jsou krátké segmenty nekódujících mRNA, které jsou pro účely syntézy proteinů zbytečné.
• Ribozymy jsou molekuly RNA, které v případě potřeby katalyzují řezání ribonukleotidových vláken .

Obrázek: translace mRNA.