Загальність
РНК, або рибонуклеїнова кислота, - це нуклеїнова кислота, яка бере участь у процесах кодування, декодування, регулювання та експресії генів. Гени - це більш -менш довгі сегменти ДНК, які містять фундаментальну інформацію для синтезу білків.
Малюнок: Основи азоту в молекулі РНК. З сайту wikipedia.org
Простіше кажучи, РНК походить від ДНК і являє собою перехідну молекулу між ДНК та білками. Деякі дослідники називають його "словником для перекладу мови ДНК на мову білків".
Молекули РНК походять від об'єднання в ланцюгах різної кількості рибонуклеотидів. У формуванні кожного окремого рибонуклеотиду беруть участь фосфатна група, азотиста основа та 5-вуглецевий цукор, званий рибозою.
Що таке РНК?
РНК, або рибонуклеїнова кислота, є біологічною макромолекулою, що належить до категорії нуклеїнових кислот, яка відіграє центральну роль у генерації білків з ДНК.
Генерація білків (також біологічних макромолекул) включає низку клітинних процесів, які разом узяті називаються синтезом білка.
ДНК, РНК та білки мають важливе значення для забезпечення виживання, розвитку та належного функціонування клітин живих організмів.
Що таке ДНК?
ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота, є іншою природною нуклеїновою кислотою разом з РНК.
Структурно подібна до рибонуклеїнової кислоти, дезоксирибонуклеїнова кислота є генетичною спадщиною, тобто «запасом генів», що міститься в клітинах живих організмів. Освіта РНК і, опосередковано, білків залежить від ДНК.
ІСТОРІЯ РНК
Малюнок: рибоза та дезоксирибоза
Дослідження РНК почалися після 1868 року, року, коли Фрідріх Мішер відкрив нуклеїнові кислоти.
Перші імпортовані відкриття з цього приводу датуються другою половиною "50 -х років ХХ століття і першою частиною" 60 -х років. Серед вчених, які брали участь у цих відкриттях, заслуговують окремої згадки такі: Северо Очоа, Алекс Річ, Девід Девіс та Роберт Холлі.
У 1977 році група дослідників на чолі з Філіпом Шарпом та Річардом Робертсом розшифрувала процес зрощення інтронів.
У 1980 році Томас Чех та Сідні Олтман визначили рибозими.
* Примітка: щоб знати, що це таке зрощення інтронів та рибозимів, див. глави, присвячені синтезу АНН та функціям.
Структура
З хіміко-біологічної точки зору, РНК є біополімером.Біополімери-це великі природні молекули, результат об’єднання в ланцюгах або нитках багатьох менших молекулярних одиниць, які називаються мономерами.
Мономери, які складають РНК, є нуклеотидами.
ГАННЯ ЗВИЧАЙНО ОДИНОЧНА ЛАНЦЮГ
Молекули РНК зазвичай складаються з одиничних ланцюгів нуклеотидів (полінуклеотидних ланцюгів).
Довжина клітинних РНК коливається від менше ста до навіть декількох тисяч нуклеотидів.
Кількість складових нуклеотидів залежить від ролі молекули, про яку йдеться.
Порівняння з ДНК
На відміну від РНК, ДНК є біополімером, який зазвичай складається з двох ниток нуклеотидів.
Об’єднані разом, ці дві полінуклеотидні нитки мають протилежну орієнтацію і, загортаючись одна в іншу, утворюють подвійну спіраль, відому як “подвійна спіраль”.
Загальна молекула ДНК людини може містити приблизно 3,3 млрд нуклеотидів на ланцюг.
ЗАГАЛЬНА БУДОВА НУКЛЕОТИДУ
За визначенням, нуклеотиди - це молекулярні одиниці, з яких складаються РНК і ДНК нуклеїнових кислот.
З структурної точки зору загальний нуклеотид є результатом об’єднання трьох елементів, а саме:
- Фосфатна група, яка є похідною фосфорної кислоти;
- Пентоза, тобто цукор з 5 атомами вуглецю;
- Азотиста основа, яка є ароматичною гетероциклічною молекулою.
Пентоза являє собою центральний елемент нуклеотидів, оскільки фосфатна група та азотиста основа зв'язуються з нею.
Малюнок: Елементи, які складають загальний нуклеотид нуклеїнової кислоти. Як видно, фосфатна група та азотна основа зв’язуються з цукром.
Хімічний зв’язок, який утримує пентозу та фосфатну групу разом, є фосфодіефірним зв’язком, тоді як хімічний зв’язок, що зв’язує пентозу та азотисту основу, є N-глікозидним зв’язком.
ЯКА ПЕНТОЗА РНК?
Приміщення: хіміки подумали про нумерацію вуглеців, які складають органічні молекули, таким чином, щоб спростити їх вивчення та опис. Отже, тут 5 вуглеців пентози перетворюються на: вуглець 1, вуглець 2, вуглець 3, вуглець 4 і вуглець 5. Критерій для присвоєння чисел досить складний, тому ми вважаємо за доцільне не пояснювати це.
5-вуглецевим цукром, що відрізняє нуклеотидну структуру РНК, є рибоза.
З 5 атомів вуглецю рибози вони заслуговують окремої згадки:
- The вуглець 1, оскільки це те, що зв'язується з основою азоту за допомогою N-глікозидного зв'язку.
- The вуглець 2, тому що це те, що відрізняє пентозу нуклеотидів РНК від пентози нуклеотидів ДНК. З’єднані з 2 вуглецем РНК, є атом кисню та атом водню, які разом утворюють гідроксильну групу ОН.
- The вуглець 3, оскільки саме він бере участь у зв’язку між двома послідовними нуклеотидами.
- The вуглець 5, тому що це те, що приєднується до фосфатної групи за допомогою фосфодіефірного зв'язку.
Через наявність цукрової рибози нуклеотиди РНК набувають специфічної назви рибонуклеотидів.
Порівняння з ДНК
Пентоза, що входить до складу нуклеотидів ДНК, - це дезоксирибоза.
Дезоксирибоза відрізняється від рибози відсутністю атомів кисню на вуглеці 2.
Отже, йому не вистачає гідроксильної групи ОН, яка характеризує 5-вуглецевий цукор РНК.
Через наявність дезоксирибозного цукру нуклеотиди ДНК також відомі як дезоксирибонуклеотиди.
ВИДИ НУКЛЕОТИДІВ ТА ОСНОВИ АЗОТУ
РНК містить 4 різні типи нуклеотидів.
Відрізнити ці 4 різні типи нуклеотидів - це лише азотиста основа.
Тому зі зрозумілих причин азотистими основами РНК є 4, а саме: аденін (скорочено А), гуанін (G), цитозин (С) та урацил (U).
Аденин і гуанін належать до класу пуринів, дво кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.
Цитозин і урацил, з іншого боку, відносяться до категорії піримідинів, одно кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.
Порівняння з ДНК
Азотисті основи, що відрізняють нуклеотиди ДНК, такі ж, як і РНК, за винятком урацилу. Замість останнього "с" знаходиться азотиста основа, що називається тимін (Т), що відноситься до категорії піримідинів.
ПОСИЛАННЯ МІЖ НУКЛЕОТИДАМИ
Кожен нуклеотид, що утворює будь -яку ланцюг РНК, зв'язується з наступним нуклеотидом за допомогою фосфодіефірного зв'язку між вуглецем 3 його пентози та фосфатною групою безпосередньо наступного нуклеотиду.
КІНЦІ МОЛЕКУЛИ РНК
Будь -яка полінуклеотидна нитка РНК має два кінці, відомі як 5 "кінець (читається" кінець п'яти простих ") і кінець 3" (читається "кінець трьох простих").
За умовою, біологи та генетики встановили, що «кінець 5» являє собою голову ланцюга РНК, а «кінець 3» - її хвіст.
З хімічної точки зору "5 кінець" збігається з фосфатною групою першого нуклеотиду полінуклеотидного ланцюга, тоді як "3 кінець" збігається з гідроксильною групою, розміщеною на вуглеці 3 останнього нуклеотиду того ж ланцюга.
Саме на основі цієї організації в книгах генетики та молекулярної біології полінуклеотидні нитки будь -якої нуклеїнової кислоти описуються наступним чином: P -5 "→ 3" -OH (* Примітка: буква P позначає " атом фосфору фосфатної групи).
Застосовуючи поняття 5 "кінець і 3" кінець до одного нуклеотиду, "5 кінець" останнього являє собою фосфатну групу, пов'язану з вуглецем 5, тоді як її 3 "кінець - це гідроксильна група, приєднана до вуглецю 3.
В обох випадках s "пропонує читачеві звернути увагу на числове повторення: кінець 5" - фосфатна група на вуглеці 5 і кінець 3 " - гідроксильна група на вуглеці 3.
Розташування
У зароджених (тобто ядрових) клітинах живої істоти молекули РНК можна виявити як у ядрі, так і в цитоплазмі.
Ця широка локалізація залежить від того, що деякі клітинні відростки, РНК яких є протагоністом, розташовані в ядрі, а інші - у цитоплазмі.
Порівняння з ДНК
ДНК еукаріотичних організмів (отже, і ДНК людини) знаходиться лише всередині клітинного ядра.
- РНК є меншою біологічною молекулою, ніж ДНК, зазвичай складається з однієї нитки нуклеотидів.
- Пентоза, що входить до складу нуклеотидів рибонуклеїнової кислоти, - це рибоза.
- Нуклеотиди РНК також відомі як рибонуклеотиди.
- РНК нуклеїнової кислоти поділяє з ДНК лише 3 із 4 азотистих основ. Фактично, замість тиміну, вона містить азотисту основу урацил.
- РНК може перебувати в різних компартментах клітини, від ядра до цитоплазми.
Синтез
Процес синтезу РНК має своїм головним героєм внутрішньоклітинний фермент (тобто розташований всередині клітини), який називається РНК -полімеразою (N.B: фермент - це білок).
РНК -полімераза клітини використовує ДНК, присутній у ядрі тієї ж клітини, ніби це матриця, для створення РНК.
Іншими словами, це свого роду копіювальний апарат, який переписує те, що повідомляє ДНК, іншою мовою, а саме "РНК".
Більш того, цей процес синтезу РНК завдяки роботі РНК -полімерази бере наукову назву транскрипції.
Еукаріотичні організми, такі як люди, мають 3 різні класи РНК -полімерази: РНК -полімеразу I, РНК -полімеразу II та РНК -полімеразу III.
Кожен клас РНК -полімерази створює певні типи РНК, які, як читач зможе з’ясувати у наступних розділах, мають різні біологічні ролі в контексті клітинного життя.
ЯК РОБОТУЄ ПОЛІМЕРАЗА РНК
"РНК -полімераза здатна:
- Розпізнати на ДНК сайт, з якого починається транскрипція,
- Зв'язатися з ДНК,
- Розділіть два полінуклеотидні ланцюги ДНК (які утримуються водневими зв'язками між азотистими основами), щоб діяти лише на одну нитку, і
- Почніть синтез транскрипту РНК.
Кожен з цих кроків відбувається, коли "РНК -полімераза збирається здійснити процес транскрипції. Тому всі вони є обов'язковими кроками".
РНК -полімераза синтезує молекули РНК у напрямку 5 "→ 3". Оскільки вона додає рибонуклеотиди до молекули РНК, що зароджується, вона переміщається на матричну ланцюг ДНК у напрямку 3 "→ 5".
Модифікації транскрипту РНК
Після транскрипції РНК зазнає деяких модифікацій, зокрема: додавання деяких послідовностей нуклеотидів на обох кінцях, втрата так званих інтронів (процес, відомий як зрощення) тощо.
Тому, порівняно з вихідним сегментом ДНК, отримана РНК має деякі відмінності в довжині полінуклеотидного ланцюга (вона, як правило, коротша).
Типи
Існують різні типи РНК.
Найбільш відомими та вивченими є: "транспортна РНК (або трансферна РНК або тРНК)", "месенджерна РНК (або месенджерна РНК або мРНК)", "рибосомальна РНК (або рибосомна РНК або рРНК) і мала ядерна РНК (або мала ядерна РНК або snRNA).
Хоча вони виконують різні специфічні ролі, тРНК, мРНК, рРНК та снРНК сприяють реалізації спільної мети: синтезу білків, починаючи з послідовностей нуклеотидів, присутніх у ДНК.
ЩО ІНШІ ТИПИ РНК
У клітинах еукаріотичних організмів дослідники виявили інші типи РНК, крім 4 згаданих вище. Наприклад:
- МікроРНК (або мікроРНК), які являють собою нитки довжиною трохи більше 20 нуклеотидів, e
- РНК, що утворює рибозими. Рибозими - це молекули РНК з каталітичною активністю, подібно до ферментів.
МіРНК та рибозими також беруть участь у процесі синтезу білка, так само як тРНК, мРНК тощо.
Функція
РНК являє собою біологічну макромолекулу проходження між ДНК та білками, тобто довгими біополімерами, молекулярними одиницями яких є амінокислоти.
РНК можна порівняти зі словником генетичної інформації, оскільки вона дозволяє перевести нуклеотидні сегменти ДНК (які потім є так званими генами) в амінокислоти білків.
Одним з найпоширеніших описів функціональної ролі, яку відіграє "РНК", є: "РНК - це" нуклеїнова кислота, яка бере участь у кодуванні, декодуванні, регуляції та експресії генів ".
"РНК-один з трьох ключових елементів так званої центральної догми молекулярної біології, яка стверджує:" З ДНК походить "РНК, з якої, у свою чергу, походять білки" (ДНК → РНК → білки).
ПРЕПИС ТА ПЕРЕКЛАД
Коротко кажучи, транскрипція - це серія клітинних реакцій, які призводять до утворення молекул РНК, починаючи з ДНК.
Трансляція, з іншого боку, - це сукупність клітинних процесів, які закінчуються виробленням білків, починаючи з молекул РНК, що утворюються в процесі транскрипції.
Біологи та генетики придумали термін «переклад», тому що з мови нуклеотидів ми переходимо до мови амінокислот.
ВИДИ ТА ФУНКЦІЇ
Процеси транскрипції та трансляції розглядають усі вищезгадані типи РНК як протагоністів (тРНК, мРНК тощо):
- МРНК - це молекула РНК, що кодує білок. Іншими словами, мРНК є білками перед процесом трансляції нуклеотидів в амінокислоти білків.
Після транскрипції мРНК зазнають декількох модифікацій. - ТРНК-це некодуючі молекули РНК, але тим не менш необхідні для утворення білків. Насправді вони відіграють ключову роль у розшифровці повідомлень молекул мРНК.
Назва «транспортна РНК» походить від того факту, що ці РНК несуть на собі амінокислоту. Точніше кажучи, кожна амінокислота відповідає певній тРНК.
ТРНК взаємодіють з мРНК через три конкретні нуклеотиди у своїй послідовності. - РРНК - це молекули РНК, які складають рибосоми. Рибосоми - це складна клітинна структура, яка, рухаючись вздовж мРНК, об’єднує амінокислоти білка.
Загальна рибосома містить усередині неї деякі сайти, де вона здатна розміщувати тРНК і змушувати їх зустрічатися з мРНК. Саме тут зазначені вище три конкретні нуклеотиди взаємодіють з РНК -месенджером. - SnRNAs - це молекули РНК, які беруть участь у процесі зрощення інтронів, присутніх на мРНК.Інтрони-це короткі сегменти некодуючої мРНК, непридатні для цілей синтезу білка.
- Рибозими - це молекули РНК, які каталізують розрізання ниток рибонуклеотиду, де це необхідно.
Малюнок: трансляція мРНК.
