Was ist Ribonukleinsäure?

Ribonukleinsäure oder RNA ist eine der beiden Arten von Nukleinsäuren, die im Leben auf der Erde vorkommen. Die andere, Desoxyribonukleinsäure (DNA), hat in der Populärkultur, in den Köpfen zufälliger Beobachter und anderswo seit langem ein höheres Profil als RNA angenommen. RNA ist jedoch die vielseitigere Nukleinsäure; es nimmt die Anweisungen, die es von der DNA erhält, und wandelt sie in eine Vielzahl von koordinierten Aktivitäten um, die an der Proteinsynthese beteiligt sind. So betrachtet könnte man die DNA als den Präsidenten oder die Kanzlerin betrachten, deren Einfluss letztendlich das Geschehen auf der Ebene des Alltagsgeschehens bestimmt. in der Erwägung, dass RNA die Armee treuer Fußsoldaten und grunzender Arbeiter ist, die die eigentliche Arbeit erledigen und eine breite Palette beeindruckender Fähigkeiten in der Prozess.

RNA ist wie DNA ein Makromolekül (mit anderen Worten ein Molekül mit einer relativ großen Anzahl einzelner Atome, im Gegensatz beispielsweise zu CO

Adenin und Guanin werden chemisch klassifiziert als Purine, während Cytosin und Uracil zur Kategorie der Stoffe gehören, die als Pyrimidine. Purine bestehen hauptsächlich aus einem Fünfring, der mit einem Sechsring verbunden ist, während Pyrimidine wesentlich kleiner sind und nur einen Sechs-Kohlenstoff-Ring haben. Adenin und Guanin sind einander sehr ähnlich, ebenso wie Cytosin und Uracil.

Der Pentosezucker in RNA ist ribose, die einen Ring mit fünf Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom umfasst. Die Phosphatgruppe ist an ein Kohlenstoffatom im Ring auf einer Seite des Sauerstoffatoms gebunden, und die stickstoffhaltige Base ist an das Kohlenstoffatom auf der anderen Seite des Sauerstoffs gebunden. Die Phosphatgruppe bindet auch an die Ribose des benachbarten Nukleotids, sodass die Ribose und der Phosphatteil eines Nukleotids zusammen das "Rückgrat" der RNA bilden.

Die stickstoffhaltigen Basen können als der kritischste Teil der RNA angesehen werden, da diese in Dreiergruppen in benachbarten Nukleotiden von größter funktioneller Bedeutung sind. Gruppen von drei benachbarten Basen bilden Einheiten namens Triplett-Codes, oder Codons, die spezielle Signale an die Maschinerie übertragen, die Proteine ​​mithilfe der Informationen, die zuerst in DNA und dann in RNA verdrahtet sind, zusammensetzt. Ohne diesen Code so zu interpretieren, wie er ist, wäre die Reihenfolge der Nukleotide irrelevant, wie in Kürze beschrieben wird.

Wenn Menschen mit wenig Vorkenntnissen in der Biologie den Begriff "DNA" hören, denkt man wahrscheinlich als erstes an die "Doppelhelix". Das Besondere Die Struktur des DNA-Moleküls wurde 1953 von Watson, Crick, Franklin und anderen aufgeklärt, und zu den Ergebnissen des Teams gehörte, dass die DNA doppelsträngig und helixförmig ist übliche Form. RNA hingegen ist praktisch immer einzelsträngig.

Wie die Namen dieser jeweiligen Makromoleküle andeuten, enthält die DNA auch einen anderen Ribosezucker. Anstelle von Ribose enthält es Desoxyribose, eine Verbindung, die mit Ribose identisch ist, außer dass sie anstelle einer ihrer Hydroxylgruppen (-OH) ein Wasserstoffatom aufweist.

Während die Pyrimidine in der RNA Cytosin und Uracil sind, sind es in der DNA Cytosin und Thymin. In den "Sprossen" der doppelsträngigen DNA-"Leiter" bindet Adenin mit und nur mit Thymin, während Cytosin mit und nur mit Guanin bindet. (Können Sie sich einen architektonischen Grund dafür vorstellen, dass Purinbasen nur im Zentrum der DNA an Pyrimidinbasen binden? Hinweis: Die "Seiten" der Leiter müssen einen festen Abstand voneinander haben.) Wenn DNA transkribiert wird und a ein komplementärer RNA-Strang entsteht, das gegenüber dem Adenin in der DNA erzeugte Nukleotid ist Uracil, nicht Thymin. Diese Unterscheidung hilft der Natur, eine Verwechslung von DNA und RNA in zellulären Umgebungen zu vermeiden, in denen ungünstige Dinge können aus dem unerwünschten Verhalten resultieren, wenn die Enzyme, die auf die jeweiligen Moleküle.

Während nur DNA doppelsträngig ist, ist RNA viel geschickter darin, komplizierte dreidimensionale Strukturen zu bilden. Dadurch konnten sich drei essentielle Formen von RNA in Zellen entwickeln.

RNA gibt es in drei Grundtypen, obwohl es auch weitere, sehr obskure Varianten gibt.

Messenger-RNA (mRNA): mRNA-Moleküle enthalten die kodierende Sequenz für Proteine. Die Länge der mRNA-Moleküle ist sehr unterschiedlich, wobei Eukaryoten (im Wesentlichen die meisten Lebewesen, die keine Bakterien sind) die größte bisher entdeckte RNA enthalten. Viele Transkripte überschreiten eine Länge von 100.000 Basen (100 Kilobasen oder kb).

Transfer-RNA (tRNA): tRNA ist ein kurzes (ca. 75 Basen) Molekül, das Aminosäuren transportiert und sie während der Translation zum wachsenden Protein transportiert. Es wird angenommen, dass tRNAs eine gemeinsame dreidimensionale Anordnung haben, die in der Röntgenanalyse wie ein Kleeblatt aussieht. Dies wird durch die Bindung komplementärer Basen bewirkt, wenn sich ein tRNA-Strang um sich selbst faltet, ähnlich wie ein Klebeband, das an sich selbst klebt, wenn Sie versehentlich die Seiten eines Streifens zusammenbringen.

Ribosomale RNA (rRNA): rRNA-Moleküle machen 65 bis 70 Prozent der Masse der Organelle aus, die als bezeichnet wird Ribosom, die Struktur, die direkt die Translation oder Proteinsynthese beherbergt. Ribosomen sind für Zellstandards sehr groß. Bakterielle Ribosomen haben ein Molekulargewicht von etwa 2,5 Millionen, während eukaryotische Ribosomen ein etwa eineinhalbfaches Molekulargewicht haben. (Als Referenz ist das Molekulargewicht von Kohlenstoff 12; kein einzelnes Element übertrifft 300.)

Ein eukaryotisches Ribosom, genannt 40S, enthält eine rRNA sowie etwa 35 verschiedene Proteine. Das 60S-Ribosom enthält drei rRNA und etwa 50 Proteine. Ribosomen sind somit ein Mischmasch aus Nukleinsäuren (rRNA) und den Proteinprodukten, die andere Nukleinsäuren (mRNA) den Code tragen, um sie zu erzeugen.

Bis vor kurzem gingen Molekularbiologen davon aus, dass die rRNA hauptsächlich eine strukturelle Rolle spielt. Neuere Informationen deuten jedoch darauf hin, dass die rRNA in Ribosomen als Enzym fungiert, während die sie umgebenden Proteine ​​​​als Gerüst fungieren.

Transkription ist der Prozess der Synthese von RNA aus einer DNA-Matrize. Da DNA doppelsträngig und RNA einzelsträngig ist, müssen die DNA-Stränge getrennt werden, bevor die Transkription erfolgen kann.

An dieser Stelle ist einige Terminologie hilfreich. Ein Gen, von dem jeder schon einmal gehört hat, aber nur wenige Nicht-Biologie-Experten formal definieren können, ist nur ein DNA-Abschnitt, der sowohl Matrize für die RNA-Synthese und Nukleotidsequenzen, die es ermöglichen, die RNA-Produktion von der Matrize aus zu regulieren und zu kontrollieren Region. Als die Mechanismen der Proteinsynthese erstmals präzise beschrieben wurden, stellten die Wissenschaftler die Hypothese auf, dass jedes Gen einem einzelnen Proteinprodukt entsprach. So praktisch dies auch sein mag (und so viel Sinn es auf den ersten Blick macht), hat sich die Idee als falsch erwiesen. Manche Gene kodieren überhaupt nicht für Proteine, und bei manchen Tieren kommt es zu "alternativem Spleißen", bei dem die dasselbe Gen kann unter verschiedenen Bedingungen dazu gebracht werden, verschiedene Proteine ​​herzustellen, scheint verbreitet.

Die RNA-Transkription erzeugt ein Produkt, das komplementär zur DNA-Vorlage. Dies bedeutet, dass es eine Art Spiegelbild ist und sich dank der zuvor erwähnten spezifischen Basen-Basen-Paarungsregeln natürlich mit jeder Sequenz paaren würde, die mit der Matrize identisch ist. Beispielsweise ist die DNA-Sequenz TACTGGT komplementär zur RNA-Sequenz AUGACCA, da jede Base in der ersten Sequenz kann mit der entsprechenden Base in der zweiten Sequenz gepaart werden (beachten Sie, dass U in RNA erscheint, wo T in. erscheinen würde DNA).

Die Initiierung der Transkription ist ein komplexer, aber geordneter Prozess. Die Schritte umfassen:

1. Transkriptionsfaktorproteine ​​binden an einen Promotor "stromaufwärts" der zu transkribierenden Sequenz.
2. RNA-Polymerase (das Enzym, das neue RNA zusammenbaut) bindet an den Promotor-Protein-Komplex der DNA, der ähnlich dem Zündschalter in einem Auto ist.
3. Der neu gebildete RNA-Polymerase/Promotor-Protein-Komplex trennt die beiden komplementären DNA-Stränge.
4. Die RNA-Polymerase beginnt mit der Synthese von RNA, ein Nukleotid nach dem anderen.

Im Gegensatz zur DNA-Polymerase muss die RNA-Polymerase nicht durch ein zweites Enzym "geprimt" werden. Die Transkription erfordert lediglich die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotorbereich.

Die Gene in der DNA kodieren Proteinmoleküle. Dies sind die "Fußsoldaten" der Zelle, die die Aufgaben erfüllen, die zum Erhalt des Lebens erforderlich sind. Wenn Sie an ein Protein denken, denken Sie vielleicht an Fleisch oder Muskeln oder einen gesunden Shake, aber die meisten Proteine ​​​​fliegen in Ihrem Alltag unter dem Radar. Enzyme sind Proteine ​​– Moleküle, die beim Abbau von Nährstoffen helfen, neue Zellbestandteile aufbauen, Nukleinsäuren aufbauen (z. B. DNA-Polymerase) und während der Zellteilung DNA-Kopien herstellen.

"Genexpression" bedeutet die Herstellung des entsprechenden Proteins des Gens, falls vorhanden, und dieser komplizierte Prozess besteht aus zwei Hauptschritten. Die erste ist die zuvor beschriebene Transkription. Bei der Translation verlassen neu gebildete mRNA-Moleküle den Zellkern und wandern in das Zytoplasma, wo sich Ribosomen befinden. (In prokaryotischen Organismen können Ribosomen an mRNA binden, während die Transkription noch im Gange ist.)

Ribosomen bestehen aus zwei verschiedenen Teilen: der großen Untereinheit und der kleinen Untereinheit. Jede Untereinheit ist normalerweise im Zytoplasma getrennt, aber sie kommen auf einem Molekül mRNA zusammen. Die Untereinheiten enthalten ein wenig von fast allem, was bereits erwähnt wurde: Proteine, rRNA und tRNA. Die tRNA-Moleküle sind Adaptermoleküle: Ein Ende kann über komplementäre Basenpaarung den Triplett-Code in der mRNA (zum Beispiel UAG oder CGC) lesen, das andere Ende heftet sich an eine bestimmte Aminosäure. Jeder Triplett-Code ist für eine der etwa 20 Aminosäuren verantwortlich, aus denen alle Proteine ​​bestehen; einige Aminosäuren werden von mehreren Tripletts kodiert (was nicht verwunderlich ist, da 64 Tripletts möglich sind – vier Basen zur dritten Potenz, weil jedes Triplett drei Basen hat – und nur 20 Aminosäuren sind erforderlich). Im Ribosom werden mRNA und Aminoacyl-tRNA-Komplexe (Stücke von tRNA, die eine Aminosäure transportieren) sehr eng zusammengehalten, was die Basenpaarung erleichtert. rRNA katalysiert die Anlagerung jeder zusätzlichen Aminosäure an die wachsende Kette, die zu einem Polypeptid und schließlich zu einem Protein wird.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, sich selbst zu komplexen Formen anzuordnen, kann RNA schwach als Enzym wirken. Da RNA sowohl genetische Informationen speichern als auch Reaktionen katalysieren kann, haben einige Wissenschaftler vorgeschlagen, dass RNA eine wichtige Rolle in der Ursprung des Lebens, genannt "die RNA-Welt". Diese Hypothese besagt, dass RNA-Moleküle weit zurück in der Erdgeschichte alle heute die gleichen Rollen von Protein- und Nukleinsäuremolekülen spielen, was heute unmöglich wäre, aber in einem präbiotische Welt. Wenn RNA sowohl als Informationsspeicherstruktur als auch als Quelle der katalytischen Aktivität fungiert, die für grundlegende Stoffwechselreaktionen benötigt wird, kann sie ging der DNA in ihren frühesten Formen voraus (obwohl sie jetzt von der DNA hergestellt wird) und diente als Plattform für die Einführung von "Organismen", die wirklich selbstreplizierend.