RNA

algemeenheid

RNA, of ribonucleïnezuur, is het nucleïnezuur dat betrokken is bij de processen van codering, decodering, regulatie en expressie van genen. Genen zijn min of meer lange segmenten van DNA, die de fundamentele informatie voor eiwitsynthese bevatten.

Afbeelding: Stikstofbasen in een RNA-molecuul. Van wikipedia.org

In zeer eenvoudige bewoordingen is RNA afgeleid van DNA en vertegenwoordigt het het molecuul dat ertussen en eiwitten passeert. Sommige onderzoekers noemen dit het "woordenboek voor de vertaling van DNA-taal in de taal van eiwitten".

De RNA-moleculen zijn afkomstig van de vereniging, in ketens, van een variabel aantal ribonucleotiden. Een fosfaatgroep, een stikstofhoudende base en een suiker met 5 koolstofatomen, ribose genaamd, nemen deel aan de vorming van elk afzonderlijk ribonucleotide.

Wat is RNA?

RNA, of ribonucleïnezuur, is een biologisch macromolecuul, behorende tot de categorie van nucleïnezuren, dat een centrale rol speelt bij het genereren van eiwitten die uitgaan van DNA .

De generatie van eiwitten (die ook biologische macromoleculen zijn) omvat een reeks van cellulaire processen die, samengenomen, eiwitsynthese worden genoemd.

DNA, RNA en eiwitten zijn van fundamenteel belang voor het overleven, de ontwikkeling en het goed functioneren van de cellen van levende organismen.

Wat is DNA?

DNA, of deoxyribonucleïnezuur, is het andere nucleïnezuur dat in de natuur voorkomt, samen met RNA.

Structureel vergelijkbaar met ribonucleïnezuur is deoxyribonucleïnezuur de genetische erfenis, dat is de "genopslag", die zich in de cellen van levende organismen bevindt. De vorming van RNA en, indirect, die van eiwitten hangt af van DNA.

GESCHIEDENIS VAN RNA

Figuur: ribose en deoxyribose

RNA-onderzoek begon na 1868, toen Friedrich Miescher nucleïnezuren ontdekte.

De eerste belangrijke ontdekkingen in dit verband dateren van het tweede deel van de jaren vijftig tot het eerste deel van de jaren zestig. Onder de wetenschappers die deelnamen aan deze ontdekkingen verdienen Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies en Robert Holley een speciale vermelding.

In 1977 ontcijferde een groep onderzoekers, geleid door Philip Sharp en Richard Roberts, het intron- koppelingsproces .

In 1980 identificeerden Thomas Cech en Sidney Altman de ribozymen.

* Let op: voor informatie over intron-splitsing en ribozymen, zie de hoofdstukken gewijd aan RNA-synthese en functies.

structuur

Vanuit een chemisch-biologisch oogpunt is RNA een biopolymeer . Biopolymeren zijn grote natuurlijke moleculen, het resultaat van de vereniging, in ketens of filamenten, van veel kleinere moleculaire eenheden, monomeren genaamd.

De monomeren die RNA vormen zijn nucleotiden .

RNA IS, ZOALS GEBRUIKELIJK, EEN ENKELE KETEN

RNA-moleculen zijn moleculen die gewoonlijk bestaan ​​uit enkele nucleotide- ketens ( polynucleotide-filamenten ).

De lengte van cellulaire RNA's varieert van minder dan honderd tot zelfs enkele duizenden nucleotiden.

Het aantal samenstellende nucleotiden is een functie van de rol die het molecuul in kwestie speelt.

Vergelijking met DNA

In tegenstelling tot RNA is DNA een biopolymeer dat in het algemeen wordt gevormd door twee strengen nucleotiden.

Samengevoegd hebben deze twee polynucleotide-filamenten een tegenovergestelde oriëntatie en gaan ze zich in elkaar wikkelen om een ​​dubbele spiraal samen te stellen die bekend staat als " dubbele helix ".

Een generiek menselijk DNA-molecuul kan ongeveer 3, 3 miljard nucleotiden per filament bevatten .

GENERIEKE STRUCTUUR VAN EEN NUCLEOTIDE

Per definitie zijn nucleotiden de moleculaire eenheden die de RNA- en DNA-nucleïnezuren vormen.

Vanuit structureel oogpunt is een generiek nucleotide het resultaat van de vereniging van drie elementen, die zijn:

• Een fosfaatgroep, een derivaat van fosforzuur;
• Een pentose, dat is een suiker met 5 koolstofatomen;
• Een stikstofhoudende base, die een aromatische heterocyclische molecule is.

Het pentose is het centrale element van de nucleotiden, omdat de fosfaatgroep en de stikstofhoudende base eraan binden.

Afbeelding: elementen die een generiek nucleotide van een nucleïnezuur vormen. Zoals te zien is, zijn de fosfaatgroep en de stikstofbasis gebonden aan suiker.

De chemische binding die de pentose- en fosfaatgroep samenhoudt, is een fosfodiesterbinding, terwijl de chemische binding die de pentose en de stikstofbasis verbindt een N-glycosidische binding is .

WAT IS DE RNA PENTOSO?

Uitgangspunt: chemici hebben gedacht aan het nummeren van de kolen die de organische moleculen vormen, op een manier die hun studie en beschrijving vereenvoudigt. Hier, dan, dat de 5 kolen van een pentose worden: koolstof 1, koolstof 2, koolstof 3, koolstof 4 en koolstof 5. Het criterium voor het toewijzen van de getallen is vrij complex, daarom vinden we het gepast om de verklaring weg te laten.

De suiker met 5 koolstofatomen, die de structuur van RNA-nucleotiden onderscheidt, is ribose .

Van de 5 koolstofatomen van ribose verdienen ze een speciale vermelding:

• Koolstof 1, omdat het is wat zich bindt aan de stikstofbasis door een N-glycosidische binding.
• Koolstof 2, omdat het de pentose van RNA-nucleotiden van de pentose van DNA-nucleotiden onderscheidt. Verbonden met de koolstof 2 van het RNA zijn er een zuurstofatoom en een waterstofatoom, die samen een hydroxylgroep OH vormen .
• Koolstof 3, omdat het is wat deelneemt aan de koppeling tussen twee opeenvolgende nucleotiden .
• Koolstof 5, omdat het is wat de fosfaatgroep verbindt, via een fosfodiesterbinding.

Vanwege de aanwezigheid van ribosesuiker worden RNA-nucleotiden ribonucleotiden genoemd .

Vergelijking met DNA

De pentose die de DNA-nucleotiden vormt, is deoxyribose .

Deoxyribose verschilt van ribose vanwege het ontbreken van zuurstofatomen op koolstof 2.

Het mist dus de OH-hydroxylgroep die de 5-koolstof RNA-suiker kenmerkt.

Vanwege de aanwezigheid van deoxyribosesuiker zijn DNA-nucleotiden ook bekend als deoxyribonucleotiden .

SOORTEN NUCLEOTIDEN EN STIKSTOFBASISEN

RNA heeft 4 verschillende soorten nucleotiden .

Alleen de stikstofbasis onderscheidt deze 4 verschillende soorten nucleotiden.

Om voor de hand liggende redenen zijn er daarom 4 stikstofhoudende basen van RNA, specifiek: adenine (afgekort als A), guanine (G), cytosine (C) en uracil (U).

Adenine en guanine behoren tot de klasse van purines, aromatische heterocyclische verbindingen met dubbele ringen.

Cytosine en uracil vallen daarentegen in de categorie van pyrimidines, aromatische heterocyclische verbindingen met een enkele ring.

Vergelijking met DNA

De stikstofhoudende basen die de DNA-nucleotiden onderscheiden zijn hetzelfde als voor RNA, behalve uracil. In plaats van de laatste is er een stikstofhoudende base genaamd thymine (T), die behoort tot de categorie van pyrimidines.

BOND ONDER DE NUCLEOTIDEN

Elk nucleotide dat een RNA-streng vormt, bindt aan het volgende nucleotide, door middel van een fosfodiesterbinding tussen het koolstofatoom 3 van zijn pentose en de onmiddellijk daaropvolgende nucleotide fosfaatgroep.

HET EINDE VAN EEN RNA-MOLECULE

Elke RNA-polynucleotidevezel heeft twee uiteinden, bekend als het 5'-uiteinde (lees "eindigt eerste vijf") en eindigt op 3 ' (leest "eerste tip eerste").

Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat het 5' - uiteinde de kop van een RNA-gloeidraad vertegenwoordigt, terwijl het 3'-uiteinde de staart vertegenwoordigt.

Vanuit chemisch oogpunt valt het 5'-uiteinde samen met de fosfaatgroep van het eerste nucleotide van de polynucleotideketen, terwijl het 3'-uiteinde samenvalt met de hydroxylgroep die op het koolstofatoom 3 van het laatste nucleotide van dezelfde keten is geplaatst.

Het is op basis van deze organisatie dat in de genetica en moleculair biologische boeken de polynucleotide strengen van een nucleïnezuur als volgt worden beschreven: P-5 '→ 3'-OH (* NB: de letter P geeft het atoom van fosfor van de fosfaatgroep).

Door de concepten van 5'-uiteinden en 3'-uiteinden toe te passen op een enkele nucleotide, is het 5'-uiteinde van de laatste de fosfaatgroep gebonden aan koolstof 5, terwijl zijn 3'-uiteinde de hydroxylgroep is gecombineerd met koolstof 3.

In beide gevallen wordt de lezer verzocht aandacht te schenken aan het numerieke recidief: 5'-uiteinde - fosfaatgroep op koolstof 5 en 3'-uiteinde - hydroxylgroep op koolstof 3.

lokalisatie

In genucleëerde cellen (dwz met een kern) van een levend wezen, kunnen RNA-moleculen zowel in de kern als in het cytoplasma worden gevonden.

Deze brede lokalisatie is afhankelijk van het feit dat sommige van de 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.

overzicht

Het proces van RNA-synthese is gebaseerd op een intracellulair enzym (dat wil zeggen dat zich in de cel bevindt), RNA-polymerase genaamd (NB: een enzym is een eiwit).

Het RNA-polymerase van een cel maakt gebruik van DNA, aanwezig in de kern van dezelfde cel, alsof het een schimmel is, om RNA te creëren.

Met andere woorden, het is een soort kopieermachine die overschrijft wat DNA terugbrengt in een andere taal, namelijk die van RNA.

Bovendien neemt dit proces van RNA-synthese, door RNA-polymerase, de wetenschappelijke naam van transcriptie .

Eukaryote organismen, zoals mensen, bezitten 3 verschillende klassen van RNA-polymerasen : RNA-polymerase I, RNA-polymerase II en RNA-polymerase III.

Elke klasse RNA-polymerase creëert bepaalde soorten RNA, die, zoals de lezer in de volgende hoofdstukken zal kunnen vaststellen, verschillende biologische rollen hebben in de context van het cellulaire leven.

HOE WERKT POLYMERASE RNA

Een RNA-polymerase is in staat om:

• Herkennen, op DNA, de site van waaruit de transcriptie moet beginnen,
• Binden aan DNA,
• Scheid de twee polynucleotide strengen van DNA (die bij elkaar worden gehouden door waterstofbruggen tussen stikstofhoudende basen), zodat ze slechts op één streng werken, en
• Begin de synthese van het RNA-transcript.

Elk van deze stadia vindt plaats telkens wanneer een RNA-polymerase op het punt staat het transcriptieproces uit te voeren. Daarom zijn het allemaal verplichte stappen.

RNA-polymerase synthetiseert de RNA-moleculen in de 5 ' → 3'-richting . Aangezien het ribonucleotiden toevoegt aan het ontluikende RNA-molecuul, verplaatst het zich naar de matrijs-DNA-streng in de richting 3 '- > 5' .

WIJZIGINGEN VAN RNA TRANSCRIPT

Na de transcriptie ondergaat het RNA enkele modificaties, waaronder: de toevoeging van enkele nucleotidesequenties aan beide uiteinden, het verlies van zogenaamde introns (een proces dat bekend staat als splitsing ), enz.

Daarom heeft, met betrekking tot het oorspronkelijke DNA-segment, het resulterende RNA enkele verschillen ten opzichte van de lengte van de polynucleotideketen (in het algemeen is het korter).

types

Er zijn verschillende soorten RNA .

De meest bekende en bestudeerde zijn: transport-RNA (of transfer-RNA of -TRNA ), boodschapper-RNA (of RNA-boodschapper of mRNA ), ribosomaal RNA (of ribosomaal RNA of rRNA ) en klein nucleair RNA (of klein nucleair RNA of snRNA ).

Hoewel ze verschillende specifieke rollen omvatten, dragen tRNA, mRNA, rRNA en snRNA allemaal bij aan de realisatie van een gemeenschappelijk doel: eiwitsynthese, uitgaande van de nucleotidesequenties die in het DNA aanwezig zijn.

ANDERE SOORTEN RNA NOG STEEDS

In de cellen van eukaryote organismen vonden de onderzoekers andere soorten RNA, naast de 4 hierboven genoemd. Bijvoorbeeld:

• De micro-RNA's (of miRNA's ), dit zijn filamenten met een lengte die iets groter is dan 20 nucleotiden, en
• Het RNA dat ribozymen vormt. Ribozymen zijn RNA-moleculen met katalytische activiteit, zoals enzymen.

MiRNA's en ribozymen nemen ook deel aan het proces van eiwitsynthese, net zoals tRNA, mRNA, enz.

functie

RNA vertegenwoordigt het biologische macromolecuul van doorgang tussen DNA en eiwitten, dwz lange biopolymeren waarvan de moleculaire eenheden aminozuren zijn .

Het RNA is vergelijkbaar met een woordenboek van genetische informatie, omdat het de nucleotide-segmenten van DNA (die dan de zogenaamde genen zijn) kan vertalen in de aminozuren van eiwitten.

Een van de meest voorkomende beschrijvingen van de functionele rol, bedekt met RNA, is: "RNA is het nucleïnezuur dat betrokken is bij de codering, decodering, regulatie en expressie van genen".

RNA is een van de drie sleutelelementen van het zogenaamde centrale dogma van de moleculaire biologie, waarin staat: "RNA is afgeleid van DNA, waaruit eiwitten worden afgeleid" ( DNA → RNA → eiwitten ).

TRANSCRIPTIE EN VERTALING

In het kort gezegd, transcriptie is de reeks cellulaire reacties die leidt tot de vorming van RNA-moleculen, uitgaande van DNA.

Vertaling daarentegen is de reeks cellulaire processen die eindigt met de productie van eiwitten, te beginnen met de RNA-moleculen geproduceerd tijdens het transcriptieproces.

Biologen en genetici hebben de term 'vertaling' bedacht, omdat we uit de taal van nucleotiden overgaan op de taal van aminozuren.

SOORTEN EN FUNCTIES

De transcriptie- en vertaalprocessen zien alle bovengenoemde soorten ANNs (tRNA, mRNA, etc.) als protagonisten:

• Een mRNA is een RNA-molecuul dat codeert voor een eiwit . Met andere woorden, mRNA's zijn de eiwitten vóór het proces van het vertalen van nucleotiden naar eiwit-aminozuren.

  De mRNA's ondergaan verschillende modificaties na hun transcriptie.

• TRNA's zijn niet-coderende RNA-moleculen, maar nog steeds essentieel voor de vorming van eiwitten. In feite spelen ze een sleutelrol bij het ontcijferen van wat de mRNA-moleculen rapporteren.

  De naam "transport-RNA" komt voort uit het feit dat deze ANNs een aminozuur op hen hebben. Om meer precies te zijn, komt elk aminozuur overeen met een specifiek tRNA.

  TRNA's interageren met mRNA, via drie specifieke nucleotiden van hun sequentie.

• De rRNA's zijn de RNA-moleculen die de ribosomen vormen . Ribosomen zijn complexe cellulaire structuren, die zich langs het mRNA verplaatsen en de aminozuren van een eiwit samenbrengen.

  Een generiek ribosoom bevat, binnen het, enkele sites, waarin het in staat is om de tRNA's te huisvesten en hen te laten ontmoeten met het mRNA. Het is hier dat de drie specifieke nucleotiden die hierboven zijn genoemd interageren met messenger RNA.

• SnRNA's zijn RNA-moleculen die deelnemen aan het splicingproces van introns op het mRNA. Introns zijn korte segmenten van niet-coderende mRNA's, nutteloos voor doeleinden van eiwitsynthese.
• Ribozymen zijn RNA-moleculen die, waar nodig, het knippen van ribonucleotide-filamenten katalyseren.

Figuur: mRNA-vertaling.