Tipi di RNA, funzione e struttura

25/02/2019

Diversi tipi di DNA e RNA - acidi nucleici - è uno degli oggetti di studio della biologia molecolare. Uno degli ambiti più promettenti e in rapido sviluppo di questa scienza negli ultimi anni è stato lo studio dell'RNA.

Brevemente sulla struttura dell'RNA

Quindi, l'RNA, acido ribonucleico, è un biopolimero la cui molecola è una catena formata da quattro tipi di nucleotidi. Ogni nucleotide, a sua volta, è costituito da una base azotata (adenina A, guanina G, uracile U o citosina C) in combinazione con zucchero ribosio e il resto dell'acido fosforico. Residui di fosfato, che si collegano con le ribosio dei nucleotidi vicini, "cuciono" i blocchi costitutivi dell'RNA in una macromolecola - il polinucleotide. Questo costituisce la struttura primaria dell'RNA.

Struttura chimica dell'RNA

La struttura secondaria - la formazione di una doppia catena - è formata in alcune parti della molecola secondo il principio di complementarità delle basi azotate: l'adenina forma una coppia con uracile attraverso un doppio e guanina con citosina - un legame triplo idrogeno.

Nella forma di lavoro, la molecola di RNA forma anche una struttura terziaria - una speciale struttura spaziale, conformazione.

Sintesi dell'RNA

Tutti i tipi di RNA sono sintetizzati usando l'enzima RNA polimerasi. Può essere dipendente dal DNA e dall'RNA, cioè catalizzare la sintesi di DNA e RNA.

La sintesi si basa sulla complementarietà delle basi e l'antiparallelismo della direzione di leggere il codice genetico e procede in più fasi.

Innanzitutto, si verifica il riconoscimento e il legame della RNA polimerasi a una specifica sequenza nucleotidica sul promotore del DNA, dopo di che la doppia elica del DNA si svolge in una piccola area e l'assemblaggio della molecola di RNA inizia su una delle catene, chiamato modello (l'altra catena del DNA si chiama codifica - la sua copia è sintetizzata RNA). L'asimmetria del promotore determina quale dei filamenti di DNA servirà come modello e quindi consente all'RNA polimerasi di iniziare la sintesi nella giusta direzione.

Il prossimo passo è chiamato allungamento. Il complesso trascrizionale, compresa la RNA polimerasi e la regione sciolta con l'ibrido DNA-RNA, inizia a muoversi. Mentre questo movimento progredisce, la catena di RNA in espansione viene gradualmente separata, e la doppia elica del DNA si svolge di fronte al complesso e viene ripristinata dietro di esso.

Schema di sintesi dell'RNA

Lo stadio finale della sintesi si verifica quando la RNA polimerasi raggiunge una porzione speciale del modello, chiamata terminatore. La fine (fine) del processo può essere raggiunta in vari modi.

I principali tipi di RNA e la loro funzione nella cellula

Sono come segue:

  • Matrix o informativo (mRNA). Attraverso la sua trascrizione viene effettuata - il trasferimento di informazioni genetiche dal DNA.
  • Ribosomiale (rRNA), fornendo il processo di traduzione - sintesi proteica su matrice di mRNA.
  • Trasporto (tRNA). Riconosce e trasporta l'amminoacido al ribosoma, dove avviene la sintesi proteica, e partecipa anche alla traduzione.
  • Il piccolo RNA è una vasta classe di molecole a breve lunghezza che svolgono varie funzioni durante i processi di trascrizione, maturazione dell'RNA e traduzione.
  • Genomi dell'RNA - sequenze codificanti che contengono informazioni genetiche in alcuni virus e viroidi.

Negli anni '80 fu scoperta l'attività catalitica dell'RNA. Le molecole che possiedono questa proprietà sono chiamate ribozimi. Naturalmente, non sono noti molti ribozimi naturali, la loro capacità catalitica è inferiore a quella delle proteine, ma nella cellula svolgono funzioni estremamente importanti. Attualmente, è in corso un lavoro di successo sulla sintesi dei ribozimi, che sono di importanza pratica.

Soffermiamoci su vari tipi di molecole di RNA.

Matrice (informativa) RNA

Questa molecola viene sintetizzata sulla porzione del DNA disfatta, copiando così il gene che codifica l'una o l'altra proteina.

L'RNA delle cellule eucariotiche, prima di diventare, a sua volta, una matrice per la sintesi proteica, deve maturare, cioè passare attraverso un complesso di varie modifiche: l'elaborazione.

Prima di tutto, nella fase di trascrizione, la molecola subisce il capping: una struttura speciale costituita da uno o più nucleotidi modificati, il cappuccio, è attaccata alla sua estremità. Svolge un ruolo importante in molti processi successivi e aumenta la stabilità dell'mRNA. La cosiddetta coda poli (A) - una sequenza di nucleotidi adenina si unisce l'altra estremità della trascrizione primaria.

Successivamente, il pre-mRNA è giuntato. Questa è la rimozione dalla molecola delle regioni non codificanti - gli introni, che sono molti nel DNA degli eucarioti. Successivamente, ha luogo una procedura di editing di mRNA, in cui la sua composizione è chimicamente modificata, così come la metilazione, dopo di che l'mRNA maturo lascia il nucleo della cellula.

Struttura generale dell'mRNA maturo

RNA ribosomiale

La base del ribosoma, un complesso che fornisce la sintesi proteica, consiste di due lunghi rRNA che formano le subunità del ribosoma. Sono sintetizzati insieme come un pre-rRNA, che viene poi diviso durante l'elaborazione. Una grande sottoparticella comprende anche rRNA a basso peso molecolare sintetizzato da un singolo gene. Gli RNA ribosomali hanno una struttura terziaria compatta, che funge da struttura per le proteine ​​presenti nel ribosoma e svolge funzioni ausiliarie.

Nella fase non lavorativa, le subunità ribosomiali sono separate; All'inizio del processo traslazionale, l'RRNA della piccola subunità si combina con l'RNA messaggero, dopodiché avviene la completa integrazione degli elementi del ribosoma. Quando l'RNA interagisce con una piccola subunità con l'mRNA, quest'ultima viene trascinata attraverso il ribosoma (che è equivalente al movimento del ribosoma lungo l'mRNA). L'RNA ribosomiale di una grande subunità è un ribozima, cioè ha proprietà enzimatiche. Catalizza la formazione di legami peptidici tra gli aminoacidi durante la sintesi proteica.

Proteine ​​ribosomali e RNA ribosomiale

Va notato che la maggior parte dell'RNA totale nella cellula è rappresentata dal ribosomiale - 70-80%. Il DNA ha un gran numero di geni che codificano l'RRNA, che fornisce una trascrizione molto intensa.

Trasporto RNA

Questa molecola è riconosciuta da un amminoacido specifico con l'aiuto di un enzima speciale e, quando combinato con esso, trasporta l'amminoacido al ribosoma, dove funge da intermediario nel processo di traduzione - sintesi proteica. Il trasferimento viene effettuato per diffusione nel citoplasma della cellula.

Vengono elaborate molecole di tRNA appena sintetizzate, così come altri tipi di RNA. Il tRNA maturo in forma attiva ha una conformazione che ricorda una foglia di trifoglio. Sul gambo fogliare, il sito accettore, è una sequenza CCA con un gruppo ossidrile che si lega all'amminoacido. All'estremità opposta della "foglia" c'è un ciclo di anticodone che si collega al codone complementare per l'mRNA. L'anello a D serve a legare l'RNA di trasporto con l'enzima quando interagisce con un amminoacido e un anello a T per legarsi a una grande sottoparte del ribosoma.

Struttura e funzione del tRNA

Piccolo RNA

Questi tipi di RNA svolgono un ruolo importante nei processi cellulari e sono ora attivamente studiati.

Ad esempio, piccoli RNA nucleari in cellule eucariotiche sono coinvolti nello splicing di mRNA e possibilmente hanno proprietà catalitiche insieme alle proteine ​​spliceos. RNA di piccoli nucleolici sono coinvolti nell'elaborazione dell'RNA ribosomale e di trasporto.

I piccoli interferenti e i miRNA sono elementi essenziali del sistema di regolazione dell'espressione genica, necessario affinché la cellula possa controllare la propria struttura e l'attività vitale. Questo sistema è una parte importante della risposta immunitaria antivirale della cellula.

Esiste anche una classe di piccoli RNA che funzionano in combinazione con le proteine ​​di Piwi. Questi complessi svolgono un ruolo enorme nello sviluppo delle cellule germinali, nella spermatogenesi e nella soppressione degli elementi genetici mobili.

Genoma dell'RNA

Una molecola di RNA può essere usata come genoma dalla maggior parte dei virus. I genomi virali sono diversi: a singolo e doppio filamento, circolari o lineari. Inoltre, i genomi di RNA dei virus sono spesso segmentati e generalmente più corti dei genomi contenenti DNA.

Esiste una famiglia di virus le cui informazioni genetiche, codificate in RNA, dopo l'infezione di una cellula mediante trascrizione inversa, sono copiate sul DNA, che viene quindi inserito nel genoma della cellula della vittima. Questi sono chiamati retrovirus. Questi includono, in particolare, il virus dell'immunodeficienza umana.

Opzione di confezionamento dell'RNA virale

Il valore della ricerca dell'RNA nella scienza moderna

Se prevaleva l'opinione sul ruolo secondario dell'RNA, ora è chiaro che è un elemento necessario ed essenziale dell'attività intracellulare. Molti processi di fondamentale importanza non sono completi senza la partecipazione attiva dell'RNA. I meccanismi di tali processi sono rimasti a lungo sconosciuti, ma grazie allo studio di vari tipi di RNA e delle loro funzioni, molti dettagli vengono gradualmente chiariti.

È possibile che l'RNA abbia avuto un ruolo decisivo nell'emergere e nella formazione della vita agli albori della storia della Terra. I risultati di studi recenti parlano a favore di questa ipotesi, testimoniando la straordinaria antichità di molti meccanismi del funzionamento cellulare con la partecipazione di vari tipi di RNA. Ad esempio, i riboswitches scoperti di recente come parte dell'mRNA (un sistema di regolazione libera da proteine ​​dell'attività genica allo stadio di trascrizione), secondo molti ricercatori, sono echi dell'era in cui la vita primitiva era basata sull'RNA, senza la partecipazione di DNA e proteine. Anche i componenti molto antichi del sistema di regolazione sono i miRNA. Le peculiarità della struttura di rRNA cataliticamente attivo indicano la sua evoluzione graduale associando nuovi frammenti all'antico protoribosoma.

Uno studio attento di quali tipi di RNA e di come sono coinvolti in vari processi è anche estremamente importante per i campi della medicina teorica e applicata.