ARN: FUNKCIJOS, STRUKTŪRA IR TIPAI - BIOLOGIJA - 2025

RNR arba RNR (ribonukleino rūgštis) yra nukleininės rūgšties kiekis, esantis eukariotuose, prokariotuose ir virusų tipas. Tai yra nukleotidinis polimeras, kurio struktūroje yra keturių rūšių azotinės bazės: adeninas, guaninas, citozinas ir uracilas.

RNR paprastai randama kaip viena juosta (išskyrus kai kuriuos virusus), linijiniu būdu arba iš daugybės sudėtingų struktūrų. Tiesą sakant, RNR turi struktūros dinamiką, kurios DNR dviguboje spiralėje nepastebėta. Skirtingi RNR tipai turi labai skirtingas funkcijas.

Ribosominės RNR yra ribosomų, struktūrų, atsakingų už baltymų sintezę ląstelėse, dalis. Messenger RNR veikia kaip tarpininkai ir perduoda genetinę informaciją į ribosomą, kuri perteikia pranešimą iš nukleotidų sekos į aminorūgščių seką.

Perdavimo RNR yra atsakingos už įvairių aminorūgščių -20 viso tipo aktyvavimą ir perkėlimą į ribosomas. Kiekvienai aminorūgščiai yra pernešančios RNR molekulė, atpažįstanti pasiuntinio RNR seką.

Be to, yra ir kitų rūšių RNR, kurios tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje ir dalyvauja genų reguliavime.

Struktūra

Pagrindiniai RNR vienetai yra nukleotidai. Kiekvienas nukleotidas yra sudarytas iš azoto bazės (adenino, guanino, citozino ir uracilo), pentozės ir fosfato grupės.

Nukleotidai

Azoto bazės yra gaunamos iš dviejų pagrindinių junginių: pirimidinų ir purinų.

Iš purinų gaunamos bazės yra adeninas ir guaninas, o bazės, gautos iš pirimidinų, yra citozinas ir uracilas. Nors tai yra labiausiai paplitusios bazės, nukleorūgštys gali turėti ir kitų rūšių bazių, kurios yra mažiau paplitusios.

Kalbant apie pentozę, tai yra d-ribozės vienetai. Todėl nukleotidai, sudarantys RNR, yra vadinami „ribonukleotidais“.

RNR grandinė

Nukleotidai yra sujungti cheminiais ryšiais, kuriuose yra fosfato grupė. Norėdami juos suformuoti, fosfato grupė nukleotido 5 ′ gale yra prijungta prie hidroksilo grupės (–OH) kito nukleotido 3 ′ gale ir taip sukuria į fosfodiesterį panašų ryšį.

Palei nukleorūgščių grandinę fosfodiesteriniai ryšiai yra vienodos orientacijos. Todėl yra stygos poliškumas, skiriantis 3 ′ ir 5 ′ galą.

Pagal nukleorūgščių struktūrą išilgai yra 5 'kairėje pusėje ir 3' dešinėje.

RNR DNR transkripcijos produktas yra vienos grandinės juosta, kuri spiralės pavidalo sukraunant pagrindus sukasi į dešinę. Dėl purinų sąveika tarp purinų yra daug didesnė nei dviejų pirimidinų sąveika.

RNR negalima kalbėti apie tradicinę antrinę struktūrą ir nuorodą, pavyzdžiui, dvigubą DNR spiralę. Kiekvienos RNR molekulės trimatė struktūra yra unikali ir sudėtinga, panaši į baltymų struktūrą (logiškai sakant, mes negalime globalizuoti baltymų struktūros).

Jėgos, kurios stabilizuoja RNR

Yra silpna sąveika, prisidedanti prie RNR stabilizavimo, ypač bazės kaupimasis, kai žiedai yra vienas ant kito. Šis reiškinys taip pat prisideda prie DNR spiralės stabilumo.

Jei RNR molekulė randa papildomą seką, jie gali susieti ir sudaryti dvigubą grandinę, kuri pasisuka į dešinę. Vyraujanti forma yra A rūšis; Kalbant apie Z formas, jos buvo įrodytos tik laboratorijoje, o B formos nepastebėta.

Paprastai yra trumpos sekos (tokios kaip UUGG), esančios RNR gale ir turinčios stabilių kilpų sudarymo ypatumą. Ši seka dalyvauja RNR trimatės struktūros sulankstyme.

Be to, vandenilio jungtys gali susidaryti ir kitose vietose, išskyrus tipiškas bazių poras (AU ir CG). Viena iš šių sąveikų vyksta tarp ribozės 2'-OH su kitomis grupėmis.

Įvairių RNR struktūrų pašalinimas padėjo įrodyti daugybines šios nukleorūgšties funkcijas.

RNR rūšys ir funkcijos

Yra dvi RNR klasės: informacinė ir funkcinė. Pirmai grupei priklauso RNR, kurios dalyvauja baltymų sintezėje ir yra tarpininkai procese; informacinės RNR yra pasiuntinių RNR.

Priešingai, RNR, priklausantys antrajai klasei, funkcinei, nesukelia naujos baltymo molekulės, o pati RNR yra galutinis produktas. Tai yra pernešančiosios RNR ir ribosominės RNR.

Žinduolių ląstelėse 80% RNR yra ribosominė RNR, 15% yra pernešančioji RNR, ir tik nedidelė dalis atitinka pasiuntinio RNR. Šie trys tipai bendradarbiauja siekdami baltymų biosintezės.

Taip pat yra mažų branduolinių RNR, mažų citoplazminių RNR ir mikroRNR. Kiekvienas iš svarbiausių tipų bus išsamiai aprašytas toliau:

Messenger RNR

Eukariotuose DNR ribojasi su branduoliu, o baltymų sintezė vyksta ląstelės citoplazmoje, kur randamos ribosomos. Dėl šio erdvinio atskyrimo turi būti tarpininkas, pernešantis žinią iš branduolio į citoplazmą, o ta molekulė yra pasiuntinio RNR.

Messenger RNR, sutrumpintai mRNR, yra tarpinė molekulė, kurioje yra DNR užkoduota informacija ir kuri nurodo aminorūgščių seką, dėl kurios susidarys funkcinis baltymas.

Terminą „pasiuntinys RNR“ 1961 m. Pasiūlė François Jacob ir Jacques Monod apibūdinti RNR dalį, perduodančią žinutę iš DNR į ribosomas.

MRNR sintezės procesas iš DNR grandinės yra žinomas kaip transkripcija ir vyksta skirtingai tarp prokariotų ir eukariotų.

Genų ekspresiją reguliuoja keli veiksniai ir priklauso nuo kiekvienos ląstelės poreikių. Transkripcija yra padalinta į tris etapus: iniciacija, pailginimas ir pabaiga.

Transkripcija

DNR replikacijos procesas, vykstantis kiekviename ląstelių dalijime, kopijuoja visą chromosomą. Tačiau transkripcijos procesas yra daug selektyvesnis, jame nagrinėjami tik specifiniai DNR grandinės segmentai ir jam nereikia grunto.

Escherichia coli - geriausiai ištirtoje gyvybės mokslų bakterijoje - transkripcija prasideda DNR dvigubos spiralės atsukimu ir susidaro transkripcijos kilpa. Fermento RNR polimerazė yra atsakinga už RNR sintezę, o tęsiant transkripciją DNR grandinė grįžta į pradinę formą.

Inicijavimas, pailginimas ir nutraukimas

Transkripcija nėra inicijuojama atsitiktinėse DNR molekulės vietose; yra specializuotų šio reiškinio svetainių, vadinamų vykdytojais. E. coli RNR polimerazė yra sujungta keliomis bazinėmis poromis virš tikslinės srities.

Sekos, kuriose transkripcijos faktoriai yra susieti, yra gana konservuoti tarp skirtingų rūšių. Viena iš geriausiai žinomų promotoriaus sekų yra TATA dėžutė.

Pailgindamas RNR polimerazės fermentas prideda naujų nukleotidų į 3'-OH galą, eidamas kryptimi nuo 5 ′ iki 3 ′. Hidroksilo grupė veikia kaip nukleofilas, veikdamas pridedamo nukleotido alfa fosfatą. Ši reakcija išskiria pirofosfatą.

Messenger RNR sintetinti naudojama tik viena DNR grandinė, kuri nukopijuojama 3 ′ –5 ′ kryptimi (naujos RNR grandinės antiparallelė). Pridedamas nukleotidas turi atitikti bazių poravimą: U poros su A ir G su C.

RNR polimerazė sustabdo procesą, kai randama regionų, kuriuose gausu citozino ir guanino. Galų gale naujoji pasiuntinio RNR molekulė yra atskirta nuo komplekso.

Transkripcija prokariotuose

Prokariotuose RNR molekulė gali koduoti daugiau nei vieną baltymą.

Kai mRNR koduoja tik baltymą ar polipeptidą, ji vadinama monocistronine mRNR, tačiau jei ji koduoja daugiau nei vieną baltymo produktą, mRNR yra polistristroninė (atkreipkite dėmesį, kad šiame kontekste terminas cistronas reiškia geną).

Transkripcija eukariotuose

Eukariotų organizmuose didžioji dauguma mRNR yra monocistroninės, o transkripcijos mechanizmas yra daug sudėtingesnis šioje organizmo rūšyje. Jie pasižymi trimis RNR polimerazėmis, pažymėtomis I, II ir III, kiekviena turi specifines funkcijas.

Aš esu atsakingas už pre-RRNR sintezę, II sintezuoja pasiuntinio RNR ir keletą specialių RNR. Galiausiai III rūpinasi RNR, ribosomų 5S ir kitų mažų RNR perdavimu.

Messenger RNR eukariotuose

Messenger RNR patiria daugybę specifinių eukariotų modifikacijų. Pirmasis apima „dangtelio“ pridėjimą prie 5 ′ galo. Chemiškai dangtelis yra 7-metilguanozino liekana, pritvirtinta prie galo 5 ', 5'-trifosfato jungtimi.

Šios zonos vaidmuo yra apsaugoti RNR nuo galimo ribonukleazių (fermentų, kurie skaido RNR į mažesnius komponentus) skilimą.

Be to, pašalinamas 3 ′ galas ir pridedama nuo 80 iki 250 adenino liekanų. Ši struktūra yra žinoma kaip poliA „uodega“ ir naudojama kaip surišimo vieta įvairiems baltymams. Kai prokariotas įsigyja poliA uodegą, jis linkęs skatinti jo skilimą.

Kita vertus, šis pasiuntinys yra perrašytas su intronais. Intronai yra DNR sekos, kurios nėra geno dalis, tačiau „nutraukia“ tą seką. Intronai nėra išversti, todėl juos reikia pašalinti iš pranešimų programos.

Daugelyje stuburinių genų yra intronai, išskyrus genus, kurie koduoja histonus. Panašiai, introno skaičius gene gali skirtis nuo kelių iki keliolikos jų.

Sujungimas

RNR raižymo arba sujungimo procesas apima intronų pašalinimą pasiuntinio RNR.

Kai kurie branduolių ar mitochondrijų genuose esantys intronai gali atlikti sujungimo procesą be fermentų ar ATP pagalbos. Vietoj to, procesas vykdomas perteršimo reakcijomis. Šis mechanizmas buvo aptiktas kremzlių pirmuonių Tetrahymena thermophila.

Priešingai, yra kita pasiuntinių grupė, kurie nesugeba tarpininkauti dėl savo susiuvimo, todėl jiems reikalinga papildoma technika. Šiai grupei priklauso gana didelis skaičius branduolinių genų.

Sujungimo procesą tarpininkauja baltymų kompleksas, vadinamas splaisosomos arba splaisingo kompleksu. Sistema sudaryta iš specializuotų RNR kompleksų, vadinamų mažais branduoliniais ribonukleoproteinais (RNP).

Yra penki RNP tipai: U1, U2, U4, U5 ir U6, kurie randami branduolyje ir tarpininkauja susiuvimo procese.

Splaisingas gali gaminti daugiau nei vienos rūšies baltymus - tai vadinama alternatyviu splaisingu - nes egzonai yra išdėstyti skirtingai, sukuriant pasiuntinių RNR veisles.

Ribosominė RNR

Ribosominė RNR, sutrumpintai rRNR, randama ribosomose ir dalyvauja baltymų biosintezėje. Todėl tai yra esminis visų ląstelių komponentas.

Ribosominė RNR jungiasi su baltymų molekulėmis (maždaug 100), kad susidarytų ribosomų pirminiai vienetai. Jie klasifikuojami atsižvelgiant į jų sedimentacijos koeficientą, žymimą raide S Svedbergo vienetams.

Ribosomą sudaro dvi dalys: pagrindinis subvienetas ir mažasis subvienetas. Abu subvienetai skiriasi nuo prokariotų ir eukariotų pagal sedimentacijos koeficientą.

Prokariotai turi didelį 50S subvienetą ir mažą 30S subvienetą, tuo tarpu eukariotuose didelis subvienetas yra 60S, o mažasis 40S.

Genai, koduojantys ribosomines RNR, yra branduolyje, tam tikroje branduolio srityje, kuri nėra ribojama membrana. Ribosomines RNR šiame regione perrašo RNR polimerazė I.

Ląstelėse, kurios sintezuoja didelį kiekį baltymų; branduolys yra ryški struktūra. Tačiau kai nagrinėjamai ląstelei nereikia daug baltymų turinčių produktų, branduolys yra beveik nepastebima struktūra.

MikroRNR

MikroRNR arba miRNR yra trumpų viengrandžių RNR tarp 21 ir 23 nukleotidų rūšis, kurių funkcija yra reguliuoti genų ekspresiją. Kadangi jis nėra perkeltas į baltymus, jis dažnai vadinamas nekoduojančia RNR.

Kaip ir kitų rūšių RNR, mikroRNR perdirbimas yra sudėtingas ir apima daugybę baltymų.

MikroRNR atsiranda iš ilgesnių pirmtakų, vadinamų mi-priRNR, gautų iš pirmojo geno nuorašo. Ląstelės branduolyje šie pirmtakai yra modifikuoti mikroprocesoriaus komplekse ir rezultatas yra pre-miRNR.

Pre-miRNR yra 70 nukleotidinių plaukų smeigtukai, kuriuos citoplazmoje toliau apdoroja fermentas, vadinamas Dicer, kuris surenka RNR sukeltą triukšmo slopinimo kompleksą (RISC) ir galiausiai miRNR yra sintetinamas.

Šios RNR gali reguliuoti genų ekspresiją, nes jos papildo specifines pasiuntinių RNR. Susirišdami su savo taikiniu, miRNR sugeba slopinti pasiuntinį ar net jį degraduoti. Todėl ribosoma negali išversti minėto stenogramos.

RNR nutildymas

Vienas ypatingas mikroRNR tipas yra mažos trukdančios RNR (siRNR), dar vadinamos slopinančiomis RNR. Tai yra trumpos RNR, nuo 20 iki 25 nukleotidų, kurios trukdo ekspresuoti tam tikrus genus.

Jos yra labai perspektyvios tyrimų priemonės, nes jos leidžia nutildyti dominantį geną ir tokiu būdu ištirti jo galimą funkciją.

Skirtumai tarp DNR ir RNR

Nors DNR ir RNR yra nukleorūgštys ir iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti labai panašiai, jos skiriasi keliomis savo cheminėmis ir struktūrinėmis savybėmis. DNR yra dvigubos juostos molekulė, o RNR yra vienos juostos.

Taigi RNR yra universalesnė molekulė ir gali įgauti daugybę įvairių trijų dimensijų pavidalų. Tačiau kai kurių virusų genetinėje medžiagoje yra dvigubos juostos RNR.

RNR nukleotiduose cukraus molekulė yra ribozė, o DNR - dezoksiribozė, besiskirianti tik tuo, kad yra deguonies atomas.

DNR ir RNR stuburo fosfodiesterinis ryšys yra linkęs į lėto hidrolizės procesą be fermentų. Šarminėmis sąlygomis RNR greitai hidrolizuojasi - dėka papildomos hidroksilo grupės -, o DNR ne.

Taip pat azoto bazės, sudarančios DNR nukleotidus, yra guaninas, adeninas, timinas ir citozinas; priešingai, RNR timinas yra pakeistas uracilu. Uracilis gali poruotis su adeninu, kaip ir timinas DNR.

Kilmė ir raida

RNR yra vienintelė žinoma molekulė, galinti vienu metu kaupti informaciją ir katalizuoti chemines reakcijas; Dėl šios priežasties keli autoriai teigia, kad RNR molekulė buvo gyvybiškai svarbi. Keista, bet ribosomų substratai yra kitos RNR molekulės.

Ribochemimų atradimas paskatino biocheminį „fermento“ apibrėžimą, nes anksčiau terminas buvo vartojamas tik baltymams, turintiems katalizinį aktyvumą, ir padėjo paremti scenarijų, kai pirmosios gyvybės formos kaip genetinę medžiagą naudojo tik RNR.

Nuorodos

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J ir kt. (2002). Ląstelės molekulinė biologija. 4-asis leidimas. Niujorkas: girliandų mokslas. Nuo DNR iki RNR. Galima rasti: ncbi.nlm.nih.gov
2. Bergas, J. M., Stryeris, L., ir Tymoczko, J. L. (2007). Biochemija. Aš atbuline eiga.
3. Campbell, NA, ir Reece, JB (2007). Biologija. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH ir kt. (1999). Šiuolaikinė genetinė analizė. Niujorkas: WH Freeman. Genai ir RNR. Galima rasti: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Medicininės fiziologijos sutartis. Elsevier.
6. Salė, JE (2015). Gytono ir Hallo medicinos fiziologijos vadovėlis. Elsevier sveikatos mokslai.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL ir kt. (2000) Molekulinių ląstelių biologija. 4-asis leidimas. Niujorkas: WH Freeman. 11.6 skyrius. RRNR ir tRNR apdorojimas. Galima rasti: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.