Vrste RNA, funkcija in struktura

Različne vrste DNA in RNA - nukleinske kisline - je eden od predmetov študije molekularne biologije. Ena izmed najbolj obetavnih in hitro razvijajočih se področij te znanosti v zadnjih letih je bila študija RNA.

Na kratko o strukturi RNA

RNA, ribonukleinska kislina, je torej biopolimer, katerega molekula je veriga, ki jo tvorijo štiri vrste nukleotidov. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze (adenin A, gvanin G, uracil U ali citozin C) v povezavi s sladkorjem ribozo in ostalo fosforno kislino. Fosfatni ostanki, ki se vežejo na riboze sosednjih nukleotidov, "šivajo" bloke sestavin RNA v makromolekul - polinukleotid. To je primarna struktura RNA.

Sekundarna struktura - tvorba dvojne verige - se oblikuje v nekaterih delih molekule v skladu z načelom komplementarnosti dušikovih baz: adenin tvori par z uracilom skozi dvojno in gvanin s citozinom - trojno vodikove vezi.

V delovni obliki tudi molekula RNA tvori terciarno strukturo - posebno prostorsko strukturo, konformacijo.

Sinteza RNA

Vse vrste RNA so sintetizirane z uporabo encima RNA polimeraze. Lahko je odvisna od DNA in RNA, kar pomeni, da katalizira sintezo tako DNA kot RNA vzorca.

Sinteza temelji na komplementarnosti baz in antiparalelizmu smeri branja genetske kode in poteka v več stopnjah.

Najprej pride do prepoznavanja in vezave RNA polimeraze na specifično nukleotidno sekvenco na promotorju DNA, po kateri se dvojna vijačnica DNK odmakne v majhnem območju in sestava molekule RNA se začne nad eno od verig, ki se imenuje predlogo (druga veriga DNA se imenuje kodiranje - njena kopija se sintetizira RNA). Asimetrija promotorja določa, katera izmed verig DNA bo služila kot šablona, ​​in tako omogoča, da RNA polimeraza inicira sintezo v pravi smeri.

Naslednji korak se imenuje raztezek. Transkripcijski kompleks, ki vključuje RNA polimerazo in nevezano regijo s hibridom DNA-RNA, se začne premikati. Ko se to gibanje giblje, se veriga RNA, ki se širi, postopoma loči, dvojna vijačnica DNK pa se odmakne pred kompleksom in se obnovi za njim.

Končna faza sinteze se pojavi, ko RNA polimeraza doseže poseben del šablone, imenovan terminator. Prenehanje (zaključek) postopka je mogoče doseči na različne načine.

Glavne vrste RNA in njihova funkcija v celici

Ti so naslednji:

• Matrica ali informacijska (mRNA). Skozi njen prepis se izvaja - prenos genetskih informacij iz DNK.
• Ribosomal (rRNA), ki zagotavlja proces prevajanja - sinteza beljakovin na matrici mRNA.
• Promet (tRNA). Prepozna in prenaša aminokislino na ribosom, kjer nastane sinteza beljakovin, in sodeluje tudi pri prevajanju.
• Mala RNA je obsežen razred molekul kratke dolžine, ki med procesi transkripcije, zorenja RNA in prevajanjem opravljajo različne funkcije.
• Genomi RNA - kodirajoče sekvence, ki vsebujejo genetske informacije pri nekaterih virusih in viroidih.

V osemdesetih letih so odkrili katalitično aktivnost RNA. Molekule, ki imajo to lastnost, se imenujejo ribozimi. Seveda ni znanih veliko naravnih ribozimov, njihova katalitska sposobnost je nižja od beljakovinskih, v celici pa opravljajo zelo pomembne funkcije. Trenutno poteka uspešno delo na sintezi ribozimov, ki so praktičnega pomena.

Oglejmo si različne vrste molekul RNA.

Matrična (informacijska) RNA

Ta molekula je sintetizirana preko neokrnjenega dela DNK in tako kopira gen, ki kodira en ali drug protein.

RNK evkariontskih celic, preden postane, torej, matrika za sintezo beljakovin, mora zoreti, to je, iti skozi kompleks različnih modifikacij - obdelavo.

Najprej, na stopnji transkripcije se molekula prekriva: posebna struktura, sestavljena iz enega ali več modificiranih nukleotidov, pokrovček, je pritrjen na njegov konec. Ima pomembno vlogo v mnogih poznejših procesih in povečuje stabilnost mRNA. Tako imenovani poli (A) rep - zaporedje adeninskih nukleotidov se pridruži drugemu koncu primarnega prepisa.

Po tem se pre-mRNA spaja. To je odstranitev iz molekule nekodirajočih regij - intronov, ki jih je veliko v DNA evkariontov. Nato poteka postopek urejanja mRNA, v katerem je njegova sestava kemijsko spremenjena, kakor tudi metilacija, po kateri zrela mRNA zapusti celično jedro.

Ribosomska RNA

Osnova ribosoma, kompleksa, ki zagotavlja sintezo beljakovin, je sestavljen iz dveh dolgih rRNA, ki tvorita podenote ribosoma. Sintetizirajo se skupaj kot ena pre-rRNA, ki se nato med obdelavo razdeli. Velika subparticle vključuje tudi rRNA z nizko molekulsko maso, sintetizirano iz enega samega gena. Ribosomske RNA imajo tesno zapolnjeno terciarno strukturo, ki služi kot okvir za beljakovine, ki so prisotne v ribosomu in opravljajo pomožne funkcije.

V neradni fazi so ribosomske podenote ločene; po začetku translacijskega procesa se rRNA majhne podenote združi s selitveno RNA, po kateri pride do popolne integracije ribosomskih elementov. Ko RNA interagira z majhno podenoto z mRNA, slednja, kot da bi jo potegnili skozi ribosome (kar je enako gibanju ribosoma vzdolž mRNA). Ribosomska RNA velike podenote je ribozim, torej ima encimske lastnosti. Katalizira nastanek peptidnih vezi med aminokislinami med sintezo beljakovin.

Treba je opozoriti, da največji del celotne RNA v celici predstavlja ribosomal - 70-80%. DNA ima veliko število genov, ki kodirajo rRNA, kar zagotavlja zelo intenzivno transkripcijo.

Transport RNA

To molekulo prepozna posebna aminokislina s pomočjo posebnega encima in v kombinaciji z njo prenese aminokislino na ribosom, kjer služi kot posrednik v procesu prevajanja - sinteza beljakovin. Prenos poteka z difuzijo v citoplazmi celice.

Obdelujejo se nove sintetizirane molekule tRNA in druge vrste RNA. Zrela tRNA v aktivni obliki ima konformacijo, ki spominja na list detelje. Na steblu listov je akceptorsko mesto sekvenca CCA s hidroksilno skupino, ki se veže na aminokislino. Na nasprotnem koncu "listov" je zanka, ki se povezuje s komplementarnim kodonom za mRNA. D-zanka služi za vezavo transportne RNA na encim pri medsebojnem delovanju z aminokislino in T-zanko, ki se veže na velik ribosomski poddel.

Mala RNA

Te vrste RNA igrajo pomembno vlogo v celičnih procesih in se sedaj aktivno preučujejo.

Na primer, majhne jedrske RNA v evkariontskih celicah so vključene v razmnoževanje mRNA in imajo morda tudi katalitske lastnosti skupaj z proteini spliceos. Majhne nukleolarne RNA so vključene v obdelavo ribosomske in transportne RNA.

Majhne moteče in miRNA so bistveni elementi sistema regulacije genske ekspresije, ki je potrebna, da celica nadzoruje svojo lastno strukturo in vitalno aktivnost. Ta sistem je pomemben del celicnega imunskega protivirusnega odziva.

Obstaja tudi vrsta majhnih RNA, ki delujejo v kombinaciji s Piwi beljakovinami. Ti kompleksi igrajo pomembno vlogo pri razvoju zarodnih celic, spermatogeneze in zatiranju mobilnih genetskih elementov.

Genom RNA

Molekula RNA se lahko uporablja kot genom pri večini virusov. Virusni genomi so različni - enojni in dvožilni, krožni ali linearni. Tudi genomi virusov RNA so pogosto segmentirani in na splošno krajši od genoma, ki vsebujejo DNA.

Obstaja družina virusov, katere genetske informacije, kodirane v RNA, po okužbi celice z reverzno transkripcijo, se kopirajo na DNA, ki se nato vstavi v genom celice žrtve. Te se imenujejo retrovirusi. Ti vključujejo zlasti virus humane imunske pomanjkljivosti.

Vrednost raziskav RNA v moderni znanosti

Če prevladuje mnenje o sekundarni vlogi RNA, je zdaj jasno, da je to nujni in bistveni element znotrajcelične aktivnosti. Številni procesi, ki so bistvenega pomena, niso popolni brez aktivnega sodelovanja RNA. Mehanizmi takšnih procesov so že dolgo neznani, toda zahvaljujoč študiju različnih vrst RNA in njihovih funkcij se številne podrobnosti postopoma pojasnjujejo.

Mogoče je, da je RNA igrala odločilno vlogo pri nastanku in oblikovanju življenja na začetku zgodovine Zemlje. Rezultati novejših študij govorijo v prid tej hipotezi, kar dokazuje izredno starodavnost mnogih mehanizmov delovanja celic s sodelovanjem različnih vrst RNA. Na primer, pred kratkim odkrili riboskavce kot del mRNA (sistem za uravnavanje aktivnosti gena brez proteinov na stopnji transkripcije), so po mnenju mnogih raziskovalcev odmevi v obdobju, ko je bilo primitivno življenje osnovano na RNA, brez sodelovanja DNA in proteinov. Zelo starodavna komponenta regulacijskega sistema so miRNA. Posebnosti strukture katalitično aktivne rRNA kažejo na njeno postopno evolucijo z dodajanjem novih fragmentov na starodavno protoribosom.

Za teoretična in uporabna področja medicine je izjemno pomembno tudi skrbno proučevanje, katere vrste RNK in kako so vključene v različne procese.