ARN: IŞLEVLER, YAPI VE TÜRLER - BIYOLOJI - 2024

RNA veya RNA (ribonükleik asit) ökaryotlar, prokaryot ve virüslerde nükleik asit türüdür. Yapısında adenin, guanin, sitozin ve urasil olmak üzere dört tip azotlu baz içeren bir nükleotid polimeridir.

RNA, genellikle tek bir bant (bazı virüsler dışında), doğrusal bir tarzda veya bir dizi karmaşık yapıda bulunur. Aslında RNA, DNA çift sarmalında gözlenmeyen yapısal bir dinamizme sahiptir. Farklı RNA türlerinin çok çeşitli işlevleri vardır.

Ribozomal RNA'lar, hücrelerde protein sentezinden sorumlu yapılar olan ribozomların bir parçasıdır. Haberci RNA'lar aracı olarak işlev görür ve genetik bilgiyi ribozoma taşır, bu da mesajı bir nükleotid dizisinden bir amino asit dizisine çevirir.

Transfer RNA'ları, farklı amino asit türlerinin (toplamda 20) aktive edilmesinden ve ribozomlara aktarılmasından sorumludur. Haberci RNA'daki diziyi tanıyan her amino asit için bir transfer RNA molekülü vardır.

Ek olarak, protein sentezine doğrudan dahil olmayan ve gen düzenlemesine katılan başka RNA türleri de vardır.

yapı

RNA'nın temel birimleri nükleotidlerdir. Her nükleotid bir nitrojenli baz (adenin, guanin, sitozin ve urasil), bir pentoz ve bir fosfat grubundan oluşur.

Nükleotidler

Azot bazları iki temel bileşikten elde edilir: pirimidinler ve pürinler.

Purinlerden türetilen bazlar adenin ve guanindir ve pirimidinlerden türetilen bazlar sitozin ve urasildir. Bunlar en yaygın bazlar olmasına rağmen, nükleik asitler daha az yaygın olan diğer baz türlerine de sahip olabilir.

Pentoza gelince, bunlar d-riboz birimleridir. Bu nedenle RNA'yı oluşturan nükleotidlere "ribonükleotidler" denir.

RNA zinciri

Nükleotidler, fosfat grubunu içeren kimyasal bağlarla birbirine bağlanır. Bunları oluşturmak için, bir nükleotidin 5 'ucundaki fosfat grubu, bir sonraki nükleotidin 3' ucundaki hidroksil grubuna (–OH) bağlanır ve böylece fosfodiester benzeri bir bağ oluşturur.

Nükleik asit zinciri boyunca fosfodiester bağları aynı yönelime sahiptir. Bu nedenle, telin 3 ′ ve 5 ′ uçlarını birbirinden ayıran bir polaritesi vardır.

Geleneksel olarak, nükleik asitlerin yapısı solda 5 'uç ve sağda 3' ile temsil edilir.

DNA transkripsiyonunun RNA ürünü, bazların üst üste dizilmesiyle sarmal bir yapıda sağa dönen tek sarmallı bir banttır. Pürinler arasındaki etkileşim, boyutlarından dolayı iki pirimidin arasındaki etkileşimden çok daha büyüktür.

RNA'da, DNA'nın çift sarmalı gibi geleneksel bir ikincil yapıdan ve referanstan bahsetmek mümkün değildir. Her bir RNA molekülünün üç boyutlu yapısı benzersiz ve karmaşıktır, proteinlerinkiyle karşılaştırılabilir (mantıksal olarak, proteinlerin yapısını küreselleştiremeyiz).

RNA'yı stabilize eden kuvvetler

RNA'nın stabilizasyonuna katkıda bulunan zayıf etkileşimler vardır, özellikle halkaların üst üste yerleştirildiği baz istifleme. Bu fenomen aynı zamanda DNA sarmalının stabilitesine de katkıda bulunur.

RNA molekülü tamamlayıcı bir dizi bulursa, çiftleşip sağa dönen çift sarmallı bir yapı oluşturabilir. Baskın biçim A tipidir; Z formları ise sadece laboratuvarda kanıtlanmış, B formu gözlenmemiştir.

Genel olarak, RNA'nın sonunda yer alan ve kararlı döngüler oluşturma özelliğine sahip kısa diziler (UUGG gibi) vardır. Bu dizi, RNA'nın üç boyutlu yapısının katlanmasına katılır.

Ek olarak, hidrojen bağları tipik baz eşleşmelerinden (AU ve CG) başka yerlerde de oluşabilir. Bu etkileşimlerden biri, diğer gruplarla ribozun 2'-OH'si arasında meydana gelir.

RNA'da bulunan çeşitli yapıların aydınlatılması, bu nükleik asidin çoklu işlevlerini göstermeye hizmet etti.

RNA türleri ve işlevleri

İki RNA sınıfı vardır: bilgi verici ve işlevsel. İlk grup, protein sentezine katılan ve süreçte aracılar olarak işlev gören RNA'ları içerir; bilgilendirici RNA'lar haberci RNA'lardır.

Bunun tersine, ikinci sınıfa, fonksiyonel olanlara ait RNA'lar yeni bir protein molekülüne yol açmazlar ve RNA'nın kendisi nihai üründür. Bunlar transfer RNA'ları ve ribozomal RNA'lardır.

Memeli hücrelerinde, RNA'nın% 80'i ribozomal RNA'dır,% 15'i transfer RNA'dır ve sadece küçük bir kısmı haberci RNA'ya karşılık gelir. Bu üç tip, protein biyosentezini gerçekleştirmek için işbirliği içinde çalışır.

Diğerlerinin yanı sıra küçük nükleer RNA'lar, küçük sitoplazmik RNA'lar ve mikroRNA'lar da vardır. En önemli türlerin her biri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanacaktır:

Messenger RNA

Ökaryotlarda DNA, çekirdekle sınırlıdır, protein sentezi ise ribozomların bulunduğu hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Bu uzamsal ayrılma nedeniyle, mesajı çekirdekten sitoplazmaya taşıyan bir aracı olmalıdır ve bu molekül haberci RNA'dır.

Mesajcı RNA, kısaltılmış mRNA, DNA'da kodlanmış bilgileri içeren ve fonksiyonel bir proteine ​​yol açacak bir amino asit dizisini belirten bir ara moleküldür.

Haberci RNA terimi, 1961'de François Jacob ve Jacques Monod tarafından mesajı DNA'dan ribozomlara ileten RNA bölümünü tanımlamak için önerildi.

DNA zincirinden bir mRNA'nın sentezlenme süreci, transkripsiyon olarak bilinir ve prokaryotlar ve ökaryotlar arasında farklı şekilde gerçekleşir.

Gen ekspresyonu birkaç faktör tarafından yönetilir ve her hücrenin ihtiyaçlarına bağlıdır. Transkripsiyon üç aşamaya ayrılır: başlatma, uzatma ve sonlandırma.

Transkripsiyon

Her hücre bölünmesinde meydana gelen DNA replikasyonu süreci, tüm kromozomu kopyalar. Bununla birlikte, transkripsiyon süreci çok daha seçicidir, yalnızca DNA zincirinin belirli bölümlerinin işlenmesiyle ilgilenir ve bir primer gerektirmez.

Yaşam bilimlerinde en iyi çalışılmış bakteri olan Escherichia coli'de transkripsiyon, DNA çift sarmalının çözülmesiyle başlar ve transkripsiyon döngüsü oluşur. RNA polimeraz enzimi, RNA'nın sentezlenmesinden sorumludur ve transkripsiyon devam ederken DNA zinciri orijinal şekline geri döner.

Başlatma, uzatma ve sonlandırma

DNA molekülü üzerindeki rastgele bölgelerde transkripsiyon başlatılmaz; bu fenomen için destekleyiciler olarak adlandırılan özel siteler vardır. E. coli'de RNA polimeraz, hedef bölgenin üzerinde birkaç baz çifti ile birleştirilir.

Transkripsiyon faktörlerinin bağlandığı diziler, farklı türler arasında oldukça korunur. En iyi bilinen promotör dizilerinden biri TATA kutusudur.

Uzamada, RNA polimeraz enzimi, 5 ila 3 ′ yönünü izleyerek 3'-OH ucuna yeni nükleotidler ekler. Hidroksil grubu, eklenecek nükleotidin alfa fosfatına saldıran bir nükleofil görevi görür. Bu reaksiyon bir pirofosfat açığa çıkarır.

3 ′ ila 5 ′ yönünde kopyalanan haberci RNA'yı sentezlemek için DNA ipliklerinden yalnızca biri kullanılır (yeni RNA ipliğinin antiparalel formu). Eklenecek nükleotid, baz eşleşmesine uymalıdır: A ile U çiftleri ve C ile G.

RNA polimeraz, sitozin ve guanin açısından zengin bölgeler bulduğunda süreci durdurur. Sonunda, yeni haberci RNA molekülü kompleksten ayrılır.

Prokaryotlarda transkripsiyon

Prokaryotlarda haberci bir RNA molekülü birden fazla proteini kodlayabilir.

Bir mRNA yalnızca bir protein veya polipeptidi kodladığında, buna monosistronik mRNA denir, ancak birden fazla protein ürününü kodlarsa, mRNA polisistroniktir (bu bağlamda cistron teriminin geni ifade ettiğini unutmayın).

Ökaryotlarda transkripsiyon

Ökaryotik organizmalarda, mRNA'ların büyük çoğunluğu monosistroniktir ve transkripsiyon mekanizması, bu organizma soyunda çok daha karmaşıktır. Her biri spesifik fonksiyonlara sahip I, II ve III olarak adlandırılan üç RNA polimeraza sahip olmaları ile karakterize edilirler.

I, ön-rRNA'ları sentezlemekten sorumludur, II, haberci RNA'ları ve bazı özel RNA'ları sentezler. Son olarak III, transfer RNA'ları, ribozomal 5S ve diğer küçük RNA'larla ilgilenir.

Ökaryotlarda haberci RNA

Haberci RNA, ökaryotlarda bir dizi spesifik değişikliğe uğrar. Birincisi, 5 'ucuna bir "sınır" eklemeyi içerir. Kimyasal olarak kapak, uca bir 5 ', 5'-trifosfat bağı ile bağlanmış bir 7-metilguanosin kalıntısıdır.

Bu bölgenin rolü, RNA'yı ribonükleazlar (RNA'yı daha küçük bileşenlere ayıran enzimler) tarafından olası degradasyondan korumaktır.

Ek olarak, 3 'ucunun ortadan kaldırılması gerçekleşir ve 80 ila 250 adenin kalıntısı eklenir. Bu yapı, poliA "kuyruk" olarak bilinir ve çeşitli proteinler için bir bağlanma bölgesi görevi görür. Bir prokaryot, bir poliA kuyruğu elde ettiğinde, bozulmasını uyarma eğilimindedir.

Öte yandan, bu haberci intronlarla yazılmıştır. İntronlar, genin parçası olmayan ancak bu diziyi "kesen" DNA dizileridir. İntronlar tercüme edilmez ve bu nedenle haberciden kaldırılmalıdır.

Histonları kodlayan genler haricinde çoğu omurgalı geninde intron bulunur. Benzer şekilde, bir gendeki intron sayısı bunlardan birkaç ila düzinelerce arasında değişebilir.

Ekleme

RNA'nın plicing veya splicing işlemi, haberci RNA'daki intronların uzaklaştırılmasını içerir.

Nükleer veya mitokondriyal genlerde bulunan bazı intronlar, ekleme işlemini enzimlerin veya ATP'nin yardımı olmadan gerçekleştirebilir. Bunun yerine işlem, transesterifikasyon reaksiyonları ile gerçekleştirilir. Bu mekanizma kirpikli protozoan Tetrahymena thermophila'da keşfedildi.

Aksine, kendi eklemelerine aracılık edemeyen başka bir haberci grubu var, bu yüzden ek makinelere ihtiyaçları var. Oldukça fazla sayıda nükleer gen bu gruba aittir.

Ekleme işlemine, spliceozom veya ekleme kompleksi adı verilen bir protein kompleksi aracılık eder. Sistem, küçük nükleer ribonükleoproteinler (RNP'ler) adı verilen özel RNA komplekslerinden oluşur.

Çekirdekte bulunan ve ekleme işlemine aracılık eden beş tip RNP vardır: U1, U2, U4, U5 ve U6.

Ekleme, birden fazla protein türü üretebilir - bu, alternatif ekleme olarak bilinir - çünkü eksonlar farklı şekilde düzenlenir ve haberci RNA çeşitleri oluşturur.

Ribozomal RNA

Ribozomal RNA, kısaltılmış rRNA, ribozomlarda bulunur ve protein biyosentezine katılır. Bu nedenle tüm hücrelerin vazgeçilmez bir bileşenidir.

Ribozomal RNA, ribozomal ön alt birimlere yol açmak için protein molekülleri (yaklaşık 100) ile birleşir. Svedberg birimleri için S harfi ile gösterilen sedimantasyon katsayılarına göre sınıflandırılırlar.

Bir ribozom iki bölümden oluşur: ana alt birim ve küçük alt birim. Her iki alt birim de prokaryotlar ve ökaryotlar arasında sedimantasyon katsayısı açısından farklılık gösterir.

Prokaryotların büyük bir 50S alt birimi ve küçük bir 30S alt birimi varken, ökaryotlarda büyük alt birim 60S ve küçük 40S'dir.

Ribozomal RNA'ları kodlayan genler, çekirdeğin bir zar tarafından sınırlanmayan belirli bir alanı olan nükleolustadır. Ribozomal RNA'lar bu bölgede RNA polimeraz I tarafından kopyalanır.

Çok miktarda protein sentezleyen hücrelerde; nükleol, belirgin bir yapıdır. Ancak söz konusu hücre çok sayıda protein ürününe ihtiyaç duymadığında, nükleolus neredeyse algılanamayan bir yapıdır.

MicroRNA

MikroRNA'lar veya miRNA'lar, işlevi genlerin ekspresyonunu düzenlemek olan 21 ila 23 nükleotid arasında kısa, tek sarmallı bir RNA türüdür. Proteine ​​çevrilmediği için genellikle kodlamayan RNA olarak adlandırılır.

Diğer RNA türleri gibi, mikroRNA işleme de karmaşıktır ve bir dizi proteini içerir.

MikroRNA'lar, genin ilk transkriptinden türetilen mi-priRNA adı verilen daha uzun öncülerden ortaya çıkar. Hücrenin çekirdeğinde, bu öncüler mikroişlemci kompleksinde modifiye edilir ve sonuç bir pre-miRNA'dır.

Pre-miRNA'lar, RNA kaynaklı susturma kompleksini (RISC) birleştiren ve son olarak miRNA sentezlenen Dicer adlı bir enzim tarafından sitoplazmada işlenmeye devam eden 70 nükleotid saç tokasıdır.

Bu RNA'lar, spesifik haberci RNA'ları tamamlayıcı nitelikte olduklarından, genlerin ifadesini düzenleyebilirler. MiRNA'lar hedefleriyle çiftleşerek haberciyi bastırabilir, hatta indirgeyebilirler. Sonuç olarak ribozom, söz konusu transkripti tercüme edemez.

RNA susturma

Belirli bir mikroRNA türü, susturucu RNA'lar olarak da adlandırılan küçük karışan RNA'lardır (siRNA'lar). Bunlar, belirli genlerin ifadesini engelleyen 20-25 nükleotid arası kısa RNA'lardır.

İlgilenilen bir geni susturmayı ve dolayısıyla olası işlevini incelemeyi mümkün kıldığından, araştırma için çok umut verici araçlardır.

DNA ve RNA arasındaki farklar

DNA ve RNA nükleik asitler olmalarına ve ilk bakışta çok benzer görünmelerine rağmen, bazı kimyasal ve yapısal özelliklerinde farklılık gösterirler. DNA çift bantlı bir moleküldür, RNA ise tek bantlıdır.

Bu nedenle, RNA daha çok yönlü bir moleküldür ve çok çeşitli üç boyutlu şekiller alabilir. Bununla birlikte, bazı virüslerin genetik materyallerinde çift bantlı RNA bulunur.

RNA nükleotidlerinde şeker molekülü bir riboz iken, DNA'da sadece bir oksijen atomunun varlığında farklılık gösteren bir deoksiribozdur.

DNA ve RNA'nın omurgasındaki fosfodiester bağı, enzimlerin varlığı olmadan yavaş bir hidroliz sürecine girmeye eğilimlidir. Alkali koşullar altında, RNA - ekstra hidroksil grubu sayesinde - hızla hidrolize olurken, DNA hidrolize olmaz.

Benzer şekilde, DNA'daki nükleotidleri oluşturan azotlu bazlar guanin, adenin, timin ve sitozindir; tersine, RNA'da timin yerini urasil alır. Urasil, DNA'daki timin ile aynı şekilde adenin ile eşleşebilir.

Kökeni ve evrim

RNA, bilgiyi depolayabilen ve aynı zamanda kimyasal reaksiyonları katalize edebilen bilinen tek moleküldür; Bu nedenle birçok yazar, RNA molekülünün yaşamın başlangıcında çok önemli olduğunu öne sürüyor. Şaşırtıcı bir şekilde, ribozomların substratları diğer RNA molekülleridir.

Ribozimlerin keşfi, "enzim" in biyokimyasal olarak yeniden tanımlanmasına yol açtı - daha önce bu terim sadece katalitik aktiviteye sahip proteinler için kullanıldığından beri - ve ilk yaşam formlarının genetik materyal olarak sadece RNA'yı kullandığı bir senaryoyu desteklemeye yardımcı oldu.

Referanslar

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, vd. (2002). Hücrenin moleküler biyolojisi. 4. baskı. New York: Garland Bilimi. DNA'dan RNA'ya. Şu adresten ulaşılabilir: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L. ve Tymoczko, JL (2007). Biyokimya. Tersine döndüm.
3. Campbell, NA ve Reece, JB (2007). Biyoloji . Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, vd. (1999). Modern Genetik Analiz. New York: WH Freeman. Genler ve RNA. Şu adresten ulaşılabilir: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE ve Guyton, AC (2006). Tıbbi fizyoloji antlaşması. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton ve Hall tıbbi fizyoloji ders kitabı e - Kitap. Elsevier Sağlık Bilimleri.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, vd. (2000) Molecular Cell Biology. 4. baskı. New York: WH Freeman. Bölüm 11.6, rRNA ve tRNA'nın işlenmesi. Şu adresten ulaşılabilir: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL ve Cox, MM (2008). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.