ARN -Funktionen, Struktur und Typen

Er RNA oder RNA (Ribonukleinsäure) ist eine Art von Nukleinsäure, die in eukaryotischen, prokaryotischen und virusorganismen vorhanden sind. Es ist ein Nukleotidpolymer, das vier Arten von Stickstoffbasen in seiner Struktur enthält: Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil.

RNA wird im Allgemeinen als einzelne Bande (außer in einigen Viren) in linearem oder eine Reihe komplexer Strukturen gefunden. Tatsächlich hat RNA eine strukturelle Dynamik, die im Doppel -DNA -Propeller nicht beobachtet wird. Die verschiedenen Arten von RNA haben sehr unterschiedliche Funktionen.

Ribosomale RNAs sind Teil von Ribosomen, die Strukturen, die für die Proteinsynthese in Zellen verantwortlich sind. Messenger -RNA -Funktion als Vermittler und transportieren genetische Informationen in das Ribosom, was die Nachricht von einer Nucleotid -Sequenz in eine Aminosäure übersetzt.

Transfer -RNAs sind für die Aktivierung und Übertragung der verschiedenen Arten von Aminosäuren -20 in Total- auf Ribosomen verantwortlich. Für jede Aminosäure gibt es ein Transfer -RNA -Molekül, das die Sequenz in der Messenger -RNA erkennt.  

Darüber hinaus gibt es andere Arten von RNA, die nicht direkt an der Proteinsynthese beteiligt sind und an der Genregulation beteiligt sind.

Struktur

Die grundlegenden Einheiten von RNA sind Nukleotide. Jedes Nukleotid wird durch eine Stickstoffbase (Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil), eine Pentose und eine Phosphatgruppe gebildet.

Nukleotide

Stickstoffbasen stammen aus zwei grundlegenden Verbindungen: Pyrimidinen und Purinen.

Die von Purinen abgeleiteten Basen sind Adenin und Guanin und die von Pyrimidinen abgeleiteten Basen sind Cytosin und Uracil. Obwohl dies die häufigsten Basen sind, können Nukleinsäuren auch andere Arten von Basen aufweisen, die weniger häufig sind.

Die Pentose sind D-Ribyan-Einheiten. Daher werden die Nukleotide, aus denen die RNA besteht, "Ribonukleotide" bezeichnet.

RNA -Kette

Nukleotide sind durch chemische Verbindungen miteinander vereint, an denen die Phosphatgruppe beteiligt ist. Um sie zu bilden, ist die 5'-Fosphatgruppe eines Nukleotids am 3'.

In der gesamten Nukleinsäurkette haben Phosphodiesterbindungen die gleiche Ausrichtung. Daher gibt es eine Polarität des Strangs, die zwischen 3 und Ende 5 unterscheidet.

Durch Konvent.

Das RNA -Produkt des DNA -Transkripts ist eine einfache Bandkette, die sich nach rechts nach rechts dreht, in einer helikalen Konformation aufgrund der Stapelung der Basen. Die Wechselwirkung zwischen den Purinen ist viel größer als die Wechselwirkung zwischen zwei Pyrimidinen aufgrund der Größe derselben.

In der RNA können Sie nicht über eine traditionelle und referenzierte Sekundärstruktur wie DNA -Doppelpropeller sprechen. Die dreidimensionale Struktur jedes RNA -Moleküls ist einzigartig und komplex, vergleichbar mit der von Proteinen (logischerweise können wir die Struktur von Proteinen nicht globalisieren).

Erzwingt, die die RNA stabilisieren

Es gibt schwache Wechselwirkungen, die zur Stabilisierung der RNA beitragen, insbesondere zur Stapelung von Basen, bei denen sich die Ringe aufeinander befinden. Dieses Phänomen trägt auch zur Stabilität des DNA -Propellers bei.

Wenn das RNA -Molekül eine komplementäre Sequenz findet, können sie gekoppelt werden und eine Doppelkettenstruktur bilden, die nach rechts dreht. Die vorherrschende Form ist vom Typ A; Was die Z -Formen betrifft, haben sie nur im Labor gezeigt, während Form B nicht beobachtet wurde.

Es gibt im Allgemeinen kurze Sequenzen (wie Uugg), die sich am Ende der RNA befinden und die Besonderheit der Formung haben Schleifen stabil. Diese Sequenz nimmt an der Faltung der dreidimensionalen Struktur der RNA teil.

Darüber hinaus können Wasserstoffbrücken an anderen Stellen gebildet werden, die keine typische Basis -Paarung sind (AU und CG). Eine dieser Wechselwirkungen tritt zwischen dem 2'-oh der Ribosa mit anderen Gruppen auf.

Aufklären der verschiedenen in der RNA gefundenen Strukturen haben dazu beigetragen, die Mehrfachfunktionen dieser Nukleinsäure zu demonstrieren.

RNA -Typen und Funktionen

Es gibt zwei Arten von RNA: Information und Funktional. Die RNAs, die an der Synthese von Protein beteiligt sind, gehören zur ersten Gruppe und Funktion als Vermittler des Prozesses; Informations -RNAs sind Messenger -RNA.

Im Gegensatz dazu führen die RNAs zur zweiten Klasse, die funktionalen, nicht zu einem neuen Proteinmolekül, und die RNA selbst ist das Endprodukt. Dies sind die Transfer -RNAs und die ribosomalen RNAs.

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In Säugetierzellen ist 80 % der RNA ribosomale RNA, 15 % eine Transfer -RNA und nur ein kleiner Teil entspricht der Messenger -RNA. Diese drei Typen arbeiten kooperativ, um die Proteinbiosynthese zu erreichen.

Es gibt auch kleine nukleare RNAs, kleine cytoplasmatische und mikroarne RNAs. Jeder der wichtigsten Typen wird ausführlich beschrieben:

Messenger -RNA

In Eukaryoten ist die DNA im Kern beschränkt, während die Proteinsynthese im Zellzytoplasma auftritt, wo Ribosomen gefunden werden. Für diese räumliche Trennung muss es einen Mediator geben, der die Botschaft vom Kern zum Zytoplasma trägt, und dieses Molekül ist die Messenger -RNA.

Die Messenger -RNA, abgekürzte RNM, ist ein intermediäres Molekül, das die in der DNA codierten Informationen enthält und eine Sequenz von Aminosäuren angibt.

Der Begriff Messenger -RNA wurde 1961 von François Jacob und Jacques Monod vorgeschlagen, um den Teil der RNA zu beschreiben, der die Nachricht von der DNA zu den Ribosomen übertraf.

Der Prozess der Synthese eines RNM aus dem DNA -Strang ist als Transkription bekannt und tritt zwischen Prokaryoten und Eukaryoten unterschiedlich auf. 

Die Genexpression wird von mehreren Faktoren bestimmt und hängt von den Bedürfnissen jeder Zelle ab. Die Transkription ist in drei Stufen unterteilt: Initiierung, Dehnung und Beendigung.

Transkription

Der DNA -Replikationsprozess, der in jeder Zellteilung auftritt, kopieren Sie das gesamte Chromosom. Der Transkriptionsprozess ist jedoch viel selektiver, es befasst sich nur mit der Verarbeitung spezifischer Segmente des DNA -Strangs und erfordert keinen Primer.

In Escherichia coli -Die am besten untersuchten Bakterien in den biologischen Wissenschaften- Transkription beginnt mit der Unleid. Die Enzym -RNA -Polymerase ist für die Synthese der RNA verantwortlich und im weiteren Verlauf der Transkription kehrt der DNA -Strang in ihre ursprüngliche Form zurück.

Initiierung, Dehnung und Beendigung

Die Transkription wird nicht an zufälligen Stellen im DNA -Molekül initiiert; Es gibt spezielle Websites für dieses Phänomen, die als Promotoren bezeichnet werden. In UND. coli Die RNA -Polymerase ist mit Basenpaaren über der weißen Region gekoppelt.

Die Sequenzen, bei denen Transkriptionsfaktoren gekoppelt sind. Eine der bekanntesten Promoting -Sequenzen ist die Tata -Box.

In der Dehnung fügt das RNA-Polymerase-Enzym dem 3'-oh-Ende neue Nukleotide hinzu, die nach Ansprache 5 'bis 3' nach der Adresse 5 'bis 3'. Die Hydroxylgruppe wirkt als Nucleophil und greift das Alpha -Phosphat des Nukleotids an, das zugesetzt wird. Diese Reaktion gibt ein Pyrophosphat frei.

Nur eine der DNA -Stränge wird verwendet, um die Messenger -RNA zu synthetisieren, die in der 3 'bis 5' -Adresse (die antiparallele Form der neuen RNA -Kette) kopiert wird). Das Nukleotid, das hinzugefügt wird.

Die RNA -Polymerase stoppt den Prozess, wenn es reiche Regionen in Cytosin und Guanina findet. Schließlich ist das neue Messenger -RNA -Molekül vom Komplex getrennt.

Transkription in Prokaryoten

In Prokaryoten kann ein Messenger -RNA -Molekül für mehr als ein Protein codiert werden.

Wenn ein RNM ausschließlich für ein Protein oder ein Polypeptid kodiert, wird es als monocytronische mRNA bezeichnet. Wenn Sie jedoch für mehr als ein Proteinprodukt codieren, ist das ARNM polystonisch (in diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff Cistron auf das Gen).

Transkription in Eukaryoten

In eukaryotischen Organismen ist die überwiegende Mehrheit der RNAs Monocystronik und Transkriptionsmaschinerie ist viel komplexer, ist diese Abstammungslinie von Organismen. Sie sind durch drei Polymerase gekennzeichnet, die I, II und III RNAs bezeichnet haben, jeweils mit spezifischen Funktionen.

Das I ist verantwortlich für die Synthese des Pre-ARNR, der II synthetisiert die Messenger-RNAs und einige spezielle RNAs. Schließlich ist der III für die Transfer -RNAs, das 5S -Ribosomal und andere kleine RNA verantwortlich.

Messenger -RNA in Eukaryoten

Die Messenger -RNA erleidet eine Reihe spezifischer Modifikationen in Eukaryoten. Das erste beinhaltet die Zugabe einer "Kaperuza" zum extremen 5 '. Chemisch gesehen ist Caperuza ein 7-Methylguanin-Rest.

Die Funktion dieses Gebiets besteht darin, die RNA vor einem möglichen Abbau durch Ribonukleasen (Enzyme, die die RNA in kleineren Komponenten abbauen) zu schützen.

Darüber hinaus tritt die Entfernung des 3 'Ende auf und Adeninabfälle werden von 80 bis 250 hinzugefügt. Diese Struktur ist als "Schwanz" -Polia bekannt und dient als Gewerkschaftszone für mehrere Proteine. Wenn ein Prokaryoten einen Polia -Schwanz erwirbt.

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Andererseits wird dieser Bote mit den Introns transkribiert. Intronen sind DNA -Sequenzen, die nicht Teil des Gens sind, sondern diese "Interrupt", sagte Sequenz. Intronen übersetzen nicht und müssen daher aus dem Boten eliminiert werden.

Die meisten Wirbeltiergene haben Introns, mit Ausnahme von Genen, die sie für Histone codieren. In ähnlicher Weise kann die Anzahl der Introns in einem Gen von einigen wenigen zu Dutzenden von diesen variieren.

Spleißen von RNA

Die sVerpacken der RNA oder des Schneidens und Spleißens besteht in der Eliminierung von Introns in der Messenger -RNA.

Einige Introns in nuklearen oder mitochondrialen Genen können den Prozess von durchführen Spleißen Ohne Enzym oder ATP -Hilfe. Stattdessen wird der Prozess durch Transcessiterification -Reaktionen durchgeführt. Dieser Mechanismus wurde im ciliierten Protozoen entdeckt Tetrahymena thermophila.

Im Gegensatz dazu gibt es eine andere Gruppe von Boten, die ihre eigenen nicht vermitteln können Spleißen, Sie brauchen also zusätzliche Maschinen. Diese Gruppe gehört zu einer ziemlich hohen Anzahl von nuklearen Genen.

Der Prozess von Spleißen Es wird durch einen Proteinkomplex vermittelt, der Explictosom oder Schneidkomplex und Gelenk bezeichnet wird. Das System besteht aus spezialisierten RNA -Komplexen, die als Ribonukleoproteine ​​Small Nuclear (RNP) bezeichnet werden.

Es gibt fünf Arten von RNP: U1, U2, U4, U5 und U6, die sich im Kern befinden und den Prozess von vermitteln Spleißen.

Er Spleißen kann mehr als eine Art Protein produzieren -das ist als bekannt als Spleißen Alternative, da die Exons unterschiedlich fixiert sind und Sorten von ARN-Boten erstellen.

Ribosomale RNA

Die ribosomale RNA, abgekürzte RNR, wird in Ribosomen gefunden und beteiligt sich an der Proteinbiosynthese. Daher ist es ein wesentlicher Bestandteil aller Zellen.

Die ribosomale RNA ist mit Proteinmolekülen assoziiert (ungefähr 100,. Sie werden je nach Sedimentationskoeffizient klassifiziert, gekennzeichnet durch die Schreiben von Svedberg -Einheiten.

Ein Ribosom besteht aus zwei Teilen: der Hauptuntereinheit und der kleinen Untereinheit. Beide Untereinheiten unterscheiden sich zwischen Prokaryoten und Eukaryoten hinsichtlich des Sedimentationskoeffizienten.

Die Prokaryoten haben eine große 50er Jahre und eine 30er -Jahre -Kleinigkeit.

Die Gene, die für ribosomale RNAs kodieren. Ribosomale RNAs werden in dieser Region durch RNA -Polymerase I transkribiert.

In Zellen, die große Mengen von Proteinen synthetisieren; Der Nukleolus ist eine herausragende Struktur. Wenn die fragliche Zelle jedoch keine hohe Anzahl von Proteinprodukten erfordert, ist der Nucleolus eine fast unmerklich.

Ribosomale RNA -Verarbeitung

Die große ribosomale Untereinheit 60s sind mit den Fragmenten 28s und 5 verbunden.8s. In Bezug auf die kleine Untereinheit (40s) ist sie mit 18S assoziiert.

In den oberen Eukaryoten wird das Pre-ARNR in einer 45S-Transkriptionseinheit kodiert, an der die RNA-Polymerase I beteiligt ist. Dieses Transkript wird in reifen ribosomalen Rippen 28, 18s und 5 verarbeitet.8s.

Durch die Fortsetzung der Synthese ist das Pre-ArnR mit verschiedenen Proteinen assoziiert und bildet Partikel von Ribonukleoproteinen. Dies erleidet eine Reihe nachfolgender Modifikationen, die die Methylierung aus der 2'-OH-Gruppe der Ribose und die Umwandlung von Uridinabfällen in Pseudouridin umfassen.

Die Region, in der diese Veränderungen auftreten, werden durch mehr als 150 Moleküle kleiner nukleolar.

Entgegen dem Rest des Pre-Arnr wird die 5S durch die RNA-Polymerase III im Nucleoplasma transkribiert und nicht im Nucleolus. Nach der Synthese wird es in den Nucleolus gebracht, um sich mit den 28s und 5 zu montieren.8s, so bildende ribosomale Einheiten.

Am Ende des Montageprozesses werden die Untereinheiten durch Kernporen auf das Zytoplasma übertragen.

Polyribosomen

Es kann passieren, dass ein Messenger -RNA -Molekül gleichzeitig mehrere Proteine ​​entsteht und mehr als ein Ribosom verbindet. Mit fortschreitender Übersetzungsprozess ist das Ende des Boten frei und kann von einem anderen Ribosom erfasst werden, um eine neue Synthese zu starten.

Daher ist es üblich, die gruppierten Ribosomen (zwischen 3 und 10) in einem einzelnen Messenger -RNA -Molekül zu finden, und diese Gruppe wird als Polyribosom bezeichnet.

RNA übertragen

Die Transfer -RNA ist für die Übertragung von Aminosäuren im Laufe des Proteinsyntheseprozesses verantwortlich. Sie bestehen aus ungefähr 80 Nukleotiden (verglichen die Messenger -RNA, es ist ein "kleines") Molekül.

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Die Struktur hat Falten und Übergang, die einen Klee mit drei Armen erinnern. An einem Ende befindet sich ein Adenylring, in dem die Hydroxylgruppe der Ribosa -Medien die Vereinigung mit der Aminosäure zu transportieren ist.

Die verschiedenen Transfer -RNAs werden ausschließlich mit einer der zwanzig Aminosäuren kombiniert, die die Proteine ​​bilden. Mit anderen Worten, es ist das Fahrzeug, das die Grundblöcke von Proteinen transportiert. Der Transfer-RNA-Komplex zusammen mit der Aminosäure wird Amininoacil-Arnt bezeichnet.

Darüber hinaus erkennt jede Transfer -RNA im Translationsprozess - der dank der Ribosomen auftritt, ein bestimmtes Codon in der Messenger -RNA. Wenn er es erkennt, wird die entsprechende Aminosäure freigesetzt und wird Teil des synthetisierten Peptids.

Um die Art der Aminosäure zu erkennen, die geliefert werden muss, hat die RNA ein "Anticodon" im mittleren Bereich des Moleküls. Dieses Anticodon kann Wasserstoffbrückenbindungen mit den komplementären Grundlagen in der Messenger -DNA bilden.

Microarn

Microarn oder RNAMI sind ein einzelner Kettentyp zwischen 21 und 23 Nukleotiden, deren Funktion es ist, die Expression von Genen zu regulieren. Da Protein nicht übersetzt wird, wird es normalerweise als nicht kodierende RNA bezeichnet.

Wie die anderen Arten von RNA ist die Mikroarnverarbeitung komplex und beinhaltet eine Reihe von Protein.

Microarn entstehen aus längeren Vorläufern, die als RNEMI-Pri bezeichnet werden und aus dem ersten Transkript des Gens abgeleitet sind. Im Kern der Zelle werden diese Vorläufer im Mikroprozessorkomplex modifiziert und das Ergebnis ist ein Pre-Arnmi.

Die Pre-Arnmi sind 70 Nukleotidgabeln, die ihre Verarbeitung im Zytoplasma durch ein Enzym namens Dicer fortsetzen, das den durch RNA (RISC) induzierten Schalldämpfer zusammenstellt, und schließlich wird der RNAMI synthetisiert.

Diese RNAs sind in der Lage, die Genexpression zu regulieren, da sie zu bestimmten Messenger -RNAs komplementär sind. Wenn sie an ihrem Ziel angeschlossen werden, kann das RNEM den Messenger unterdrücken oder sogar beeinträchtigen. Folglich kann Ribosom die transkribierten nicht übersetzen.

RNA zum Schweigen bringen

Eine bestimmte Art von Mikroarn ist eine kleine Interferenz -RNA (ARNSI), die auch als Stummschalt -RNA bezeichnet wird. Sie sind kurze RNA, zwischen 20 und 25 Nukleotiden, die die Expression bestimmter Gene behindern.

Sie sind sehr vielversprechende Instrumente für die Forschung, da sie es ermöglichen, ein interessierendes Gen zum Schweigen zu bringen und somit ihre mögliche Funktion zu untersuchen.

Unterschiede zwischen DNA und RNA

Obwohl DNA und RNA Nukleinsäuren sind und dem ersten Anblick sehr ähnlich aussehen können, unterscheiden sie sich in mehreren ihrer chemischen und strukturellen Eigenschaften. DNA ist ein Doppelbandmolekül, während RNA eine einfache Bande ist.

Daher ist RNA ein vielseitigeres Molekül und kann eine Vielzahl von dreidimensionalen Formen annehmen. Bestimmte Viren haben jedoch eine doppelte Bande in ihrem genetischen Material.

In den Nukleotiden der RNA ist das Zuckermolekül eine Ribose, während es in der DNA eine Desoxyribose ist, die sich nur in Gegenwart eines Sauerstoffatoms unterscheidet.

Die Phosphodiesterbindung im DNA -Skelett und im RNA ist anfällig für einen langsamen Hydrolyseprozess und ohne das Vorhandensein von Enzymen. Unter Alkalinitätsbedingungen ist die RNA schnell hydrolysiert -danke für die zusätzliche Hydroxylgruppe -während die DNA nicht der Fall ist.

In ähnlicher Weise sind die Stickstoffbasen, aus denen die Nukleotide in der DNA besteht, Guanin, Adenin, Timin und Cytosin; Andererseits wird Timina in der RNA durch Uracil ersetzt. Uracil kann sich mit Adenin paaren, genau wie Timina in DNA.

Herkunft und Evolution

RNA ist das einzige bekannte Molekül, das Informationen gleichzeitig speichern und chemische Reaktionen katalysieren kann. Daher schlagen mehrere Autoren vor, dass das RNA -Molekül für den Ursprung des Lebens entscheidend war. Überraschenderweise sind Ribosomen -Substrate andere RNA -Moleküle.

Die Entdeckung der Ribzyme führte zur biochemischen Neudefinition von "Enzym" -da der Begriff ausschließlich für Proteine ​​mit katalytischer Aktivität verwendet wurde -und half bei der Unterstützung eines Szenario.

Verweise

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