RNA-funktioner, struktur och typer

den RNA eller RNA (ribonukleinsyra) är en typ av nukleinsyra närvarande i eukaryota organismer, prokaryoter och virus. Det är en polymer av nukleotider som innehåller fyra typer av kvävebaser i sin struktur: adenin, guanin, cytosin och uracil.

RNA finns generellt som ett enda band (förutom i vissa virus), linjärt eller bildar en serie komplexa strukturer. Faktum är att RNA har en strukturell dynamik som inte observeras i DNA-dubbelhelixen. De olika typerna av RNA har mycket varierade funktioner.

Ribosomala RNA är en del av ribosomer, de strukturer som är ansvariga för syntesen av proteiner i celler. Messenger-RNA: erna fungerar som mellanhänder och transporterar den genetiska informationen till ribosomen, vilken översätter meddelandet från en nukleotidsekvens till en aminosyrasekvens.

Överförings-RNA är ansvariga för aktivering och överföring av de olika typerna av aminosyror -20 i totalt till ribosomer. Det finns en överförings-RNA-molekyl för varje aminosyra som känner igen sekvensen i messenger-RNA.  

Dessutom finns det andra typer av RNA som inte är direkt involverade i proteinsyntesen och är inblandade i genreglering.

index

• 1 struktur
  • 1,1 Nukleotider
  • 1,2 RNA-kedja
  • 1.3 Krafter som stabiliserar RNA
• 2 Typer av RNA och funktioner
  • 2.1 Messenger RNA
  • 2,2 ribosomalt RNA
  • 2.3 Överför RNA
  • 2,4 MicroRNA
  • 2,5 mute RNA
• 3 Skillnader mellan DNA och RNA
• 4 Ursprung och evolution
• 5 referenser

struktur

De grundläggande enheterna av RNA är nukleotider. Varje nukleotid bildas av en kvävebas (adenin, guanin, cytosin och uracil), en pentos och en fosfatgrupp.

nukleotid

De kvävebaserade baserna är härledda från två grundläggande föreningar: pyrimidiner och puriner.

Baserna härledda från puriner är adenin och guanin och baser härrörande från pyrimidiner är cytosin och uracil. Även om dessa är de vanligaste baserna kan nukleinsyror också presentera andra typer av baser som är mindre frekventa.

När det gäller pentosen är de d-ribosenheter. Nukleotiderna som utgör RNA kallas därför "ribonukleotider".

RNA-kedjan

Nukleotiderna är sammanbundna med kemiska bindningar som involverar fosfatgruppen. Att förbereda dem, fosfatgruppen av 5 'är änden av en nukleotid länkad till hydroxylgruppen (-OH) vid 3' änden av den nästa nukleotiden, vilket skapar en länktyp fosfodiester.

Längs nukleinsyrakedjan har fosfodiesterbindningarna samma orientering. Därför finns en polaritet av strängen, som skiljer mellan 3'- och 5'-änden.

Enligt konventionen representeras nukleinsyrans struktur med 5'-änden till vänster och 3'-änden till höger.

RNA-produkten från DNA-transkriptionen är en enkel kedja som vrider sig till höger, i en spiralformad konformation genom stapling av baserna. Samspelet mellan puriner är mycket större än interaktionen mellan två pyrimidiner, beroende på storlek.

I RNA kan vi inte tala om en traditionell sekundär struktur och referens, liksom dubbelspiralen av DNA. Den tredimensionella strukturen hos varje RNA-molekyl är unik och komplex, jämförbar med proteinerna (logiskt kan vi inte globalisera proteinkonstruktionen).

Krafter som stabiliserar RNA

Det finns svaga interaktioner som bidrar till stabilisering av RNA, i synnerhet stapling av baser, där ringarna ligger ovanför varandra. Detta fenomen bidrar också till stabiliteten hos DNA-helixen.

Om RNA-molekylen finner en komplementär sekvens kan de koppla och bilda en dubbelkedjig struktur som vrider sig till höger. Den dominerande formen är typ A; som för Z-formulären har de bara visats i laboratoriet, medan B-formen inte har observerats.

I allmänhet finns det korta sekvenser (som UUGG) som finns i slutet av RNA och har den särdrag att bilda slingor stabil. Denna sekvens deltar i vikningen av den tredimensionella strukturen hos RNA.

Dessutom kan vätebindningar bildas vid andra ställen som inte är de typiska basparningarna (AU och CG). En av dessa interaktioner uppträder mellan ribosens 2'-OH med andra grupper.

Utspädning av de olika strukturerna som finns i RNA har tjänat till att demonstrera de multipla funktionerna hos denna nukleinsyra.

Typer av RNA och funktioner

Det finns två typer av RNA: den informativa och funktionella. Den första gruppen innehåller de RNA som deltar i syntesen av proteiner och fungerar som processförmedlare; de informativa RNA: erna är messenger-RNA.

I motsats härtill ger de RNA som hör till den andra klassen, de funktionella, inte upphov till en ny proteinmolekyl och RNA i sig är slutprodukten. Dessa är överförings-RNA och ribosomala RNA.

I däggdjursceller är 80% av RNA ribosomalt RNA, 15% överförings-RNA och endast en liten del motsvarar messenger-RNA. Dessa tre typer arbetar tillsammans för att uppnå proteinbiosyntes.

Det finns också små kärn-RNA, små cytoplasmatiska RNA och mikroRNA, bland annat. Därefter beskrivs var och en av de viktigaste typerna i detalj:

Messenger RNA

I eukaryoter är DNA begränsat till kärnan, medan proteinsyntes förekommer i cellens cytoplasma, där ribosomerna är belägna. För denna rumsskillnad måste det finnas en medlare som bär meddelandet från kärnan till cytoplasman och den molekylen är messenger RNA.

Budbärar-RNA, förkortat mRNA, är en mellan molekyl som innehåller den information som kodas i DNA som anger en aminosyrasekvens som resulterar i ett funktionellt protein.

Termen messenger RNA föreslogs 1961 av François Jacob och Jacques Monod för att beskriva den del av RNA som överförde meddelandet från DNA till ribosomer..

Syntesprocessen av ett mRNA från DNA-strängen är känd som transkription och uppträder differensiellt mellan prokaryoter och eukaryoter. 

Genuttryck styrs av flera faktorer och beror på behoven hos varje cell. Transkriptionen är indelad i tre steg: initiering, förlängning och uppsägning.

transkription

DNA-replikationsprocessen, som uppträder i varje celldelning, kopierar hela kromosomen. Transkriptionsprocessen är emellertid mycket mer selektiv, behandlar endast bearbetning av specifika segment av DNA-strängen och kräver inte en primer.

i Escherichia coli -den bakterie som studeras bäst i biologiska vetenskaper - transkription börjar med avveckling av DNA-dubbel-helixen och transkriptionsslingan bildas. RNA-polymerasenzymet är ansvarigt för att syntetisera RNA och, när transkriptionen fortsätter, återgår DNA-strängen till sin ursprungliga form.

Initiering, förlängning och uppsägning

Transkription initieras inte på slumpmässiga platser i DNA-molekylen; Det finns specialiserade platser för detta fenomen, som heter promotorer. i E. coli RNA-polymeraset kopplas ett par baspar över den vita regionen.

Sekvenserna där transkriptionsfaktorerna är kopplade är ganska konserverade bland olika arter. En av de mest kända promotorsekvenserna är TATA-rutan.

Vid förlängning lägger RNA-polymerasenzymet nya nukleotider till 3'-OH-änden, efter 5'-3'-riktningen. Hydroxylgruppen verkar som en nukleofil som attackerar alfa-fosfatet av nukleotiden som kommer att tillsättas. Denna reaktion frigör ett pyrofosfat.

Endast en sträng av DNA används för att syntetisera budbärar-RNA, som kopieras i 3 'till 5' (den antiparallella formen nya RNA-sträng). Nukleotiden som läggs till måste överensstämma med basparingen: U-parning med A och G med C.

RNA-polymeras stoppar processen när den finner regioner rik på cytosin och guanin. Slutligen separeras den nya messenger-RNA-molekylen från komplexet.

Transkription i prokaryoter

I prokaryoter kan en messenger-RNA-molekyl koda för mer än ett protein.

När ett mRNA kodar uteslutande för ett protein eller en polypeptid som kallas monocistronisk mRNA, men mer som kodar för en proteinprodukt är polycistroniskt mRNA (notera att i detta sammanhang begreppet avser genen cistronet).

Transkription i eukaryoter

I eukaryota organismer är den stora majoriteten av mRNA monokistroniska och transkriptionsmaskinen är mycket mer komplex i denna härkomst av organismer. De karakteriseras av att ha tre RNA-polymeraser, betecknade I, II och III, var och en med specifika funktioner.

Jag ansvarar för att syntetisera pre-rRNA, II syntetiserar messenger-RNA och några speciella RNA. Slutligen är III ansvarig för överförings-RNA, 5S-ribosomalt och annat litet RNA.

Messenger RNA i eukaryoter

Messenger RNA genomgår en serie specifika modifieringar i eukaryoter. Det första innebär att en "cap" till 5'-änden läggs till. Kemiskt är kåpan en rest av 7-metylguanosin förankrad till änden genom en bindning av typen 5 ', 5'-trifosfat.

Funktionen för denna zon är att skydda RNA från eventuell nedbrytning av ribonukleaser (enzymer som bryter ned RNA i mindre komponenter).

Dessutom sker borttagning av 3'-änden och 80 till 250 adeninrester tillsätts. Denna struktur är känd som polyA "svans" och tjänar som en bindningszon för flera proteiner. När en prokaryot förvärvar en svanspolyA tenderar det att stimulera dess nedbrytning.

Å andra sidan transkriberas denna budbärare med intronerna. Introns är DNA-sekvenser som inte är en del av genen men "avbryter" sekvensen. Introns översätts inte och måste därför tas bort från budbäraren.

De flesta vertebratgener har introner, förutom gener som kodar för histon. På samma sätt kan antalet introner i en gen variera från några till dussintals av dessa.

splitsning av RNA

Splicing RNA eller splicing-processen involverar avlägsnande av introner i messenger-RNA.

Vissa introner som finns i kärn- eller mitokondriella gener kan utföra processen med splitsning utan hjälp av enzymer eller ATP. Istället utförs processen genom transesterifieringsreaktioner. Denna mekanism upptäcktes i den cilierade protozonen Tetrahymena thermophila.

Däremot finns det en annan grupp budbärare som inte kan förmedla sina egna splitsning, så de behöver ytterligare maskiner. Till denna grupp hör ett ganska stort antal kärngener.

Processen av splitsning det är medierat av ett proteinkomplex kallat ett spiceosom eller splitsningskomplex. Systemet är sammansatt av specialiserade RNA-komplex som kallas nukleära lilla ribonukleoproteiner (RNP).

Det finns fem typer av RNP: U1, U2, U4, U5 och U6, som finns i kärnan och förmedlar processen med splitsning.

den splitsning kan producera mer än en typ av protein - detta är känt som splitsning alternativ - eftersom exoner arrangeras differentiellt, vilket skapar sorter av messenger RNA.

Ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA, förkortat rRNA, finns i ribosomer och deltar i biosyntesen av proteiner. Därför är det en väsentlig del av alla celler.

Ribosomalt RNA är associerat med proteinmolekyler (omkring 100, ungefär) för att ge upphov till ribosomala presubunidader. De klassificeras beroende på deras sedimenteringskoefficient, betecknad med bokstaven S i Svedberg-enheter.

En ribosom består av två delar: huvudunderenheten och den mindre subenheten. Båda subenheterna skiljer sig mellan prokaryoter och eukaryoter när det gäller sedimenteringskoefficienten.

Prokaryoter har en stor 50S-subenhet och en liten 30S-subenhet, medan i eukaryoter den stora subenheten är 60S och den lilla 40S-subenheten.

De gener som kodar för ribosomala RNA är i nukleolus, ett särskilt område av kärnan som inte är bunden av ett membran. Ribosomala RNA transkriberas i denna region med RNA-polymeras I.

I celler som syntetiserar stora mängder proteiner; Nukleolus är en framträdande struktur. När emellertid cellen inte kräver ett stort antal proteinprodukter är nukleolus en nästan omärkbar struktur..

Bearbetning av ribosomalt RNA

Den stora 60S ribosomala underenheten är associerad med fragment 28S och 5,8S. Med avseende på den lilla underenheten (40S) är den associerad med 18S.

I högre eukaryoter, är den för-rRNA kodad i en transkriptionell enhet 45S, som omfattar RNA-polymeras I. Detta transkript bearbetas i moget ribosomalt RNA 28S, 18S och 5.8S.

När syntesen fortsätter är för-rRNA associerat med olika proteiner och bildar ribonukleoproteinpartiklar. Detta genomgår en serie efterföljande modifieringar som innefattar metylering av 2'-OH-gruppen av ribos och omvandlingen av rester av uridin till pseudouridin..

Den region där dessa förändringar kommer att inträffa styrs av mer än 150 små nukleolära RNA-molekyler, vilka har förmågan att fästa vid pre-rRNA.

I motsats till andra pre-rRNA är 5S transkriberas av RNA-polymeras III i nukleoplasman och inte inne i kärnsystemet. Efter att ha syntetiserats tas den till nukleolusen för att montera med 28S och 5,8S, bildande ribosomala enheterna.

Vid slutet av monteringsprocessen överförs subenheterna till cytoplasman av kärnporerna.

polyribosomer

Det kan hända att en molekyl av messenger-RNA ger upphov till flera proteiner samtidigt som man går med mer än en ribosom. När översättningsprocessen fortskrider, är budbärarens slut fri och kan plockas upp av en annan ribosom och starta en ny syntes.

Därför är det vanligt att hitta ribosomer grupperade (mellan 3 och 10) i en enda molekyl av messenger-RNA, och denna grupp kallas polyribosom.

Överför RNA

Överförings-RNA är ansvarig för att överföra aminosyrorna när proteinsyntesprocessen fortskrider. De består av cirka 80 nukleotider (jämfört med messenger RNA, det är en "liten" molekyl).

Strukturen har veck och kors som liknar en trefoil med tre armar. Vid ena änden är en adenylring, där hydroxylgruppen i ribosen medierar bindningen till aminosyran som skall transporteras.

De olika överförings-RNA: erna kombineras exklusivt med en av de tjugo aminosyrorna som bildar proteinerna; Med andra ord är det fordonet som transporterar de grundläggande byggstenarna av proteiner. Överförings-RNA-komplexet tillsammans med aminosyran kallas aminoacyl-tRNA.

Dessutom, i översättningsförfarandet - vilket sker tack vare ribosomerna - känner igen varje överförings-RNA ett specifikt kodon i messenger-RNA. När det är känt frigörs motsvarande aminosyra och blir en del av den syntetiserade peptiden.

För att känna igen typen av aminosyra som måste levereras har RNA ett "anticodon" beläget i molekylens mittområde. Detta anticodon är kapabelt att bilda vätebindningar med de komplementära baser som finns närvarande i messenger-DNA.

MicroRNA

MikroRNA eller mRNA är en kort typ av enkelsträngad RNA, mellan 21 och 23 nukleotider, vars funktion är att reglera uttrycket av gener. Eftersom det inte översätter till protein kallas det vanligen icke-kodande RNA.

Liksom de andra typerna av RNA är behandlingen av mikroRNA komplexa och innefattar en serie proteiner.

MikroRNA härrör från längre prekursorer som kallas mRNA-pri, härledda från det första transkriptet av genen. I cellens kärna modifieras dessa prekursorer i mikroprocessorkomplexet och resultatet är ett pre-miRNA..

Pre-miRNA är gafflarna 70 nukleotider fortsätter bearbetning i cytoplasman av ett enzym som kallas Dicer, som ansluter den komplexa RNA-induced silencing complex (RISC) och slutligen syntetiseras miRNA.

Dessa RNAs kan reglera uttrycket av gener, eftersom de är komplementära till specifika messenger-RNA. När de är kopplade till sitt mål kan miRNA-enheterna undertrycka budbäraren, eller till och med försämra den. Följaktligen kan ribosomen inte översätta nämnda transkript.

Silencing RNA

En viss typ av mikroRNA är liten interfererande RNA (siRNA), även kallad silnings-RNA. De är korta RNA, mellan 20 och 25 nukleotider, som hindrar uttrycket av vissa gener.

De är mycket lovande instrument för forskning, eftersom de tillåter att tysta en gen av intresse och därmed studera sin möjliga funktion.

Skillnader mellan DNA och RNA

Även om DNA och RNA är nukleinsyror och kan se mycket lik vid första anblicken skiljer de sig i flera av deras kemiska och strukturella egenskaper. DNA är en dubbelbandsmolekyl, medan RNA är ett enkelt band.

Därför är RNA en mer mångsidig molekyl och kan anta ett stort antal tredimensionella former. Vissa virus har emellertid dubbelsträngad RNA i deras genetiska material.

I RNA-nukleotider är sockermolekylen en ribos, medan det i DNA är en deoxiribos, som endast skiljer sig i närvaro av en syreatom.

Fosfodiesterbindningen i DNA- och RNA-skelettet är benägen att genomgå en långsam hydrolysprocess och utan närvaro av enzymer. Under alkaliska förhållanden hydrolyseras RNA snabbt - tack vare den extra hydroxylgruppen - medan DNA inte.

På liknande sätt är kvävebaserna som utgör nukleotiderna i DNA guanin, adenin, tymin och cytosin; Å andra sidan ersätts tymin RNA av uracil. Uracil kan parras med adenin, precis som tymin i DNA.

Ursprung och utveckling

RNA är den enda kända molekylen som kan lagra information och katalysera kemiska reaktioner samtidigt. Därför föreslår flera författare att RNA-molekylen var avgörande för livets ursprung. Överraskande är substraten av ribosomerna andra RNA-molekyler.

Upptäckten av ribozymer Lleó biokemi omdefiniering av "enzym" -sedan innan termen användes endast för proteiner med katalytisk aktivitet, och hjälpte stödja ett scenario där de första livsformer som används som genetiskt material endast RNA.

referenser

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. 4: e upplagan. New York: Garland Science. Från DNA till RNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biokemi. Jag vände om.
3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). biologi. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Modern Genetisk Analys. New York: W.H. Freeman. Gener och RNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Fördraget om medicinsk fysiologi. Elsevier.
6. Hall, J.E. (2015). Guyton och Hall textbok av medicinsk fysiologi e-bok. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molecular Cell Biology. 4: e upplagan. New York: W.H. Freeman. Avsnitt 11.6, Behandling av rRNA och tRNA. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M.M. (2008). Lehners principer för biokemi. Macmillan.