ARN: FUNKTIONER, STRUKTUR OCH TYPER - BIOLOGI - 2025

Det RNA eller RNA (ribonukleinsyra) är en typ av nukleinsyra närvarande i eukaryoter, prokaryoter och virus. Det är en nukleotidpolymer som innehåller fyra typer av kvävebaser i sin struktur: adenin, guanin, cytosin och uracil.

RNA finns generellt som ett enda band (utom i vissa virus), på ett linjärt sätt eller i en serie komplexa strukturer. I själva verket har RNA en strukturell dynamik som inte observeras i DNA-dubbelhelixen. De olika typerna av RNA har mycket varierande funktioner.

Ribosomala RNA är en del av ribosomer, strukturerna som är ansvariga för syntesen av proteiner i celler. Messenger-RNA fungerar som mellanhänder och bär genetisk information till ribosomen, som översätter meddelandet från en nukleotidsekvens till en aminosyrasekvens.

Överförings-RNA: er ansvarar för att aktivera och överföra de olika typerna av aminosyror -20 totalt till ribosomerna. Det finns en överförings-RNA-molekyl för varje aminosyra som känner igen sekvensen i messenger-RNA.

Dessutom finns det andra typer av RNA som inte är direkt involverade i proteinsyntes och deltar i genreglering.

Strukturera

De grundläggande enheterna för RNA är nukleotider. Varje nukleotid består av en kvävehaltig bas (adenin, guanin, cytosin och uracil), en pentos och en fosfatgrupp.

nukleotider

Kvävebaser härrör från två grundläggande föreningar: pyrimidiner och puriner.

Baserna härledda från puriner är adenin och guanin och baserna härledda från pyrimidiner är cytosin och uracil. Även om dessa är de vanligaste baserna, kan nukleinsyror också ha andra typer av baser som är mindre vanliga.

När det gäller pentos är de enheter av d-ribos. Därför kallas nukleotiderna som utgör RNA "ribonukleotider".

RNA-kedja

Nukleotider kopplas samman av kemiska bindningar som involverar fosfatgruppen. För att bilda dem är fosfatgruppen vid 5'-änden av en nukleotid bunden till hydroxylgruppen (–OH) vid 3'-änden av nästa nukleotid, vilket skapar en fosfodiesterliknande bindning.

Längs nukleinsyrakedjan har fosfodiesterbindningarna samma orientering. Därför finns det en polaritet hos strängen, som skiljer mellan 3 'och 5' änden.

Enligt konvention representeras strukturen för nukleinsyror av 5'-änden till vänster och 3'-änden till höger.

RNA-produkten av DNA-transkription är ett enkelsträngat band som vänder sig åt höger, i en spiralformad konformation genom stapling av baser. Interaktionen mellan puriner är mycket större än interaktionen mellan två pyrimidiner på grund av deras storlek.

I RNA är det inte möjligt att tala om en traditionell sekundär struktur och referens, såsom den dubbla spiralen av DNA. Den tredimensionella strukturen för varje RNA-molekyl är unik och komplex, jämförbar med proteiner (logiskt kan vi inte globalisera strukturen hos proteiner).

Krafter som stabiliserar RNA

Det finns svaga interaktioner som bidrar till stabiliseringen av RNA, särskilt basstapling, där ringarna är placerade en ovanpå den andra. Detta fenomen bidrar också till stabiliteten hos DNA-spiralen.

Om RNA-molekylen hittar en komplementär sekvens kan de kopplas ihop och bilda en dubbelsträngad struktur som vänder åt höger. Den dominerande formen är typ A; När det gäller Z-formerna har de endast bevisats i laboratoriet, medan B-formen inte har observerats.

I allmänhet finns det korta sekvenser (såsom UUGG) som är belägna i slutet av RNA och har det speciella att bilda stabila öglor. Denna sekvens deltar i vikningen av RNA: s tredimensionella struktur.

Dessutom kan vätebindningar bildas på andra ställen än de typiska basparterna (AU och CG). En av dessa interaktioner inträffar mellan 2'-OH av ribos med andra grupper.

Att klargöra de olika strukturerna som finns i RNA har tjänat till att demonstrera de många funktionerna hos denna nukleinsyra.

RNA-typer och funktioner

Det finns två klasser av RNA: information och funktionell. Den första gruppen inkluderar RNA som deltar i proteinsyntes och fungerar som mellanhänder i processen; de informativa RNA: er är budbärarens RNA.

Däremot ger RNA som tillhör den andra klassen, de funktionella, inte upphov till en ny proteinmolekyl och själva RNA är slutprodukten. Dessa är överförings-RNA: er och de ribosomala RNA: erna.

I däggdjursceller är 80% av RNA ribosomalt RNA, 15% är överförings-RNA och endast en liten del motsvarar budbärar-RNA. Dessa tre typer arbetar samarbete för att uppnå proteinbiosyntes.

Det finns också små nukleära RNA: er, små cytoplasmatiska RNA: er, och mikroRNA, bland andra. Var och en av de viktigaste typerna kommer att beskrivas i detalj nedan:

Messenger RNA

I eukaryoter begränsas DNA till kärnan, medan proteinsyntes sker i cellens cytoplasma, där ribosomer finns. På grund av denna rumsliga separering måste det finnas en mediator som bär meddelandet från kärnan till cytoplasma och att molekylen är budbärarens RNA.

Messenger RNA, förkortat mRNA, är en mellanliggande molekyl som innehåller informationen kodad i DNA och som specificerar en aminosyrasekvens som ger upphov till ett funktionellt protein.

Begreppet messenger RNA föreslogs 1961 av François Jacob och Jacques Monod för att beskriva den del av RNA som överförde meddelandet från DNA till ribosomer.

Processen för syntes av ett mRNA från DNA-strängen kallas transkription och det sker differentiellt mellan prokaryoter och eukaryoter.

Genuttryck styrs av flera faktorer och beror på behoven hos varje cell. Transkriptionen är indelad i tre stadier: initiering, förlängning och avslutning.

Transkription

Processen för DNA-replikation, som sker i varje celldelning, kopierar hela kromosomen. Transkriptionsprocessen är emellertid mycket mer selektiv, den behandlar endast bearbetning av specifika segment av DNA-strängen och kräver inte en primer.

I Escherichia coli - den bäst studerade bakterien inom biovetenskap - börjar transkription med avvecklingen av DNA-helixen och transkriptionslingan bildas. Enzymet RNA-polymeras ansvarar för att syntetisera RNA och när transkriptionen fortsätter återgår DNA-strängen till sin ursprungliga form.

Initiering, förlängning och avslutning

Transkription initieras inte på slumpmässiga platser på DNA-molekylen; det finns specialiserade webbplatser för detta fenomen, kallad promotorer. I E. coli är RNA-polymeraset kopplat några baspar över målområdet.

Sekvenserna där transkriptionsfaktorerna är kopplade är ganska bevarade mellan olika arter. En av de mest kända promotorsekvenserna är TATA-rutan.

Förlängning lägger RNA-polymeras-enzymet till nya nukleotider till 3'-OH-änden, följt av 5 till 3 ′-riktningen. Hydroxylgruppen fungerar som en nukleofil och angriper alfosfatet i nukleotiden som ska tillsättas. Denna reaktion frisätter ett pyrofosfat.

Endast en av DNA-strängarna används för att syntetisera budbärarens RNA, som kopieras i riktningen 3–5 ((den antiparallella formen av den nya RNA-strängen). Nukleotiden som ska tillsättas måste överensstämma med basparning: U-par med A och G med C.

RNA-polymeras stoppar processen när den hittar områden som är rika på cytosin och guanin. Så småningom separeras den nya messenger-RNA-molekylen från komplexet.

Transkription i prokaryoter

I prokaryoter kan en messenger-RNA-molekyl koda för mer än ett protein.

När ett mRNA uteslutande kodar för ett protein eller polypeptid kallas det monocistronic mRNA, men om det kodar för mer än en proteinprodukt, är mRNA polykistroniskt (notera att i detta sammanhang hänvisar termen cistron till genen).

Transkription i eukaryoter

I eukaryota organismer är den stora majoriteten av mRNA monocistronic och transkriptionstekniken är mycket mer komplex i denna organisationslinje. De kännetecknas av att ha tre RNA-polymeraser, betecknade I, II och III, var och en med specifika funktioner.

I är ansvarig för att syntetisera pre-rRNA: erna, II syntetiserar messenger-RNA: er och några speciella RNA: er. Slutligen tar III hand om överförings-RNA: er, ribosomal 5S och andra små RNA: er.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA genomgår en serie specifika modifieringar i eukaryoter. Den första handlar om att lägga till ett "lock" i 5 ′-änden. Kemiskt sett är locket en 7-metylguanosinrest bunden till änden med en 5 ', 5'-trifosfatbindning.

Denna zons roll är att skydda RNA från eventuell nedbrytning av ribonukleaser (enzymer som bryter ned RNA i mindre komponenter).

Dessutom sker eliminering av 3'-änden och 80 till 250 adeninrester tillsätts. Denna struktur är känd som polyA "svansen" och fungerar som ett bindningsställe för olika proteiner. När en prokaryot förvärvar en polyA-svans tenderar den att stimulera dess nedbrytning.

Å andra sidan transkriberas denna messenger med introner. Introner är DNA-sekvenser som inte är en del av genen men som "avbryter" den sekvensen. Introner översätts inte och måste därför tas bort från budbäraren.

De flesta ryggradsgener har introner, förutom gener som kodar för histoner. På samma sätt kan antalet introner i en gen variera från några till dussintals av dessa.

skarvning

RNA: s plicerings- eller skarvningsprocess involverar avlägsnande av introner i messenger-RNA.

Vissa introner som finns i nukleära eller mitokondriella gener kan utföra skarvningsprocessen utan hjälp av enzymer eller ATP. Istället utförs processen genom transesterifieringsreaktioner. Denna mekanism upptäcktes i den cilierade protozonen Tetrahymena thermophila.

Däremot finns det en annan grupp budbärare som inte kan förmedla sin egen skarvning, så de behöver ytterligare maskiner. Ett ganska stort antal kärngener tillhör denna grupp.

Skarvningsprocessen medieras av ett proteinkomplex som kallas en spliceosom eller skarvningskomplex. Systemet består av specialiserade RNA-komplex som kallas små nukleära ribonukleoproteiner (RNP).

Det finns fem typer av RNP: U1, U2, U4, U5 och U6, som finns i kärnan och förmedlar skarvningsprocessen.

Skarvning kan producera mer än en typ av protein - detta kallas alternativ skarvning - eftersom exonerna är arrangerade på olika sätt, vilket skapar variationer av messenger-RNA.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, förkortat rRNA, finns i ribosomer och deltar i biosyntesen av proteiner. Därför är det en viktig komponent i alla celler.

Ribosomalt RNA associerar med proteinmolekyler (ungefär 100) för att ge upphov till ribosomala förföreningar. De klassificeras beroende på deras sedimentationskoefficient, betecknad med bokstaven S för Svedbergsenheter.

En ribosom består av två delar: den stora underenheten och den mindre underenheten. Båda subenheterna skiljer sig mellan prokaryoter och eukaryoter när det gäller sedimentationskoefficienten.

Prokaryoter har en stor 50S-underenhet och en liten 30S-underenhet, medan i eukaryoter är den stora underenheten 60S och den lilla 40S.

De gener som kodar för ribosomala RNA finns i kärnan, ett speciellt område i kärnan som inte är avgränsat av ett membran. Ribosomala RNA transkriberas i denna region av RNA-polymeras I.

I celler som syntetiserar stora mängder proteiner; kärnan är en framstående struktur. När cellen i fråga emellertid inte kräver ett stort antal proteinprodukter, är kärnan en nästan omöjlig struktur.

MicroRNA

MicroRNA eller miRNA är en typ av korta, enkelsträngade RNA, mellan 21 och 23 nukleotider, vars funktion är att reglera uttrycket av gener. Eftersom det inte översätts till protein kallas det ofta icke-kodande RNA.

Liksom andra typer av RNA är mikroRNA-bearbetning komplex och involverar ett antal proteiner.

MikroRNA härrör från längre föregångare som kallas mi-priRNA, härrörande från genens första transkript. I cellens kärna modifieras dessa föregångare i mikroprocessorkomplexet och resultatet är ett pre-miRNA.

Pre-miRNA är 70 nukleotid hårnålar som fortsätter att bearbetas i cytoplasma av ett enzym som kallas Dicer, som sätter ihop det RNA-inducerade tystnadskomplexet (RISC) och slutligen syntetiseras miRNA.

Dessa RNA: er är kapabla att reglera uttrycket av gener, eftersom de är komplementära till specifika messenger-RNA. Genom att para med sitt mål kan miRNA: er underlätta budbäraren eller till och med försämra det. Följaktligen kan ribosomen inte översätta nämnda transkript.

RNA-tystnad

En speciell typ av mikroRNA är små störande RNA: er (siRNA), även kallad tystande RNA. De är korta RNA, mellan 20 och 25 nukleotider, som hindrar uttrycket av vissa gener.

De är mycket lovande instrument för forskning eftersom de gör det möjligt att tystna en gen av intresse och därmed studera dess möjliga funktion.

Skillnader mellan DNA och RNA

Även om DNA och RNA är nukleinsyror och kan se mycket lika ut vid första anblicken, skiljer de sig åt i flera av sina kemiska och strukturella egenskaper. DNA är en dubbelbandsmolekyl, medan RNA är enkelband.

Som sådan är RNA en mer mångsidig molekyl och kan ta på sig en mängd olika tredimensionella former. Vissa virus har dock dubbelband-RNA i sitt genetiska material.

I RNA-nukleotider är sockermolekylen en ribos, medan det i DNA är en deoxiribos, som endast skiljer sig i närvaro av en syreatom.

Fosfodiesterbindningen i ryggraden i DNA och RNA är benägen att genomgå en långsam hydrolysprocess utan närvaro av enzymer. Under alkaliska förhållanden hydrolyseras RNA snabbt - tack vare den extra hydroxylgruppen - medan DNA inte gör det.

På liknande sätt är kvävebaserna som utgör nukleotider i DNA guanin, adenin, tymin och cytosin; däremot, i RNA, ersätts tymin med uracil. Uracil kan kopplas ihop med adenin, på samma sätt som tymin i DNA.

Ursprung och evolution

RNA är den enda kända molekylen som kan lagra information och katalysera kemiska reaktioner samtidigt; Av denna anledning föreslår flera författare att RNA-molekylen var avgörande för livets ursprung. Överraskande nog är substraten för ribosomer andra RNA-molekyler.

Upptäckten av ribozymer ledde till den biokemiska omdefinieringen av "enzym" - eftersom tidigare användes termen uteslutande för proteiner med katalytisk aktivitet- och hjälpte till att stödja ett scenario där de första livsformerna endast använde RNA som genetiskt material.

referenser

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Cellens molekylärbiologi. 4: e upplagan. New York: Garland Science. Från DNA till RNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jag vänt.
3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). Modern genetisk analys. New York: WH Freeman. Gener och RNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Fördraget om medicinsk fysiologi. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton och Halls lärobok för medicinsk fysiologi e - bok. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4: e upplagan. New York: WH Freeman. Avsnitt 11.6, Behandling av rRNA och tRNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.