Funkce RNA, struktura a typy



RNA nebo RNA (ribonukleová kyselina) je typ nukleové kyseliny přítomné v eukaryotických organismech, prokaryotech a virech. Je to polymer nukleotidů, který ve své struktuře obsahuje čtyři typy dusíkatých bází: adenin, guanin, cytosin a uracil.

RNA se obecně nalézá jako jediný pás (s výjimkou některých virů), lineárně nebo tvořící řadu složitých struktur. RNA má ve skutečnosti strukturní dynamiku, která není pozorována ve dvojité šroubovici DNA. Různé typy RNA mají velmi rozmanité funkce.

Ribozomální RNA jsou součástí ribozomů, struktur zodpovědných za syntézu proteinů v buňkách. Messengerová RNA působí jako prostředník a transportuje genetickou informaci na ribozom, což převádí zprávu z nukleotidové sekvence na aminokyselinovou sekvenci.

Transferové RNA jsou zodpovědné za aktivaci a přenos různých typů aminokyselin -20 celkem do ribozomů. Pro každou aminokyselinu existuje molekula transferové RNA, která rozpoznává sekvenci v messenger RNA.  

Kromě toho existují jiné typy RNA, které nejsou přímo zapojeny do syntézy proteinů a jsou zapojeny do genové regulace.

Index

  • 1 Struktura
    • 1.1 Nukleotidy
    • 1.2 RNA řetězec
    • 1.3 Síly, které stabilizují RNA
  • 2 Typy RNA a funkce
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2.2 ribozomální RNA
    • 2.3 Přenos RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • 2,5 mute RNA
  • 3 Rozdíly mezi DNA a RNA
  • 4 Vznik a vývoj
  • 5 Odkazy

Struktura

Základní jednotky RNA jsou nukleotidy. Každý nukleotid je tvořen dusíkatou bází (adenin, guanin, cytosin a uracil), pentózou a fosfátovou skupinou..

Nukleotidy

Dusíkaté báze jsou odvozeny ze dvou základních sloučenin: pyrimidinů a purinů.

Báze odvozené od purinů jsou adenin a guanin a báze odvozené od pyrimidinů jsou cytosin a uracil. I když se jedná o nejběžnější báze, nukleové kyseliny mohou také představovat jiné typy bází, které jsou méně časté.

Pokud jde o pentózu, jsou to jednotky d-ribose. Proto nukleotidy, které tvoří RNA, se nazývají "ribonukleotidy"..

RNA řetězec

Nukleotidy jsou spojeny chemickými vazbami, které zahrnují fosfátovou skupinu. Pro jejich vytvoření je fosfátová skupina na 5 'konci nukleotidu připojena k hydroxylové skupině (-OH) na 3' konci dalšího nukleotidu, čímž se vytvoří vazba fosfodiesterového typu..

Podél řetězce nukleové kyseliny mají fosfodiesterové vazby stejnou orientaci. Proto existuje polarita řetězce, která rozlišuje mezi 3 'a 5' koncem.

Podle konvence je struktura nukleových kyselin reprezentována 5 'koncem vlevo a 3' koncem vpravo.

Produkt RNA transkripce DNA je jednoduchý řetězec, který se otáčí doprava, ve šroubovicovité konformaci stohováním bází. Interakce mezi puriny je mnohem větší než interakce mezi dvěma pyrimidiny podle velikosti.

V RNA nemůžeme hovořit o tradiční sekundární struktuře a odkazu, jako je dvojitá šroubovice DNA. Trojrozměrná struktura každé molekuly RNA je jedinečná a komplexní, srovnatelná se strukturou proteinů (logicky nemůžeme globalizovat strukturu proteinů).

Síly, které stabilizují RNA

Existují slabé interakce, které přispívají ke stabilizaci RNA, zejména stohování bází, kde jsou prstence umístěny nad sebou. Tento jev také přispívá ke stabilitě šroubovice DNA.

Pokud molekula RNA najde komplementární sekvenci, může se spojit a vytvořit strukturu se dvěma řetězci, která se otáčí doprava. Převládající forma je typ A; stejně jako u forem Z, byly prokázány pouze v laboratoři, zatímco forma B nebyla pozorována.

Obecně, tam jsou krátké sekvence (jako UUGG) to být lokalizován u konce RNA a mít zvláštnost tváření. smyčky stabilní. Tato sekvence se účastní skládání trojrozměrné struktury RNA.

Kromě toho mohou být vodíkové vazby vytvořeny na jiných místech, která nejsou typickým párováním bází (AU a CG). K jedné z těchto interakcí dochází mezi 2'-OH ribózy s jinými skupinami.

Ředění různých struktur nalezených v RNA sloužilo k prokázání mnoha funkcí této nukleové kyseliny.

Typy RNA a funkce

Existují dva druhy RNA: informační a funkční. První skupina zahrnuje RNA, které se podílejí na syntéze proteinů a fungují jako zprostředkovatelé procesů; informační RNA jsou messenger RNAs.

Na rozdíl od toho, RNA náležející do druhé třídy, funkční, nedávají vznik nové molekule proteinu a samotná RNA je finálním produktem. Jedná se o transferové RNA a ribozomální RNA.

V savčích buňkách je 80% RNA ribozomální RNA, 15% je transferová RNA a pouze malá část odpovídá messengerové RNA. Tyto tři typy spolupracují na dosažení biosyntézy proteinů.

Existují také malé jaderné RNA, malé cytoplazmatické RNA a mikroRNA, mimo jiné. Dále bude podrobně popsán každý z nejdůležitějších typů:

Messenger RNA

V eukaryotes DNA je omezena na jádro, zatímco syntéza proteinu se vyskytuje v cytoplazmě buňky, kde se nacházejí ribozomy. Pro tuto prostorovou separaci musí existovat prostředník, který přenáší zprávu z jádra do cytoplazmy a tato molekula je messenger RNA.

Messenger RNA, zkrácená mRNA, je intermediární molekula, která obsahuje informaci kódovanou v DNA a která specifikuje sekvenci aminokyselin, která bude mít za následek vznik funkčního proteinu..

Termín messenger RNA byl navržen v roce 1961 François Jacob a Jacques Monod, aby popsali část RNA, která přenášela zprávu z DNA na ribozomy..

Proces syntézy mRNA z řetězce DNA je znám jako transkripce a vyskytuje se rozdílně mezi prokaryoty a eukaryoty.. 

Exprese genu je řízena několika faktory a závisí na potřebách každé buňky. Transkripce je rozdělena do tří fází: zahájení, prodloužení a ukončení.

Přepis

Proces replikace DNA, ke kterému dochází v každém buněčném dělení, kopíruje celý chromozom. Proces transkripce je však mnohem selektivnější, týká se pouze zpracování specifických segmentů řetězce DNA a nevyžaduje primer.

In Escherichia coli -bakterie nejlépe studovaná v biologických vědách - transkripce začíná odvíjením dvojité šroubovice DNA a vzniká transkripční smyčka. Enzym RNA polymerázy je zodpovědný za syntézu RNA a jak pokračuje transkripce, řetězec DNA se vrací do své původní formy.

Zahájení, prodloužení a ukončení

Transkripce není iniciována v náhodných místech molekuly DNA; existují specializovaná místa pro tento jev, zvaná promotory. In E. coli RNA polymeráza je navázána na pár párů bází nad bílou oblastí.

Sekvence, ve kterých jsou transkripční faktory spojeny, jsou mezi různými druhy poměrně konzervativní. Jednou z nejznámějších promotorových sekvencí je box TATA.

V elongaci enzym RNA polymerázy přidává nové nukleotidy ke konci 3'-OH, po směru 5 'až 3'. Hydroxylová skupina působí jako nukleofil, napadající alfa fosfát nukleotidu, který bude přidán. Tato reakce uvolní pyrofosfát.

Pouze jeden řetězec DNA se používá k syntéze messenger RNA, která se kopíruje ve směru 3 'až 5' (antiparalelní forma nového řetězce RNA). Nukleotid, který bude přidán, musí odpovídat párování bází: U párování s A a G s C.

RNA polymeráza zastavuje proces, když nalezne oblasti bohaté na cytosin a guanin. Konečně je nová molekula messenger RNA oddělena od komplexu.

Transkripce v prokaryotech

V prokaryotech může molekula messenger RNA kódovat více než jeden protein.

Když mRNA kóduje výhradně pro protein nebo polypeptid, nazývá se monistronickou mRNA, ale pokud kodifikuje více než jeden proteinový produkt, mRNA je polycistronická (poznamenejte si, že v tomto kontextu termín cistron označuje gen)..

Transkripce v eukaryotech

V eukaryotických organizmech je drtivá většina mRNA monocistronická a transkripční aparát je v této linii organismů mnohem komplexnější. Jsou charakterizovány tím, že mají tři RNA polymerázy, označené I, II a III, z nichž každá má specifické funkce.

Mám na starosti syntézu pre-rRNA, II syntetizuje messenger RNA a některé speciální RNA. Konečně, III je zodpovědný za transfer RNA, 5S ribozom a další malou RNA.

Messenger RNA v eukaryotech

Messenger RNA prochází řadou specifických modifikací v eukaryotech. První zahrnuje přidání "čepice" k 5 'konci. Chemicky je uzávěr zbytkem 7-methylguanosinu ukotveným na konci vazbou typu 5 ', 5'-trifosfátu.

Funkcí této zóny je chránit RNA před možnou degradací ribonukleázami (enzymy, které degradují RNA na menší složky).

Kromě toho dochází k odstranění 3 'konce a přidá se 80 až 250 zbytků adeninu. Tato struktura je známá jako polyA "ocas" a slouží jako vazebná zóna pro několik proteinů. Když prokaryote získá ocas polyA inklinuje stimulovat jeho degradaci.

Na druhé straně je tento posel přepisován introny. Introny jsou sekvence DNA, které nejsou součástí genu, ale "přerušují" sekvenci. Introny nejsou přeloženy, a proto musí být odstraněny z posla.

Většina genů obratlovců má introny, s výjimkou genů, které kódují histony. Podobně se může počet intronů v genu lišit od několika až desítek.

Spojování RNA

Splicing RNA nebo sestřihový proces zahrnuje odstranění intronů v messenger RNA.

Některé introny nalezené v jaderných nebo mitochondriálních genech mohou provádět proces spojování bez pomoci enzymů nebo ATP. Místo toho se tento způsob provádí transesterifikačními reakcemi. Tento mechanismus byl objeven v řasnatém protozou Tetrahymena thermophila.

Naproti tomu existuje další skupina poslů, kteří nejsou schopni zprostředkovat své vlastní spojování, tak potřebují další stroje. Do této skupiny patří poměrně vysoký počet jaderných genů.

Proces spojování je zprostředkován proteinovým komplexem zvaným spiceozom nebo sestřihový komplex. Systém se skládá ze specializovaných komplexů RNA nazývaných jaderné malé ribonukleoproteiny (RNP)..

Existuje pět typů RNP: U1, U2, U4, U5 a U6, které se nacházejí v jádře a zprostředkovávají proces spojování.

spojování může produkovat více než jeden typ proteinu - to je známé jako spojování alternativně, protože exony jsou uspořádány diferencovaně a vytvářejí odrůdy messenger RNA.

Ribozomální RNA

Ribozomální RNA, zkrácená rRNA, se nachází v ribozomech a podílí se na biosyntéze proteinů. Proto je podstatnou složkou všech buněk.

Ribozomální RNA je spojena s proteinovými molekulami (přibližně 100, přibližně), což vede k vzniku ribozomálních presubunidád. Jsou klasifikovány v závislosti na jejich sedimentačním koeficientu, označeném písmenem S jednotek Svedberg.

Ribozom se skládá ze dvou částí: hlavní podjednotky a vedlejší podjednotky. Obě podjednotky se liší prokaryoty a eukaryoty z hlediska sedimentačního koeficientu.

Prokaryoty mají velkou podjednotku 50S a malou podjednotku 30S, zatímco u eukaryot je velká podjednotka 60S a malá podjednotka 40S.

Geny, které kódují ribozomální RNA, jsou v nukleolu, což je specifická oblast jádra, která není vázána membránou. Ribozomální RNA jsou v této oblasti transkribovány RNA polymerázou I.

V buňkách, které syntetizují velká množství proteinů; Nukleolus je prominentní struktura. Pokud však tato buňka nevyžaduje vysoký počet proteinových produktů, je jádro téměř nepostřehnutelnou strukturou..

Zpracování ribozomální RNA

Velká 60S ribozomální podjednotka je spojena s fragmenty 28S a 5.8S. Pokud jde o malou podjednotku (40S), je spojena s 18S.

Ve vyšších eukaryotech je pre-rRNA kódována v transkripční jednotce 45S, která zahrnuje RNA polymerázu I. Tento transkript je zpracován ve zralých ribozomálních RNA 28S, 18S a 5,8S.

Jak syntéza pokračuje, pre-rRNA je spojena s různými proteiny a tvoří ribonukleoproteinové částice. To prochází řadou následných modifikací, které zahrnují methylaci 2'-OH skupiny ribózy a konverzi zbytků uridinu na pseudouridin..

Oblast, ve které k těmto změnám dojde, je řízena více než 150 malými nukleolarními RNA molekulami, které mají schopnost navázat se na pre-rRNA.

Na rozdíl od zbytku pre-rRNA je 5S transkribována RNA polymerázou III v nukleoplazmě a nikoliv uvnitř nukleolu. Poté, co byl syntetizován, je přemístěn do jádra, aby se shromáždil s 28S a 5,8S, za vzniku jednotek ribozomů.

Na konci procesu montáže jsou podjednotky přeneseny do cytoplazmy jadernými póry.

Polyribosomy

Může se stát, že molekula messenger RNA dává vznik několika proteinům najednou a spojuje více než jeden ribozom. Jak proces překladu postupuje, konec posla je volný a může být vyzvednut jiným ribozomem, počínaje novou syntézou.

Proto je běžné nalézt ribozomy seskupené (mezi 3 a 10) v jediné molekule messenger RNA a tato skupina se nazývá polyribozom.

Přenos RNA

Přenos RNA je zodpovědný za přenos aminokyselin, jak postupuje proces syntézy proteinů. Skládají se z přibližně 80 nukleotidů (ve srovnání s messenger RNA, jedná se o "malou" molekulu).

Struktura má záhyby a kříže, které se podobají trojlístku se třemi rameny. Na jednom konci je adenylový kruh, kde hydroxylová skupina ribózy zprostředkovává vazbu k aminokyselině, která má být transportována..

Různé transferové RNA jsou kombinovány výhradně s jednou z dvaceti aminokyselin, které tvoří proteiny; jinými slovy, to je vozidlo, které přepravuje základní stavební kameny proteinů. Komplex transfer RNA s aminokyselinou se nazývá aminoacyl-tRNA.

Kromě toho, v translačním procesu - který nastává díky ribozomům - každá transferová RNA rozpoznává specifický kodon v messenger RNA. Když se rozpozná, odpovídající aminokyselina se uvolní a stane se součástí syntetizovaného peptidu.

Pro rozpoznání typu aminokyseliny, která musí být dodána, má RNA "antikodon" umístěný ve střední oblasti molekuly. Tento antikodon je schopen tvořit vodíkové vazby s komplementárními bázemi přítomnými v messenger DNA.

MicroRNA

MikroRNA nebo mRNA jsou krátký typ jednovláknové RNA, mezi 21 a 23 nukleotidy, jejichž funkcí je regulovat expresi genů. Protože se nepromítá do proteinu, obvykle se nazývá nekódující RNA.

Podobně jako ostatní typy RNA je zpracování mikroRNA složité a zahrnuje řadu proteinů.

MikroRNA vznikají z delších prekurzorů nazývaných mRNA-pri, odvozených z prvního transkriptu genu. V jádru buňky jsou tyto prekurzory modifikovány v mikroprocesorovém komplexu a výsledkem je pre-miRNA..

Pre-mRNAs jsou vidlice 70 nukleotidů, které pokračují v jejich zpracování v cytoplazmě enzymem Dicer, který sestavuje komplex umlčování indukovaný RNA (RISC) a nakonec je syntetizována mRNA..

Tyto RNA jsou schopny regulovat expresi genů, protože jsou komplementární ke specifickým messengerovým RNA. Když jsou miRNA spojeny s jejich cílem, jsou schopny potlačit posla, nebo ho dokonce degradovat. V důsledku toho nemůže ribozóm překládat uvedený transkript.

Izolační RNA

Konkrétním typem mikroRNA je malá interferující RNA (siRNA), také nazývaná silencing RNA. Jsou to krátké RNA, mezi 20 až 25 nukleotidy, které brání expresi určitých genů.

Jedná se o velmi slibné nástroje pro výzkum, protože umožňují umlčení zájmového genu, a tedy studium jeho možné funkce.

Rozdíly mezi DNA a RNA

I když DNA a RNA jsou nukleové kyseliny a na první pohled se mohou jevit velmi podobné, liší se několika chemickými a strukturními vlastnostmi. DNA je dvojpásmová molekula, zatímco RNA je jednoduchý pás.

RNA je tedy univerzálnější molekula a může přijmout širokou škálu trojrozměrných tvarů. Některé viry však mají ve svém genetickém materiálu dvouvláknovou RNA.

V nukleotidech RNA je molekula cukru ribóza, zatímco v DNA je to deoxyribóza, která se liší pouze v přítomnosti atomu kyslíku..

Fosfodiesterová vazba v DNA a RNA kostře je náchylná k procesu pomalé hydrolýzy a bez přítomnosti enzymů. Za podmínek alkalinity se RNA rychle hydrolyzuje - díky extra hydroxylové skupině -, zatímco DNA ne.

Podobně dusíkaté báze, které tvoří nukleotidy v DNA, jsou guanin, adenin, thymin a cytosin; Na druhou stranu, v thyminu je RNA nahrazena uracilem. Uracil může být spárován s adeninem, stejně jako tymin v DNA.

Vznik a vývoj

RNA je jediná známá molekula schopná současně ukládat informace a katalyzovat chemické reakce; proto někteří autoři navrhují, aby molekula RNA byla rozhodující při vzniku života. Substráty ribozomů jsou překvapivě jiné molekuly RNA.

Objev ribozymů vedl k biochemické redefinici "enzymu" - protože tento termín byl používán výhradně pro proteiny s katalytickou aktivitou - a pomáhal udržet scénář, kde první formy života používaly pouze RNA jako genetický materiál..

Odkazy

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molekulární biologie buňky. 4. vydání. New York: Garland věda. Od DNA k RNA. Dostupné na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
  3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologie. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A. J. F., Gelbart, W.M., Miller, J. H. a kol. (1999). Moderní genetická analýza. New York: W. H. Freeman. Geny a RNA. Dostupné na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Smlouva o lékařské fyziologii. Elsevier.
  6. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molekulární buněčná biologie. 4. vydání. New York: W. H. Freeman. Oddíl 11.6, Zpracování rRNA a tRNA. Dostupné na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Lehningerovy zásady biochemie. Macmillan.