リボ核酸（RNA）は、地球上の生命に見られる2種類の核酸の1つです。 もう1つのデオキシリボ核酸（DNA）は、大衆文化において、カジュアルな観察者やその他の人々の心の中で、RNAよりも高いプロファイルを長い間想定してきました。 ただし、RNAはより用途の広い核酸です。 DNAから受け取った指示を受け取り、タンパク質合成に関与するさまざまな協調活動に変換します。 このように見ると、DNAは大統領または首相と見なされる可能性があり、その入力が最終的に日常のイベントのレベルで何が起こるかを決定します。 一方、RNAは、実際の仕事を成し遂げ、幅広い印象的なスキルを発揮する忠実な歩兵とうなり声の労働者の軍隊です。 処理する。
RNAの基本構造
RNAは、DNAと同様に、高分子（つまり、COとは異なり、比較的多数の個々の原子を持つ分子）です。2 またはH2O）ポリマー、または繰り返し化学元素の鎖からなる。 この鎖の「リンク」、またはより正式にはポリマーを構成するモノマーは、ヌクレオチドと呼ばれます。 単一のヌクレオチドは、ペントース糖、リン酸基、および窒素塩基という3つの異なる化学領域または部分で構成されています。 窒素塩基は、アデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、およびウラシル（U）の4つの異なる塩基のいずれかです。
アデニンとグアニンは化学的に次のように分類されます プリン、一方、シトシンとウラシルは、 ピリミジン. プリンは主に6員環に結合した5員環で構成されていますが、ピリミジンはかなり小さく、6炭素環しかありません。 アデニンとグアニンは、シトシンとウラシルと同様に、構造が非常に似ています。
RNA中のペントース糖は リボース、5つの炭素原子と1つの酸素原子を持つ環を含みます。 リン酸基は酸素原子の片側の環の炭素原子に結合しており、窒素塩基は酸素の反対側の炭素原子に結合しています。 リン酸基は隣接するヌクレオチドのリボースにも結合するため、ヌクレオチドのリボースとリン酸部分が一緒になってRNAの「バックボーン」を構成します。
窒素塩基は、隣接するヌクレオチドの3つのグループで最も機能的に重要であるため、RNAの最も重要な部分と見なすことができます。 3つの隣接する基地のグループは、と呼ばれるユニットを形成します トリプレットコード、またはコドン。最初のDNA、次にRNAに配線された情報を使用してタンパク質をまとめる機構に特別な信号を伝達します。 このコードがそのまま解釈されない場合、後で説明するように、ヌクレオチドの順序は関係ありません。
DNAとRNAの違い
生物学の知識が少ない人が「DNA」という言葉を聞くと、最初に頭に浮かぶのは「二重らせん」だと思われます。 特徴的な DNA分子の構造は、1953年にワトソン、クリック、フランクリンなどによって解明されました。チームの調査結果の中には、DNAが二本鎖でらせん状であるというものがありました。 通常の形。 対照的に、RNAは事実上常に一本鎖です。
また、これらのそれぞれの高分子の名前が示すように、DNAには異なるリボース糖が含まれています。 リボースの代わりに、そのヒドロキシル（-OH）基の1つの代わりに水素原子を持っていることを除いてリボースと同一の化合物であるデオキシリボースを含んでいます。
最後に、RNAのピリミジンはシトシンとウラシルですが、DNAのピリミジンはシトシンとチミンです。 二本鎖DNA「ラダー」の「ラング」では、アデニンはチミンとのみ結合し、シトシンはグアニンとのみ結合します。 （プリン塩基がDNAの中心を横切ってピリミジン塩基にのみ結合するという構造上の理由を考えることができますか？ ヒント：はしごの「側面」は一定の距離を置いておく必要があります。）DNAが転写され、 RNAの相補鎖が作成され、DNAのアデニンの反対側で生成されるヌクレオチドはウラシルです。 チミンではありません。 この区別は、自然が厄介な細胞環境でDNAとRNAを混同しないようにするのに役立ちます それぞれに作用する酵素が 分子。
DNAだけが二本鎖ですが、RNAは精巧な三次元構造を形成するのにはるかに優れています。 これにより、RNAの3つの必須形態が細胞内で発達することが可能になりました。
3種類のRNA
RNAには3つの基本的なタイプがありますが、追加の非常にあいまいな種類も存在します。
メッセンジャーRNA（mRNA）： mRNA分子にはタンパク質のコード配列が含まれています。 mRNA分子の長さは大きく異なり、真核生物（本質的には細菌ではないほとんどの生物）には、これまでに発見された最大のRNAが含まれています。 多くの転写産物は、長さが100,000塩基（100キロベースまたはkb）を超えています。
トランスファーRNA（tRNA）： tRNAは、アミノ酸を輸送し、翻訳中に成長中のタンパク質に移動させる短い（約75塩基）分子です。 tRNAは、X線分析ではクローバーの葉のように見える一般的な3次元配列を持っていると考えられています。 これは、tRNA鎖が折りたたまれたときに相補的な塩基が結合することによってもたらされます。これは、誤ってストリップの側面をまとめたときにテープが付着したように見えます。
リボソームRNA（rRNA）： rRNA分子は、細胞小器官と呼ばれる細胞小器官の質量の65〜70パーセントを構成します。 リボソーム、翻訳、またはタンパク質合成を直接ホストする構造。 リボソームは細胞基準では非常に大きいです。 細菌のリボソームの分子量は約250万個ですが、真核生物のリボソームの分子量はその約1.5倍です。 （参考までに、炭素の分子量は12です。 300を超える単一要素はありません。）
40Sと呼ばれる1つの真核生物のリボソームには、1つのrRNAと約35の異なるタンパク質が含まれています。 60Sリボソームには、3つのrRNAと約50のタンパク質が含まれています。 したがって、リボソームは、核酸（rRNA）と、他の核酸（mRNA）が作成するコードを運ぶタンパク質産物のミッシュマッシュです。
最近まで、分子生物学者は、rRNAが主に構造的な役割を果たしていると想定していました。 しかし、より最近の情報は、リボソームのrRNAが酵素として機能し、それを取り巻くタンパク質が足場として機能することを示しています。
転写：RNAがどのように形成されるか
転写は、DNAテンプレートからRNAを合成するプロセスです。 DNAは二本鎖でRNAは一本鎖であるため、転写が起こる前にDNAの鎖を分離する必要があります。
この時点で、いくつかの用語が役立ちます。 誰もが聞いたことがあるが、生物学の専門家以外の人が正式に定義できる遺伝子は、両方を含むDNAのストレッチです。 RNA合成用のテンプレートおよびRNA産生をテンプレートから制御および制御できるようにするヌクレオチド配列 領域。 タンパク質合成のメカニズムが最初に正確に説明されたとき、科学者たちは、各遺伝子が単一のタンパク質産物に対応していると仮定しました。 これが便利であるのと同じくらい（そしてそれが表面上で意味があるのと同じくらい）、アイデアは正しくないことが証明されています。 一部の遺伝子はタンパク質をまったくコードしておらず、一部の動物では「選択的スプライシング」が行われています。 同じ遺伝子がトリガーされて、異なる条件下で異なるタンパク質を作ることができます。 一般。
RNA転写は次のような製品を生み出します 補完的 DNAテンプレートに。 これは、それが一種の鏡像であり、前述の特定の塩基対ペアリング規則のおかげで、テンプレートと同一の任意のシーケンスと自然にペアリングすることを意味します。 たとえば、DNA配列TACTGGTはRNA配列AUGACCAと相補的です。これは、最初の配列の各塩基が 2番目の配列の対応する塩基とペアにすることができます（UはRNAに現れ、Tは DNA）。
転写の開始は複雑ですが、整然としたプロセスです。 手順は次のとおりです。
- 転写因子タンパク質は、転写される配列の「上流」のプロモーターに結合します。
- RNAポリメラーゼ （新しいRNAを組み立てる酵素）は、DNAのプロモーター-タンパク質複合体に結合します。これは、自動車のイグニッションスイッチのようなものです。
- 新しく形成されたRNAポリメラーゼ/プロモーター-タンパク質複合体は、2つの相補的DNA鎖を分離します。
- RNAポリメラーゼは、一度に1ヌクレオチドずつRNAの合成を開始します。
DNAポリメラーゼとは異なり、RNAポリメラーゼは2番目の酵素によって「プライミング」される必要はありません。 転写には、RNAポリメラーゼのプロモーター領域への結合のみが必要です。
翻訳：フルディスプレイのRNA
DNAの遺伝子はタンパク質分子をコードしています。 これらは独房の「歩兵」であり、生命を維持するために必要な任務を遂行します。 たんぱく質と言えば、肉や筋肉、健康的な揺れなどを思い浮かべるかもしれませんが、ほとんどのたんぱく質は日常生活のレーダーの下を飛んでいます。 酵素はタンパク質であり、栄養素を分解し、新しい細胞成分を構築し、核酸（DNAポリメラーゼなど）を組み立て、細胞分裂中にDNAのコピーを作成するのに役立つ分子です。
「遺伝子発現」とは、遺伝子に対応するタンパク質があればそれを製造することを意味し、この複雑なプロセスには2つの主要なステップがあります。 1つ目は、前に詳しく説明した文字起こしです。 翻訳では、新しく作られたmRNA分子は核を出て、リボソームが位置する細胞質に移動します。 （原核生物では、転写がまだ進行している間にリボソームがmRNAに付着する可能性があります。）
リボソームは、大きなサブユニットと小さなサブユニットの2つの異なる部分で構成されています。 各サブユニットは通常、細胞質内で分離されていますが、分子mRNA上で一緒になっています。 サブユニットには、タンパク質、rRNA、tRNAなど、すでに述べたほとんどすべてのものが少し含まれています。 tRNA分子はアダプター分子です。一方の端は相補的な塩基対を介してmRNAのトリプレットコード（UAGやCGCなど）を読み取ることができ、もう一方の端は特定のアミノ酸に結合します。 各トリプレットコードは、すべてのタンパク質を構成する約20個のアミノ酸の1つを担っています。 いくつかのアミノ酸は複数のトリプレットによってコードされています（64のトリプレットが可能であるため、これは驚くべきことではありません– 各トリプレットには3つの塩基があり、20個のアミノ酸しかないため、4つの塩基が3乗されます。 必要）。 リボソームでは、mRNAとアミノアシルtRNA複合体（アミノ酸を往復するtRNAの断片）が非常に接近して保持され、塩基対形成を促進します。 rRNAは、成長する鎖への各追加アミノ酸の結合を触媒し、それがポリペプチド、そして最終的にはタンパク質になります。
RNAワールド
RNAはそれ自体を複雑な形に配置する能力の結果として、酵素として弱く作用する可能性があります。 RNAは遺伝情報を保存し、反応を触媒することができるため、一部の科学者は、 「RNAワールド」と呼ばれる生命の起源。 この仮説は、地球の歴史のはるか昔に、RNA分子がすべての タンパク質と核酸分子の同じ役割が今日果たしています。これは今では不可能ですが、 プレバイオティクスの世界。 RNAが情報保存構造として、また基本的な代謝反応に必要な触媒活性の源として機能した場合、RNAは 初期の形でDNAに先行し（現在はDNAによって作られていますが）、真に「生物」を立ち上げるためのプラットフォームとして機能しました。 自己複製。