Všeobecnost
RNA nebo ribonukleová kyselina je nukleová kyselina zapojená do procesů kódování, dekódování, regulace a exprese genů. Geny jsou víceméně dlouhé segmenty DNA, které obsahují základní informace pro syntézu proteinů.
Obrázek: Dusíkové báze v molekule RNA. Z wikipedia.org
Velmi jednoduše řečeno, RNA pochází z DNA a představuje molekulu přechodu mezi DNA a proteiny. Někteří badatelé tomu říkají „slovník pro překlad jazyka DNA do jazyka proteinů“.
Molekuly RNA pocházejí ze spojení různého počtu ribonukleotidů v řetězcích.Fosfátová skupina, dusíkatá báze a cukr s 5 uhlíky, nazývaný ribóza, se podílejí na tvorbě každého jednotlivého ribonukleotidu.
Co je to RNA?
RNA nebo ribonukleová kyselina je biologická makromolekula, patřící do kategorie nukleových kyselin, která hraje ústřední roli při generování proteinů z DNA.
Generování proteinů (také biologických makromolekul) zahrnuje řadu buněčných procesů, které se dohromady nazývají syntéza proteinů.
DNA, RNA a proteiny jsou nezbytné pro zajištění přežití, vývoje a správného fungování buněk živých organismů.
Co je DNA?
DNA nebo deoxyribonukleová kyselina je spolu s RNA další přirozeně se vyskytující nukleovou kyselinou.
Strukturálně podobná kyselině ribonukleové je kyselina deoxyribonukleová genetickým dědictvím, tj. „Skladem genů“, obsaženým v buňkách živých organismů. Tvorba RNA a nepřímo proteinů závisí na DNA.
HISTORIE RNA
Obrázek: ribóza a deoxyribóza
Výzkum RNA začal po roce 1868, v roce, kdy Friedrich Miescher objevil nukleové kyseliny.
První importované objevy jsou v tomto ohledu datovány mezi druhou polovinu „50. let dvacátého století a první část“ 60. let. Mezi vědci, kteří se na těchto objevech podíleli, si zaslouží zvláštní zmínku: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies a Robert Holley.
V roce 1977 skupina výzkumníků vedená Philipem Sharpem a Richardem Robertsem proces rozluštila spojování intronů.
V roce 1980 identifikovali Thomas Cech a Sidney Altman ribozymy.
* Poznámka: vědět, co jsou zač spojování intronů a ribozymů, viz kapitoly věnované syntéze ANN a funkcím.
Struktura
Z chemicko-biologického hlediska je RNA biopolymer.Biopolymery jsou velké přírodní molekuly, které jsou výsledkem spojení v řetězcích nebo vláknech mnoha menších molekulárních jednotek, nazývaných monomery.
Monomery, které tvoří RNA, jsou nukleotidy.
ANN JE BĚŽNĚ JEDNODUCHÝ ŘETĚZEC
Molekuly RNA jsou obvykle tvořeny jednoduchými řetězci nukleotidů (polynukleotidová vlákna).
Délka buněčných RNA se pohybuje od méně než stovky až po několik tisíc nukleotidů.
Počet základních nukleotidů závisí na roli, kterou hraje daná molekula.
Srovnání s DNA
Na rozdíl od RNA je DNA biopolymer obecně tvořený dvěma vlákny nukleotidů.
Sjednocená, tato dvě polynukleotidová vlákna mají opačnou orientaci a zabalením jednoho do druhého tvoří dvojitou spirálu známou jako „dvojitá šroubovice“.
Obecná lidská molekula DNA může obsahovat přibližně 3,3 miliardy nukleotidů na vlákno.
GENERICKÁ STRUKTURA NUCLEOTIDU
Podle definice jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny RNA a DNA.
Ze strukturního hlediska generický nukleotid vyplývá ze spojení tří prvků, kterými jsou:
- Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
- Pentóza, tj. Cukr s 5 atomy uhlíku;
- Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.
Pentóza představuje centrální prvek nukleotidů, protože se na ni váže fosfátová skupina a dusíkatá báze.
Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusičná báze se vážou na cukr.
Chemická vazba, která drží pentózu a fosfátovou skupinu pohromadě, je fosfodiesterová vazba, zatímco chemická vazba, která váže pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidická vazba.
CO JE PENTÓZA RNA?
Předpoklad: chemici mysleli na číslování uhlíků, které tvoří organické molekuly, takovým způsobem, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde tedy platí, že 5 uhlíků pentózy se stává: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium pro přiřazování čísel je poměrně složité, a proto považujeme za vhodné vynechat vysvětlení.
Cukr s 5 uhlíky, který rozlišuje nukleotidovou strukturu RNA, je ribóza.
Z 5 atomů uhlíku ribózy si zaslouží zvláštní zmínku:
- The uhlík 1, protože to je to, co se váže na dusíkovou bázi prostřednictvím N-glykosidické vazby.
- The uhlík 2, protože to je to, co rozlišuje pentózu nukleotidů RNA od pentózy nukleotidů DNA. K 2 uhlíku RNA je připojen atom kyslíku a atom vodíku, které dohromady tvoří hydroxylovou skupinu OH.
- The uhlík 3, protože je to ten, který se účastní vazby mezi dvěma po sobě následujícími nukleotidy.
- The uhlík 5, protože to je to, co se připojuje k fosfátové skupině prostřednictvím fosfodiesterové vazby.
Vzhledem k přítomnosti cukrové ribózy mají nukleotidy RNA specifický název ribonukleotidů.
Srovnání s DNA
Pentóza, která tvoří nukleotidy DNA, je deoxyribóza.
Deoxyribóza se liší od ribózy nedostatkem atomů kyslíku na uhlíku 2.
Z tohoto důvodu postrádá hydroxylovou skupinu OH, která charakterizuje 5-uhlíkový cukr RNA.
Díky přítomnosti deoxyribózového cukru jsou DNA nukleotidy známé také jako deoxyribonukleotidy.
TYPY NUCLEOTIDŮ A ZÁKLADŮ DUSÍKU
RNA má 4 různé typy nukleotidů.
Rozlišit tyto 4 různé typy nukleotidů je pouze dusíkatá báze.
Z pochopitelných důvodů jsou tedy dusíkaté báze RNA 4, 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 naopak spadají do kategorie pyrimidinů, jednokruhových aromatických heterocyklických sloučenin.
Srovnání s DNA
Dusíkaté báze, které rozlišují nukleotidy DNA, jsou stejné jako v RNA, s výjimkou uracilu. Místo posledního „c“ je dusíkatá báze zvaná thymin (T), která patří do kategorie pyrimidinů.
ODKAZ MEZI NUCLEOTIDY
Každý nukleotid tvořící jakýkoli řetězec RNA se váže na další nukleotid pomocí fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostředně následujícího nukleotidu.
KONCE MOLEKULY RNA
Jakýkoli polynukleotidový řetězec RNA má dva konce, známé jako 5 "konec (čti„ konec pět prime “) a konec 3„ (čti „konec tři prime“).
Biologové a genetici konvencí stanovili, že „konec 5“ představuje hlavu řetězce RNA, zatímco „konec 3“ 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.
Právě na základě této organizace jsou v knihách genetiky a molekulární biologie polynukleotidová vlákna jakékoli nukleové kyseliny popsána následovně: P -5 "→ 3" -OH (* Poznámka: písmeno P označuje " atom fosforu fosfátové skupiny).
Při použití konceptů 5 "konec a 3" konec na jeden nukleotid, "5 konec" posledně uvedeného je fosfátová skupina navázaná na uhlík 5, zatímco jeho 3 "konec je hydroxylová skupina spojená s uhlíkem 3.
V obou případech s "vyzývá čtenáře, aby věnoval pozornost numerické recidivě: konec 5" - fosfátová skupina na uhlíku 5 a konec 3 " - hydroxylová skupina na uhlíku 3.
Umístění
V jaderných (tj. Jádrových) buňkách živé bytosti lze molekuly RNA nalézt jak v jádru, tak v cytoplazmě.
Tato široká lokalizace závisí na skutečnosti, že některé buněčné procesy s protagonistou RNA jsou umístěny v jádře, zatímco jiné probíhají v cytoplazmě.
Srovnání s DNA
DNA eukaryotických organismů (tedy i lidské DNA) se nachází pouze uvnitř buněčného jádra.
- RNA je menší biologická molekula než DNA, obvykle tvořená jedním vláknem nukleotidů.
- Pentóza, která tvoří nukleotidy ribonukleové kyseliny, je ribóza.
- RNA nukleotidy jsou také známé jako ribonukleotidy.
- Nukleová kyselina RNA sdílí s DNA pouze 3 ze 4 dusíkatých bází. Ve skutečnosti má místo tyminu dusíkatou bázi uracil.
- RNA může sídlit v různých kompartmentech buňky, od jádra po cytoplazmu.
Syntéza
Proces syntézy RNA má jako svého protagonistu nitrobuněčný enzym (tj. Umístěný uvnitř buňky), nazývaný RNA polymeráza (N.B: enzym je protein).
RNA polymeráza buňky používá k vytvoření RNA DNA přítomnou uvnitř jádra stejné buňky, jako by to byla šablona.
Jinými slovy, je to druh kopírky, která přepisuje to, co DNA hlásí, do jiného jazyka, kterým je „RNA“.
Navíc tento proces syntézy RNA prací RNA polymerázy přebírá vědecký název transkripce.
Eukaryotické organismy, jako jsou lidé, mají 3 různé třídy RNA polymerázy: RNA polymerázu I, RNA polymerázu II a RNA polymerázu III.
Každá třída RNA polymerázy vytváří konkrétní typy RNA, které, jak bude čtenář schopen zjistit v následujících kapitolách, mají v kontextu buněčného života různé biologické role.
JAK FUNGUJE RNA POLYMERÁZA
„RNA polymeráza je schopná:
- Rozpoznat na DNA místo, odkud začít transkripci,
- Vázat se na DNA,
- Oddělte dvě polynukleotidová vlákna DNA (která jsou držena pohromadě vodíkovými vazbami mezi dusíkatými bázemi) tak, aby působila pouze na jedno vlákno, a
- Zahajte syntézu transkriptu RNA.
Každý z těchto kroků probíhá vždy, když se „RNA polymeráza chystá provést transkripční proces. Všechny jsou tedy povinnými kroky“.
RNA polymeráza syntetizuje molekuly RNA ve směru 5 "→ 3". Jak přidává ribonukleotidy do rodící se molekuly RNA, pohybuje se na vlákno templátu DNA ve směru 3 "→ 5".
ZMĚNY PŘEPISU RNA
Po transkripci prochází RNA některými modifikacemi, včetně: přidání některých sekvencí nukleotidů na oba konce, ztráta takzvaných intronů (proces známý jako spojování) atd.
Ve srovnání s původním segmentem DNA má tedy výsledná RNA určité rozdíly v délce polynukleotidového řetězce (je obecně kratší).
Typy
Existují různé druhy RNA.
Nejznámější a studované jsou: „transportní RNA (nebo přenosová RNA nebo tRNA),„ messengerová RNA (nebo messengerová RNA nebo mRNA), „ribozomální RNA (nebo ribozomální RNA nebo rRNA) a malá jaderná RNA (nebo malá jaderná RNA nebo snRNA).
Přestože hrají různé specifické role, tRNA, mRNA, rRNA a snRNA přispívají k realizaci společného cíle: syntézy proteinů, počínaje nukleotidovými sekvencemi přítomnými v DNA.
STÁLE DALŠÍ TYPY RNA
V buňkách eukaryotických organismů vědci našli kromě 4 výše uvedených ještě další typy RNA. Například:
- MikroRNA (nebo miRNA), což jsou vlákna o délce něco málo přes 20 nukleotidů, např
- 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 molekulárními jednotkami jsou aminokyseliny.
RNA je srovnatelná se slovníkem genetických informací, protože umožňuje převést nukleotidové segmenty DNA (což jsou pak takzvané geny) do aminokyselin bílkovin.
Jedním z nejčastějších popisů funkční role, kterou hraje „RNA“, je: „RNA je„ nukleová kyselina zapojená do kódování, dekódování, regulace a exprese genů “.
„RNA je jedním ze tří klíčových prvků takzvaného centrálního dogmatu molekulární biologie, který říká:„ Z DNA se odvozuje „RNA, ze které jsou zase odvozeny bílkoviny“ (DNA → RNA → proteiny).
PŘEPIS A PŘEKLAD
Stručně řečeno, transkripce je série buněčných reakcí, které vedou k tvorbě molekul RNA, počínaje DNA.
Translace 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 RNA jako protagonisty (tRNA, mRNA atd.):
- MRNA je molekula RNA kódující protein. Jinými slovy, mRNA jsou proteiny před procesem translace nukleotidů na aminokyseliny proteinů.
MRNA procházejí po transkripci několika modifikacemi. - TRNA jsou nekódující molekuly RNA, ale přesto jsou zásadní pro tvorbu proteinů. Ve skutečnosti hrají klíčovou roli při dešifrování toho, co hlásí molekuly mRNA.
Název „transportní RNA“ pochází ze skutečnosti, že tyto RNA nesou na sobě aminokyselinu. Přesněji řečeno, každá aminokyselina odpovídá konkrétní tRNA.
TRNA interagují s mRNA prostřednictvím tří konkrétních nukleotidů v jejich sekvenci. - RRNA jsou molekuly RNA, které tvoří ribozomy. Ribozomy jsou komplexní buněčné struktury, které se pohybují podél mRNA a spojují aminokyseliny proteinu.
Generický ribozom obsahuje některá místa, kde je schopen umístit tRNA a přimět je, aby se setkaly s mRNA. Právě zde tři konkrétní výše zmíněné nukleotidy interagují s messengerovou RNA. - SnRNA jsou molekuly RNA, které se účastní procesu spojování intronů přítomných na mRNA Introny jsou krátké segmenty nekódující mRNA, nepoužitelné pro účely syntézy proteinů.
- Ribozymy jsou molekuly RNA, které v případě potřeby katalyzují řezání ribonukleotidových vláken.
Obrázek: překlad mRNA.
