Apa itu Asam Ribonukleat?

Asam ribonukleat, atau RNA, adalah salah satu dari dua jenis asam nukleat yang ditemukan dalam kehidupan di Bumi. Yang lain, asam deoksiribonukleat (DNA), telah lama diasumsikan profil yang lebih tinggi daripada RNA dalam budaya populer, di benak pengamat biasa dan di tempat lain. RNA, bagaimanapun, adalah asam nukleat yang lebih serbaguna; dibutuhkan instruksi yang diterimanya dari DNA dan mengubahnya menjadi berbagai kegiatan terkoordinasi yang terlibat dalam sintesis protein. Dilihat dengan cara ini, DNA dapat dilihat sebagai presiden atau rektor yang masukannya pada akhirnya menentukan apa yang terjadi pada tingkat peristiwa sehari-hari, sedangkan RNA adalah pasukan prajurit yang setia dan pekerja kasar yang menyelesaikan pekerjaan yang sebenarnya dan menampilkan berbagai keterampilan yang mengesankan dalam proses.

RNA, seperti DNA, adalah makromolekul (dengan kata lain, molekul dengan jumlah atom individu yang relatif besar, tidak seperti, katakanlah, CO₂ atau H₂O) terdiri dari polimer, atau rantai elemen kimia berulang. The "link" dalam rantai ini, atau lebih formal monomer yang membentuk polimer, disebut nukleotida. Sebuah nukleotida tunggal pada gilirannya terdiri dari tiga wilayah kimia yang berbeda, atau bagian: gula pentosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen mungkin salah satu dari empat basa yang berbeda: adenin (A), sitosin (C), guanin (G) dan urasil (U).

Adenin dan guanin secara kimia diklasifikasikan sebagai: purin, sedangkan sitosin dan urasil termasuk dalam kategori zat yang disebut pirimidin. Purin terutama terdiri dari cincin lima anggota yang bergabung dengan cincin enam anggota, sedangkan pirimidin jauh lebih kecil dan hanya memiliki cincin enam karbon. Adenin dan guanin sangat mirip dalam struktur satu sama lain, seperti sitosin dan urasil.

Gula pentosa pada RNA adalah ribosa, yang mencakup cincin dengan lima atom karbon dan satu atom oksigen. Gugus fosfat terikat pada atom karbon pada cincin di satu sisi atom oksigen, dan basa nitrogen terikat pada atom karbon di sisi lain oksigen. Gugus fosfat juga mengikat ribosa pada nukleotida yang berdekatan, sehingga bagian ribosa dan fosfat dari nukleotida bersama-sama membentuk "tulang punggung" RNA.

Basa nitrogen dapat dianggap sebagai bagian paling kritis dari RNA, karena inilah, dalam kelompok tiga nukleotida yang berdampingan, yang sangat penting secara fungsional. Gugus yang terdiri dari tiga basa yang berdekatan membentuk satuan yang disebut kode triplet, atau kodon, yang membawa sinyal khusus ke mesin yang menyatukan protein menggunakan informasi yang ditransfer ke DNA pertama dan kemudian RNA. Tanpa kode ini ditafsirkan sebagaimana adanya, urutan nukleotida tidak akan relevan, seperti yang akan dijelaskan segera.

Ketika orang dengan sedikit latar belakang biologi mendengar istilah "DNA", mungkin salah satu hal pertama yang terlintas dalam pikiran adalah "heliks ganda". Yang khas struktur molekul DNA dijelaskan oleh Watson, Crick, Franklin dan lain-lain pada tahun 1953, dan di antara temuan tim adalah bahwa DNA beruntai ganda, dan heliks, dalam bentuk biasa. RNA, sebaliknya, hampir selalu beruntai tunggal.

Juga, seperti yang disiratkan oleh nama masing-masing makromolekul ini, DNA mengandung gula ribosa yang berbeda. Alih-alih ribosa, ia mengandung deoksiribosa, senyawa yang identik dengan ribosa kecuali memiliki atom hidrogen sebagai pengganti salah satu gugus hidroksil (-OH).

Akhirnya, sementara pirimidin dalam RNA adalah sitosin dan urasil, dalam DNA mereka adalah sitosin dan timin. Dalam "anak tangga" dari "tangga" DNA untai ganda, adenin berikatan dengan dan hanya dengan timin, sedangkan sitosin berikatan dengan dan hanya dengan guanin. (Dapatkah Anda memikirkan alasan arsitektural bahwa basa purin hanya mengikat basa pirimidin di seluruh pusat DNA? Petunjuk: "sisi" tangga harus tetap berjarak tetap.) Ketika DNA ditranskripsi dan a untai komplementer RNA dibuat, nukleotida yang dihasilkan di seberang adenin dalam DNA adalah urasil, bukan timin. Perbedaan ini membantu alam menghindari membingungkan DNA dan RNA di lingkungan seluler di mana yang tidak diinginkan hal-hal mungkin dihasilkan dari perilaku yang tidak diinginkan jika enzim yang beroperasi pada masing-masing molekul.

Sementara hanya DNA yang beruntai ganda, RNA jauh lebih mahir dalam membentuk struktur tiga dimensi yang rumit. Ini memungkinkan tiga bentuk RNA penting untuk berkembang dalam sel.

RNA hadir dalam tiga tipe dasar, meskipun ada juga varietas tambahan yang sangat tidak jelas.

Messenger RNA (mRNA): Molekul mRNA mengandung urutan pengkodean untuk protein. Molekul mRNA sangat bervariasi panjangnya, dengan eukariota (pada dasarnya, sebagian besar makhluk hidup yang bukan bakteri) termasuk RNA terbesar yang pernah ditemukan. Banyak transkrip yang panjangnya melebihi 100.000 basis (100 kilobase, atau kb).

Mentransfer RNA (tRNA): tRNA adalah molekul pendek (sekitar 75 basa) yang mengangkut asam amino dan memindahkannya ke protein yang sedang tumbuh selama translasi. tRNA diyakini memiliki susunan tiga dimensi umum yang terlihat seperti daun semanggi pada analisis sinar-X. Hal ini disebabkan oleh pengikatan basa komplementer ketika untai tRNA terlipat kembali dengan sendirinya, seperti pita yang menempel pada dirinya sendiri ketika Anda secara tidak sengaja menyatukan sisi-sisinya.

RNA ribosom (rRNA): Molekul rRNA terdiri dari 65 hingga 70 persen massa organel yang disebut ribosom, struktur yang secara langsung menampung translasi, atau sintesis protein. Ribosom sangat besar menurut standar sel. Ribosom bakteri memiliki berat molekul sekitar 2,5 juta, sedangkan ribosom eukariotik memiliki berat molekul sekitar satu setengah kali lipat. (Untuk referensi, berat molekul karbon adalah 12; tidak ada satu elemen pun yang berada di atas 300.)

Satu ribosom eukariotik, yang disebut 40S, mengandung satu rRNA serta sekitar 35 protein yang berbeda. Ribosom 60S mengandung tiga rRNA dan sekitar 50 protein. Ribosom dengan demikian merupakan campuran asam nukleat (rRNA) dan produk protein yang dibuat oleh asam nukleat lain (mRNA) untuk dibuat.

Sampai saat ini, ahli biologi molekuler berasumsi bahwa rRNA melakukan sebagian besar peran struktural. Informasi yang lebih baru, bagaimanapun, menunjukkan bahwa rRNA dalam ribosom bertindak sebagai enzim, sedangkan protein di sekitarnya bertindak sebagai perancah.

Transkripsi adalah proses sintesis RNA dari cetakan DNA. Karena DNA untai ganda dan RNA untai tunggal, untai DNA harus dipisahkan sebelum transkripsi dapat terjadi.

Beberapa terminologi berguna pada saat ini. Sebuah gen, yang setiap orang pernah mendengarnya tetapi hanya sedikit ahli non-biologi yang dapat mendefinisikannya secara formal, hanyalah seutas DNA yang mengandung keduanya. template untuk sintesis RNA dan urutan nukleotida yang memungkinkan produksi RNA diatur dan dikendalikan dari template wilayah. Ketika mekanisme sintesis protein pertama kali dijelaskan dengan tepat, para ilmuwan berhipotesis bahwa setiap gen berhubungan dengan satu produk protein. Senyaman ini (dan sebanyak yang masuk akal di permukaan), gagasan itu terbukti salah. Beberapa gen tidak mengkode protein sama sekali, dan pada beberapa hewan, "penyambungan alternatif" di mana gen yang sama dapat dipicu untuk membuat protein yang berbeda dalam kondisi yang berbeda, tampaknya umum.

Transkripsi RNA menghasilkan produk yang yang saling melengkapi ke cetakan DNA. Ini berarti bahwa itu adalah semacam bayangan cermin, dan secara alami akan dipasangkan ke urutan apa pun yang identik dengan templat berkat aturan pemasangan basa-basis spesifik yang disebutkan sebelumnya. Misalnya, urutan DNA TACTGGT melengkapi urutan RNA AUGACCA, karena setiap basa dalam urutan pertama dapat dipasangkan berpasangan dengan basa yang sesuai dalam urutan kedua (perhatikan bahwa U muncul dalam RNA di mana T akan muncul di DNA).

Inisiasi transkripsi adalah proses yang kompleks tetapi teratur. Langkah-langkahnya meliputi:

1. Protein faktor transkripsi mengikat promotor "hulu" dari urutan yang akan ditranskripsi.
2. RNA polimerase (enzim yang merakit RNA baru) berikatan dengan kompleks protein-promotor DNA, yang agak mirip dengan saklar pengapian di dalam mobil.
3. Kompleks RNA polimerase/promotor-protein yang baru terbentuk memisahkan dua untai DNA komplementer.
4. RNA polimerase mulai mensintesis RNA, satu nukleotida pada suatu waktu.

Tidak seperti DNA polimerase, RNA polimerase tidak perlu "disiapkan" oleh enzim kedua. Transkripsi hanya membutuhkan pengikatan RNA polimerase ke daerah promotor.

Gen dalam DNA mengkodekan molekul protein. Ini adalah "prajurit kaki" sel, yang menjalankan tugas yang diperlukan untuk mempertahankan hidup. Anda mungkin memikirkan daging atau otot atau shake yang menyehatkan ketika Anda memikirkan protein, tetapi kebanyakan protein terbang di bawah radar kehidupan sehari-hari Anda. Enzim adalah protein – molekul yang membantu memecah nutrisi, membangun komponen sel baru, merakit asam nukleat (misalnya, DNA polimerase) dan membuat salinan DNA selama pembelahan sel.

"Ekspresi gen" berarti membuat protein yang sesuai dengan gen, jika ada, dan proses rumit ini memiliki dua langkah utama. Yang pertama adalah transkripsi, dirinci sebelumnya. Dalam translasi, molekul mRNA yang baru dibuat keluar dari nukleus dan bermigrasi ke sitoplasma, tempat ribosom berada. (Pada organisme prokariotik, ribosom dapat menempel pada mRNA saat transkripsi masih berlangsung.)

Ribosom terdiri dari dua bagian yang berbeda: subunit besar dan subunit kecil. Setiap subunit biasanya dipisahkan dalam sitoplasma, tetapi mereka bersatu pada mRNA molekul. Subunit mengandung sedikit dari hampir semua yang telah disebutkan: protein, rRNA dan tRNA. Molekul tRNA adalah molekul adaptor: Salah satu ujungnya dapat membaca kode triplet dalam mRNA (misalnya, UAG atau CGC) melalui pasangan basa komplementer, dan ujung lainnya menempel pada asam amino tertentu. Setiap kode triplet bertanggung jawab atas salah satu dari sekitar 20 asam amino yang menyusun semua protein; beberapa asam amino dikodekan oleh kembar tiga (yang tidak mengejutkan, karena 64 kembar tiga dimungkinkan – empat basa dipangkatkan ketiga karena setiap triplet memiliki tiga basa – dan hanya 20 asam amino yang dibutuhkan). Di dalam ribosom, kompleks mRNA dan aminoasil-tRNA (potongan tRNA yang membawa asam amino) terikat sangat erat satu sama lain, memfasilitasi pasangan basa. rRNA mengkatalisis perlekatan setiap asam amino tambahan ke rantai yang sedang tumbuh, yang menjadi polipeptida dan akhirnya menjadi protein.

Sebagai hasil dari kemampuannya untuk mengatur dirinya sendiri menjadi bentuk yang kompleks, RNA dapat bertindak lemah sebagai enzim. Karena RNA dapat menyimpan informasi genetik dan mengkatalisis reaksi, beberapa ilmuwan telah menyarankan peran utama RNA dalam asal usul kehidupan, yang disebut "Dunia RNA". Hipotesis ini menyatakan bahwa, jauh di belakang sejarah Bumi, molekul RNA memainkan semua peran yang sama dari molekul protein dan asam nukleat bermain hari ini, yang tidak mungkin sekarang tetapi mungkin mungkin terjadi di a dunia pra-biotik. Jika RNA bertindak baik sebagai struktur penyimpan informasi dan sebagai sumber aktivitas katalitik yang diperlukan untuk reaksi metabolisme dasar, RNA mungkin memiliki mendahului DNA dalam bentuknya yang paling awal (meskipun sekarang dibuat oleh DNA) dan berfungsi sebagai platform untuk peluncuran "organisme" yang benar-benar mereplikasi diri.