כְּלָלִיוּת
RNA, או חומצה ריבונוקלאית, היא חומצת הגרעין המעורבת בתהליכי קידוד, פענוח, ויסות והבעת גנים. גנים הם קטעים ארוכים יותר של DNA, המכילים את המידע הבסיסי לסינתזה של חלבונים.
איור: בסיסי חנקן במולקולת RNA. מתוך wikipedia.org
במילים פשוטות מאוד, RNA נובע מ- DNA ומייצג את מולקולת המעבר בין DNA לחלבונים. חלק מהחוקרים קוראים לזה "מילון לתרגום שפת ה- DNA לשפת החלבונים".
מולקולות RNA נובעות מהאיחוד, בשרשראות, של מספר משתנה של ריבונוקלאוטידים. קבוצת פוספטים, בסיס חנקני וסוכר 5-פחמן, הנקרא ריבוז, משתתפים ביצירת כל ריבונוקלאוטיד יחיד.
מהו ה- RNA?
RNA, או חומצה ריבונוקלאית, היא מקרומולקולה ביולוגית, השייכת לקטגוריית חומצות הגרעין, ממלאת תפקיד מרכזי בייצור חלבונים מה- DNA.
ייצור החלבונים (גם מקרומולקולות ביולוגיות) כולל סדרה של תהליכים סלולריים אשר נקראים יחד, סינתזת חלבון.
DNA, RNA וחלבונים חיוניים להבטחת הישרדות, התפתחות ותפקוד תקין של תאים של אורגניזמים חיים.
מהו DNA?
DNA, או חומצה deoxyribonucleic, היא חומצת הגרעין השנייה המתרחשת באופן טבעי, יחד עם RNA.
הדומה מבחינה מבנית לחומצה ריבונוקלאית, חומצה דהוקסיריבונוקלאית היא הפטרוניום הגנטי, כלומר "מאגר הגנים", המצוי בתאים של אורגניזמים חיים. היווצרות RNA ובעקיפין של חלבונים תלויה ב- DNA.
ההיסטוריה של ה- RNA
איור: ריבוז ודאוקסיריבוז
מחקר על RNA החל לאחר 1868, השנה שבה גילה פרידריך מישר חומצות גרעין.
התגליות המיובאות הראשונות בהקשר זה מתוארכות בין החלק השני של שנות ה -50 של המאה העשרים לחלק הראשון של שנות ה -60. בין המדענים שהשתתפו בתגליות אלה, ראוי לציין את הדברים הבאים: סוורו אוצ'ואה, אלכס ריץ ', דייוויד דייויס ורוברט הולי.
בשנת 1977, קבוצת חוקרים, בראשות פיליפ שארפ וריצ'רד רוברטס, פיענחו את התהליך של שחבור של האינטרונים.
בשנת 1980 זיהו תומס צ'ך וסידני אלטמן ריבוזימים.
* הערה: לדעת מה הם שחבור של אינטרונים וריבוזימים, עיין בפרקים המוקדשים לסינתזה של ה- ANN ולפונקציות.
מִבְנֶה
מנקודת מבט כימית-ביולוגית, RNA הוא ביו-פולימר. ביופולימרים הם מולקולות טבעיות גדולות, תוצאה של האיחוד, בשרשראות או בחוטים, של יחידות מולקולריות קטנות יותר, הנקראות מונומרים.
המונומרים המרכיבים את ה- RNA הם הנוקלאוטידים.
האן היא בדרך כלל שרשרת יחידה
מולקולות ה- RNA מורכבות בדרך כלל משרשראות בודדות של נוקלאוטידים (קווצות פולינוקלאוטידים).
אורכם של ה- RNAs הסלולר נע בין פחות ממאה ואף לכמה אלפי נוקלאוטידים.
מספר הנוקלאוטידים המרכיבים תלוי בתפקיד של המולקולה המדוברת.
השוואה עם DNA
שלא כמו RNA, DNA הוא ביופולימר המורכב בדרך כלל משני גדילים של נוקלאוטידים.
יחד לשני חוטי הפולינוקלאוטידים הללו יש כיוונים הפוכים, ועוטפים אחד את השני, יוצרים ספירלה כפולה המכונה "סליל כפול".
מולקולת DNA אנושית גנרית יכולה להכיל כ -3.3 מיליארד נוקלאוטידים לכל גדיל.
מבנה גנרי של נוקלאוטיד
בהגדרה, נוקלאוטידים הם היחידות המולקולריות המרכיבות את חומצות הגרעין RNA ו- DNA.
מבחינה מבנית, נוקלאוטיד גנרי נובע מאיחוד של שלושה יסודות, שהם:
- קבוצת פוספט, שהיא נגזרת של חומצה זרחתית;
- פנטוז, כלומר סוכר בעל 5 אטומי פחמן;
- בסיס חנקני, שהוא מולקולה הטרוציקלית ארומטית.
הפנטוז מייצג את האלמנט המרכזי של הנוקלאוטידים, כאשר קבוצת הפוספט והבסיס החנקני נקשרים אליו.
איור: יסודות המרכיבים נוקלאוטיד גנרי של חומצת גרעין. כפי שניתן לראות, קבוצת הפוספטים ובסיס החנקן נקשרים לסוכר.
הקשר הכימי שמחזיק את הפנטוז וקבוצת הפוספט יחד הוא קשר פוספודיאסטר, ואילו הקשר הכימי שקושר את הפנטוז והבסיס החנקני הוא קשר N- גליקוזידי.
מהי התמצית של RNA?
הַנָחַת יְסוֹד: כימאים חשבו למנות את הפחמנים המרכיבים את המולקולות האורגניות, באופן שיפשט את המחקר והתיאור שלהם. כאן, אם כן, ש -5 הפחמנים של הפנטוז הופכים: פחמן 1, פחמן 2, פחמן 3, פחמן 4 ופחמן 5. הקריטריון להקצאת המספרים הוא די מורכב, ולכן אנו רואים לנכון להשאיר את ההסבר בחסר.
סוכר 5 הפחמן, המייחד את מבנה הנוקלאוטיד של RNA, הוא ריבוז.
מתוך 5 אטומי הפחמן של ריבוז, הם ראויים לציון מיוחד:
- ה פחמן 1, כי זה מה שנקשר לבסיס החנקן, דרך קשר N- גליקוזידי.
- ה פחמן 2, כי זה מה שמבדיל את הפנטוז של נוקלאוטידים ה- RNA מהפנטוז של נוקלאוטידים ה- DNA. מחוברים ל -2 הפחמן של ה- RNA יש אטום חמצן ואטום מימן, שיוצרים יחד קבוצת הידרוקסיל OH.
- ה פחמן 3, כי הוא זה שמשתתף בקשר בין שני נוקלאוטידים רצופים.
- ה פחמן 5, כי זה מה שמצטרף לקבוצת הפוספטים, דרך קשר פוספודיאסטר.
בשל נוכחות ריבוז הסוכר, הנוקלאוטידים של ה- RNA מקבלים את השם הספציפי של ריבונוקליאוטידים.
השוואה עם DNA
הפנטוז המרכיב את נוקלאוטידים ה- DNA הוא deoxyribose.
Deoxyribose שונה מריבוזה על ידי חוסר אטומי חמצן על פחמן 2.
מכאן שהיא חסרה את קבוצת ההידרוקסיל OH המאפיינת את סוכר 5 הפחמן של RNA.
בשל נוכחותם של סוכר deoxyribose, נוקלאוטידים של DNA ידועים גם בשם deoxyribonucleotides.
סוגי נוקלאוטידים ובסיסי חנקן
ל- RNA יש 4 סוגים שונים של נוקלאוטידים.
להבחין בין 4 סוגי הנוקלאוטידים השונים זה רק הבסיס החנקני.
מסיבות ברורות, לפיכך, הבסיסים החנקניים של RNA הם 4, במיוחד: אדנין (מקוצר ל- A), גואנין (G), ציטוזין (C) ואורציל (U).
אדנין וגואנין שייכים למעמד הפורינים, תרכובות הטרוציקליות ארומטיות בעלות טבעות כפולות.
ציטוזין ואורציל, לעומת זאת, נכללים בקטגוריה של פירימידינים, תרכובות הטרוציקליות ארומטיות חד-טבעתיות.
השוואה עם DNA
הבסיסים החנקניים המייחדים את הנוקלאוטידים של ה- DNA זהים לאלה של RNA, למעט uracil. במקום ה- "c" האחרון נמצא בסיס חנקני הנקרא תימין (T), השייך לקטגוריית הפירימידינים.
קישור בין נוקלאוטידים
כל נוקלאוטיד היוצר כל גדיל RNA נקשר לנוקלאוטיד הבא באמצעות קשר פוספודיאסטר בין הפחמן 3 של הפנטוז שלו לבין קבוצת הפוספטים של הנוקלאוטיד העוקב מיד.
סיומה של מולקולה RNA
לכל גדיל פולינוקלאוטיד של RNA יש שני קצוות, המכונים קצה 5 "(קרא" סוף חמש פריים ") וסוף 3" (קרא "סוף שלוש פריים").
לפי מוסכמה, ביולוגים וגנטיקאים קבעו ש"קצה 5 "מייצג את ראש גדיל ה- RNA, בעוד ש"סוף 3" מייצג את זנבו.
מנקודת המבט הכימית, "קצה 5" עולה בקנה אחד עם קבוצת הפוספטים של הנוקלאוטיד הראשון של שרשרת הפולינוקלאוטיד, בעוד ש"קצה 3 "עולה בקנה אחד עם קבוצת ההידרוקסיל המונחת על פחמן 3 של הנוקלאוטיד האחרון של אותה שרשרת.
על בסיס ארגון זה מתוארים, בספרי הגנטיקה והביולוגיה המולקולרית, חוטי הפולינוקלאוטידים של כל חומצה גרעינית כדלקמן: P -5 "→ 3" -OH (* הערה: האות P מציינת את " אטום זרחן מקבוצת הפוספט).
החלת המושגים של קצה 5 "ו -3" על נוקלאוטיד יחיד, "קצה 5" של האחרון היא קבוצת הפוספט המחוברת לפחמן 5, ואילו קצה 3 "שלה הוא קבוצת ההידרוקסיל המחוברת לפחמן 3.
בשני המקרים, s "מזמין את הקורא לשים לב להישנות המספרית: סוף 5" - קבוצת פוספט על פחמן 5 וסוף 3 " - קבוצת הידרוקסיל על פחמן 3.
מקום
בתאים מגרעינים (כלומר גרעין) של יצור חי, ניתן למצוא מולקולות RNA הן בגרעין והן בציטופלזמה.
לוקליזציה רחבה זו תלויה בכך שחלק מהתהליכים הסלולריים, בעלי RNA כגיבור, ממוקמים בגרעין, בעוד שאחרים מתרחשים בציטופלזמה.
השוואה עם DNA
ה- DNA של אורגניזמים אוקריוטים (ולכן גם ה- DNA האנושי) ממוקם רק בתוך גרעין התא.
- RNA היא מולקולה ביולוגית קטנה יותר מ- DNA, המורכבת בדרך כלל מחוט אחד של נוקלאוטידים.
- הפנטוז המהווה את הנוקלאוטידים של חומצה ריבונוקלאית הוא ריבוז.
- נוקלאוטידים של RNA ידועים גם בשם ריבונוקלאוטידים.
- חומצה גרעינית RNA חולקת רק 3 מתוך 4 בסיסים חנקניים עם DNA. למעשה, במקום תימין, יש לו את אורציל הבסיס החנקני.
- RNA יכול להתגורר בתאים שונים של התא, מהגרעין ועד הציטופלזמה.
סִינתֶזָה
תהליך סינתזת ה- RNA מכיל כגיבורו אנזים תאיים (כלומר ממוקם בתוך התא), הנקרא RNA פולימראז (N.B: אנזים הוא חלבון).
פולימראז ה- RNA של תא משתמש ב- DNA, הנמצא בתוך הגרעין של אותו התא, כאילו היה תבנית, ליצירת ה- RNA.
במילים אחרות, זהו מעין מכונת צילום המתעתק את מה שה- DNA מדווח בשפה אחרת, שהיא זו של "RNA".
יתר על כן, תהליך זה של סינתזה של RNA, על ידי עבודתו של RNA פולימראז, לוקח את השם המדעי של שעתוק.
לאורגניזמים אוקריוטים, כגון בני אדם, יש 3 סוגים שונים של פולימראז RNA: פולימראז I, RNA פולימראז II ו- RNA פולימראז III.
כל סוג של פולימראז RNA יוצר סוגים מסוימים של RNA, שכפי שהקורא יוכל לברר בפרקים הבאים, יש להם תפקידים ביולוגיים שונים בהקשר של חיי הסלולר.
כיצד פועל פולימרזה ה- RNA
פולימראז "RNA מסוגל:
- זיהוי, על ה- DNA, האתר שממנו מתחילים את התעתיק,
- נקשר ל- DNA,
- הפרד בין שני גדילים ה- DNA של הפולינוקלאוטידים (המוחזקים יחד על ידי קשרי מימן בין בסיסים חנקניים), כדי לפעול רק על קווצה אחת, ו
- התחל סינתזה של תמליל ה- RNA.
כל אחד מהשלבים הללו מתרחש בכל פעם ש"פולימראז RNA עומד לבצע את תהליך השעתוק. לכן, הם כולם שלבי חובה ".
RNA פולימראז מסנתז מולקולות RNA בכיוון 5 "→ 3". כשהוא מוסיף ריבונוקלאוטידים למולקולת ה- RNA המתהווה, הוא נע אל גדיל ה- DNA התבנית בכיוון 3 "→ 5".
שינויים בתעתיק ה- RNA
לאחר התעתיק שלו, ה- RNA עובר כמה שינויים, כולל: הוספת כמה רצפים של נוקלאוטידים משני קצותיו, אובדן האינטרונים המכונים (תהליך המכונה שחבור) וכו.
לכן, בהשוואה לפלח ה- DNA המקורי, ל- RNA שהתקבל יש כמה הבדלים באורך שרשרת הפולינוקלאוטידים (בדרך כלל הוא קצר יותר).
סוגים
ישנם סוגים שונים של RNA.
הידועים והנחקרים הינם: "RNA התחבורה (או העברת RNA או tRNA)," ה- RNA שליח (או RNA שליח או mRNA), ה- "RNA ריבוזומלי (או RNA ריבוזומלי) ו- RNA הגרעיני הקטן (או RNA גרעיני קטן או snRNA).
למרות שהם ממלאים תפקידים ספציפיים שונים, tRNA, mRNA, rRNA ו- snRNA תורמים כולם למימוש מטרה משותפת: סינתזה של חלבונים, החל מרצפי הנוקלאוטיד הקיימים ב- DNA.
עדיין סוגים אחרים של RNA
בתאים של אורגניזמים אוקריוטים, החוקרים מצאו סוגים אחרים של RNA, בנוסף ל -4 שהוזכרו לעיל. לדוגמה:
- מיקרו RNAs (או miRNAs), שהם גדילים באורך של מעל 20 נוקלאוטידים, e
- ה- RNA המרכיב ריבוזימים. ריבוזימים הם מולקולות RNA בעלות פעילות קטליטי, כמו אנזימים.
מירנסים וריבוזימים משתתפים גם הם בתהליך סינתזת החלבון, ממש כמו tRNA, mRNA וכו '.
פוּנקצִיָה
RNA מייצג את המקרו -מולקולה הביולוגי בין DNA לחלבונים, כלומר ביו -פולימרים ארוכים שיחידותיהם המולקולריות הן חומצות אמינו.
RNA דומה למילון מידע גנטי, מכיוון שהוא מאפשר לתרגם את קטעי הנוקלאוטיד של ה- DNA (שהם אז הגנים) לחומצות האמינו של החלבונים.
אחד התיאורים השכיחים ביותר של התפקיד התפקודי, שממלא "RNA" הוא: "RNA הוא" חומצת הגרעין המעורבת בקידוד, פענוח, ויסות וביטוי של גנים ".
ה- "RNA הוא אחד משלושת המרכיבים המרכזיים של הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית, הקובעת:" מה- DNA נובע ה- "RNA, שממנו נגזרים חלבונים" (DNA → RNA → חלבונים).
תמלול ותרגום
בקצרה, שעתוק הוא סדרת התגובות התאיות המובילות להיווצרות מולקולות RNA, המתחילות ב- DNA.
תרגום, לעומת זאת, הוא מכלול התהליכים הסלולריים המסתיימים בייצור חלבונים, החל ממולקולות ה- RNA המיוצרות במהלך תהליך השעתוק.
ביולוגים וגנטיקאים טבעו את המונח "תרגום", מכיוון ששפת הנוקלאוטידים עוברים לשפה של חומצות אמינו.
סוגים ותפקודים
תהליכי התעתיק והתרגום רואים את כל סוגי ה- RNA הנ"ל כגיבורים (tRNA, mRNA וכו '):
- MRNA היא מולקולת RNA המקודדת לחלבון. במילים אחרות, mRNA הם החלבונים לפני תהליך תרגום הנוקלאוטידים לחומצות האמינו של החלבונים.
ה- mRNA עוברים מספר שינויים לאחר התעתיק שלהם. - TRNA הם מולקולות RNA שאינן מקודדות, אך עם זאת חיוניות ליצירת חלבונים. למעשה, הם ממלאים תפקיד מרכזי בפענוח מה שמדווחות מולקולות mRNA.
השם "RNA תובלה" נובע מהעובדה שרנ"א אלה נושאים עליהם חומצת אמינו. ליתר דיוק, כל חומצת אמינו מתאימה ל- tRNA ספציפי.
TRNAs מתקשרים עם mRNA דרך שלושה נוקלאוטידים מסוימים ברצף שלהם. - RRNA הם מולקולות ה- RNA המרכיבות ריבוזומים. ריבוזומים הם מבנים סלולריים מורכבים אשר נעים לאורך ה- mRNA, מפגישים את חומצות האמינו של חלבון.
ריבוזום גנרי מכיל בתוכו כמה אתרים שבהם הוא מסוגל לאכסן את ה- tRNA ולגרום להם להיפגש עם ה- mRNA. - SnRNA הם מולקולות RNA שמשתתפות בתהליך של שחבור של אינטרונים הנמצאים ב- mRNA. אינטרונים הם חלקים קצרים של mRNA שאינו מקודד, חסר תועלת למטרות סינתזת חלבונים.
- ריבוזימים הם מולקולות RNA המזרזות את חיתוך חוטי ריבונוקליאוטידים, במידת הצורך.
איור: תרגום ה- mRNA.
