RNA- polimer čiji su monomeri ribonukleotidi. Za razliku od DNA, RNA se ne sastoji od dva, već od jednog polinukleotidnog lanca (iznimka - neki virusi koji sadrže RNA imaju dvolančanu RNA). RNA nukleotidi sposobni su međusobno stvarati vodikove veze. RNK lanci su mnogo kraći od DNK lanaca.
RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- sastoji se od ostataka tri tvari: 1) dušične baze, 2) monosaharida s pet ugljika (pentoze) i 3) fosforne kiseline. Dušične baze RNK također pripadaju klasama pirimidina i purina.
Pirimidinske baze RNK - uracil, citozin, purinske baze - adenin i gvanin. RNA nukleotidni monosaharid predstavljen je ribozom.
Dodijeliti tri tipa RNA: 1) informativni(matrica) RNA - mRNA (mRNA), 2) prijevoz RNA - tRNA, 3) ribosomski RNA - rRNA.
Sve vrste RNA su nerazgranati polinukleotidi, imaju specifičnu prostornu konformaciju i sudjeluju u procesima sinteze proteina. Podaci o strukturi svih vrsta RNA pohranjeni su u DNA. Proces sinteze RNK na šabloni DNK naziva se transkripcija.
Prijenosne RNA obično sadrže 76 (od 75 do 95) nukleotida; molekularna težina - 25 000–30 000. tRNA čini oko 10% ukupnog sadržaja RNA u stanici. funkcije tRNA: 1) transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina, do ribosoma, 2) posrednik translacije. U stanici se nalazi oko 40 tipova tRNA, a svaki od njih ima nukleotidnu sekvencu karakterističnu samo za nju. Međutim, sve tRNA imaju nekoliko intramolekularnih komplementarnih regija, zbog čega tRNA poprimaju konformaciju koja svojim oblikom podsjeća na list djeteline. Svaka tRNA ima petlju za kontakt s ribosomom (1), petlju antikodona (2), petlju za kontakt s enzimom (3), akceptorsko stablo (4) i antikodon (5). Aminokiselina je pričvršćena na 3' kraj akceptorskog stabla. Antikodon- tri nukleotida koji "prepoznaju" kodon mRNA. Treba naglasiti da određena tRNA može transportirati strogo definiranu aminokiselinu koja odgovara njezinom antikodonu. Specifičnost veze aminokiselina i tRNA postiže se svojstvima enzima aminoacil-tRNA sintetaze.
Ribosomska RNA sadrže 3000–5000 nukleotida; molekularna težina - 1 000 000–1 500 000. rRNA čini 80–85% ukupnog sadržaja RNA u stanici. U kompleksu s ribosomskim proteinima, rRNA tvori ribosome - organele koji provode sintezu proteina. U eukariotskim stanicama sinteza rRNA odvija se u nukleolu. funkcije rRNA: 1) neophodna strukturna komponenta ribosoma i, na taj način, osiguravanje funkcioniranja ribosoma; 2) osiguravanje interakcije ribosoma i tRNA; 3) početno vezanje ribosoma i kodona inicijatora mRNA i određivanje okvira čitanja, 4) stvaranje aktivnog središta ribosoma.
Molekule odgovorne za čitanje i prijenos informacija, kao i za pretvaranje tih informacija u niz aminokiselina u strukturi proteinske molekule su ribonukleinske kiseline (RNA). Molekule ribonukleinske kiseline imaju jedan polinukleotidni lanac. postoji tri glavne vrste RNA: informacijska (mRNA), ili matrična (mRNA), ribosomska (rRNA) i transportna (tRNA). Razlikuju se po veličini molekula i funkciji. Sve vrste RNA sintetizirane su na DNA uz sudjelovanje enzima - RNA polimeraza. Informacijska ili matrična RNA čini 2-3% ukupne stanične RNA, ribosomska - 80-85%, transportna - oko 15%.
Glasnička RNA(mRNA) - čita nasljednu informaciju s dijela DNA (gena) i prenosi je u obliku kopiranog slijeda dušičnih baza do ribosoma, gdje se sintetizira određeni protein. Svaka molekula mRNA odgovara redoslijedom i veličinom nukleotida genu u DNK iz kojeg je prepisana. Svaki triplet (tri nukleotida) na mRNA naziva se kodon. O kodonu ovisi koja će se aminokiselina pojaviti na određenom mjestu tijekom sinteze proteina. Messenger RNA može imati relativnu molekularnu težinu od 250 do 1000 kD (zalton).
Postoji veliki izbor mRNA, kako u pogledu sastava tako i veličine molekule. To je zbog činjenice da u stanici postoji veliki broj različitih proteina, a strukturu svakog proteina određuje njegov gen iz kojeg mRNA čita informacije.
Prijenosna RNA. (tRNA) ima relativno nisku molekulsku masu reda veličine 24-29 kD.
Uloga tRNA je da prenose aminokiseline do ribosoma i sudjeluju u procesu sinteze proteina. Svaka aminokiselina veže se za određenu tRNA. Neke aminokiseline imaju više od jedne tRNA. Sekundarna struktura svih tRNA prikazana je u obliku lista djeteline s dvolančanom stabljikom i tri jednolančane petlje (slika 20). Na kraju jednog od lanaca nalazi se akceptorsko mjesto – CCA triplet, na čiji je adenin vezana određena aminokiselina. Aminokiselina je vezana za tRNA djelovanjem enzima aminoacil-tRNA sintetaze, koji "prepoznaje" i aminokiselinu i tRNA u isto vrijeme. U glavi srednje petlje tRNA nalazi se antikodon – triplet koji se sastoji od tri nukleotida. Antikodon je komplementaran specifičnom mRNA kodonu. Uz pomoć antikodona, tRNA “prepoznaje” odgovarajući kodon u mRNA, tj. određuje mjesto na koje se određena aminokiselina treba smjestiti u molekuli sintetiziranog proteina.
Pretpostavlja se da se petlje tRNA koje nisu uključene u vezanje i izvođenje funkcije dekodiranja aminokiseline koriste za vezanje tRNA na ribosom i na specifičnu aminoacil-tRNA sintetazu.
Ribosomska RNA(rRNA) nakuplja se u jezgri i nukleolima. Ribosomski proteini se transportiraju u jezgrice iz citoplazme i tamo dolazi do spontanog stvaranja ribosomskih subčestica spajanjem proteina s odgovarajućom rRNA. Subčestice ribosoma transportiraju se zajedno ili odvojeno kroz pore jezgrene membrane u citoplazmu.
Ribosomi su organele veličine 20-30 nm. Ribosom sadrži 64% rRNA i 36% proteina. Građeni su od dvije podjedinice različitih veličina i oblika. Kada ribosom ne sintetizira protein, on disocira na 2 podjedinice. Ribosomska RNA služi kao okvir za ribosome i olakšava početno vezanje mRNA na ribosom tijekom biosinteze proteina. Podjedinice su u eukariota označene kao 60S (velike) i 40S (male). Cijeli ribosomi talože se na 80S. Kod prokariota ribosomi se sastoje od malih (30S) i velikih (50S) podjedinica. U citoplazmi su ribosomi obično raspoređeni u skupine, tvoreći polisome.
Funkcije RNK razlikuju se ovisno o vrsti ribonukleinske kiseline.
1) Glasnička RNA (i-RNA).
2) Ribosomska RNA (r-RNA).
3) Prijenosna RNA (t-RNA).
4) Mala (mala) RNA. To su molekule RNA, najčešće male molekulske mase, smještene u raznim dijelovima stanice (membrana, citoplazma, organele, jezgra i dr.). Njihova uloga nije u potpunosti shvaćena. Dokazano je da mogu pomoći sazrijevanju ribosomske RNA, sudjelovati u prijenosu proteina kroz staničnu membranu, pospješiti reduplikaciju molekula DNA itd.
5) Ribozimi. Nedavno identificirana vrsta RNA koja je aktivno uključena u enzimske procese stanice kao enzim (katalizator).
6) Virusna RNA. Svaki virus može sadržavati samo jednu vrstu nukleinske kiseline: DNA ili RNA. Prema tome, virusi koji u svom sastavu imaju molekulu RNK nazivaju se virusi koji sadrže RNK. Kada virus ove vrste uđe u stanicu, može doći do procesa reverzne transkripcije (stvaranje nove DNA na temelju RNA), a novostvorena DNA virusa integrira se u genom stanice i osigurava postojanje i razmnožavanje uzročnika. Druga varijanta scenarija je stvaranje komplementarne RNA na matrici nadolazeće virusne RNA. U ovom slučaju, stvaranje novih virusnih proteina, vitalna aktivnost i reprodukcija virusa odvija se bez sudjelovanja deoksiribonukleinske kiseline, samo na temelju genetskih informacija zabilježenih na virusnoj RNA. ribonukleinske kiseline. RNA, struktura, strukture, vrste, uloga. Genetski kod. Mehanizmi prijenosa genetske informacije. Replikacija. Transkripcija
Ribosomska RNA.
rRNA čini 90% ukupne stanične RNA i karakterizirana je metaboličkom stabilnošću. Kod prokariota se razlikuju tri različite vrste rRNA sa sedimentacijskim koeficijentima 23S, 16S i 5S; eukarioti imaju četiri tipa: -28S, 18S,5S i 5.8S.
RNA ove vrste su lokalizirane u ribosomima i sudjeluju u specifičnim interakcijama s ribosomskim proteinima.
Ribosomske RNA imaju oblik sekundarne strukture u obliku dvolančanih dijelova povezanih zakrivljenim jednostrukim lancem. Proteini ribosoma pretežno su povezani s jednolančanim područjima molekule.
rRNA karakterizira prisutnost modificiranih baza, ali u znatno manjoj količini nego u tRNA. U rRNA uglavnom postoje metilirani nukleotidi, s metilnim skupinama vezanim ili za bazu ili za 2/-OH- skupinu riboze.
transportna RNA.
Molekule tRNA su jedan lanac koji se sastoji od 70-90 nukleotida, molekulske mase 23000-28000 i sedimentacijske konstante 4S. U staničnoj RNA prijenosna RNA iznosi 10-20%. Molekule tRNA imaju sposobnost kovalentnog vezanja na određenu aminokiselinu i povezivanja preko sustava vodikovih veza s jednim od nukleotidnih tripleta molekule mRNA. Prema tome, tRNA provode korespondenciju kodiranja između aminokiseline i odgovarajućeg mRNA kodona. Da bi izvršile adaptorsku funkciju, tRNA moraju imati dobro definiranu sekundarnu i tercijarnu strukturu.
Svaka molekula tRNA ima stalnu sekundarnu strukturu, ima oblik dvodimenzionalnog lista djeteline i sastoji se od spiralnih dijelova koje tvore nukleotidi istog lanca i jednolančanih petlji koje se nalaze između njih. Broj spiralnih regija doseže polovicu molekule.Nespareni nizovi tvore karakteristične strukturne elemente (granove) koji imaju tipične grane:
A) akceptorsko stablo, na čijem se 3/-OH kraju u većini slučajeva nalazi CCA triplet. Odgovarajuća aminokiselina je uz pomoć specifičnog enzima vezana za karboksilnu skupinu terminalnog adenozina;
B) pseudouridin ili T C-petlja, sastoji se od sedam nukleotida s obaveznim nizom 5 / -T TsG-3 / , koji sadrži pseudouridin; pretpostavlja se da se T-petlja koristi za vezanje tRNA na ribosom;
C) dodatna petlja – različita po veličini i sastavu u različitim tRNA;
D) petlja antikodona sastoji se od sedam nukleotida i sadrži skupinu od tri baze (antikodon), koja je komplementarna tripletu (kodonu) u molekuli mRNA;
E) dihidrouridilna petlja (D-petlja), koja se sastoji od 8-12 nukleotida i sadrži od jednog do četiri dihidrouridilna ostatka; vjeruje se da se D-petlja koristi za vezanje tRNA na specifični enzim (aminoacil-tRNA sintetaza).
Tercijarni nabor molekula tRNA vrlo je kompaktan i ima L-oblik. Kutak slične strukture formiran je od dihidrouridinskog ostatka i T C-petlje, dugo koljeno tvori akceptorsko stablo i T C-petlju, a kratko D-petlju i antikodonsku petlju.
Polivalentni kationi (Mg 2+, poliamini), kao i vodikove veze između baza i fosfodiesterske okosnice, sudjeluju u stabilizaciji tercijarne strukture tRNA.
Složeno prostorno savijanje molekule tRNA nastaje zbog višestrukih visoko specifičnih interakcija kako s proteinima tako i s drugim nukleinskim kiselinama (rRNA).
Prijenosna RNA razlikuje se od ostalih tipova RNA po visokom sadržaju minornih baza - u prosjeku 10-12 baza po molekuli, međutim, njihov ukupni broj a tRNA raste kako organizmi napreduju na evolucijskoj ljestvici. U tRNA. Uloga neobičnih nukleotida u molekulama tRNA još nije jasna, no vjeruje se da što je niža razina mitilizacije tRNA, to je ona manje aktivna i specifična.
Lokalizacija modificiranih nukleotida je strogo fiksna. Prisutnost manjih baza u sastavu tRNA određuje otpornost molekula na djelovanje nukleaza i, osim toga, uključene su u održavanje određene strukture, budući da takve baze nisu sposobne za normalno uparivanje i sprječavaju stvaranje dvostruke zavojnica. Dakle, prisutnost modificiranih baza u sastavu tRNA određuje ne samo njegovu strukturu, već i mnoge posebne funkcije molekule tRNA.
Većina eukariotskih stanica sadrži različite tRNA. Za svaku aminokiselinu postoji najmanje jedna specifična tRNA. tRNA koje vežu istu aminokiselinu nazivaju se izoakceptorskim. Svaki tip stanice u tijelu ima drugačiji omjer izoakceptorskih tRNA.
Matrica (informacije)
Messenger RNA sadrži genetske informacije o sekvenci aminokiselina za osnovne enzime i druge proteine, tj. služi kao obrazac za biosintezu polipeptidnih lanaca. Udio mRNA u stanici čini 5% ukupne količine RNA. Za razliku od rRNA i tRNA, mRNA je heterogene veličine, njezina molekularna težina kreće se od 25 10 3 do 1 10 6; mRNA karakterizira širok raspon sedimentacijskih konstanti (6-25S). Prisutnost lanca mRNA promjenjive duljine u stanici odražava raznolikost molekulskih težina proteina koje oni osiguravaju za sintezu.
Po svom nukleotidnom sastavu mRNA odgovara DNA iz iste stanice, tj. je komplementaran jednom od DNA lanaca. Nukleotidni slijed (primarna struktura) mRNA sadrži informacije ne samo o strukturi proteina, već i o sekundarnoj strukturi samih molekula mRNA. Sekundarnu strukturu mRNA tvore komplementarne sekvence, čiji je sadržaj u RNA različitog podrijetla sličan i kreće se od 40 do 50%. Značajan broj parnih regija može se formirati u 3/ i 5/-zonama mRNA.
Analiza 5/-krajeva 18s rRNA regija pokazala je da sadrže komplementarne sekvence.
Tercijarna struktura mRNA nastaje uglavnom zahvaljujući vodikovim vezama, hidrofobnoj interakciji, geometrijskom i steričkom ograničenju te električnim silama.
Messenger RNA je metabolički aktivan i relativno nestabilan, kratkotrajni oblik. Dakle, mRNA mikroorganizama karakterizira brzo obnavljanje, a njezin životni vijek je nekoliko minuta. U isto vrijeme, za organizme čije stanice sadrže prave jezgre vezane za membranu, životni vijek mRNA može doseći mnogo sati, pa čak i nekoliko dana.
Stabilnost mRNA može se odrediti različitim modifikacijama njezine molekule. Tako je otkriveno da je 5/-terminalna sekvenca mRNA virusa i eukariota metilirana, odnosno "blokirana". Prvi nukleotid u 5/-terminalnoj strukturi kapice je 7-metilgvanin, koji je povezan sa sljedećim nukleotidom 5/-5/-pirofosfatnom vezom. Drugi nukleotid je metiliran na ostatku C-2/-riboze, dok treći nukleotid ne mora imati metilnu skupinu.
Još jedna sposobnost mRNA je da se na 3/-krajevima mnogih molekula mRNA eukariotskih stanica nalaze relativno dugi nizovi adenil nukleotida, koji se nakon završetka sinteze pričvršćuju na molekule mRNA uz pomoć posebnih enzima. Reakcija se odvija u staničnoj jezgri i citoplazmi.
Na 3/- i 5/- krajevima mRNA, modificirane sekvence čine oko 25% ukupne duljine molekule. Vjeruje se da su 5/-caps i 3/-poly-A-sekvence potrebne ili za stabilizaciju mRNA, koja je štiti od djelovanja nukleaza, ili za regulaciju procesa translacije.
RNA interferencija
U živim stanicama pronađeno je nekoliko vrsta RNA koje mogu smanjiti stupanj ekspresije gena kada su komplementarne mRNA ili samom genu. Mikro-RNA (dužine 21-22 nukleotida) nalaze se u eukariota i djeluju kroz mehanizam RNA interferencije. U tom slučaju kompleks mikroRNA i enzima može dovesti do metilacije nukleotida u DNA promotora gena, što služi kao signal za smanjenje aktivnosti gena. Kada se koristi drugačija vrsta regulacije mRNA, komplementarna miRNA se degradira. Međutim, postoje miRNA koje povećavaju, a ne smanjuju ekspresiju gena. Male interferirajuće RNA (siRNA, 20-25 nukleotida) često nastaju kao rezultat cijepanja virusnih RNA, ali postoje i endogene stanične miRNA. Male interferirajuće RNA također djeluju putem RNA interferencije u mehanizmima sličnim onima miRNA. Takozvane RNA pronađene su u životinjama koje su u interakciji s Piwi (piRNA, 29-30 nukleotida), koje djeluju u zametnim stanicama protiv transpozicije i igraju ulogu u stvaranju gameta. Osim toga, piRNA se mogu epigenetski naslijediti po majčinoj liniji, prenoseći na potomke svoju sposobnost da inhibiraju ekspresiju transpozona.
Antisens RNA su široko rasprostranjene u bakterijama, mnoge od njih potiskuju ekspresiju gena, ali neke pojačavaju ekspresiju. Antisens RNA djeluju tako da se vežu za mRNA, što dovodi do stvaranja dvolančanih molekula RNA, koje razgrađuju enzimi. Visokomolekularne RNA molekule slične mRNA pronađene su u eukariotima. Ove molekule također reguliraju ekspresiju gena.
Osim uloge pojedinih molekula u regulaciji gena, regulatorni elementi mogu se formirati u 5' i 3' neprevedenim regijama mRNA. Ovi elementi mogu djelovati sami kako bi spriječili inicijaciju translacije ili mogu vezati proteine kao što je feritin ili male molekule kao što je biotin.
Mnoge RNA sudjeluju u modifikaciji drugih RNA. Introni su izrezani iz pre-mRNA pomoću spliceosoma, koji, osim proteina, sadrže nekoliko malih nuklearnih RNA (snRNA). Osim toga, introni mogu katalizirati vlastitu eksciziju. RNA sintetizirana kao rezultat transkripcije također se može kemijski modificirati. U eukariota, kemijske modifikacije RNA nukleotida, kao što je njihova metilacija, izvode male nuklearne RNA (snRNA, 60-300 nukleotida). Ova vrsta RNA je lokalizirana u jezgrici i Cajalovim tijelima. Nakon povezivanja snRNA s enzimima, snRNA se vežu na ciljnu RNA sparivanjem baza između dviju molekula, a enzimi modificiraju nukleotide ciljne RNA. Ribosomske i prijenosne RNA sadrže mnoge takve modifikacije, čiji se specifični položaj često očuva tijekom evolucije. snRNA i same snRNA također se mogu modificirati. Vodeće RNA provode proces uređivanja RNA u kinetoplastu, posebnom dijelu mitohondrija kinetoplastidnih protista (na primjer tripanosoma).
Genomi se sastoje od RNK
Poput DNK, RNK može pohraniti informacije o biološkim procesima. RNA se može koristiti kao genom virusa i čestica sličnih virusu. RNA genome možemo podijeliti na one koji nemaju međufazu DNA i one koji se kopiraju u kopiju DNA i natrag u RNA za reprodukciju (retrovirusi).
Mnogi virusi, poput virusa influence, u svim fazama sadrže genom koji se u potpunosti sastoji od RNA. RNA je sadržana unutar normalnog proteinskog omotača i replicirana je pomoću RNA-ovisnih RNA polimeraza kodiranih unutar njega. Virusni genomi koji se sastoje od RNA dijele se na:
“negative-strand RNA”, koja služi samo kao genom, a njezina komplementarna molekula koristi se kao mRNA;
dvolančanih virusa.
Viroidi su još jedna skupina patogena koji sadrže RNA genom, a ne protein. Repliciraju ih RNA polimeraze u organizmu domaćina.
Retrovirusi i retrotranspozoni
Drugi virusi imaju RNA genom tijekom samo jedne od faza životnog ciklusa. Virioni tzv. retrovirusa sadrže molekule RNA, koje ulaskom u stanicu domaćina služe kao predložak za sintezu kopije DNA. Zauzvrat, RNA genom čita iz DNA predloška. Uz viruse obrnute transkripcije koristi se i klasa mobilnih elemenata genoma, retrotranspozoni.
Različite vrste DNA i RNA - nukleinske kiseline - jedan su od predmeta proučavanja molekularne biologije. Jedno od područja koja najviše obećavaju i koja se brzo razvijaju u ovoj znanosti posljednjih godina je proučavanje RNK.
Ukratko o strukturi RNK
Dakle, RNA, ribonukleinska kiselina, je biopolimer, čija je molekula lanac sastavljen od četiri vrste nukleotida. Svaki nukleotid se pak sastoji od dušične baze (adenin A, gvanin G, uracil U ili citozin C) u kombinaciji sa šećerom ribozom i ostatkom fosforne kiseline. Fosfatni ostaci, povezujući se s ribozama susjednih nukleotida, "šiju" sastavne blokove RNK u makromolekulu - polinukleotid. Tako nastaje primarna struktura RNK.
Sekundarna struktura - stvaranje dvostrukog lanca - nastaje u nekim dijelovima molekule u skladu s načelom komplementarnosti dušikovih baza: adenin se spaja s uracilom kroz dvostruku, a gvanin s citozinom - trostrukom vodikovom vezom.
U radnom obliku molekula RNK tvori i tercijarnu strukturu – posebnu prostornu strukturu, konformaciju.
sinteza RNA
Sve vrste RNA sintetiziraju se pomoću enzima RNA polimeraze. Može biti ovisan o DNA i RNA, to jest može katalizirati sintezu i na DNA i na RNA šablonama.
Sinteza se temelji na komplementarnosti baza i antiparalelizmu smjera čitanja genetskog koda i odvija se u nekoliko faza.
Najprije se RNA polimeraza prepoznaje i veže za poseban nukleotidni niz na DNA - promotoru, nakon čega se dvostruka spirala DNA odmotava u malom području i počinje sastavljanje molekule RNA preko jednog od lanaca, koji se naziva predložak (drugi Lanac DNA naziva se kodiranje - to je njegova kopija koja je sintetizirana RNA). Asimetrija promotora određuje koji će od DNA lanaca poslužiti kao predložak i tako omogućuje RNA polimerazi da započne sintezu u ispravnom smjeru.
Sljedeći korak se zove elongacija. Transkripcijski kompleks, koji uključuje RNA polimerazu i neuvijenu regiju s DNA-RNA hibridom, počinje se pomicati. Kako se to kretanje odvija, rastući RNA lanac se postupno odvaja, a dvostruka spirala DNA odmotava se ispred kompleksa i ponovno sastavlja iza njega.
Konačna faza sinteze događa se kada RNA polimeraza dosegne specifično područje matrice koje se naziva terminator. Završetak (kraj) procesa može se postići na različite načine.
Glavne vrste RNA i njihove funkcije u stanici
Oni su sljedeći:
- Matrična ili informacijska (mRNA). Preko njega se vrši transkripcija - prijenos genetske informacije iz DNK.
- Ribosomska (rRNA), koja osigurava proces translacije - sintezu proteina na mRNA šabloni.
- Transport (tRNA). Proizvodi prepoznavanje i transport aminokiselina do ribosoma, gdje se odvija sinteza proteina, a također sudjeluje u translaciji.
- Male RNA su opsežna klasa malih molekula koje obavljaju različite funkcije tijekom procesa transkripcije, sazrijevanja RNA i translacije.
- RNA genomi su kodirajuće sekvence koje sadrže genetske informacije nekih virusa i viroida.
Osamdesetih godina prošlog stoljeća otkrivena je katalitička aktivnost RNK. Molekule s ovim svojstvom nazivaju se ribozimi. Još nije poznato toliko prirodnih ribozima, njihova je katalitička sposobnost manja nego kod proteina, ali u stanici obavljaju iznimno važne funkcije. Trenutno se uspješno radi na sintezi ribozima koji, između ostalog, imaju i aplikativno značenje.
Zadržimo se detaljnije na različitim vrstama molekula RNA.
Matrična (informacijska) RNA
Ova se molekula sintetizira preko neuvijenog dijela DNA, kopirajući tako gen koji kodira određeni protein.
RNA eukariotskih stanica, prije nego što postane, pak, matrica za sintezu proteina, mora sazrijeti, odnosno proći kroz kompleks raznih modifikacija – obrada.
Prije svega, čak iu fazi transkripcije, molekula se podvrgava zatvaranju: posebna struktura jednog ili više modificiranih nukleotida, kapa, pričvršćena je na njezin kraj. Igra važnu ulogu u mnogim nizvodnim procesima i povećava stabilnost mRNA. Takozvani poli(A) rep, niz adenin nukleotida, pričvršćen je na drugi kraj primarnog prijepisa.
Pre-mRNA se zatim spaja. To je uklanjanje nekodirajućih regija iz molekule – introna, kojih ima u izobilju u eukariotskoj DNA. Zatim dolazi do postupka editiranja mRNA, pri čemu se kemijski modificira njezin sastav, te metilacije, nakon čega zrela mRNA napušta jezgru stanice.
Ribosomska RNA
Osnovu ribosoma, kompleks koji osigurava sintezu proteina, čine dvije dugačke rRNA koje tvore subčestice ribosoma. Sintetiziraju se zajedno kao jedna pre-rRNA, koja se zatim odvaja tijekom obrade. Velika podjedinica također uključuje rRNA male molekularne težine sintetiziranu iz zasebnog gena. Ribosomske RNA imaju gusto zbijenu tercijarnu strukturu koja služi kao skela za proteine koji su prisutni u ribosomu i obavljaju pomoćne funkcije.
U neradnoj fazi, podjedinice ribosoma su odvojene; na početku procesa translacije, rRNA male podjedinice spaja se s messenger RNA, nakon čega se elementi ribosoma potpuno spajaju. Kada RNA male podjedinice stupa u interakciju s mRNA, potonja se, takoreći, proteže kroz ribosom (što je ekvivalentno kretanju ribosoma duž mRNA). Ribosomska RNA velike podjedinice je ribozim, odnosno ima enzimska svojstva. Katalizira stvaranje peptidnih veza između aminokiselina tijekom sinteze proteina.
Treba napomenuti da je najveći dio sve RNA u stanici ribosomski - 70-80%. DNA ima veliki broj gena koji kodiraju rRNA, što osigurava njezinu vrlo intenzivnu transkripciju.
Prijenosna RNA
Ovu molekulu uz pomoć posebnog enzima prepoznaje određena aminokiselina i, povezujući se s njom, prenosi aminokiselinu do ribosoma, gdje služi kao posrednik u procesu translacije – sinteze proteina. Prijenos se provodi difuzijom u citoplazmi stanice.
Novosintetizirane tRNA molekule, kao i druge vrste RNA, se obrađuju. Zrela tRNA u svom aktivnom obliku ima konformaciju koja podsjeća na list djeteline. Na „peteljci“ lista – akceptorskom mjestu – nalazi se CCA sekvenca s hidroksilnom skupinom koja se veže na aminokiselinu. Na suprotnom kraju "lišća" nalazi se antikodonska petlja koja se povezuje s komplementarnim kodonom na mRNA. D-petlja služi za vezanje prijenosne RNK na enzim prilikom interakcije s aminokiselinom, a T-petlja - za vezanje na veliku podjedinicu ribosoma.
Mala RNA
Ove vrste RNA igraju važnu ulogu u staničnim procesima i sada se aktivno proučavaju.
Na primjer, male nuklearne RNA u eukariotskim stanicama uključene su u spajanje mRNA i vjerojatno imaju katalitička svojstva zajedno s proteinima spliceosoma. Male nukleolarne RNA uključene su u procesiranje ribosomske i prijenosne RNA.
Male interferirajuće i mikroRNK najvažniji su elementi sustava regulacije ekspresije gena koji je neophodan stanici za kontrolu vlastite strukture i vitalne aktivnosti. Ovaj sustav je važan dio imunološkog antivirusnog odgovora stanice.
Također postoji klasa malih RNA koje funkcioniraju u kompleksu s Piwi proteinima. Ovi kompleksi igraju veliku ulogu u razvoju zametnih stanica, u spermatogenezi i u suzbijanju transpozibilnih genetskih elemenata.
RNA genom
Većina virusa može koristiti molekulu RNA kao genom. Virusni genomi su različiti - jednolančani i dvolančani, kružni ili linearni. Također, RNA genomi virusa često su segmentirani i općenito kraći od genoma koji sadrže DNA.
Postoji obitelj virusa čija se genetska informacija, kodirana u RNK, nakon infekcije stanice reverznom transkripcijom, prepisuje na DNK, koja se zatim unosi u genom stanice žrtve. To su takozvani retrovirusi. Tu se posebno ubraja virus humane imunodeficijencije.
Značenje istraživanja RNA u suvremenoj znanosti
Ako je ranije prevladavalo mišljenje o sekundarnoj ulozi RNK, sada je jasno da je ona neophodan i najvažniji element unutarstanične životne aktivnosti. Mnogi procesi od iznimne važnosti ne mogu bez aktivnog sudjelovanja RNA. Mehanizmi takvih procesa dugo su bili nepoznati, ali zahvaljujući proučavanju različitih tipova RNK i njihovih funkcija, mnogi detalji postupno postaju jasni.
Moguće je da je RNA odigrala odlučujuću ulogu u nastanku i razvoju života na početku Zemljine povijesti. Rezultati nedavnih studija govore u prilog ovoj hipotezi, svjedočeći o izuzetnoj starini mnogih mehanizama funkcioniranja stanica uz sudjelovanje određenih vrsta RNA. Na primjer, nedavno otkriveni riboprekidači kao dio mRNA (sustava bezproteinske regulacije aktivnosti gena u fazi transkripcije), prema mnogim istraživačima, odjeci su ere kada je primitivni život izgrađen na temelju RNA, bez sudjelovanje DNA i proteina. MicroRNA se također smatraju vrlo drevnom komponentom regulacijskog sustava. Strukturne značajke katalitički aktivne rRNA ukazuju na njenu postupnu evoluciju dodavanjem novih fragmenata drevnom protoribosomu.
Za teorijska i primijenjena područja medicine iznimno je važno i temeljito proučavanje koje su vrste RNK i na koji način uključene u pojedine procese.
Molekule RNA su polimeri, čiji su monomeri ribonukleotidi formirani od ostataka tri tvari: šećer s pet ugljika - riboza; jedna od dušičnih baza - od purina - adenin ili guanin, od pirimidina - uracil ili citozin; ostatak fosforne kiseline.
Molekula RNA je nerazgranati polinukleotid koji ima tercijarnu strukturu. Veza nukleotida u jednom lancu provodi se kao rezultat reakcije kondenzacije između ostatka fosforne kiseline jednog nukleotida i 3"-ugljika riboze drugog nukleotida.
Za razliku od DNK, RNK se ne sastoji od dva, već jedan polinukleotidni lanac. Međutim, njegovi nukleotidi (adenil, uridil, gvanil i citidil) također su sposobni međusobno stvarati vodikove veze, ali su to intra-, a ne međulančani spojevi komplementarnih nukleotida. Između A i U nukleotida stvaraju se dvije vodikove veze, a između G i C nukleotida tri vodikove veze. RNK lanci su mnogo kraći od DNK lanaca.
Informacije o strukturi molekule RNA ugrađene su u molekule DNA. Niz nukleotida u RNK komplementaran je kodogenom lancu DNK, ali je adenil nukleotid DNK komplementaran uridil nukleotidu RNK. Ako je sadržaj DNA u stanici relativno konstantan, tada sadržaj RNA jako varira. Najveća količina RNA u stanicama opaža se tijekom sinteze proteina.
Postoje tri glavne klase nukleinskih kiselina: glasnička RNA - mRNA (mRNA), prijenosna RNA - tRNA, ribosomska RNA - rRNA.
Informacijska RNA. Najrazličitija klasa u smislu veličine i stabilnosti. Svi su oni nositelji genetske informacije od jezgre do citoplazme. Messenger RNA služe kao obrazac za sintezu proteinske molekule, tk. odrediti slijed aminokiselina primarne strukture proteinske molekule. Udio mRNA čini do 5% ukupnog sadržaja RNA u stanici.
transportna RNA. Molekule prijenosne RNA obično sadrže 75-86 nukleotida. Molekularna težina molekula tRNA je 25 000. Molekule tRNA imaju ulogu posrednika u biosintezi proteina – dostavljaju aminokiseline do mjesta sinteze proteina, do ribosoma. Stanica sadrži više od 30 vrsta tRNA. Svaki tip tRNA ima svoj jedinstveni nukleotidni niz. Međutim, sve molekule imaju nekoliko intramolekularnih komplementarnih regija, zbog čije prisutnosti sve tRNA imaju tercijarnu strukturu koja svojim oblikom podsjeća na list djeteline.
Ribosomska RNA. Udio ribosomske RNA (rRNA) čini 80-85% ukupnog sadržaja RNA u stanici. Ribosomska RNA sastoji se od 3-5 tisuća nukleotida. U kompleksu s ribosomskim proteinima, rRNA tvori ribosome - organele na kojima se odvija sinteza proteina. Glavno značenje rRNA je u tome što osigurava početno vezanje mRNA i ribosoma i čini aktivno središte ribosoma, u kojem se stvaraju peptidne veze između aminokiselina tijekom sinteze polipeptidnog lanca.
