RNA 또는 리보 핵산은 자연에서 발견되는 두 가지 핵산 중 하나입니다. 다른 하나 인 데 옥시 리보 핵산 (DNA)은 확실히 상상력에 더 고정되어 있습니다. 과학에 거의 관심이없는 사람들조차도 DNA가 하나의 형질을 전달하는 데 필수적이라는 인식을 가지고 있습니다. 모든 인간의 DNA는 독특하다는 것입니다 (그러므로 범죄 현장에서 떠나는 것은 나쁜 생각입니다. 장면). 그러나 모든 DNA의 악명에 대해 RNA는 메신저 RNA (mRNA), 리보솜 RNA (rRNA) 및 전달 RNA (tRNA)의 세 가지 주요 형태로 나오는보다 다재다능한 분자입니다.
mRNA의 역할은 다른 두 가지 유형에 크게 의존하며, mRNA는 소위 분자 생물학의 중심 교리의 중심에 있습니다 (DNA는 RNA를 낳고 차례로 단백질을 낳습니다).
핵산: 개요
DNA와 RNA는 핵산으로, 고분자 거대 분자이며, 그 단량체 성분을 뉴클레오티드라고합니다. 뉴클레오타이드는 오탄당, 인산기 및 질소 염기의 세 부분으로 구성되며 네 가지 선택 중에서 선택됩니다. 5 탄당은 5 원자 고리 구조를 포함하는 설탕입니다.
세 가지 주요 차이점은 DNA와 RNA를 구별합니다. 첫째, RNA에서 뉴클레오타이드의 당 부분은 리보스이고 DNA에서는 디옥시리보 스로 간단히 리보스입니다. 5 원자 고리의 탄소 중 하나에서 수산기 (-OH) 그룹이 제거되고 수소 원자로 대체 됨 (-H). 따라서 DNA의 당 부분은 RNA보다 질량이 적은 하나의 산소 원자이지만 RNA는 여분의 -OH 그룹이 하나 있기 때문에 DNA보다 훨씬 화학적으로 반응성이 높은 분자입니다. 둘째, DNA는 오히려 이중 가닥이며 가장 안정된 나선형 모양으로 감겨 있습니다. 반면에 RNA는 단일 가닥입니다. 셋째, DNA와 RNA는 모두 질소 염기 인 아데닌 (A), 시토신 (C) 및 구아닌 (G)을 특징으로하지만, DNA의 네 번째 염기는 티민 (T)이고 RNA에서는 우라실 (U)입니다.
DNA는 이중 가닥이기 때문에 과학자들은 1900 년대 중반부터이 질소 염기가 다른 종류의 염기와 만 쌍을 이룬다는 사실을 알고있었습니다. A는 T와 쌍을 이루고 C는 G와 쌍을 이룹니다. 또한 A와 G는 화학적으로 퓨린으로 분류되고 C와 T는 피리 미딘이라고합니다. 퓨린은 피리 미딘보다 상당히 크기 때문에 A-G 쌍은 지나치게 부피가 큰 반면 C-T 쌍은 비정상적으로 크기가 작습니다. 이 두 가지 상황은 두 가닥을 따라 모든 지점에서 같은 거리에있는 이중 가닥 DNA의 두 가닥에 방해가 될 것입니다.
이러한 쌍을 이루는 방식으로 인해 두 가닥의 DNA를 "상보성"이라고하며, 다른 하나가 알려지면 하나의 서열을 예측할 수 있습니다. 예를 들어, DNA 가닥에서 10 개의 뉴클레오티드 스트링이 염기 서열 AAGCGTATTG를 갖는 경우, 상보적인 DNA 가닥은 염기 서열 TTCGCATAAC를 갖게됩니다. RNA는 DNA 주형에서 합성되기 때문에 전사에도 영향을 미칩니다.
기본 RNA 구조
mRNA는 리보 핵산의 가장 "DNA와 유사한"형태입니다. 그 역할이 거의 동일하기 때문입니다: 정보를 전달하는 것 조심스럽게 정렬 된 질소 염기의 형태로 유전자에 암호화되어 단백질. 그러나 다양한 중요한 유형의 RNA도 존재합니다.
DNA의 3 차원 구조는 1953 년에 밝혀져 James Watson과 Francis Crick이 노벨상을 수상했습니다. 그러나 그 후 몇 년 동안 RNA의 구조는 동일한 DNA 전문가들이 그것을 설명하려는 노력에도 불구하고 여전히 파악하기 어렵습니다. 1960 년대에 RNA는 단일 가닥이지만 2 차 구조, 즉 서열의 관계가 RNA가 공간을 통과 할 때 서로 뉴클레오티드가 서로 연결됩니다. 이는 RNA의 길이가 스스로 접힐 수 있음을 의미합니다. 같은 가닥에있는베이스는 같은 방식으로 서로 연결됩니다. 꼬임. 이것은 분자에서 막 다른 골목의 분자 등가물을 만드는 3 개의 180도 굴곡을 포함하는 tRNA의 교차 형 구조의 기초입니다.
rRNA는 다소 다릅니다. 모든 rRNA는 약 13,000 뉴클레오티드 길이의 rRNA 가닥의 한 괴물에서 파생됩니다. 여러 가지 화학적 변형 후, 이 가닥은 두 개의 서로 다른 서브 유닛으로 절단됩니다. 하나는 18S라고하고 다른 하나는 28S로 표시됩니다. ( "S"는 생물 학자들이 거대 분자의 질량을 간접적으로 추정하기 위해 사용하는 측정 값 인 "Svedberg 단위"를 의미합니다.) 18S 부분은 작은 리보솜 서브 유닛 (완전한 경우 실제로 30S)이라고하며 28S 부분은 큰 서브 유닛 (전체 크기가 50S); 모든 리보솜은 구조적 완전성을 제공하기 위해 여러 단백질 (단백질 자체를 가능하게하는 핵산이 아님)과 함께 각 하위 단위 중 하나를 포함합니다.
DNA와 RNA 가닥은 모두 가닥의 당 부분에 부착 된 분자의 위치를 기준으로 3 '및 5'( "three-prime"및 "five-prime") 말단을 가지고 있습니다. 각 뉴클레오타이드에서 포스페이트 그룹은 고리에서 5 '로 표시된 탄소 원자에 부착되어있는 반면 3'탄소는 하이드 록실 (-OH) 그룹을 특징으로합니다. 성장하는 핵산 사슬에 뉴클레오타이드가 추가되면 항상 기존 사슬의 3 '말단에서 발생합니다. 즉, 새로운 뉴클레오타이드의 5 '말단에있는 포스페이트 그룹은이 연결이 일어나기 전에 하이드 록실 그룹을 특징으로하는 3'탄소에 연결됩니다. -OH는 인산염 그룹에서 양성자 (H)를 잃는 뉴클레오타이드로 대체됩니다. 따라서 H 분자2O 또는 물은이 과정에서 환경으로 손실되어 RNA 합성이 탈수 합성의 한 예가됩니다.
전사: 메시지를 mRNA로 인코딩
전사는 mRNA가 DNA 템플릿에서 합성되는 과정입니다. 원칙적으로 지금 알고있는 것을 고려하면 이것이 어떻게 발생하는지 쉽게 상상할 수 있습니다. DNA는 이중 가닥이므로 각 가닥은 단일 가닥 RNA의 주형 역할을 할 수 있습니다. 이 두 개의 새로운 RNA 가닥은 특정 염기쌍의 변동으로 인해 서로 보완 적이 지 않고 서로 결합 할 것입니다. RNA의 전사는 동일한 염기쌍 규칙이 적용된다는 점에서 DNA의 복제와 매우 유사하며, U는 RNA에서 T를 대신합니다. 이 교체는 단방향 현상입니다. DNA의 T는 여전히 RNA의 A를 코드하지만 DNA의 A는 RNA의 U를 코드합니다.
전사가 일어나려면 DNA 이중 나선이 풀려야하며, 이는 특정 효소의 지시에 따라 수행됩니다. (나중에 적절한 나선 형태를 다시 가정합니다.)이 일이 발생하면 분자를 따라 전사가 시작되는 프로모터 서열 신호라고하는 특정 서열이 적절하게 호출됩니다. 이것은 RNA 중합 효소라고 불리는 효소를 분자 장면으로 불러 오는데, 이때는 프로모터 복합체의 일부입니다. 이 모든 것은 RNA 합성이 DNA의 잘못된 지점에서 시작되는 것을 막아 불법 코드를 포함하는 RNA 가닥을 생성하는 일종의 생화학 적 안전 메커니즘으로 발생합니다. RNA 중합 효소는 프로모터 서열에서 시작하여 DNA 가닥을 "읽고"DNA 가닥을 따라 이동하여 RNA의 3 '말단에 뉴클레오티드를 추가합니다. RNA와 DNA 가닥은 상보 적이라는 점에서 역평 행성이라는 점에 유의하십시오. 이것은 RNA가 3 '방향으로 성장함에 따라 DNA의 5'끝에서 DNA 가닥을 따라 이동한다는 것을 의미합니다. 이것은 학생들에게 사소하지만 종종 혼란스러운 점이므로 mRNA 합성의 역학을 이해하고 있는지 확인하기 위해 다이어그램을 참조 할 수 있습니다.
한 뉴클레오타이드의 인산염 그룹과 다음 뉴클레오타이드의 당 그룹 사이에 생성 된 결합을 포스 포디 에스테르 결합 ( "phos-pho-dee-ster"가 아닌 "phos-pho-die-es-ter"로 발음) 취하다).
효소 RNA 중합 효소는 여러 형태로 제공되지만 박테리아에는 단일 유형 만 포함됩니다. 알파 (α), 베타 (β), 베타 프라임 (β ') 및 시그마 (σ)의 네 가지 단백질 소단위로 구성된 큰 효소입니다. 결합하면 분자량이 약 420,000 달톤입니다. (참고로 단일 탄소 원자의 분자량은 12입니다. 단일 물 분자, 18; 그리고 전체 포도당 분자, 180.) 네 개의 소단위 모두가 다음과 같을 때 홀로 엔자임이라고 불리는 효소 존재, DNA의 프로모터 서열을 인식하고 두 DNA를 분리하는 역할을합니다. 가닥. RNA 중합 효소는 성장하는 RNA 세그먼트에 뉴클레오타이드를 추가 할 때 전사 될 유전자를 따라 이동하며, 이를 신장이라고합니다. 이 과정은 세포 내의 많은 것과 마찬가지로 에너지 원으로 아데노신 삼인산 (ATP)이 필요합니다. ATP는 실제로 하나가 아닌 세 개의 인산염을 가진 아데닌 함유 뉴클레오티드에 지나지 않습니다.
전사는 움직이는 RNA 중합 효소가 DNA에서 종결 서열을 만나면 중단됩니다. 프로모터 서열이 신호등의 녹색 신호등에 해당하는 것처럼 보일 수있는 것처럼, 종료 시퀀스는 적색 신호등 또는 정지 신호와 유사합니다.
번역: mRNA에서 메시지 해독
특정 단백질, 즉 유전자에 해당하는 mRNA 조각에 대한 정보를 전달하는 mRNA 분자가 완성되면 단백질 합성이 필요한 리보솜에 화학적 청사진을 전달하는 작업을 수행하기 전에 처리해야합니다. 장소. 진핵 생물에서는 또한 핵 밖으로 이동합니다 (원핵 생물에는 핵이 없음).
비판적으로, 질소 염기는 삼중 항 코돈이라고하는 3 개의 그룹으로 유전 정보를 전달합니다. 각 코돈에는 성장하는 단백질에 특정 아미노산을 추가하라는 지침이 있습니다. 뉴클레오티드가 핵산의 단량체 단위 인 것처럼 아미노산은 단백질의 단량체입니다. RNA는 4 개의 다른 뉴클레오티드 (사용 가능한 4 개의 서로 다른 염기로 인해)를 포함하고 코돈은 3 개의 연속 뉴클레오티드로 구성되기 때문에 총 64 개의 삼중 항 코돈을 사용할 수 있습니다 (43 = 64). 즉, AAA, AAC, AAG, AAU로 시작하여 UUU까지 작동하면 64 개의 조합이 있습니다. 그러나 인간은 20 개의 아미노산만을 사용합니다. 결과적으로 삼중 항 코드는 중복된다고합니다. 대부분의 경우 여러 삼중 항 코드가 동일한 아미노산을 암호화합니다. 그 반대는 사실이 아닙니다. 즉, 동일한 삼중 항이 하나 이상의 아미노산을 코딩 할 수 없습니다. 그렇지 않으면 뒤 따르는 생화학 적 혼란을 상상할 수있을 것입니다. 사실, 아미노산 류신, 아르기닌 및 세린은 각각에 상응하는 6 개의 삼중 체를 가지고 있습니다. 세 가지 다른 코돈은 DNA의 전사 종결 서열과 유사한 STOP 코돈입니다.
번역 자체는 확장 된 RNA 제품군의 모든 구성원을 하나로 모으는 매우 협력적인 과정입니다. 리보솜에서 발생하기 때문에 분명히 rRNA를 사용합니다. 이전에 작은 십자가로 설명한 tRNA 분자는 개별 아미노산을 리보솜의 번역 부위, 각 아미노산은 고유 한 tRNA 브랜드에 의해 운반됩니다. 호위. 전사와 마찬가지로 번역에는 시작, 연장 및 종료 단계가 있으며, 단백질 분자 합성이 끝나면 단백질은 리보솜에서 방출되어 다른 곳에서 사용하기 위해 골지체로 포장되며 리보솜 자체는 그 구성 요소로 분리됩니다 소단위.