Общность
РНК или рибонуклеиновая кислота - это нуклеиновая кислота, участвующая в процессах кодирования, декодирования, регулирования и экспрессии генов. Гены - это более или менее длинные сегменты ДНК, которые содержат фундаментальную информацию для синтеза белков.
Рисунок: Основания азота в молекуле РНК. С сайта wikipedia.org
Проще говоря, РНК происходит от ДНК и представляет собой переходную молекулу между ДНК и белками. Некоторые исследователи называют его «словарем для перевода языка ДНК на язык белков».
Молекулы РНК образуются в результате объединения в цепочки переменного числа рибонуклеотидов.Фосфатная группа, азотистое основание и 5-углеродный сахар, называемый 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 образовании белков из ДНК.
Генерация белков (также биологических макромолекул) включает в себя ряд клеточных процессов, которые вместе называются синтезом белка.
ДНК, РНК и белки необходимы для обеспечения выживания, развития и правильного функционирования клеток живых организмов.
Что такое ДНК?
ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота - другая встречающаяся в природе нуклеиновая кислота, наряду с РНК.
Структурно подобная рибонуклеиновой кислоте, дезоксирибонуклеиновая кислота является генетическим наследием, то есть «хранилищем генов», содержащимся в клетках живых организмов. Образование РНК и, косвенно, белков зависит от ДНК.
ИСТОРИЯ РНК
Рисунок: рибоза и дезоксирибоза
Исследования РНК начались после 1868 года, когда Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты.
Первые импортные открытия в этом отношении датируются периодом между второй половиной «50-х годов ХХ века и первой половиной» 60-х годов. Среди ученых, принимавших участие в этих открытиях, следует особо отметить Северо Очоа, Алекс Рич, Дэвид Дэвис и Роберт Холли.
В 1977 году группа исследователей во главе с Филипом Шарпом и Ричардом Робертсом расшифровала процесс сращивание интронов.
В 1980 году Томас Чех и Сидни Альтман идентифицировали рибозимы.
* Примечание: чтобы узнать, что они собой представляют сращивание интронов и рибозимов см. главы, посвященные синтезу ИНС и ее функциям.
Состав
С химико-биологической точки зрения РНК представляет собой биополимер. Биополимеры - это большие природные молекулы, являющиеся результатом объединения в цепочки или филаменты множества более мелких молекулярных единиц, называемых мономерами.
Мономеры, составляющие РНК, представляют собой нуклеотиды.
ИНН ОБЫЧНО ЯВЛЯЕТСЯ ОДНОЙ ЦЕПОЧКОЙ
Молекулы РНК обычно состоят из одиночных цепочек нуклеотидов (полинуклеотидных цепей).
Длина клеточных РНК колеблется от менее сотни до нескольких тысяч нуклеотидов.
Количество составляющих нуклеотидов зависит от роли, которую играет рассматриваемая молекула.
Сравнение с ДНК
В отличие от РНК, ДНК представляет собой биополимер, обычно состоящий из двух цепей нуклеотидов.
Объединенные вместе, эти две полинуклеотидные нити имеют противоположную ориентацию и, заворачиваясь одна в другую, образуют двойную спираль, известную как «двойная спираль».
Общая молекула ДНК человека может содержать примерно 3,3 миллиарда нуклеотидов на цепь.
ГЕНЕРИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕОТИДА
По определению, нуклеотиды - это молекулярные единицы, из которых состоят РНК и ДНК нуклеиновых кислот.
Со структурной точки зрения общий нуклеотид является результатом объединения трех элементов, а именно:
- Фосфатная группа, являющаяся производным фосфорной кислоты;
- Пентоза, то есть сахар с 5 атомами углерода;
- Азотистое основание, представляющее собой ароматическую гетероциклическую молекулу.
Пентоза представляет собой центральный элемент нуклеотидов, поскольку с ней связываются фосфатная группа и азотистое основание.
Рисунок: Элементы, составляющие общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистое основание связываются с сахаром.
Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, представляет собой фосфодиэфирную связь, в то время как химическая связь, связывающая пентозу и азотистое основание, представляет собой N-гликозидную связь.
ЧТО ТАКОЕ ПЕНТОЗ РНК?
Посылка: химики подумали о нумерации атомов углерода, составляющих органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Таким образом, 5 атомов углерода пентозы превращаются в углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5. Критерий для присвоения чисел довольно сложен, поэтому мы считаем целесообразным опустить объяснение.
5-углеродный сахар, который определяет нуклеотидную структуру РНК, представляет собой рибозу.
Из 5 атомов углерода рибозы они заслуживают особого упоминания:
- В углерод 1, потому что это то, что связывается с азотистым основанием через N-гликозидную связь.
- В углерод 2, потому что это то, что отличает пентозу нуклеотидов РНК от пентозы нуклеотидов ДНК.С 2 атомами углерода РНК связаны атом кислорода и атом водорода, которые вместе образуют гидроксильную группу ОН.
- В углерод 3, потому что это тот, который участвует в связи между двумя последовательными нуклеотидами.
- В углерод 5, потому что это то, что присоединяется к фосфатной группе через фосфодиэфирную связь.
Из-за присутствия сахарной рибозы нуклеотиды РНК получают специфическое название рибонуклеотидов.
Сравнение с ДНК
Пентоза, из которой состоят нуклеотиды ДНК, - дезоксирибоза.
Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием атомов кислорода на углероде 2.
Следовательно, в нем отсутствует гидроксильная группа ОН, которая характеризует 5-углеродный сахар РНК.
Из-за присутствия сахара дезоксирибозы нуклеотиды ДНК также известны как дезоксирибонуклеотиды.
ВИДЫ НУКЛЕОТИДОВ И АЗОТНЫХ ОСНОВ
РНК имеет 4 разных типа нуклеотидов.
Различить эти 4 разных типа нуклеотидов можно только азотистым основанием.
Таким образом, по очевидным причинам, азотистых оснований РНК 4, а именно: аденин (сокращенно A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U).
Аденин и гуанин относятся к классу пуринов, ароматических гетероциклических соединений с двойным кольцом.
Цитозин и урацил, с другой стороны, относятся к категории пиримидинов, ароматических гетероциклических соединений с одним кольцом.
Сравнение с ДНК
Азотистые основания, которые различают нуклеотиды ДНК, такие же, как и в РНК, за исключением урацила. На месте последнего «с» находится азотистое основание, называемое тимином (Т), которое относится к категории пиримидинов.
СВЯЗЬ МЕЖДУ НУКЛЕОТИДАМИ
Каждый нуклеотид, образующий любую цепь РНК, связывается со следующим нуклеотидом посредством фосфодиэфирной связи между углеродом 3 его пентозы и фосфатной группой следующего за ним нуклеотида.
КОНЦЫ МОЛЕКУЛЫ РНК
Любая полинуклеотидная цепь РНК имеет два конца, известные как 5-дюймовый конец (читается как «конец пяти простых») и конец 3 »(читается« конец трех простых »).
По соглашению биологи и генетики установили, что «конец 5» представляет собой головку цепи РНК, а «конец 3» - ее хвост.
С химической точки зрения «5 конец» совпадает с фосфатной группой первого нуклеотида полинуклеотидной цепи, в то время как «3 конец» совпадает с гидроксильной группой, расположенной на углероде 3 последнего нуклеотида той же цепи.
Именно на основе этой организации в книгах по генетике и молекулярной биологии полинуклеотидные нити любой нуклеиновой кислоты описываются следующим образом: P-5 "→ 3" -OH (* Примечание: буква P указывает на " атом фосфора фосфатной группы).
Применяя концепции 5 "конца и 3" конца к одному нуклеотиду, "5 конец" последнего представляет собой фосфатную группу, связанную с углеродом 5, в то время как его 3-дюймовый конец представляет собой гидроксильную группу, присоединенную к углероду 3.
В обоих случаях s "предлагает читателю обратить внимание на числовую повторяемость: конец 5" - фосфатная группа на углероде 5 и конец 3 "- гидроксильная группа на углероде 3.
Место нахождения
В ядросодержащих (то есть ядерных) клетках живого существа молекулы РНК могут находиться как в ядре, так и в цитоплазме.
Эта широкая локализация зависит от того факта, что некоторые клеточные процессы, главными героями которых являются РНК, расположены в ядре, а другие - в цитоплазме.
Сравнение с ДНК
ДНК эукариотических организмов (следовательно, и ДНК человека) находится только внутри ядра клетки.
- РНК - это меньшая биологическая молекула, чем ДНК, обычно состоящая из одной нити нуклеотидов.
- Пентоза, составляющая нуклеотиды рибонуклеиновой кислоты, представляет собой рибозу.
- Нуклеотиды РНК также известны как рибонуклеотиды.
- РНК нуклеиновой кислоты имеет с ДНК только 3 из 4 азотистых оснований. Фактически, вместо тимина у нее есть азотистое основание урацил.
- РНК может находиться в различных компартментах клетки, от ядра до цитоплазмы.
Синтез
Процесс синтеза РНК имеет своим главным действующим лицом внутриклеточный фермент (то есть расположенный внутри клетки), называемый РНК-полимеразой (примечание: фермент - это белок).
РНК-полимераза клетки использует ДНК, присутствующую внутри ядра той же клетки, как если бы это была матрица, для создания РНК.
Другими словами, это своего рода копировальный аппарат, который транскрибирует то, что сообщает ДНК, на другом языке, который называется «РНК».
Более того, этот процесс синтеза РНК под действием РНК-полимеразы получил научное название транскрипции.
Эукариотические организмы, такие как люди, обладают 3 различными классами РНК-полимеразы: РНК-полимераза I, РНК-полимераза II и РНК-полимераза III.
Каждый класс РНК-полимеразы создает определенные типы РНК, которые, как читатель сможет убедиться в следующих главах, играют разные биологические роли в контексте клеточной жизни.
КАК РАБОТАЕТ РНК-ПОЛИМЕРАЗА
"РНК-полимераза" способна:
- Определите на ДНК сайт, с которого следует начать транскрипцию,
- Свяжите с ДНК,
- Разделите две полинуклеотидные цепи ДНК (которые удерживаются вместе водородными связями между азотистыми основаниями), чтобы они действовали только на одну цепь, и
- Начните синтез транскрипта РНК.
Каждый из этих шагов имеет место всякий раз, когда «РНК-полимераза собирается выполнить процесс транскрипции. Следовательно, все они являются обязательными шагами».
РНК-полимераза синтезирует молекулы РНК в направлении 5 "→ 3". Добавляя рибонуклеотиды к формирующейся молекуле РНК, она перемещается на цепь ДНК-матрицы в направлении 3 "→ 5".
МОДИФИКАЦИИ ТРАНСКРИПТА РНК
После транскрипции РНК претерпевает некоторые модификации, в том числе: добавление некоторых последовательностей нуклеотидов на обоих концах, потерю так называемых интронов (процесс, известный как сращивание) так далее.
Следовательно, по сравнению с исходным сегментом ДНК, полученная РНК имеет некоторые различия в длине полинуклеотидной цепи (обычно она короче).
Типы
Существуют различные типы РНК.
Наиболее известными и изученными являются: «транспортная РНК (или транспортная РНК, или тРНК),» информационная РНК (или информационная РНК, или мРНК), «рибосомная РНК (или рибосомная РНК, или рРНК) и малая ядерная РНК (или малая ядерная РНК или мяРНК).
Хотя они играют разные специфические роли, тРНК, мРНК, рРНК и мяРНК способствуют реализации общей цели: синтезу белков, начиная с нуклеотидных последовательностей, присутствующих в ДНК.
ЕЩЕ ДРУГИЕ ВИДЫ РНК
В клетках эукариотических организмов исследователи обнаружили другие типы РНК в дополнение к четырем упомянутым выше. Например:
- Микро РНК (или миРНК), которые представляют собой цепи длиной чуть более 20 нуклеотидов, e
- РНК, из которой состоят рибозимы. Рибозимы - это молекулы РНК, обладающие каталитической активностью, как и ферменты.
MiRNA и рибозимы также участвуют в процессе синтеза белка, как тРНК, мРНК и т. Д.
Функция
РНК представляет собой биологическую макромолекулу перехода между ДНК и белками, то есть длинные биополимеры, молекулярными единицами которых являются аминокислоты.
РНК можно сравнить со словарем генетической информации, поскольку она позволяет переводить нуклеотидные сегменты ДНК (которые затем являются так называемыми генами) в аминокислоты белков.
Одно из наиболее частых описаний функциональной роли, которую играет «РНК»: «РНК - это« нуклеиновая кислота, участвующая в кодировании, декодировании, регуляции и экспрессии генов ».
«РНК - один из трех ключевых элементов так называемой центральной догмы молекулярной биологии, которая гласит:« Из ДНК происходит «РНК, из которой, в свою очередь, происходят белки» (ДНК → РНК → белки) ».
РАСШИФРОВКА И ПЕРЕВОД
Вкратце, транскрипция - это серия клеточных реакций, которые приводят к образованию молекул РНК, начиная с ДНК.
С другой стороны, трансляция - это набор клеточных процессов, которые заканчиваются производством белков, начиная с молекул РНК, образующихся 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 РНК в качестве протагонистов (тРНК, мРНК и т. Д.):
- МРНК - это молекула РНК, кодирующая белок. Другими словами, мРНК - это белки, предшествующие процессу трансляции нуклеотидов в аминокислоты белков.
После транскрипции мРНК претерпевают несколько модификаций. - TRNA не являются кодирующими молекулами РНК, но, тем не менее, необходимы для образования белков. Фактически, они играют ключевую роль в расшифровке того, о чем сообщают молекулы мРНК.
Название «транспортная РНК» происходит от того факта, что эти РНК несут на себе аминокислоту. Если быть более точным, каждая аминокислота соответствует определенной тРНК.
TRNA взаимодействуют с мРНК через три определенных нуклеотида в их последовательности. - РРНК - это молекулы РНК, из которых состоят рибосомы. Рибосомы - это сложные клеточные структуры, которые, перемещаясь по мРНК, объединяют аминокислоты белка.
Типичная рибосома содержит в себе некоторые сайты, где она может содержать тРНК и заставлять их встречаться с мРНК. Именно здесь три конкретных нуклеотида, упомянутых выше, взаимодействуют с матричной РНК. - SnRNA - это молекулы РНК, которые участвуют в процессе сращивание интронов, присутствующих на мРНК Интроны представляют собой короткие сегменты некодирующей мРНК, бесполезные для целей синтеза белка.
- Рибозимы - это молекулы РНК, которые при необходимости катализируют разрезание рибонуклеотидных цепей.
Рисунок: трансляция мРНК.
