РНК

загальність

РНК, або рибонуклеїнова кислота, є нуклеїнової кислотою, що бере участь в процесах кодування, декодування, регулювання і експресії генів. Гени є більш-менш довгими сегментами ДНК, які містять фундаментальну інформацію для синтезу білка.

Малюнок: Основи азоту в молекулі РНК. З wikipedia.org

У дуже простих термінах РНК виводиться з ДНК і являє собою молекулу, що проходить між нею і білками. Деякі дослідники називають його «словником для перекладу мови ДНК на мову білків».

Молекули РНК походять від об'єднання в ланцюгах змінної кількості рибонуклеотидів. У формуванні кожного окремого рибонуклеотиду беруть участь фосфатна група, азотиста основа і цукор з 5 атомами вуглецю, звані рибозою.

Що таке РНК?

РНК, або рибонуклеїнова кислота, є біологічною макромолекулою, що належить до категорії нуклеїнових кислот, яка відіграє центральну роль у генерації білків, починаючи з ДНК .

Генерація білків (які також є біологічними макромолекулами) включає в себе ряд клітинних процесів, які, взяті разом, називаються синтезом білків .

ДНК, РНК і білки є фундаментальними в забезпеченні виживання, розвитку і правильного функціонування клітин живих організмів.

Що таке ДНК?

ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота, є іншою нуклеїнової кислотою, що існує в природі, поряд з РНК.

Структурно схожий на рибонуклеїнову кислоту, дезоксирибонуклеїнова кислота є генетичною спадщиною, тобто "генним сховищем", що міститься в клітинах живих організмів. Утворення РНК і, побічно, білка залежить від ДНК.

ІСТОРІЯ РНК

Фігура: рибоза і дезоксирибоза

Дослідження РНК почалося після 1868 року, коли Фрідріх Мішер виявив нуклеїнові кислоти.

Перші важливі відкриття в цьому відношенні приурочені до другої половини 50-х і першої половини 1960-х років. Серед науковців, які брали участь у цих відкриттях, особливу увагу заслуговують Северо Очоа, Алекса Річ, Девід Девіс і Роберт Холлі .

У 1977 році група дослідників на чолі з Філіпом Шарпом і Річардом Робертсом розшифрувала процес інтронів.

У 1980 році Томас Чех і Сідні Альтман ідентифікували рібозіми.

* Будь ласка, зверніть увагу: щоб дізнатися про інтронові сплайсинг і рібозіми, див. Розділи, присвячені синтезу РНК і функціям.

структура

З хіміко-біологічної точки зору, РНК є біополімером . Біополімери є великими природними молекулами, які є результатом об'єднання, у ланцюгах або нитках, з багатьох менших молекулярних одиниць, званих мономерами .

Мономери, що складають РНК, є нуклеотидами .

РНК, як звичайно, єдина ланцюг

Молекули РНК - це молекули, які зазвичай складаються з окремих нуклеотидних ланцюгів ( полінуклеотидних ниток ).

Довжина клітинних РНК коливається від менш ніж ста до навіть декількох тисяч нуклеотидів.

Кількість складових нуклеотидів є функцією ролі молекули, про яку йде мова.

Порівняння з ДНК

На відміну від РНК, ДНК є біополімером, зазвичай утвореним двома нитками нуклеотидів.

З'єднані разом, ці дві полінуклеотидні нитки мають протилежну орієнтацію і, обертаючись один в одного, йдуть, щоб скласти подвійну спіраль, відому як " подвійна спіраль ".

Родова молекула людської ДНК може містити близько 3, 3 млрд. Нуклеотидів на філамент .

ГЕНЕРНИЧНА СТРУКТУРА NUCLEOTIDE

За визначенням, нуклеотиди - це молекулярні одиниці, які складають нуклеїнові кислоти РНК і ДНК.

З структурної точки зору загальний нуклеотид є результатом об'єднання трьох елементів:

• Фосфатна група, яка є похідною фосфорної кислоти;
• Пентоза, тобто цукор з 5 атомами вуглецю;
• Азотиста основа, яка є ароматичною гетероциклічною молекулою.

Пентоза є центральним елементом нуклеотидів, оскільки з нею зв'язуються фосфатна група і азотиста база.

Малюнок: Елементи, що складають загальний нуклеотид нуклеїнової кислоти. Як видно, фосфатна група і азотна основа пов'язані з цукром.

Хімічний зв'язок, що утримує пентозну і фосфатну групу, є фосфодіефірним зв'язком, тоді як хімічний зв'язок, що об'єднує пентозу і азотну основу, є N-глікозидним зв'язком .

Що таке РНК PENTOSO?

Передумова: хіміки подумали про нумерацію вугілля, що складають органічні молекули, таким чином, щоб спростити їхнє вивчення і опис. Отже, 5 вугілля пентози стають: вуглецем 1, вуглецем 2, вуглецем 3, вуглецем 4 і вуглецем 5. Критерій присвоєння чисел досить складний, тому вважаємо за доцільне пропустити пояснення.

Цукор з 5 атомами вуглецю, який відрізняє структуру нуклеотидів РНК, є рибозою .

З 5 атомів вуглецю рибози, вони заслуговують особливої ​​згадки:

• Вуглець 1, тому що це те, що зв'язується з азотистим підставою, через N-глікозидну зв'язок.
• Вуглець 2, тому що це те, що дискримінує пентозу нуклеотидів РНК від пентози ДНК нуклеотидів. Зв'язаний з вуглецем 2 РНК є атом кисню і атом водню, які разом утворюють гідроксильну групу OH .
• Вуглець 3, тому що це те, що бере участь у зв'язку між двома послідовними нуклеотидами .
• Вуглець 5, тому що це те, що приєднується до фосфатної групі, через фосфодиэфирную зв'язок.

Внаслідок присутності рибоза цукру, нуклеотиди РНК називаються рибонуклеотидами .

Порівняння з ДНК

Пентоза, що утворює нуклеотиди ДНК, являє собою дезоксирибозу .

Дезоксирибоза відрізняється від рибози через відсутність атомів кисню на вуглеці 2.

Таким чином, в ньому відсутня гідроксильна група OH, яка характеризує 5-вуглецевий РНК-цукор.

Через присутність цукру дезоксирибози, нуклеотиди ДНК також відомі як дезоксирибонуклеотиди .

ВИДИ НУКЛЕОТИДІВ І АЗОТНИХ БАЗ

РНК має 4 різних типи нуклеотидів .

Лише азотиста база відрізняє ці 4 різні типи нуклеотидів.

Тому з очевидних причин існують 4 азотисті основи РНК, а саме: аденін (скорочено A), гуанін (G), цитозин (C) і урацил (U).

Аденін і гуанін відносяться до класу пуринів, подвійних кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.

Цитозин і урацил, з іншого боку, потрапляють до категорії піримідинів, ароматичних гетероциклічних сполук з одним кільцем.

Порівняння з ДНК

Азотисті основи, які відрізняють нуклеотиди ДНК, є такими ж, як для РНК, за винятком урацилу. Замість останньої є азотиста основа, яка називається тимін (Т), яка належить до категорії піримідинів.

Об'єднання між ядрами

Кожен нуклеотид, що утворює будь-яку ланцюг РНК, зв'язується з наступним нуклеотидом за допомогою фосфодіефірного зв'язку між вуглецем 3 його пентози і безпосередньо наступною нуклеотидною фосфатною групою.

КІНЕЦЬ РНК-МОЛЕКУЛА

Будь-яка полинуклеотидная філамента РНК має два кінці, відомі як 5 'кінець (зчитується "закінчується перша п'ять") і закінчується 3' (читається "кінчик трьох перших").

За згодою, біологи і генетики встановили, що 5 ' кінець являє собою головку РНК-нитки, а 3' кінець являє собою хвіст .

З хімічної точки зору, 5 'кінець збігається з фосфатною групою першого нуклеотиду полинуклеотидной ланцюга, в той час як 3' кінець збігається з гідроксильної групою, розміщеною на вуглеці 3 останнього нуклеотиду тієї ж ланцюга.

Саме на основі цієї організації в генетиці та молекулярно-біологічних книгах полінуклеотидні нитки будь-якої нуклеїнової кислоти описані наступним чином: P-5 '→ 3'-OH (* NB: буква P вказує на атом фосфору фосфатної групи).

Застосовуючи поняття 5 'кінців і 3' кінців до одного нуклеотиду, 5 'кінець останнього являє собою фосфатну групу, пов'язану з вуглецем 5, в той час як її 3' кінець є гідроксильною групою, об'єднаною з вуглецем 3.

В обох випадках читачеві пропонується звернути увагу на чисельне повторення: 5 'кінцева - фосфатна група на вуглеці 5 і 3' кінці - гідроксильної групи на вуглеці 3.

локалізація

У ядровмісних клітинах (тобто з ядром) живої істоти молекули РНК можуть бути знайдені як в ядрі, так і в цитоплазмі .

Ця широка локалізація залежить від того, що деякі з клітинних процесів, з РНК в якості головного героя, розташовані в ядрі, а інші мають місце в цитоплазмі.

Порівняння з ДНК

ДНК еукаріотичних організмів (тому також ДНК людини) розташована виключно в межах ядра клітини.

резюме

Процес синтезу РНК заснований на внутрішньоклітинному ферменті (тобто розташованому всередині клітини), званому РНК-полімеразою (NB: фермент являє собою білок).

РНК-полімераза клітини використовує ДНК, що знаходиться всередині ядра тієї ж клітини, як якщо б вона була цвіллю, для створення РНК.

Іншими словами, це свого роду копіювальний пристрій, який переписує те, що повертає ДНК на іншу мову, яка є такою в РНК.

Більш того, цей процес синтезу РНК, за допомогою РНК-полімерази, приймає наукову назву транскрипції .

Еукаріотичні організми, як і люди, володіють 3 різними класами РНК-полімераз : РНК-полімераза I, РНК-полімераза II і РНК-полімераза III.

Кожен клас РНК-полімерази створює особливі типи РНК, які, як читач зможе встановити в наступних розділах, мають різні біологічні ролі в контексті клітинного життя.

ЯК РОБУЄ ПОЛІМЕРАЗНА РНК

РНК-полімераза здатна:

• Розпізнають, по ДНК, сайт, з якого починають транскрипцію,
• Зв'язуються з ДНК,
• Відокремлюють дві полинуклеотидние нитки ДНК (які утримуються разом водневими зв'язками між азотистими підставами), щоб діяти тільки на одну нитку, і
• Починають синтез транскрипту РНК.

Кожна з цих стадій відбувається всякий раз, коли РНК-полімераза збирається здійснити процес транскрипції. Тому всі вони є обов'язковими кроками.

РНК-полімераза синтезує молекули РНК у напрямку 5 ' → 3' . Оскільки вона додає рибонуклеотиди до зароджується молекулі РНК, вона рухається до нитки ДНК ДНК у напрямку 3 ' → 5' .

МОДИФІКАЦІЇ РНК ТРАНСКРИПТУ

Після його транскрипції РНК зазнає деяких модифікацій, включаючи: додавання деяких нуклеотидних послідовностей на обох кінцях, втрату так званих інтронів (процес, відомий як сплайсинг ), і т.д.

Отже, по відношенню до вихідного сегменту ДНК, отримана РНК володіє деякими відмінностями щодо довжини полинуклеотидной ланцюга (загалом вона коротша).

типи

Існує кілька типів РНК .

Найбільш відомими та вивченими є: транспортна РНК (або переносна РНК або тРНК ), РНК (або РНК-месенджер або мРНК ), рибосомна РНК (або рибосомна РНК або рРНК ) і малі ядерні РНК (або малу ядерну РНК або snRNA ).

Хоча вони охоплюють різні специфічні ролі, тРНК, мРНК, рРНК і snRNA все сприяють реалізації спільної мети: синтезу білків, починаючи з нуклеотидних послідовностей, присутніх в ДНК.

ІНШІ ВИДИ РНК

У клітинах еукаріотичних організмів дослідники виявили інші типи РНК, крім згаданих вище 4. Наприклад:

• Мікро-РНК (або мікроРНК ), які є нитками довжиною трохи більше 20 нуклеотидів, і
• РНК, що утворює рібозіми . Рібозіми є молекулами РНК з каталітичною активністю, такими як ферменти.

МіРНК і рібозіми також беруть участь у процесі синтезу білка, як тРНК, мРНК тощо.

функція

РНК являє собою біологічну макромолекулу проходження між ДНК і білками, тобто довгі біополімери, молекулярні одиниці яких є амінокислотами .

РНК порівнянна зі словником генетичної інформації, оскільки вона дозволяє перевести нуклеотидні сегменти ДНК (які є тоді так звані гени) в амінокислоти білків.

Одним з найбільш частих описів функціональної ролі, охопленої РНК, є: "РНК - це нуклеїнова кислота, що бере участь у кодуванні, декодуванні, регулюванні і експресії генів".

РНК є одним з трьох ключових елементів так званої центральної догми молекулярної біології, яка стверджує: "РНК походить від ДНК, з якої, у свою чергу, виводяться білки" ( ДНК → РНК → білки ).

ТРАНСКРИПЦІЯ ТА ПЕРЕКЛАД

Коротко, транскрипція - це ряд клітинних реакцій, які призводять до утворення молекул РНК, починаючи з ДНК.

Переклад, з іншого боку, являє собою набір клітинних процесів, які закінчуються продукцією білків, починаючи з молекул РНК, що утворюються в процесі транскрипції.

Біологи і генетики придумали термін "переклад", оскільки з мови нуклеотидів ми переходимо до мови амінокислот.

ВИДИ І ФУНКЦІЇ

Процеси транскрипції та трансляції розглядають всі вищезгадані типи АНС (тРНК, мРНК тощо) як протагоністи:

• МРНК являє собою молекулу РНК, що кодує білок . Іншими словами, мРНК є білками перед процесом перекладу нуклеотидів в білкові амінокислоти.

  МРНК піддаються декільком модифікаціям після їх транскрипції.

• ТРНК є некодирующими молекулами РНК, але все ще необхідні для утворення білків. Фактично, вони відіграють ключову роль у розшифровці того, про що повідомляють молекули мРНК.

  Назва "транспортна РНК" походить від того, що ці АНС несуть на них амінокислоту. Більш точно, кожна амінокислота відповідає конкретній тРНК.

  ТРНК взаємодіють з мРНК через три окремі нуклеотиди своєї послідовності.

• РРНК є молекулами РНК, які утворюють рибосоми . Рибосоми є складними клітинними структурами, які, рухаючись уздовж мРНК, об'єднують амінокислоти білка.

  Родова рибосома містить в собі деякі сайти, в яких вона здатна розмістити тРНК і змусити їх зустрітися з мРНК. Саме тут зазначені вище три конкретні нуклеотиди взаємодіють з месенджерной РНК.

• SnRNA є молекулами РНК, які беруть участь у процесі сплайсингу інтронів на мРНК. Інтрони є короткими сегментами некодирующих мРНК, непридатних для синтезу білків.
• Рібозіми є молекулами РНК, які каталізують різання рибонуклеотидних ниток, де це необхідно.

Малюнок: трансляція мРНК.