Funzioni, struttura e tipi di arn

Lui RNA o RNA (acido ribonucleico) è un tipo di acido nucleico presente negli organismi eucariotici, prokaryot e virus. È un polimero nucleotidico che contiene quattro tipi di basi di azoto nella sua struttura: adenina, guanina, citosina e uracile.

L'RNA si trova generalmente come una singola banda (tranne in alcuni virus), in lineare o formando una serie di strutture complesse. In effetti, l'RNA ha un dinamismo strutturale che non si osserva nella doppia elica del DNA. I diversi tipi di RNA hanno funzioni molto varie.

Gli RNA ribosomiali fanno parte dei ribosomi, le strutture responsabili della sintesi proteica nelle cellule. L'RNA messenger funzioni come intermediari e trasporta informazioni genetiche al ribosoma, che traduce il messaggio da una sequenza nucleotidica in un aminoacido.

Gli RNA di trasferimento sono responsabili dell'attivazione e del trasferimento dei diversi tipi di aminoacidi -20 in totali a ribosomi. C'è una molecola di RNA di trasferimento per ogni aminoacido che riconosce la sequenza nell'RNA di messaggero.  

Inoltre, ci sono altri tipi di RNA che non sono direttamente coinvolti nella sintesi proteica e partecipano alla regolazione genica.

Struttura

Le unità fondamentali dell'RNA sono nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da una base di azoto (adenina, guanina, citosina e uracile), un gruppo di pentosio e fosfato.

Nucleotidi

Le basi azotate derivano da due composti fondamentali: pirimidine e purine.

Le basi derivate dalle purine sono adenina e guanina e le basi derivate da pirimidine sono citosina e uracile. Sebbene queste siano le basi più comuni, gli acidi nucleici possono anche presentare altri tipi di basi che sono meno frequenti.

Per quanto riguarda il pentosio, sono unità D-ribyan. Pertanto, i nucleotidi che compongono l'RNA sono chiamati "ribonucleotidi".

Catena RNA

I nucleotidi sono uniti da legami chimici che coinvolgono il gruppo fosfato. Per formarli, il gruppo fosfato a 5 'di un nucleotide è collegato al gruppo idrossilico (-OH) all'estremità 3' del seguente nucleotide, creando così un collegamento di tipo fosfodiestro.

Durante la catena di acido nucleico, i legami fosfodiesterici hanno lo stesso orientamento. Pertanto, esiste una polarità del filo, che distingue tra 3 'e la fine 5'.

Per convenzione, la struttura degli acidi nucleici è rappresentata con la fine 5 'a sinistra e il 3' destra.

Il prodotto RNA della trascrizione del DNA è una semplice catena di bande che si trasforma a destra, in una conformazione elicoidale a causa dello stacking delle basi. L'interazione tra le purine è molto maggiore dell'interazione tra due pirimidine, a causa delle dimensioni della stessa.

In RNA non puoi parlare di una struttura secondaria tradizionale e di riferimento, come il doppio elica del DNA. La struttura tridimensionale di ciascuna molecola di RNA è unica e complessa, paragonabile a quella delle proteine ​​(logicamente, non possiamo globalizzare la struttura delle proteine).

Forze che stabilizzano l'RNA

Ci sono interazioni deboli che contribuiscono alla stabilizzazione dell'RNA, in particolare allo stacking delle basi, dove gli anelli si trovano l'uno sull'altro. Questo fenomeno contribuisce anche alla stabilità dell'elica del DNA.

Se la molecola RNA trova una sequenza complementare, può essere accoppiata e formare una struttura a doppia catena che si trasforma a destra. La forma predominante è di tipo A; Per quanto riguarda le forme Z, hanno evidenziato solo in laboratorio, mentre la forma B non è stata osservata.

Ci sono sequenze generalmente brevi (come l'UAGG) che si trovano alla fine dell'RNA e hanno la peculiarità della formazione Loop stabile. Questa sequenza partecipa alla piegatura della struttura tridimensionale dell'RNA.

Inoltre, i ponti idrogeno possono essere formati in altri luoghi che non sono l'accoppiamento di base tipico (AU e CG). Una di queste interazioni si verifica tra il 2'-oh della ribosa con altri gruppi.

Chiarire le varie strutture riscontrate nell'RNA sono servite a dimostrare le molteplici funzioni di questo acido nucleico.

Tipi e funzioni di RNA

Esistono due tipi di RNA: informativo e funzionale. Gli RNA che partecipano alla sintesi della proteina appartengono al primo gruppo e funzionano come intermediari del processo; Gli RNA informativi sono messaggeri RNA.

Al contrario, gli RNA appartenenti alla seconda classe, quelli funzionali, non danno origine a una nuova molecola proteica e l'RNA stesso è il prodotto finale. Questi sono gli RNA di trasferimento e gli RNA ribosomiali.

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Nelle cellule dei mammiferi, l'80 % dell'RNA è RNA ribosomiale, il 15 % è un RNA di trasferimento e solo una piccola porzione corrisponde all'RNA messaggero. Questi tre tipi lavorano in modo cooperativo per raggiungere la biosintesi proteica.

Ci sono anche piccoli RNA nucleari, piccoli RNA citoplasmatici e microarn, tra gli altri. Ciascuno dei tipi più importanti sarà descritto in dettaglio:

RNA Messenger

Negli eucarioti, il DNA è limitato nel nucleo, mentre la sintesi proteica si verifica nel citoplasma cellulare, dove si trovano ribosomi. Per questa separazione spaziale ci deve essere un mediatore che trasporta il messaggio dal nucleo al citoplasma e che la molecola è l'RNA messaggero.

L'RNA Messenger, abbreviato RNM, è una molecola intermedia che contiene le informazioni codificate nel DNA e specifica una sequenza di aminoacidi che darà origine a una proteina funzionale.

Il termine RNA messaggero fu proposto nel 1961 da François Jacob e Jacques Monod per descrivere la porzione di RNA che trasmetteva il messaggio dal DNA ai ribosomi.

Il processo di sintesi di un RNM dal filamento di DNA è noto come trascrizione e si verifica in modo differenziato tra procarioti ed eucarioti. 

L'espressione genica è governata da diversi fattori e dipende dalle esigenze di ogni cellula. La trascrizione è divisa in tre fasi: iniziazione, allungamento e terminazione.

Trascrizione

Il processo di replicazione del DNA, che si verifica in ciascuna divisione cellulare, copia l'intero cromosoma. Tuttavia, il processo di trascrizione è molto più selettivo, si occupa solo dell'elaborazione di segmenti specifici del filamento di DNA e non richiede un primer.

In Escherichia coli -I batteri meglio studiati nelle scienze biologiche- la trascrizione inizia con il nonno. L'enzima RNA polimerasi è responsabile della sintesi dell'RNA e, mentre la trascrizione continua, il filamento del DNA ritorna nella sua forma originale.

Iniziazione, allungamento e risoluzione

La trascrizione non è iniziata in siti casuali nella molecola di DNA; Ci sono siti specializzati per questo fenomeno, chiamato promotori. In E. coli L'RNA polimerasi è accoppiata con coppie di basi sopra la regione bianca.

Le sequenze in cui sono accoppiati i fattori di trascrizione sono abbastanza conservate tra specie diverse. Una delle sequenze di promozione più conosciute è la scatola Tata.

Nell'allungamento, l'enzima RNA polimerasi aggiunge nuovi nucleotidi all'estremità 3'-OH, seguendo l'indirizzo da 5 "a 3". Il gruppo idrossilico funge da nucleofilo, attaccando l'alfa fosfato del nucleotide che verrà aggiunto. Questa reazione rilascia un pirofosfato.

Solo uno dei fili del DNA viene utilizzato per sintetizzare l'RNA Messenger, che viene copiato nell'indirizzo da 3 'a 5' (la forma antiparallela della nuova catena di RNA). Il nucleotide che verrà aggiunto deve essere conforme all'accoppiamento di base: u non vede l'ora e g con c.

L'RNA polimerasi interrompe il processo quando trova ricche regioni in citosina e guanina. Infine, la nuova molecola di RNA Messenger è separata dal complesso.

Trascrizione in procarioti

Nei procarioti, una molecola di RNA messaggero può codificare per più di una proteina.

Quando un RNM codifica esclusivamente per una proteina o un polipeptide, si chiama mRNA monocystronico, ma se codifica per più di un prodotto proteico, l'ARNM è in polystonico (si noti che il termine Cistron si riferisce al gene).

Trascrizione negli eucarioti

Negli organismi eucariotici, la stragrande maggioranza degli RNA è monocystronica e i macchinari trascrizionali è molto più complesso è questo lignaggio di organismi. Sono caratterizzati da tre RNA di polimerasi, indicati I, II e III, ciascuno con funzioni specifiche.

L'i è responsabile della sintesi di pre-arnr, ii sintetizza gli RNA di messaggistica e alcuni RNA speciali. Infine, III è responsabile degli RNA di trasferimento, del ribosomiale 5S e di altri piccoli RNA.

Messenger RNA in eucarioti

L'RNA Messenger subisce una serie di modifiche specifiche negli eucarioti. Il primo prevede l'aggiunta di un "Caperuza" all'Extreme 5 '. Chimicamente, Capeeruza è un residuo 7-metilguanine ancorata alla fine da un collegamento di tipo 5, 5 "-trifosfato.

La funzione di quest'area è di proteggere l'RNA dalla possibile degradazione da parte delle ribonucleasi (enzimi che degradano l'RNA in componenti più piccoli).

Inoltre, si verifica la rimozione dell'estremità 3 'e i rifiuti di adenina vengono aggiunti da 80 a 250. Questa struttura è nota come "coda" e funge da zona sindacale per diverse proteine. Quando un procarioti acquisisce una coda di Polia tende a stimolarne il degrado.

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D'altra parte, questo messaggero è trascritto con gli introni. Gli introni sono sequenze di DNA che non fanno parte del gene ma che "interrompe" ha detto sequenza. Gli introni non si traducono e quindi devono essere eliminati dal messaggero.

La maggior parte dei geni vertebrati ha introni, ad eccezione dei geni che codificano per gli istoni. Allo stesso modo, il numero di introni in un gene può variare da poche a dozzine.

Giunzione di RNA

La sPinging di RNA o processo di taglio e giunzione consiste nell'eliminazione degli introni nell'RNA messaggero.

Alcuni introni trovati nei geni nucleari o mitocondriali possono eseguire il processo di Giunzione Senza enzima o aiuto ATP. Invece, il processo viene effettuato mediante reazioni di transcessterificazione. Questo meccanismo è stato scoperto nel protozoo ciliato Tetrahymena thermophila.

Al contrario, esiste un altro gruppo di messaggeri che non sono in grado di mediare i propri Giunzione, Quindi hanno bisogno di macchinari aggiuntivi. Questo gruppo appartiene un numero abbastanza elevato di geni nucleari.

Il processo di Giunzione È mediato da un complesso proteico chiamato esplicito o complesso di taglio e articolazione. Il sistema è costituito da complessi di RNA specializzati chiamati ribonucleoproteine ​​piccoli nucleari (RNP).

Esistono cinque tipi di RNP: U1, U2, U4, U5 e U6, che sono nel nucleo e mediano il processo di Giunzione.

Lui Giunzione può produrre più di un tipo di proteina: questo è noto come Giunzione Alternativa-, poiché gli esoni sono fissati in modo differenziato, creando varietà di messaggeri ARN.

RNA ribosomiale

L'RNA ribosomiale, abbreviato RNR, si trova nei ribosomi e partecipa alla biosintesi proteica. Pertanto, è una componente essenziale di tutte le cellule.

L'RNA ribosomiale è associato a molecole proteiche (circa 100,. Sono classificati in base al loro coefficiente di sedimentazione, indicato dalle lettera s delle unità Svedberg.

Un ribosoma è costituito da due parti: la subunità principale e la subunità minore. Entrambe le subunità differiscono tra procarioti ed eucarioti in termini di coefficiente di sedimentazione.

I procarioti hanno una grande subunità anni '50 e una piccola 30s.

I geni che codificano per gli RNA ribosomiali sono nel nucleolo, una particolare area del nucleo che non è membrana. Gli RNA ribosomiali sono trascritti in questa regione da RNA polimerasi I.

Nelle cellule che sintetizzano grandi quantità di proteine; Il nucleolo è una struttura di spicco. Tuttavia, quando la cellula in questione non richiede un numero elevato di prodotti proteici, il nucleolo è una struttura quasi impercettibile.

Elaborazione dell'RNA ribosomiale

La grande subunità ribosomiale 60S è associata a frammenti 28 e 5.8s. Per quanto riguarda la piccola subunità (40s), è associato a 18s.

Negli eucarioti superiori, il pre-arnr è codificato in un'unità trascrizionale 45S, che coinvolge l'RNA polimerasi I. Questa trascrizione viene elaborata in nervature ribosomiali mature 28s, 18 e 5.8s.

Continuando la sintesi, la pre-arnr è associata a diverse proteine ​​e forma particelle di ribonucleoproteine. Ciò subisce una serie di successive modifiche che includono la metilazione del gruppo 2'-OH del ribosio e la conversione dei rifiuti di uridina in pseudouridina.

La regione in cui si verificheranno questi cambiamenti sono controllate da oltre 150 molecole di piccoli RNA nucleolari, che hanno la capacità di unirsi al pre-arnr.

Contrariamente al resto del pre-arnr, il 5S è trascritto dall'RNA polimerasi III nel nucleoplasma e non all'interno del nucleolo. Dopo essere stato sintetizzato, viene portato al nucleolo per assemblare con i 28 e 5.8s, formando così unità ribosomiali.

Alla fine del processo di assemblaggio, le subunità vengono trasferite al citoplasma dai pori nucleari.

Poliribosomi

Può succedere che una molecola di RNA messenger dà origine a diverse proteine ​​allo stesso tempo, unendo più di un ribosoma. Man mano che il processo di traduzione avanza, la fine del messaggero è libera e può essere catturata da un altro ribosoma, avviando una nuova sintesi.

Pertanto, è comune trovare i ribosomi raggruppati (tra 3 e 10) in una singola molecola di RNA a messaggero e questo gruppo è chiamato poliribosoma.

Trasferisci l'RNA

Il trasferimento dell'RNA è responsabile del trasferimento di aminoacidi man mano che il processo di sintesi proteica avanza. Sono composti da circa 80 nucleotidi (confrontati con l'RNA messaggero, è una molecola "piccola").

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La struttura ha pieghe e croci che ricorda un trifoglio con tre braccia. Ad un'estremità, si trova un anello di adenil, dove il gruppo idrossilico del media ribosa l'unione con l'amminoacido da trasportare.

I diversi RNA di trasferimento sono combinati esclusivamente con uno dei venti aminoacidi che formano le proteine; In altre parole, è il veicolo che trasporta i blocchi fondamentali delle proteine. Il complesso RNA di trasferimento insieme all'amminoacido è chiamato ammininoacil-arnt.

Inoltre, nel processo di traduzione - che si verifica grazie ai ribosomi - ogni RNA di trasferimento riconosce un codone specifico nell'RNA Messenger. Quando lo riconosce, l'amminoacido corrispondente viene rilasciato e diventa parte del peptide sintetizzato.

Per riconoscere il tipo di aminoacido che deve essere consegnato, l'RNA ha un "anticodone" situato nella regione centrale della molecola. Questo anticodone è in grado di formare legami idrogeno con le basi complementari presenti nel DNA del messaggero.

Microarn

I microarn o RNAn sono un tipo a catena singola, tra 21 e 23 nucleotidi, la cui funzione è regolare l'espressione dei geni. Poiché la proteina non viene tradotta, di solito è chiamato RNA non codificante.

Come gli altri tipi di RNA, l'elaborazione microarn è complessa e coinvolge una serie di proteine.

Il microarn deriva da precursori più lunghi chiamati rnemi-pr, derivati ​​dalla prima trascrizione del gene. Nel nucleo della cellula, questi precursori vengono modificati nel complesso del microprocessore e il risultato è un pre-arnmi.

I pre-arnmi sono 70 forcelle nucleotidiche che continuano la loro elaborazione nel citoplasma da un enzima chiamato Dicer, che assembla il complesso di silenzio indotto dall'RNA (RISC) e infine l'RNAMI è sintetizzato.

Questi RNA sono in grado di regolare l'espressione genica, poiché sono complementari a specifici messaggeri RNA. Quando si attaccano al loro obiettivo, l'RNEM è in grado di reprimere il messaggero o addirittura degraderlo. Di conseguenza, il ribosoma non può tradurre detto trascritto.

Silenziare l'RNA

Un particolare tipo di microarn è un piccolo RNA di interferenza (ARNSI), chiamato anche silenziamento dell'RNA. Sono corti RNA, tra 20 e 25 nucleotidi, che ostacolano l'espressione di alcuni geni.

Sono strumenti molto promettenti per la ricerca, poiché consentono di mettere a tacere un gene di interesse e quindi studiare la loro possibile funzione.

Differenze tra DNA e RNA

Sebbene il DNA e l'RNA siano acidi nucleici e possano apparire molto simili alla prima vista, differiscono in molte delle loro proprietà chimiche e strutturali. Il DNA è una molecola a doppia banda, mentre l'RNA è una banda semplice.

Pertanto, l'RNA è una molecola più versatile e può adottare un'ampia varietà di forme tridimensionali. Tuttavia, alcuni virus hanno una doppia banda nel loro materiale genetico.

Nei nucleotidi dell'RNA la molecola di zucchero è un ribosio, mentre nel DNA è un desossiribosio, che differisce solo in presenza di un atomo di ossigeno.

Il legame fosfodiestro nello scheletro del DNA e l'RNA è soggetto a un lento processo di idrolisi e senza la presenza di enzimi. In condizioni di alcalinità, l'RNA viene rapidamente idrolizzato, grazie al gruppo idrossile extra -mentre il DNA non lo fa.

Allo stesso modo, le basi di azoto che compongono i nucleotidi nel DNA sono guanina, adenina, timina e citosina; D'altra parte, nell'RNA, Timina è sostituita da Uracile. Uracile può accoppiarsi con adenina, proprio come Timina nel DNA.

Origine ed evoluzione

L'RNA è l'unica molecola nota in grado di conservare le informazioni e catalizzare le reazioni chimiche allo stesso tempo; Pertanto, diversi autori propongono che la molecola di RNA fosse cruciale nell'origine della vita. Sorprendentemente, i substrati ribosomi sono altre molecole di RNA.

La scoperta dei ribzimi ha portato alla ridefinizione biochimica di "enzima", poiché prima del termine veniva utilizzato esclusivamente per le proteine ​​con attività catalitica -e ha contribuito a sostenere uno scenario in cui i primi modi di vita sono usati solo come materiale genetico RNA.

Riferimenti

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