Анатомия, строение человека и его физиология

РНК (рибонуклеиновая кислота)

Рибонуклеиновая кислота или РНК - это полимерная молекула, которая необходима для различных биологических ролей для кодирования, декодирования, регуляции и экспрессии генов. Такие кислоты как РНК и ДНК являются нуклеиновыми кислотами, которые вместе с липидами, белками и углеводами составляют четыре основные макромолекулы, которые необходимы для всех форм жизни. Также как и ДНК, РНК собрана в виде цепочки нуклеотидов, но в отличие от ДНК чаще всего она в природе встречается как одноцепочечная, а не спаренная нить. Клеточные организмы используют информационную РНК (иРНК), необходимую для передачи генетической информации. Многие вирусы кодируют свою генетическую информацию, используя геном РНК.

Некоторые молекулы РНК играют активную роль в клетках, путем катализирования биологических реакций, контролируя экспрессию генов или воспринимая и передавая реакции на клеточные связи. Примером таких активных процессов является синтез белка. В ходе синтеза белка молекулы РНК направляют сборку белков к рибосомам. В этом процессе используются молекулы транспортной РНК (тРНК), которыне доставляют аминокислоты в рибосому, где рибосомальная РНК (рРНК) связывает аминокислоты вместе с образованием белков.

Открытие РНК

Исследование РНК дало толчок множеству важных биологических открытий. За исследования в области РНК многие ученые были награждены Нобелевскими премиями. Нуклеиновые кислоты были обнаружены Фридрихом Мишером в 1868 году. Тогда он назвал материал “нуклеин”, поскольку он был обнаружен им в ядре. Позднее было установлено, что клетки, не содержащие ядер также содержат нуклеиновые кислоты. Уже в 1939 году было заподозрено, что РНК играет определенную роль в синтезе белка.

Типы РНК

Информационная РНК (иРНК) представляет собой РНК, переносящую информацию от ДНК к рибосоме, областям синтеза белка в клетке. Кодирующая последовательность иРНК определяет аминокислотную последовательность в продуцируемом белке. Но многие РНК не кодируют белок. Некодирующие РНК могут быть кодированы их собственными генами (РНК-генами, но могут быть получены из интронов иРНК. Самым распространенным примером некодирующих РНК является транспортные РНК (тРНК) и рибосомальные РНК (рРНК).

По длине РНК бывают короткие и длинные. Так короткие РНК короче 200 нт, а длинные РНК более 200 нт.

Информационная РНК (иРНК)

иРНК передает информацию о белковой последовательность в рибосомы, фабрики синтеза белка в клетке. Кодируется так, что каждые три нуклеотида соответствуют одной аминокислоте.

Транспортная РНК (тРНК)

тРНК является небольшой цепью РНК, содержащей около 80 нуклеотидов. тРНК переносит специфическую аминокислоту в растущую полипептидную цепь в рибосомной области синтезе белка во время трансляции. Она имеет участки для присоединения аминокислот и антикодонную область для распознавания кодонов, связывающаяся с определенной последовательностью на цепочке РНК-носителя через водородную связь.

Рибосомальная РНК (рРНК)

рРНК является каталитическим компонентом рибосом. Эукариотические рибосомы имеют четыре разных молекулы рРНК: 18S, 5,8S, 28S и 5S рРНК. Три молекулы рРНК синтезируются в ядрышке, а одна синтезируется в другом месте. В цитоплазме рибосомальная РНК и белок соединяются, образуя нуклеопротеин, называемый рибосомой. Рибосома связывает иРНК и осуществляет синтез белка. В любое время к одной иРНК могут быть присоеденины несколько рибосом. Практически вся РНК, которая встречается в типичной укариотической клетке, является рРНК.

Ретранслятор-информационные РНК (риРНК)

Ретранслятор-информационные РНК (риРНК) - встречаются у многих бактерий и пластид. Такая РНК маркирует белки, кодируемые иРНК, не имеющие стоп-кодонов для деградации и предотвращает остановку рибосомы.

Регуляторные РНК

Некоторые РНК подавляют экспрессию генов, дополняя часть иРНК или ДНК гена. Микро РНК (21-22 нт) найдены у эукариот, действуют через РНК-интерференцию, где эффекторный комплекс микро РНК и ферментов может расщеплять комплементарную иРНК, блокировать ее от трансляции или ускорять деградацию.

РНК-геномы

Также как и ДНК, РНК может нести генетическую информацию. РНК вирусы имеют геномы, которые состоят из РНК, кодирующих ряд белков. При это геном вируса реплицируется некоторыми из данных белков, в то время как другие белки защищают геном, так как частица вируса перемещается в новую клетку-хозяина. К группе патогенов также относят вироидов, которые состоят только из РНК, не кодируют какой-либо белок и реплицируются полимеразной клеткой клетки хозяина.

Двунитевая РНК (дцРНК)

дцРНК - это РНК с двумя комплементарными цепями, подобно как у ДНК, найдена во всех клетках. Такая РНК образует генетический материал некоторых вирусов.

Кольцевая РНК

Обнаружено также существование одноцепочечной ковалентно замкнутой РНК круглой формы. Такие РНК вероятно возникают путем реакции обратного скрещивания, где сплайсосома соединяется с нисходящим донором с участком сплайсинга вверх по акцептору.

Строение РНК

РНК

Химическая структура РНК похожа на химическую структуру ДНК, но имеет три определенных отличия.

ДНК представляет собой двухцепочечную структуру, тогда как РНК одноцепочечную и имеет более короткую цепь нуклеотидов. Но путем комплементарного спаривания оснований РНК может образовывать одноцепочечные двойные спирали (тРНК).

В то время как ДНК содержит дезоксирибозу, РНК содержит рибозу. В дезоксирибозе нет гидроксильной группы, прикрепленной к пентозному кольцу. Данная группа делает РНК менее стабильной в отличие от ДНК, так как более подвержена гидролизу.

В ДНК дополнительным основанием для аденина является тимин, а в РНК урацил, являющийся неметилированной формой тимина.

Как и ДНК многие биологически активные РНК содержат самокомплиментарные последовательности, позволяющие частям РНК складываться и соединяться с самими собой, образуя двойные спирали. Такие РНК очень структурированы.

Каждый нуклеотид в РНК содержит рибозный сахар с атомами углерода от 1` до 5` Основание прикреплено к положению 1` аденину (А), цитозину (С), гуанину (G) или урацилу (U). Аденин и гуанин - пурины, цитозин и урацил - пиримидины. Фосфатная группа присоединена к 3` положению рибозы и 5` положению следующей. Следует отметить, что фосфатные группы имеют отрицательный заряд, что делает РНК заряженной молекулой. Основания образуют водородные связи между цитозином и гуанином, между аденином и урацилом, между гуанином и урацилом. Но имеют место и другие взаимодействия, такие как группа адениновых оснований.

Наличие в РНК гидроксильной группы в 2` положении сахар рибозы делает ее отличной от ДНК. Наличие данной группы заставляет спираль использовать в основном геометрию А-формы.

РНК транскрибируется только четырьмя основаниями, к которым относят аденин, цитозин, гуанин и урацил. Но следует отметить, что данные основания и присоединенные сахара могут быть модифицированы многими способами по мере развития РНК. Так например, псевдоуридин (Ψ), в котором связь между урацилом и рибозой имеется от связи C-N с C-C связью, а риботимидин (T) встречается в разных местах. Также в качестве примера модифицированного основания можно привести гипоксантин, деаминированная адениновая основа, нуклеозид, который называется инозин (I). Инозин играет очень важную роль в гипотезе колебания генетического кода.

Всего существует более 100 других естественных модифицированных нуклеозидов. Самое большое разнообразие встречается в тРНК, тогда как псевдоуридин и нуклеозиды с 2`-O-метилрибозой часто присутствующие в рРНК, считаются наиболее распространенными. Их специфические роли до настоящего времени точно не понятны.

Синтез РНК

Обычно синтез РНК катализируется ДНК-полимеразой, которая использует фермент-РНК-полимеразу в качестве матрицы, в ходе процесса под названием транскрипция. Инициирование данного процесса начинается с связывания фермента с промоторной последовательностью в ДНК. Происходит разматывание двойной спирали ДНК геликазной активностью фермента. После чего фермент продвигается вдоль шаблонной нити в направлении 3 'к 5', синтезируя комплементарную молекулу РНК с удлинением, которое происходит в направлении от 5' до 3'. Также последовательность ДНК определяет когда произойдет синтез РНК.

Часто после транскрипции первичные транскрипционные РНК модифицируются. Так к эукариотической пре-иРНК добавляются поли (A) хвост и 5'-колпачок и интроны удаляются с помощью сплайсосомы.

Кроме того существует несколько РНК-зависимых РНК-полимераз, использующих РНК в качестве матрицы для синтеза новой цепи РНК. Так например, ряд вирусов, к которым относится полиовирус используют данный тип фермента для репликации их генетического материала.

data-ad-format="auto"