Chức năng, cấu trúc và loại RNA



các RNA hoặc RNA (axit ribonucleic) là một loại axit nucleic có trong sinh vật nhân thực, sinh vật nhân sơ và vi rút. Nó là một polymer của nucleotide có chứa bốn loại bazơ nitơ trong cấu trúc của nó: adenine, guanine, cytosine và uracil.

RNA thường được tìm thấy dưới dạng một băng đơn (trừ một số virus), tuyến tính hoặc tạo thành một chuỗi các cấu trúc phức tạp. Trong thực tế, RNA có một động lực cấu trúc không được quan sát thấy trong chuỗi xoắn kép DNA. Các loại RNA khác nhau có chức năng rất đa dạng.

RNA ribosome là một phần của ribosome, cấu trúc chịu trách nhiệm tổng hợp protein trong tế bào. Các RNA thông tin đóng vai trò trung gian và vận chuyển thông tin di truyền đến ribosome, giúp chuyển thông điệp từ trình tự nucleotide sang trình tự axit amin.

RNA chuyển có trách nhiệm kích hoạt và chuyển các loại axit amin khác nhau -20 trong tổng số sang ribosome. Có một phân tử RNA chuyển cho mỗi axit amin nhận ra trình tự trong RNA thông tin.  

Ngoài ra, có những loại RNA khác không liên quan trực tiếp đến quá trình tổng hợp protein và tham gia vào quá trình điều hòa gen.

Chỉ số

  • 1 cấu trúc
    • 1.1 Nucleotide
    • Chuỗi RNA 1,2
    • 1.3 Các lực ổn định RNA
  • 2 loại RNA và chức năng
    • 2.1 RNA thông tin
    • RNA ribosome 2.2
    • 2.3 Chuyển RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • RNA câm 2,5
  • 3 Sự khác biệt giữa DNA và RNA
  • 4 Nguồn gốc và sự tiến hóa
  • 5 tài liệu tham khảo

Cấu trúc

Đơn vị cơ bản của RNA là nucleotide. Mỗi nucleotide được hình thành bởi một cơ sở nitơ (adenine, guanine, cytosine và uracil), một pentose và một nhóm phosphate.

Các nucleotide

Các bazơ nitơ có nguồn gốc từ hai hợp chất cơ bản: pyrimidin và purin.

Các cơ sở có nguồn gốc từ purin là adenine và guanine và các cơ sở có nguồn gốc từ pyrimidine là cytosine và uracil. Mặc dù đây là những bazơ phổ biến nhất, axit nucleic cũng có thể trình bày các loại bazơ khác ít gặp hơn.

Đối với pentose, chúng là các đơn vị d-ribose. Do đó, các nucleotide tạo nên RNA được gọi là "ribonucleotide".

Chuỗi RNA

Các nucleotide được liên kết với nhau bằng liên kết hóa học liên quan đến nhóm phốt phát. Để tạo thành chúng, nhóm phốt phát ở đầu 5 'của một nucleotide được gắn vào nhóm hydroxyl (-OH) ở đầu 3' của nucleotide tiếp theo, do đó tạo ra liên kết loại phosphodiester..

Dọc theo chuỗi axit nucleic, các liên kết phosphodiester có cùng định hướng. Do đó, có một cực của dải, phân biệt giữa đầu 3 'và đầu 5'.

Theo quy ước, cấu trúc của axit nucleic được biểu diễn với đầu 5 'ở bên trái và đầu 3' ở bên phải.

Sản phẩm RNA của phiên mã DNA là một chuỗi đơn giản quay sang phải, trong một cấu trúc xoắn ốc bằng cách xếp chồng các bazơ. Sự tương tác giữa purin lớn hơn nhiều so với tương tác giữa hai pyrimidine, bởi kích thước của chúng.

Trong RNA chúng ta không thể nói về cấu trúc thứ cấp truyền thống và tài liệu tham khảo, cũng như chuỗi xoắn kép của DNA. Cấu trúc ba chiều của mỗi phân tử RNA là duy nhất và phức tạp, có thể so sánh với cấu trúc của protein (về mặt logic, chúng ta không thể toàn cầu hóa cấu trúc của protein).

Lực lượng ổn định RNA

Có những tương tác yếu góp phần vào sự ổn định của RNA, đặc biệt là sự sắp xếp các bazơ, trong đó các vòng được đặt chồng lên nhau. Hiện tượng này cũng góp phần vào sự ổn định của chuỗi xoắn DNA.

Nếu phân tử RNA tìm thấy một chuỗi bổ sung, chúng có thể ghép đôi và tạo thành cấu trúc chuỗi kép quay sang phải. Hình thức chiếm ưu thế là loại A; đối với các mẫu Z, chúng chỉ được chứng minh trong phòng thí nghiệm, trong khi mẫu B không được quan sát.

Nói chung, có những chuỗi ngắn (như UUGG) nằm ở cuối RNA và có đặc thù hình thành vòng lặp ổn định. Trình tự này tham gia vào việc gấp cấu trúc ba chiều của RNA.

Ngoài ra, liên kết hydro có thể được hình thành tại các vị trí khác không phải là cặp cơ sở điển hình (AU và CG). Một trong những tương tác này xảy ra giữa 2'-OH của ribose với các nhóm khác.

Pha loãng các cấu trúc khác nhau được tìm thấy trong RNA đã phục vụ để chứng minh nhiều chức năng của axit nucleic này.

Các loại RNA và chức năng

Có hai loại RNA: thông tin và chức năng. Nhóm đầu tiên bao gồm các RNA tham gia vào quá trình tổng hợp protein và hoạt động như các trung gian xử lý; các RNA thông tin là các RNA thông tin.

Ngược lại, các RNA thuộc lớp thứ hai, các loại chức năng, không tạo ra một phân tử protein mới và chính RNA là sản phẩm cuối cùng. Đây là các RNA chuyển và RNA ribosome.

Trong các tế bào động vật có vú, 80% RNA là RNA ribosome, 15% là RNA chuyển và chỉ một phần nhỏ tương ứng với RNA thông tin. Ba loại này hợp tác để đạt được sinh tổng hợp protein.

Ngoài ra còn có RNA hạt nhân nhỏ, RNA tế bào chất nhỏ và microRNA, trong số những người khác. Tiếp theo, mỗi loại quan trọng nhất sẽ được mô tả chi tiết:

Sứ giả RNA

Trong sinh vật nhân chuẩn DNA được giới hạn trong nhân, trong khi quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào chất của tế bào, nơi đặt các ribosome. Để phân tách không gian này phải có một chất trung gian mang thông điệp từ nhân đến tế bào chất và phân tử đó là RNA thông tin.

RNA thông tin, viết tắt mRNA, là một phân tử trung gian chứa thông tin được mã hóa trong DNA và chỉ định một chuỗi các axit amin sẽ tạo ra protein chức năng.

Thuật ngữ RNA thông tin được đề xuất vào năm 1961 bởi François Jacob và Jacques Monod để mô tả phần RNA truyền thông điệp từ DNA đến ribosome..

Quá trình tổng hợp mRNA từ chuỗi DNA được gọi là phiên mã và xảy ra khác nhau giữa prokaryote và eukaryote. 

Sự biểu hiện gen bị chi phối bởi một số yếu tố và phụ thuộc vào nhu cầu của từng tế bào. Phiên âm được chia thành ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và chấm dứt.

Phiên âm

Quá trình sao chép DNA, xảy ra trong mỗi phân chia tế bào, sao chép toàn bộ nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, quá trình phiên mã được lựa chọn nhiều hơn, chỉ xử lý các phân đoạn cụ thể của chuỗi DNA và không yêu cầu mồi.

Trong Escherichia coli -vi khuẩn được nghiên cứu tốt nhất trong các ngành khoa học sinh học - phiên mã bắt đầu bằng việc mở ra chuỗi xoắn kép của DNA và vòng lặp phiên mã được hình thành. Enzyme RNA polymerase chịu trách nhiệm tổng hợp RNA và khi quá trình phiên mã tiếp tục, chuỗi DNA trở lại dạng ban đầu.

Bắt đầu, kéo dài và chấm dứt

Phiên mã không được bắt đầu tại các vị trí ngẫu nhiên trong phân tử DNA; có các trang web chuyên biệt cho hiện tượng này, được gọi là quảng bá. Trong E.coli RNA polymerase được ghép nối một vài cặp bazơ phía trên vùng trắng.

Các trình tự trong đó các yếu tố phiên mã được ghép nối được bảo tồn khá nhiều giữa các loài khác nhau. Một trong những trình tự quảng bá nổi tiếng nhất là hộp TATA.

Trong độ giãn dài, enzyme RNA polymerase thêm các nucleotide mới vào đầu 3'-OH, theo hướng 5 'đến 3'. Nhóm hydroxyl hoạt động như một nucleophile, tấn công alpha phosphate của nucleotide sẽ được thêm vào. Phản ứng này giải phóng một pyrophosphate.

Chỉ có một chuỗi DNA được sử dụng để tổng hợp RNA thông tin, được sao chép theo hướng 3 'đến 5' (dạng phản song song của chuỗi RNA mới). Các nucleotide sẽ được thêm vào phải tuân thủ theo cặp cơ sở: U ghép với A và G với C.

RNA polymerase dừng quá trình khi nó tìm thấy các khu vực giàu cytosine và guanine. Cuối cùng, phân tử RNA thông tin mới được tách ra khỏi phức hợp.

Phiên mã ở sinh vật nhân sơ

Ở sinh vật nhân sơ, một phân tử RNA thông tin có thể mã hóa cho nhiều hơn một protein.

Khi một mRNA mã hóa riêng cho protein hoặc polypeptide, nó được gọi là mRNA monocistronic, nhưng nếu nó mã hóa cho nhiều hơn một sản phẩm protein thì mRNA là polycistronic (lưu ý rằng trong ngữ cảnh này, thuật ngữ cistron đề cập đến gen).

Phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn

Ở sinh vật nhân thực, phần lớn các mRNA là đơn bào và bộ máy phiên mã phức tạp hơn nhiều trong dòng sinh vật này. Chúng được đặc trưng bởi có ba RNA polymerase, ký hiệu là I, II và III, mỗi loại có chức năng cụ thể.

I chịu trách nhiệm tổng hợp các tiền rRNA, II tổng hợp các RNA thông tin và một số RNA đặc biệt. Cuối cùng, III chịu trách nhiệm về RNA chuyển, ribosome 5S và RNA nhỏ khác.

Messenger RNA ở sinh vật nhân chuẩn

Messenger RNA trải qua một loạt các sửa đổi cụ thể ở sinh vật nhân chuẩn. Việc đầu tiên liên quan đến việc thêm "nắp" vào đầu 5 '. Về mặt hóa học, nắp là phần còn lại của 7-methylarinosine được neo vào cuối bởi một liên kết loại 5 ', 5'-triphosphate.

Chức năng của khu vực này là bảo vệ RNA khỏi sự xuống cấp có thể của các ribonuclease (enzyme phân giải RNA thành các thành phần nhỏ hơn).

Ngoài ra, loại bỏ đầu 3 'xảy ra và 80 đến 250 dư lượng adenine được thêm vào. Cấu trúc này được gọi là "đuôi" polyA và phục vụ như một vùng liên kết cho một số protein. Khi một prokaryote mua lại polyA đuôi có xu hướng kích thích sự thoái hóa của nó.

Mặt khác, sứ giả này được phiên âm với các intron. Intron là các chuỗi DNA không phải là một phần của gen nhưng "làm gián đoạn" trình tự. Intron không được dịch và do đó phải được xóa khỏi trình nhắn tin.

Hầu hết các gen của động vật có xương sống đều có intron, ngoại trừ các gen mã hóa cho histones. Tương tự, số lượng intron trong một gen có thể thay đổi từ vài đến vài chục.

Nối của RNA

Các smạ RNA hoặc quá trình nối liên quan đến việc loại bỏ các intron trong RNA thông tin.

Một số intron được tìm thấy trong các gen hạt nhân hoặc ti thể có thể thực hiện quá trình nối không có sự trợ giúp của enzyme hoặc ATP. Thay vào đó, quá trình được thực hiện bằng các phản ứng transester hóa. Cơ chế này đã được phát hiện trong động vật nguyên sinh Tetrahymena thermophila.

Ngược lại, có một nhóm người đưa tin khác không thể tự hòa giải nối, vì vậy họ cần thêm máy móc. Nhóm này thuộc về số lượng gen hạt nhân khá cao.

Quá trình nối nó được trung gian bởi một phức hợp protein gọi là phức hợp spiceosome hoặc nối. Hệ thống này bao gồm các phức hợp RNA chuyên biệt gọi là ribonucleoprotein hạt nhân nhỏ (RNP).

Có năm loại RNP: U1, U2, U4, U5 và U6, được tìm thấy trong nhân và làm trung gian cho quá trình nối.

các nối có thể sản xuất nhiều hơn một loại protein - điều này được gọi là nối thay thế-, vì các exon được sắp xếp khác nhau, tạo ra các loại RNA thông tin.

RNA ribosome

RNA ribosome, viết tắt rRNA, được tìm thấy trong ribosome và tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein. Do đó, nó là một thành phần thiết yếu của tất cả các tế bào.

RNA ribosome được liên kết với các phân tử protein (khoảng 100, xấp xỉ) để tạo ra các tiền chất ribosome. Chúng được phân loại tùy thuộc vào hệ số bồi lắng của chúng, ký hiệu là chữ S của các đơn vị Svedberg.

Một ribosome được tạo thành từ hai phần: tiểu đơn vị chính và tiểu đơn vị phụ. Cả hai tiểu đơn vị khác nhau giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn về hệ số bồi lắng.

Prokaryote sở hữu một tiểu đơn vị 50S lớn và một tiểu đơn vị 30S nhỏ, trong khi ở sinh vật nhân chuẩn, tiểu đơn vị lớn là 60S và tiểu đơn vị 40S nhỏ.

Các gen mã hóa các RNA ribosome nằm trong nucleolus, một khu vực cụ thể của hạt nhân không bị ràng buộc bởi màng. RNA ribosome được phiên mã ở vùng này bởi RNA polymerase I.

Trong các tế bào tổng hợp lượng lớn protein; Các nucleolus là một cấu trúc nổi bật. Tuy nhiên, khi tế bào trong câu hỏi không yêu cầu số lượng lớn các sản phẩm protein, nucleolus là một cấu trúc gần như không thể nhận ra..

Xử lý RNA ribosome

Tiểu đơn vị ribosome lớn 60S được liên kết với các mảnh 28S và 5,8S. Đối với tiểu đơn vị nhỏ (40S), nó được liên kết với 18S.

Ở sinh vật nhân chuẩn cao hơn, tiền rRNA được mã hóa theo đơn vị phiên mã 45S, bao gồm RNA polymerase I. Bản phiên mã này được xử lý trong các RNA ribosome trưởng thành 28S, 18S và 5,8S.

Khi quá trình tổng hợp tiếp tục, tiền rRNA được liên kết với các protein khác nhau và tạo thành các hạt ribonucleoprotein. Điều này trải qua một loạt các sửa đổi tiếp theo bao gồm methyl hóa nhóm ribose 2'-OH và chuyển đổi dư lượng của uridine thành pseudouridine..

Vùng nơi những thay đổi này sẽ xảy ra được kiểm soát bởi hơn 150 phân tử RNA hạt nhân nhỏ, có khả năng gắn vào tiền rRNA.

Trái ngược với phần còn lại của tiền rRNA, 5S được phiên mã bởi RNA polymerase III trong nhân tế bào chứ không phải bên trong nucleolus. Sau khi được tổng hợp, nó được đưa đến nucleolus để lắp ráp với 28S và 5,8S, tạo thành các đơn vị ribosome.

Khi kết thúc quá trình lắp ráp, các tiểu đơn vị được chuyển đến tế bào chất bởi các lỗ nhân.

Polyribosome

Có thể xảy ra việc một phân tử RNA thông tin tạo nguồn gốc cho một số protein cùng một lúc, tham gia nhiều hơn một ribosome. Khi quá trình dịch thuật diễn ra, phần cuối của trình nhắn tin là miễn phí và có thể được chọn bởi một ribosome khác, bắt đầu một tổng hợp mới.

Do đó, người ta thường tìm thấy các ribosome được nhóm lại (từ 3 đến 10) trong một phân tử RNA thông tin duy nhất và nhóm này được gọi là polyribosome.

Chuyển RNA

RNA chuyển có trách nhiệm chuyển các axit amin khi quá trình tổng hợp protein tiến triển. Chúng bao gồm khoảng 80 nucleotide (so với RNA thông tin, nó là một phân tử "nhỏ").

Cấu trúc này có các nếp gấp và hình chữ thập giống như một chiếc trefoil với ba cánh tay. Ở một đầu là một vòng adenylic, trong đó nhóm hydroxyl của ribose làm trung gian liên kết với axit amin được vận chuyển.

Các RNA chuyển khác nhau được kết hợp độc quyền với một trong hai mươi axit amin tạo thành protein; nói cách khác, nó là phương tiện vận chuyển các khối xây dựng cơ bản của protein. Phức hợp RNA chuyển cùng với axit amin được gọi là aminoacyl-tRNA.

Ngoài ra, trong quá trình dịch mã - xảy ra nhờ các ribosome - mỗi RNA chuyển nhận ra một codon cụ thể trong RNA thông tin. Khi được nhận ra, axit amin tương ứng được giải phóng và trở thành một phần của peptide tổng hợp.

Để nhận ra loại axit amin phải được phân phối, RNA có "anticodon" nằm ở khu vực giữa của phân tử. Anticodon này có thể tạo liên kết hydro với các bazơ bổ sung có trong DNA messenger.

MicroRNA

MicroRNA hoặc mRNA là một loại RNA đơn chuỗi ngắn, nằm trong khoảng từ 21 đến 23 nucleotide, có chức năng điều chỉnh sự biểu hiện của gen. Vì nó không chuyển thành protein, nên nó thường được gọi là RNA không mã hóa.

Giống như các loại RNA khác, việc xử lý microRNA rất phức tạp và liên quan đến một loạt các protein.

MicroRNA phát sinh từ tiền chất dài hơn gọi là mRNA-pr, xuất phát từ bản phiên mã đầu tiên của gen. Trong nhân của tế bào, các tiền chất này được sửa đổi trong phức hợp vi xử lý và kết quả là một miRNA trước..

Các pre-mRNA là nhánh của 70 nucleotide tiếp tục xử lý trong tế bào chất bởi một enzyme có tên là Dicer, tập hợp phức hợp im lặng do RNA (RISC) và cuối cùng là mRNA được tổng hợp..

Các RNA này có thể điều chỉnh sự biểu hiện của các gen, vì chúng bổ sung cho các RNA thông tin cụ thể. Khi được kết hợp với mục tiêu của chúng, các miRNA có thể đàn áp sứ giả hoặc thậm chí làm suy giảm nó. Do đó, ribosome không thể dịch bảng điểm đã nói.

RNA im lặng

Một loại microRNA đặc biệt là RNA can thiệp nhỏ (siRNA), còn được gọi là RNA im lặng. Chúng là những RNA ngắn, nằm trong khoảng từ 20 đến 25 nucleotide, cản trở sự biểu hiện của một số gen nhất định.

Chúng là những công cụ rất hứa hẹn cho nghiên cứu, vì chúng cho phép làm im lặng một gen quan tâm và do đó nghiên cứu chức năng có thể của nó.

Sự khác biệt giữa DNA và RNA

Mặc dù DNA và RNA là axit nucleic và thoạt nhìn có vẻ rất giống nhau, chúng khác nhau về một số tính chất hóa học và cấu trúc của chúng. DNA là một phân tử hai băng tần, trong khi RNA là một dải đơn giản.

Do đó, RNA là một phân tử linh hoạt hơn và có thể áp dụng rất nhiều hình dạng ba chiều. Tuy nhiên, một số loại virut có ARN sợi kép trong vật liệu di truyền của chúng.

Trong các nucleotide RNA, phân tử đường là ribose, trong khi đó trong DNA, nó là một deoxyribose, chỉ khác nhau ở sự hiện diện của một nguyên tử oxy.

Liên kết phosphodiester trong bộ xương DNA và RNA có xu hướng trải qua quá trình thủy phân chậm và không có sự hiện diện của enzyme. Trong điều kiện độ kiềm, RNA bị thủy phân nhanh chóng - nhờ vào nhóm hydroxyl phụ - trong khi DNA thì không.

Tương tự, các bazơ nitơ tạo nên các nucleotide trong DNA là guanine, adenine, thymine và cytosine; Mặt khác, trong RNA thymine được thay thế bằng uracil. Uracil có thể được ghép nối với adenine, giống như thymine trong DNA.

Nguồn gốc và sự tiến hóa

RNA là phân tử duy nhất được biết có khả năng lưu trữ thông tin và xúc tác các phản ứng hóa học cùng một lúc; do đó, một số tác giả đề xuất rằng phân tử RNA rất quan trọng tại nguồn gốc của sự sống. Đáng ngạc nhiên, cơ chất của các ribosome là các phân tử RNA khác.

Việc phát hiện ra ribozyme đã dẫn đến việc xác định lại sinh hóa của "enzyme" - bởi vì thuật ngữ này được sử dụng riêng cho các protein có hoạt tính xúc tác - và giúp duy trì một kịch bản trong đó sự sống đầu tiên chỉ sử dụng RNA làm vật liệu di truyền.

Tài liệu tham khảo

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Sinh học phân tử của tế bào. Tái bản lần thứ 4. New York: Khoa học vòng hoa. Từ DNA đến RNA. Có sẵn tại: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. M., Stasher, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
  3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Sinh học. Ed. Panamericana Y tế.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., et al. (1999). Phân tích di truyền học hiện đại. New York: W. H. Freeman. Gen và RNA. Có sẵn tại: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J. E., & Guyton, A.C. (2006). Hiệp ước sinh lý y tế. Yêu tinh.
  6. Hội trường, J. E. (2015). Sách giáo khoa về sinh lý học y tế của Guyton và Hall. Khoa học sức khỏe Elsevier.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et al. (2000) Sinh học tế bào phân tử. Tái bản lần thứ 4. New York: W. H. Freeman. Mục 11.6, Xử lý rRNA và tRNA. Có sẵn tại: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Nguyên lý sinh hóa của Lehninger. Máy xay sinh tố.