ARN: FUNGSI, STRUKTUR DAN JENIS - BIOLOGI - 2025

The RNA atau RNA (asid ribonucleic) adalah sejenis asid nukleik di dalam eukariot, prokariot dan virus. Ia adalah polimer nukleotida yang mengandungi empat jenis asas nitrogen dalam strukturnya: adenin, guanin, sitosin dan urasil.

RNA umumnya dijumpai sebagai satu jalur (kecuali pada beberapa virus), secara linear atau dalam rangkaian struktur yang kompleks. Sebenarnya, RNA mempunyai dinamisme struktur yang tidak diperhatikan dalam heliks ganda DNA. Jenis RNA yang berlainan mempunyai fungsi yang sangat berbeza.

RNA ribosom adalah sebahagian daripada ribosom, struktur yang bertanggungjawab untuk sintesis protein dalam sel. Messenger RNA berfungsi sebagai perantara dan membawa maklumat genetik ke ribosom, yang menerjemahkan mesej dari urutan nukleotida ke urutan asid amino.

Transfer RNA bertanggungjawab untuk mengaktifkan dan memindahkan pelbagai jenis asid amino -20 secara keseluruhan- ke ribosom. Terdapat molekul RNA pemindahan untuk setiap asid amino yang mengenali urutan dalam RNA messenger.

Selain itu, ada jenis RNA lain yang tidak terlibat secara langsung dalam sintesis protein dan mengambil bahagian dalam peraturan gen.

Struktur

Unit asas RNA adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin, dan urasil), pentosa, dan kumpulan fosfat.

Nukleotida

Asas nitrogen berasal dari dua sebatian asas: pirimidin dan purin.

Asas yang berasal dari purin adalah adenin dan guanin dan asas yang berasal dari pyrimidin adalah sitosin dan urasil. Walaupun ini adalah asas yang paling biasa, asid nukleik juga boleh mempunyai jenis asas lain yang kurang biasa.

Bagi pentosa, mereka adalah unit d-ribose. Oleh itu, nukleotida yang membentuk RNA disebut "ribonukleotida".

Rantai RNA

Nukleotida dihubungkan bersama oleh ikatan kimia yang melibatkan kumpulan fosfat. Untuk membentuknya, kumpulan fosfat pada hujung 5 a nukleotida dilampirkan pada kumpulan hidroksil (–OH) pada hujung 3 nucle nukleotida seterusnya, sehingga mewujudkan ikatan seperti fosfodiester.

Di sepanjang rantai asid nukleik, ikatan fosfodiester mempunyai orientasi yang sama. Oleh itu, terdapat kekutuban helai, membezakan antara hujung 3 ′ dan 5 ′.

Secara konvensional, struktur asid nukleik diwakili oleh hujung 5 on di sebelah kiri dan hujung 3 on di sebelah kanan.

Produk RNA transkripsi DNA adalah jalur terdampar tunggal yang berpusing ke kanan, dalam bentuk heliks dengan penumpukan pangkalan. Interaksi antara purin jauh lebih besar daripada interaksi antara dua piramidin, kerana ukurannya.

Dalam RNA, tidak mungkin untuk membincangkan struktur sekunder tradisional dan rujukan, seperti heliks ganda DNA. Struktur tiga dimensi setiap molekul RNA unik dan kompleks, setanding dengan protein (secara logiknya, kita tidak dapat mengglobalisasi struktur protein).

Angkatan yang menstabilkan RNA

Terdapat interaksi lemah yang menyumbang kepada penstabilan RNA, terutamanya penumpukan asas, di mana cincin terletak satu di atas yang lain. Fenomena ini juga menyumbang kepada kestabilan heliks DNA.

Sekiranya molekul RNA menemui urutan pelengkap, mereka dapat berpasangan dan membentuk struktur untai dua yang berpusing ke kanan. Bentuk dominan adalah jenis A; Adapun bentuk Z, mereka hanya dapat dibuktikan di makmal, sedangkan bentuk B belum diperhatikan.

Secara amnya, terdapat urutan pendek (seperti UUGG) yang terletak di hujung RNA dan mempunyai kekhususan dalam membentuk gelung yang stabil. Urutan ini mengambil bahagian dalam lipatan struktur tiga dimensi RNA.

Di samping itu, ikatan hidrogen dapat terbentuk di lokasi lain daripada pasangan asas biasa (AU dan CG). Salah satu interaksi ini berlaku di antara ribosa 2'-OH dengan kumpulan lain.

Menjelaskan pelbagai struktur yang terdapat dalam RNA telah berfungsi untuk menunjukkan pelbagai fungsi asid nukleik ini.

Jenis dan fungsi RNA

Terdapat dua kelas RNA: maklumat dan berfungsi. Kumpulan pertama merangkumi RNA yang mengambil bahagian dalam sintesis protein dan berfungsi sebagai perantara dalam proses; RNA maklumat adalah RNA utusan.

Sebaliknya, RNA milik kelas kedua, yang berfungsi, tidak menimbulkan molekul protein baru dan RNA itu sendiri adalah produk akhir. Ini adalah RNA pemindahan dan RNA ribosom.

Pada sel mamalia, 80% RNA adalah RNA ribosom, 15% adalah RNA pemindahan, dan hanya sebahagian kecil yang sesuai dengan RNA messenger. Ketiga-tiga jenis ini berfungsi secara kolaboratif untuk mencapai biosintesis protein.

Terdapat juga RNA nuklear kecil, RNA sitoplasma kecil, dan mikroRNA, antara lain. Setiap jenis yang paling penting akan dijelaskan secara terperinci di bawah:

Messenger RNA

Dalam eukariota, DNA terbatas pada inti, sementara sintesis protein berlaku di sitoplasma sel, di mana ribosom dijumpai. Oleh kerana pemisahan ruang ini mesti ada mediator yang membawa mesej dari nukleus ke sitoplasma dan molekul itu adalah RNA utusan.

Messenger RNA, disingkat mRNA, adalah molekul perantaraan yang mengandungi maklumat yang dikodekan dalam DNA dan yang menentukan urutan asid amino yang akan menghasilkan protein berfungsi.

Istilah utusan RNA diusulkan pada tahun 1961 oleh François Jacob dan Jacques Monod untuk menggambarkan bahagian RNA yang menyebarkan mesej dari DNA ke ribosom.

Proses sintesis mRNA dari helai DNA dikenali sebagai transkripsi dan ia berlaku secara berbeza antara prokariota dan eukariota.

Ekspresi gen diatur oleh beberapa faktor dan bergantung kepada keperluan setiap sel. Transkripsi terbahagi kepada tiga peringkat: permulaan, pemanjangan, dan penamatan.

Transkripsi

Proses replikasi DNA, yang berlaku di setiap pembelahan sel, menyalin seluruh kromosom. Walau bagaimanapun, proses transkripsi lebih selektif, ia hanya berkaitan dengan memproses segmen tertentu dari helai DNA dan tidak memerlukan primer.

Dalam Escherichia coli - bakteria yang paling banyak dikaji dalam sains hayat - transkripsi bermula dengan melancarkan heliks ganda DNA dan gelung transkripsi terbentuk. Enzim RNA polimerase bertanggungjawab untuk mensintesis RNA, dan ketika transkripsi berlanjutan, helai DNA kembali ke bentuk asalnya.

Permulaan, pemanjangan dan penamatan

Transkripsi tidak dimulakan di laman rawak pada molekul DNA; terdapat laman web khusus untuk fenomena ini, yang disebut sebagai penganjur. Di E. coli, polimerase RNA digabungkan beberapa pasangan asas di atas kawasan sasaran.

Urutan di mana faktor transkripsi digabungkan cukup terpelihara antara spesies yang berbeza. Salah satu urutan promosi yang terkenal adalah kotak TATA.

Dalam pemanjangan, enzim polimerase RNA menambah nukleotida baru ke hujung 3'-OH, mengikuti arah 5 'hingga 3'. Kumpulan hidroksil bertindak sebagai nukleofil, menyerang alpha fosfat nukleotida yang akan ditambahkan. Tindak balas ini membebaskan pirofosfat.

Hanya salah satu helai DNA yang digunakan untuk mensintesis RNA messenger, yang disalin dalam arah 3 ′ hingga 5 ((bentuk antiparalel untai RNA baru). Nukleotida yang akan ditambahkan mesti mematuhi pasangan asas: pasangan U dengan A, dan G dengan C.

RNA polimerase menghentikan proses apabila mendapati kawasan yang kaya dengan sitosin dan guanin. Akhirnya, molekul RNA messenger baru dipisahkan dari kompleks.

Transkripsi dalam prokariota

Dalam prokariota, molekul RNA messenger dapat membuat kod untuk lebih daripada satu protein.

Apabila mRNA secara eksklusif memberi kod protein atau polipeptida, ia dipanggil mRNA monokistronik, tetapi jika ia memberi kod untuk lebih daripada satu produk protein, mRNA adalah polikistronik (perhatikan bahawa dalam konteks ini istilah cistron merujuk kepada gen).

Transkripsi dalam eukariota

Dalam organisma eukariotik, sebilangan besar mRNA bersifat monokistronik dan mesin transkrip jauh lebih kompleks dalam keturunan organisma ini. Mereka dicirikan dengan memiliki tiga polimerase RNA, yang dilambangkan I, II dan III, masing-masing dengan fungsi tertentu.

I bertugas mensintesis pra-rRNA, II mensintesis RNA pemesejan dan beberapa RNA khas. Akhirnya, III menguruskan pemindahan RNA, ribosom 5S, dan RNA kecil lain.

Messenger RNA di eukariota

Messenger RNA mengalami serangkaian pengubahsuaian khusus pada eukariota. Yang pertama melibatkan penambahan "cap" ke hujung 5 ′. Secara kimia, penutupnya adalah residu 7-metilguanosin yang dilekatkan pada hujung dengan ikatan 5 ′, 5'-trifosfat.

Peranan zon ini adalah untuk melindungi RNA dari kemungkinan penurunan oleh ribonucleases (enzim yang memecah RNA menjadi komponen yang lebih kecil).

Di samping itu, penghapusan hujung 3 occurs berlaku dan 80 hingga 250 sisa adenin ditambahkan. Struktur ini dikenali sebagai "ekor" polyA dan berfungsi sebagai tempat mengikat pelbagai protein. Apabila prokariota memperoleh ekor polyA cenderung merangsang penurunannya.

Sebaliknya, utusan ini ditranskripsikan dengan intron. Intron adalah urutan DNA yang bukan sebahagian daripada gen tetapi yang "mengganggu" urutan itu. Intron tidak diterjemahkan dan oleh itu mesti dikeluarkan dari utusan.

Sebilangan besar gen vertebrata mempunyai intron, kecuali gen yang memberi kod untuk histon. Begitu juga, bilangan intron dalam gen boleh berbeza dari beberapa hingga berpuluh-puluh.

Penyambungan

Proses penyambungan atau penyambungan RNA melibatkan penyingkiran intron dalam RNA utusan.

Beberapa intron yang terdapat dalam gen nuklear atau mitokondria dapat melakukan proses penyambungan tanpa bantuan enzim atau ATP. Sebaliknya, proses ini dilakukan oleh reaksi transesterifikasi. Mekanisme ini ditemui pada tetrahymena termofila protozoa bersilia.

Sebaliknya, ada sekumpulan utusan lain yang tidak mampu memediasi penyambungan mereka sendiri, jadi mereka memerlukan jentera tambahan. Sebilangan besar gen nuklear tergolong dalam kumpulan ini.

Proses penyambungan dimediasi oleh kompleks protein yang disebut spliceosome atau splicing complex. Sistem ini terdiri daripada kompleks RNA khusus yang disebut ribonucleoprotein nuklear kecil (RNP).

Terdapat lima jenis RNP: U1, U2, U4, U5 dan U6, yang terdapat di inti dan menjadi penghubung proses penyambungan.

Penyambungan dapat menghasilkan lebih daripada satu jenis protein - ini dikenali sebagai penyambungan alternatif - kerana ekson disusun secara berbeza, mewujudkan jenis RNA messenger.

RNA ribosom

Ribosomal RNA, singkatan rRNA, terdapat di ribosom dan mengambil bahagian dalam biosintesis protein. Oleh itu, ia adalah komponen penting bagi semua sel.

Ribosomal RNA dikaitkan dengan molekul protein (kira-kira 100) untuk menimbulkan presubunit ribosom. Mereka dikelaskan bergantung pada pekali pemendapan mereka, dilambangkan dengan huruf S untuk unit Svedberg.

Ribosom terdiri daripada dua bahagian: subunit utama dan subunit kecil. Kedua-dua subunit berbeza antara prokariota dan eukariota dari segi pekali pemendapan.

Prokariota mempunyai subunit 50S besar dan subunit 30S kecil, sementara di eukariota subunit besar adalah 60S dan 40S kecil.

Gen yang memberi kod untuk RNA ribosom berada di nukleolus, kawasan nukleus tertentu yang tidak dibatasi oleh membran. RNA ribosom ditranskripsikan di rantau ini oleh RNA polimerase I.

Dalam sel yang mensintesis sejumlah besar protein; nukleolus adalah struktur yang menonjol. Walau bagaimanapun, apabila sel yang dimaksudkan tidak memerlukan sebilangan besar produk protein, nukleolus adalah struktur yang hampir tidak dapat dilihat.

MikroRNA

MicroRNA atau miRNA adalah sejenis RNA pendek, untai tunggal, antara 21 dan 23 nukleotida, yang fungsinya adalah untuk mengatur ekspresi gen. Kerana ia tidak diterjemahkan ke dalam protein, ia sering disebut RNA nonkoding.

Seperti jenis RNA lain, pemprosesan mikroRNA adalah kompleks dan melibatkan sejumlah protein.

MikroRNA timbul dari prekursor yang lebih panjang yang disebut mi-priRNA, yang berasal dari transkrip pertama gen. Dalam inti sel, prekursor ini diubah dalam kompleks mikropemproses dan hasilnya adalah pra-miRNA.

Pra-miRNA adalah 70 jepit rambut nukleotida yang terus diproses di sitoplasma oleh enzim yang disebut Dicer, yang menyusun kompleks pendiam yang disebabkan oleh RNA (RISC) dan akhirnya miRNA disintesis.

RNA ini mampu mengatur ekspresi gen, kerana pelengkap RNA utusan tertentu. Dengan mengawan dengan sasarannya, miRNA mampu menekan messenger, atau bahkan menurunkannya. Akibatnya, ribosom tidak dapat menerjemahkan transkrip tersebut.

Membungkam RNA

Satu jenis mikroRNA tertentu adalah RNA gangguan kecil (siRNA), juga disebut membungkam RNA. Mereka adalah RNA pendek, antara 20 hingga 25 nukleotida, yang menghalang ekspresi gen tertentu.

Mereka adalah instrumen yang sangat menjanjikan untuk penyelidikan, kerana memungkinkan untuk membungkam gen yang berminat dan dengan itu mempelajari kemungkinan fungsinya.

Perbezaan antara DNA dan RNA

Walaupun DNA dan RNA adalah asid nukleik dan kelihatan sama pada pandangan pertama, mereka berbeza dalam beberapa sifat kimia dan strukturnya. DNA adalah molekul dua jalur, sementara RNA adalah jalur tunggal.

Oleh itu, RNA adalah molekul yang lebih serba boleh dan boleh mengambil pelbagai bentuk tiga dimensi. Walau bagaimanapun, virus tertentu mempunyai RNA jalur dua dalam bahan genetiknya.

Dalam RNA nukleotida molekul gula adalah ribosa, sedangkan dalam DNA ia adalah deoksiribosa, hanya berbeza dengan adanya atom oksigen.

Ikatan fosfodiester dalam tulang belakang DNA dan RNA cenderung mengalami proses hidrolisis yang perlahan tanpa kehadiran enzim. Dalam keadaan alkali, RNA hidrolisis dengan cepat - terima kasih kepada kumpulan hidroksil tambahan - sementara DNA tidak.

Begitu juga, asas nitrogen yang membentuk nukleotida dalam DNA adalah guanin, adenin, timin, dan sitosin; sebaliknya, dalam RNA, timin digantikan oleh urasil. Uracil dapat berpasangan dengan adenin, seperti timin dalam DNA.

Asal dan evolusi

RNA adalah satu-satunya molekul yang diketahui yang mampu menyimpan maklumat dan memangkin reaksi kimia pada masa yang sama; Atas sebab ini, beberapa penulis mengemukakan bahawa molekul RNA sangat penting dalam asal usul kehidupan. Anehnya, substrat untuk ribosom adalah molekul RNA lain.

Penemuan ribozim membawa kepada definisi semula biokimia "enzim" - kerana sebelumnya istilah ini digunakan secara eksklusif untuk protein dengan aktiviti pemangkin-, dan membantu menyokong senario di mana bentuk kehidupan pertama hanya menggunakan RNA sebagai bahan genetik.

Rujukan

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologi Molekul Sel. Edisi ke-4. New York: Sains Garland. Dari DNA ke RNA. Terdapat di: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia. Saya terbalik.
3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). Analisis Genetik Moden. New York: WH Freeman. Gen dan RNA. Terdapat di: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Perjanjian fisiologi perubatan. Elsevier.
6. Dewan, JE (2015). Buku teks Guyton and Hall fisiologi perubatan e-Book. Sains Kesihatan Elsevier.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) Biologi Sel Molekul. Edisi ke-4. New York: WH Freeman. Bahagian 11.6, Pemprosesan rRNA dan tRNA. Terdapat di: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.