Kas ir RNS (ribonukleīnskābe): definīcija, struktūra un funkcijas

Uzzini visu par RNS — ribonukleīnskābes definīciju, struktūru, bāzēm (A,G,C,U), ribozi un lomu šūnu procesos un vīrusu genomā.

RNS ir akronīms ribonukleīnskābei - nukleīnskābei. Šobrīd ir zināmi daudzi dažādi tās veidi, un tā ir būtiska molekula gandrīz visās dzīvajās šūnās un daudzos vīrusu veidos.

RNS fiziski atšķiras no DNS: DNS satur divas savstarpēji savītas virtenes, bet RNS parasti sastāv no vienas virtenes. RNS arī izmanto nedaudz citus bāzu tipus un cukura komponenti atšķiras, kas ietekmē tās ķīmisko īpašību un funkciju šūnās.

Bāzes, kas veido RNS:

(A) Adenīns

(G) Guanīns

(C) citozīns

(U) Uracils

Adenīns veido saites ar uracilu, bet guanīns - ar citozīnu. Tādējādi sakām, ka adenīns ir komplementārs uracilam un guanīns ir komplementārs citozīnam. Pirmās trīs bāzes ir atrodamas arī DNS, bet uracils aizstāj timīnu kā adenīna papildinājums. RNS bāzu pāri parasti veido divas (A–U) vai trīs (G–C) ūdeņraža saites, kas nosaka lokālas dubultvirzienu sadaļas un sekundāro struktūru.

Struktūra un ķīmiskās īpašības

RNS nukleotīdi sastāv no slāpekļa bāzes, fosfātgrupas un ribozi cukura. Atšķirībā no DNS, kur cukurs ir deoksiribozi, kas RNS ribozes molekulai pievienota hidroksilgrupa pie 2' oglekļa (2'‑OH). Šī 2'‑OH grupa padara RNS ķīmiski reaģētspējīgāku un mazāk stabilu nekā DNS — tā var vieglāk hidrolizēties un ir pakļauta RNāzēm (enzīmiem, kas noārdā RNS).

Lai gan RNS bieži tiek attēlota kā vienvirziena ķēde, tā viegli veido lokālas dubultošanās zonas, cilpas un matu spraugas (hairpins), kas ir svarīgas molekulas trešējās struktūras izveidē un funkcijām (piemēram, ribozīmu katalītiskajām vietām).

Galvenās funkcijas

• mRNS (messenger RNA) — pārnēsā ģenētisko informāciju no DNS uz ribosomām, kur notiek proteīnu sintēze (translācija).
• tRNS (transfer RNA) — atpazīst kodonus mRNS un piegādā pareizos aminoskābju atlikumus pieaugošajam peptīdam.
• rRNS (ribosomālā RNA) — strukturāla un katalītiska loma ribosomās; rRNS veido ribosomu kodolu un palīdz peptīdu saišu veidošanā.
• Regulatoriskā RNS — īsas sekvences kā miRNA un siRNA regulē gēnu ekspresiju, inhibējot mRNS vai ietekmējot tās stabilitāti; arī ilgākas ne-kodējošās RNS (lncRNA) pilda dažādas šūnas regulācijas funkcijas.
• Ribozīmi — RNS molekulas ar katalītiskām spējām, kas var veicināt ķīmiskas reakcijas (piem., intronu izgriešana splicingā).
• Vīrusu ģenētiskais materiāls — daudzi vīrusi izmanto RNS kā savu genoma materiālu; īpaši retrovīrusi (piem., HIV) izmanto RNS, ko vēlāk pārveido par DNS ar reverstās transkriptāzes palīdzību.

RNS cikls šūnā

RNS biosintēze sākas ar transkripciju — DNS templatē transkripcijas mašīna (RNS polimerāze) veido pre-mRNS. Šo pirmproduktu bieži modificē: pievieno 5' cepuri, poli(A) asti pie 3' gala un tiek veikta splicing (introni tiek izņemti). Pēc apstrādes mRNS tiek transportēta uz citoplazmu, kur to lasīs ribosomas un tiks sintezēti proteīni.

Regulācija notiek arī posttranskripcijas līmenī — mRNS stabilitāte, vietas, kur notiek translācija, un dažādas ķīmiskas modifikācijas (piem., metilēšana, pseudouridilācija) ietekmē, cik efektīvi tiek ražoti proteīni. Modernajās mRNS vakcīnās izmanto modificētas bāzes (piem., pseudouridīnu), lai samazinātu imūno reakciju un palielinātu stabilitāti.

Piezīmes par medicīnu un biotehnoloģijām

RNS tehnoloģijas ir kļuvušas par svarīgu rīku molekulārajā diagnostikā, terapijā un vakcīnās. Piemēram, mRNS vakcīnas pret COVID-19 izmanto sintētisku mRNS, lai šūnas īslaicīgi ražotu vīrusa proteīnu fragmentus un izraisītu imūno atbildi. Tāpat RNAi (RNA interferenca) tiek pētīta kā terapija pret ģenētiskām slimībām un dažiem vēža veidiem.

RNS loma bioloģijā ir daudzveidīga — no informācijas pārnēsāšanas līdz regulācijai un katalīzei. Lai gan tā ķīmiski ir mazāk stabila nekā DNS, tieši šī reaktivitāte padara RNS par piemērotu īslaicīgai informācijas pārnesei un šūnu dinamiskai regulācijai.

Visbeidzot, jāpiemin, ka RNS ir plašs termins, kas aptver gan kodējošas, gan ne-kodējošas molekulas ar ļoti atšķirīgām funkcijām; to izpēte turpina atklāt jaunas lomas, kuras RNS pilda veselības un slimību procesos.

Olbaltumvielu sintēzes RNS

Vēstneša RNS

RNS galvenā funkcija ir pārnest aminoskābju secības informāciju no gēniem uz vietu, kur olbaltumvielas tiek montētas uz ribosomām citoplazmā.

To nodrošina ziņneša RNS (mRNS). Viena DNS virkne ir projekts mRNS, kas tiek pārrakstīta no šīs DNS virknes. Bāzu pāru secību no DNS pārraksta enzīms, ko sauc par RNP polimerāzi. Pēc tam mRNA no kodola pārvietojas uz ribosomām citoplazmā, lai veidotu olbaltumvielas. MRNA bāzes pāru sekvenci pārvērš aminoskābju sekvencē, veidojot olbaltumvielas. Šo procesu sauc par translāciju.

Dažādu iemeslu dēļ DNS neatstāj kodolu. DNS ir ļoti gara molekula, un hromosomās tā ir saistīta ar olbaltumvielām, ko sauc par histoniem. mRNS savukārt var pārvietoties un reaģēt ar dažādiem šūnu enzīmiem. Pēc transkripcijas mRNS atstāj kodolu un pārvietojas uz ribosomām.

Divu veidu nekodējošās RNS palīdz veidot olbaltumvielas šūnā. Tās ir pārneses RNS (tRNS) un ribosomālā RNS (rRNS).

tRNA

Transfer RNS (tRNS) ir īsa, aptuveni 80 nukleotīdu gara molekula, kas pārnes konkrētu aminoskābi uz polipeptīdu ķēdi ribosomā. Katrai aminoskābei ir atšķirīga tRNA. Katrā no tām ir vieta, kur aminoskābei jāpievienojas, un antikodons, kas atbilst kodonam mRNS. Piemēram, kodoni UUU vai UUC kodē aminoskābi fenilalanīnu.

rRNS

Ribosomu RNS (rRNS) ir ribosomu katalītiskā sastāvdaļa. Eikariotu ribosomas satur četras dažādas rRNS molekulas: 18S, 5,8S, 28S un 5S rRNS. Trīs no rRNS molekulām tiek sintezētas kodolā, bet viena tiek sintezēta citur. Citoplazmā ribosomālā RNS un olbaltumvielas apvienojas, veidojot nukleoproteīnu, ko sauc par ribosomu. Robosoma saista mRNS un veic olbaltumvielu sintēzi. Vienai mRNS jebkurā laikā var būt pievienotas vairākas ribosomas. rRNS ir ļoti daudz, un tā veido 80 % no 10 mg/ml RNS, kas atrodama tipiskā eikariotu citoplazmā.

snRNS

Mazās kodola RNS (snRNS) savienojas ar olbaltumvielām, veidojot spliceosomas. Spliceosomas regulē alternatīvo sazarošanu. Gēni kodē olbaltumvielas fragmentos, ko sauc par eksoniem. Bitus var savienot kopā dažādos veidos, lai veidotu dažādas mRNS. Tādējādi no viena gēna var izveidot daudzus proteīnus. Šis ir alternatīvās sazarošanas process. Nevēlamās olbaltumvielas versijas sasmalcina proteāzes, un ķīmiskie biti tiek izmantoti atkārtoti.

Nobriedušas eikariotu mRNS struktūra. Pilnībā apstrādātā mRNS sastāv no 5' vāciņa, 5' UTR, kodējošā apgabala, 3' UTR un poli(A) astes. UTR = netranslētais reģions

Jautājumi un atbildes

J: Ko nozīmē RNS?

J: Ar ko RNS fiziski atšķiras no DNS?

J: Kādas ir dažādas RNS bāzes?

J: Kāda ir DNS bāzu savstarpējā saistība?

J: Ar ko RNS ķīmiski atšķiras no DNS?

J: Kāda ir RNS loma šūnu reakcijās?

J: Kādi vīrusi izmanto RNS kā ģenētiskās informācijas nesēju?

Meklēt pēc burta