ARN: FUNKCIJAS, STRUKTŪRA UN VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

RNS vai RNS (ribonukleīnskābe) ir no nukleīnskābes, kas atrodas eikariotiem, prokariotiem un vīrusiem tips. Tas ir nukleotīdu polimērs, kura struktūrā ir četru veidu slāpekļa bāzes: adenīns, guanīns, citozīns un uracils.

RNS parasti tiek atrasta kā viena josla (izņemot dažus vīrusus), lineārā veidā vai kā virkne sarežģītu struktūru. Faktiski RNS ir strukturāla dinamika, kas netiek novērota DNS dubultā spirālē. Dažādajiem RNS veidiem ir ļoti dažādas funkcijas.

Ribosomu RNS ir ribosomu daļa, struktūras, kas atbild par olbaltumvielu sintēzi šūnās. Messenger RNS darbojas kā starpnieki un pārnēsā ģenētisko informāciju uz ribosomu, kas pārveido ziņojumu no nukleotīdu secības uz aminoskābju secību.

Pārnešanas RNS ir atbildīgas par dažādu veidu aminoskābju -20 kopā aktivizēšanu un pārnešanu uz ribosomām. Katrai aminoskābei ir RNS pārneses molekula, kas atpazīst Messenger MNS secību.

Turklāt ir arī citi RNS veidi, kas nav tieši iesaistīti olbaltumvielu sintēzē un piedalās gēnu regulēšanā.

Uzbūve

RNS pamatvienības ir nukleotīdi. Katru nukleotīdu veido slāpekļa bāze (adenīns, guanīns, citozīns un uracils), pentoze un fosfātu grupa.

Nukleotīdi

Slāpekļa bāzes tiek iegūtas no diviem pamata savienojumiem: pirimidīniem un purīniem.

No purīniem iegūtās bāzes ir adenīns un guanīns, bet no pirimidīniem iegūtās bāzes ir citozīns un uracils. Lai arī šīs ir visizplatītākās bāzes, nukleīnskābēm var būt arī cita veida bāzes, kas ir mazāk izplatītas.

Kas attiecas uz pentozi, tās ir d-ribozes vienības. Tāpēc nukleotīdus, kas veido RNS, sauc par “ribonukleotīdiem”.

RNS ķēde

Nukleotīdi ir savienoti kopā ar ķīmiskām saitēm, kurās ir iesaistīta fosfātu grupa. Lai tos izveidotu, fosfātu grupa nukleotīda 5 ′ galā ir piesaistīta hidroksilgrupai (–OH) nākamā nukleotīda 3 ′ galā, tādējādi izveidojot fosfodiesteriem līdzīgu saiti.

Gar nukleīnskābju ķēdi fosfodiestera saitēm ir tāda pati orientācija. Tāpēc pastāv virknes polaritāte, nodalot 3 ′ un 5 ′ galu.

Pēc vienošanās nukleīnskābju struktūru attēlo ar 5 ′ galu kreisajā pusē un 3 ′ galu labajā pusē.

DNS transkripcijas RNS produkts ir vienpavediena josla, kas spirālveidā pagriežas pa labi, sakraujot pamatus. Purīnu mijiedarbība ir daudz lielāka nekā divu pirimidīnu mijiedarbība to lieluma dēļ.

RNS nevar runāt par tradicionālo sekundāro struktūru un atsauci, piemēram, par DNS dubultā spirāli. Katras RNS molekulas trīsdimensiju struktūra ir unikāla un sarežģīta, salīdzināma ar olbaltumvielām (loģiski, ka mēs nevaram globalizēt olbaltumvielu struktūru).

Spēki, kas stabilizē RNS

Ir vāja mijiedarbība, kas veicina RNS stabilizāciju, īpaši bāzes sakraušana, kur gredzeni atrodas viens virs otra. Šī parādība arī veicina DNS spirāles stabilitāti.

Ja RNS molekula atrod komplementāru secību, tās var savienoties un veidot divpavedienu struktūru, kas pagriežas pa labi. Galvenā forma ir A tips; Kas attiecas uz Z formām, tās ir pierādītas tikai laboratorijā, bet B forma nav novērota.

Parasti ir īsas sekvences (piemēram, UUGG), kas atrodas RNS galā un kurām raksturīga stabilu cilpu veidošana. Šī secība piedalās RNS trīsdimensiju struktūras salocīšanā.

Turklāt ūdeņraža saites var veidoties arī citās vietās, nevis tipiskajos bāzes pāros (AU un CG). Viena no šīm mijiedarbībām notiek starp ribozes 2'-OH un citām grupām.

Dažādu RNS atrodamo struktūru likvidēšana ir palīdzējusi parādīt šīs nukleīnskābes daudzveidīgās funkcijas.

RNS veidi un funkcijas

Ir divas RNS klases: informatīvā un funkcionālā. Pirmajā grupā ietilpst RNS, kas piedalās olbaltumvielu sintēzē un šajā procesā darbojas kā starpnieki; informatīvās RNS ir ziņotāju RNS.

Turpretī RNA, kas pieder pie otrās klases, funkcionālās, neizraisa jaunu olbaltumvielu molekulu, un pati RNS ir galaprodukts. Tās ir pārsūtīšanas RNS un ribosomālas RNS.

Zīdītāju šūnās 80% RNS ir ribosomāla RNS, 15% ir pārneses RNS, un tikai neliela daļa atbilst Messenger RNS. Šie trīs veidi sadarbojas, lai panāktu olbaltumvielu biosintēzi.

Cita starpā ir arī mazas kodolās RNS, mazas citoplazmatiskas RNS un mikroRNS. Katrs no vissvarīgākajiem veidiem tiks sīki aprakstīts zemāk:

Messenger RNS

Eukariotos DNS tiek ierobežots ar kodolu, savukārt olbaltumvielu sintēze notiek šūnas citoplazmā, kur tiek atrastas ribosomas. Sakarā ar šo telpisko atdalīšanu jābūt starpniekam, kurš pārnes ziņojumu no kodola uz citoplazmu, un šī molekula ir Messenger MNS.

Messenger RNS, saīsināti mRNS, ir starpposma molekula, kas satur informāciju, kas kodēta DNS, un kas norāda aminoskābju secību, kas radīs funkcionālu olbaltumvielu.

Terminu “Messenger RNS” 1961. gadā ierosināja Fransuā Jēkabs un Žaks Monods, lai aprakstītu to RNS daļu, kas pārraidīja ziņojumu no DNS uz ribosomām.

MRNS sintēzes process no DNS virziena ir pazīstams kā transkripcija, un tas notiek atšķirīgi starp prokariotiem un eikariotiem.

Gēnu ekspresiju regulē vairāki faktori, un tas ir atkarīgs no katras šūnas vajadzībām. Transkripcija ir sadalīta trīs posmos: iniciācija, pagarināšana un beigu posms.

Transkripcija

DNS replikācijas process, kas notiek katrā šūnu dalījumā, kopē visu hromosomu. Tomēr transkripcijas process ir daudz selektīvāks, tas nodarbojas tikai ar specifisku DNS virknes segmentu apstrādi un neprasa grunti.

Escherichia coli - dzīvības zinātnēs vislabāk izpētītā baktērija - transkripcija sākas ar DNS dubultās spirāles atdalīšanos un veidojas transkripcijas cilpa. Fermenta RNS polimerāze ir atbildīga par RNS sintezēšanu, un, turpinot transkripciju, DNS virkne atgriežas sākotnējā formā.

Iedarbināšana, pagarināšana un pārtraukšana

Transkripcija netiek sākta nejaušās DNS molekulas vietās; šai parādībai ir specializētas vietnes, kuras sauc par veicinātājiem. E. coli RNS polimerāze ir savienota dažus bāzes pārus virs mērķa reģiona.

Secības, kurās transkripcijas faktori ir savienoti, starp dažādām sugām ir diezgan konservatīvas. Viena no pazīstamākajām promotoru sekvencēm ir lodziņš TATA.

Paildzinot, RNS polimerāzes enzīms pievieno jaunus nukleotīdus 3'-OH galā, sekojot virzienam 5 ′ līdz 3 ′. Hidroksilgrupa darbojas kā nukleofils, uzbrūkot pievienojamā nukleotīda alfa fosfātam. Šī reakcija izdala pirofosfātu.

Messenger RNS sintezēšanai tiek izmantots tikai viens no DNS virzieniem, kas tiek kopēts virzienā no 3 ′ līdz 5 ′ (jaunās RNS virknes antiparalēlā forma). Pievienojamajam nukleotīdam jāatbilst bāzu pāriem: U pāri ar A un G ar C.

RNS polimerāze pārtrauc procesu, kad tā atrod reģionus, kas bagāti ar citozīnu un guanīnu. Galu galā jaunā kurjera RNS molekula tiek atdalīta no kompleksa.

Transkripcija prokariotos

Prokariotos RNS molekula var kodēt vairāk nekā vienu olbaltumvielu.

Ja mRNS kodē tikai olbaltumvielu vai polipeptīdu, to sauc par monokistronisku mRNS, bet, ja tas kodē vairāk nekā vienu olbaltumvielu produktu, mRNS ir policistroniska (ņemiet vērā, ka šajā kontekstā termins cistrons attiecas uz gēnu).

Transkripcija eikariotos

Eikariotu organismos lielākais vairums mRNS ir monokistroniski, un transkripcijas mehānisms ir daudz sarežģītāks šajā organismā. Viņiem ir raksturīgas trīs RNS polimerāzes, apzīmētas ar I, II un III, katrai no tām ir noteiktas funkcijas.

Es esmu atbildīgs par pirms-RRNS sintezēšanu, II - sintezē kurjera RNS un dažas īpašas RNS. Visbeidzot, III rūpējas par RNS, ribosomu 5S un citu mazu RNS pārsūtīšanu.

Messenger RNS eikariotos

Messenger RNS iziet virkni īpašu modifikāciju eikariotos. Pirmais ietver "vāciņa" pievienošanu 5 ′ galam. Ķīmiski vāciņš ir 7-metilguanozīna atlikums, kas galā piestiprināts ar 5 ′, 5’-trifosfāta saiti.

Šīs zonas loma ir aizsargāt RNS no iespējamās ribonukleāžu (fermentu, kas sadala RNS mazākos komponentos) sadalīšanos.

Turklāt notiek 3 ′ gala eliminācija un tiek pievienoti 80 līdz 250 adenīna atlikumi. Šī struktūra ir pazīstama kā poliA "aste" un kalpo kā dažādu olbaltumvielu saistīšanās vieta. Kad prokariots iegūst poliA asti, tam ir tendence stimulēt tā sadalīšanos.

No otras puses, šis kurjers tiek pārrakstīts ar introniem. Introni ir DNS sekvences, kas nav daļa no gēna, bet "pārtrauc" šo secību. Intronus netulko, tāpēc tie ir jānoņem no kurjera.

Lielākajai daļai mugurkaulnieku gēnu ir introni, izņemot gēnus, kas kodē histonus. Tāpat intronu skaits gēnā var mainīties no dažiem līdz desmitiem no tiem.

Savienošana

RNS plicēšanas vai splicēšanas process ietver intronu noņemšanu Messenger MNS.

Daži kodoni vai mitohondriju gēnos atrodami introni var veikt savienošanas procesu bez fermentu vai ATP palīdzības. Tā vietā procesu veic ar pāresterifikācijas reakcijām. Šis mehānisms tika atklāts cilched vienšūņu Tetrahymena thermophila.

Turpretī ir vēl viena kurjeru grupa, kuri nav spējīgi starpināt paši savu savienojumu, tāpēc viņiem nepieciešama papildu tehnika. Diezgan liels skaits kodolgēnu pieder šai grupai.

Savienošanas procesu mediē olbaltumvielu komplekss, ko sauc par spliciceozomu vai splicing kompleksu. Sistēmu veido specializēti RNS kompleksi, ko sauc par maziem kodoliem ribonukleoproteīniem (RNP).

Ir pieci RNP veidi: U1, U2, U4, U5 un U6, kas atrodas kodolā un ir starpnieks splicēšanas procesā.

Savienošana var radīt vairāk nekā viena veida olbaltumvielas - tas ir pazīstams kā alternatīvs savienojums - tā kā eksoni ir sakārtoti atšķirīgi, veidojot Messenger RNS šķirnes.

Ribosomu RNS

Ribosomu RNS, saīsināti rRNS, ir atrodama ribosomās un piedalās olbaltumvielu biosintēzē. Tāpēc tā ir būtiska visu šūnu sastāvdaļa.

Ribosomu RNS asociējas ar olbaltumvielu molekulām (aptuveni 100), lai radītu ribosomālas presvienības. Tos klasificē atkarībā no to sedimentācijas koeficienta, ko Svedberga vienībām apzīmē ar burtu S.

Ribosomu veido divas daļas: galvenā apakšvienība un mazākā apakšvienība. Abas apakšvienības atšķiras starp prokariotiem un eikariotiem sedimentācijas koeficienta ziņā.

Prokariotiem ir liela 50S apakšvienība un maza 30S apakšvienība, savukārt eikariotos liela apakšvienība ir 60S un mazā 40S.

Gēni, kas kodē ribosomālas RNS, atrodas kodolā - noteiktā kodola zonā, ko neierobežo membrāna. Ribosomālas RNS šajā reģionā transkribē ar RNS polimerāzi I.

Šūnās, kas sintezē lielu daudzumu olbaltumvielu; kodols ir ievērojama struktūra. Tomēr, ja attiecīgajai šūnai nav vajadzīgs liels skaits olbaltumvielu produktu, nukleolam ir gandrīz nemanāma struktūra.

MikroRNS

MikroRNS vai miRNS ir īsu, viendzīslu RNS tips no 21 līdz 23 nukleotīdiem, kuru funkcija ir regulēt gēnu ekspresiju. Tā kā tas netiek tulkots olbaltumvielās, to bieži sauc par nekodētu RNS.

Tāpat kā cita veida RNS, arī mikroRNS apstrāde ir sarežģīta un tajā ir iesaistīti vairāki proteīni.

MikroRNS rodas no garākiem prekursoriem, ko sauc par mi-priRNS, kas iegūti no gēna pirmā transkripta. Šūnas kodolā šie prekursori tiek modificēti mikroprocesora kompleksā, un rezultāts ir pirmsmRNS.

Pre-miRNS ir 70 nukleotīdu matadatas, kuras citoplazmā turpina apstrādāt ar enzīmu Dicer, kurš samontē RNS ierosinātu trokšņu slāpēšanas kompleksu (RISC) un visbeidzot miRNS tiek sintezēts.

Šīs RNS spēj regulēt gēnu ekspresiju, jo tās papildina specifiskas kurjeru RNS. Pārojoties ar savu mērķi, miRNAs spēj apslāpēt kurjeru vai pat to degradēt. Līdz ar to ribosoma nevar tulkot minēto stenogrammu.

RNS klusēšana

Viens īpašs mikroRNS tips ir mazas traucējošas RNS (siRNA), ko sauc arī par klusinošām RNS. Tās ir īsas RNS no 20 līdz 25 nukleotīdiem, kas kavē noteiktu gēnu ekspresiju.

Tie ir ļoti daudzsološi pētniecības instrumenti, jo tie ļauj apklusināt interesējošo gēnu un tādējādi izpētīt tā iespējamo funkciju.

Atšķirības starp DNS un RNS

Kaut arī DNS un RNS ir nukleīnskābes un no pirmā acu uzmetiena var izskatīties ļoti līdzīgas, tās atšķiras vairākās pēc to ķīmiskajām un strukturālajām īpašībām. DNS ir divjoslu molekula, savukārt RNS ir vienas joslas.

Kā tāds RNS ir daudzpusīgāka molekula un tā var iegūt ļoti dažādas trīsdimensiju formas. Tomēr dažu vīrusu ģenētiskajā materiālā ir divjoslu RNS.

RNS nukleotīdos cukura molekula ir riboze, savukārt DNS tā ir dezoksiriboze, kas atšķiras tikai ar skābekļa atoma klātbūtni.

Fosfodiestera saitei DNS un RNS mugurkaulā ir tendence iziet lēnu hidrolīzes procesu bez fermentu klātbūtnes. Sārmainā stāvoklī RNS, pateicoties papildu hidroksilgrupai, ātri hidrolizējas, bet DNS to nedara.

Tāpat slāpekļa bāzes, kas veido nukleotīdus DNS, ir guanīns, adenīns, timīns un citozīns; turpretī RNS timīnu aizstāj ar uracilu. Uracils var savienoties pārī ar adenīnu, tāpat kā timīns DNS.

Izcelsme un evolūcija

RNS ir vienīgā zināmā molekula, kas vienlaikus spēj uzglabāt informāciju un katalizēt ķīmiskās reakcijas; Šī iemesla dēļ vairāki autori norāda, ka RNS molekulai bija izšķiroša nozīme dzīvības izcelsmē. Pārsteidzoši, ka ribosomu substrāti ir citas RNS molekulas.

Ribozīmu atklāšana noveda pie "enzīma" bioķīmiskās definīcijas, jo iepriekš termins tika izmantots tikai proteīniem ar katalītisko aktivitāti, un tas palīdzēja atbalstīt scenāriju, kurā pirmajās dzīvības formās kā ģenētiskais materiāls tika izmantota tikai RNS.

Atsauces

1. Alberts B, Džonsons A, Lūiss J, et al. (2002). Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Science. No DNS līdz RNS. Pieejams vietnē: ncbi.nlm.nih.gov
2. Bergs, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioķīmija. Es apgriezos.
3. Kempbela, NA, un Reece, JB (2007). Bioloģija. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Millers, JH, et al. (1999). Mūsdienu ģenētiskā analīze. Ņujorka: WH Freeman. Gēni un RNS. Pieejams vietnē: ncbi.nlm.nih.gov
5. Gyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Medicīniskās fizioloģijas līgums. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Gytona un Hallas mācību grāmata par medicīniskās fizioloģijas e-grāmatu. Elsevier veselības zinātnes.
7. Lodish, H., Berks, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Molekulāro šūnu bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: WH Freeman. 11.6. Sadaļa, rRNS un tRNS apstrāde. Pieejams vietnē: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.