РНК

всеобщност

РНК, или рибонуклеинова киселина, е нуклеиновата киселина, участваща в процесите на кодиране, декодиране, регулиране и експресия на гени. Гените са повече или по-малко дълги сегменти на ДНК, които съдържат фундаментална информация за синтеза на протеини.

Фигура: Азотни бази в РНК молекула. От wikipedia.org

В много прости думи, РНК произлиза от ДНК и представлява молекулата, минаваща между нея и протеините. Някои изследователи го определят като "речник за превода на езика на ДНК в езика на протеините".

РНК молекулите произтичат от обединението, в вериги, на променлив брой рибонуклеотиди. Фосфатна група, азотна основа и 5-въглеродна захар, наречена рибоза, участват във формирането на всеки отделен рибонуклеотид.

Какво е РНК?

РНК, или рибонуклеинова киселина, е биологична макромолекула, принадлежаща към категорията нуклеинови киселини, която играе централна роля в генерирането на протеини, започващи от ДНК .

Генерирането на протеини (също и на биологични макромолекули) включва поредица от клетъчни процеси, които взети заедно вземат името на синтеза на протеини .

ДНК, РНК и протеини са от съществено значение за осигуряване на оцеляването, развитието и правилното функциониране на клетките на живите организми.

Какво е ДНК?

ДНК, или дезоксирибонуклеинова киселина, е другата естествено срещаща се нуклеинова киселина, заедно с РНК.

Структурно подобно на рибонуклеиновата киселина, дезоксирибонуклеиновата киселина е генетичното наследство, което е "съхранение на гените", съдържащи се в клетките на живите организми. От ДНК е, че образуването на РНК зависи и, косвено, от протеините.

ИСТОРИЯ НА РНК

Фигура: рибоза и дезоксирибоза

Изследванията на РНК започнаха след 1868 г., годината, в която Фридрих Мишер откри нуклеинови киселини.

Първите важни открития в това отношение са датирани между втората половина на 50-те години и началото на 60-те години. Сред учените, които участваха в тези открития, те заслужават специално внимание: Северо Очоа, Алекс Рич, Дейвид Дейвис и Робърт Холи .

През 1977 г. група изследователи, водена от Филип Шарп и Ричард Робъртс, дешифрираха процеса на снаждане на интроните.

През 1980 г. Томас Чех и Сидни Алтман идентифицират рибозимите.

* Моля, обърнете внимание: за да разберете какъв е снаждането на интроните и рибозимите, вижте главите, посветени на синтеза и функциите на РНК.

структура

От химико-биологична гледна точка РНК е биополимер . Биополимерите са големи естествени молекули, плодът на обединението, в вериги или нишки, на много по-малки молекулни единици, наречени мономери .

Мономерите, които образуват РНК, са нуклеотидите .

РНК е САМО ЗА ЕДИННА ВЕРИГА

РНК молекулите са молекули, обикновено съставени от отделни нуклеотидни вериги ( полинуклеотидни нишки ).

Дължината на клетъчната РНК варира от по-малко от сто до дори няколко хиляди нуклеотиди.

Броят на съставните нуклеотиди зависи от ролята на въпросната молекула.

Сравнение с ДНК

За разлика от РНК, ДНК е биополимер, образуван обикновено от две нуклеотидни нишки.

Обединени един с друг, тези два полинуклеотидни влакна имат противоположна ориентация и, навивайки една в друга, съставят двойна спирала, известна като " двойна спирала ".

Генерична човешка ДНК молекула може да съдържа около 3, 3 милиарда нуклеотида на верига .

ОБЩА СТРУКТУРА НА НУКЛЕОТИД

По дефиниция, нуклеотидите са молекулни единици, които съставляват нуклеиновите киселини РНК и ДНК.

От структурна гледна точка генеричен нуклеотид е резултат от обединението на три елемента, които са:

• Фосфатна група, която е производно на фосфорна киселина;
• Пентоза, която е захар с 5 въглеродни атома;
• Азотна основа, която е ароматна хетероциклена молекула.

Пентозата е централният елемент на нуклеотидите, тъй като е свързан с фосфатната група и азотната основа.

Фигура: Елементи, които съставляват общ нуклеотид на нуклеинова киселина. Както може да се види, фосфатната група и азотната основа са свързани със захарта.

Химичната връзка, която държи заедно пентозата и фосфатната група, е фосфодиестерна връзка, докато химичната връзка, която свързва пентозата и азотната основа е N-гликозидна връзка .

КАКВО Е PENTOSE НА РНК?

Предпоставка: химиците са помислили за номерирането на въглеродите, които съставляват органичните молекули, така че да опростят изследването и описанието. Ето, че 5-те въглеродни атоми на пентоза стават: въглерод 1, въглерод 2, въглерод 3, въглерод 4 и въглерод 5. Критерият за присвояване на числа е доста сложен, затова считаме, че е уместно да се изключи обяснението.

5-въглеродната захар, която отличава структурата на RNA нуклеотиди, е рибоза .

От 5-те въглеродни атома на рибоза, те заслужават специално споменаване:

• Въглерод 1, защото той е този, който се свързва с азотната основа чрез N-гликозидна връзка.
• Въглерод 2, защото той е този, който дискриминира пентозата на РНК нуклеотидите от пентозните нуклеотиди на ДНК. Свързан с RNA въглерод 2 има кислороден атом и водороден атом, които заедно образуват хидроксилна група ОН .
• Въглерод 3, защото той е този, който участва в връзката между два последователни нуклеотида .
• Въглерод 5, защото той е този, който се свързва с фосфатната група, чрез фосфодиестерна връзка.

Поради наличието на рибозна захар, RNA нуклеотидите приемат специфичното име на рибонуклеотид .

Сравнение с ДНК

Пентозата, която съставлява нуклеотидите на ДНК, е дезоксирибоза .

Дезоксирибозата се различава от рибозата поради липсата на кислородни атоми върху въглерод 2.

По този начин липсва ОН хидроксилната група, която характеризира 5-въглеродната РНК захар.

Поради наличието на дезоксирибозна захар, ДНК нуклеотидите са известни също като дезоксирибонуклеотиди .

ВИДОВЕ НУКЛЕОТИДИ И АЗОТНИ БАЗИ

РНК има 4 различни типа нуклеотиди .

За да се разграничат тези 4 различни вида нуклеотиди е само азотната основа.

Поради очевидни причини, следователно, азотните бази на РНК са 4, по-специално: аденин (съкратено като А), гуанин (G), цитозин (С) и урацил (U).

Аденинът и гуанинът принадлежат към класа на пурините, ароматните хетероциклични съединения с двойни пръстени.

Цитозин и урацил, от друга страна, попадат в категорията на пиримидини, ароматни хетероциклени съединения с единичен пръстен.

Сравнение с ДНК

Азотните основи, които разграничават нуклеотидите на ДНК, са същите като РНК, с изключение на урацил. На мястото на последното има азотна основа, наречена тимин (T), която принадлежи към категорията пиримидини.

МЕЖДУ НУКЛЕОТИДИ

Всеки нуклеотид, образуващ всяка верига на РНК, се свързва със следващия нуклеотид, посредством фосфодиестерна връзка между въглерода 3 на неговата пентоза и фосфатната група на непосредствено следващия нуклеотид.

Екстремистите на молекулата на РНК

Всяко полинуклеотидно РНК филамент има два края, известни като краища 5 ' (прочетете "първи край пет") и край 3' (прочетете "край три първи").

По конвенция, биолози и генетици са установили, че 5 ' краят представлява главата на нишка РНК, докато 3' края представлява неговата опашка .

От химическа гледна точка 5 'краят съвпада с фосфатната група на първия нуклеотид на полинуклеотидната верига, докато 3' краят съвпада с хидроксилната група, поставена върху въглерод 3 на последния нуклеотид от същата верига.

Основава се на тази организация, че в генетичните и молекулярно-биологичните книги полинуклеотидните филаменти на всяка нуклеинова киселина са описани както следва: P-5 '→ 3'-OH (* Забележка: буквата P показва атома на фосфорен фосфат).

Чрез прилагане на понятията краища 5 'и краища 3' на единичен нуклеотид, 5 'краят на последния е фосфатната група, свързана с въглерод 5, докато нейният край 3' е хидроксилната група, свързана с въглерод 3.

И в двата случая читателят се приканва да обърне внимание на числеността: край 5 '- фосфатна група на въглерод 5 и край 3' - хидроксилна група на въглерод 3.

локализация

В ядрените (т.е. ядрените) клетки на живо същество, РНК молекулите могат да бъдат открити както в ядрото, така и в цитоплазмата .

Тази голяма локализация зависи от факта, че някои от клетъчните процеси, имащи РНК като свой герой, се намират в ядрото, докато други се случват в цитоплазмата.

Сравнение с ДНК

ДНК на еукариотните организми (следователно и човешка ДНК) се намира само в клетъчното ядро.

резюме

Процесът на синтез на РНК има за свой герой вътреклетъчен ензим (т.е. разположен вътре в клетката), наречен РНК полимераза (NB: ензимът е протеин).

РНК-полимеразата на клетката използва ДНК, намираща се вътре в ядрото на същата клетка, като че ли е плесен, за да създаде РНК.

С други думи, това е нещо като копирна машина, която преписва това, което ДНК носи на друг език, който е този на РНК.

Освен това, този процес на синтез на РНК, чрез РНК полимераза, приема научното наименование на транскрипцията .

Еукариотните организми, подобно на хората, притежават 3 различни класа РНК полимераза : РНК полимераза I, РНК полимераза II и РНК полимераза III.

Всеки клас РНК полимераза създава специфични видове РНК, които, както читателят ще може да установи в следващите глави, имат различни биологични роли в контекста на клетъчния живот.

КАК ПОЛИМЕРАСИ РНК АКТИВИРА

РНК-полимеразата е способна да:

• Разпознава, в ДНК, сайта, от който да започне транскрипцията,
• Свързва се с ДНК,
• Разделянето на двете полинуклеотидни нишки на ДНК (които се държат заедно чрез водородни връзки между азотните основи), така че да действат само на една нишка, и
• Започва синтеза на РНК транскрипта.

Всеки от тези етапи се осъществява всеки път, когато се приготвя РНК полимераза за осъществяване на транскрипционния процес. Така че всички те са задължителни стъпки.

РНК полимеразата синтезира РНК молекули в посока 5 ' → 3' . Тъй като добавя рибонуклеотиди към зараждащата се РНК молекула, тя се премества в матрицата на ДНК веригата в посока 3 ' → 5' .

МОДИФИКАЦИИ НА РНК ЗАПИСАНЕТО

След нейната транскрипция, РНК претърпява някои модификации, сред които: добавянето на някои нуклеотидни последователности в двата края, загубата на така наречените интрони (процес, известен като сплайсинг ) и така нататък.

Следователно, по отношение на оригиналния ДНК сегмент, получената РНК има някои разлики по отношение на дължината на полинуклеотидната верига (обикновено е по-къса).

Видове

Има няколко вида РНК .

Най-известните и изучавани са: транспортната РНК (или РНК трансфер или тРНК ), информационната РНК (или RNA месинджър или иРНК ), рибозомната РНК (или рибозомната РНК или рРНК ) и малката ядрена РНК (или малка ядрена РНК или snRNA ).

Въпреки че те обхващат различни специфични роли, тРНК, иРНК, рРНК и snRNA всички допринасят за реализирането на обща цел: синтеза на протеини, започвайки от нуклеотидните последователности, присъстващи в ДНК.

ДРУГИ ВИДОВЕ РНК АНКОР

В клетките на еукариотните организми, учените откриват и други видове РНК, в допълнение към горните 4. Например:

• Микро РНК (или miPHK ), които са нишки от малко над 20 нуклеотида, напр
• РНК, която представлява рибозимите . Рибозимите са РНК молекули с каталитична активност, като ензими.

Също така miRNA и рибозимите участват в процеса на синтеза на протеини, точно като тРНК, иРНК и т.н.

функция

РНК представлява биологичната макромолекула на преминаване между ДНК и протеини, т.е. дълги биополимери, чиито молекулни единици са аминокиселини .

РНК е сравнима с речника на генетичната информация, тъй като позволява да се преведат нуклеотидните сегменти на ДНК (които тогава са така наречените гени) в аминокиселините на протеините.

Един от най-честите описания на функционалната роля, обхванат от РНК, е: "РНК е нуклеиновата киселина, участваща в кодирането, декодирането, регулирането и експресията на гените".

РНК е един от трите ключови елемента на така наречената централна догма на молекулярната биология, която гласи: "ДНК произвежда РНК, от която на свой ред произхождат протеините" ( ДНК → РНК → протеини ).

ТРАНСКРИПЦИЯ И ПРЕВОД

Накратко, транскрипцията е поредица от клетъчни реакции, които водят до образуването на РНК молекули, започвайки от ДНК.

Преводът, вместо това, е набор от клетъчни процеси, които завършват с производството на протеини, започвайки от РНК молекулите, произведени по време на транскрипционния процес.

Биолозите и генетиците са измислили термина "превод", защото от езика на нуклеотидите преминаваме към езика на аминокиселините.

ВИДОВЕ И ФУНКЦИИ

Процесите на транскрипция и транслация виждат всички гореспоменати типове РНК (тРНК, иРНК и т.н.) като протагонисти:

• МРНК е РНК молекула, която кодира протеин . С други думи, тРНК са протеини преди процеса на пренос на нуклеотиди в протеинови аминокиселини.

  МРНК се подлагат на различни модификации след тяхната транскрипция.

• РНК-ите са не-кодиращи молекули на РНК, но все още са от съществено значение за образуването на протеини. В действителност, те играят ключова роля в дешифрирането на това, което докладват молекулите на иРНК.

  Името "транспортна РНК" произлиза от факта, че тези РНК носят аминокиселина върху себе си. По-точно, всяка аминокиселина съответства на специфична tRNA.

  ТРНК взаимодействат с тРНК, чрез три отделни нуклеотида от тяхната последователност.

• РРНК са РНК молекули, които образуват рибозомите . Рибозомите са сложни клетъчни структури, които, движейки се по mRNA, събират аминокиселините на протеин.

  Една обща рибозома съдържа в нея някои места, където е в състояние да побере тРНК и да ги накара да се срещнат с иРНК. Тук трите специфични нуклеотиди, споменати по-горе, взаимодействат с информационната РНК.

• SnRNA са РНК молекули, които участват в процеса на сплайсинг на интроните, налични в тРНК. Интроните са кратки некодиращи mRNA сегменти, безполезни за синтез на протеини.
• Рибозимите са РНК молекули, които катализират рязането на рибонуклеотидни нишки, където е необходимо.

Фигура: транслация на иРНК.