RNS funkcijas, struktūra un veidi

The RNS vai RNS (ribonukleīnskābe) ir nukleīnskābes veids, kas atrodas eukariotiskajos organismos, prokariotos un vīrusos. Tas ir nukleotīdu polimērs, kas savā struktūrā satur četru veidu slāpekļa bāzes: adenīnu, guanīnu, citozīnu un uracilu..

RNS parasti atrodama kā viena josla (izņemot dažus vīrusus), lineāri vai veido virkni sarežģītu struktūru. Faktiski, RNS ir strukturāla dinamisma, kas DNS dubultā spirālē nav novērota. Dažādiem RNS veidiem ir ļoti dažādas funkcijas.

Ribosomu RNS ir daļa no ribosomu, struktūru, kas atbild par proteīnu sintēzi šūnās. Kurjera RNS darbojas kā starpnieki un transportē ģenētisko informāciju uz ribosomu, kas pārvērš ziņojumu no nukleotīdu sekvences uz aminoskābju secību.

Pārsūtīšanas RNS ir atbildīgas par dažāda veida aminoskābju -20 aktivēšanu un pārnešanu kopumā - uz ribosomām. Katrai aminoskābei ir pārneses RNS molekula, kas atpazīst secību kurjera RNS.  

Turklāt ir arī citi RNS veidi, kas nav tieši iesaistīti proteīnu sintēzi un ir iesaistīti gēnu regulēšanā.

Indekss

• 1 Struktūra
  • 1.1. Nukleotīdi
  • 1.2 RNS ķēde
  • 1.3 Spēki, kas stabilizē RNS
• 2 RNS veidi un funkcijas
  • 2.1. Messenger RNS
  • 2.2. Ribosomu RNS
  • 2.3. Pārsūtīt RNS
  • 2.4. MikroRNS
  • 2,5 klusa RNS
• 3 Atšķirības starp DNS un RNS
• 4 Izcelsme un attīstība
• 5 Atsauces

Struktūra

RNS pamatvienības ir nukleotīdi. Katru nukleotīdu veido slāpekļa bāze (adenīns, guanīns, citozīns un uracils), pentoze un fosfātu grupa..

Nukleotīdi

Slāpekļa bāzes ir iegūtas no diviem būtiskiem savienojumiem: pirimidīniem un purīniem.

Bāzes, kas iegūtas no purīniem, ir adenīns un guanīns un bāzes, kas iegūtas no pirimidīniem, ir citozīns un uracils. Lai gan tās ir visbiežāk sastopamās bāzes, nukleīnskābes var būt arī citu veidu bāzes, kas ir retākas.

Kas attiecas uz pentozi, tās ir d-ribozes vienības. Tāpēc nukleotīdi, kas veido RNS, tiek saukti par "ribonukleotīdiem"..

RNS ķēde

Nukleotīdi ir saistīti ar ķīmiskām saitēm, kas ietver fosfātu grupu. Lai tos veidotu, nukleotīda 5'-galā esošā fosfātu grupa ir pievienota hidroksilgrupai (-OH) nākamā nukleotīda 3'-galā, tādējādi veidojot fosfodiestera tipa saiti..

Kopā ar nukleīnskābes ķēdi fosfodiestera saitēm ir tāda pati orientācija. Tāpēc ir virknes polaritāte, nošķirot 3 'un 5' galu.

Pēc vienošanās, nukleīnskābju struktūra ir attēlota ar 5 'galu pa kreisi un 3' galu labajā pusē.

DNS transkripcijas RNS produkts ir vienkārša ķēde, kas pagriežas pa labi, spirālveida konformācijā ar pamatņu kraušanu. Purīnu mijiedarbība ir daudz lielāka nekā divu pirimidīnu mijiedarbība pēc to lieluma.

RNS mēs nevaram runāt par tradicionālo sekundāro struktūru un atsauci, tāpat kā DNS dubultā spirāle. Katras RNS molekulas trīsdimensiju struktūra ir unikāla un sarežģīta, salīdzināma ar proteīnu struktūru (loģiski, mēs nevaram globalizēt proteīnu struktūru)..

Spēki, kas stabilizē RNS

Pastāv vājas mijiedarbības, kas veicina RNS stabilizēšanos, jo īpaši pamatu kraušanu, kur gredzeni atrodas viens virs otra. Šī parādība veicina arī DNS spirāles stabilitāti.

Ja RNS molekula atrod komplementāru secību, tās var savienot un veidot dubultās ķēdes struktūru, kas pagriežas pa labi. Galvenā forma ir A tips; tāpat kā Z veidlapas, tās ir pierādītas tikai laboratorijā, bet B forma nav ievērota.

Parasti ir īsas sekvences (piemēram, UUGG), kas atrodas RNS beigās un kurām ir īpatnības veidot cilpas stabils. Šī secība piedalās RNS trīsdimensiju struktūras salocīšanā.

Turklāt ūdeņraža saites var veidoties citās vietās, kas nav tipiski bāzes savienojumi (AU un CG). Viena no šīm mijiedarbībām notiek starp ribozes 2'-OH ar citām grupām.

Dažādu RNS atrasto struktūru atšķaidīšana ir palīdzējusi demonstrēt šīs nukleīnskābes daudzās funkcijas.

RNS veidi un funkcijas

Ir divu veidu RNS: informatīvais un funkcionālais. Pirmajā grupā ietilpst RNS, kas piedalās proteīnu sintēzē un darbojas kā procesa starpnieki; informatīvās RNS ir kurjera RNS.

Pretēji tam, otrās klases, funkcionālās, RNS nesniedz jaunu olbaltumvielu molekulu un pati RNS ir galaprodukts. Tās ir pārneses RNS un ribosomu RNS.

Zīdītāju šūnās 80% RNS ir ribosomu RNS, 15% ir pārneses RNS, un tikai neliela daļa atbilst ziņotāja RNS. Šie trīs veidi sadarbojas, lai panāktu proteīnu biosintēzi.

Ir arī nelielas kodolenerģijas RNS, mazas citoplazmas RNS un mikroRNS. Tālāk katrs no svarīgākajiem veidiem tiks sīkāk aprakstīts:

Messenger RNS

Eukariotu DNS robežojas tikai ar kodolu, bet proteīna sintēze notiek šūnas citoplazmā, kur atrodas ribosomas. Šai telpiskajai atdalīšanai ir jābūt starpniekam, kas pārraida ziņu no kodola uz citoplazmu un ka šī molekula ir kurjera RNS.

Ziņotāja RNS, saīsināta mRNS, ir starpmolekula, kas satur DNS kodētu informāciju un kas nosaka aminoskābju secību, kas radīs funkcionālu proteīnu..

Termins kurjers RNS tika ierosināts 1961. gadā François Jacob un Jacques Monod, lai aprakstītu RNS daļu, kas nosūtīja ziņojumu no DNS uz ribosomām..

MRNS sintēzes process no DNS virknes ir pazīstams kā transkripcija un atšķiras starp prokariotiem un eukariotēm.. 

Gēnu ekspresiju nosaka vairāki faktori, un tas ir atkarīgs no katras šūnas vajadzībām. Transkripcija ir sadalīta trīs posmos: uzsākšana, pagarināšana un izbeigšana.

Transkripcija

DNS replikācijas process, kas notiek katrā šūnu dalījumā, kopē visu hromosomu. Tomēr transkripcijas process ir daudz selektīvāks, tas attiecas tikai uz DNS segmenta specifisku segmentu apstrādi un neprasa primer.

In Escherichia coli -baktērija, kas vislabāk pētīta bioloģijas zinātnē - transkripcija sākas ar DNS dubultā spirāles atlaišanu un veidojas transkripcijas cilpa. RNS polimerāzes enzīms ir atbildīgs par RNS sintezēšanu, un, turpinoties transkripcijai, DNS daļa atgriežas sākotnējā formā.

Uzsākšana, pagarināšana un izbeigšana

Transkripcija nav uzsākta nejaušās vietās DNS molekulā; šai parādībai ir specializētas vietnes, ko sauc par veicinātājiem. In E. coli RNS polimerāze ir saistīta ar dažiem bāzes pāriem virs baltā reģiona.

Sekvences, kurās ir savienoti transkripcijas faktori, ir diezgan konservēti starp dažādām sugām. Viena no pazīstamākajām promocijas sekvencēm ir TATA lodziņš.

Paildzinājumā RNS polimerāzes enzīms pievieno jaunus nukleotīdus 3'-OH galam, ievērojot 5 'līdz 3' virzienu. Hidroksilgrupa darbojas kā nukleofils, uzbrūkot pievienotā nukleotīda alfa fosfātam. Šī reakcija izdala pirofosfātu.

Tikai viena DNS daļa tiek izmantota, lai sintezētu kurjera RNS, kas tiek kopēta 3 līdz 5 'virzienā (jaunās RNS virknes pretparalēles forma). Pievienotajam nukleotīdam jāatbilst bāzes savienošanai: U savienošana ar A un G ar C.

RNS polimerāze pārtrauc procesu, kad tā atrod reģionus, kuros ir daudz citozīna un guanīna. Visbeidzot, jaunā ziņotāja RNS molekula ir atdalīta no kompleksa.

Transkripcija prokariātos

Prokariātos ziņotāja RNS molekula var kodēt vairāk nekā vienu proteīnu.

Ja mRNS kodē tikai proteīnu vai polipeptīdu, to sauc par monocistronisku mRNS, bet, ja tā kodē vairāk nekā vienu proteīna produktu, mRNS ir policistisks (ņemiet vērā, ka šajā kontekstā termins cistrons attiecas uz gēnu).

Transkripcija eukariotos

Eukariotiskajos organismos lielākā daļa mRNS ir monocistroniskas un transkripcijas tehnika šajā organismu līnijā ir daudz sarežģītāka. Tiem ir raksturīgas trīs RNS polimerāzes, kas apzīmētas ar I, II un III, kurām katrai ir specifiskas funkcijas.

I ir atbildīgs par pirmsrRNS sintezēšanu, II sintezē kurjera RNS un dažas īpašas RNS. Visbeidzot, III ir atbildīgs par pārneses RNS, 5S ribosomu un citu mazu RNS.

Messenger RNS eukariotos

Messenger RNS notiek virkne specifisku modifikāciju eukariotos. Pirmais ir saistīts ar "vāciņa" pievienošanu 5 'galam. Ķīmiski vāciņš ir 7-metilguanozīna atlikums, kas nostiprināts līdz galam ar 5 ', 5'-trifosfāta saiti..

Šīs zonas funkcija ir aizsargāt RNS no iespējamās ribonukleažu degradācijas (fermenti, kas noārdās RNS mazākos komponentos)..

Turklāt notiek 3 'gala izņemšana un pievieno 80 līdz 250 adenīna atlikumus. Šī struktūra ir pazīstama kā poliA "astes" un kalpo kā saistoša zona vairākām olbaltumvielām. Kad prokariots iegūst astes poliA, tam ir tendence stimulēt tā degradāciju.

No otras puses, šis sūtnis tiek pārrakstīts ar introniem. Introni ir DNS sekvences, kas nav gēna daļa, bet "pārtrauc" secību. Introni netiek tulkoti un tāpēc tie ir jānoņem no kurjera.

Vairumam mugurkaulnieku gēnu ir introni, izņemot gēnus, kas kodē histonus. Līdzīgi intronu skaits gēnā var atšķirties no dažiem līdz desmitiem.

Sadalīšana RNS

Splating RNS vai splings process ietver intronu noņemšanu kurjera RNS.

Daži kodoli vai mitohondriju gēni atrastie introni var veikt splicing bez fermentu vai ATP palīdzības. Tā vietā process tiek veikts ar pāresterificēšanas reakcijām. Šis mehānisms tika atklāts cilijveida protozonā Tetrahymena thermophila.

Turpretī ir vēl viena vēstnieku grupa, kas nespēj starpniecību savu starpniecību splicing, lai viņiem būtu nepieciešamas papildu mašīnas. Šai grupai pieder diezgan liels skaits kodolgēnu.

Process splicing to mediē proteīna komplekss, ko sauc par spiceosome vai splicing kompleksu. Sistēma sastāv no specializētiem RNS kompleksiem, ko sauc par kodolieroču maziem ribonukleoproteīniem (RNP)..

Ir pieci RNP veidi: U1, U2, U4, U5 un U6, kas atrodami kodolā un ir starpniecības procesā. splicing.

The splicing var ražot vairāk nekā vienu olbaltumvielu veidu - to sauc par splicing alternatīva, jo eksoni ir sakārtoti diferencēti, radot kurjera RNS šķirnes.

Ribosomu RNS

Ribosomu RNS, saīsināts rRNS, atrodams ribosomās un piedalās proteīnu biosintēzes procesā. Tāpēc tā ir visu šūnu būtiska sastāvdaļa.

Ribosomu RNS ir saistīta ar olbaltumvielu molekulām (aptuveni 100, aptuveni), lai radītu ribosomu presubunidādes. Tos klasificē atkarībā no to sedimentācijas koeficienta, ko apzīmē ar Svedbergas vienību S burtu.

Ribosomu veido divas daļas: galvenā apakšvienība un mazākā apakšvienība. Abas apakšvienības prokariotu un eukariotu ziņā atšķiras no sedimentācijas koeficienta.

Prokariotēm ir liela 50S apakšvienība un neliela 30S apakšvienība, bet eukariotos liela apakšvienība ir 60S un mazā 40S apakšvienība..

Gēni, kas kodē ribosomu RNS, atrodas kodolā, konkrētā kodola apgabalā, kas nav ierobežots ar membrānu. Ribosomu RNS šajā reģionā pārraksta ar RNS polimerāzi I.

Šūnās, kas sintezē lielus proteīnu daudzumus; Nukleols ir svarīga struktūra. Tomēr, ja attiecīgajai šūnai nav vajadzīgs liels daudzums olbaltumvielu produktu, kodols ir gandrīz nemanāma struktūra..

Ribosomu RNS apstrāde

Lielā 60S ribosomu apakšvienība ir saistīta ar fragmentiem 28S un 5.8S. Attiecībā uz mazo apakšvienību (40S) tas ir saistīts ar 18S.

Augstākos eukariotos pre-rRNS ir kodēta 45S transkripcijas vienībā, kas ietver RNS polimerāzi I. Šo transkriptu apstrādā nobriedušās ribosomu RNS 28S, 18S un 5.8S.

Tā kā sintēze turpinās, pre-rRNS ir saistīta ar dažādiem proteīniem un veido ribonukleoproteīna daļiņas. Tas notiek virknē turpmāku modifikāciju, kas ietver ribozes 2'-OH grupas metilēšanu un uridīna atlikumu pārvēršanu pseidoouridīnā..

Reģionu, kurā šīs izmaiņas notiks, kontrolē vairāk nekā 150 mazas nukleolārās RNS molekulas, kurām ir spēja piesaistīties pirmsrRNS \ t.

Pretstatā pārējai pre-rRNS daļai, 5S tiek pārrakstīts ar RNS polimerāzi III nukleoplazmā, nevis kodolā. Pēc sintezēšanas kodolā nonāk kopā ar 28S un 5.8S, veidojot ribosomu vienības..

Montāžas procesa beigās kodola poras nodod apakšvienības citoplazmai.

Polyribosomes

Var gadīties, ka kurjera RNS molekula vienlaikus rada vairākas olbaltumvielas, savienojot vairāk nekā vienu ribosomu. Tā kā tulkošanas process progresē, kurjera gals ir bezmaksas un to var paņemt vēl viens ribosoms, sākot jaunu sintēzi.

Tāpēc ir kopīgi atrast ribosomas, kas grupētas (starp 3 un 10) vienā RNS ziņojuma molekulā, un šo grupu sauc par poliribosomu.

Pārsūtīt RNS

Pārneses RNS ir atbildīga par aminoskābju pārnešanu, kad notiek proteīnu sintēzes process. Tie sastāv no aptuveni 80 nukleotīdiem (salīdzinot ar ziņotāja RNS, tā ir "maza" molekula).

Struktūra ir krokām un krustojumiem, kas atgādina trīskāršu zāli ar trim rokām. Vienā galā ir adeniliskais gredzens, kur ribozes hidroksilgrupa mijiedarbojas ar transportējamo aminoskābi.

Dažādas pārneses RNS tiek apvienotas tikai ar vienu no divdesmit aminoskābēm, kas veido proteīnus; citiem vārdiem sakot, tas ir transportlīdzeklis, kas transportē proteīnu pamatelementus. Pārneses RNS kompleksu kopā ar aminoskābi sauc par aminoacil-tRNS.

Turklāt tulkošanas procesā, kas notiek, pateicoties ribosomām, katrs pārneses RNS atpazīst konkrētu kodonu ziņotāja RNS. Kad tā tiek atpazīta, atbilstošā aminoskābe tiek atbrīvota un kļūst par sintezētā peptīda daļu.

Lai atpazītu aminoskābes veidu, kas jāpiegādā, RNS ir "antikodons", kas atrodas molekulas vidusdaļā. Šis antikodons spēj veidot ūdeņraža saiknes ar komplementārajām bāzēm, kas atrodas ziņotāja DNS.

MikroRNS

MikroRNS vai mRNS ir īss viena veida šķiedras RNS veids, starp 21 un 23 nukleotīdiem, kuru funkcija ir regulēt gēnu ekspresiju. Tā kā tas nepārvēršas proteīnos, to parasti sauc par nekodējošu RNS.

Tāpat kā citi RNS veidi, mikroRNS apstrāde ir sarežģīta un ietver virkni proteīnu.

MikroRNS rodas no ilgākiem prekursoriem, ko sauc par mRNS-pri, kas iegūti no pirmā gēna transkripta. Šūnu kodolā šie prekursori tiek modificēti mikroprocesoru kompleksā, un rezultāts ir pre-miRNS..

Pre-mRNS ir 70 nukleotīdu dakšas, kas turpina to apstrādi citoplazmā ar fermentu, ko sauc par Dicer, kas apkopo RNS izraisīto trokšņa slāpēšanas kompleksu (RISC) un beidzot mRNS..

Šīs RNS spēj regulēt gēnu ekspresiju, jo tās papildina specifiskus kurjera RNS. Kopā ar savu mērķi, miRNA var spriest kurjeru vai pat pazemināt to. Līdz ar to ribosome nevar tulkot minēto transkriptu.

RNS klusēšana

Konkrēts mikroRNS veids ir mazs traucējošs RNS (siRNS), ko sauc arī par RNS klusēšanu. Tie ir īsi RNS, no 20 līdz 25 nukleotīdiem, kas kavē noteiktu gēnu izpausmi.

Tie ir ļoti daudzsološi instrumenti pētniecībai, jo tie ļauj nomākt interesējošo gēnu un tādējādi pētīt tā iespējamo funkciju.

Atšķirības starp DNS un RNS

Lai gan DNS un RNS ir nukleīnskābes, un no pirmā acu uzmetiena tās var izskatīties ļoti līdzīgas, tās atšķiras vairākās ķīmiskās un strukturālās īpašībās. DNS ir divu joslu molekula, bet RNS ir vienkārša josla.

Tāpēc RNS ir daudzpusīgāka molekula un var izmantot daudzveidīgas trīsdimensiju formas. Tomēr dažiem vīrusiem ir ģenētiskā materiāla divkāršā RNS.

RNS nukleotīdos cukura molekula ir riboze, bet DNS tā ir dezoksiriboze, kas atšķiras tikai skābekļa atoma klātbūtnē..

Fosfodiesteru saite DNS un RNS skeletā ir pakļauta lēnas hidrolīzes procesam un bez fermentu klātbūtnes. Sārmainības apstākļos RNS strauji hidrolizējas - pateicoties papildu hidroksilgrupai -, bet DNS nav.

Līdzīgi slāpekļa bāzes, kas veido DNS nukleotīdus, ir guanīns, adenīns, timīns un citozīns; No otras puses, timīns RNS tiek aizstāts ar uracilu. Uracilu var savienot ar adenīnu, tāpat kā timīnu DNS.

Izcelsme un attīstība

RNS ir vienīgā zināma molekula, kas spēj vienlaikus uzglabāt informāciju un katalizēt ķīmiskās reakcijas; tāpēc vairāki autori ierosina, ka RNS molekula ir izšķiroša dzīves sākumā. Pārsteidzoši, ka ribosomu substrāti ir citas RNS molekulas.

Ribozīmu atklāšana noveda pie "enzīmu" bioķīmiskas definīcijas, jo šis termins tika izmantots tikai proteīniem ar katalītisku aktivitāti, un palīdzēja saglabāt scenāriju, kurā pirmās dzīves formas izmantoja tikai RNS kā ģenētisko materiālu..

Atsauces

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Zinātne. No DNS uz RNS. Pieejams: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L., un Tymoczko, J. L. (2007). Bioķīmija. Es mainīju.
3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Bioloģija. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbarts, W.M., Millers, J.H., et al. (1999). Mūsdienu ģenētiskā analīze. Ņujorka: W. H. Freemans. Gēni un RNS. Pieejams: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C.. Medicīnas fizioloģijas līgums. Elsevier.
6. Hall, J. E. (2015). Guyton un Hall medicīniskās fizioloģijas e-grāmatas mācību grāmata. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Molekulāro šūnu bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: W. H. Freemans. 11.6. Iedaļa, RRNS un tRNS apstrāde. Pieejams: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelsons, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M.. Lehningera bioķīmijas principi. Macmillan.