Vrste RNA, funkcija i struktura

Različiti tipovi DNA i RNA - nukleinske kiseline - jedan je od predmeta proučavanja molekularne biologije. Jedno od najperspektivnijih i najbrže razvijajućih područja u ovoj znanosti u posljednjih nekoliko godina je proučavanje RNA.

Ukratko o strukturi RNA

Dakle, RNK, ribonukleinska kiselina, je biopolimer čija je molekula lanac koji čine četiri vrste nukleotida. Svaki nukleotid se sastoji od dušične baze (adenin A, gvanin G, uracil U, ili citozina C) zajedno sa šećerom ribozom i ostatkom fosforne kiseline. Fosfatni ostaci, koji se povezuju s ribozama susjednih nukleotida, "šivaju" blokove RNA konstituenta u makromolekulu - polinukleotid. To čini primarnu strukturu RNA.

Sekundarna struktura - formiranje dvostrukog lanca - formirana je u nekim dijelovima molekule u skladu s načelom komplementarnosti dušičnih baza: adenin tvori par s uracilom kroz dvostruku, a guanin s citozinom - trostruku vodikovu vezu.

U radnom obliku RNA molekula također formira tercijarnu strukturu - posebnu prostornu strukturu, konformaciju.

Sinteza RNA

Svi tipovi RNA sintetizirani su pomoću enzima RNA polimeraze. Može biti ovisna o DNA i RNA, to jest, katalizirati sintezu DNA i RNA predloška.

Sinteza se temelji na komplementarnosti baza i antiparalelnosti smjera čitanja genetskog koda i odvija se u nekoliko faza.

Prvo, dolazi do prepoznavanja i vezivanja RNA polimeraze za specifičnu sekvencu nukleotida na DNA promotoru, nakon čega se dvostruka spirala DNK odvija u malom području i skup RNA molekule počinje preko jednog od lanaca, nazvanih predložak (drugi lanac DNA se naziva kodiranje - njegova kopija se sintetizira RNK). Asimetrija promotora određuje koji će od DNK lanaca poslužiti kao predložak, te tako omogućuje RNA polimerazi da inicira sintezu u pravom smjeru.

Sljedeći korak zove se izduženje. Transkripcijski kompleks, uključujući RNA polimerazu i nevezano područje s hibridom DNA-RNA, počinje se kretati. Kako ovaj pokret napreduje, lanac RNK koji se širi postupno se razdvaja, a dvostruka spirala DNK odvija se ispred kompleksa i vraća se iza nje.

Završna faza sinteze događa se kada RNA polimeraza dosegne poseban dio predloška, ​​nazvan terminator. Prestanak (kraj) procesa može se postići na različite načine.

Glavni tipovi RNK i njihova funkcija u stanici

Oni su sljedeći:

• Matrica ili informacijska (mRNA). Kroz nju se vrši transkripcija - prijenos genetskih informacija iz DNK.
• Ribosomal (rRNA), koji osigurava proces translacije - sintezu proteina na mRNA matrici.
• Transport (tRNA). Prepoznaje i prenosi aminokiselinu na ribosom, gdje se odvija sinteza proteina, te sudjeluje u prevođenju.
• Mala RNA je opsežna klasa molekula kratke duljine koja obavlja različite funkcije tijekom procesa transkripcije, sazrijevanja RNA i translacije.
• RNA genomi - kodirajuće sekvence koje sadrže genetske informacije u nekim virusima i viroidima.

Osamdesetih je godina otkrivena katalitička aktivnost RNA. Molekule koje posjeduju ovo svojstvo nazivaju se ribozimi. Naravno, nije poznato mnogo prirodnih ribozima, njihova je katalitička sposobnost niža od proteina, ali u stanici obavljaju iznimno važne funkcije. U tijeku je uspješan rad na sintezi ribozima koji su od praktične važnosti.

Osvrnimo se na različite vrste RNA molekula.

Matrica (informacijska) RNA

Ova molekula se sintetizira preko nereleksiranog dijela DNA, tako kopirajući gen koji kodira jedan ili drugi protein.

RNK eukariotskih stanica, prije nego postane, pak, matrica za sintezu proteina, mora sazreti, odnosno proći kroz kompleks različitih modifikacija - obrade.

Prije svega, u fazi transkripcije, molekula se podvrgava pokrivanju: posebna struktura koja se sastoji od jednog ili više modificiranih nukleotida, kapica, pričvršćena je na njegov kraj. On igra važnu ulogu u mnogim kasnijim procesima i povećava stabilnost mRNA. Takozvani poly (A) rep - slijed adeninskih nukleotida spaja se s drugim krajem primarnog transkripta.

Nakon toga, pre-mRNA je spojena. To je uklanjanje iz molekule nekodirajućih regija - introna, koji su mnogi u DNK eukariota. Zatim slijedi postupak uređivanja mRNA, u kojem je njegov sastav kemijski modificiran, kao i metilacija, nakon čega zrela mRNA napušta staničnu jezgru.

Ribosomska RNA

Osnova ribosoma, kompleksa koji osigurava sintezu proteina, sastoji se od dvije duge rRNA koje tvore podjedinice ribosoma. Oni se sintetiziraju zajedno kao jedna pre-rRNA, koja se zatim dijeli tijekom obrade. Velika subparticle također uključuje rRNK niske molekularne težine sintetizirane iz jednog gena. Ribosomske RNA imaju čvrsto upakiranu tercijarnu strukturu, koja služi kao okvir za proteine ​​prisutne u ribosomu i za obavljanje pomoćnih funkcija.

U ne-radnoj fazi, ribosomske podjedinice su odvojene; nakon pokretanja translacijskog procesa, rRNA male podjedinice spaja se s glasničkom RNA, nakon čega dolazi do potpune integracije elemenata ribosoma. Kada RNA stupa u interakciju s malom podjedinicom s mRNA, potonja kao da je povučena kroz ribosom (što je ekvivalentno kretanju ribosoma duž mRNA). Ribosomska RNA velike podjedinice je ribozim, tj. Ima enzimska svojstva. Katalizira stvaranje peptidnih veza između aminokiselina tijekom sinteze proteina.

Treba napomenuti da najveći dio ukupne RNK u stanici otpada na ribosomal - 70-80%. DNA ima veliki broj gena koji kodiraju rRNA, što osigurava vrlo intenzivnu transkripciju.

Prijenos RNA

Ovu molekulu prepoznaje određena aminokiselina uz pomoć posebnog enzima i, u kombinaciji s njom, prenosi aminokiselinu na ribosom, gdje služi kao posrednik u procesu prevođenja - sintezi proteina. Prijenos se vrši difuzijom u citoplazmi stanice.

Obrađene su tek sintetizirane molekule tRNA, kao i druge vrste RNA. Zrela tRNA u aktivnom obliku ima konformaciju nalik na djetelin list. Na stabljici lista, na mjestu akceptora, nalazi se CCA sekvenca s hidroksilnom skupinom koja se veže za amino kiselinu. Na suprotnom kraju "lista" nalazi se antikodonska petlja koja se povezuje s komplementarnim kodonom za mRNA. D-petlja služi za vezanje transportne RNA s enzimom u interakciji s aminokiselinom, a T-petlja - da se veže na veliku subparticle ribosoma.

Mala RNA

Ove vrste RNA igraju važnu ulogu u staničnim procesima i sada se aktivno proučavaju.

Na primjer, male nuklearne RNA u eukariotskim stanicama uključene su u spajanje iRNK i, eventualno, imaju katalitička svojstva zajedno sa spojevima proteina. Male nukleolarne RNA uključene su u obradu ribosomske i transportne RNA.

Male interferencije i miRNA su bitni elementi sustava regulacije ekspresije gena, koji je potreban stanici da kontrolira svoju strukturu i vitalnu aktivnost. Ovaj sustav je važan dio imunološkog antivirusnog odgovora stanice.

Postoji i klasa malih RNA koje djeluju u kombinaciji s Piwi proteinima. Ovi kompleksi igraju veliku ulogu u razvoju stanica zametne linije, u spermatogenezi i u suzbijanju mobilnih genetskih elemenata.

Genom RNA

RNA molekula se može koristiti kao genom većine virusa. Virusni genomi su različiti - jednostruki i dvostruki, kružni ili linearni. Također, RNA genomi virusa često su segmentirani i općenito kraći od genoma koji sadrže DNA.

Postoji obitelj virusa čija se genetska informacija, kodirana u RNA, nakon infekcije stanice reverznom transkripcijom, kopira na DNA, koja se zatim umeće u genom stanice žrtve. To se zove retrovirus. To uključuje, posebno, virus humane imunodeficijencije.

Vrijednost istraživanja RNA u modernoj znanosti

Ako prevladava mišljenje o sekundarnoj ulozi RNA, sada je jasno da je ona nužan i bitan element unutarstanične aktivnosti. Mnogi procesi od najveće važnosti nisu potpuni bez aktivnog sudjelovanja RNA. Mehanizmi takvih procesa dugo su ostali nepoznati, ali zahvaljujući proučavanju različitih tipova RNK i njihovih funkcija, mnogi detalji se postupno razjašnjavaju.

Moguće je da je RNA odigrala odlučujuću ulogu u nastanku i oblikovanju života u zoru Zemljine povijesti. Rezultati novije studije govore u prilog toj hipotezi, svjedočeći o izvanrednoj starosti mnogih mehanizama funkcioniranja stanica uz sudjelovanje različitih tipova RNA. Na primjer, nedavno otkriveni riboswitches kao dio mRNA (sustav bez proteina regulacije aktivnosti gena u fazi transkripcije), prema mnogim istraživačima, su odjeci u doba kada se primitivni život temelji na RNA, bez sudjelovanja DNA i proteina. Vrlo drevna komponenta regulacijskog sustava su miRNA. Osobitosti strukture katalitički aktivne rRNA ukazuju na njezinu postupnu evoluciju povezivanjem novih fragmenata s drevnim protoribozomom.

Pažljivo proučavanje koje vrste RNA i kako su uključeni u različite procese također je iznimno važno za teorijska i primijenjena područja medicine.