РНК

всеобщность

РНК, или рибонуклеиновая кислота, представляет собой нуклеиновую кислоту, участвующую в процессах кодирования, декодирования, регуляции и экспрессии генов. Гены представляют собой более или менее длинные сегменты ДНК, которые содержат основную информацию для синтеза белка.

Рисунок: азотистые основания в молекуле РНК. От wikipedia.org

Проще говоря, РНК происходит из ДНК и представляет собой молекулу, проходящую между ней и белками. Некоторые исследователи называют это «словарём для перевода языка ДНК на язык белков».

Молекулы РНК происходят из объединения в цепи переменного числа рибонуклеотидов. Фосфатная группа, азотистое основание и сахар с 5 атомами углерода, называемые рибозой, участвуют в образовании каждого отдельного рибонуклеотида.

Что такое РНК?

РНК, или рибонуклеиновая кислота, представляет собой биологическую макромолекулу, принадлежащую к категории нуклеиновых кислот, которая играет центральную роль в генерации белков, начиная с ДНК .

Генерация белков (которые также являются биологическими макромолекулами) включает ряд клеточных процессов, которые в совокупности называются синтезом белков .

ДНК, РНК и белки имеют фундаментальное значение для обеспечения выживания, развития и правильного функционирования клеток живых организмов.

Что такое ДНК?

ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, является другой нуклеиновой кислотой, существующей в природе, наряду с РНК.

Структурно сходная с рибонуклеиновой кислотой, дезоксирибонуклеиновая кислота является генетическим наследием, то есть «генным хранилищем», содержащимся в клетках живых организмов. Образование РНК и, косвенно, образование белков зависит от ДНК.

ИСТОРИЯ РНК

Рисунок: рибоза и дезоксирибоза

Исследования РНК начались после 1868 года, когда Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты.

Первые важные открытия в этом отношении датируются второй половиной 1950-х годов и первой частью 1960-х годов. Среди ученых, которые участвовали в этих открытиях, заслуживают особого упоминания Северо Очоа, Алекс Рич, Дэвид Дэвис и Роберт Холли .

В 1977 году группа исследователей во главе с Филиппом Шарпом и Ричардом Робертсом расшифровала процесс сплайсинга интронов.

В 1980 году Томас Чех и Сидни Альтман определили рибозимы.

* Обратите внимание: чтобы узнать о сплайсинге интронов и рибозимах, см. Главы, посвященные синтезу и функциям РНК.

структура

С химико-биологической точки зрения РНК является биополимером . Биополимеры - это большие природные молекулы, являющиеся результатом объединения в цепочки или филаменты множества меньших молекулярных единиц, называемых мономерами .

Мономеры, из которых состоит РНК, являются нуклеотидами .

РНК ЕСТЬ, КАК ОБЫЧНО, ОДНА ЦЕПЬ

Молекулы РНК представляют собой молекулы, обычно состоящие из отдельных нуклеотидных цепей ( полинуклеотидных филаментов ).

Длина клеточных РНК варьируется от менее ста до даже нескольких тысяч нуклеотидов.

Число составляющих нуклеотидов является функцией роли, которую играет рассматриваемая молекула.

Сравнение с ДНК

В отличие от РНК, ДНК представляет собой биополимер, обычно образованный двумя нитями нуклеотидов.

Соединенные вместе, эти два полинуклеотидных филамента имеют противоположную ориентацию и, оборачиваясь друг в друга, образуют двойную спираль, известную как « двойная спираль ».

Общая молекула ДНК человека может содержать около 3, 3 миллиарда нуклеотидов на нить .

ОБЩАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕОТИДА

По определению нуклеотиды - это молекулярные единицы, из которых состоят нуклеиновые кислоты РНК и ДНК.

Со структурной точки зрения, общий нуклеотид является результатом объединения трех элементов:

• Фосфатная группа, которая является производным фосфорной кислоты;
• Пентоза, то есть сахар с 5 атомами углерода;
• Азотистое основание, которое представляет собой ароматическую гетероциклическую молекулу.

Пентоза является центральным элементом нуклеотидов, поскольку фосфатная группа и азотистое основание связываются с ней.

Рисунок: элементы, которые составляют общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистая основа связаны с сахаром.

Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, является фосфодиэфирной связью, в то время как химическая связь, которая объединяет пентозу и азотистую основу, является N-гликозидной связью .

ЧТО ТАКОЕ РНК ПЕНТОСО?

Предпосылка: химики подумали о нумерации углей, из которых состоят органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Тогда, вот, что 5 углей пентозы становятся: углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5. Критерий для назначения чисел довольно сложен, поэтому мы считаем целесообразным опустить объяснение.

Сахар с 5 атомами углерода, который отличает структуру нуклеотидов РНК, является рибозой .

Из 5 атомов углерода рибозы они заслуживают особого упоминания:

• Углерод 1, потому что он связывает азотистое основание через N-гликозидную связь.
• Углерод 2, потому что это то, что отличает пентозу нуклеотидов РНК от пентозы нуклеотидов ДНК. С углеродом 2 РНК связаны атом кислорода и атом водорода, которые вместе образуют гидроксильную группу ОН .
• Углерод 3, потому что это то, что участвует в связи между двумя последовательными нуклеотидами .
• Углерод 5, потому что это то, что присоединяется к фосфатной группе через фосфодиэфирную связь.

Из-за присутствия рибозного сахара РНК-нуклеотиды называются рибонуклеотидами .

Сравнение с ДНК

Пентоза, которая составляет нуклеотиды ДНК, является дезоксирибозой .

Дезоксирибоза отличается от рибозы из-за отсутствия атомов кислорода на углероде 2.

Таким образом, в нем отсутствует гидроксильная группа ОН, которая характеризует 5-углеродную РНК-сахар.

Из-за присутствия дезоксирибозного сахара нуклеотиды ДНК также известны как дезоксирибонуклеотиды .

ВИДЫ НУКЛЕОТИДОВ И АЗОТНЫХ ОСНОВ

РНК имеет 4 различных типа нуклеотидов .

Только азотистое основание отличает эти 4 различных типа нуклеотидов.

Поэтому по очевидным причинам существует 4 азотистых основания РНК, а именно: аденин (сокращенно A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U).

Аденин и гуанин относятся к классу пуринов, двойных кольцевых ароматических гетероциклических соединений.

Цитозин и урацил, с другой стороны, попадают в категорию пиримидинов, одноцепочечных ароматических гетероциклических соединений.

Сравнение с ДНК

Азотистые основания, которые различают нуклеотиды ДНК, такие же, как и для РНК, за исключением урацила. Вместо последнего существует азотистое основание под названием тимин (Т), которое относится к категории пиримидинов.

СВЯЗЬ С НУКЛЕОТИДАМИ

Каждый нуклеотид, образующий любую цепь РНК, связывается со следующим нуклеотидом посредством фосфодиэфирной связи между углеродом 3 его пентозы и непосредственно следующей нуклеотид-фосфатной группой.

КОНЕЦ РНК МОЛЕКУЛЫ

Любая полинуклеотидная нить РНК имеет два конца, известные как 5'-конец (читается как "заканчивается первая пятерка") и заканчивается 3 ' (читается как "наконечник третий сначала").

По соглашению, биологи и генетики установили, что 5 ' конец представляет головку нити РНК, а 3' конец представляет ее хвост .

С химической точки зрения, 5'-конец совпадает с фосфатной группой первого нуклеотида полинуклеотидной цепи, тогда как 3'-конец совпадает с гидроксильной группой, расположенной на углероде 3 последнего нуклеотида той же цепи.

Именно на основе этой организации в генетических и молекулярно-биологических книгах полинуклеотидные цепи любой нуклеиновой кислоты описываются следующим образом: P-5 '→ 3'-OH (* NB: буква P обозначает атом фосфор фосфатной группы).

Применяя понятия 5 'концов и 3' концов к одному нуклеотиду, 5 'конец последнего представляет собой фосфатную группу, связанную с углеродом 5, тогда как его 3' конец представляет собой гидроксильную группу в сочетании с углеродом 3.

В обоих случаях читателю предлагается обратить внимание на численное повторение: 5 'концевая - фосфатная группа на углероде 5 и 3' концевая - гидроксильная группа на углероде 3.

локализация

В ядросодержащих клетках (то есть с ядром) живого существа молекулы РНК могут быть найдены как в ядре, так и в цитоплазме .

Эта широкая локализация зависит от того факта, что некоторые клеточные процессы, с РНК в качестве главного героя, расположены в ядре, а другие происходят в цитоплазме.

Сравнение с ДНК

ДНК эукариотических организмов (а следовательно, и человеческая ДНК) расположена исключительно внутри ядра клетки.

резюме

Процесс синтеза РНК основан на внутриклеточном ферменте (т.е. расположенном внутри клетки), называемом РНК-полимеразой (NB: фермент представляет собой белок).

РНК-полимераза клетки использует ДНК, присутствующую внутри ядра той же клетки, как если бы она была плесенью, для создания РНК.

Другими словами, это своего рода копир, который транскрибирует то, что возвращает ДНК на другой язык - язык РНК.

Более того, этот процесс синтеза РНК с помощью РНК-полимеразы носит научное название транскрипции .

Эукариотические организмы, как и люди, обладают 3 различными классами РНК-полимераз : РНК-полимераза I, РНК-полимераза II и РНК-полимераза III.

Каждый класс РНК-полимеразы создает особые типы РНК, которые, как читатель сможет выяснить в следующих главах, играют разные биологические роли в контексте клеточной жизни.

КАК РАБОТАЕТ ПОЛИМЕРАЗА РНК

РНК-полимераза способна:

• Распознать на ДНК сайт, с которого начинается транскрипция,
• Привязать к ДНК,
• Разделяют две полинуклеотидные цепи ДНК (которые удерживаются вместе водородными связями между азотистыми основаниями), чтобы действовать только на одну цепь, и
• Начните синтез транскрипта РНК.

Каждый из этих этапов происходит всякий раз, когда РНК-полимераза собирается осуществить процесс транскрипции. Поэтому все они являются обязательными шагами.

РНК-полимераза синтезирует молекулы РНК в направлении 5 ' → 3' . По мере добавления рибонуклеотидов в зарождающуюся молекулу РНК он перемещается в цепь ДНК плесени в направлении 3 ' → 5' .

МОДИФИКАЦИИ РНК-ТРАНСКРИПТА

После транскрипции РНК претерпевает некоторые модификации, в том числе: добавление некоторых нуклеотидных последовательностей на обоих концах, потеря так называемых интронов (процесс, известный как сплайсинг ) и т. Д.

Следовательно, что касается исходного сегмента ДНК, полученная РНК имеет некоторые различия относительно длины полинуклеотидной цепи (в общем, она короче).

Типы

Существует несколько типов РНК .

Наиболее известными и изученными являются: транспортная РНК (или транспортная РНК или тРНК ), РНК-мессенджер (или РНК-мессенджер или мРНК ), рибосомная РНК (или рибосомная РНК или рРНК ) и малая ядерная РНК (или малая ядерная РНК или snRNA ).

Хотя они выполняют разные специфические роли, тРНК, мРНК, рРНК и snRNA вносят свой вклад в реализацию общей цели: синтез белка, начиная с нуклеотидных последовательностей, присутствующих в ДНК.

ДРУГИЕ ВИДЫ РНК ВСЕ ЕЩЕ

В клетках эукариотических организмов исследователи обнаружили другие типы РНК, помимо 4, упомянутых выше. Например:

• Микро РНК (или микроРНК ), которые представляют собой филаменты длиной чуть больше 20 нуклеотидов, и
• РНК, которая составляет рибозимы . Рибозимы представляют собой молекулы РНК с каталитической активностью, такие как ферменты.

МиРНК и рибозимы также участвуют в процессе синтеза белка, как тРНК, мРНК и т. Д.

функция

РНК представляет собой биологическую макромолекулу прохождения между ДНК и белками, то есть длинные биополимеры, молекулярными единицами которых являются аминокислоты .

РНК сопоставима со словарем генетической информации, поскольку она позволяет транслировать нуклеотидные сегменты ДНК (которые затем являются так называемыми генами) в аминокислоты белков.

Одним из наиболее частых описаний функциональной роли, охватываемой РНК, является: «РНК - это нуклеиновая кислота, участвующая в кодировании, декодировании, регуляции и экспрессии генов».

РНК является одним из трех ключевых элементов так называемой центральной догмы молекулярной биологии, которая гласит: «РНК происходит из ДНК, из которой, в свою очередь, происходят белки» ( ДНК → РНК → белки ).

ТРАНСКРИПЦИЯ И ПЕРЕВОД

Вкратце, транскрипция - это серия клеточных реакций, которые приводят к образованию молекул РНК, начиная с ДНК.

Трансляция, с другой стороны, представляет собой набор клеточных процессов, которые заканчиваются продукцией белков, начиная с молекул РНК, продуцируемых в процессе транскрипции.

Биологи и генетики придумали термин «перевод», потому что от языка нуклеотидов мы переходим к языку аминокислот.

ВИДЫ И ФУНКЦИИ

Процессы транскрипции и трансляции рассматривают все вышеупомянутые типы ANN (тРНК, мРНК и т. Д.) В качестве протагонистов:

• МРНК - это молекула РНК, кодирующая белок . Другими словами, мРНК представляют собой белки до процесса трансляции нуклеотидов в белковые аминокислоты.

  МРНК претерпевает несколько модификаций после их транскрипции.

• ТРНК являются некодирующими молекулами РНК, но все же необходимы для образования белка. Фактически, они играют ключевую роль в расшифровке того, что сообщают молекулы мРНК.

  Название «транспортная РНК» происходит от того факта, что эти ANN несут на себе аминокислоту. Чтобы быть более точным, каждая аминокислота соответствует определенной тРНК.

  ТРНК взаимодействуют с мРНК через три конкретных нуклеотида их последовательности.

• РРНК - это молекулы РНК, которые образуют рибосомы . Рибосомы представляют собой сложные клеточные структуры, которые, двигаясь вдоль мРНК, объединяют аминокислоты белка.

  Общая рибосома содержит внутри себя несколько сайтов, в которых она может разместить тРНК и заставить их встречаться с мРНК. Именно здесь три указанных выше нуклеотида взаимодействуют с РНК-мессенджером.

• SnRNAs представляют собой молекулы РНК, которые участвуют в процессе сплайсинга интронов на мРНК. Интроны - это короткие сегменты некодирующих мРНК, которые бесполезны для синтеза белка.
• Рибозимы представляют собой молекулы РНК, которые катализируют разрезание рибонуклеотидных нитей, где это необходимо.

Рисунок: трансляция мРНК.