Wat is ribonucleïnezuur?

Ribonucleïnezuur, of RNA, is een van de twee soorten nucleïnezuren die in het leven op aarde worden aangetroffen. De andere, deoxyribonucleïnezuur (DNA), heeft in de populaire cultuur, in de hoofden van toevallige waarnemers en elders, lange tijd een hoger profiel aangenomen dan RNA. RNA is echter het meer veelzijdige nucleïnezuur; het neemt de instructies die het van DNA ontvangt en transformeert ze in een verscheidenheid aan gecoördineerde activiteiten die betrokken zijn bij eiwitsynthese. Op deze manier bekeken, zou DNA kunnen worden gezien als de president of kanselier wiens inbreng uiteindelijk bepaalt wat er gebeurt op het niveau van alledaagse gebeurtenissen, overwegende dat RNA het leger is van loyale voetsoldaten en knorrige arbeiders die de eigenlijke klussen klaren en een breed scala aan indrukwekkende vaardigheden aan de dag leggen in de werkwijze.

RNA is, net als DNA, een macromolecuul (met andere woorden, een molecuul met een relatief groot aantal individuele atomen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld CO

Adenine en guanine zijn chemisch geclassificeerd als: purines, terwijl cytosine en uracil behoren tot de categorie stoffen die pyrimidines. Purines bestaan ​​voornamelijk uit een ring met vijf leden die is verbonden met ringen met zes leden, terwijl pyrimidinen aanzienlijk kleiner zijn en slechts een ring met zes koolstofatomen hebben. Adenine en guanine lijken qua structuur sterk op elkaar, net als cytosine en uracil.

De pentosesuiker in RNA is ribose, die een ring met vijf koolstofatomen en één zuurstofatoom bevat. De fosfaatgroep is gebonden aan een koolstofatoom in de ring aan de ene kant van het zuurstofatoom en de stikstofhoudende base is gebonden aan het koolstofatoom aan de andere kant van de zuurstof. De fosfaatgroep bindt ook aan de ribose op het aangrenzende nucleotide, dus het ribose- en fosfaatgedeelte van een nucleotide vormen samen de "ruggengraat" van RNA.

De stikstofhoudende basen kunnen worden beschouwd als het meest kritische onderdeel van RNA, omdat deze, in groepen van drie in aangrenzende nucleotiden, van het grootste functionele belang zijn. Groepen van drie aangrenzende bases vormen eenheden genaamd triplet-codes, of codons, die speciale signalen dragen naar de machinerie die eiwitten samenvoegt met behulp van de informatie die eerst in DNA en vervolgens in RNA is vastgelegd. Zonder dat deze code wordt geïnterpreteerd zoals hij is, zou de volgorde van de nucleotiden niet relevant zijn, zoals binnenkort zal worden beschreven.

Wanneer mensen met een beetje biologie achtergrond de term 'DNA' horen, is het waarschijnlijk dat een van de eerste dingen die in je opkomt de 'dubbele helix' is. het onderscheidende structuur van het DNA-molecuul werd opgehelderd door Watson, Crick, Franklin en anderen in 1953, en een van de bevindingen van het team was dat DNA dubbelstrengs en spiraalvormig is in zijn gebruikelijke vorm. RNA daarentegen is vrijwel altijd enkelstrengs.

Ook, zoals de namen van deze respectieve macromoleculen impliceren, bevat DNA een andere ribosesuiker. In plaats van ribose bevat het deoxyribose, een verbinding die identiek is aan ribose, behalve dat het een waterstofatoom heeft in plaats van een van zijn hydroxyl (-OH) groepen.

Ten slotte, terwijl de pyrimidinen in RNA cytosine en uracil zijn, zijn ze in DNA cytosine en thymine. In de "sporten" van de dubbelstrengs DNA "ladder" bindt adenine met en alleen met thymine, terwijl cytosine bindt met en alleen met guanine. (Kun je een architecturale reden bedenken dat purinebasen alleen binden aan pyrimidinebasen in het centrum van DNA? Hint: de "zijkanten" van de ladder moeten op een vaste afstand van elkaar blijven.) Wanneer DNA wordt getranscribeerd en a complementaire streng van RNA wordt gecreëerd, het nucleotide dat wordt gegenereerd tegenover de adenine in DNA is uracil, niet thymine. Dit onderscheid helpt de natuur om verwarring te voorkomen tussen DNA en RNA in cellulaire omgevingen waarin ongewenste dingen kunnen het gevolg zijn van het ongewenste gedrag als de enzymen die op de respectievelijke moleculen.

Terwijl alleen DNA dubbelstrengs is, is RNA veel bedrevener in het vormen van uitgebreide driedimensionale structuren. Hierdoor hebben zich drie essentiële vormen van RNA in cellen kunnen ontwikkelen.

RNA is er in drie basistypen, hoewel er ook aanvullende, zeer obscure varianten bestaan.

Boodschapper-RNA (mRNA): mRNA-moleculen bevatten de coderende sequentie voor eiwitten. De mRNA-moleculen variëren sterk in lengte, met eukaryoten (in wezen de meeste levende wezens die geen bacteriën zijn) inclusief het grootste RNA dat tot nu toe is ontdekt. Veel transcripten zijn langer dan 100.000 basen (100 kilobasen of kb).

Overdracht RNA (tRNA): tRNA is een kort (ongeveer 75 basen) molecuul dat aminozuren transporteert en tijdens translatie naar het groeiende eiwit verplaatst. Van tRNA's wordt aangenomen dat ze een gemeenschappelijke driedimensionale rangschikking hebben die eruitziet als een klaverblad bij röntgenanalyse. Dit wordt bewerkstelligd door de binding van complementaire basen wanneer een tRNA-streng op zichzelf terugvouwt, net zoals tape aan zichzelf plakt wanneer je per ongeluk de zijkanten van een strook ervan samenbrengt.

Ribosomaal RNA (rRNA): rRNA-moleculen omvatten 65 tot 70 procent van de massa van het organel dat de wordt genoemd ribosoom, de structuur die direct de translatie of eiwitsynthese herbergt. Ribosomen zijn naar celstandaarden erg groot. Bacteriële ribosomen hebben een molecuulgewicht van ongeveer 2,5 miljoen, terwijl eukaryote ribosomen een molecuulgewicht hebben van ongeveer anderhalf keer dat. (Ter referentie, het molecuulgewicht van koolstof is 12; geen enkel element overtreft 300.)

Eén eukaryoot ribosoom, 40S genaamd, bevat één rRNA en ongeveer 35 verschillende eiwitten. Het 60S-ribosoom bevat drie rRNA's en ongeveer 50 eiwitten. Ribosomen zijn dus een mengelmoes van nucleïnezuren (rRNA) en de eiwitproducten die andere nucleïnezuren (mRNA) de code dragen om te creëren.

Tot voor kort gingen moleculair biologen ervan uit dat het rRNA een overwegend structurele rol speelde. Meer recente informatie geeft echter aan dat het rRNA in ribosomen als een enzym werkt, terwijl de eiwitten eromheen als steiger fungeren.

Transcriptie is het proces van het synthetiseren van RNA uit een DNA-sjabloon. Omdat DNA dubbelstrengs is en RNA enkelstrengs, moeten de DNA-strengen worden gescheiden voordat transcriptie kan plaatsvinden.

Enige terminologie is op dit punt nuttig. Een gen, waarvan iedereen heeft gehoord, maar waarvan weinig niet-biologische experts formeel kunnen definiëren, is slechts een stuk DNA dat zowel een sjabloon voor RNA-synthese en sequenties van nucleotiden waarmee RNA-productie kan worden gereguleerd en gecontroleerd vanuit de sjabloon regio. Toen de mechanismen voor eiwitsynthese voor het eerst met precisie werden beschreven, veronderstelden wetenschappers dat elk gen overeenkwam met een enkel eiwitproduct. Hoe handig dit ook zou zijn (en hoe logisch het ook lijkt), het idee is onjuist gebleken. Sommige genen coderen helemaal niet voor eiwitten, en bij sommige dieren, "alternatieve splicing", waarbij de hetzelfde gen kan worden geactiveerd om verschillende eiwitten te maken onder verschillende omstandigheden, lijkt te zijn gemeenschappelijk.

RNA-transcriptie produceert een product dat complementair naar het DNA-sjabloon. Dit betekent dat het een soort spiegelbeeld is en natuurlijk zou paren met elke sequentie die identiek is aan de sjabloon dankzij de specifieke regels voor basen-base-paring die eerder zijn vermeld. De DNA-sequentie TACTGGT is bijvoorbeeld complementair aan de RNA-sequentie AUGACCA, aangezien elke base in de eerste sequentie kan paarsgewijs worden gekoppeld aan de overeenkomstige base in de tweede reeks (merk op dat U in RNA verschijnt waar T zou verschijnen in DNA).

Het initiëren van transcriptie is een complex maar geordend proces. De stappen omvatten:

1. Transcriptiefactoreiwitten binden aan een promotor "stroomopwaarts" van de te transcriberen sequentie.
2. RNA-polymerase (het enzym dat nieuw RNA assembleert) bindt zich aan het promotor-eiwitcomplex van het DNA, dat lijkt op het contactslot in een auto.
3. Het nieuw gevormde RNA-polymerase/promotor-eiwitcomplex scheidt de twee complementaire DNA-strengen.
4. RNA-polymerase begint met het synthetiseren van RNA, één nucleotide per keer.

In tegenstelling tot DNA-polymerase hoeft RNA-polymerase niet te worden "geprimed" door een tweede enzym. Transcriptie vereist alleen binding van het RNA-polymerase aan het promotorgebied.

De genen in DNA coderen voor eiwitmoleculen. Dit zijn de "voetsoldaten" van de cel, die de taken uitvoeren die nodig zijn om in leven te blijven. Je denkt misschien aan vlees of spieren of een gezonde shake als je aan een eiwit denkt, maar de meeste eiwitten vliegen onder de radar van je dagelijkse leven. Enzymen zijn eiwitten - moleculen die helpen bij het afbreken van voedingsstoffen, het bouwen van nieuwe celcomponenten, het samenstellen van nucleïnezuren (bijv. DNA-polymerase) en het maken van kopieën van DNA tijdens celdeling.

"Genexpressie" betekent het vervaardigen van het overeenkomstige eiwit van het gen, indien aanwezig, en dit gecompliceerde proces heeft twee primaire stappen. De eerste is transcriptie, eerder gedetailleerd. Bij translatie verlaten nieuw gemaakte mRNA-moleculen de kern en migreren naar het cytoplasma, waar ribosomen zich bevinden. (In prokaryotische organismen kunnen ribosomen zich aan mRNA hechten terwijl de transcriptie nog aan de gang is.)

Ribosomen bestaan ​​uit twee verschillende delen: de grote subeenheid en de kleine subeenheid. Elke subeenheid is gewoonlijk gescheiden in het cytoplasma, maar ze komen samen op een mRNA-molecuul. De subeenheden bevatten een beetje van bijna alles wat al genoemd is: eiwitten, rRNA en tRNA. De tRNA-moleculen zijn adaptermoleculen: het ene uiteinde kan de tripletcode in het mRNA (bijvoorbeeld UAG of CGC) lezen via complementaire basenparing en het andere uiteinde hecht zich aan een specifiek aminozuur. Elke tripletcode is verantwoordelijk voor een van de ongeveer 20 aminozuren waaruit alle eiwitten bestaan; sommige aminozuren worden gecodeerd door meerdere tripletten (wat niet verwonderlijk is, aangezien 64 tripletten mogelijk zijn - vier basen verheven tot de derde macht omdat elk triplet drie basen heeft - en slechts 20 aminozuren zijn nodig zijn). In het ribosoom worden mRNA- en aminoacyl-tRNA-complexen (stukjes tRNA die een aminozuur pendelen) heel dicht bij elkaar gehouden, wat de basenparing vergemakkelijkt. rRNA katalyseert de hechting van elk extra aminozuur aan de groeiende keten, die een polypeptide en uiteindelijk een eiwit wordt.

Als gevolg van zijn vermogen om zichzelf in complexe vormen te rangschikken, kan RNA zwak werken als een enzym. Omdat RNA zowel genetische informatie kan opslaan als reacties kan katalyseren, hebben sommige wetenschappers gesuggereerd dat RNA een belangrijke rol speelt in de oorsprong van het leven, genaamd 'de RNA-wereld'. Deze hypothese stelt dat, ver terug in de geschiedenis van de aarde, RNA-moleculen alle dezelfde rollen spelen vandaag de dag van eiwit- en nucleïnezuurmoleculen, wat nu onmogelijk zou zijn, maar in een prebiotische wereld. Als RNA zowel als informatie-opslagstructuur fungeerde als de bron van de katalytische activiteit die nodig is voor basale metabolische reacties, kan het ging DNA in zijn vroegste vormen vooraf (ook al wordt het nu gemaakt door DNA) en diende als platform voor de lancering van "organismen" die echt zelfreplicerend.