Što je ribonukleinska kiselina?

Ribonukleinska kiselina ili RNA jedna je od dvije vrste nukleinskih kiselina koje se nalaze u životu na Zemlji. Druga, deoksiribonukleinska kiselina (DNA), dugo je poprimala viši profil od RNA u popularnoj kulturi, u svijesti slučajnih promatrača i drugdje. RNA je, međutim, svestranija nukleinska kiselina; uzima upute koje dobiva od DNA i pretvara ih u niz koordiniranih aktivnosti uključenih u sintezu proteina. Tako promatrano, DNA se može promatrati kao predsjednika ili kancelara čiji doprinos na kraju određuje što će se događati na razini svakodnevnih događaja, dok je RNA vojska odanih pješaka i gunđavih radnika koji obavljaju stvarne poslove i pokazuju širok spektar impresivnih vještina u postupak.

RNA je, poput DNA, makromolekula (drugim riječima, molekula s relativno velikim brojem pojedinačnih atoma, za razliku od, recimo, CO₂ ili H₂O) koji se sastoji od polimera ili lanca kemijskih elemenata koji se ponavljaju. "Karike" u ovom lancu, ili formalnije monomeri koji čine polimer, nazivaju se nukleotidi. Pojedinačni se nukleotid sastoji od tri različita kemijska područja ili cjeline: pentozni šećer, fosfatna skupina i dušična baza. Dušične baze mogu biti jedna od četiri različite baze: adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i uracil (U).

Adenin i gvanin su kemijski klasificirani kao purini, dok citozin i uracil spadaju u kategoriju tvari koje se nazivaju pirimidini. Purini se uglavnom sastoje od petočlanog prstena spojenog sa šesteročlanim prstenovima, dok su pirimidini znatno manji i imaju samo šestougljični prsten. Adenin i gvanin međusobno su vrlo slični u strukturi, kao i citozin i uracil.

Pentozni šećer u RNK je riboza, koji uključuje prsten s pet atoma ugljika i jednim atomom kisika. Fosfatna skupina vezana je za atom ugljika u prstenu s jedne strane atoma kisika, a dušikova baza vezana je za atom ugljika s druge strane kisika. Fosfatna skupina također se veže za ribozu na susjednom nukleotidu, pa riboza i fosfatni dio nukleotida zajedno čine "okosnicu" RNA.

Dušične baze mogu se smatrati najkritičnijim dijelom RNA, jer su upravo one, u skupinama od po tri u susjednim nukleotidima, od najveće funkcionalne važnosti. Skupine od tri susjedne baze čine jedinice tzv trostruki kodovi, ili kodoni, koji prenose posebne signale na mašinu koja spaja proteine ​​koristeći informacije povezane prvo u DNA, a zatim u RNA. Bez da se ovaj kod tumači onako kako jest, redoslijed nukleotida bio bi nevažan, kao što će biti opisano ukratko.

Kad ljudi s malo pozadine u biologiji čuju pojam "DNA", vjerojatno je da je jedna od prvih stvari koja im padne na pamet "dvostruka zavojnica". Prepoznatljivo strukturu molekule DNK razjasnili su Watson, Crick, Franklin i drugi 1953. godine, a među nalazima tima bilo je da je DNK dvolančana i spiralna u svojoj strukturi. uobičajeni oblik. Za razliku od njih, RNA je gotovo uvijek jednolančana.

Također, kao što nazivi ovih makromolekula impliciraju, DNA sadrži drugačiji šećer riboze. Umjesto riboze, sadrži deoksiribozu, spoj identičan ribozi, osim što ima atom vodika umjesto jedne od svojih hidroksilnih (-OH) skupina.

Konačno, dok su pirimidini u RNA citozin i uracil, u DNA su to citozin i timin. U "prečkama" dvolančane DNA "ljestvice" adenin se veže sa i samo s timinom, dok se citozin veže sa i samo s gvaninom. (Možete li se sjetiti arhitektonskog razloga da se purinske baze vežu samo za pirimidinske baze u središtu DNA? Savjet: "bočne strane" ljestvice moraju ostati na fiksnoj udaljenosti.) Kada se DNK transkribira i stvara se komplementarni lanac RNA, nukleotid generiran preko adenina u DNA je uracil, ne timin. Ova razlika pomaže prirodi da izbjegne brkanje DNK i RNK u staničnom okruženju u kojem je nepovoljno stvari mogu proizaći iz neželjenog ponašanja ako enzimi koji djeluju na njih odgovaraju molekule.

Iako je samo DNA dvolančana, RNA je daleko vještija u stvaranju složenih trodimenzionalnih struktura. To je omogućilo da se u stanicama razviju tri bitna oblika RNA.

RNA dolazi u tri osnovne vrste, iako postoje i dodatne, vrlo nejasne sorte.

Messenger RNA (mRNA): Molekule mRNA sadrže kodirajuću sekvencu proteina. Molekule mRNA jako se razlikuju po duljini, s eukarionima (u osnovi, većinom živih bića koja nisu bakterije), uključujući i najveću RNA koja je još otkrivena. Mnogi prijepisi premašuju duljinu od 100 000 baza (100 kilobaza ili kb).

Prijenos RNA (tRNA): tRNA je kratka (oko 75 baza) molekula koja transportira aminokiseline i premješta ih u rastući protein tijekom translacije. Vjeruje se da tRNA imaju zajednički trodimenzionalni raspored koji na rentgenskoj analizi izgleda poput lista djeteline. Do toga dolazi vezanjem komplementarnih baza kada se tRNA lanac preklopi natrag na sebe, slično poput trake koja se lijepi za sebe kad slučajno spojite stranice trake.

Ribosomska RNA (rRNA): Molekule rRNA čine 65 do 70 posto mase organele zvane ribosoma, struktura koja izravno ugošćuje prijevod ili sintezu proteina. Ribosomi su vrlo veliki prema standardima stanica. Bakterijski ribosomi imaju molekularnu težinu od oko 2,5 milijuna, dok eukariotski ribosomi imaju molekularnu težinu oko jedan i pol puta veći od te. (Za referencu, molekularna težina ugljika je 12; niti jedan element ne prelazi 300.)

Jedan eukariotski ribosom, nazvan 40S, sadrži jednu rRNA kao i oko 35 različitih proteina. Ribozom 60S sadrži tri rRNA i oko 50 proteina. Ribosomi su tako miješanje nukleinskih kiselina (rRNA) i proteinskih proizvoda za koje druge nukleinske kiseline (mRNA) nose šifru.

Donedavno su molekularni biolozi pretpostavljali da rRNA ima uglavnom strukturnu ulogu. Novije informacije, međutim, ukazuju da rRNA u ribosomima djeluje kao enzim, dok proteini koji je okružuju djeluju kao skela.

Transkripcija je postupak sinteze RNA iz DNK predloška. Budući da je DNA dvolančana, a RNA jednolančana, lanci DNA moraju se odvojiti prije nego što se dogodi transkripcija.

U ovom je trenutku korisna neka terminologija. Gen za koji su svi čuli, ali malo koji nebiološki stručnjak može formalno definirati, samo je dio DNA koji sadrži i predložak za sintezu RNA i sekvence nukleotida koji omogućuju regulaciju i kontrolu proizvodnje RNA iz predloška regija. Kada su mehanizmi za sintezu proteina prvi put precizno opisani, znanstvenici su pretpostavili da svaki gen odgovara jednom proteinskom proizvodu. Koliko god ovo bilo zgodno (i koliko god ima smisla na površini), pokazalo se da je ideja netočna. Neki geni uopće ne kodiraju proteine, a kod nekih životinja "izmjenjuju spajanje" u kojima čini se da isti gen može biti podstaknut da stvara različite proteine ​​u različitim uvjetima uobičajen.

Transkripcija RNA daje proizvod koji je komplementarni na DNK predložak. To znači da se radi o zrcalnoj slici i da bi se prirodno upario s bilo kojim slijedom identičnim predlošku zahvaljujući prethodno spomenutim specifičnim pravilima uparivanja baza-baza. Na primjer, DNA sekvenca TACTGGT komplementarna je RNA sekvenci AUGACCA, jer je svaka baza u prvoj sekvenci može se upariti s odgovarajućom bazom u drugom slijedu (imajte na umu da se U pojavljuje u RNA tamo gdje bi se T pojavio u DNA).

Pokretanje transkripcije složen je, ali uredan proces. Koraci uključuju:

1. Proteini transkripcijskog faktora vežu se za promotor "uzvodno" od sekvence koja se transkribira.
2. RNK polimeraza (enzim koji okuplja novu RNA) veže se na promotor-proteinski kompleks DNA, koji je sličan prekidaču za paljenje u automobilu.
3. Novonastali kompleks RNA polimeraza / promotor-protein razdvaja dva komplementarna DNA lanca.
4. RNA polimeraza započinje sintetizirati RNA, jedan po jedan nukleotid.

Za razliku od DNA polimeraze, RNA polimerazu ne treba "temeljiti" drugim enzimom. Za transkripciju je potrebno samo vezivanje RNK polimeraze za područje promotora.

Geni u DNA kodiraju proteinske molekule. To su "pješaci" iz ćelije, koji izvršavaju dužnosti potrebne za održavanje života. Možda mislite na meso ili mišiće ili zdrav shake kad mislite na protein, ali većina proteina leti ispod radara vašeg svakodnevnog života. Enzimi su proteini - molekule koji pomažu razgradnji hranjivih sastojaka, izgradnji novih staničnih komponenata, sastavljanju nukleinskih kiselina (npr. DNA polimeraze) i stvaranju kopija DNK tijekom diobe stanica.

"Ekspresija gena" znači proizvodnju gena koji odgovara proteinu, ako postoji, a ovaj komplicirani proces ima dva osnovna koraka. Prvi je prijepis, prethodno detaljno opisan. U prijevodu, novonastale molekule mRNA izlaze iz jezgre i migriraju u citoplazmu, gdje se nalaze ribosomi. (U prokariotskim organizmima ribosomi se mogu vezati za mRNA dok je transkripcija još u tijeku.)

Ribosomi se sastoje od dva različita dijela: velike i male jedinice. Svaka je podjedinica obično odvojena u citoplazmi, ali se okupljaju na molekuli mRNA. Podjedinice sadrže malo gotovo svega već spomenutog: proteine, rRNA i tRNA. Molekule tRNA su adaptivne molekule: Jedan kraj može čitati triplet kod u mRNA (na primjer, UAG ili CGC) putem komplementarnog uparivanja baza, a drugi kraj veže se na određenu aminokiselinu. Svaki triplet kod odgovoran je za jednu od približno 20 aminokiselina koje čine sve proteine; neke aminokiseline kodiraju višestruke trojke (što ne čudi, jer su moguće 64 trojke - četiri baze podignute na treći stepen jer svaki triplet ima tri baze - a to je samo 20 aminokiselina potrebno). U ribosomu se kompleksi mRNA i aminoacil-tRNA (dijelovi tRNA koji aminokiseline premještaju) drže vrlo blizu, olakšavajući uparivanje baze. rRNA katalizira vezanje svake dodatne aminokiseline na rastući lanac, koji postaje polipeptid i na kraju protein.

Kao rezultat svoje sposobnosti da se složi u složene oblike, RNA može slabo djelovati kao enzim. Budući da RNA može pohraniti genetske informacije i katalizirati reakcije, neki su znanstvenici sugerirali glavnu ulogu RNA u podrijetlo života, nazvano "RNA svijet". Ova hipoteza tvrdi da su, još u povijesti Zemlje, molekule RNA igrale sve danas igraju iste uloge molekula proteina i nukleinske kiseline, što bi sada bilo nemoguće, ali bi moglo biti moguće u predbiotički svijet. Ako je RNA djelovala i kao struktura za pohranu informacija i kao izvor katalitičke aktivnosti potrebne za osnovne metaboličke reakcije, mogla bi imati prethodili DNA u njezinim najranijim oblicima (iako je sada to stvara DNA) i poslužili su kao platforma za lansiranje "organizama" koji su istinski samokopiranje.