ARN: FUNKCIÓK, FELÉPÍTÉS ÉS TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2025

Az RNS vagy RNS (ribonukleinsav) egyfajta nukleinsav, amely jelen van az eukariótákban, a prokariótákban és a vírusokban. Ez egy nukleotid polimer, amely szerkezetében négyféle nitrogénbázist tartalmaz: adenin, guanin, citozin és uracil.

Az RNS általában egyetlen sávban található (néhány vírus kivételével), lineárisan vagy komplex szerkezetek sorozatában. Valójában az RNS olyan szerkezeti dinamizmussal rendelkezik, amelyet a DNS kettős spirálban nem figyelünk meg. A különféle RNS funkciók nagyon eltérőek.

A riboszómális RNS-ek a riboszómák részei, amelyek a fehérjék sejtekben történő szintéziséért felelősek. A hírvivő RNS-ek közvetítőként működnek, és genetikai információt hordoznak a riboszómában, amely az üzenetet egy nukleotidszekvenciáról aminosavszekvenciává alakítja.

A transzfer RNS-ek felelősek a különféle -20 aminosavak összesített aktiválásáért és átviteléért a riboszómákba. Minden aminosav számára van egy transzfer RNS molekula, amely felismeri a messenger RNS szekvenciáját.

Ezen kívül vannak más olyan RNS-ek is, amelyek nem vesznek részt közvetlenül a fehérje szintézisében és részt vesznek a génszabályozásban.

Szerkezet

Az RNS alapvető egységei a nukleotidok. Mindegyik nukleotid nitrogénbázisból (adenin, guanin, citozin és uracil), pentózból és foszfátcsoportból áll.

nukleotidok

A nitrogénbázisok két alapvető vegyületből származnak: pirimidin és purin.

A purinokból származó bázisok az adenin és a guanin, a pirimidinekből származó bázisok a citozin és az uracil. Bár ezek a leggyakoribb bázisok, a nukleinsavaknak más típusú bázisuk is lehet, amelyek ritkábbak.

Ami a pentózot illeti, ezek d-ribóz egységek. Ezért az RNS-t alkotó nukleotidokat „ribonukleotidoknak” nevezzük.

RNS lánc

A nukleotidokat kémiai kötések kötik össze, amelyek foszfátcsoportot tartalmaznak. Ezek előállításához a nukleotid 5 'végén lévő foszfátcsoportot a következő nukleotid 3' végén a hidroxilcsoporthoz (–OH) kapcsolják, ezáltal foszfodiészterszerű kötést hoznak létre.

A nukleinsavlánc mentén a foszfodiészter kötések azonos orientációjúak. Ezért van egy szál polaritása, megkülönböztetve a 3 ′ és az 5 ′ végeket.

Megállapodás szerint a nukleinsavak szerkezetét a bal oldali 5 'vég, a jobb oldalon a 3' vég képviseli.

A DNS-transzkripció RNS-terméke egyszálú sáv, amely jobbra fordul, spirális alakban, bázisok egymásra rakása révén. A purinek közötti kölcsönhatás méretük miatt sokkal nagyobb, mint a két pirimidin közötti kölcsönhatás.

Az RNS-ben nem lehet beszélni a hagyományos szekunder struktúráról és referenciáról, például a DNS kettős spiráljáról. Az egyes RNS-molekulák háromdimenziós szerkezete egyedi és komplex, összehasonlítható a fehérjék szerkezetével (logikusan nem tudjuk globalizálni a fehérjék szerkezetét).

Az RNS-t stabilizáló erők

Gyenge kölcsönhatások vannak, amelyek hozzájárulnak az RNS stabilizálásához, különösen az alap-halmozás, ahol a gyűrűk egymás felett helyezkednek el. Ez a jelenség hozzájárul a DNS-spirál stabilitásához.

Ha az RNS molekula komplementer szekvenciát talál, akkor összekapcsolódhatnak és kettős szálú struktúrát képezhetnek, amely jobbra fordul. Az uralkodó forma A típusú; Ami a Z formákat illeti, ezeket csak laboratóriumban bizonyították, míg a B formát nem figyelték meg.

Általában vannak olyan rövid szekvenciák (például UUGG), amelyek az RNS végén helyezkednek el, és amelyek sajátossága stabil hurkok kialakítása. Ez a szekvencia részt vesz az RNS háromdimenziós szerkezetének hajtogatásában.

Ezenkívül hidrogénkötések a tipikus bázispárokon (AU és CG) kívül más helyeken is kialakulhatnak. Ezen interakciók egyike a ribóz 2'-OH és más csoportok között zajlik.

Az RNS-ben található különböző struktúrák fluoreszkálása hozzájárult ennek a nukleinsavnak a sokféle funkciójának bemutatására.

RNS típusok és funkciók

Az RNS két osztálya van: információs és funkcionális. Az első csoportba azok a RNS-ek tartoznak, amelyek részt vesznek a fehérjeszintézisben és közvetítőként működnek a folyamatban; az információs RNS-ek a messenger RNS-ek.

Ezzel szemben a második osztályba tartozó funkcionális RNS-ek nem hoznak létre új fehérjemolekulát, és maga az RNS a végtermék. Ezek a transzfer RNS-ek és a riboszómális RNS-k.

Az emlőssejtekben az RNS 80% -a riboszómális RNS, 15% -a transzfer RNS, és csak kis rész felel meg a hírvivő RNS-nek. Ez a három típus együttműködve működik a protein bioszintézis elérése érdekében.

Vannak még többek között kicsi nukleáris RNS, kis citoplazmatikus RNS és mikroRNS. Az alábbiakban részletesen leírjuk a legfontosabb típusokat:

Messenger RNS

Az eukariótákban a DNS a sejtmagra korlátozódik, míg a fehérje szintézis a sejt citoplazmájában zajlik, ahol riboszómák találhatók. Ennek a térbeli elválasztásnak köszönhetően olyan mediátornak kell lennie, amely az atommagról a citoplazmába továbbítja az üzenetet, és hogy a molekula a hírvivő RNS.

A Messenger RNS, rövidítve mRNS, egy közbenső molekula, amely a DNS-ben kódolt információkat tartalmazza, és meghatározza az aminosav-szekvenciát, amely funkcionális fehérjét eredményez.

Az RNS messenger kifejezést 1961-ben François Jacob és Jacques Monod javasolta, hogy leírják az RNS azon részét, amely továbbította az üzenetet a DNS-ből a riboszómákba.

Az mRNS-szintézis folyamatát a DNS-szálból transzkripciónak nevezzük, és a prokarióta és az eukarióta között különbözik.

A génexpressziót számos tényező szabályozza, és az egyes sejtek igényeitől függ. A transzkripció három szakaszra oszlik: iniciáció, meghosszabbítás és befejezés.

Átírás

A DNS replikáció folyamata, amely az egyes sejtosztódásokban megtörténik, lemásolja a teljes kromoszómát. A transzkripciós eljárás azonban sokkal szelektívebb, csak a DNS-szál specifikus szegmenseinek feldolgozására vonatkozik, és nincs szükség primerre.

Escherichia coli-ban - az élettudományokban a legjobban tanulmányozott baktériumban - a transzkripció a DNS kettős spirál letekeredésével kezdődik, és kialakul a transzkripciós hurok. Az RNS polimeráz enzim felelős az RNS szintetizálásáért, és amint a transzkripció folytatódik, a DNS szál visszatér eredeti alakjába.

Beindítás, meghosszabbítás és lezárás

A transzkripció nem indul el véletlenszerű helyeken a DNS-molekulán; vannak speciális oldalak erre a jelenségre, úgynevezett promóterek. E. coli-ban az RNS-polimeráz néhány bázispárral kapcsolódik a cél régió fölött.

A szekvenciák, amelyekben a transzkripciós faktorok kapcsolódnak, meglehetősen konzerváltak a különböző fajok között. Az egyik legismertebb promóter szekvencia a TATA doboz.

Meghosszabbításkor az RNS polimeráz enzim új nukleotidokat ad a 3'-OH végéhez, az 5 ′ és 3 ′ irányban. A hidroxilcsoport nukleofilként működik, megtámadva a hozzáadandó nukleotid alfa-foszfátját. Ez a reakció pirofoszfátot bocsát ki.

A hírvivő RNS szintetizálására csak a DNS-szálak egyikét használják, amelyet 3 '- 5' irányban másolnak (az új RNS szál antiparallel formája). A hozzáadni kívánt nukleotidnak meg kell felelnie az bázispárosításnak: U párosul A-val, G és C-vel.

Az RNS-polimeráz leállítja a folyamatot, amikor citozinban és guaninban gazdag régiókat talál. Végül az új messenger RNS-molekulát elválasztják a komplextől.

Átírás prokariótákban

A prokariótákban egy hírvivő RNS molekula egynél több fehérjét kódolhat.

Ha az mRNS kizárólag egy fehérjét vagy polipeptidet kódol, akkor monokistronikus mRNS-nek nevezzük, de ha egynél több fehérjeterméket kódol, akkor az mRNS poliszistronikus (vegye figyelembe, hogy ebben az összefüggésben a cistron kifejezés a gént jelenti).

Átírás az eukariótákban

Az eukarióta szervezetekben az mRNS-ek túlnyomó része monocistronic, és a transzkripciós mechanizmusok sokkal összetettebbek ezen organizmusok esetében. Jellemzőik három RNS-polimerázzal rendelkeznek, amelyeket I, II és III jelölnek, mindegyikük specifikus funkcióval rendelkezik.

Az I feladata a pre-rRNS szintetizálása, a II a messenger RNS-eket és néhány speciális RNS-t szintetizál. Végül a III gondoskodik az RNS-ek, a riboszómális 5S és más apró RNS-ek átviteléről.

Messenger RNS eukariótákban

A Messenger RNS az eukariótákban specifikus módosítások sorozatán megy keresztül. Az első egy "sapka" hozzáadásával jár az 5 'végén. Kémiai szempontból a kupak egy 7-metil-guanozin-maradék, amelyet a végéhez egy 5 ', 5'-trifoszfátkötés köt hozzá.

Ennek a zónának az a szerepe, hogy megvédje az RNS-t a ribonukleázok esetleges lebomlásától (enzimek, amelyek az RNS-t kisebb összetevőkre bontják).

Ezenkívül a 3 'vég eliminálódik, és hozzáadunk 80-250 adeninmaradékot. Ezt a szerkezetet polyA "faroknak" nevezzük, és különféle fehérjékhez kötőhelyként szolgál. Amikor egy prokarióta megszerez egy polyA farkot, hajlamos stimulálni annak lebomlását.

Másrészt ezt a hírnököt intronokkal írják át. Az intronok olyan DNS-szekvenciák, amelyek nem képezik a gén részét, de "megszakítják" ezt a szekvenciát. A intrákat nem fordítják le, ezért azokat el kell távolítani az üzenetküldőből.

A legtöbb gerinces gén intront tartalmaz, kivéve a hisztonokat kódoló géneket. Hasonlóképpen, egy génben az intronok száma ezek közül néhánytól több tucatig változhat.

Illesztés

Az RNS plicing vagy splicing folyamata magában foglalja az intronok eltávolítását a hírvivő RNS-ből.

Néhány nukleáris vagy mitokondriális génben található intron enzimek vagy ATP nélkül képes végrehajtani a splicing folyamatot. Ehelyett az eljárást átészterezési reakciókkal hajtják végre. Ezt a mechanizmust felfedezték a csillózott protozoán Tetrahymena thermophila-ban.

Ezzel szemben egy másik hírvivõ csoport van, akik nem képesek közvetíteni a saját illesztésüket, ezért további gépekre van szükségük. Meglehetősen sok nukleáris gén tartozik ebbe a csoportba.

A splicing folyamatot egy spliciceoszómának vagy splicing komplexnek nevezett protein komplex közvetíti. A rendszert speciális RNS komplexek alkotják, amelyeket kis nukleáris ribonukleoproteineknek (RNP) neveznek.

Az RNP öt típusa létezik: U1, U2, U4, U5 és U6, amelyek megtalálhatók a magban és közvetítik az összeillesztési folyamatot.

A splicing egynél több fehérjét képes előállítani - ezt alternatív splicingnek is nevezzük -, mivel az exonok eltérően vannak elrendezve, és így a messenger RNS fajtái alakulnak ki.

Riboszomális RNS

A riboszómális RNS, rövidítve rRNS, megtalálható a riboszómákban és részt vesz a fehérjék bioszintézisében. Ezért minden sejt nélkülözhetetlen alkotóeleme.

A riboszómális RNS asszociálódik a fehérjemolekulákkal (körülbelül 100), hogy riboszómális presub egységeket eredményezjen. Osztályozásuk az ülepedési együtthatótól függ, amelyet Svedberg egységeknél S betű jelöl.

A riboszóma két részből áll: a fő alegységből és a másodlagos alegységből. Mindkét alegység különbözik a prokarióták és az eukarióták között az ülepedési együtthatót tekintve.

A prokariótáknak nagy 50S alegysége és kicsi 30S alegysége van, míg az eukariótákban a nagy alegység 60S, a kicsi 40S.

A riboszómális RNS-eket kódoló gének a nucleolusban helyezkednek el, a mag egy adott területén, amelyet nem határol membrán. A riboszómális RNS-eket ebben a régióban az RNS polimeráz I írja át.

Olyan sejtekben, amelyek nagy mennyiségű fehérjét szintetizálnak; a magmag egy kiemelkedő szerkezetű. Ha azonban a kérdéses sejt nem igényel nagyszámú fehérjeterméket, akkor a nukleolus szinte észrevehetetlen szerkezetű.

mikro-RNS

A mikroRNS vagy a miRNS egy rövid, egyszálú RNS, amely 21 és 23 nukleotid között van, és amelynek célja a gének expressziójának szabályozása. Mivel nem transzlálódik fehérjévé, gyakran nem kódoló RNS-nek hívják.

Más típusú RNS-hez hasonlóan a mikroRNS feldolgozása összetett és számos fehérjét magában foglal.

A mikroRNS-ek a mi-priRNS-nek nevezett hosszabb prekurzorokból származnak, amelyek a gén első transzkripciójából származnak. A sejtmagjában ezek a prekurzorok módosulnak a mikroprocesszoros komplexben, és az eredmény egy pre-miRNS.

A pre-miRNS-ek 70 nukleotid hajtű, amelyet a citoplazmában a Dicer nevű enzim dolgoz fel, amely összeállítja az RNS-indukált hangtompító komplexet (RISC), és végül a miRNS-t szintetizálják.

Ezek az RNS-k képesek a gének expressziójának szabályozására, mivel komplementer a specifikus messenger RNS-ekkel. A pácienssel a célpontjukkal a miRNS-ek képesek elnyomni vagy akár rontani az üzenetküldőt. Következésképpen a riboszóma nem képes lefordítani az átiratot.

RNS elnémítása

A mikroRNS egyik speciális típusa a kicsi interferáló RNS (siRNS), amelyet némító RNS-nek is hívnak. Rövid, 20-25 nukleotid közötti RNS-ek, amelyek gátolják bizonyos gének expresszióját.

Nagyon ígéretes eszközök a kutatáshoz, mivel lehetővé teszik az érdeklődésre számot tartó gén elnémítását és ezáltal annak lehetséges funkciójának tanulmányozását.

A DNS és az RNS közötti különbségek

Noha a DNS és az RNS nukleinsavak és első pillantásra nagyon hasonlóak lehetnek, kémiai és szerkezeti tulajdonságaikban különböznek egymástól. A DNS kettős sávú molekula, míg az RNS egysávos.

Mint ilyen, az RNS sokoldalúbb molekula, és sokféle háromdimenziós formát ölthet. Egyes vírusok genetikai anyagában azonban kettős sávú RNS van.

Az RNS nukleotidokban a cukormolekula ribóz, míg a DNS-ben dezoxiribóz, csak oxigénatom jelenlétében különbözik egymástól.

A foszfodiészter kötés a DNS és az RNS gerincében hajlamos enzimek jelenléte nélkül lassú hidrolízis folyamaton megy keresztül. Lúgos körülmények között az RNS gyorsan hidrolizál - az extra hidroxilcsoportnak köszönhetően -, míg a DNS nem.

Hasonlóképpen, a nitrogénbázisok, amelyek a DNS nukleotidjait alkotják, a guanin, adenin, timin és citozin; ezzel szemben az RNS-ben a timint uracil helyettesíti. Az uracil párosulhat az adeninnel, ugyanúgy, mint a DNS-ben lévő timin.

Származás és fejlődés

Az RNS az egyetlen ismert molekula, amely képes információ tárolására és a kémiai reakciók egyidejű katalizálására; Emiatt számos szerző azt állítja, hogy az RNS-molekula döntő jelentőségű volt az élet eredetében. Meglepő módon a riboszómák szubsztrátjai más RNS-molekulák.

A ribozimok felfedezése az "enzim" biokémiai újradefiniálásához vezetett - mivel korábban ezt a kifejezést kizárólag katalitikus aktivitású fehérjékhez használták -, és hozzájárult egy olyan forgatókönyv alátámasztásához, amelyben az első életformák csak RNS-t használtak genetikai anyagként.

Irodalom

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). A sejt molekuláris biológiája. 4. kiadás. New York: Garland Science. A DNS-től az RNS-ig. Elérhető a következő címen: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L. és Tymoczko, JL (2007). Biokémia. Megfordítottam.
3. Campbell, NA, és Reece, JB (2007). Biológia. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). Modern genetikai elemzés. New York: WH Freeman. Gének és RNS. Elérhető a következő címen: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, és Guyton, AC (2006). Az orvosi fiziológia szerződése. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton és Hall tankönyv az orvosi élettan e-könyvéből. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4. kiadás. New York: WH Freeman. 11.6. Szakasz - Az rRNS és a tRNS feldolgozása. Elérhető a következő címen: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, és Cox, MM (2008). A biokémia Lehninger alapelvei. Macmillan.