Hvad er ribonukleinsyre?

Ribonukleinsyre eller RNA er en af ​​de to typer nukleinsyrer, der findes i livet på jorden. Den anden, deoxyribonukleinsyre (DNA), har længe antaget en højere profil end RNA i populærkulturen i tilfældet af tilfældige observatører og andre steder. RNA er imidlertid den mere alsidige nukleinsyre; den tager de instruktioner, den modtager fra DNA, og omdanner dem til en række koordinerede aktiviteter involveret i proteinsyntese. Ser man på denne måde, kan DNA betragtes som præsidenten eller kansleren, hvis input i sidste ende bestemmer, hvad der sker på niveau med hverdagens begivenheder, der henviser til, at RNA er hæren af ​​loyale fodsoldater og gruntarbejdere, der får de faktiske job udført og udviser en bred vifte af imponerende færdigheder i behandle.

RNA er ligesom DNA et makromolekyle (med andre ord et molekyle med et relativt stort antal individuelle atomer, i modsætning til f.eks. CO₂ eller H₂O) bestående af en polymer eller en kæde af gentagne kemiske grundstoffer. "Linkene" i denne kæde, eller mere formelt monomerer, der udgør polymeren, kaldes nukleotider. Et enkelt nukleotid består igen af ​​tre forskellige kemiske regioner eller dele: et pentosesukker, en phosphatgruppe og en nitrogenholdig base. De nitrogenholdige baser kan være en af ​​fire forskellige baser: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og uracil (U).

Adenin og guanin klassificeres kemisk som puriner, hvorimod cytosin og uracil hører til den kategori af stoffer, der kaldes pyrimidiner. Puriner består hovedsagelig af en ring med fem medlemmer, der er forbundet med en ring med seks medlemmer, mens pyrimidiner er betydeligt mindre og kun har en ring med seks carbon. Adenin og guanin er meget ens i deres struktur, ligesom cytosin og uracil.

Pentosesukkeret i RNA er ribose, som inkluderer en ring med fem carbonatomer og et iltatom. Phosphatgruppen er bundet til et carbonatom i ringen på den ene side af oxygenatomet, og den nitrogenholdige base er bundet til carbonatomet på den anden side af oxygenet. Fosfatgruppen binder også til ribosen på det tilstødende nukleotid, så ribosen og fosfatdelen af ​​et nukleotid udgør tilsammen "rygraden" i RNA.

De nitrogenholdige baser kan betragtes som den mest kritiske del af RNA, fordi det er disse i grupper på tre i tilstødende nukleotider, der er af yderste funktionel betydning. Grupper på tre tilstødende baser danner enheder kaldet triplet kodereller kodoner, der bærer specielle signaler til det maskineri, der sætter proteiner sammen ved hjælp af den information, der er forbundet til først DNA og derefter RNA. Uden at denne kode fortolkes som den er, ville rækkefølgen af ​​nukleotider være irrelevant, som det snart vil blive beskrevet.

Når folk med en lille baggrund i biologien hører udtrykket "DNA", er det sandsynligt, at en af ​​de første ting, der kommer til at tænke på, er "dobbelt helix". Det karakteristiske struktur af DNA-molekylet blev belyst af Watson, Crick, Franklin og andre i 1953, og blandt holdets fund var, at DNA er dobbeltstrenget og spiralformet i sin sædvanlig form. RNA er derimod stort set altid enkeltstrenget.

Som navnene på disse respektive makromolekyler antyder, indeholder DNA også et andet ribosesukker. I stedet for ribose indeholder den deoxyribose, en forbindelse identisk med ribose, bortset fra at have et hydrogenatom i stedet for en af ​​dens hydroxyl (-OH) grupper.

Endelig, mens pyrimidinerne i RNA er cytosin og uracil, i DNA er de cytosin og thymin. I "trin" i den dobbeltstrengede DNA "stige" binder adenin med og kun med thymin, mens cytosin binder med og kun med guanin. (Kan du tænke på en arkitektonisk grund til, at purinbaser kun binder til pyrimidinbaser på tværs af DNA'ets centrum? Tip: "siderne" på stigen skal forblive en fast afstand fra hinanden.) Når DNA transkriberes og a komplementær RNA-streng oprettes, nukleotidet genereret på tværs af adeninet i DNA er uracil, ikke thymin. Denne skelnen hjælper naturen med at undgå forvirring af DNA og RNA i cellulære miljøer, hvor det ikke er tilfældet ting kan skyldes uønsket adfærd, hvis de enzymer, der fungerer på de respektive molekyler.

Mens kun DNA er dobbeltstrenget, er RNA langt mere dygtig til at danne detaljerede tredimensionelle strukturer. Dette har gjort det muligt for tre essentielle former for RNA at udvikle sig i celler.

RNA findes i tre grundlæggende typer, selvom der også findes yderligere meget uklare sorter.

Messenger-RNA (mRNA): mRNA-molekyler indeholder den kodende sekvens for proteiner. MRNA-molekylerne varierer meget i længde med eukaryoter (i det væsentlige de fleste levende ting, der ikke er bakterier), inklusive det største RNA, der er opdaget. Mange udskrifter overstiger 100.000 baser (100 kilobaser eller kb) i længden.

Overfør RNA (tRNA): tRNA er et kort (ca. 75 baser) molekyle, der transporterer aminosyrer og flytter dem til det voksende protein under translation. tRNA'er menes at have et fælles tredimensionelt arrangement, der ligner et kløverblad ved røntgenanalyse. Dette skabes ved binding af komplementære baser, når en tRNA-streng foldes tilbage på sig selv, ligesom tape klæber til sig selv, når du ved et uheld bringer siderne af en strimmel sammen.

Ribosomalt RNA (rRNA): rRNA-molekyler udgør 65 til 70 procent af massen af ​​organellen kaldet ribosom, strukturen, der direkte er vært for translation eller proteinsyntese. Ribosomer er meget store efter cellestandarder. Bakterielle ribosomer har en molekylvægt på ca. 2,5 millioner, mens eukaryote ribosomer har en molekylvægt på ca. en og en halv gang. (Til reference er molekylvægten af ​​kulstof 12; intet enkelt element topper 300.)

Et eukaryot ribosom, kaldet 40S, indeholder et rRNA samt ca. 35 forskellige proteiner. 60S ribosomet indeholder tre rRNA og ca. 50 proteiner. Ribosomer er således en misforståelse af nukleinsyrer (rRNA) og de proteinprodukter, som andre nukleinsyrer (mRNA) bærer koden til at skabe.

Indtil for nylig antog molekylærbiologer, at rRNA udførte en hovedsagelig strukturel rolle. Nyere information indikerer imidlertid, at rRNA i ribosomer fungerer som et enzym, mens proteinerne omkring det fungerer som stillads.

Transkription er processen med at syntetisere RNA fra en DNA-skabelon. Da DNA er dobbeltstrenget og RNA er enkeltstrenget, skal DNA-strengene adskilles, før transkription kan forekomme.

Nogle terminologier er nyttige på dette tidspunkt. Et gen, som alle har hørt om, men kun få ikke-biologiske eksperter formelt kan definere, er bare en strækning af DNA, der indeholder både en skabelon til RNA-syntese og sekvenser af nukleotider, der gør det muligt at regulere og kontrollere RNA-produktion fra skabelonen område. Da mekanismerne til proteinsyntese først blev beskrevet med præcision, antog forskere, at hvert gen svarede til et enkelt proteinprodukt. Så praktisk som dette ville være (og så meget mening som det giver på overfladen), har ideen vist sig at være forkert. Nogle gener koder slet ikke for proteiner, og hos nogle dyr "alternativ splejsning", hvor samme gen kan udløses til at fremstille forskellige proteiner under forskellige betingelser, synes at være almindelige.

RNA-transkription producerer et produkt, der er supplerende til DNA-skabelonen. Dette betyder, at det er et spejlbillede af forskellige slags og naturligvis vil parre sig til enhver sekvens, der er identisk med skabelonen takket være de specifikke basebaseparringsregler, der er nævnt tidligere. For eksempel er DNA-sekvensen TACTGGT komplementær til RNA-sekvensen AUGACCA, da hver base i den første sekvens kan parres parret med den tilsvarende base i anden sekvens (bemærk, at U vises i RNA, hvor T ville vises i DNA).

Indledning af transkription er en kompleks, men velordnet proces. Trinene inkluderer:

1. Transkriptionsfaktorproteiner binder til en promotor "opstrøms" af sekvensen, der skal transkriberes.
2. RNA-polymerase (enzymet, der samler nyt RNA) binder sig til promotor-proteinkomplekset i DNA'et, hvilket snarere er som tændingskontakten i en bil.
3. Det nydannede RNA-polymerase / promotor-proteinkompleks adskiller de to komplementære DNA-tråde.
4. RNA-polymerase begynder at syntetisere RNA, et nukleotid ad gangen.

I modsætning til DNA-polymerase behøver RNA-polymerase ikke at blive "primet" af et andet enzym. Transkription kræver kun binding af RNA-polymerase til promotorområdet.

Genene i DNA koder for proteinmolekyler. Dette er celleens "fodsoldater", der udfører de opgaver, der er nødvendige for at opretholde livet. Du tænker måske på kød eller muskler eller en sund rystelse, når du tænker på et protein, men de fleste proteiner flyver under radaren i din hverdag. Enzymer er proteiner - molekyler, der hjælper med at nedbryde næringsstoffer, opbygge nye cellekomponenter, samle nukleinsyrer (fx DNA-polymerase) og lave kopier af DNA under celledeling.

"Genekspression" betyder fremstilling af genets tilsvarende protein, hvis nogen, og denne komplicerede proces har to primære trin. Den første er transkription, der er beskrevet detaljeret tidligere. I translation forlader nyligt fremstillede mRNA-molekyler kernen og migrerer til cytoplasmaet, hvor ribosomer er placeret. (I prokaryote organismer kan ribosomer binde sig til mRNA, mens transkription stadig er i gang.)

Ribosomer består af to forskellige dele: den store underenhed og den lille underenhed. Hver underenhed er normalt adskilt i cytoplasmaet, men de kommer sammen på et molekyle-mRNA. Underenhederne indeholder lidt af næsten alt, hvad der allerede er nævnt: proteiner, rRNA og tRNA. TRNA-molekylerne er adaptermolekyler: Den ene ende kan læse tripletkoden i mRNA'et (for eksempel UAG eller CGC) via komplementær baseparring, og den anden ende knyttes til en specifik aminosyre. Hver tripletkode er ansvarlig for en af ​​de ca. 20 aminosyrer, der udgør alle proteiner; nogle aminosyrer er kodet for af flere tripletter (hvilket ikke er overraskende, da 64 tripletter er mulige - fire baser hævet til tredje styrke, fordi hver triplet har tre baser - og kun 20 aminosyrer er havde brug for). I ribosomet holdes mRNA og aminoacyl-tRNA-komplekser (stykker tRNA, der skifter en aminosyre) meget tæt på hinanden, hvilket letter baseparring. rRNA katalyserer bindingen af ​​hver yderligere aminosyre til den voksende kæde, som bliver et polypeptid og til sidst et protein.

Som et resultat af dets evne til at arrangere sig selv i komplekse former, kan RNA fungere svagt som et enzym. Fordi RNA både kan gemme genetisk information og katalysere reaktioner, har nogle forskere foreslået en vigtig rolle for RNA i livets oprindelse kaldet "RNA-verdenen". Denne hypotese hævder, at RNA-molekyler, langt tilbage i Jordens historie, spillede alle de samme roller som protein og nukleinsyremolekyler spiller i dag, hvilket ville være umuligt nu, men måske have været muligt i en præ-biotisk verden. Hvis RNA fungerede som både en informationslagringsstruktur og som kilden til den katalytiske aktivitet, der er nødvendig for basiske metaboliske reaktioner, kan det have forud for DNA i sine tidligste former (selvom det nu er lavet af DNA) og fungerede som en platform for lanceringen af ​​"organismer", der virkelig er selvreplikerende.