АРН: ФУНКЦИЈЕ, СТРУКТУРА И ВРСТЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

РНК или РНК (рибонуклеинска киселина) је врста садашњости нуклеинске киселине код еукариота, прокариота и вируса. То је нуклеотидни полимер који садржи четири врсте азотних база у својој структури: аденин, гванин, цитозин и урацил.

РНК се обично налази као јединствени опсег (осим код неких вируса), линеарно или у низу сложених структура. У ствари, РНА има структурни динамизам који није примећен у двострукој спирали ДНК. Различите врсте РНА имају веома различите функције.

Рибосомалне РНК су део рибосома, структуре одговорне за синтезу протеина у ћелијама. Мессенгер РНА функционишу као посредници и носе генетску информацију на рибосом, што поруку преноси из нуклеотидне секвенце у секвенцу аминокиселина.

Преносне РНК одговорне су за активирање и пренос различитих врста аминокиселина -20 укупно- на рибосоме. Постоји преносни РНА молекул за сваку аминокиселину која препознаје секвенцу у мессен РНА.

Поред тога, постоје и друге врсте РНА које нису директно укључене у синтезу протеина и учествују у регулацији гена.

Структура

Темељне јединице РНА су нуклеотиди. Сваки нуклеотид састоји се од азотне базе (аденин, гванин, цитозин и урацил), пентозе и фосфатне групе.

Нуклеотиди

База азота изведена су из два основна једињења: пиримидина и пурина.

База изведена из пурина је аденин и гванин, а базе изведене из пиримидина су цитозин и урацил. Иако су то најчешће базе, нуклеинске киселине могу имати и друге врсте база које су мање уобичајене.

Што се тиче пентозе, оне су јединице д-рибозе. Стога се нуклеотиди који чине РНА називају „рибонуклеотиди“.

РНА ланац

Нуклеотиди су повезани хемијским везама које укључују фосфатну групу. Да би их формирао, фосфатна група на 5 'крају нуклеотида је везана на хидроксилну групу (-ОХ) на 3' крају следећег нуклеотида, стварајући тако фосфодиестерску везу.

Дуж ланца нуклеинске киселине, фосфодиестерске везе имају исту оријентацију. Због тога постоји поларност нити, разликујући 3 'и 5' крај.

Према договору, структура нуклеинских киселина је представљена са 5 'леве стране и 3' краја са десне стране.

РНА продукт транскрипције ДНК је једноланчани трак који се скреће удесно, у спиралној конформацији слагањем база. Интеракција између пурина је много већа од интеракције два пиримидина, због њихове величине.

У РНК није могуће говорити о традиционалној секундарној структури и референци, као што је двострука спирала ДНК. Тродимензионална структура сваке молекуле РНА јединствена је и сложена, упоредива са протеинима (логично је да не можемо глобализовати структуру протеина).

Силе које стабилизују РНА

Постоје слабе интеракције које доприносе стабилизацији РНА, нарочито слагање у основне базе, где се прстенови налазе један изнад другог. Ова појава такође доприноси стабилности ДНК спирала.

Ако молекула РНА нађе комплементарну секвенцу, они се могу спојити и формирати дволанчану структуру која се окреће удесно. Преовлађујући облик је тип А; Што се тиче З облика, они су евидентирани само у лабораторији, док Б облик није примећен.

Опћенито, постоје кратке секвенце (попут УУГГ-а) које се налазе на крају РНК и имају посебност формирања стабилних петљи. Ова секвенца учествује у савијању тродимензионалне структуре РНА.

Поред тога, водоничне везе могу да се формирају и на другим местима осим типичних база у паровима (АУ и ЦГ). Једна од тих интеракција догађа се између 2'-ОХ рибозе са другим групама.

Објашњавање различитих структура пронађених у РНА служило је за демонстрирање вишеструких функција ове нуклеинске киселине.

Врсте и функције РНА

Постоје две класе РНА: информативна и функционална. Прва група укључује РНК који учествују у синтези протеина и функционишу као посредници у процесу; информационе РНК су месна РНА.

Супротно томе, РНА која припадају другој класи, функционалној, не дају нови молекул протеина, а сама РНА је крајњи производ. То су трансферне РНК и рибосомске РНК.

У ћелијама сисара 80% РНА је рибосомална РНА, 15% је трансферна РНА, а само мали део одговара РНК мессенгера. Ове три врсте сарађују заједно у постизању биосинтезе протеина.

Постоје, између осталог, мала нуклеарна РНА, мала цитоплазматска РНА и микроРНА. Свака од најважнијих врста биће у наставку детаљно описана:

Мессенгер РНА

Код еукариота је ДНК ограничена на језгро, док се синтеза протеина одвија у цитоплазми ћелије, где се налазе рибосоми. Због овог просторног одвајања мора постојати посредник који преноси поруку од језгра до цитоплазме и тај молекул је месна РНА.

Мессенгер РНА, скраћено мРНА, је интермедијарни молекул који садржи информације кодиране у ДНК и који одређује секвенцу аминокиселина која ће довести до функционалног протеина.

Израз мессенгер РНА предложио је 1961. Францоис Јацоб и Јацкуес Монод како би описали део РНА који је поруку пренео са ДНК у рибосоме.

Процес синтезе мРНА из ланца ДНА познат је као транскрипција и одвија се различито између прокариота и еукариота.

Експресијом гена управља више фактора и зависи од потреба сваке ћелије. Транскрипција је подељена у три фазе: иницијација, продужетак и престанак.

Транскрипција

Процес репликације ДНК, који се дешава у свакој ћелијској подели, копира читав хромозом. Међутим, поступак транскрипције је много селективнији, бави се само обрадом одређених сегмената ДНК ланца и не захтева прајмер.

У Есцхерицхиа цоли - најбоље проученој бактерији у наукама о животу - транскрипција почиње одмотавањем двоструке спирале ДНК и формира се петља за транскрипцију. Ензим РНА полимераза одговоран је за синтезу РНА и, како се транскрипција наставља, ДНА ланац се враћа у првобитни облик.

Иницијација, продужење и укидање

Транскрипција се не започиње на насумичним местима на молекули ДНК; постоје специјализоване локације за овај феномен, назване промоторима. У Е. цоли, РНА полимераза је спојена с неколико базних парова изнад циљаног региона.

Секвенце где су фактори транскрипције повезани су прилично очувани између различитих врста. Једна од најпознатијих промоторских секвенци је ТАТА кутија.

У продужењу, ензим РНА полимераза додаје нове нуклеотиде на крај 3'-ОХ, пратећи смер од 5 'до 3'. Хидроксилна група делује као нуклеофил, напада алфа фосфат нуклеотида који се додаје. Ова реакција ослобађа пирофосфат.

Само једна од ДНК ланаца користи се за синтезу месна РНК, која се копира у правцу 3 'до 5' (антипарални облик новог ланца РНА). Нуклеотид који треба додати мора бити у складу са упаривањем базе: У пари са А, а Г са Ц.

РНА полимераза зауставља процес када проналази регије богате цитозином и гванином. На крају се нови молекул РНА молекула одваја од комплекса.

Транскрипција у прокариоте

У прокариотима, гласник РНА молекуле може да кодира више од једног протеина.

Када се мРНА искључиво кодира за протеин или полипептид, она се назива монокистронска мРНА, али ако кодира за више од једног протеинског производа, мРНА је поликистроничка (имајте на уму да се у овом контексту израз цистрон односи на ген).

Транскрипција у еукариоте

У еукариотским организмима велика већина мРНА је монокистронска, а транскрипциони механизми су много сложенији у овој линији организама. Карактерише их три РНА полимеразе, И, ИИ и ИИИ, од којих свака има специфичне функције.

И је задужен за синтезу пре-рРНА, ИИ синтетише мессенгер РНА и неке посебне РНА. Коначно, ИИИ се брине за трансфер РНА, рибосомал 5С и остале мале РНА.

Мессенгер РНА у еукариотама

Мессенгер РНА пролази низ специфичних модификација у еукариотама. Први укључује додавање „капице“ на крај 5 ′. Хемијски, капица је остатак 7-метилгуанозина који је на крају везан 5 ', 5'-трифосфатном везом.

Улога ове зоне је да заштити РНК од могуће разградње рибонуклеазама (ензими који разграђују РНК на мање компоненте).

Поред тога долази до елиминације 3-краја и додају се 80 до 250 аденинских остатака. Ова структура позната је као "реп" полиА и служи као везивно место за различите протеине. Када прокариот стекне реп полиА, он има тенденцију да стимулише његову разградњу.

С друге стране, овај гласник је преписан са интронсима. Интрони су ДНК секвенце које нису део гена, али „прекидају“ ту секвенцу. Интрони се не преводе и зато их треба уклонити из гласника.

Већина гена краљежњака има интроне, осим гена који кодирају хистоне. Слично томе, број интрона у гену може варирати од неколико до неколико десетина.

Спајање

Процес спајања или спајања РНА укључује уклањање интрона у месна РНА.

Неки интрони који се налазе у нуклеарним или митохондријским генима могу извести поступак спајања без помоћи ензима или АТП-а. Уместо тога, процес се изводи реакцијама трансетерификације. Овај механизам је откривен у цилијаном протозоју Тетрахимена тхермопхила.

Супротно томе, постоји још једна група гласника који нису способни посредовати сопствено спајање, па им је потребна додатна машина. Прилично велики број нуклеарних гена припада овој групи.

Процес спајања посредује протеински комплекс који се назива сплицеосом или комплекс за спајање. Систем се састоји од специјализованих РНА комплекса који се називају мали нуклеарни рибонуклеопротеини (РНП).

Постоји пет врста РНП-а: У1, У2, У4, У5 и У6 који се налазе у језгру и посредују у процесу спајања.

Спајање може да произведе више врста протеина - ово је познато као алтернативно спајање - будући да су егзони распоређени различито, стварајући разнолике мессенгер РНА.

Рибосомална РНА

Рибосомална РНА, скраћено рРНА, налази се у рибосомима и учествује у биосинтези протеина. Због тога је суштинска компонента свих ћелија.

Рибосомална РНА асоцира на молекуле протеина (отприлике 100) да би се створиле рибосомске пресубјединице. Класификују се овисно о коефицијенту седиментације, који је за Сведбергове јединице означен словом С.

Рибосом је састављен из два дела: главна подјединица и мања подјединица. Обе подјединице се разликују између прокариота и еукариота у погледу коефицијента седиментације.

Прокариоти имају велику подјединицу од 50С и малу подјединицу 30С, док је у еукариотама велика подјединица 60С, а мала 40С.

Гени који кодирају рибосомалну РНК налазе се у нуклеолу, одређеном подручју језгра које није омеђено мембраном. Рибосомске РНК преносе се у овом региону РНА полимеразом И.

У ћелијама које синтетишу велике количине протеина; нуклеолус је истакнута структура. Међутим, када тој ћелији није потребан велики број протеинских производа, нуклеолус је готово неприметна структура.

МицроРНА

МикроРНА или миРНА су врста кратких једноланчаних РНА, између 21 и 23 нуклеотида, чија је функција да регулише експресију гена. Пошто се не преводи у протеин, често се назива и некодирајућа РНА.

Као и друге врсте РНК, обрада микроРНА је сложена и укључује бројне протеине.

МикроРНА настају из дужих прекурсора званих ми-приРНА, изведених из првог транскрипта гена. У језгру ћелије, ови прекурсори су модификовани у микропроцесорском комплексу и резултат је пре-миРНА.

Пре-миРНА су 70 нуклеотидних укосница које настављају да се у цитоплазми обрађују ензимом названим Дицер, који сакупља РНА-индуковани утишавајући комплекс (РИСЦ) и на крају се миРНА синтетизује.

Ове РНК су способне да регулишу експресију гена, пошто су комплементарне специфичним РНК мессенгерима. Спајајући се са њиховим циљем, миРНА су у стању да потисну гласник или га чак деградирају. Због тога рибосом не може превести наведени транскрипт.

РНА ћутање

Једна посебна врста микроРНА су мале интерферирајуће РНК (сиРНА), које се такође називају и утишавајућим РНК. Они су кратке РНК, између 20 до 25 нуклеотида, који спречавају експресију одређених гена.

Они су врло обећавајући инструменти за истраживање, јер омогућавају утишавање гена који интересује и на тај начин проучавају његову могућу функцију.

Разлике између ДНК и РНК

Иако су ДНК и РНА нуклеинске киселине и на први поглед могу изгледати врло слично, разликују се у неколико својих хемијских и структурних својстава. ДНК је молекул са двоструким опсегом, док је РНА једнопојасна.

Као таква, РНА је свестранији молекул и може попримити велики број тродимензионалних облика. Међутим, одређени вируси имају дво-опсежну РНК у свом генетском материјалу.

У РНА нуклеотидима молекул шећера је рибоза, док је у ДНК деоксирибоза, а разликује се само у присуству атома кисеоника.

Фосфодиестерска веза у окосници ДНК и РНК је склона да се подвргава спорој хидролизи без присуства ензима. Под алкалним условима, РНА се брзо хидролизује - захваљујући екстра хидроксилној групи - док ДНК не.

Слично томе, азотне базе које чине нуклеотиде у ДНК су гванин, аденин, тимин и цитозин; насупрот томе, у РНА је тимин замењен урацилом. Урацил се може упарити са аденом, на исти начин као и тимин у ДНК.

Порекло и еволуција

РНА је једини познати молекул који је у стању да истовремено чува информације и катализује хемијске реакције; Из тог разлога, неколико аутора предлаже да је молекула РНА пресудна у настанку живота. Изненађујуће, супстрати рибосома су други молекули РНА.

Откривање рибоциме довело је до биохемијске редефиниције „ензима“ - пошто се раније овај термин користио искључиво за протеине са каталитичком активношћу - и помогло је подржати сценарио где су први облици живота користили само РНК као генетски материјал.

Референце

1. Албертс Б, Јохнсон А, Левис Ј и др. (2002). Молекуларна биологија ћелије. 4. издање Нев Иорк: Гарланд Сциенце. Од ДНК до РНК. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
2. Берг, ЈМ, Стриер, Л. и Тимоцзко, ЈЛ (2007). Биохемија. Преокренуо сам се.
3. Цампбелл, НА, & Рееце, ЈБ (2007). Биологија. Панамерицан Медицал Ед.
4. Гриффитхс, АЈФ, Гелбарт, ВМ, Миллер, ЈХ, ет ал. (1999). Савремена генетска анализа. Нев Иорк: ВХ Фрееман. Гени и РНА. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
5. Гуитон, АЦ, Халл, ЈЕ и Гуитон, АЦ (2006). Уговор о медицинској физиологији. Елсевиер.
6. Халл, ЈЕ (2015). Гуитон анд Халл уџбеник е-књиге медицинске физиологије. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
7. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, ет ал. (2000) Молецулар Целл Биологи. 4. издање Нев Иорк: ВХ Фрееман. Одељак 11.6, Обрада рРНА и тРНА. Доступно на: нцби.нлм.них.гов
8. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.