RNA: Struktura i funkcje RNA - objaśnione!

Przeczytaj ten artykuł, aby zapoznać się ze strukturą i funkcją RNA, molekularną podstawą dziedziczenia!

RNA lub kwas rybonukleinowy to jednołańcuchowy polibonukleotyd, który działa jako nośnik kodowanej genetycznej lub dziedzicznej informacji od DNA do cytoplazmy, aby uczestniczyć w syntezie białek i enzymów. Miejscami RNA może wydawać się częściowo dwuniciowy ze względu na zwijanie lub zwijanie pojedynczego pasma (ryc. 6.20). Zawiera 70-12000 rybo-nukleotydów połączonych od końca do końca.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: kurzweilai.net/images/RNA_square.jpg

Oś lub kość grzbietu jest utworzona z naprzemiennych pozostałości fosforanu i cukru rybozy. Fosforan łączy się z węglem 5 'jego cukru i węgla 3' następnego cukru, podobnego do układu znalezionego w nici DNA. Zasady azotowe są przyłączone do cukrów przy węglu 1 'tego ostatniego. Istnieją cztery rodzaje zasad azotowych: adenina (A), guanina (G, obie puriny), cytozyna (C) i uracyl (U, obie pirymidyny).

Zasady azotowe mogą być ułożone w dowolnej kolejności, ale to samo jest komplementarne do ich sekwencji na matrycy DNA. Na przykład sekwencja ATACTG matrycy DNA pojawia się jako UAUGAC nad RNA. Istnieje sześć typów RNA: rybosomalny, transferowy, posłaniec, genomowy (genetyczny), mały jądrowy i mały cytoplazmatyczny.

Spośród nich pierwsze trzy (rRNA, mRNA i tRNA) to główne klasy RNA, które biorą udział w ekspresji genów. RNA jest genomowe (genetyczne) w niektórych wirusach, takich jak TMV, wirus grypy HIV itp. Jest dwuniciowe w reowirusach, wirusach rany guza, wirusie Rice Dwarf i Mycophage.

1. Rybosomalny RNA (rRNA):

Jest to najobficiej występujący RNA (70-80% całości), który ma 3-4 typy. Niektóre z jego typów (23S, 28S) są najdłuższymi ze wszystkich RNA. Jak wskazuje nazwa, rRNA jest składnikiem rybosomów. Tu leży zwinięty pomiędzy cząsteczkami białka i nad nimi.

W zależności od ich współczynnika sedymentacji, rRNA eukariota są czterech typów - 28S, 18S, 5, 8S i 5S. Rybosomy prokariotyczne mają trzy typy rRNA - 23S, 16S i 5S. 28S, 5, 8S i 5S (23S i 5S w prokariotach) występują w większej podjednostce rybosomu, natomiast 18S (16 S w prokariotach) występuje w mniejszej podjednostce rybosomu. rRNA ulega transkrypcji w postaci dłuższego łańcucha 45S w eukariotach i 30S w prokariotach.

W transkrypcie eukariotycznym układ w kierunku 5 '-> 3' wynosi 18S - 5, 8S - 28S. Kilka metylacji występuje przed usunięciem RNA z rozszczepiacza. Usunięcie RNA dystansowego rozbija transkrypt na 2-3 części. 5S jest często transkrybowany osobno.

Klasy RNA w Escherichia coli:

Rodzaj Nukleotyd

Numer

Molekularny

Masa

Osadzanie

Współczynnik

Odsetek
1. 5S rRNA 100 35 000 5S
2. 16S rRNA 1500 550 000 16S 82%
3. rRNA 23S 3100 1 100 000 23S
Średnia masa cząsteczkowa eukariotycznych rRNA wynosi 5S-36000, 5, 8S-50 000, 18S-700 000 i 28S- 1 700 000.

Funkcje:

(i) rRNA wiążą cząsteczki białka i dają rybosomy, (ii) koniec 3 '18S rRNA (16S w prokariotach) ma nukleotydy komplementarne do nukleotydów regionu mRNA. (iii) 5S rRNA i otaczający kompleks białkowy zapewniają miejsce wiązania dla tRNA. (iv) rRNA są związane z określonymi białkami, tworząc podjednostki rybosomów. Podjednostka 50S prokariotycznego rybosomu zawiera 23S rRNA, 5S rRNA i około 32 cząsteczek białka.

Podjednostka 30S prokariotycznego rybosomu ma 16S rRNA i około 21 cząsteczek białka. Podjednostka 60S eukariotycznego rybosomu zawiera 28S rRNA, 5S rRNA, 5, 8S rRNA i około 50 cząsteczek białka. Podjednostka 40S eukariotycznego rybosomu składa się z 18S rRNA i około 33 cząsteczek białka (ryc. 6.21).

2. Transfer RNA (tRNA):

Nazywa się go również rozpuszczalnym lub sRNA, w którym był znany przed odkryciem kodu genetycznego. Istnieje ponad 100 rodzajów tRNA. Transfer RNA stanowi około 15% całkowitego RNA. tRNA jest najmniejszym RNA o 73-93 nukleotydach i współczynniku sedymentacji 4S. Podstawy azotowe kilku jego nukleotydów ulegają modyfikacji, np. Pseudourydyna (y), dihydourydyna (DHU), inozyna (I) rybotymidyna (rT).

To powoduje zwijanie jednoniciowego tRNA w formę L (trójwymiarową, Klug, 1974) lub przypominającą koniczynę (dwuwymiarową, Holley, 1965). Około połowa nukleotydów jest parami zasad w celu wytworzenia sparowanych pni. Pięć regionów jest niesparowanych lub jednoniciowych - miejsce wiązania AA, pętla T Ψ С, pętla DHU, dodatkowe ramię i pętla antykodonowa.

(i) Pętla Anticodon. Ma 7 zasad, z których trzy zasady tworzą antykodon (nodoc) do rozpoznawania i przyłączania się do kodonu mRNA. (ii) Strona wiążąca AA. Jest to miejsce wiązania aminokwasów. Miejsce leży na końcu opposite przeciwnie do antykodonu i ma grupę CCA-OH. Koniec 5 'niedźwiedzi G. Aminokwas lub miejsce wiązania AA i antykodon są dwoma miejscami rozpoznawania tRNA. (iii) T Ψ С Loop. Ma 7 zasad, z których (pseudourydyna) i rT (rybotymidyna) są nietypowymi zasadami. Pętla jest miejscem do przyłączenia się do rybosomu, (iv) DHU Loop. Pętla zawiera 8-12 zasad. Jest to największa pętla i dihydourydyna. Jest to miejsce wiązania enzymu aminoacylowej syntetazy, (v) Extra Arm. Jest to zmienne ramię lub pętla boczna, która leży pomiędzy pętlą T Ψ С i antykodonem. Nie występuje we wszystkich tRNA. Dokładna rola dodatkowego ramienia nie jest znana.

Funkcje, (i) Jak pierwotnie postulował Crick, tRNA jest cząsteczką adaptorową, która jest przeznaczona do przenoszenia aminokwasów do rybosomów w celu syntezy polipeptydów. Istnieją różne tRNA dla różnych aminokwasów. Niektóre aminokwasy można zebrać za pomocą 2-6 tRNA. tRNA umieszczają określone aminokwasy w poszczególnych punktach podczas syntezy polipeptydów, jak na kodonach mRNA.

Kodony są rozpoznawane przez anty-markony tRNA. Specyficzne aminokwasy są rozpoznawane
przez szczególne aktywujące lub enzymy syntezy aminoacylowej, (ii) utrzymują łańcuchy peptydylowe nad mRNA. (iii) Inicjator tRNA pełni podwójną funkcję inicjacji syntezy białka, jak również wprowadzania pierwszego aminokwasu. Nie ma jednak tRNA dla sygnałów stop.

3. Messenger RNA (mRNA):

Jest to długi RNA, który stanowi 2-5% całkowitej zawartości RNA w komórce. Dostarcza instrukcje z DNA do tworzenia określonego typu polipeptydu. mRNA jest zatem również nazywane informacyjnym lub genetycznym RNA. Instrukcje są obecne w sekwencji zasad nukleotydów. Nazywa się to kodem genetycznym.

Trzy sąsiednie zasady azotowe określają konkretny aminokwas. Formacja polipeptydu zachodzi nad rybosomem. mRNA zostaje przyłączony do rybosomu. tRNA są indukowane, aby wprowadzić aminokwasy w określonej sekwencji zgodnie z sekwencją kodonów obecnych nad mRNA. mRNA ma metylowany region na końcu 5 '. Działa jako czapeczka do połączenia z rybosomem. Po capu następuje kodon inicjacyjny (AUG) natychmiast lub po małym niekodowanym regionie liderowym.

Następnie jest region kodujący, a następnie kodon terminacji (UAA, UAG lub UGA). Po kodonie terminacji znajduje się mały niekodujący region przyczepny i obszar poli A lub ogon na końcu 3 '. Regiony lidera i trailera nazywane są UTR (nieprzetłumaczone regiony). MRNA może określać tylko jeden polipeptyd lub pewną ich liczbę.

Pierwszy nazywa się monocistronic, podczas gdy drugi znany jest jako policistronic. Polycistronic mRNA występuje częściej u prokariontów. Eukariotyczny mRNA jest zwykle monocistronowy. Czas życia mRNA również jest zmienny.

W niektórych niższych formach jest to od kilku minut do kilku godzin. Z drugiej strony wydaje się, że mRNA wyższych form ma długą żywotność. Jest to kilka dni w przypadku młodych czerwonych krwinek, które nadal tworzą hemoglobinę, nawet gdy jądro uległo zwyrodnieniu.

Funkcje:

(i) mRNA przenosi zakodowane informacje do translacji do tworzenia polipeptydów.

(ii) Poprzez odwrotną transkrypcję może tworzyć zwarte geny, które są stosowane w inżynierii genetycznej. Zjawisko występuje również w przyrodzie i dodało pewne geny w genomach,

(iii) Ma obszar nasadki do przyczepienia do rybosomu,

(iv) Cap chroni mRNA przed degradacją z enzymów,

(v) mRNA posiada region ogona do ochrony przed enzymami komórkowymi i oderwania od rybosomu.

4. Genomowe RNA (genetyczne RNA):

Występuje w niektórych wirusach zwanych rybowirusami. Genomowe RNA może być jednoniciowe (np. Wirus Mozaiki Tytoniowej lub TMV) lub dwuniciowe (np. Reowirus). Jest fragmentowany w wirusie grypy. Genomowy RNA działa jako materiał dziedziczny. Może replikować się bezpośrednio lub tworzyć DNA w komórce gospodarza w celu wytworzenia RNA własnego typu.

5. Katalityczne RNA:

Cech i wsp. (1981) stwierdzili aktywność katalityczną (rozszczepianie i tworzenie wiązań kowalencyjnych) w prekursorach RNA rzęskopodobnego pierwotniaka zwanego Tetrahymena thermophila. Nazywano go rybozymem. W 1983 roku Altman i wsp. Odkryli, że rybonukleaza - P, która bierze udział w przetwarzaniu tRNA z jego prekursora, jest biokatalizatorem zbudowanym z RNA i białka. Noller i wsp. (1992) stwierdzili, że transferaza peptydylowa jest enzymem RNA.

6. Małe jądrowe RNA (snRNA):

Jest to małe RNA obecne w jądrze. Każdy RNA łączy się z 7-8 cząsteczkami białek tworząc małe jądrowe rybonukleoproteiny lub snRNP. SnRNA bierze udział w splicingu (U1 i U2), przetwarzaniu rRNA (U3) i przetwarzaniu mRNA (U7).

7. Mały cytoplazmatyczny RNA (scRNA):

Jest to małe RNA występujące w cytoplazmie. Jednym z takich małych cytoplazmatycznych RNA jest 7S i łączy się z 6 cząsteczkami białka, aby wytworzyć cząstkę rozpoznającą sygnał lub SRP. Ten ostatni pomaga w przyjmowaniu i wiązaniu rybosomu do retikulum endoplazmatycznego w celu wytwarzania białek sekrecyjnych.