Функции, структура и типове РНК



на РНК или РНК (рибонуклеинова киселина) е вид нуклеинова киселина, присъстваща в еукариотни организми, прокариоти и вируси. Това е полимер от нуклеотиди, който съдържа четири вида азотни основи в своята структура: аденин, гуанин, цитозин и урацил..

РНК обикновено се намира като единична лента (с изключение на някои вируси), линейно или образуваща серия от сложни структури. В действителност, РНК има структурен динамизъм, който не се наблюдава в двойната спирала на ДНК. Различните видове РНК имат много разнообразни функции.

Рибозомните РНК са част от рибозоми, структури, отговорни за синтеза на протеини в клетките. Пратениците РНК действат като посредници и транспортират генетичната информация към рибозомата, което превежда съобщението от нуклеотидна последователност до аминокиселинна последователност..

Трансферните РНК са отговорни за активиране и прехвърляне на различните видове аминокиселини -20 общо към рибозоми. Има молекула на трансферна РНК за всяка аминокиселина, която разпознава последователността в информационната РНК.  

В допълнение, съществуват и други видове РНК, които не участват пряко в синтеза на протеини и участват в генната регулация.

индекс

  • 1 Структура
    • 1.1 Нуклеотиди
    • 1.2 РНК верига
    • 1.3 Сили, които стабилизират РНК
  • 2 Видове РНК и функции
    • 2.1 РНК за съобщения
    • 2.2 рибозомна РНК
    • 2.3 Прехвърлете РНК
    • 2.4 МикроРНК
    • 2.5 mute RNA
  • 3 Разлики между ДНК и РНК
  • 4 Произход и еволюция
  • 5 Препратки

структура

Основните единици на РНК са нуклеотиди. Всеки нуклеотид се образува от азотна база (аденин, гуанин, цитозин и урацил), пентоза и фосфатна група.

нуклеотид

Азотните основи са получени от две основни съединения: пиримидини и пурини.

Основите, получени от пурини, са аденин и гуанин, а базите, получени от пиримидини, са цитозин и урацил. Въпреки че това са най-често срещаните бази, нуклеиновите киселини могат да представят и други видове бази, които са по-редки.

Що се отнася до пентозата, те са d-рибозни единици. Следователно, нуклеотидите, които образуват РНК, се наричат ​​"рибонуклеотиди".

РНК верига

Нуклеотидите са свързани заедно чрез химични връзки, които включват фосфатната група. За да ги образуват, фосфатната група в 5 'края на нуклеотида е прикрепена към хидроксилната група (-ОН) в 3' края на следващия нуклеотид, като по този начин се създава фосфодиестерна връзка..

По веригата на нуклеиновите киселини фосфодиестерните връзки имат еднаква ориентация. Следователно има полярност на нишката, като се прави разлика между 3 'и 5' края.

По правило, структурата на нуклеиновите киселини е представена с 5 'края отляво и 3' отдясно.

РНК продуктът на транскрипцията на ДНК е проста верига, която се обръща надясно, в спирална конформация чрез подреждане на основите. Взаимодействието между пурините е много по-голямо от взаимодействието между два пиримидина по размер.

В РНК не можем да говорим за традиционна вторична структура и референция, както и двойната спирала на ДНК. Триизмерната структура на всяка РНК молекула е уникална и сложна, сравнима с тази на протеините (логично не можем да глобализираме структурата на протеините)..

Сили, които стабилизират РНК

Има слаби взаимодействия, които допринасят за стабилизирането на РНК, по-специално на подреждането на основи, където пръстените са разположени един над друг. Това явление също допринася за стабилността на ДНК спиралата.

Ако молекулата на РНК открие допълнителна последователност, те могат да сдвоят и образуват двойно-верижна структура, която се обръща надясно. Преобладаващата форма е тип А; както и за Z-формите, те са доказани само в лабораторията, докато форма Б не е наблюдавана.

Обикновено има къси последователности (като UUGG), които са разположени в края на РНК и имат особеността на образуването контури стабилна. Тази последователност участва в сгъването на триизмерната структура на РНК.

В допълнение, водородни връзки могат да бъдат образувани на други места, които не са типичните базови двойки (AU и CG). Едно от тези взаимодействия се случва между 2'-OH на рибозата с други групи.

Разреждането на различните структури, намерени в РНК, служи за демонстриране на множеството функции на тази нуклеинова киселина.

Видове РНК и функции

Има два вида РНК: информационен и функционален. Първата група включва РНК, които участват в синтеза на протеини и функционират като посредници в процеса; информационните РНК са информационните РНК.

Обратно, РНК, принадлежащи към втория клас, функционалните, не водят до появата на нова протеинова молекула и самата РНК е крайният продукт. Това са трансферните РНК и рибозомните РНК.

В клетки на бозайници, 80% от РНК е рибозомална РНК, 15% е трансферна РНК и само малка част съответства на информационната РНК. Тези три вида работят съвместно за постигане на биосинтеза на протеини.

Има и малки ядрени РНК, малки цитоплазмени РНК и микроРНК, между другото. След това всеки от най-важните типове ще бъде описан подробно:

Пратеник РНК

В еукариотите ДНК е ограничена до ядрото, докато протеинният синтез се случва в цитоплазмата на клетката, където се намират рибозомите. За това пространствено разделяне трябва да има медиатор, който пренася съобщението от ядрото до цитоплазмата и тази молекула е информационната РНК.

Пратеник РНК, съкратена mRNA, е междинна молекула, която съдържа информацията, кодирана в ДНК и която определя последователност от аминокиселини, която ще доведе до функционален протеин..

Терминът РНК на пратеника е предложен през 1961 г. от Франсоа Джейкъб и Жак Монод, за да опише частта от РНК, която предава съобщението от ДНК на рибозоми..

Процесът на синтеза на иРНК от веригата на ДНК е известен като транскрипция и протича различно между прокариоти и еукариоти. 

Генната експресия се управлява от няколко фактора и зависи от нуждите на всяка клетка. Транскрипцията е разделена на три етапа: иницииране, удължаване и прекратяване.

транскрипция

Процесът на репликация на ДНК, който се среща във всяко клетъчно делене, копира цялата хромозома. Обаче, процесът на транскрипция е много по-селективен, се занимава само с обработка на специфични сегменти от ДНК веригата и не изисква грунд.

в Escherichia coli -най-добре проучената бактерия в биологичните науки - транскрипцията започва с отварянето на двойната спирала на ДНК и се формира транскрипционната верига. Ензимът РНК полимераза е отговорен за синтезирането на РНК и, тъй като транскрипцията продължава, ДНК веригата се връща към първоначалната си форма..

Започване, удължаване и прекратяване

Транскрипцията не се инициира на случайни места в ДНК молекулата; има специализирани сайтове за това явление, наречени промоутъри. в Е. coli РНК полимеразата се свързва с няколко базови двойки над белия регион.

Последователностите, където транскрипционните фактори са свързани, са доста консервирани сред различните видове. Една от най-известните промоторни последователности е TATA кутията.

В удължение, РНК полимеразната ензим добавя нови нуклеотиди към 3'-ОН края, следвайки посоката 5 'до 3'. Хидроксилната група действа като нуклеофил, атакувайки алфа фосфата на нуклеотида, който ще бъде добавен. Тази реакция освобождава пирофосфат.

Само една верига от ДНК се използва за синтезиране на информационната РНК, която се копира в посока 3 'до 5' (антипаралелната форма на новата РНК верига). Нуклеотидът, който ще бъде добавен, трябва да отговаря на базовото сдвояване: U сдвояване с A и G с C.

РНК-полимеразата спира процеса, когато открие области, богати на цитозин и гуанин. Накрая, новата молекула на РНК разделя от комплекса.

Транскрипция в прокариоти

В прокариотите, молекулата на РНК може да кодира повече от един протеин.

Когато иРНК кодира изключително за протеин или полипептид, тя се нарича моноцистронна иРНК, но ако кодифицира повече от един протеинов продукт, тРНК е полицистронна (имайте предвид, че в този контекст терминът цистрон се отнася до гена).

Транскрипция при еукариоти

В еукариотните организми по-голямата част от иРНК са моноцистронни, а транскрипционните машини са много по-сложни в този род организми. Те се характеризират с три РНК полимерази, означени с I, II и III, всяка със специфични функции.

I е отговорен за синтезирането на пре-рРНК, II синтезира пратеник РНК и някои специални РНК. Накрая, III е отговорен за трансферната РНК, 5S рибозомната и друга малка РНК.

Пратеник РНК в еукариоти

Messenger RNA претърпява редица специфични модификации в еукариотите. Първият включва добавянето на "капачка" към края на 5 '. Химически, капачката е остатък от 7-метилгуанозин, закотвен до края с връзка от тип 5 ', 5'-трифосфат.

Функцията на тази зона е да защити РНК от възможна деградация чрез рибонуклеази (ензими, които разграждат РНК на по-малки компоненти)..

В допълнение, настъпва отстраняване на 3 'края и се добавят 80 до 250 аденинови остатъка. Тази структура е известна като полиА "опашка" и служи като свързваща зона за няколко протеини. Когато прокариотът придобие опашката, полиА има тенденция да стимулира разграждането му.

От друга страна, този посланик се преписва с интроните. Интроните са ДНК последователности, които не са част от гена, а "прекъсват" последователността. Интроните не са преведени и следователно трябва да бъдат премахнати от пратеника.

Повечето гръбначни гени имат интрони, с изключение на гените, които кодират хистони. По подобен начин, броят на интроните в един ген може да варира от няколко до десетки от тях.

снаждане на РНК

В splicing РНК или процесът на сплайсинг включва отстраняването на интроните в информационната РНК.

Някои интрони, открити в ядрени или митохондриални гени, могат да изпълнят процеса снаждане без помощта на ензими или АТФ. Вместо това процесът се извършва чрез реакции на трансестерификация. Този механизъм е открит в цилиантния протозон Tetrahymena thermophila.

За разлика от тях има друга група пратеници, които не са в състояние да посредничат със своите снаждане, така че те се нуждаят от допълнително оборудване. Към тази група принадлежи доста голям брой ядрени гени.

Процесът на снаждане Той се медиира от протеинов комплекс, наречен spiceosome или splicing complex. Системата е съставена от специализирани РНК комплекси, наречени ядрени малки рибонуклеопротеини (RNP).

Има пет вида RNP: U1, U2, U4, U5 и U6, които се намират в ядрото и медиират процеса на снаждане.

на снаждане може да произвежда повече от един вид протеин - това е известно като снаждане алтернатива, тъй като екзоните са подредени диференциално, създавайки разновидности на пратеник РНК.

Рибозомна РНК

Рибозомната РНК, съкратена rRNA, се намира в рибозоми и участва в биосинтеза на протеини. Следователно той е съществен компонент на всички клетки.

Рибозомната РНК се свързва с протеинови молекули (около 100, приблизително), за да доведе до рибозумални пресубудинади. Те се класифицират в зависимост от техния коефициент на утаяване, обозначен с буквата S на Svedberg единици.

Рибозомата се състои от две части: основната субединица и малката субединица. Двете подразделения се различават между прокариотите и еукариотите по отношение на коефициента на утаяване.

Прокариотите притежават голяма 50S субединица и малка 30S субединица, докато в еукариотите голямата субединица е 60S и малката 40S субединица.

Гените, които кодират рибозомалните РНК, са в ядрото, определена област на ядрото, която не е ограничена от мембрана. Рибозомните РНК се транскрибират в тази област чрез РНК полимераза I.

В клетки, които синтезират големи количества протеини; Ядрото е видна структура. Обаче, когато въпросната клетка не изисква голям брой протеинови продукти, ядрото е почти незабележима структура..

Обработка на рибозомна РНК

Голямата 60S рибозомна субединица е свързана с фрагменти 28S и 5.8S. По отношение на малката субединица (40S) тя е свързана с 18S.

При по-висши еукариоти, пре-рРНК е кодирана в транскрипционна единица от 45S, която включва РНК полимераза I. Този транскрипт се обработва в зрелите рибозомални РНК 28S, 18S и 5.8S.

Тъй като синтезът продължава, пре-рРНК се свързва с различни протеини и образува рибонуклеопротеинови частици. Това претърпява серия от последващи модификации, които включват метилиране на 2'-ОН групата на рибоза и превръщане на остатъци от уридин в псевдоуридин..

Регионът, в който ще настъпят тези промени, се контролира от повече от 150 малки молекули на нуклеоларна РНК, които имат способността да се свързват с пре-рРНК.

За разлика от останалата част от пре-рРНК, 5S се транскрибира от РНК полимераза III в нуклеоплазмата, а не вътре в ядрото. След като се синтезира, се взема в ядрото, за да се сглоби с 28S и 5.8S, образувайки рибозомните единици.

В края на процеса на сглобяване, подединиците се прехвърлят в цитоплазмата от ядрените пори.

polyribosomes

Може да се случи, че една молекула на пратеник РНК дава произход на няколко протеини по едно и също време, свързвайки повече от една рибозома. С напредването на процеса на превод краят на пратеника е свободен и може да бъде взет от друга рибозома, започвайки нов синтез..

Затова е обичайно да се намират рибозоми, групирани (между 3 и 10) в една молекула на информационната РНК, и тази група се нарича полирибозом.

Прехвърлете РНК

Трансферната РНК е отговорна за прехвърлянето на аминокиселините в хода на процеса на синтез на протеини. Те се състоят от приблизително 80 нуклеотида (в сравнение с информационната РНК, тя е "малка" молекула).

Структурата има гънки и кръстове, които приличат на трилистник с три ръце. В единия край е аденилов пръстен, където хидроксилната група на рибозата медиира свързването с аминокиселината, която трябва да се транспортира..

Различните трансферни РНК се комбинират изключително с една от двадесетте аминокиселини, които образуват протеините; с други думи, това е превозното средство, което пренася основните блокове на протеините. Трансферният РНК комплекс заедно с аминокиселината се нарича аминоацил-тРНК.

В допълнение, в процеса на превода - който се случва благодарение на рибозомите - всяка трансферна РНК разпознава специфичен кодон в информационната РНК. Когато се разпознае, съответната аминокиселина се освобождава и става част от синтезирания пептид.

За да разпознае вида на аминокиселината, която трябва да бъде доставена, РНК има "антикодон", разположен в средната област на молекулата. Този антикодон е способен да образува водородни връзки с комплементарните бази, присъстващи в информационната ДНК.

микроРНК

МикроРНК или тРНК са кратък тип едноверижна РНК, между 21 и 23 нуклеотида, чиято функция е да регулира експресията на гените. Тъй като не се превежда на протеин, обикновено се нарича некодираща РНК.

Подобно на другите видове РНК, обработката на микроРНК е сложна и включва серия от протеини.

МикроРНК възникват от по-дълги прекурсори, наречени mRNA-pri, получени от първия транскрипт на гена. В ядрото на клетката, тези прекурсори са модифицирани в микропроцесорния комплекс и резултатът е предварително миРНК..

Предварителните mRNA са вилици от 70 нуклеотида, които продължават да се обработват в цитоплазмата от ензим, наречен Dicer, който събира RNA-индуцирания комплекс за шумозаглушаване (RISC) и накрая mRNA се синтезира..

Тези РНК са способни да регулират експресията на гени, тъй като те са комплементарни към специфичните РНК-и на посланика. Когато са съчетани с тяхната цел, miRNA могат да репресират пратеника или дори да го разрушат. Следователно, рибозомата не може да преведе споменатия транскрипт.

Заглушаване на РНК

Специфичен тип микроРНК е малка интерферираща РНК (siRNA), наричана още SNA шума РНК. Те са къси РНК, между 20 до 25 нуклеотиди, които пречат на експресията на определени гени.

Те са многообещаващи инструменти за изследване, тъй като позволяват заглушаването на интересуващия ни ген и по този начин изучават възможната му функция.

Разлики между ДНК и РНК

Въпреки че ДНК и РНК са нуклеинови киселини и могат да изглеждат много подобни на пръв поглед, те се различават по няколко от техните химически и структурни свойства. ДНК е двулентова молекула, докато РНК е проста лента.

Следователно, РНК е по-гъвкава молекула и може да приеме голямо разнообразие от триизмерни форми. Въпреки това, някои вируси имат двойно-верижна РНК в техния генетичен материал.

В нуклеотидите на РНК захарната молекула е рибоза, докато в ДНК тя е дезоксирибоза, различаваща се само в присъствието на кислороден атом..

Фосфодиестерната връзка в скелета на ДНК и РНК е предразположена към процес на бавна хидролиза и без присъствие на ензими. В условия на алкалност, РНК бързо се хидролизира - благодарение на допълнителната хидроксилна група - докато ДНК не.

По подобен начин азотните основи, които образуват нуклеотидите в ДНК, са гуанин, аденин, тимин и цитозин; От друга страна, в тимина РНК се замества с урацил. Урацил може да се свърже с аденин, точно като тимин в ДНК.

Произход и еволюция

РНК е единствената известна молекула, способна да съхранява информация и катализира химични реакции едновременно; следователно няколко автори предлагат, че молекулата на РНК е от решаващо значение в началото на живота. Изненадващо, субстратите на рибозомите са други РНК молекули.

Откритието на рибозими доведе до биохимично предефиниране на "ензим", тъй като терминът се използва изключително за протеини с каталитична активност, и спомогна да се поддържа сценарий, при който първите форми на живот използват само РНК като генетичен материал.

препратки

  1. Alberts В, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Молекулярна биология на клетката. 4-то издание. Ню Йорк: Garland Science. От ДНК към РНК. Достъпни на адрес: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. М., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). биохимия. Обърнах се обратно.
  3. Campbell, N.A., & Reece, J. B. (2007). биология. Ed. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Съвременен генетичен анализ. Ню Йорк: У. Х. Фрийман. Гени и РНК. Достъпни на адрес: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Договор за медицинска физиология. Elsevier.
  6. Hall, J.E. (2015). Учебникът на Гитън и Хол за медицинска физиология. Elsevier Health Sciences.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Молекулярна клетъчна биология. 4-то издание. Ню Йорк: У. Х. Фрийман. Раздел 11.6, Обработка на рРНК и тРНК. Достъпни на адрес: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Принципите на биохимията на Ленингер. Macmillan.