RNA Fonksiyonları, Yapıları ve Çeşitleri



RNA veya RNA (ribonükleik asit) ökaryotik organizmalarda, prokaryotlarda ve virüslerde bulunan bir nükleik asit türüdür. Yapısında dört tip azotlu baz içeren bir nükleotid polimeridir: adenin, guanin, sitozin ve uracil.

RNA genellikle doğrusal olarak veya bir dizi karmaşık yapı oluşturan tek bir bant (bazı virüsler hariç) olarak bulunur. Aslında, RNA, DNA çift sarmalında gözlenmeyen yapısal bir dinamizme sahiptir. Farklı RNA tipleri çok çeşitli fonksiyonlara sahiptir.

Ribozomal RNA'lar hücrelerdeki proteinlerin sentezinden sorumlu yapılar olan ribozomların bir parçasıdır. Haberci RNA'lar aracı olarak hareket eder ve mesajı bir nükleotit sekansından bir amino asit sekansına çeviren genetik bilgiyi ribozoma iletir.

Transfer RNA'ları, toplamda -20 farklı amino asit tiplerinin aktifleştirilmesinden ve ribozomlara aktarılmasından sorumludur. Messenger RNA'sındaki sırayı tanıyan her amino asit için bir transfer RNA molekülü vardır..  

Ek olarak, protein sentezinde doğrudan yer almayan ve gen regülasyonuna katılan diğer RNA tipleri de vardır..

indeks

  • 1 yapı
    • 1.1 Nükleotidler
    • 1.2 RNA zinciri
    • 1.3 RNA'yı stabilize eden kuvvetler
  • 2 RNA çeşitleri ve fonksiyonları
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2.2 ribozomal RNA
    • 2.3 Transfer RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • 2.5 sessiz RNA
  • DNA ve RNA arasındaki 3 fark
  • 4 Köken ve evrim
  • 5 Kaynakça

yapı

RNA'nın temel birimleri nükleotidlerdir. Her bir nükleotit, azotlu bir baz (adenin, guanin, sitozin ve urasil), bir pentoz ve bir fosfat grubundan oluşur..

nükleotit

Azotlu bazlar iki temel bileşikten türetilir: pirimidinler ve pürinler.

Pürinlerden elde edilen bazlar adenin ve guanindir ve pirimidinlerden türetilen bazlar sitozin ve urasildir. Bunlar en yaygın bazlar olmasına rağmen, nükleik asitler daha az sıklıkta olan diğer baz türlerini de gösterebilir..

Pentoz ise d-riboz üniteleridir. Bu nedenle, RNA'yı oluşturan nükleotitlere "ribonükleotitler" denir.

RNA zinciri

Nükleotitler, fosfat grubunu içeren kimyasal bağlarla birbirine bağlanır. Bunları oluşturmak için, bir nükleotidin 5 'ucundaki fosfat grubu, bir sonraki nükleotidin 3' ucundaki hidroksil grubuna (-OH) bağlanır, böylece bir fosfodiester tipi bağ oluşturulur..

Nükleik asit zinciri boyunca, fosfodiester bağları aynı yönelime sahiptir. Bu nedenle, 3 've 5' ucu arasında ayrım yapan, telin bir polaritesi vardır..

Geleneksel olarak, nükleik asitlerin yapısı solda 5 'uç ve sağda 3' uç ile temsil edilir.

DNA transkripsiyonunun RNA ürünü, bazların istiflenmesi ile sarmal bir konformasyonda sağa dönen basit bir zincirdir. Purinler arasındaki etkileşim, iki pirimidin arasındaki etkileşimden, boyutlarına göre çok daha büyüktür..

RNA'da, DNA'nın çift sarmalının olduğu gibi geleneksel ikincil bir yapı ve referanstan söz edemeyiz. Her RNA molekülünün üç boyutlu yapısı, proteinlerinkiyle karşılaştırılabilir, benzersiz ve karmaşıktır (mantıksal olarak, proteinlerin yapısını küreselleştiremiyoruz).

RNA'yı stabilize eden kuvvetler

RNAların stabilizasyonuna katkıda bulunan zayıf halkalar, özellikle halkaların birbiri üzerinde yer aldığı bazların istiflenmesi. Bu fenomen, DNA sarmalının stabilitesine de katkıda bulunur..

RNA molekülü tamamlayıcı bir sekans bulursa, sağa dönen çift zincirli bir yapıyı birleştirebilir ve oluşturabilirler. Baskın form A tipidir; Z formlarına gelince, bunlar yalnızca laboratuvarda kanıtlandı, B formu gözlenmedi..

Genel olarak, RNA'nın sonunda bulunan ve şekillenme özelliğine sahip olan kısa diziler (UUGG gibi) vardır. döngüler kararlı. Bu dizi, RNA'nın üç boyutlu yapısının katlanmasına katılır..

Ek olarak, tipik baz eşleşmeleri olmayan diğer bölgelerde hidrojen bağları oluşabilir (AU ve CG). Bu etkileşimlerden biri, diğer gruplarla ribozun 2'-OH arasında gerçekleşir..

RNA'da bulunan çeşitli yapıların seyreltilmesi, bu nükleik asidin çoklu fonksiyonlarını göstermeye hizmet etmiştir..

RNA çeşitleri ve fonksiyonları

İki çeşit RNA vardır: bilgi amaçlı ve işlevsel. İlk grup, proteinlerin sentezine katılan ve proses aracıları olarak işlev gören RNA'ları içerir; bilgi amaçlı RNA'lar mesajcı RNA'lardır.

Buna karşılık, ikinci sınıfa ait olan fonksiyonel fonksiyonel olan RNA'lar, yeni bir protein molekülüne yol açmaz ve RNA'nın kendisi nihai üründür. Bunlar transfer RNA'ları ve ribozomal RNA'ları.

Memeli hücrelerinde, RNA'nın% 80'i ribozomal RNA,% 15'i transfer RNA'dır ve sadece küçük bir kısmı haberci RNA'ya karşılık gelir. Bu üç tip, protein biyosentezi elde etmek için işbirliği içinde çalışır.

Diğerleri arasında küçük nükleer RNAlar, küçük sitoplazmik RNAlar ve mikroRNA'lar da vardır. Daha sonra, en önemli türlerin her biri ayrıntılı olarak açıklanacaktır:

Messenger RNA

Ökaryotlarda DNA, çekirdeğe bağlanır, protein sentezi ribozomların bulunduğu hücrenin sitoplazmasında meydana gelir. Bu mekansal ayrılma için mesajı çekirdekten sitoplazmaya ileten bir medyatör olmalı ve bu molekül haberci RNA'dır..

Messenger RNA, kısaltılmış mRNA, DNA'da kodlanmış bilgileri içeren ve fonksiyonel bir proteine ​​yol açacak bir amino asit dizisini belirten bir ara moleküldür..

Mesajcı RNA terimi, 1961'de François Jacob ve Jacques Monod tarafından mesajı DNA'dan ribozomlara ileten RNA'nın bir kısmını tanımlamak için önerildi..

DNA iplikçiklerinden bir mRNA'nın sentezlenmesi, transkripsiyon olarak bilinir ve prokaryotlar ve ökaryotlar arasında diferansiyel olarak oluşur.. 

Gen ekspresyonu birkaç faktör tarafından yönetilir ve her bir hücrenin ihtiyaçlarına bağlıdır. Transkripsiyon üç aşamaya ayrılmıştır: başlatma, uzama ve sonlandırma.

transkripsiyon

Her hücre bölünmesinde oluşan DNA replikasyon işlemi, tüm kromozomu kopyalar. Bununla birlikte, transkripsiyon işlemi çok daha seçicidir, sadece DNA zincirinin spesifik bölümlerinin işlenmesiyle ilgilenir ve bir primer gerektirmez.

içinde Escherichia coli -Biyolojik bilimlerde en iyi çalışılan bakteri - transkripsiyon, DNA'nın çift sarmalının çözülmesiyle başlar ve transkripsiyon döngüsü oluşur. RNA polimeraz enzimi, RNA'nın sentezlenmesinden sorumludur ve transkripsiyon devam ettikçe, DNA sarmalının orijinal biçimine geri dönmesi.

Başlatma, uzama ve sonlandırma

Transkripsiyon, DNA molekülündeki rastgele bölgelerde başlatılmaz; Bu fenomen için destekçi denilen özel alanlar vardır. içinde E. coli RNA polimeraz, beyaz bölgenin üzerinde birkaç baz çifti bağlanır.

Transkripsiyon faktörlerinin birleştiği diziler, farklı türler arasında oldukça korunmuştur. En iyi bilinen promotör dizilerinden biri TATA kutusudur.

Uzatmada, RNA polimeraz enzimi, 5 'ila 3' yönünü takip ederek 3'-OH ucuna yeni nükleotitler ekler. Hidroksil grubu, eklenecek olan nükleotidin alfa fosfatına saldıran bir nükleofil görevi görür. Bu reaksiyon bir pirofosfat salgılar.

3 'ila 5' yönünde kopyalanan haberci RNA'yı sentezlemek için sadece bir DNA zinciri kullanılır (yeni RNA zincirinin antiparalel formu). Eklenecek olan nükleotit, baz eşleşmesine uymalıdır: A, A ile eşleşme ve G, C ile eşleşme.

RNA polimeraz, sitosin ve guanin bakımından zengin bölgeleri bulduğunda işlemi durdurur. Son olarak, yeni haberci RNA molekülü kompleksin ayrıştırır..

Prokaryotlarda transkripsiyon

Prokaryotlarda, bir mesajcı RNA molekülü birden fazla proteini kodlayabilir.

Bir mRNA, yalnızca bir protein veya polipeptit için kodlandığında, monositik bir mRNA olarak adlandırılır, ancak birden fazla protein ürünü için kodlama yaparsa, mRNA'nın polististronik olduğunu (bu bağlamda cistron teriminin gene ifade ettiğini unutmayın).

Ökaryotlarda transkripsiyon

Ökaryotik organizmalarda, mRNA'ların büyük çoğunluğu monosistroniktir ve transkripsiyonel makineler bu organizma soyunda daha karmaşıktır. Her biri özel fonksiyonlara sahip, I, II ve III ile gösterilen üç RNA polimerazı olması ile karakterize edilir.

I, ön rRNA'yı sentezlemekten sorumludur, II haberci RNA'ları ve bazı özel RNA'ları sentezlemektedir. Son olarak, III transfer RNA, 5S ribozomal ve diğer küçük RNA sorumludur.

Ökaryotlarda Messenger RNA

Messenger RNA, ökaryotlarda bir dizi spesifik modifikasyondan geçer. İlki, 5 'sonuna bir "başlık" eklenmesini içerir. Kimyasal olarak, başlık, 5 ', 5'-trifosfat tipinde bir bağ ile ucuna tutturulmuş bir 7-metilguanosin artığıdır..

Bu bölgenin işlevi, RNA'yı ribonükleazların (RNA'yı daha küçük bileşenlere indirgeyen enzimler) olası bozulmalarından korumaktır.

Ek olarak, 3 'ucunun çıkarılması gerçekleşir ve 80 ila 250 aden artığı eklenir. Bu yapı polyA "kuyruğu" olarak bilinir ve birkaç protein için bir bağlanma bölgesi görevi görür. Bir prokaryot kuyruğu edindiğinde, polyA bozulmasını uyarma eğilimindedir..

Öte yandan, bu haberci intronlarla yazılıyor. İntronlar, genin bir parçası olmayan fakat diziyi "kesen" DNA dizileridir. İntronlar çevrilmez ve bu yüzden haberciden çıkarılmalıdır.

Omurgalı genlerin çoğu histonları kodlayan genler hariç, intronlara sahiptir. Benzer şekilde, bir gen içindeki intron sayısı, bunlardan birkaç ila onlarca arasında değişebilir..

ekleme RNA

Splicing RNA veya ekleme işlemi, haberci RNA'daki intronların çıkarılmasını içerir.

Nükleer veya mitokondriyal genlerde bulunan bazı intronlar işlemlerini gerçekleştirebilir. ekleme enzimler veya ATP'nin yardımı olmadan. Bunun yerine, işlem transesterifikasyon reaksiyonları ile gerçekleştirilir. Bu mekanizma siliyer protozoonda keşfedildi Tetrahymena thermophila.

Buna karşılık, kendilerine aracılık edemeyen başka bir mesajlaşma grubu var. ekleme, bu yüzden ek makinelere ihtiyaçları var. Bu gruba oldukça yüksek sayıda nükleer gen ait.

Süreci ekleme spiceosome veya ekleme kompleksi olarak adlandırılan bir protein kompleksi aracılık eder. Sistem nükleer küçük ribonükleoproteinler (RNP) adı verilen özel RNA komplekslerinden oluşur.

Beş tip RNP vardır: Çekirdeklerde bulunan ve işlemine aracılık eden U1, U2, U4, U5 ve U6. ekleme.

ekleme birden fazla protein tipi üretebilir - bu ekleme alternatif- eksonlar diferansiyel olarak düzenlendiğinden, haberci RNA çeşitlerini oluşturarak.

Ribozomal RNA

Ribozomal RNA, kısaltılmış rRNA, ribozomlarda bulunur ve proteinlerin biyosentezine katılır. Bu nedenle, tüm hücrelerin temel bir bileşenidir..

Ribozomal RNA, ribozomal presubunidadlara yol açmak için protein molekülleri (yaklaşık 100, yaklaşık olarak) ile ilişkilidir. Svedberg birimlerinin S harfi ile gösterilen sedimantasyon katsayılarına göre sınıflandırılırlar..

İki bölümden oluşan bir ribozom: ana alt ünite ve küçük alt ünite. Her iki alt birim de sedimantasyon katsayısı bakımından prokaryotlar ve ökaryotlar arasında farklılık gösterir..

Prokaryotlar büyük bir 50S alt üniteye ve küçük bir 30S alt üniteye sahipken, ökaryotlarda büyük alt ünite 60S ve küçük 40S alt üniteye sahiptir..

Ribozomal RNA'ları kodlayan genler, çekirdeğin bir membran tarafından bağlanmayan belirli bir bölgesi olan nükleolde bulunur. Ribozomal RNA'lar bu bölgede RNA polimeraz I ile kopyalanır..

Büyük miktarda protein sentezleyen hücrelerde; Nükleol belirgin bir yapıdır. Bununla birlikte, söz konusu hücre yüksek miktarda protein ürünü gerektirmediğinde, nükleol neredeyse algılanamayan bir yapıdır..

Ribozomal RNA'nın işlenmesi

Büyük 60S ribozomal alt birimi, 28S ve 5.8S fragmanları ile ilişkilidir. Küçük alt birim (40S) ile ilgili olarak, 18S ile ilişkilidir..

Yüksek ökaryotlarda, ön-rRNA, RNA polimeraz I içeren 45S'lik bir transkripsiyonel ünitede kodlanır. Bu transkript, olgun ribozomal RNA'larda 28S, 18S ve 5.8S'de işlenir..

Sentez devam ettikçe, pre-rRNA farklı proteinlerle ilişkilidir ve ribonükleoprotein parçacıkları oluşturur. Bu, 2'-OH riboz grubunun metilasyonu ve idrar kalıntılarının psödouridine dönüşümünü içeren bir dizi tadilattan geçer..

Bu değişikliklerin meydana geleceği bölge, önceden rRNA'ya bağlanma yeteneğine sahip 150'den fazla küçük nükleolar RNA molekülü tarafından kontrol edilir..

Ön-rRNA'nın geri kalan kısmının aksine, 5S, nükleolazm içinde değil, nükleolazmada RNA polimeraz III tarafından kopyalanır. Sentezlendikten sonra, ribozomal birimleri oluşturan, 28S ve 5.8S ile birleşmek üzere nükleollere alınır..

Montaj işleminin sonunda, alt birimler nükleer gözenekler tarafından sitoplazmaya aktarılır.

poliribozomların

Bir haberci RNA molekülünün, aynı anda birkaç proteine ​​menşei sağlaması ve birden fazla ribozomun birleşmesi olabilir. Çeviri işlemi ilerledikçe, mesajcının sonu ücretsizdir ve yeni bir sentez başlatarak başka bir ribozom tarafından alınabilir.

Bu nedenle, tek bir haberci RNA molekülünde gruplanmış (3 ila 10 arasında) ribozomların bulunması yaygındır ve bu gruba poliribozom denir..

RNA aktarımı

Transfer RNA, protein sentezi işlemi ilerledikçe amino asitlerin transferinden sorumludur. Yaklaşık 80 nükleotidden oluşurlar (haberci RNA ile karşılaştırıldığında, "küçük" bir moleküldür).

Yapı, üç kollu bir trefoyu andıran kıvrımlara ve haçlara sahiptir. Bir uçta, ribozun hidroksil grubunun taşınacak amino aside bağlanmaya aracılık ettiği bir adenilik halkadır.

Farklı transfer RNA'ları sadece proteinleri oluşturan yirmi amino asitten biri ile birleştirilir; Başka bir deyişle, proteinlerin temel yapı taşlarını taşıyan araçtır. Amino asitle birlikte transfer RNA kompleksi, aminoasil-tRNA olarak adlandırılır..

Ek olarak, çeviri işleminde - ribozomlar sayesinde gerçekleşir - her transfer RNA, haberci RNA'daki belirli bir kodonu tanır. Tanındığında, karşılık gelen amino asit serbest bırakılır ve sentezlenen peptidin bir parçası olur.

Verilmesi gereken amino asit tipini tanımak için, RNA molekülün orta bölgesinde bulunan bir "antikodon" a sahiptir. Bu antikodon, haberci DNA'da mevcut olan tamamlayıcı bazlarla hidrojen bağları oluşturabilir.

MicroRNA

MikroRNA'lar veya mRNA'lar, işlevi genlerin ekspresyonunu düzenlemek olan 21 ila 23 nükleotit arasındaki kısa bir tek iplikli RNA türüdür. Proteine ​​dönüşmediğinden, genellikle kodlayıcı olmayan RNA olarak adlandırılır..

Diğer RNA tipleri gibi, mikroRNA'ların işlenmesi karmaşıktır ve bir dizi protein içerir.

MikroRNA'lar, genin ilk transkriptinden türetilen mRNA-pri adı verilen daha uzun öncüllerden ortaya çıkar. Hücrenin çekirdeğinde, bu öncüler mikroişlemci kompleksinde değiştirilir ve sonuç bir miRNA öncesidir..

Ön-mRNA'lar, RNA kaynaklı susturma kompleksi (RISC) ve son olarak da mRNA sentezlenen, Dicer adlı bir enzim tarafından sitoplazmada işlemlerine devam eden 70 nükleotitin çatallarıdır..

Bu RNA'lar, spesifik haberci RNA'lara tamamlayıcı olduklarından genlerin ekspresyonunu düzenleyebilirler. Hedefleriyle birleştiğinde, miRNA'lar haberciyi bastırabilir, hatta onu bozabilir. Sonuç olarak, ribozom, söz konusu transkripti çevrilemez.

RNA susturma

Özel bir tür microRNA, susturma RNA da denilen küçük girişimci RNA'dır (siRNA). Bunlar, belirli genlerin ekspresyonunu engelleyen 20 ila 25 nükleotit arasındaki kısa RNA'lardır..

İlgi çekici bir genin susturulmasına izin verdiği ve bu nedenle olası işlevini incelediği için araştırma için çok umut verici araçlardır..

DNA ve RNA arasındaki farklar

Her ne kadar DNA ve RNA, nükleik asitler olsalar ve ilk bakışta çok benzer görünseler de, kimyasal ve yapısal özelliklerinin birçoğunda farklıdırlar. DNA çift bantlı bir moleküldür, RNA basit bir banttır.

Bu nedenle, RNA daha çok yönlü bir moleküldür ve çok çeşitli üç boyutlu şekilleri alabilir. Bununla birlikte, bazı virüslerin genetik materyallerinde çift sarmallı RNA vardır.

RNA nükleotidlerinde şeker molekülü bir ribozdur, oysa DNA'da bir deoksiriboz olup, sadece bir oksijen atomunun varlığında farklılık gösterir..

DNA ve RNA iskeletindeki fosfodiester bağ, enzimlerin varlığı olmadan yavaş bir hidroliz işlemine maruz kalmaktadır. Alkalinite koşulları altında, DNA hızlı bir şekilde hidrolize edilir - ekstra hidroksil grubu sayesinde - DNA.

Benzer şekilde, DNA'daki nükleotitleri oluşturan azotlu bazlar guanin, adenin, timin ve sitozindir; Öte yandan, timin içindeki RNA, urasil ile değiştirilir. Urasil, tıpkı DNA'daki timin gibi adenin ile eşleştirilebilir.

Köken ve evrim

RNA, bilgiyi depolayabilen ve aynı zamanda kimyasal reaksiyonları katalize edebilen bilinen tek moleküldür; Bu nedenle, birkaç yazar RNA molekülünün yaşamın kökeni için çok önemli olduğunu öne sürmektedir. Şaşırtıcı bir şekilde, ribozomların substratları diğer RNA molekülleridir.

Ribozimlerin keşfi, "enzimin" biyokimyasal olarak yeniden tanımlanmasına yol açtı - çünkü terim yalnızca katalitik aktiviteye sahip proteinler için kullanıldı- ve ilk yaşamın yalnızca RNA'yı genetik materyal olarak kullandığı bir senaryoyu sürdürmeye yardımcı oldu..

referanslar

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, vd. (2002). Hücrenin Moleküler Biyolojisi. 4. baskı. New York: Garland Bilimi. DNA'dan RNA'ya. Erişim: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J.M., Stryer, L. ve Tymoczko, J.L. (2007). biokimya. Geri döndüm.
  3. Campbell, N.A., & Reece, J.B. (2007). biyoloji. Ed. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H. (1999). Modern Genetik Analiz. New York: W. H. Freeman. Genler ve RNA. Erişim: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J.E. & Guyton, A.C. (2006). Tıbbi fizyoloji antlaşması. Elsevier.
  6. Hall, J. E. (2015). Guyton ve Hall tıbbi fizyoloji e-kitap ders kitabı. Elsevier Sağlık Bilimleri.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., vd. (2000) Moleküler Hücre Biyolojisi. 4. baskı. New York: W. H. Freeman. Bölüm 11.6, rRNA ve tRNA'nın işlenmesi. Erişim: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Biyokimyanın lehimleme ilkeleri. Macmillan.