Функции, структура и типы РНК



РНК или РНК (рибонуклеиновая кислота) представляет собой тип нуклеиновой кислоты, присутствующей в эукариотических организмах, прокариотах и ​​вирусах. Это полимер нуклеотидов, который содержит в своей структуре четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и урацил..

РНК, как правило, находится в виде одной полосы (за исключением некоторых вирусов), линейно или образуя ряд сложных структур. Фактически, РНК имеет структурный динамизм, который не наблюдается в двойной спирали ДНК. Различные типы РНК имеют очень разные функции.

Рибосомные РНК являются частью рибосом, структур, ответственных за синтез белков в клетках. РНК-мессенджеры выступают в качестве посредников и транспортируют генетическую информацию в рибосому, которая переводит сообщение из нуклеотидной последовательности в аминокислотную последовательность.

Трансферные РНК ответственны за активацию и перенос различных типов аминокислот -20 в целом на рибосомы. Существует молекула переноса РНК для каждой аминокислоты, которая распознает последовательность в мессенджере РНК.  

Кроме того, существуют другие типы РНК, которые непосредственно не участвуют в синтезе белка и участвуют в регуляции генов..

индекс

  • 1 структура
    • 1.1 Нуклеотиды
    • 1.2 РНК-цепь
    • 1.3 Силы, стабилизирующие РНК
  • 2 типа РНК и функции
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2.2 рибосомная РНК
    • 2.3 Передача РНК
    • 2.4 МикроРНК
    • 2,5 немой РНК
  • 3 Различия между ДНК и РНК
  • 4 Происхождение и эволюция
  • 5 ссылок

структура

Основными единицами РНК являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид образован азотистым основанием (аденин, гуанин, цитозин и урацил), пентозой и фосфатной группой..

нуклеотид

Азотистые основания получены из двух основных соединений: пиримидинов и пуринов.

Основания, полученные из пуринов, представляют собой аденин и гуанин, а основания, полученные из пиримидинов, представляют собой цитозин и урацил. Хотя это наиболее распространенные основания, нуклеиновые кислоты могут также представлять другие типы оснований, которые встречаются реже..

Что касается пентозы, они являются единицами d-рибозы. Следовательно, нуклеотиды, которые составляют РНК, называются «рибонуклеотидами»..

Цепь РНК

Нуклеотиды связаны друг с другом химическими связями, которые включают фосфатную группу. Для их образования фосфатная группа на 5'-конце нуклеотида присоединяется к гидроксильной группе (-OH) на 3'-конце следующего нуклеотида, создавая таким образом связь типа фосфодиэфира..

Вдоль цепи нуклеиновой кислоты фосфодиэфирные связи имеют одинаковую ориентацию. Следовательно, существует полярность нити, различающая конец 3 'и 5'.

По соглашению, структура нуклеиновых кислот представлена ​​5 'концом слева и 3' концом справа.

РНК-продукт транскрипции ДНК представляет собой простую цепь, которая поворачивается вправо в виде спиральной структуры путем укладки оснований. Взаимодействие между пуринами намного больше, чем взаимодействие между двумя пиримидинами, по размеру их.

В РНК мы не можем говорить о традиционной вторичной структуре и эталоне, так как это двойная спираль ДНК. Трехмерная структура каждой молекулы РНК уникальна и сложна, сопоставима со структурой белков (логически, мы не можем глобализировать структуру белков).

Силы, которые стабилизируют РНК

Существуют слабые взаимодействия, которые способствуют стабилизации РНК, в частности, укладка оснований, где кольца расположены одно над другим. Это явление также способствует стабильности спирали ДНК.

Если молекула РНК обнаруживает комплементарную последовательность, они могут соединяться и образовывать двухцепочечную структуру, которая поворачивается вправо. Преобладающая форма - тип А; Что касается форм Z, то они были обнаружены только в лаборатории, в то время как форма B не наблюдалась..

Как правило, существуют короткие последовательности (например, UUGG), которые расположены на конце РНК и имеют особенность формирования петли стабильный. Эта последовательность участвует в сворачивании трехмерной структуры РНК.

Кроме того, водородные связи могут образовываться в других местах, которые не являются типичными парами оснований (AU и CG). Одно из этих взаимодействий происходит между 2'-ОН рибозы с другими группами.

Разбавление различных структур, обнаруженных в РНК, служит для демонстрации множества функций этой нуклеиновой кислоты..

Типы РНК и функции

Существует два вида РНК: информационная и функциональная. Первая группа включает РНК, которые участвуют в синтезе белков и функционируют как посредники процесса; информационные РНК являются РНК-мессенджерами.

Напротив, РНК, принадлежащие ко второму классу, функциональные, не дают начало новой белковой молекуле, а сама РНК является конечным продуктом. Это трансфер-РНК и рибосомальные РНК.

В клетках млекопитающих 80% РНК - это рибосомная РНК, 15% - это РНК-переносчик, и только небольшая часть соответствует РНК-мессенджеру. Эти три типа работают совместно для достижения биосинтеза белка.

Есть также небольшие ядерные РНК, небольшие цитоплазматические РНК и микроРНК, среди других. Далее каждый из наиболее важных типов будет подробно описан:

Messenger RNA

У эукариот ДНК ограничена ядром, а синтез белка происходит в цитоплазме клетки, где расположены рибосомы. Для этого пространственного разделения должен существовать медиатор, который передает сообщение от ядра к цитоплазме, и эта молекула является РНК-мессенджером..

РНК-мессенджер, сокращенно мРНК, представляет собой промежуточную молекулу, которая содержит информацию, закодированную в ДНК, и которая определяет последовательность аминокислот, которая будет давать функциональный белок..

Термин РНК-мессенджер был предложен в 1961 году Франсуа Жакобом и Жаком Монодом для описания части РНК, которая передавала сообщение от ДНК к рибосомам..

Процесс синтеза мРНК из цепи ДНК известен как транскрипция и происходит по-разному между прокариотами и эукариотами. 

Экспрессия генов регулируется несколькими факторами и зависит от потребностей каждой клетки. Транскрипция делится на три этапа: начало, удлинение и окончание.

транскрипция

Процесс репликации ДНК, который происходит в каждом клеточном делении, копирует всю хромосому. Однако процесс транскрипции гораздо более избирателен, имеет дело только с обработкой специфических сегментов цепи ДНК и не требует праймера.

в Кишечная палочка -бактерия лучше всего изучена в биологических науках - транскрипция начинается с разматывания двойной спирали ДНК, и образуется транскрипционная петля. Фермент РНК-полимераза отвечает за синтез РНК и, по мере продолжения транскрипции, цепь ДНК возвращается к своей первоначальной форме..

Начало, удлинение и прекращение

Транскрипция не инициируется в случайных местах в молекуле ДНК; Существуют специализированные сайты для этого явления, называемые промоутерами. в Кишечная палочка РНК-полимераза связана несколькими парами оснований над белой областью.

Последовательности, в которых факторы транскрипции связаны, довольно консервативны среди разных видов. Одной из самых известных промоторных последовательностей является бокс TATA.

При удлинении фермент РНК-полимераза добавляет новые нуклеотиды к концу 3'-ОН, следуя направлению от 5 'до 3'. Гидроксильная группа действует как нуклеофил, атакуя альфа-фосфат нуклеотида, который будет добавлен. Эта реакция выделяет пирофосфат.

Только одна нить ДНК используется для синтеза РНК-мессенджера, которая копируется в направлении от 3 'до 5' (антипараллельная форма новой нити РНК). Нуклеотид, который будет добавлен, должен соответствовать основанию спаривания: U спаривание с A, и G с C.

РНК-полимераза останавливает процесс, когда находит области, богатые цитозином и гуанином. Наконец, новая молекула мессенджера РНК отделена от комплекса.

Транскрипция у прокариот

У прокариот молекула РНК-мессенджера может кодировать более одного белка.

Когда мРНК кодирует исключительно белок или полипептид, она называется моноцистронной мРНК, но если она кодирует более одного белкового продукта, мРНК является поликистронной (обратите внимание, что в этом контексте термин цистрон относится к гену).

Транскрипция у эукариот

У эукариотических организмов подавляющее большинство мРНК являются моноцистронными, и механизм транскрипции намного сложнее в этой линии организмов. Они характеризуются наличием трех РНК-полимераз, обозначенных I, II и III, каждая из которых имеет определенные функции.

I отвечает за синтез пре-рРНК, II синтезирует мессенджерные РНК и некоторые специальные РНК. Наконец, III отвечает за передачу РНК, 5S рибосомы и других малых РНК.

Вестник РНК у эукариот

РНК-мессенджер подвергается ряду специфических модификаций у эукариот. Первый включает в себя добавление «колпачка» к 5 'концу. Химически колпачок представляет собой остаток 7-метилгуанозина, закрепленный на конце связью типа 5 ', 5'-трифосфата.

Функция этой зоны заключается в защите РНК от возможного распада рибонуклеазами (ферментами, которые разлагают РНК на более мелкие компоненты).

Кроме того, происходит удаление 3'-конца и добавляется от 80 до 250 остатков аденина. Эта структура известна как полиА "хвост" и служит зоной связывания для нескольких белков. Когда прокариот приобретает хвост, полиА имеет тенденцию стимулировать его деградацию..

С другой стороны, этот посланник транскрибируется с помощью интронов. Интроны - это последовательности ДНК, которые не являются частью гена, но «прерывают» последовательность. Интроны не переводятся и поэтому должны быть удалены из мессенджера.

Большинство генов позвоночных имеют интроны, за исключением генов, кодирующих гистоны. Точно так же количество интронов в гене может варьироваться от нескольких до десятков из них..

сплайсинг РНК

Сplicing РНК или процесс сплайсинга включает удаление интронов в мессенджере РНК.

Некоторые интроны, обнаруженные в ядерных или митохондриальных генах, могут выполнять процесс сплайсинг без помощи ферментов или АТФ. Вместо этого процесс осуществляется реакциями переэтерификации. Этот механизм был обнаружен у мерзлого простейшего Тетрагимена термофила.

Напротив, есть другая группа посланников, которые не могут выступать в качестве посредника сплайсинг, поэтому им нужно дополнительное оборудование. К этой группе относится довольно большое количество ядерных генов.

Процесс сплайсинг он опосредуется белковым комплексом, называемым спайосомой или сплайсинговым комплексом. Система состоит из специализированных комплексов РНК, называемых ядерными малыми рибонуклеопротеинами (RNP)..

Существует пять типов RNP: U1, U2, U4, U5 и U6, которые находятся в ядре и опосредуют процесс сплайсинг.

сплайсинг может производить более одного типа белка - это известно как сплайсинг Альтернативно, так как экзоны расположены по-разному, создавая разновидности РНК посланника.

Рибосомная РНК

Рибосомная РНК, сокращенно называемая рРНК, находится в рибосомах и участвует в биосинтезе белков. Следовательно, это важный компонент всех клеток..

Рибосомная РНК связана с белковыми молекулами (приблизительно 100, приблизительно), чтобы вызвать рибосомные presubunidades. Они классифицируются в зависимости от коэффициента седиментации, обозначаемого буквой S единиц Сведберга.

Рибосома состоит из двух частей: основной субъединицы и малой субъединицы. Обе субъединицы различаются у прокариот и эукариот по коэффициенту седиментации.

Прокариоты имеют большую субъединицу 50S и небольшую субъединицу 30S, в то время как у эукариот большая субъединица составляет 60S и небольшая субъединица 40S.

Гены, которые кодируют рибосомальные РНК, находятся в ядрышке, определенной области ядра, которая не ограничена мембраной. Рибосомные РНК транскрибируются в этой области с помощью РНК-полимеразы I.

В клетках, которые синтезируют большое количество белков; Ядрышко является заметной структурой. Однако, когда рассматриваемая клетка не требует большого количества белковых продуктов, ядрышко представляет собой практически незаметную структуру..

Процессинг рибосомальной РНК

Большая 60S рибосомная субъединица связана с фрагментами 28S и 5.8S. Что касается небольшой субъединицы (40S), она связана с 18S.

У высших эукариот пре-рРНК кодируется в транскрипционной единице 45S, которая включает РНК-полимеразу I. Этот транскрипт обрабатывается в зрелых рибосомальных РНК 28S, 18S и 5.8S..

По мере продолжения синтеза пре-рРНК связывается с различными белками и образует частицы рибонуклеопротеина. Это претерпевает ряд последующих модификаций, которые включают метилирование 2'-ОН-группы рибозы и превращение остатков уридина в псевдоуридин..

Регион, в котором будут происходить эти изменения, контролируется более чем 150 небольшими ядрышковыми молекулами РНК, которые способны прикрепляться к пре-рРНК.

В отличие от остальной части пре-рРНК, 5S транскрибируется РНК-полимеразой III в нуклеоплазме, а не внутри ядрышка. После синтеза его доставляют в ядрышку для сборки с 28S и 5.8S, образуя рибосомные единицы..

В конце процесса сборки субъединицы переносятся в цитоплазму ядерными порами.

полирибосомы

Может случиться так, что молекула мессенджерной РНК дает начало нескольким белкам одновременно, соединяя более одной рибосомы. По мере продвижения процесса трансляции конец мессенджера свободен и может быть подхвачен другой рибосомой, начиная новый синтез.

Следовательно, часто встречаются рибосомы, сгруппированные (между 3 и 10) в одну молекулу мессенджера РНК, и эта группа называется полирибосомой..

Передача РНК

Передающая РНК ответственна за перенос аминокислот в процессе синтеза белка. Они состоят примерно из 80 нуклеотидов (по сравнению с мессенджером РНК, это «маленькая» молекула).

У структуры есть сгибы и кресты, которые напоминают трилистник с тремя руками. На одном конце находится аденильное кольцо, где гидроксильная группа рибозы опосредует связывание с транспортируемой аминокислотой..

Различные РНК переноса объединяются исключительно с одной из двадцати аминокислот, которые образуют белки; другими словами, это транспортное средство, которое транспортирует основные строительные блоки белков. Комплекс передачи РНК вместе с аминокислотой называется аминоацил-тРНК.

Кроме того, в процессе трансляции, который происходит благодаря рибосомам, каждая переносящая РНК распознает определенный кодон в РНК-мессенджере. Когда это распознается, соответствующая аминокислота высвобождается и становится частью синтезированного пептида.

Чтобы распознать тип аминокислоты, которая должна быть доставлена, РНК имеет «антикодон», расположенный в средней части молекулы. Этот антикодон способен образовывать водородные связи с комплементарными основаниями, присутствующими в ДНК-мессенджере.

микроРНК

МикроРНК или мРНК представляют собой короткий тип одноцепочечной РНК от 21 до 23 нуклеотидов, функция которых заключается в регуляции экспрессии генов. Поскольку он не переводится в белок, его обычно называют некодирующей РНК.

Как и другие типы РНК, процессинг микроРНК является сложным и включает ряд белков.

МикроРНК возникают из более длинных предшественников, называемых мРНК-pri, полученных из первого транскрипта гена. В ядре клетки эти предшественники модифицированы в микропроцессорном комплексе, и в результате получается pre-miRNA..

Пре-мРНК представляют собой вилки из 70 нуклеотидов, которые продолжают процессинг в цитоплазме с помощью фермента Dicer, который собирает РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC), и, наконец, мРНК синтезируется..

Эти РНК способны регулировать экспрессию генов, так как они комплементарны специфическим РНК-мессенджерам. В сочетании со своей мишенью микроРНК способны подавлять мессенджер или даже ухудшать его. Следовательно, рибосома не может транслировать указанный транскрипт.

Глушитель РНК

Конкретным типом микроРНК является малая интерферирующая РНК (миРНК), также называемая сайленсинговой РНК. Это короткие РНК, от 20 до 25 нуклеотидов, которые препятствуют экспрессии определенных генов.

Они являются очень многообещающими инструментами для исследований, поскольку они позволяют заглушить ген интереса и таким образом изучают его возможные функции..

Различия между ДНК и РНК

Хотя ДНК и РНК являются нуклеиновыми кислотами и на первый взгляд могут выглядеть очень похожими, они отличаются по своим химическим и структурным свойствам. ДНК представляет собой двухзонную молекулу, а РНК - простую..

Следовательно, РНК является более универсальной молекулой и может принимать большое разнообразие трехмерных форм. Тем не менее, некоторые вирусы имеют двухцепочечную РНК в своем генетическом материале.

В нуклеотидах РНК молекула сахара представляет собой рибозу, тогда как в ДНК это дезоксирибоза, отличающаяся только присутствием атома кислорода..

Фосфодиэфирная связь в ДНК и РНК-скелете подвержена медленному процессу гидролиза и без присутствия ферментов. В условиях щелочности РНК быстро гидролизуется - благодаря дополнительной гидроксильной группе - в то время как ДНК не.

Точно так же азотистые основания, которые составляют нуклеотиды в ДНК, являются гуанином, аденином, тимином и цитозином; С другой стороны, в тимине РНК заменяется урацилом. Урацил может быть в паре с аденином, как тимин в ДНК.

Происхождение и эволюция

РНК - единственная известная молекула, способная одновременно хранить информацию и катализировать химические реакции; поэтому, несколько авторов предполагают, что молекула РНК была решающей в происхождении жизни. Удивительно, но субстратами рибосом являются другие молекулы РНК.

Открытие рибозимов привело к биохимическому переопределению «фермента», потому что этот термин использовался исключительно для белков с каталитической активностью, и помогло поддержать сценарий, в котором первые формы жизни использовали только РНК в качестве генетического материала..

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. (2002). Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Нью-Йорк: Гарленд Наука. От ДНК к РНК. Доступно по адресу: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J.M., Stryer L., & Tymoczko, J.L. (2007). биохимия. Я поменял.
  3. Кэмпбелл, Н. А. и Рис, Дж. Б. (2007). биология. Ed. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Современный генетический анализ. Нью-Йорк: У. Х. Фриман. Гены и РНК. Доступно по адресу: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Договор медицинской физиологии. Elsevier.
  6. Холл, J.E. (2015). Гайтон и Холл, учебник по медицинской физиологии, электронная книга. Elsevier Health Sciences.
  7. Lodish H., Berk A., Zipursky S.L. и соавт. (2000) Молекулярно-клеточная биология. 4-е издание. Нью-Йорк: У. Х. Фриман. Раздел 11.6, Процессинг рРНК и тРНК. Доступно по адресу: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Нельсон Д.Л., Ленингер А.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимии Ленинга. Macmillan.