Mi az a ribonukleinsav?

A ribonukleinsav vagy RNS a földi életben található kétféle nukleinsav egyike. A másik, a dezoxiribonukleinsav (DNS) a populáris kultúrában, az alkalmi megfigyelők fejében és másutt is régóta magasabb profilt vesz fel, mint az RNS. Az RNS azonban a sokoldalúbb nukleinsav; megfogadja a DNS-től kapott utasításokat, és a fehérjeszintézisben részt vevő sokféle koordinált tevékenységgé alakítja azokat. Ilyen szempontból a DNS-t úgy tekinthetjük, mint az elnököt vagy a kancellárt, akinek hozzájárulása végül meghatározza, hogy mi történik a mindennapi események szintjén, mivel az RNA a hűséges gyalogos katonák és morgolódó munkások hada, akik elvégzik a tényleges munkát, és sokféle lenyűgöző készséggel rendelkeznek a folyamat.

Az RNS, a DNS-hez hasonlóan, makromolekula (más szavakkal, egy molekula, amelynek viszonylag sok egyéni atomja van, ellentétben például a CO₂ vagy H₂O) polimerből vagy ismétlődő kémiai elemek láncából áll. Ebben a láncban lévő "linkeket" vagy formálisabban a polimert alkotó monomereket nukleotidoknak nevezzük. Egyetlen nukleotid három különálló kémiai régióból vagy részből áll: pentózcukor, foszfátcsoport és nitrogénbázis. A nitrogénes bázisok négy különböző bázis egyike lehetnek: adenin (A), citozin (C), guanin (G) és uracil (U).

Az adenint és a guanint kémiailag a következők közé sorolják purinák, míg a citozin és az uracil az úgynevezett anyagok kategóriájába tartozik pirimidinek. A purinok főleg egy öt tagú gyűrűből állnak, amely egy hattagú gyűrűhöz kapcsolódik, míg a pirimidinek lényegesen kisebbek, és csak hat szénatomot tartalmaznak. Az adenin és a guanin nagyon hasonló szerkezetűek, mint a citozin és az uracil.

Az RNS-ben lévő pentózcukor ribóz, amely öt szénatomot és egy oxigénatomot tartalmazó gyűrűt tartalmaz. A foszfátcsoport az oxigénatom egyik oldalán lévő gyűrű szénatomjához, a nitrogénbázis pedig az oxigén másik oldalán lévő szénatomhoz kapcsolódik. A foszfátcsoport a szomszédos nukleotidon lévő ribózhoz is kötődik, így a nukleotid ribóz és foszfát része együtt alkotja az RNS "gerincét".

A nitrogénbázisokat az RNS legkritikusabb részének tekinthetjük, mivel ezeknek a szomszédos nukleotidokban lévő három fős csoportoknak van a legnagyobb funkcionális jelentősége. Három szomszédos bázis csoportjai nevezett egységeket alkotnak hármas kódokvagy kodonok, amelyek speciális jeleket juttatnak a fehérjék összerakására szolgáló géphez, amely először az DNS-be, majd az RNS-be vezetett információt használ. Anélkül, hogy ezt a kódot értelmeznénk úgy, ahogy van, a nukleotidok sorrendje lényegtelen lenne, amint azt rövidesen leírjuk.

Amikor egy kis biológiai háttérrel rendelkező emberek hallják a "DNS" kifejezést, akkor valószínűleg az egyik első dolog, ami eszembe jut, a "kettős spirál". A megkülönböztető képesség A DNS-molekula szerkezetét Watson, Crick, Franklin és mások tisztázták 1953-ban, és a csoport megállapításai között szerepelt, hogy a DNS kétszálú és spirális alakú szokásos forma. Az RNS ezzel szemben gyakorlatilag mindig egyszálú.

Továbbá, amint e makromolekulák neve is mutatja, a DNS más ribózcukrot tartalmaz. Ribóz helyett dezoxiribózt tartalmaz, amely a ribózzal megegyező vegyület, kivéve, ha az egyik hidroxil (-OH) csoportjának helyén hidrogénatom található.

Végül, míg az RNS-ben található pirimidinek citozin és uracil, a DNS-ben citozin és timin. A kétszálú DNS "létra" "lépcsőiben" az adenin kötődik a timinnel és csak azzal, míg a citozin csak a guaninnal. (Gondolhat-e egy építészeti okra, miszerint a purinbázisok csak a DNS közepén átívelő pirimidinbázisokhoz kötődnek? Tipp: a létra "oldalainak" rögzített távolságban kell maradniuk egymástól.) Amikor a DNS átíródik és a létrejön az RNS komplementer szála, a DNS-ben az adeninnel szemben keletkező nukleotid uracil, nem timint. Ez a megkülönböztetés segít a természetnek elkerülni a DNS és az RNS összetévesztését olyan sejtes környezetekben, amelyekben nem kívánatos a nem kívánt viselkedésből adódhatnak dolgok, ha az adott enzimet működtetik molekulák.

Míg csak a DNS kettős szálú, az RNS sokkal ügyesebb a bonyolult háromdimenziós struktúrák kialakításában. Ez lehetővé tette az RNS három alapvető formájának fejlődését a sejtekben.

Az RNS három alaptípusba kerül, bár léteznek további, nagyon homályos fajták is.

Messenger RNS (mRNS): Az mRNS molekulák tartalmazzák a fehérjék kódoló szekvenciáját. Az mRNS-molekulák hossza nagymértékben változik, az eukarióták (lényegében a legtöbb élőlény, amelyek nem baktériumok) tartalmazzák a legnagyobb RNS-t. Sok átirat meghaladja a 100 000 bázis (100 kilobázis vagy kb) hosszát.

Transzfer RNS (tRNS): A tRNS egy rövid (kb. 75 bázis) molekula, amely az aminosavakat szállítja és a transzláció során a növekvő fehérjéhez mozgatja. A tRNS-ekről úgy gondolják, hogy közös háromdimenziós elrendezéssel rendelkeznek, amely a röntgenanalízis során lóhere levelének tűnik. Ezt a komplementer bázisok megkötése hozza létre, amikor egy tRNS-szál visszahajlik önmagára, hasonlóan a ragasztószalaghoz, amikor véletlenül összehozza egy csík oldalát.

Riboszomális RNS (rRNS): Az rRNS-molekulák az úgynevezett organelle tömegének 65-70% -át teszik ki riboszómás, a transzlációt vagy a fehérjeszintézist közvetlenül befogadó szerkezet. A riboszómák sejtméret szerint nagyon nagyok. A bakteriális riboszómák molekulatömege körülbelül 2,5 millió, míg az eukarióta riboszómák molekulatömege ennek másfélszerese. (Referenciaként a szén molekulatömege 12; egyetlen elem sem haladja meg a 300-at.)

Egy eukarióta riboszóma, az úgynevezett 40S egy rRNS-t és körülbelül 35 különböző fehérjét tartalmaz. A 60S riboszóma három rRNS-t és körülbelül 50 fehérjét tartalmaz. A riboszómák tehát a nukleinsavak (rRNS) és a fehérjetermékek keverékei, amelyek létrehozásához más nukleinsavak (mRNS) hordozzák a kódot.

Egészen a közelmúltig a molekuláris biológusok azt feltételezték, hogy az rRNS többnyire strukturális szerepet tölt be. A legfrissebb információk azonban azt mutatják, hogy a riboszómákban lévő rRNS enzimként, míg az azt körülvevő fehérjék állványként működnek.

A transzkripció az RNS szintetizálásának folyamata egy DNS templátból. Mivel a DNS kettős szálú és az RNS egyszálú, a DNS szálait el kell választani, mielőtt a transzkripció bekövetkezhet.

Néhány terminológia hasznos ezen a ponton. A gén, amelyet mindenki hallott már, de formálisan meghatározhatja nem biológiai szakértő, csak egy DNS-szakasz, amely mind a templát az RNS szintéziséhez és nukleotid szekvenciák, amelyek lehetővé teszik az RNS termelés szabályozását és vezérlését a templátból vidék. Amikor a fehérjeszintézis mechanizmusait először pontosan leírták, a tudósok feltételezték, hogy minden gén egyetlen fehérjeterméknek felel meg. Bármennyire is kényelmes ez (és amennyire értelmes a felszínen), az ötlet helytelennek bizonyult. Egyes gének egyáltalán nem kódolják a fehérjéket, és egyes állatoknál "váltakozó splicing", amelyben a ugyanazt a gént lehet kiváltani különböző fehérjék előállításához különböző körülmények között gyakori.

Az RNS-transzkripció egy olyan terméket eredményez, amely kiegészítő a DNS-sablonhoz. Ez azt jelenti, hogy ez egyfajta tükörkép, és természetesen párosul bármely, a sablonnal megegyező szekvenciához, a korábban említett alap-alap párosítás szabályoknak köszönhetően. Például a TACTGGT DNS-szekvencia komplementer az AUGACCA RNS-szekvenciával, mivel az első szekvencia mindegyik bázisa párosítható a megfelelő bázissal a második szekvenciában (vegye figyelembe, hogy U megjelenik az RNS-ben, ahol T megjelenne DNS).

A transzkripció megindítása összetett, de rendezett folyamat. A lépések a következők:

1. A transzkripciós faktor fehérjék kötődnek az átírandó szekvencia "upstream" promóteréhez.
2. RNS-polimeráz (az új RNS-t összerakó enzim) a DNS promoter-fehérje komplexjéhez kötődik, ami inkább olyan, mint egy autó gyújtáskapcsolója.
3. Az újonnan képződött RNS-polimeráz / promoter-fehérje komplex elválasztja a két komplementer DNS-szálat.
4. Az RNS-polimeráz megkezdi az RNS szintetizálását, egy-egy nukleotidot.

A DNS-polimeráztól eltérően az RNS-polimerázt nem kell egy második enzimmel "alapozni". A transzkripcióhoz csak az RNS-polimeráz kötődése szükséges a promoter területéhez.

A DNS-ben található gének fehérjemolekulákat kódolnak. Ezek a sejt "lábkatonái", akik ellátják az élet fenntartásához szükséges feladatokat. Lehet, hogy húsra vagy izomra vagy egészséges shake-re gondol, ha egy fehérjére gondol, de a legtöbb fehérje a mindennapok radara alatt repül. Az enzimek fehérjék - olyan molekulák, amelyek elősegítik a tápanyagok lebontását, új sejtkomponensek felépítését, nukleinsavak (pl. DNS-polimeráz) összeállítását és a DNS-másolatokat a sejtosztódás során.

A "génexpresszió" a génnek megfelelő fehérje gyártását jelenti, ha van ilyen, és ennek a bonyolult folyamatnak két elsődleges lépése van. Az első a korábban részletezett átírás. A transzláció során az újonnan elkészített mRNS-molekulák kilépnek a sejtmagból és a citoplazmába vándorolnak, ahol a riboszómák találhatók. (A prokarióta organizmusokban a riboszómák akkor kapcsolódhatnak az mRNS-hez, amikor a transzkripció még folyamatban van.)

A riboszómák két külön részből állnak: a nagy alegységből és a kis alegységből. Minden egyes alegység általában el van választva a citoplazmában, de egy molekula mRNS-en jönnek össze. Az alegységek tartalmaznak egy kicsit szinte minden már említettből: fehérjéket, rRNS-t és tRNS-t. A tRNS-molekulák adaptormolekulák: Az egyik vég komplementer bázispárosítás útján olvashatja az mRNS triplett-kódját (például UAG vagy CGC), a másik vége pedig egy adott aminosavhoz kapcsolódik. Minden hármas kód felelős az összes fehérjét alkotó mintegy 20 aminosavért; néhány aminosavat több hármas kódol (ami nem meglepő, mivel 64 hármas lehetséges - négy bázist emeltek a harmadik hatványra, mert minden hármasnak három bázisa van - és csak 20 aminosav van szükséges). A riboszómában az mRNS és az aminoacil-tRNS-komplexek (aminosavat serkentő tRNS-darabok) nagyon közel vannak egymáshoz, megkönnyítve a bázisok párosítását. Az rRNS katalizálja minden további aminosav kapcsolódását a növekvő lánchoz, amely polipeptiddé és végül fehérjévé válik.

Az RNS komplex formákba rendeződésének eredményeként gyengén képes enzimként működni. Mivel az RNS mind genetikai információkat képes tárolni, mind katalizálni tudja a reakciókat, egyes tudósok azt javasolták, hogy az RNS fő szerepet játszik az RNS - ben az élet eredete, az úgynevezett "RNS-világ". Ez a hipotézis azt állítja, hogy a Föld történelmében még nagyon régen az RNS-molekulák játszották az összes a fehérje és a nukleinsavmolekulák ugyanazon szerepét töltik be ma, ami most lehetetlen lenne, de lehetséges lenne a a biotika előtti világban. Ha az RNS mind az információ tárolására szolgáló struktúraként, mind az alapvető metabolikus reakciókhoz szükséges katalitikus aktivitás forrásaként működött, akkor megelőzte a DNS-t a legkorábbi formáiban (annak ellenére, hogy ma már a DNS készíti), és platformként szolgált az "organizmusok" elindításához, amelyek valóban önismétlő.