Algemeenheid
RNA, of ribonucleïnezuur, is het nucleïnezuur dat betrokken is bij de processen van het coderen, decoderen, reguleren en tot expressie brengen van genen. Genen zijn min of meer lange DNA-segmenten, die de fundamentele informatie voor de synthese van eiwitten bevatten.
Figuur: Stikstofbasen in een RNA-molecuul. Van wikipedia.org
In zeer eenvoudige bewoordingen is RNA afgeleid van DNA en vertegenwoordigt het het overgangsmolecuul tussen DNA en eiwitten. Sommige onderzoekers noemen het het "woordenboek voor het vertalen van de taal van DNA in de taal van eiwitten".
RNA-moleculen zijn afgeleid van de vereniging, in ketens, van een variabel aantal ribonucleotiden Een fosfaatgroep, een stikstofhoudende base en een 5-koolstofsuiker, ribose genaamd, nemen deel aan de vorming van elk afzonderlijk ribonucleotide.
Wat is het RNA?
RNA, of ribonucleïnezuur, is een biologisch macromolecuul, behorend tot de categorie van nucleïnezuren, dat een centrale rol speelt bij de aanmaak van eiwitten uit DNA.
Het genereren van eiwitten (ook biologische macromoleculen) omvat een reeks cellulaire processen die samen eiwitsynthese worden genoemd.
DNA, RNA en eiwitten zijn essentieel voor het voortbestaan, de ontwikkeling en het goed functioneren van de cellen van levende organismen.
Wat is DNA?
DNA, of deoxyribonucleïnezuur, is het andere natuurlijk voorkomende nucleïnezuur, samen met RNA.
Structureel vergelijkbaar met ribonucleïnezuur, is deoxyribonucleïnezuur het genetische patrimonium, dat is de "opslag van genen", vervat in de cellen van levende organismen. De vorming van RNA en indirect die van eiwitten hangt af van het DNA.
GESCHIEDENIS VAN HET RNA
Figuur: ribose en deoxyribose
Onderzoek naar RNA begon na 1868, het jaar waarin Friedrich Miescher nucleïnezuren ontdekte.
De eerste geïmporteerde ontdekkingen in dit opzicht dateren uit de tweede helft van de "50er jaren van de twintigste eeuw en de eerste helft van de 60er jaren". Van de wetenschappers die aan deze ontdekkingen hebben deelgenomen, verdienen de volgende bijzondere vermelding: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies en Robert Holley.
In 1977 ontcijferde een groep onderzoekers, geleid door Philip Sharp en Richard Roberts, het proces van splitsen van de intronen.
In 1980 identificeerden Thomas Cech en Sidney Altman ribozymen.
* Opmerking: om te weten wat ze zijn splitsen van introns en ribozymen, zie de hoofdstukken gewijd aan de synthese van het ANN en aan de functies.
Structuur
Vanuit chemisch-biologisch oogpunt is RNA een biopolymeer Biopolymeren zijn grote natuurlijke moleculen, het resultaat van de vereniging, in ketens of filamenten, van vele kleinere moleculaire eenheden, monomeren genaamd.
De monomeren waaruit het RNA bestaat, zijn de nucleotiden.
DE ANN IS MEESTAL EEN ENKELE KETTING
RNA-moleculen zijn meestal opgebouwd uit enkele ketens van nucleotiden (polynucleotidestrengen).
De lengte van cellulaire RNA's varieert van minder dan honderd tot zelfs enkele duizenden nucleotiden.
Het aantal samenstellende nucleotiden hangt af van de rol die het betreffende molecuul speelt.
Vergelijking met DNA
In tegenstelling tot RNA is DNA een biopolymeer dat over het algemeen bestaat uit twee strengen nucleotiden.
Samengevoegd, hebben deze twee polynucleotidefilamenten tegengestelde oriëntaties en vormen ze een dubbele spiraal die bekend staat als een "dubbele helix", terwijl ze de ene in de andere wikkelen.
Een generiek menselijk DNA-molecuul kan ongeveer 3,3 miljard nucleotiden per streng bevatten.
ALGEMENE STRUCTUUR VAN EEN NUCLEOTIDE
Nucleotiden zijn per definitie de moleculaire eenheden waaruit de nucleïnezuren RNA en DNA bestaan.
Vanuit structureel oogpunt is een generiek nucleotide het resultaat van de vereniging van drie elementen, namelijk:
- Een fosfaatgroep, een derivaat van fosforzuur;
- Een pentose, dat wil zeggen een suiker met 5 koolstofatomen;
- Een stikstofhoudende base, een aromatisch heterocyclisch molecuul.
De pentose vertegenwoordigt het centrale element van de nucleotiden, aangezien de fosfaatgroep en de stikstofbase eraan binden.
Figuur: Elementen waaruit een generiek nucleotide van een nucleïnezuur bestaat. Zoals te zien is, binden de fosfaatgroep en de stikstofbase aan de suiker.
De chemische binding die de pentose en de fosfaatgroep bij elkaar houdt, is een fosfodiesterbinding, terwijl de chemische binding die de pentose en de stikstofbase bindt een N-glycosidische binding is.
WAT IS DE PENTOSE VAN RNA?
Stelling: scheikundigen hebben gedacht aan het nummeren van de koolstoffen waaruit de organische moleculen bestaan, om hun studie en beschrijving te vereenvoudigen. Hier dus dat de 5 koolstofatomen van een pentose worden: koolstof 1, koolstof 2, koolstof 3, koolstof 4 en koolstof 5. Het criterium voor het toekennen van de getallen is vrij complex, daarom achten we het passend om de uitleg weg te laten.
De 5-koolstofsuiker, die de nucleotidestructuur van RNA onderscheidt, is ribose.
Van de 5 koolstofatomen van ribose verdienen ze een speciale vermelding:
- De koolstof 1, omdat het is wat bindt aan de stikstofbase, via een N-glycosidebinding.
- De koolstof 2, omdat het is wat de pentose van de RNA-nucleotiden onderscheidt van de pentose van de DNA-nucleotiden.Verbonden met de 2 koolstofatomen van het RNA zijn er een zuurstofatoom en een waterstofatoom, die samen een OH-hydroxylgroep vormen.
- De koolstof 3, omdat het degene is die deelneemt aan de binding tussen twee opeenvolgende nucleotiden.
- De koolstof 5, omdat het is wat de fosfaatgroep verbindt, via een fosfodiesterbinding.
Door de aanwezigheid van de suikerribose nemen de nucleotiden van het RNA de specifieke naam ribonucleotiden aan.
Vergelijking met DNA
Het pentose waaruit de DNA-nucleotiden bestaan, is deoxyribose.
Deoxyribose verschilt van ribose door het ontbreken van zuurstofatomen op koolstof 2.
Daarom mist het de hydroxylgroep OH die de 5-koolstofsuiker van RNA kenmerkt.
Door de aanwezigheid van deoxyribosesuiker worden DNA-nucleotiden ook wel deoxyribonucleotiden genoemd.
SOORTEN NUCLEOTIDEN EN STIKSTOFBASEN
Het RNA heeft 4 verschillende soorten nucleotiden.
Om deze 4 verschillende soorten nucleotiden te onderscheiden, is alleen de stikstofbase.
Om voor de hand liggende redenen zijn daarom de stikstofbasen van RNA 4, in het bijzonder: adenine (afgekort tot A), guanine (G), cytosine (C) en uracil (U).
Adenine en guanine behoren tot de klasse van purines, aromatische heterocyclische verbindingen met dubbele ring.
Cytosine en uracil vallen daarentegen in de categorie van pyrimidinen, aromatische heterocyclische verbindingen met een enkele ring.
Vergelijking met DNA
De stikstofbasen die de nucleotiden van DNA onderscheiden, zijn dezelfde als die van RNA, behalve uracil. In plaats van de laatste "c" is een stikstofhoudende base genaamd thymine (T), die behoort tot de categorie van pyrimidinen.
VERBINDING TUSSEN NUCLEOTIDEN
Elk nucleotide dat een RNA-streng vormt, bindt aan het volgende nucleotide door middel van een fosfodiesterbinding tussen de koolstof 3 van zijn pentose en de fosfaatgroep van het onmiddellijk volgende nucleotide.
DE EINDEN VAN EEN RNA-MOLECULE
Elke polynucleotidestreng van RNA heeft twee uiteinden, bekend als de 5 "end (lees" end five prime ") en end 3" (lees "end three prime").
Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat "end 5" de kop van een RNA-streng voorstelt, terwijl "end 3" de staart vertegenwoordigt.
Vanuit chemisch oogpunt valt het "5-uiteinde" samen met de fosfaatgroep van de eerste nucleotide van de polynucleotideketen, terwijl het "3-uiteinde" samenvalt met de hydroxylgroep geplaatst op koolstof 3 van het laatste nucleotide van dezelfde keten.
Het is op basis van deze organisatie dat, in de boeken over genetica en moleculaire biologie, de polynucleotidefilamenten van elk nucleïnezuur als volgt worden beschreven: P-5 "→ 3" -OH (* Opmerking: de letter P geeft de " atoom van fosfor van de fosfaatgroep).
Door de concepten van 5 "uiteinde en 3"-uiteinde toe te passen op een enkele nucleotide, is het "5-uiteinde" van de laatste de fosfaatgroep gebonden aan koolstof 5, terwijl het 3 "uiteinde de hydroxylgroep is verbonden met koolstof 3.
In beide gevallen nodigt s "de lezer uit om aandacht te besteden aan de numerieke herhaling: end 5" - fosfaatgroep op koolstof 5 en end 3 "- hydroxylgroep op koolstof 3.
Plaats
In genucleëerde (dwz kern) cellen van een levend wezen, kunnen RNA-moleculen zowel in de kern als in het cytoplasma worden gevonden.
Deze brede lokalisatie hangt af van het feit dat sommige cellulaire processen, met RNA als protagonist, zich in de kern bevinden, terwijl andere in het cytoplasma plaatsvinden.
Vergelijking met DNA
Het DNA van eukaryote organismen (dus ook menselijk DNA) bevindt zich alleen in de celkern.
- RNA is een kleiner biologisch molecuul dan DNA, meestal opgebouwd uit een enkele streng nucleotiden.
- De pentose die de nucleotiden van ribonucleïnezuur vormt, is ribose.
- RNA-nucleotiden zijn ook bekend als ribonucleotiden.
- Nucleïnezuur-RNA deelt slechts 3 van de 4 stikstofbasen met DNA.In feite heeft het in plaats van thymine de stikstofbase uracil.
- RNA kan zich in verschillende compartimenten van de cel bevinden, van de kern tot het cytoplasma.
Synthese
Het RNA-syntheseproces heeft als hoofdrolspeler een intracellulair enzym (dat wil zeggen dat het zich in de cel bevindt), RNA-polymerase genaamd (N.B.: een enzym is een eiwit).
De RNA-polymerase van een cel gebruikt het DNA, aanwezig in de kern van dezelfde cel, alsof het een sjabloon is, om het RNA te creëren.
Met andere woorden, het is een soort kopieerapparaat dat transcribeert wat het DNA meldt in een andere taal, namelijk die van 'RNA'.
Bovendien neemt dit proces van synthese van RNA, door het werk van RNA-polymerase, de wetenschappelijke naam transcriptie aan.
Eukaryotische organismen, zoals mensen, bezitten 3 verschillende klassen van RNA-polymerase: RNA-polymerase I, RNA-polymerase II en RNA-polymerase III.
Elke klasse van RNA-polymerase creëert bepaalde soorten RNA, die, zoals de lezer in de volgende hoofdstukken zal kunnen vaststellen, verschillende biologische rollen spelen in de context van het cellulaire leven.
HOE HET RNA-POLYMERASE WERKT
Een "RNA-polymerase is in staat tot:
- Herken, op het DNA, de plaats van waaruit de transcriptie moet beginnen,
- Binden aan DNA,
- Scheid de twee polynucleotide-strengen van DNA (die bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen tussen stikstofbasen), zodat ze op slechts één streng werken, en
- Begin de synthese van het RNA-transcript.
Elk van deze stappen vindt plaats wanneer een "RNA-polymerase op het punt staat het transcriptieproces uit te voeren. Daarom zijn het allemaal verplichte stappen."
RNA-polymerase synthetiseert RNA-moleculen in de 5 "→ 3" richting. Terwijl het ribonucleotiden toevoegt aan het ontluikende RNA-molecuul, beweegt het naar de matrijs-DNA-streng in de 3 "→ 5" richting.
WIJZIGINGEN VAN DE RNA-TRANSCRIPT
Na de transcriptie ondergaat het RNA enkele wijzigingen, waaronder: de toevoeging van enkele sequenties van nucleotiden aan beide uiteinden, het verlies van de zogenaamde introns (een proces dat bekend staat als splitsen) enzovoort.
Daarom heeft het resulterende RNA, vergeleken met het oorspronkelijke DNA-segment, enkele verschillen in de lengte van de polynucleotideketen (het is over het algemeen korter).
Types
Er zijn verschillende soorten RNA.
De bekendste en bestudeerde zijn: het "transport-RNA (of transfer-RNA of tRNA), het" messenger-RNA (of messenger-RNA of mRNA), het "ribosomale RNA (of ribosomaal RNA of rRNA) en het kleine nucleaire RNA (of klein nucleair RNA of snRNA).
Hoewel ze verschillende specifieke rollen spelen, dragen tRNA, mRNA, rRNA en snRNA allemaal bij aan de realisatie van een gemeenschappelijk doel: de synthese van eiwitten, uitgaande van de nucleotidesequenties die in het DNA aanwezig zijn.
NOG ANDERE SOORTEN RNA
In de cellen van eukaryote organismen vonden de onderzoekers naast de hierboven genoemde 4 nog andere soorten RNA. Bijvoorbeeld:
- De micro-RNA's (of miRNA's), die strengen zijn van iets meer dan 20 nucleotiden lang, e
- Het RNA waaruit ribozymen bestaan Ribozymen zijn RNA-moleculen met katalytische activiteit, zoals enzymen.
MiRNA's en ribozymen nemen ook deel aan het eiwitsyntheseproces, net als tRNA, mRNA, enz.
Functie
RNA vertegenwoordigt het biologische macromolecuul van doorgang tussen DNA en eiwitten, dat wil zeggen lange biopolymeren waarvan de moleculaire eenheden aminozuren zijn.
RNA is vergelijkbaar met een woordenboek met genetische informatie, omdat het de nucleotide-segmenten van DNA (die dan de zogenaamde genen zijn) kunnen vertalen naar de aminozuren van eiwitten.
Een van de meest voorkomende beschrijvingen van de functionele rol, gespeeld door "RNA, is:" RNA is het "nucleïnezuur dat betrokken is bij de codering, decodering, regulatie en expressie van genen".
Het "RNA is een van de drie sleutelelementen van het zogenaamde centrale dogma van de moleculaire biologie, waarin staat:" Uit DNA komt het "RNA, waaruit op zijn beurt eiwitten voortkomen" (DNA → RNA → eiwitten).
TRANSCRIPTIE EN VERTALING
Kort gezegd is transcriptie de reeks cellulaire reacties die leiden tot de vorming van RNA-moleculen, te beginnen met DNA.
Translatie daarentegen is de reeks cellulaire processen die eindigen met de productie van eiwitten, beginnend bij de RNA-moleculen die tijdens het transcriptieproces worden geproduceerd.
Biologen en genetici hebben de term "vertaling" bedacht, omdat we van de taal van nucleotiden overgaan op de taal van aminozuren.
SOORTEN EN FUNCTIES
De transcriptie- en translatieprocessen zien alle bovengenoemde soorten RNA als protagonisten (tRNA, mRNA, enz.):
- Een mRNA is een RNA-molecuul dat codeert voor een eiwit. Met andere woorden, mRNA's zijn de eiwitten voorafgaand aan het proces van het vertalen van nucleotiden in de aminozuren van eiwitten.
De mRNA's ondergaan verschillende modificaties na hun transcriptie. - TRNA's zijn niet-coderende RNA-moleculen, maar niettemin essentieel voor de vorming van eiwitten. In feite spelen ze een sleutelrol bij het ontcijferen van wat mRNA-moleculen rapporteren.
De naam "transport-RNA" is afgeleid van het feit dat deze RNA's een aminozuur dragen. Om precies te zijn, elk aminozuur komt overeen met een specifiek tRNA.
TRNA's interageren met mRNA via drie specifieke nucleotiden in hun sequentie. - RRNA's zijn de RNA-moleculen die ribosomen vormen. Ribosomen zijn complexe cellulaire structuren die langs het mRNA bewegen en de aminozuren van een eiwit samenbrengen.
Een generiek ribosoom bevat enkele plaatsen waar het in staat is om de tRNA's te huisvesten en ze samen te laten komen met het mRNA. Het is hier dat de drie specifieke nucleotiden die hierboven zijn genoemd een interactie aangaan met het boodschapper-RNA. - SnRNA's zijn RNA-moleculen die deelnemen aan het proces van splitsen van introns aanwezig op het mRNA Introns zijn korte segmenten van niet-coderend mRNA, nutteloos voor de doeleinden van eiwitsynthese.
- Ribozymen zijn RNA-moleculen die, waar nodig, het knippen van ribonucleotidestrengen katalyseren.
Figuur: vertaling van het mRNA.
