Функције, структура и типови РНА

Тхе РНК или РНК (рибонуклеинска киселина) је тип нуклеинске киселине присутне у еукариотским организмима, прокариотима и вирусима. То је полимер нуклеотида који у својој структури садржи четири врсте азотних база: аденин, гванин, цитозин и урацил..

РНК се обично налази као једна трака (осим у неким вирусима), линеарно или формирајући низ сложених структура. У ствари, РНК има структурални динамизам који се не уочава у ДНК дуплој хеликси. Различити типови РНК имају веома различите функције.

Рибосомске РНК су део рибозома, структура одговорних за синтезу протеина у ћелијама. Гласници РНК делују као посредници и преносе генетичку информацију у рибозом, што преводи поруку из нуклеотидне секвенце у аминокиселинску секвенцу.

Преносне РНК су одговорне за активирање и преношење различитих типова аминокиселина -20 у тоталу на рибозоме. Постоји молекул за пренос РНК за сваку аминокиселину која препознаје секвенцу у РНК.  

Поред тога, постоје и други типови РНК који нису директно укључени у синтезу протеина и укључени су у регулацију гена.

Индек

• 1 Струцтуре
  • 1.1 Нуклеотиди
  • 1.2 РНК ланац
  • 1.3 Снаге које стабилизују РНК
• 2 Врсте РНК и функције
  • 2.1 РНА за поруке
  • 2.2 рибосомална РНК
  • 2.3 Пренос РНК
  • 2.4 МицроРНА
  • 2.5 муте ​​РНА
• 3 Разлике између ДНК и РНК
• 4 Порекло и еволуција
• 5 Референце

Структура

Основне јединице РНК су нуклеотиди. Сваки нуклеотид је формиран од азотне базе (аденин, гванин, цитозин и урацил), пентоза и фосфатна група.

Нуклеотиди

Азотне базе су изведене из два основна једињења: пиримидина и пурина.

Базе добијене од пурина су аденин и гванин, а базе које потичу од пиримидина су цитозин и урацил. Иако су то најчешће базе, нуклеинске киселине могу представљати и друге врсте база које су рјеђе.

Што се тиче пентозе, то су јединице д-рибосе. Према томе, нуклеотиди који чине РНК се називају "рибонуклеотиди".

РНА ланац

Нуклеотиди су повезани заједно хемијским везама које укључују фосфатну групу. Да би их се формирало, фосфатна група на 5 'крају нуклеотида је везана за хидроксилну групу (-ОХ) на 3' крају следећег нуклеотида, чиме се ствара веза типа фосфодиестера..

Уздуж ланца нуклеинске киселине, фосфодиестерске везе имају исту оријентацију. Дакле, постоји поларитет траке, разликовањем 3 'и 5' краја.

Према конвенцији, структура нуклеинских киселина је представљена са 5 'крајем лево, а 3' крај десно.

РНК продукт транскрипције ДНК је једноставан ланац који се окреће удесно, у спиралној конформацији стоговима база. Интеракција између пурина је много већа од интеракције између два пиримидина, по величини.

У РНК не можемо говорити о традиционалној секундарној структури и референци, као што је двострука спирала ДНК. Тродимензионална структура сваког РНА молекула је јединствена и комплексна, упоредива са протеином (логички, не можемо глобализовати структуру протеина).

Силе које стабилизују РНК

Постоје слабе интеракције које доприносе стабилизацији РНК, посебно слагања база, где се прстенови налазе један изнад другог. Овај феномен такође доприноси стабилности ДНК хеликса.

Ако РНК молекул пронађе комплементарну секвенцу, они могу да споје и формирају двоструку ланчану структуру која се окреће удесно. Доминантни облик је тип А; као и за З-облике, они су само доказани у лабораторији, док Б облик није примећен.

Генерално, постоје кратке секвенце (као што је УУГГ) које се налазе на крају РНК и имају посебност формирања петље стабилан. Ова секвенца учествује у преклапању тродимензионалне структуре РНК.

Поред тога, водоничне везе се могу формирати на другим локацијама које нису типични базни парови (АУ и ЦГ). Једна од ових интеракција се јавља између 2'-ОХ рибозе са другим групама.

Разрјеђивање различитих структура пронађених у РНК послужило је за демонстрацију вишеструких функција ове нуклеинске киселине.

Врсте РНК и функције

Постоје две врсте РНК: информациона и функционална. Прва група укључује РНК које учествују у синтези протеина и функционишу као посредници процеса; информативне РНК су гласничке РНК.

Насупрот томе, РНК који припадају другој класи, функционалне, не дају нови молекул протеина и РНК је сам по себи коначни производ. То су трансферне РНК и рибосомалне РНК.

У ћелијама сисара, 80% РНК је рибосомска РНК, 15% је трансферна РНК и само мали део одговара курирској РНК. Ова три типа раде заједно како би постигли биосинтезу протеина.

Ту су и мале нуклеарне РНК, мале цитоплазматске РНК и микроРНК, између осталих. Затим ће се детаљно описати сваки од најважнијих типова:

Мессенгер РНА

Код еукариота ДНК је ограничена на нуклеус, док се синтеза протеина одвија у цитоплазми ћелије у којој се налазе рибозоми. За ово просторно раздвајање мора постојати посредник који преноси поруку од нуклеуса до цитоплазме и тај молекул је РНА.

Гласник РНА, скраћено мРНА, је средњи молекул који садржи информације кодиране у ДНК и које специфицирају секвенцу аминокиселина која ће довести до функционалног протеина.

Термин гласник РНК предложен је 1961. године од стране Франсоа Јакова и Жака Монода да опишу део РНК који је пренео поруку од ДНК рибозомима..

Процес синтезе мРНК из ланца ДНК познат је као транскрипција и појављује се различито између прокариота и еукариота. 

Експресија гена је регулисана са неколико фактора и зависи од потреба сваке ћелије. Транскрипција је подељена у три фазе: иницијација, издужење и завршетак.

Трансцриптион

Процес репликације ДНК, који се јавља у свакој ћелијској подели, копира цео хромозом. Међутим, процес транскрипције је много селективнији, бави се само обрадом специфичних сегмената ДНК ланца и не захтева прајмер..

Ин Есцхерицхиа цоли -бактерија која је најбоље проучавана у биолошким наукама - транскрипција почиње са одмотавањем двоструке спирале ДНК и формира се транскрипциона петља. Ензим РНА полимеразе је одговоран за синтезу РНК и, како се транскрипција наставља, ДНК ланац се враћа у свој првобитни облик.

Иницирање, издужење и завршетак

Транскрипција се не иницира на насумичним местима у молекули ДНК; постоје специјализоване локације за овај феномен, назване промотери. Ин Е. цоли РНА полимераза је повезана са неколико парова база изнад белог региона.

Секвенце где су транскрипциони фактори повезани су сасвим конзервирани међу различитим врстама. Једна од најпознатијих промоторских секвенци је ТАТА кутија.

У елонгацији, ензим РНА полимеразе додаје нове нуклеотиде на крај 3'-ОХ, пратећи правац од 5 'до 3'. Хидроксилна група делује као нуклеофил, нападајући алфа фосфат нуклеотида који ће бити додат. Ова реакција ослобађа пирофосфат.

Користи се само један ланац ДНК за синтезу РНК, која се копира у правцу 3 'до 5' (антипаралелни облик нове РНК ланца). Нуклеотид који ће бити додан мора бити у складу са основним упаривањем: У упаривање са А, и Г са Ц.

РНА полимераза зауставља процес када пронађе области богате цитозином и гванином. Коначно, нови молекул РНК је одвојен од комплекса.

Транскрипција у прокариотима

У прокариотима, молекул РНК може да кодира више од једног протеина.

Када мРНА кодира искључиво за протеин или полипептид, назива се моноцистронска мРНА, али ако кодификује више од једног протеинског производа, мРНА је поликистронска (напомињемо да се у овом контексту термин цистрон односи на ген).

Транскрипција код еукариота

Код еукариотских организама, велика већина мРНК је моноцистронска, а механизам транскрипције је много сложенији у овој линији организама. Карактеришу их три РНК полимеразе, означене И, ИИ и ИИИ, свака са специфичним функцијама.

И је задужен за синтезу пре-рРНК, ИИ синтетизира РНА-е и неке посебне РНК. Коначно, ИИИ је одговоран за трансфер РНК, 5С рибосомалну и другу малу РНК.

Мессенгер РНА у еукариотима

Мессенгер РНА пролази кроз низ специфичних модификација код еукариота. Први подразумева додавање "капе" на 5 'крај. Хемијски, поклопац је остатак 7-метилгванозина везан за крај везом типа 5 ', 5'-трифосфат.

Функција ове зоне је да заштити РНК од могуће деградације рибонуклеазама (ензими који деградирају РНК на мање компоненте).

Додатно, долази до уклањања 3 'краја и додаје се 80 до 250 аденинских остатака. Ова структура је позната као полиА "реп" и служи као везна зона за неколико протеина. Када прокариота добије реп, полиА има тенденцију да стимулише његову деградацију.

С друге стране, овај гласник је транскрибован са интронима. Интрони су секвенце ДНК које нису део гена, али "прекидају" секвенцу. Интрони нису преведени и стога морају бити уклоњени из гласника.

Већина гена кичмењака има интроне, осим гена који кодирају хистоне. Слично томе, број интрона у гену може варирати од неколико до десетак њих.

Сплицинг РНК

Тхе сплицинг РНК или процес спајања укључује уклањање интрона у РНК.

Неки интрони пронађени у нуклеарним или митохондријским генима могу обавити процес спајање без помоћи ензима или АТП. Уместо тога, процес се спроводи реакцијама трансестерификације. Овај механизам је откривен у цилијарном протозону Тетрахимена тхермопхила.

Насупрот томе, постоји још једна група гласника који нису у стању да посредују у свом спајање, зато им је потребна додатна машина. Овој групи припада прилично велики број нуклеарних гена.

Процес спајање она је посредована протеинским комплексом названим спицеосом или комплексом спајања. Систем је састављен од специјализованих РНК комплекса названих нуклеарни мали рибонуклеопротеини (РНП).

Постоји пет типова РНП: У1, У2, У4, У5 и У6, који се налазе у језгру и посредују у процесу спајање.

Тхе спајање може произвести више од једне врсте протеина - то је познато као спајање алтернативно, јер су егзони распоређени различито, стварајући варијанте курирске РНК.

Рибосомал РНА

Рибосомска РНА, скраћено рРНА, налази се у рибозомима и учествује у биосинтези протеина. Дакле, она је есенцијална компонента свих ћелија.

Рибосомска РНК је повезана са протеинским молекулима (око 100, приближно) да би се добила рибосомска пресубунидада. Они су класификовани у зависности од њиховог коефицијента седиментације, који је означен словом С Сведбергових јединица.

Рибозом се састоји од два дијела: главне подјединице и мање подјединице. Обе подјединице се разликују између прокариота и еукариота у смислу коефицијента седиментације.

Прокариоти поседују велику подјединицу од 50С и малу 30С подјединицу, док је код еукариота велика подјединица 60С, а мала 40С подјединица.

Гени који кодирају за рибозомалне РНК су у нуклеолусу, одређеној области језгра која није ограничена мембраном. Рибосомске РНК се транскрибују у овом региону помоћу РНА полимеразе И.

У ћелијама које синтетишу велике количине протеина; Нуклеолус је истакнута структура. Међутим, када ћелија о којој је реч не захтева велики број протеинских производа, нуклеолус је готово неприметна структура..

Обрада рибозомалне РНК

Велика 60С рибосомска подјединица је повезана са фрагментима 28С и 5.8С. Што се тиче мале подјединице (40С), она је повезана са 18С.

Код виших еукариота, пре-рРНА је кодирана у транскрипционој јединици од 45С, која укључује РНА полимеразу И. Овај транскрипт се обрађује у зрелим рибосомским РНК 28С, 18С и 5.8С.

Како се синтеза наставља, пре-рРНА је повезана са различитим протеинима и формира честице рибонуклеопротеина. Ово пролази кроз низ накнадних модификација које укључују метилацију 2'-ОХ групе рибозе и конверзију остатака уридина у псеудоуридин..

Регија у којој ће се ове промене догодити контролише више од 150 малих нуклеоларних РНК молекула, који имају способност да се вежу за пре-рРНА.

Насупрот остатку пре-рРНА, 5С се транскрибује са РНА полимеразом ИИИ у нуклеоплазму, а не унутар нуклеолуса. Након што је синтетизован, узима се у нуклеолус да се сакупи са 28С и 5.8С, формирајући рибосомске јединице.

На крају процеса монтаже, подјединице се преносе у цитоплазму нуклеарним порама.

Полирибосомес

Може се десити да молекул РНК даје поријекло неколико протеина у исто вријеме, спајајући више од једног рибозома. Како процес превођења напредује, крај гласника је слободан и може га покупити други рибозом, започињући нову синтезу.

Стога је уобичајено да се рибозоми групишу (између 3 и 10) у једном молекулу РНК, а ова група се зове полирибосом.

Трансфер РНА

Преносна РНК је одговорна за пренос аминокиселина како напредује процес синтезе протеина. Састоје се од око 80 нуклеотида (у поређењу са преносивом РНК, то је "мали" молекул).

Структура има наборе и крстове који подсећају на тролиста са три руке. На једном крају је аденилни прстен, где хидроксилна група рибозе посредује везивање за амино киселину која се транспортује.

Различите трансферне РНК су комбиноване искључиво са једном од двадесет аминокиселина које формирају протеине; другим речима, то је возило које преноси основне градивне блокове протеина. Преносни РНК комплекс заједно са амино киселином назива се аминоацил-тРНА.

Поред тога, у процесу превођења - који се дешава захваљујући рибозомима - свака преносна РНК препознаје специфичан кодон у РНК. Када се препозна, одговарајућа аминокиселина се ослобађа и постаје део синтетизованог пептида.

Да би се препознала врста аминокиселине која се мора доставити, РНК има "антикодон" који се налази у средњем региону молекула. Овај антикодон је у стању да формира водоничне везе са комплементарним базама које су присутне у ДНК курира.

МицроРНА

МицроРНАс или мРНА су кратки тип једноланчане РНА, између 21 и 23 нуклеотида, чија је функција да регулишу експресију гена. Како се не преводи у протеин, обично се назива некодирајућа РНА.

Као и други типови РНК, обрада микроРНК је комплексна и укључује низ протеина.

МикроРНК настају из дужих прекурсора званих мРНА-при, изведених из првог транскрипта гена. У нуклеусу ћелије, ови прекурсори су модификовани у комплексу микропроцесора и резултат је пре-миРНА..

Пре-мРНА су вилице од 70 нуклеотида које настављају са обрадом у цитоплазми помоћу ензима званог Дицер, који окупља РНА-индуковани комплекс за утишавање (РИСЦ) и на крају се синтетише мРНА..

Ове РНК су способне да регулишу експресију гена, јер су комплементарне специфичним РНА-е. Када су повезани са својом метом, миРНК су у стању да потисну гласника, или чак да га деградирају. Према томе, рибозом не може превести наведени транскрипт.

Силенцинг РНА

Посебан тип микроРНА је мала интерферирајућа РНА (сиРНА), која се такође назива РНА за утишавање. То су кратке РНК, између 20 и 25 нуклеотида, које ометају експресију одређених гена.

Они су веома обећавајући инструменти за истраживање, јер омогућавају утишавање интересантног гена и тако проучавају његову могућу функцију.

Разлике између ДНК и РНК

Иако су ДНК и РНК нуклеинске киселине и могу изгледати веома слично на први поглед, оне се разликују у неколико њихових хемијских и структурних својстава. ДНК је молекул двоструког опсега, док је РНА једноставна група.

Стога, РНК је више свестран молекул и може усвојити велики број тродимензионалних облика. Међутим, одређени вируси имају двоструку РНК у свом генетском материјалу.

У РНК нуклеотидима молекул шећера је рибоза, док је у ДНК дезоксирибоза, која се разликује само у присуству атома кисеоника..

Фосфодиестерска веза у ДНК и РНК скелету је подложна процесу полагане хидролизе и без присуства ензима. У условима алкалитета, РНК се брзо хидролизује - захваљујући додатној хидроксилној групи - док ДНК не.

Слично томе, азотне базе које чине нуклеотиде у ДНК су гванин, аденин, тимин и цитозин; С друге стране, у тимину РНА се замењује урацилом. Урацил се може упарити са аденином, баш као и тимин у ДНК.

Порекло и еволуција

РНК је једина позната молекула способна за складиштење информација и катализирање хемијских реакција у исто време; према томе, неколико аутора предлаже да је молекул РНК пресудан за настанак живота. Изненађујуће, супстрати рибозома су други РНК молекули.

Откриће рибозима довело је до биохемијске редефиниције "ензима" - јер се тај израз користио искључиво за протеине са каталитичком активношћу - и помогао да се одржи сценарио у коме су први облици живота користили само РНК као генетски материјал.

Референце

1. Албертс Б, Јохнсон А, Левис Ј, ет ал. (2002). Молекуларна биологија ћелије. 4тх едитион. Нев Иорк: Гарланд Сциенце. Од ДНК до РНК. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
2. Берг, Ј. М., Стриер, Л., & Тимоцзко, Ј.Л. (2007). Биоцхемистри. Преокренуо сам.
3. Цампбелл, Н.А., & Рееце, Ј. Б. (2007). Биологи. Ед Панамерицана Медицал.
4. Гриффитхс, А.Ј.Ф., Гелбарт, В.М., Миллер, Ј.Х., ет ал. (1999). Модерна генетичка анализа. Нев Иорк: В. Х. Фрееман. Гени и РНК. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
5. Гуитон, А.Ц., Халл, Ј.Е., & Гуитон, А.Ц. (2006). Уговор о медицинској физиологији. Елсевиер.
6. Халл, Ј. Е. (2015). Уџбеник Гуитон и Халл медицинске физиологије е-Боок. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
7. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., ет ал. (2000) Молецулар Целл Биологи. 4тх едитион. Нев Иорк: В. Х. Фрееман. Секција 11.6, Обрада рРНК и тРНА. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
8. Нелсон, Д.Л., Лехнингер, А.Л., & Цок, М.М. (2008). Лехнингер принципи биохемије. Мацмиллан.