Mikä on ribonukleiinihappo?

Ribonukleiinihappo tai RNA on yksi maapallon elämässä esiintyvistä kahdesta nukleiinihappotyypistä. Toinen, deoksiribonukleiinihappo (DNA), on jo pitkään ottanut korkeamman profiilin kuin RNA populaarikulttuurissa, satunnaisten tarkkailijoiden mielessä ja muualla. RNA on kuitenkin monipuolisempi nukleiinihappo; se ottaa DNA: lta saamansa ohjeet ja muuntaa ne erilaisiksi koordinoiduiksi toimintoiksi, jotka liittyvät proteiinisynteesiin. Tällä tavalla katsottuna DNA: ta voidaan pitää presidenttinä tai kanslerina, jonka panos lopulta määrää sen, mitä tapahtuu jokapäiväisten tapahtumien tasolla, ottaa huomioon, että RNA on uskollisten jalkaväkisotilaiden ja työläisten armeija, jotka tekevät todelliset työt ja joilla on laaja valikoima vaikuttavia taitoja prosessi.

RNA, kuten DNA, on makromolekyyli (toisin sanoen molekyyli, jolla on suhteellisen suuri määrä yksittäisiä atomeja, toisin kuin esimerkiksi CO₂ tai H₂O) joka koostuu polymeeristä tai toistuvien kemiallisten alkuaineiden ketjusta. Tämän ketjun "linkkejä" tai muodollisemmin polymeerin muodostavia monomeerejä kutsutaan nukleotideiksi. Yksi nukleotidi koostuu vuorostaan ​​kolmesta erillisestä kemiallisesta alueesta tai osasta: pentoosisokerista, fosfaattiryhmästä ja typpipitoisesta emäksestä. Typpipitoiset emäkset voivat olla yksi neljästä eri emäksestä: adeniini (A), sytosiini (C), guaniini (G) ja urasiili (U).

Adeniini ja guaniini luokitellaan kemiallisesti puriinit, kun taas sytosiini ja urasiili kuuluvat nimettyjen aineiden ryhmään pyrimidiinit. Puriinit koostuvat pääasiassa viisijäsenisestä renkaasta, joka on liitetty kuusijäsenisiin renkaisiin, kun taas pyrimidiinit ovat huomattavasti pienempiä ja niissä on vain kuusihiilinen rengas. Adeniini ja guaniini ovat rakenteeltaan hyvin samanlaisia ​​kuin sytosiini ja urasiili.

RNA: ssa oleva pentoosisokeri on riboosi, joka sisältää renkaan, jossa on viisi hiiliatomia ja yksi happiatomi. Fosfaattiryhmä sitoutuu renkaan hiiliatomiin happiatomin toisella puolella, ja typpipitoinen emäs on sitoutunut hiiliatomiin hapen toisella puolella. Fosfaattiryhmä sitoutuu myös vierekkäisen nukleotidin riboosiin, joten nukleotidin riboosi ja fosfaattiosa muodostavat yhdessä RNA: n "selkärangan".

Typpipitoisia emäksiä voidaan pitää RNA: n kriittisimpänä osana, koska juuri näillä vierekkäisten nukleotidien kolmena ryhminä on äärimmäisen toiminnallinen merkitys. Kolmen vierekkäisen emäksen ryhmät muodostavat kutsutut yksiköt triplettikoodittai kodoneja, jotka kuljettavat erikoissignaaleja koneelle, joka yhdistää proteiinit käyttämällä ensin DNA: han ja sitten RNA: han johdettua tietoa. Ilman tätä koodia tulkitaan sellaisenaan, nukleotidien järjestyksellä ei ole merkitystä, kuten kuvataan pian.

Kun ihmiset, joilla on vähän biologian taustaa, kuulevat termin "DNA", on todennäköistä, että yksi ensimmäisistä asioista, jotka mieleen tulevat, on "kaksoiskierre". Erottuva DNA-molekyylin rakenteen selvittivät Watson, Crick, Franklin ja muut vuonna 1953, ja joukkueen havaintojen joukossa oli, että DNA on kaksisäikeinen ja kierteinen tavallinen muoto. RNA sitä vastoin on käytännössä aina yksijuosteinen.

Lisäksi, kuten näiden vastaavien makromolekyylien nimet viittaavat, DNA sisältää erilaisen riboosisokerin. Riboosin sijasta se sisältää deoksiriboosia, joka on identtinen riboosin kanssa, paitsi että siinä on vetyatomi yhden hydroksyyli (-OH) -ryhmänsä sijasta.

Lopuksi, vaikka RNA: ssa olevat pyrimidiinit ovat sytosiini ja urasiili, DNA: ssa ne ovat sytosiini ja tymiini. Kaksisäikeisen DNA: n "tikapuiden" pylväissä "adeniini sitoutuu tymiiniin ja vain tymiiniin, kun taas sytosiini sitoutuu vain guaniiniin. (Voitteko ajatella arkkitehtonista syytä, jonka mukaan puriiniemäkset sitoutuvat vain pyrimidiiniemäsiin DNA: n keskustan poikki? Vihje: tikkaiden "sivujen" on pysyttävä kiinteällä etäisyydellä toisistaan.) Kun DNA on transkriptoitu ja a luodaan RNA: n komplementaarinen juoste, DNA: n adeniinista poikki muodostunut nukleotidi on urasiili, ei tymiini. Tämä ero auttaa luontoa välttämään DNA: n ja RNA: n sekoittamista soluympäristöissä, joissa epätoivoinen asiat voivat johtua ei-toivotusta käyttäytymisestä, jos entsyymit, jotka toimivat kyseisillä molekyylejä.

Vaikka vain DNA on kaksijuosteinen, RNA on paljon taitavampi muodostamaan monimutkaisia ​​kolmiulotteisia rakenteita. Tämä on mahdollistanut kolmen välttämättömän RNA-muodon kehittymisen soluissa.

RNA: ta on kolmea perustyyppiä, vaikka myös muita, hyvin epäselviä lajikkeita on olemassa.

Messenger RNA (mRNA): mRNA-molekyylit sisältävät proteiineja koodaavan sekvenssin. MRNA-molekyylien pituus vaihtelee suuresti, ja eukaryootit (lähinnä useimmat elävät olennot, jotka eivät ole bakteereja), mukaan lukien suurin löydetty RNA. Monien transkriptien pituus on yli 100 000 emästä (100 kilotukia tai kb).

Siirrä RNA (tRNA): tRNA on lyhyt (noin 75 emästä) molekyyli, joka kuljettaa aminohappoja ja siirtää ne kasvavaan proteiiniin translaation aikana. tRNA: n uskotaan olevan yhteinen kolmiulotteinen järjestely, joka näyttää apilanlehtiseltä röntgenanalyysissä. Tämän aikaansaa komplementaaristen emästen sitoutuminen, kun tRNA-juoste taittuu takaisin itseensä, aivan kuten nauha tarttuu itseensä, kun tuot vahingossa nauhan sivut yhteen.

Ribosomaalinen RNA (rRNA): rRNA-molekyylit käsittävät 65-70 prosenttia organellin massasta, jota kutsutaan ribosomi, rakenne, joka suoraan isännöi translaatiota tai proteiinisynteesiä. Ribosomit ovat solustandardien mukaan erittäin suuria. Bakteeriribosomien molekyylipaino on noin 2,5 miljoonaa, kun taas eukaryoottisten ribosomien molekyylipaino on noin puolitoista kertaa suurempi. (Vertailun vuoksi hiilen molekyylipaino on 12; mikään yksittäinen elementti ei ylitä 300.)

Yksi eukaryoottinen ribosomi, nimeltään 40S, sisältää yhden rRNA: n sekä noin 35 erilaista proteiinia. 60S-ribosomi sisältää kolme rRNA: ta ja noin 50 proteiinia. Ribosomit ovat siten sekoitus nukleiinihappoja (rRNA) ja proteiinituotteita, jotka muut nukleiinihapot (mRNA) kantavat koodia luodakseen.

Viime aikoihin asti molekyylibiologit olettivat, että rRNA: lla oli pääasiassa rakenteellinen rooli. Tuoreemmat tiedot osoittavat kuitenkin, että ribosomien rRNA toimii entsyyminä, kun taas sitä ympäröivät proteiinit toimivat rakennustelineinä.

Transkriptio on prosessi RNA: n syntetisoimiseksi DNA-templaatista. Koska DNA on kaksijuosteinen ja RNA yksijuosteinen, DNA-juosteet on erotettava toisistaan ​​ennen kuin transkriptio voi tapahtua.

Jotkut terminologiat ovat hyödyllisiä tässä vaiheessa. Geeni, josta kaikki ovat kuulleet, mutta muutama muu kuin biologian asiantuntija voi muodollisesti määritellä, on vain DNA-jakso, joka sisältää sekä malli RNA-synteesille ja nukleotidisekvenssit, jotka mahdollistavat RNA-tuotannon säätämisen ja ohjaamisen templaatista alueella. Kun proteiinisynteesin mekanismit kuvattiin ensin tarkasti, tutkijat olettivat, että kukin geeni vastasi yhtä proteiinituotetta. Niin kätevää kuin tämä olisikin (ja niin paljon järkeä kuin sillä onkin pinnalla), idea on osoittautunut virheelliseksi. Jotkut geenit eivät koodaa proteiineja lainkaan, ja joissakin eläimissä "vaihtoehtoinen silmukointi", jossa sama geeni voidaan laukaista tekemään erilaisia ​​proteiineja eri olosuhteissa, näyttää olevan yleinen.

RNA-transkriptio tuottaa tuotteen, joka on täydentävä DNA-malliin. Tämä tarkoittaa, että se on eräänlainen peilikuva, ja se pariutuu luonnollisesti mihin tahansa mallin kanssa identtiseen sekvenssiin aiemmin mainittujen tiettyjen emäs-emäs-pariliitossääntöjen ansiosta. Esimerkiksi DNA-sekvenssi TACTGGT on komplementaarinen RNA-sekvenssille AUGACCA, koska kukin emäs ensimmäisessä sekvenssissä voidaan yhdistää pariksi vastaavaan emäkseen toisessa sekvenssissä (huomaa, että U esiintyy RNA: ssa, jossa T esiintyisi DNA).

Transkription aloittaminen on monimutkainen, mutta järjestetty prosessi. Vaiheet sisältävät:

1. Transkriptiotekijän proteiinit sitoutuvat promoottoriin "ylävirtaan" transkriboitavasta sekvenssistä.
2. RNA-polymeraasi (entsyymi, joka kokoaa uuden RNA: n) sitoutuu DNA: n promoottori-proteiinikompleksiin, joka on pikemminkin kuin auton sytytyskytkin.
3. Äskettäin muodostunut RNA-polymeraasi / promoottori-proteiinikompleksi erottaa kaksi komplementaarista DNA-juosetta.
4. RNA-polymeraasi alkaa syntetisoida RNA: ta, yksi nukleotidi kerrallaan.

Toisin kuin DNA-polymeraasi, RNA-polymeraasia ei tarvitse "aloittaa" toisella entsyymillä. Transkriptio vaatii vain RNA-polymeraasin sitoutumisen promoottorialueelle.

DNA: n geenit koodaavat proteiinimolekyylejä. Nämä ovat solun "jalkasotilaita", jotka suorittavat elämän ylläpitämiseen tarvittavia tehtäviä. Saatat ajatella lihaa tai lihaksia tai terveellistä ravistelua ajatellessasi proteiinia, mutta suurin osa proteiineista lentää jokapäiväisen tutkasi alla. Entsyymit ovat proteiineja - molekyylejä, jotka auttavat hajottamaan ravinteita, rakentamaan uusia solukomponentteja, koottamaan nukleiinihappoja (esim.DNA-polymeraasi) ja tekemään kopioita DNA: sta solujen jakautumisen aikana.

"Geeniekspressiolla" tarkoitetaan geenin vastaavan proteiinin valmistamista, jos sellaista on, ja tällä monimutkaisella prosessilla on kaksi ensisijaista vaihetta. Ensimmäinen on transkriptio, yksityiskohtainen aiemmin. Translaatiossa äskettäin valmistetut mRNA-molekyylit poistuvat ytimestä ja siirtyvät sytoplasmaan, jossa ribosomit sijaitsevat. (Prokaryoottisissa organismeissa ribosomit voivat kiinnittyä mRNA: han, kun transkriptio on vielä käynnissä.)

Ribosomit koostuvat kahdesta erillisestä osasta: suuresta ja pienestä alayksiköstä. Jokainen alayksikkö on yleensä erotettu sytoplasmassa, mutta ne yhdistyvät molekyylin mRNA: ksi. Alayksiköt sisältävät vähän melkein kaikkea jo mainittua: proteiineja, rRNA: ta ja tRNA: ta. TRNA-molekyylit ovat adapterimolekyylejä: Yksi pää voi lukea mRNA: n triplettikoodin (esimerkiksi UAG tai CGC) komplementaarisen emäspariliitoksen kautta, ja toinen pää kiinnittyy tiettyyn aminohappoon. Jokainen triplettikoodi on vastuussa yhdestä noin 20 aminohaposta, jotka muodostavat kaikki proteiinit; jotkut aminohapot koodaavat useat tripletit (mikä ei ole yllättävää, koska 64 triplettiä on mahdollista - neljä emästä nostettiin kolmanteen tehoon, koska jokaisella tripletillä on kolme emästä - ja vain 20 aminohappoa tarvittu). Ribosomissa mRNA- ja aminoasyyli-tRNA-komplekseja (aminohappoa vievät tRNA-palat) pidetään hyvin lähellä toisiaan, mikä helpottaa emästen pariliitosta. rRNA katalysoi jokaisen ylimääräisen aminohapon kiinnittymisen kasvuketjuun, josta tulee polypeptidi ja lopuksi proteiini.

Kykynsä vuoksi järjestää itsensä monimutkaisiin muotoihin RNA voi toimia heikosti entsyyminä. Koska RNA voi sekä tallentaa geneettistä tietoa että katalysoida reaktioita, jotkut tutkijat ovat ehdottaneet RNA: lle merkittävää roolia elämän alkuperää, nimeltään "RNA-maailma". Tämä hypoteesi väittää, että kaukana maapallon historiassa RNA-molekyyleillä oli kaikki samat proteiini- ja nukleiinihappomolekyylien roolit ovat tänään, mikä olisi mahdotonta nyt, mutta se olisi voinut olla mahdollista a esibioottinen maailma. Jos RNA toimi sekä informaation varastorakenteena että metabolisten perusreaktioiden edellyttämän katalyyttisen aktiivisuuden lähteenä, sillä voi olla edeltää DNA: ta sen varhaisimmissa muodoissa (vaikka sen nyt onkin valmistanut DNA) ja toimi alustana todella " itsestään replikoituva.