ARN -funksjoner, struktur og typer

Han RNA eller RNA (ribonukleinsyre) er en type nukleinsyre som er til stede i eukaryote, prokaryot og virusorganismer. Det er en nukleotidpolymer som inneholder fire type nitrogenbaser i strukturen: adenin, guanin, cytosin og uracil.

RNA er vanligvis funnet som et enkelt bånd (bortsett fra i noen virus), i lineær eller danner en serie komplekse strukturer. Faktisk har RNA en strukturell dynamikk som ikke blir observert i den doble DNA -propellen. De forskjellige typer RNA har veldig varierte funksjoner.

Ribosomale RNA er en del av ribosomer, strukturene som er ansvarlige for proteinsyntese i celler. Messenger RNA fungerer som formidlere og transport genetisk informasjon til ribosomet, som oversetter meldingen fra en nukleotidsekvens til en aminosyre.

Overfør RNA er ansvarlige for å aktivere og overføre de forskjellige typer aminosyrer -20 i total til ribosomer. Det er et overføring RNA -molekyl for hver aminosyre som gjenkjenner sekvensen i Messenger RNA.  

I tillegg er det andre typer RNA som ikke er direkte involvert i proteinsyntese og deltar i genregulering.

Struktur

De grunnleggende RNA -enhetene er nukleotider. Hvert nukleotid dannes av en nitrogenbase (adenin, guanin, cytosin og uracil), en pentose og en fosfatgruppe.

Nukleotider

Nitrogenholdige baser er avledet fra to grunnleggende forbindelser: pyrimidiner og puriner.

Basene avledet fra puriner er adenin og guanin og basene avledet fra pyrimidin er cytosin og uracil. Selv om dette er de vanligste basene, kan nukleinsyrer også presentere andre typer baser som er sjeldnere.

Når det gjelder pentose, er de D-ribyan-enheter. Derfor kalles nukleotidene som utgjør RNA "ribonukleotider".

RNA -kjede

Nukleotider er samlet sammen av kjemiske koblinger som involverer fosfatgruppen. For å danne dem er 5 'fosfatgruppe av et nukleotid koblet til hydroksylgruppen (-OH) ved 3' enden av følgende nukleotid, og skaper dermed en fosfodiestertype-kobling.

Gjennom nukleinsyrekjeden har fosfodiesterbindinger samme orientering. Derfor er det en polaritet av strengen, som skiller mellom 3 'og slutten 5'.

Ved konvensjon er strukturen av nukleinsyrer representert med slutten 5 'til venstre og 3' høyre.

RNA -produktet av DNA -transkript er en enkel båndkjede som vender seg til høyre, i en spiralformet konformasjon på grunn av stabling av basene. Samspillet mellom puriner er mye større enn samspillet mellom to pyrimidiner, på grunn av størrelsen på samme.

I RNA kan du ikke snakke om en tradisjonell sekundærstruktur og referanse, for eksempel DNA -dobbel propell. Den tre -dimensjonale strukturen til hvert RNA -molekyl er unik og kompleks, sammenlignbar med proteiner (logisk sett kan vi ikke globalisere strukturen til proteiner).

Krefter som stabiliserer RNA

Det er svake interaksjoner som bidrar til stabilisering av RNA, spesielt stabling av baser, der ringene er plassert på hverandre. Dette fenomenet bidrar også til stabiliteten til DNA -propellen.

Hvis RNA -molekylet finner en komplementær sekvens, kan de kobles og danne en dobbeltkjedestruktur som svinger til høyre. Den dominerende formen er av type A; Når det gjelder Z -formene, har de bare bevist i laboratoriet, mens form B ikke er observert.

Det er generelt korte sekvenser (for eksempel UUGG) som er lokalisert på slutten av RNA og har særegenheten ved å danne Løkker stabil. Denne sekvensen deltar i foldingen av den tre -dimensjonale strukturen til RNA.

I tillegg kan hydrogenbroer dannes andre steder som ikke er typisk base parring (AU og CG). En av disse interaksjonene oppstår mellom 2'-OH av ribosaen med andre grupper.

Elucate de forskjellige strukturer som ble funnet i RNA har tjent til å demonstrere de flere funksjonene til denne nukleinsyren.

RNA -typer og funksjoner

Det er to typer RNA: informasjonsmessig og funksjonell. RNA -ene som deltar i syntesen av protein tilhører den første gruppen og fungerer som formidlere av prosessen; Informasjons -RNA er messenger RNA.

Derimot gir ikke RNA -ene som tilhører den andre klassen, de funksjonelle, et nytt proteinmolekyl, og selve RNA er det endelige produktet. Dette er overførings -RNA og ribosomale RNA.

Kan tjene deg: Endo Agar: Hva er, grunnlag, forberedelse, bruk

Hos pattedyrceller er 80 % av RNA ribosomalt RNA, 15 % er et overførings -RNA og bare en liten del tilsvarer Messenger RNA. Disse tre typene fungerer samarbeidsvillig for å oppnå proteinbiosyntese.

Det er også små kjernefysiske RNA -er, små cytoplasmatiske og mikroarn RNA, blant andre. Hver av de viktigste typene vil bli beskrevet i detalj:

Messenger RNA

I eukaryoter er DNA innesperret i kjernen, mens proteinsyntese oppstår i cellcytoplasma, der ribosomer er funnet. For denne romlige separasjonen må det være en mekler som bærer budskapet fra kjernen til cytoplasmaet, og at molekylet er Messenger RNA.

Messenger -RNA, forkortet RNM, er et mellomliggende molekyl som inneholder informasjonen som er kodet i DNA og spesifiserer en sekvens av aminosyrer som vil gi opphav til et funksjonelt protein.

Begrepet Messenger RNA ble foreslått i 1961 av François Jacob og Jacques Monod for å beskrive den delen av RNA som overførte meldingen fra DNA til ribosomene.

Prosessen med syntese av en RNM fra DNA -strengen er kjent som transkripsjon og forekommer forskjellig mellom prokaryoter og eukaryoter. 

Genuttrykket styres av flere faktorer og avhenger av behovene til hver celle. Transkripsjon er delt inn i tre stadier: initiering, forlengelse og avslutning.

Transkripsjon

DNA -replikasjonsprosessen, som oppstår i hver celledeling, kopierer hele kromosomet. Imidlertid er transkripsjonsprosessen mye mer selektiv, den omhandler bare behandling av spesifikke segmenter av DNA -strengen og krever ikke en grunning.

I Escherichia coli -De best studerte bakteriene i biologiske vitenskaper- transkripsjon begynner med uviljen. Enzymet RNA -polymerase er ansvarlig for å syntetisere RNA, og når transkripsjonen fortsetter, vender DNA -strengen tilbake til sin opprinnelige form.

Initiering, forlengelse og avslutning

Transkripsjonen initieres ikke på tilfeldige steder i DNA -molekylet; Det er spesialiserte nettsteder for dette fenomenet, kalt promotører. I OG. coli RNA -polymerase er koblet med basepar over det hvite området.

Sekvensene der transkripsjonsfaktorer er koblet er ganske bevart mellom forskjellige arter. En av de mest kjente promoterende sekvensene er Tata -boksen.

I forlengelsen tilfører RNA-polymerase-enzymet nye nukleotider til 3'-OH-enden, etter adresse 5 'til 3'. Hydroksylgruppen fungerer som en nukleofil, og angriper alfafosfatet til nukleotidet som vil bli tilsatt. Denne reaksjonen frigjør et pyrofosfat.

Bare en av DNA -strengene brukes til å syntetisere messenger -RNA, som er kopiert i 3 'til 5' adressen (den antiparallelle formen til den nye RNA -kjeden). Nukleotidet som vil bli lagt til, må være i samsvar med baseparringen: u ser frem til, og g med c.

RNA -polymerase stopper prosessen når den finner rike regioner i cytosin og guanina. Endelig skilles det nye Messenger RNA -molekylet fra komplekset.

Transkripsjon i prokaryoter

I prokaryoter kan et Messenger RNA -molekyl kode for mer enn ett protein.

Når en RNM utelukkende koder for et protein eller polypeptid, kalles det monocystronic mRNA, men hvis du koder for mer enn ett proteinprodukt, er ARNM polystonisk (merk at i denne sammenhengen refererer Cistron til genet).

Transkripsjon i eukaryoter

I eukaryote organismer er de aller fleste RNA -er monocystronics og transkripsjonsmaskiner er mye mer komplisert er denne avstamningen av organismer. De er preget av å ha tre polymerase, betegnet I, II og III RNA, hver med spesifikke funksjoner.

I er ansvarlig for å syntetisere pre-Arnr, II syntetiserer Messenger RNAs og noen spesielle RNA-er. Til slutt er III ansvarlig for overførings -RNA -ene, 5S ribosomal og andre små RNA.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA lider av en serie spesifikke modifikasjoner i eukaryoter. Den første innebærer tillegg av en "Caperuza" til Extreme 5 '. Kjemisk er Caperuza en 7-metylguaninrest forankret til slutten av en type 5 'lenke, 5'-trifosfat.

Funksjonen til dette området er å beskytte RNA mot mulig nedbrytning av ribonukleaser (enzymer som nedbryter RNA i mindre komponenter).

I tillegg tilsettes fjerning av 3 'enden og adeninavfall tilsettes fra 80 til 250. Denne strukturen er kjent som "hale" polia og fungerer som en unionssone for flere proteiner. Når en prokaryoter skaffer seg en polia -hale, har en tendens til å stimulere nedbrytningen.

Kan tjene deg: Tett binde stoff: Karakteristikker og funksjoner

På den annen side blir denne messenger transkribert med intronene. Introner er DNA -sekvenser som ikke er en del av genet, men som "avbryter" sa sekvens. Introner oversettes ikke og må derfor elimineres fra messenger.

De fleste virveldyrgener har introner, med unntak av gener de koder for histoner. Tilsvarende kan antallet introner i et gen variere fra noen få til dusinvis av disse.

Spleising av RNA

SPlicing av RNA eller prosess med å skjære og skjøte består i eliminering av introner i Messenger RNA.

Noen introner som finnes i kjernefysiske eller mitokondrielle gener kan utføre prosessen med Spleising Uten enzym eller ATP -hjelp. I stedet utføres prosessen ved transcessterifiseringsreaksjoner. Denne mekanismen ble oppdaget i den cilierte protozoen Tetrahymena Thermophila.

Derimot er det en annen gruppe budbringere som ikke er i stand til å formidle sine egne Spleising, Så de trenger flere maskiner. Denne gruppen tilhører et ganske høyt antall kjernefysiske gener.

Prosessen av Spleising Det er formidlet av et proteinkompleks kalt Explictosome eller Cutting Complex og Joint. Systemet består av spesialiserte RNA -komplekser kalt ribonukleoproteiner Small Nuclear (RNP).

Det er fem typer RNP: U1, U2, U4, U5 og U6, som er i kjernen og formidler prosessen med Spleising.

Han Spleising kan produsere mer enn en type protein -Dette er kjent som Spleising Alternativt, siden eksonene er fikset differensielt, og skaper varianter av ARN-budbringere.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, forkortet RNR, finnes i ribosomer og deltar i proteinbiosyntese. Derfor er det en essensiell komponent i alle celler.

Ribosomalt RNA er assosiert med proteinmolekyler (ca. 100,. De er klassifisert avhengig av sin sedimentasjonskoeffisient, betegnet med bokstaven Svedberg -enheter.

Et ribosom består av to deler: den store underenheten og den mindre underenheten. Begge underenhetene er forskjellige mellom prokaryoter og eukaryoter når det gjelder sedimentasjonskoeffisient.

Prokaryotene har en stor 50 -talls underenhet og en liten 30 -talls liten.

Genene som koder for ribosomale RNA -er er i kjernen, et bestemt område av kjernen som ikke er membran. Ribosomale RNA er transkribert i denne regionen ved RNA -polymerase I.

I celler som syntetiserer store mengder proteiner; Kjernen er en fremtredende struktur. Når den aktuelle cellen ikke krever et høyt antall proteinprodukter, er nukleolusen imidlertid en nesten umerkelig struktur.

Ribosomal RNA -prosessering

Den store ribosomale underenheten 60S er assosiert med fragmenter 28s og 5.8s. Med hensyn til liten underenhet (40 -tallet) er den assosiert med 18 -tallet.

I de øvre eukaryotene er pre-Arnr kodet i en transkripsjonsenhet på 45S, som involverer RNA-polymerase I. Dette transkripsjonen blir behandlet i modent ribosomal rib 28s, 18s og 5.8s.

Ved å fortsette syntesen er pre-ARNR assosiert med forskjellige proteiner og danner partikler av ribonukleoproteiner. Dette lider en serie med påfølgende modifikasjoner som inkluderer metylering fra 2'-OH-gruppen av ribosen og konvertering av uridinavfall til pseudouridin.

Regionen der disse endringene vil skje styres av mer enn 150 molekyler av små nukleolare RNA-er, som har evnen til å bli med i pre-ARNR.

I motsetning til resten av pre-ARNR, blir 5S transkribert av RNA-polymerase III i nukleoplasma og ikke inne i nukleolus. Etter å ha blitt syntetisert, blir det ført til nukleolus for å samles med 28 -tallet og 5.8s, og danner dermed ribosomale enheter.

På slutten av monteringsprosessen overføres underenhetene til cytoplasma av kjernefysiske porer.

Polyribosomer

Det kan hende at et messenger -RNA -molekyl gir opphav til flere proteiner samtidig, og blir sammen med mer enn ett ribosom. Når oversettelsesprosessen skrider frem, er slutten av messenger gratis og kan fanges opp av et annet ribosom, og starter en ny syntese.

Derfor er det vanlig å finne de grupperte ribosomene (mellom 3 og 10) i et enkelt Messenger RNA -molekyl, og denne gruppen kalles polyribosom.

Overfør RNA

Overføring RNA er ansvarlig for å overføre aminosyrer når proteinsynteseprosessen utvikler seg. De er sammensatt av omtrent 80 nukleotider (sammenlignet messenger -RNA, det er et "lite") molekyl.

Kan tjene deg: Fysiologisk tilpasning

Strukturen har bretter og kryss som minner en kløver med tre armer. I den ene enden er en adenylring lokalisert, der hydroksylgruppen til Ribosa Media unionen med aminosyren som skal transporteres.

De forskjellige overførings -RNA -ene kombineres utelukkende med en av de tjue aminosyrene som danner proteinene; Med andre ord, det er kjøretøyet som transporterer de grunnleggende blokker av proteiner. Overførings-RNA-komplekset sammen med aminosyren kalles amininoacil-arnt.

I tillegg, i oversettelsesprosessen - som oppstår takket være ribosomene - gjenkjenner hvert overførings -RNA et spesifikt kodon i Messenger RNA. Når han gjenkjenner det, frigjøres den tilsvarende aminosyren og blir en del av det syntetiserte peptidet.

For å gjenkjenne den typen aminosyre som må leveres, har RNA et "antikodon" som ligger i midtregionen av molekylet. Dette antikodonet er i stand til å danne hydrogenbindinger med de komplementære basene som er til stede i Messenger -DNA.

Mikroarn

Mikroarn eller rnami er en enkelt kjedetype, mellom 21 og 23 nukleotider, hvis funksjon er å regulere uttrykket av gener. Ettersom protein ikke er oversatt, kalles det vanligvis ikke -kodende RNA.

Som de andre typene RNA, er mikroarnbehandling kompleks og involverer en serie protein.

Mikroarn oppstår fra lengre forløpere kalt Rnemi-Pri, avledet fra den første transkripsjonen av genet. I kjernen av cellen er disse forløperne modifisert i mikroprosessorkomplekset, og resultatet er en pre-arnmi.

Pre-ArnMi er 70 nukleotidgaffler som fortsetter behandlingen i cytoplasma av et enzym kalt Dicer, som samler lyddempekomplekset indusert av RNA (RISC) og til slutt syntetiseres RNAMI.

Disse RNA -ene er i stand til å regulere genuttrykk, siden de er komplementære til spesifikke budbringere RNA. Når de fester seg til målet sitt, er RNEM i stand til å undertrykke messenger, eller til og med forringe det. Følgelig kan ribosom ikke oversette nevnte transkribert.

Silencing RNA

En bestemt type mikroarn er liten interferens RNA (ARNSI), også kalt Silencing RNA. De er korte RNA, mellom 20 til 25 nukleotider, noe som hindrer ekspresjonen av visse gener.

De er veldig lovende instrumenter for forskning, siden de tillater å dempe et gen av interesse og dermed studere deres mulige funksjon.

Forskjeller mellom DNA og RNA

Selv om DNA og RNA er nukleinsyrer og kan ligne veldig på første blikk, er de forskjellige i flere av sine kjemiske og strukturelle egenskaper. DNA er et dobbeltbåndmolekyl, mens RNA er enkelt bånd.

Derfor er RNA et mer allsidig molekyl og kan ta i bruk et bredt utvalg av tre -dimensjonale former. Visse virus har imidlertid et dobbeltbånd i sitt genetiske materiale.

I nukleotidene av RNA er sukkermolekylet en ribose, mens det i DNA er en deoksyribose, bare forskjellig i nærvær av et oksygenatom.

Fosfodiesterbindingen i DNA -skjelettet og RNA er utsatt for en langsom hydrolyseprosess og uten tilstedeværelse av enzymer. Under alkalinitetsforhold hydrolyseres RNA raskt -takk til den ekstra hydroksylgruppen -mens DNA ikke gjør det.

Tilsvarende er nitrogenbasene som utgjør nukleotidene i DNA guanin, adenin, timin og cytosin; På den annen side, i RNA, erstattes Timina av Uracil. Uracil kan parre seg med adenin, akkurat som timina i DNA.

Opprinnelse og evolusjon

RNA er det eneste kjente molekylet som er i stand til å lagre informasjon og katalysere kjemiske reaksjoner samtidig; Derfor foreslår flere forfattere at RNA -molekyl var avgjørende i livets opprinnelse. Overraskende nok er ribosomer underlag andre RNA -molekyler.

Oppdagelsen av ribzymene førte til biokjemisk omdefinering av "enzym" -sinsen før begrepet utelukkende ble brukt for proteiner med katalytisk aktivitet -og bidro til å støtte et scenario der de første livsstilene som ble brukt som genetisk materiale bare arn RNA.

Referanser

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologi av cellemolekylæren. 4. utgave. New York: Garland Science. Fra DNA til RNA. Tilgjengelig på: NCBI.NLM.NIH.Gov
2. Berg, J. M., STRYER, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biokjemi. Jeg snudde meg.
3. Campbell, n. TIL., & Reece, J. B. (2007). biologi. Ed. Pan -American Medical.