biologija

RNK

općenitost

RNA, ili ribonukleinska kiselina, je nukleinska kiselina uključena u procese kodiranja, dekodiranja, regulacije i ekspresije gena. Geni su više ili manje dugi segmenti DNA, koji sadrže temeljne informacije za sintezu proteina.

Slika: Dušične baze u molekuli RNA. Od wikipedia.org

U vrlo jednostavnim uvjetima, RNA je izvedena iz DNA i predstavlja molekulu koja prolazi između nje i proteina. Neki ga istraživači nazivaju "rječnikom za prijevod DNA jezika u jezik proteina".

RNA molekule proizlaze iz spoja, u lancima, promjenjivog broja ribonukleotida. Fosfatna skupina, dušična baza i šećer s 5 ugljikovih atoma, nazvani riboza, sudjeluju u formiranju svakog pojedinačnog ribonukleotida.

Što je RNA?

RNA, ili ribonukleinska kiselina, biološka je makromolekula, koja pripada kategoriji nukleinskih kiselina, koja igra središnju ulogu u stvaranju proteina počevši od DNA .

Generiranje proteina (koji su također biološke makromolekule) uključuje niz staničnih procesa koji se, zajedno, nazivaju sintezom proteina .

DNA, RNA i proteini su temeljni u osiguravanju preživljavanja, razvoja i pravilnog funkcioniranja stanica živih organizama.

Što je DNA?

DNA, ili deoksiribonukleinska kiselina, je druga nukleinska kiselina koja postoji u prirodi, zajedno s RNA.

Strukturno sličan ribonukleinskoj kiselini, dezoksiribonukleinska kiselina je genetska baština, odnosno "spremište gena", sadržano u stanicama živih organizama. Formiranje RNA i, posredno, proteina ovisi o DNA.

POVIJEST RNK

Slika: riboza i deoksiriboza

Istraživanje RNA započelo je nakon 1868. godine kada je Friedrich Miescher otkrio nukleinske kiseline.

Prva važna otkrića u tom pogledu datirana su između druge polovice 50-ih i prve polovice 1960-ih. Među znanstvenicima koji su sudjelovali u tim otkrićima, posebno se ističu Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies i Robert Holley .

Godine 1977. grupa istraživača, koju su vodili Philip Sharp i Richard Roberts, dešifrirali su proces spajanja introna.

Godine 1980. Thomas Cech i Sidney Altman identificirali su ribozime.

* Imajte na umu: da biste saznali više o intronskom spajanju i ribozimima, pogledajte poglavlja posvećena sintezi i funkcijama RNA.

struktura

S kemijsko-biološke točke gledišta, RNA je biopolimer . Biopolimeri su velike prirodne molekule, rezultat ujedinjenja, u lancima ili filamentima, mnogih manjih molekularnih jedinica, nazvanih monomeri .

Monomeri koji čine RNK su nukleotidi .

RNA JE, KAO UOBIČAJENO, JEDNOKLADNI LANAC

RNA molekule su molekule koje se obično sastoje od pojedinačnih nukleotidnih lanaca ( polinukleotidnih niti ).

Duljina staničnih RNA varira od manje od sto do čak nekoliko tisuća nukleotida.

Broj sastavnih nukleotida je funkcija uloge koju ima molekula u pitanju.

Usporedba s DNA

Za razliku od RNA, DNA je biopolimer koji se obično formira s dva lanca nukleotida.

Spojeni zajedno, ova dva polinukleotidna vlakna imaju suprotnu orijentaciju i, umotavajući se jedan u drugi, sastavljaju dvostruku spiralu poznatu kao " dvostruka spirala ".

Generička molekula ljudske DNA može sadržavati oko 3, 3 milijarde nukleotida po filamentu .

GENERIČKA STRUKTURA NUKLEOTIDA

Po definiciji, nukleotidi su molekularne jedinice koje čine nukleinske kiseline RNA i DNA.

Sa strukturne točke gledišta, generički nukleotid je rezultat ujedinjenja tri elementa, koji su:

  • 1. Fosfatna skupina, koja je derivat fosforne kiseline;
  • Pentoza, koja je šećer s 5 ugljikovih atoma;
  • Dušična baza, koja je aromatska heterociklička molekula.

Pentoza je središnji element nukleotida, jer se na nju vežu fosfatna skupina i dušična baza.

Slika: Elementi koji čine generički nukleotid nukleinske kiseline. Kao što se može vidjeti, fosfatna skupina i dušikova baza su vezani za šećer.

Kemijska veza koja drži pentoznu i fosfatnu skupinu zajedno je fosfodiesterska veza, dok je kemijska veza koja objedinjuje pentozu i dušikovu bazu N-glikozidna veza .

ŠTO JE RNA PENTOSO?

Premisa: kemičari su razmišljali o numeriranju ugljena koji čine organske molekule, na način da pojednostave njihovo proučavanje i opis. Ovdje, dakle, 5 ugljena pentoze postaju: ugljik 1, ugljik 2, ugljik 3, ugljik 4 i ugljik 5. Kriterij za dodjeljivanje brojeva je prilično složen, stoga smatramo prikladnim izostaviti objašnjenje.

Šećer s 5 ugljikovih atoma, koji razlikuje strukturu RNA nukleotida, je riboza .

Od 5 ugljikovih atoma riboze, oni zaslužuju posebno spominjanje:

  • Ugljik 1, jer se veže za dušikovu bazu, preko N-glikozidne veze.
  • Ugljik 2, jer to je ono što razlikuje pentozu RNA nukleotida od pentoze DNA nukleotida. Vezano za ugljik 2 RNA postoji atom kisika i atom vodika, koji zajedno tvore hidroksilnu skupinu OH .
  • Carbon 3, jer ono je ono što sudjeluje u vezi između dva uzastopna nukleotida .
  • Ugljik 5, jer to je ono što spaja fosfatnu skupinu, preko fosfodiesterske veze.

Zbog prisutnosti šećera riboze, RNA nukleotidi se nazivaju ribonukleotidi .

Usporedba s DNA

Pentoza koja čini DNK nukleotide je dezoksiriboza .

Deoksioriboza se razlikuje od riboze zbog nedostatka atoma kisika na ugljiku 2.

Stoga mu nedostaje OH hidroksilna skupina koja karakterizira 5-ugljični RNA šećer.

Zbog prisutnosti deoksiriboznog šećera, DNA nukleotidi su također poznati kao deoksiribonukleotidi .

VRSTE NUKLEOTIDA I DUŠIČNIH BAZA

RNA ima 4 različita tipa nukleotida .

Samo 4 dušične baze razlikuju 4 različite vrste nukleotida.

Iz očiglednih razloga, dakle, postoje 4 dušične baze RNA, posebno: adenin (skraćeno A), gvanin (G), citozin (C) i uracil (U).

Adenin i gvanin spadaju u klasu purina, dvostruko prstenastih aromatskih heterocikličkih spojeva.

Citozin i uracil, s druge strane, spadaju u kategoriju pirimidina, aromatski heterociklički spojevi s jednim prstenom.

Usporedba s DNA

Dušične baze koje razlikuju DNA nukleotide su iste kao i za RNA, osim za uracil. Umjesto potonje nalazi se dušična baza nazvana timin (T), koja spada u kategoriju pirimidina.

PREMA NUKLEOTIDIMA

Svaki nukleotid koji formira bilo koji lanac RNA veže se na sljedeći nukleotid, pomoću fosfodiesterske veze između ugljika 3 njegove pentoze i odmah slijedeće nukleotidne fosfatne skupine.

KRAJ RNK MOLEKULA

Bilo koja RNA polinukleotidna nit ima dva kraja, poznata kao 5 'kraj (čita se "završava prvih pet") i završava 3' (čita "tip tri prvi").

Po dogovoru, biolozi i genetičari su utvrdili da 5 ' kraj predstavlja glavu RNA filamenta, dok 3' kraj predstavlja njegov rep .

S kemijske točke gledišta, 5 'kraj se poklapa s fosfatnom skupinom prvog nukleotida polinukleotidnog lanca, dok 3' kraj podudara s hidroksilnom skupinom smještenom na ugljiku 3 posljednjeg nukleotida istog lanca.

Na temelju ove organizacije, u genetici i molekularnim biološkim knjigama, polinukleotidni lanci bilo koje nukleinske kiseline opisani su kako slijedi: P-5 '→ 3'-OH (* NB: slovo P označava atom fosfor iz fosfatne skupine).

Primjenom koncepata 5 'krajeva i 3' krajeva na jedan nukleotid, 5 'kraj ovog posljednjeg je fosfatna skupina vezana na ugljik 5, dok je njezin 3' kraj hidroksilna skupina kombinirana s ugljikom 3.

U oba slučaja čitatelj je pozvan da obrati pozornost na brojčanu recidivu: 5 'end-fosfatna skupina na ugljiku 5 i 3' kraju - hidroksilnu skupinu na ugljiku 3.

lokalizacija

U stanicama jezgre (tj. S jezgrom) živog bića, RNA molekule mogu se naći iu jezgri iu citoplazmi .

Ova široka lokalizacija ovisi o činjenici da su neki od staničnih procesa, s RNA kao protagonistom, smješteni u jezgri, dok se drugi odvijaju u citoplazmi.

Usporedba s DNA

DNA eukariotskih organizama (dakle i ljudske DNA) nalazi se isključivo unutar jezgre stanice.

Zbirna tablica razlika između RNA i DNA:
  • RNA je manja biološka molekula od DNA, koja se obično formira iz jednog lanca nukleotida.
  • Pentoza koja čini nukleotide ribonukleinske kiseline je riboza.
  • Nukleotidi nukleinske kiseline RNA su također poznati kao ribonukleotidi.
  • RNA nukleinska kiselina dijeli s DNK samo 3 dušične baze od 4. Umjesto timina, zapravo predstavlja uracilnu dušičnu bazu.
  • RNA se može nalaziti u različitim odjeljcima stanice, od jezgre do citoplazme.

rezime

Proces sinteze RNA temelji se na unutarstaničnom enzimu (tj. Nalazi se unutar stanice), koji se naziva RNA polimeraza (NB: enzim je protein).

RNA polimeraza stanice koristi DNA, prisutnu unutar jezgre iste stanice, kao da je kalup, da bi stvorila RNA.

Drugim riječima, riječ je o vrsti kopirke koja prepisuje ono što DNK vraća u drugi jezik, a to je RNA.

Štoviše, taj proces sinteze RNA, pomoću RNA polimeraze, uzima znanstveni naziv transkripcije .

Eukariotski organizmi, kao i ljudi, posjeduju 3 različite klase RNA polimeraza : RNA polimeraza I, RNA polimeraza II i RNA polimeraza III.

Svaka klasa RNA polimeraze stvara posebne tipove RNA, koji, kao što će čitatelj moći utvrditi u sljedećim poglavljima, imati različite biološke uloge u kontekstu staničnog života.

KAKO RADI POLIMERAZNA RNA

RNA polimeraza može:

  • Prepoznati, na DNK, mjesto s kojeg započinje transkripciju,
  • Vezati se za DNA,
  • Odvojite dva polinukleotidna lanca DNA (koji se drže zajedno vodikovim vezama između dušičnih baza) tako da djeluju samo na jednu traku, i
  • Započeti sintezu RNA transkripta.

Svaka od ovih faza odvija se kad god je RNA polimeraza spremna provesti proces transkripcije. Dakle, sve su to obvezni koraci.

RNA polimeraza sintetizira RNA molekule u smjeru 5 ' → 3' . Kako dodaje ribonukleotide u rastuću molekulu RNA, ona se kreće u lanac DNA u smjeru 3 ' → 5' .

MODIFIKACIJE RNA TRANSCRIPTA

Nakon njegove transkripcije, RNA prolazi kroz neke modifikacije, uključujući: dodavanje nekih nukleotidnih sekvenci na oba kraja, gubitak takozvanih introna (proces poznat kao spajanje ), itd.

Stoga, s obzirom na originalni DNA segment, rezultirajuća RNA ima neke razlike u odnosu na duljinu polinukleotidnog lanca (općenito je kraća).

vrste

Postoji nekoliko vrsta RNA .

Najpoznatija i najrazvijenija su: transportna RNA (ili prijenosna RNA ili tRNA ), prijenosna RNA (ili RNA glasnik ili mRNA ), ribosomska RNA (ili ribosomska RNA ili rRNA ) i mala nuklearna RNA (ili mala nuklearna RNA ili snRNA ).

Iako pokrivaju različite specifične uloge, tRNA, mRNA, rRNA i snRNA sve doprinose ostvarenju zajedničkog cilja: sintezi proteina, počevši od nukleotidnih sekvenci prisutnih u DNA.

Tipovi RNA polimeraze i RNA
RNA polimeraza I

rRNA
RNA polimeraza IImRNA i snRNA
RNA polimeraza IIItRNA, određeni tip rRNA i miRNA

OSTALE VRSTE RNA STILL

U stanicama eukariotskih organizama, istraživači su pronašli i druge vrste RNA, osim gore spomenutih. Na primjer:

  • Mikro RNA (ili miRNA ), koje su vlakna duljine nešto veće od 20 nukleotida, i
  • RNA koja čini ribozime . Ribozimi su RNA molekule s katalitičkom aktivnošću, kao što su enzimi.

MiRNA i ribozimi također sudjeluju u procesu sinteze proteina, baš kao i tRNA, mRNA itd.

funkcija

RNA predstavlja biološku makromolekulu prolaza između DNA i proteina, tj. Dugih biopolimera čije su molekularne jedinice aminokiseline .

RNA je usporediva s rječnikom genetskih informacija, jer omogućuje prevođenje nukleotidnih segmenata DNA (koji su tada takozvani geni) u aminokiseline proteina.

Jedan od najčešćih opisa funkcionalne uloge, koju pokriva RNA, je: "RNA je nukleinska kiselina uključena u kodiranje, dekodiranje, regulaciju i ekspresiju gena".

RNA je jedan od tri ključna elementa tzv. Središnje dogme molekularne biologije, koja kaže: "RNA potječe od DNA, iz koje se, pak, dobivaju proteini" ( DNA RNA proteini ).

TRANSKRIPCIJA I PRIJEVOD

Ukratko, transkripcija je niz staničnih reakcija koje dovode do stvaranja RNA molekula, počevši od DNA.

Prijevod, s druge strane, je skup staničnih procesa koji završavaju s proizvodnjom proteina, počevši od RNA molekula proizvedenih tijekom procesa transkripcije.

Biolozi i genetičari skovali su izraz "prijevod", jer iz jezika nukleotida prelazimo na jezik aminokiselina.

VRSTE I FUNKCIJE

Procesi transkripcije i prevođenja vide sve gore navedene tipove ANN (tRNA, mRNA, itd.) Kao protagoniste:

  • MRNA je molekula RNA koja kodira protein . Drugim riječima, mRNA su proteini prije procesa prevođenja nukleotida u proteinske aminokiseline.

    MRNA podliježu nekoliko modifikacija nakon njihove transkripcije.

  • TRNAs su nekodirajuće RNA molekule, ali i dalje bitne za stvaranje proteina. Zapravo, oni igraju ključnu ulogu u dešifriranju onoga što izvješćuju molekule mRNA.

    Naziv "transportna RNA" potječe od činjenice da ove ANN nose na sebi aminokiselinu. Točnije, svaka aminokiselina odgovara specifičnoj tRNA.

    TRNA interakciju s mRNA, kroz tri posebna nukleotida njihove sekvence.

  • RRNA su molekule RNA koje tvore ribosome . Ribosomi su složene stanične strukture, koje, krećući se duž mRNA, spajaju aminokiseline proteina.

    Generički ribosom sadrži, u sebi, neka mjesta na kojima je u stanju smjestiti tRNA i natjerati ih da se sretnu s mRNA. Ovdje su tri gore spomenuta posebna nukleotida međusobno djelovala s nositeljem RNA.

  • SnRNA su RNA molekule koje sudjeluju u procesu spajanja introna na mRNA. Introni su kratki segmenti nekodirajućih mRNA, beskorisni u svrhu sinteze proteina.
  • Ribozimi su RNA molekule koje kataliziraju rezanje ribonukleotidnih filamenata, gdje je to potrebno.

Slika: translacija mRNA.