RNA

Allgemeinheit

RNA oder Ribonukleinsäure ist die Nukleinsäure, die an den Prozessen der Kodierung, Dekodierung, Regulierung und Expression von Genen beteiligt ist. Gene sind mehr oder weniger lange Abschnitte der DNA, die die grundlegenden Informationen für die Synthese von Proteinen enthalten.

Abbildung: Stickstoffbasen in einem RNA-Molekül. Von wikipedia.org

Ganz einfach ausgedrückt leitet sich RNA von DNA ab und stellt das Übergangsmolekül zwischen DNA und Proteinen dar. Manche Forscher nennen es das "Wörterbuch zur Übersetzung der Sprache der DNA in die Sprache der Proteine".
RNA-Moleküle stammen aus der Vereinigung einer variablen Anzahl von Ribonukleotiden in Ketten.Eine Phosphatgruppe, eine stickstoffhaltige Base und ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen,Ribose genannt, sind an der Bildung jedes einzelnen Ribonukleotids beteiligt.

Was ist die RNA?

RNA oder Ribonukleinsäure ist ein biologisches Makromolekül, das zur Kategorie der Nukleinsäuren gehört und eine zentrale Rolle bei der Bildung von Proteinen aus DNA spielt.
Die Erzeugung von Proteinen (auch biologischen Makromolekülen) umfasst eine Reihe von zellulären Prozessen, die zusammengenommen als Proteinsynthese bezeichnet werden.
DNA, RNA und Proteine ​​sind für das Überleben, die Entwicklung und das ordnungsgemäße Funktionieren der Zellen lebender Organismen unerlässlich.

Was ist DNA?
DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist neben RNA die andere natürlich vorkommende Nukleinsäure.
Strukturell der Ribonukleinsäure ähnlich, ist Desoxyribonukleinsäure das genetische Erbe, also der „Genspeicher“, der in den Zellen lebender Organismen enthalten ist. Die Bildung von RNA und indirekt auch von Proteinen hängt von der DNA ab.

GESCHICHTE DER RNA

Abbildung: Ribose und Desoxyribose

Die RNA-Forschung begann nach 1868, dem Jahr, in dem Friedrich Miescher Nukleinsäuren entdeckte.
Die ersten importierten Funde in dieser Hinsicht werden zwischen der zweiten Hälfte der "50er Jahre des 20. Jahrhunderts und der ersten Hälfte der" 60er Jahre datiert. Unter den Wissenschaftlern, die an diesen Entdeckungen teilgenommen haben, verdienen die folgenden besondere Erwähnung: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies und Robert Holley.
1977 entschlüsselte eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Philip Sharp und Richard Roberts den Prozess der Spleißen der Introns.
1980 identifizierten Thomas Cech und Sidney Altman Ribozyme.

* Hinweis: um zu wissen, was sie sind Spleißen von Introns und Ribozymen, siehe die Kapitel über die Synthese des KNN und die Funktionen.

Struktur

Aus chemisch-biologischer Sicht stellt RNA ein Biopolymer dar. Biopolymere sind große natürliche Moleküle, die das Ergebnis der Vereinigung vieler kleinerer molekularer Einheiten, genannt Monomere, in Ketten oder Fäden sind.
Die Monomere, aus denen die RNA besteht, sind die Nukleotide.

DIE ANN IST ÜBLICH EINE EINZIGE KETTE

RNA-Moleküle bestehen meist aus einzelnen Nukleotidketten (Polynukleotidsträngen).
Die Länge zellulärer RNAs variiert von weniger als hundert bis zu mehreren tausend Nukleotiden.
Die Anzahl der konstituierenden Nukleotide hängt von der Rolle ab, die das fragliche Molekül spielt.

Vergleich mit DNA
Im Gegensatz zu RNA ist DNA ein Biopolymer, das im Allgemeinen aus zwei Nukleotidsträngen besteht.
Zusammen haben diese beiden Polynukleotidfilamente entgegengesetzte Orientierungen und bilden ineinander gewickelt eine Doppelspirale, die als "Doppelhelix" bekannt ist.
Ein generisches menschliches DNA-Molekül kann ungefähr 3,3 Milliarden Nukleotide pro Strang enthalten.

GENERISCHE STRUKTUR EINES NUKLEOTIDS

Nukleotide sind definitionsgemäß die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren RNA und DNA bestehen.
Aus struktureller Sicht ergibt sich ein generisches Nukleotid aus der Vereinigung von drei Elementen, die sind:

• Eine Phosphatgruppe, die ein Derivat von Phosphorsäure ist;
• Eine Pentose, dh ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen;
• Eine stickstoffhaltige Base, die ein aromatisches heterozyklisches Molekül ist.

Die Pentose stellt das zentrale Element der Nukleotide dar, da an sie die Phosphatgruppe und die stickstoffhaltige Base binden.

Abbildung: Elemente, die ein generisches Nukleotid einer Nukleinsäure bilden. Wie zu sehen ist, binden die Phosphatgruppe und die Stickstoffbase an den Zucker.

Die chemische Bindung, die die Pentose- und die Phosphatgruppe zusammenhält, ist eine Phosphodiesterbindung, während die chemische Bindung, die die Pentose und die stickstoffhaltige Base bindet, eine N-glykosidische Bindung ist.

WAS IST DIE PENTOSE VON RNA?

Prämisse: Chemiker haben daran gedacht, die Kohlenstoffe, aus denen die organischen Moleküle bestehen, zu nummerieren, um ihre Untersuchung und Beschreibung zu vereinfachen. Hier also, dass die 5 Kohlenstoffe einer Pentose zu Kohlenstoff 1, Kohlenstoff 2, Kohlenstoff 3, Kohlenstoff 4 und Kohlenstoff 5 werden.
Der Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen, der die Nukleotidstruktur der RNA ausmacht, ist Ribose.
Von den 5 Kohlenstoffatomen der Ribose verdienen sie eine besondere Erwähnung:

• Die Kohlenstoff 1, weil es über eine N-glycosidische Bindung an die Stickstoffbase bindet.
• Die Kohlenstoff 2, denn sie unterscheidet die Pentose der RNA-Nukleotide von der Pentose der DNA-Nukleotide.An den 2 Kohlenstoff der RNA sind ein Sauerstoffatom und ein Wasserstoffatom angeschlossen, die zusammen eine OH-Hydroxylgruppe bilden.
• Die Kohlenstoff 3, weil es an der Bindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nukleotiden beteiligt ist.
• Die Kohlenstoff 5, weil es die Phosphatgruppe durch eine Phosphodiesterbindung verbindet.

Aufgrund des Vorhandenseins des Zuckers Ribose nehmen die Nukleotide der RNA die spezifische Bezeichnung Ribonukleotide an.

Vergleich mit DNA
Die Pentose, aus der die DNA-Nukleotide bestehen, ist Desoxyribose.
Desoxyribose unterscheidet sich von Ribose durch das Fehlen von Sauerstoffatomen an Kohlenstoff 2.
Daher fehlt ihm die Hydroxylgruppe OH, die den 5-Kohlenstoff-Zucker der RNA charakterisiert.
Aufgrund des Vorhandenseins von Desoxyribose-Zucker werden DNA-Nukleotide auch als Desoxyribonukleotide bezeichnet.

ARTEN VON NUKLEOTIDEN UND STICKSTOFFBASIS

Die RNA hat 4 verschiedene Arten von Nukleotiden.
Zur Unterscheidung dieser 4 verschiedenen Nukleotidtypen dient nur die stickstoffhaltige Base.
Aus offensichtlichen Gründen sind die stickstoffhaltigen Basen der RNA daher 4, insbesondere: Adenin (abgekürzt mit A), Guanin (G), Cytosin (C) und Uracil (U).
Adenin und Guanin gehören zur Klasse der Purine, aromatischer heterocyclischer Doppelringverbindungen.
Cytosin und Uracil hingegen fallen in die Kategorie der Pyrimidine, einringige aromatische heterocyclische Verbindungen.

Vergleich mit DNA
Die stickstoffhaltigen Basen, die die Nukleotide der DNA unterscheiden, sind die gleichen wie die der RNA, mit Ausnahme von Uracil. Anstelle des letzteren "c" steht eine stickstoffhaltige Base namens Thymin (T), die zur Kategorie der Pyrimidine gehört.

VERBINDUNG ZWISCHEN NUKLEOTIDEN

Jedes Nukleotid, das einen beliebigen RNA-Strang bildet, bindet an das nächste Nukleotid mittels einer Phosphodiesterbindung zwischen dem Kohlenstoff 3 seiner Pentose und der Phosphatgruppe des unmittelbar folgenden Nukleotids.

DIE ENDE EINES RNA-MOLEKÜLS

Jeder Polynukleotidstrang von RNA hat zwei Enden, bekannt als das 5"-Ende (lesen Sie "Ende fünf Primzahlen") und das Ende 3" (lesen Sie "Ende drei Primzahlen").
Per Konvention haben Biologen und Genetiker festgestellt, dass "Ende 5" den Kopf eines RNA-Strangs darstellt, während "Ende 3" seinen Schwanz darstellt.
Aus chemischer Sicht fällt das "5-Ende" mit der Phosphatgruppe des ersten Nukleotids der Polynukleotidkette zusammen, während das "3-Ende" mit der Hydroxylgruppe am Kohlenstoff 3 des letzten Nukleotids derselben Kette zusammenfällt.
Auf der Grundlage dieser Organisation werden in den Büchern der Genetik und Molekularbiologie die Polynukleotidfilamente jeder Nukleinsäure wie folgt beschrieben: P-5 "→ 3" -OH (* Hinweis: Der Buchstabe P bezeichnet das " Phosphoratom der Phosphatgruppe).

Wendet man die Konzepte von 5"-Ende und 3"-Ende auf ein einzelnes Nukleotid an, ist das "5-Ende" des letzteren die an Kohlenstoff 5 gebundene Phosphatgruppe, während sein 3"-Ende die mit Kohlenstoff 3 verbundene Hydroxylgruppe ist.
In beiden Fällen lädt s" den Leser ein, auf die numerische Wiederholung zu achten: Ende 5" - Phosphatgruppe an Kohlenstoff 5 und Ende 3" - Hydroxylgruppe an Kohlenstoff 3.

Standort

In kernhaltigen (dh kernhaltigen) Zellen eines Lebewesens finden sich RNA-Moleküle sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma.
Diese breite Lokalisierung hängt davon ab, dass einige der zellulären Prozesse mit RNA als Protagonist im Zellkern lokalisiert sind, während andere im Zytoplasma ablaufen.

Vergleich mit DNA
Die DNA eukaryontischer Organismen (also auch menschliche DNA) befindet sich nur im Zellkern.
Übersichtstabelle der Unterschiede zwischen RNA und DNA:

• RNA ist ein kleineres biologisches Molekül als DNA, das normalerweise aus einem einzigen Nukleotidstrang besteht.

• Die Pentose, die die Nukleotide der Ribonukleinsäure darstellt, ist Ribose.

• RNA-Nukleotide werden auch als Ribonukleotide bezeichnet.

• Nukleinsäure-RNA teilt nur 3 von 4 stickstoffhaltigen Basen mit DNA, tatsächlich hat sie anstelle von Thymin die stickstoffhaltige Base Uracil.

• RNA kann sich in verschiedenen Kompartimenten der Zelle befinden, vom Zellkern bis zum Zytoplasma.

Synthese

Der RNA-Syntheseprozess hat als Protagonisten ein intrazelluläres Enzym (dh innerhalb der Zelle lokalisiert), die sogenannte RNA-Polymerase (Hinweis: ein Enzym ist ein Protein).
Die RNA-Polymerase einer Zelle verwendet die DNA, die sich im Kern derselben Zelle befindet, wie eine Matrize, um die RNA zu erzeugen.
Mit anderen Worten, es ist eine Art Kopierer, der das, was die DNA berichtet, in eine andere Sprache transkribiert, nämlich die von "RNA".
Darüber hinaus trägt dieser Prozess der RNA-Synthese durch die Arbeit der RNA-Polymerase den wissenschaftlichen Namen Transkription.
Eukaryontische Organismen wie der Mensch besitzen 3 verschiedene Klassen von RNA-Polymerase: RNA-Polymerase I, RNA-Polymerase II und RNA-Polymerase III.
Jede Klasse von RNA-Polymerase erzeugt bestimmte Arten von RNA, die, wie der Leser in den nächsten Kapiteln feststellen wird, unterschiedliche biologische Rollen im Kontext des zellulären Lebens haben.

SO FUNKTIONIERT DIE RNA-POLYMERASE

Eine "RNA-Polymerase ist in der Lage:

• Erkennen Sie auf der DNA die Stelle, von der aus die Transkription gestartet werden soll,
• An DNA binden,
• Trennen Sie die beiden Polynukleotidstränge der DNA (die durch Wasserstoffbrücken zwischen stickstoffhaltigen Basen zusammengehalten werden), um nur auf einen Strang einzuwirken, und
• Beginnen Sie mit der Synthese des RNA-Transkripts.

Jeder dieser Schritte findet immer dann statt, wenn eine "RNA-Polymerase im Begriff ist, den Transkriptionsprozess durchzuführen. Daher sind sie alle obligatorische Schritte."
RNA-Polymerase synthetisiert RNA-Moleküle in Richtung 5 "→ 3". Wenn sie Ribonukleotide an das entstehende RNA-Molekül anfügt, bewegt sie sich in Richtung 3 "→ 5" auf den DNA-Matrizenstrang.

MODIFIKATIONEN DES RNA-TRANSKRIPTS

Nach ihrer Transkription durchläuft die RNA einige Modifikationen, darunter: das Hinzufügen einiger Nukleotidsequenzen an beiden Enden, den Verlust der sogenannten Introns (ein Vorgang, der als bekannt ist). Spleißen) etc.
Daher weist die resultierende RNA im Vergleich zum ursprünglichen DNA-Segment einige Unterschiede in der Länge der Polynukleotidkette auf (sie ist im Allgemeinen kürzer).

Typen

Es gibt verschiedene Arten von RNA.
Die bekanntesten und am besten untersuchten sind: die "Transport-RNA (oder Transfer-RNA oder tRNA), die" Messenger-RNA (oder Messenger-RNA oder mRNA), die "ribosomale RNA (oder ribosomale RNA oder rRNA) und die kleine Kern-RNA (oder kleine nukleäre RNA oder snRNA).
Obwohl sie unterschiedliche spezifische Rollen spielen, tragen tRNA, mRNA, rRNA und snRNA alle zur Verwirklichung eines gemeinsamen Ziels bei: der Synthese von Proteinen, ausgehend von den in der DNA vorhandenen Nukleotidsequenzen.

RNA-Polymerase und RNA-Typen RNA-Polymerase I
rRNA RNA-Polymerase II mRNA und snRNA RNA-Polymerase III tRNA, eine besondere Art von rRNA und miRNAs

NOCH ANDERE ARTEN VON RNA

In den Zellen eukaryontischer Organismen fanden die Forscher neben den oben genannten 4 weitere RNA-Typen. Zum Beispiel:

• Die Mikro-RNAs (oder miRNAs), die Stränge mit einer Länge von etwas mehr als 20 Nukleotiden sind, z
• Die RNA, aus der Ribozyme bestehen Ribozyme sind RNA-Moleküle mit katalytischer Aktivität, wie Enzyme.

MiRNAs und Ribozyme sind ebenso wie tRNA, mRNA usw. am Proteinsyntheseprozess beteiligt.

Funktion

RNA stellt das biologische Makromolekül der Passage zwischen DNA und Proteinen dar, dh lange Biopolymere, deren molekulare Einheiten Aminosäuren sind.
RNA ist vergleichbar mit einem Wörterbuch der genetischen Information, da sie es ermöglicht, die Nukleotidsegmente der DNA (die dann die sogenannten Gene sind) in die Aminosäuren von Proteinen zu übersetzen.
Eine der häufigsten Beschreibungen der funktionellen Rolle, die "RNA" spielt, lautet: "RNA ist die "Nukleinsäure, die an der Kodierung, Dekodierung, Regulation und Expression von Genen beteiligt ist".
Die „RNA ist eines der drei Schlüsselelemente des sogenannten zentralen Dogmas der Molekularbiologie, das besagt:“ Aus der DNA leitet sich die „RNA ab, aus der wiederum Proteine ​​abgeleitet werden“ (DNA → RNA → Proteine).

TRANSKRIPTION UND ÜBERSETZUNG

Kurz gesagt ist die Transkription die Reihe von zellulären Reaktionen, die zur Bildung von RNA-Molekülen führen, beginnend mit DNA.
Translation hingegen ist die Gesamtheit zellulärer Prozesse, die mit der Produktion von Proteinen enden, ausgehend von den RNA-Molekülen, die während des Transkriptionsprozesses produziert werden.
Biologen und Genetiker haben den Begriff "Übersetzung" geprägt, weil wir von der Sprache der Nukleotide zur Sprache der Aminosäuren übergehen.

ARTEN UND FUNKTIONEN

Die Transkriptions- und Translationsprozesse sehen alle oben genannten RNA-Typen als Protagonisten (tRNA, mRNA, etc.):

• Eine mRNA ist ein RNA-Molekül, das für ein Protein kodiert. Mit anderen Worten, mRNAs sind die Proteine ​​vor dem Prozess der Umsetzung von Nukleotiden in die Aminosäuren von Proteinen.
  Die mRNAs unterliegen nach ihrer Transkription mehreren Modifikationen.
• TRNAs sind nicht-kodierende RNA-Moleküle, aber dennoch essentiell für die Bildung von Proteinen. Tatsächlich spielen sie eine Schlüsselrolle bei der Entschlüsselung dessen, was mRNA-Moleküle berichten.
  Der Name "Transport-RNA" leitet sich von der Tatsache ab, dass diese RNAs eine Aminosäure tragen. Genauer gesagt entspricht jede Aminosäure einer bestimmten tRNA.
  TRNAs interagieren mit mRNA über drei bestimmte Nukleotide in ihrer Sequenz.
• RRNAs sind die RNA-Moleküle, aus denen Ribosomen bestehen. Ribosomen sind komplexe zelluläre Strukturen, die entlang der mRNA die Aminosäuren eines Proteins zusammenführen.
  Ein generisches Ribosom enthält einige Stellen, an denen es die tRNAs beherbergen und sie mit der mRNA treffen kann.Hier interagieren die drei oben genannten Nukleotide mit der Boten-RNA.
• SnRNAs sind RNA-Moleküle, die am Prozess der Spleißen von Introns, die auf der mRNA vorhanden sind.Introns sind kurze Segmente nicht-kodierender mRNA, die für die Zwecke der Proteinsyntheseunbrauchbar sind.
• Ribozyme sind RNA-Moleküle, die bei Bedarf das Schneiden von Ribonukleotidsträngen katalysieren.

Abbildung: Translation der mRNA.