Ribonükleik asit veya RNA (İngilizce, RNA için ribonükleik asit ) bir olduğu nükleik asit hemen hemen tüm mevcut canlıların ve ayrıca, bazı virüsler . RNA, çok yakın kimyasal olan DNA ve aynı zamanda genel olarak sentezlenir hücrelerden bir mesafede , DNA şablonu , bir kopyası olduğu. İçin hücreler bir ara taşıyıcı olarak özellikle RNA kullanımı genler için sentez proteinleri de gerekir. RNA, bir çok diğer işlevleri yerine getirmek ve özellikle de müdahale edebilir kimyasal reaksiyonlar arasında , hücre metabolizması .
Kimyasal olarak RNA, bir nükleotid zincirinden oluşan doğrusal bir polimerdir . Her nükleotid bir fosfat grubu , bir şeker ( riboz ) ve bir azotlu baz (veya nükleik baz) içerir. Nükleotidler birbirlerine fosfodiester bağları ile bağlanır . RNA'da bulunan dört nükleik baz vardır: adenin , guanin , sitozin ve urasil .
RNA'nın DNA ile pek çok benzerliği vardır , ancak bazı önemli farklılıklar vardır: yapısal bir bakış açısından, RNA riboz kalıntıları içerir , burada DNA deoksiriboz içerir , bu da RNA'yı kimyasal olarak daha az kararlı yapar; ayrıca DNA'daki timin , adenin ile aynı temel eşleşme özelliklerine sahip olan urasil ile değiştirilir . İşlevsel olarak, RNA, en sık bulunan hücreler , bir de , tek - şeritli DNA, iki tamamlayıcı iplikçikler bir şekillendirme olarak mevcut iken, diğer bir deyişle, tek sicimli formda çift sarmal . Son olarak, hücrelerde bulunan RNA molekülleri, genomun DNA'sından daha kısadır , boyutları birkaç on ila birkaç bin nükleotit arasında değişirken, deoksiribonükleik asit (DNA) için birkaç milyon ila birkaç milyar nükleotit arasında değişir.
Hücrede RNA, DNA'dan ( Ökaryotlarda çekirdekte bulunan) transkripsiyonla üretilir . Bu nedenle RNA, DNA ipliklerinden birinin bir bölgesinin bir kopyasıdır. DNA → RNA kopyasını oluşturan enzimlere RNA polimerazlar denir . Bu şekilde üretilen RNA'ların üç ana işlevi olabilir: proteinleri kodlayan bir veya daha fazla genin genetik bilgisinin taşıyıcıları olabilirler (daha sonra haberci RNA'dan söz edilir ), kararlı bir ikincil ve üçüncül yapıyı benimserler ve katalitik işlevleri yerine getirebilirler ( örneğin ribozomal RNA ), sonunda protein faktörleri tarafından gerçekleştirilen katalitik fonksiyonlar için bir kılavuz veya matris olarak hizmet edebilirler (örneğin , mikroRNA'lar için geçerlidir ).
RNA bir nükleik asittir , yani bir nükleotid zincirinden ( polimer ) oluşan bir moleküldür . RNA'nın her birim nükleotidi , karbon atomları 1'den 5'e kadar numaralandırılmış bir pentoz , riboz , değişken bir nitrojen bazı veya nükleik baz ve bir fosfat grubundan oluşur . Nükleobaz bir ile bağlanır atomu arasında azot için C- riboz on; ve nükleotidin fosfat grubu 5' karbona bağlıdır. Nükleotidler, bir nükleotidin (5 'karbona bağlı) fosfat grubu, bir sonraki nükleotidin 3' karbonlarındaki fosfodiester bağları yoluyla bağlanan fosfat grupları aracılığıyla birbirine bağlanır .
RNA'nın dört ana bazı ve sadece transfer RNA'sında kullanılanlar, adenin (A ile gösterilir), urasil (U ile gösterilir), sitozin (C ile gösterilir) ve guanindir (G ile gösterilir). DNA ile karşılaştırıldığında, DNA'daki timin , RNA'daki urasil ile değiştirilir . Bu iki baz arasındaki fark , timinin 5. pozisyonundaki bir metil grubunun urasildeki bir hidrojen atomu ile yer değiştirmesidir. Bu yapısal değişiklik, adenin ile eşleşme özelliklerini değiştirmez.
Ribozim , özellikle ribozomal RNA ve RNA transferi için diğer tadil edilmiş nükleotidleri kapsayan, birden fazla yüz tespit edilmiştir.
stereokimyaYapısal olarak, riboz etkilerden 2 'konumunda bir oksijen atomunun var olduğunu gösterir konformasyon arasında furanoz halkasının riboz. Bu beş atomlu heterosikl düzlemsel değildir, bu da C2'-endo ve C3'-endo olarak adlandırılan iki ana şeker konformerine yol açar . 2' pozisyonunda bir oksijen atomuna sahip olan RNA'da, RNA ipliklerini içeren çift sarmalların yapısını derinden değiştiren C3'-endo pozisyonu tercih edilir. Bu RNA dupleksleri, deoksiribozun C2'-endo konformasyonunda olduğu bir B tipi sarmal olan geleneksel DNA'da ağırlıklı olarak gözlenenden farklı bir A tipi sarmal oluşturur.
RNA'nın bir dupleks oluştururken benimsediği A tipi sarmalın geometrik özellikleri B tipi sarmalınkinden oldukça farklıdır.Öncelikle B-form DNA için sarmalın dönüşü başına baz çifti sayısı 10 yerine 11'dir. Baz çiftlerinin düzlemi artık sarmalın eksenine dik değil, onunla yaklaşık 75 ° açı oluşturuyor. Bu, artık baz eşleşmesinin merkezinden geçmeyen, ancak ana oluğun içinden geçen sarmalın ekseninin yer değiştirmesiyle sonuçlanır. Yaklaşık gider sarmal çapı bu indükler bir artış 20 Â civarında Form B DNA için 26 Â Son olarak, iki olukların geometrisi çok etkilenir A formunda RNA için: majör oyuk çok erişilebilir hale gelir, küçük oluk ise çok derinleşir, daralır ve sıkışır. Bu, çift sarmallı RNA'nın proteinlerle nasıl etkileşime girebileceği üzerinde bir etkiye sahiptir, çünkü minör oluğun darlığı, protein ligandlarının erişilebilirliğine bir engeldir.
Doğal olarak oluşan RNA'ların çoğu , çiftli çift sarmal formundaki DNA'nın aksine hücrede tek sarmallı (tek sarmallı) formda bulunur. RNA şeritleri çok stabil ve çok kompakt bir molekül-içi bir yapı oluşturan, kendilerini daha çok kat. Bu yapının temeli, tamamlayıcı bazlar ( A ile U , G ile C ve bazen G ile U ) arasında iç eşleşmelerin oluşmasıdır . Bir RNA'nın bazları arasındaki iç eşleşmelerin açıklamasına ikincil yapı denir . Bu ikincil yapı, daha sonra üç boyutlu bir yapıyı veya üçüncül yapıyı tanımlayan uzak etkileşimlerle tamamlanabilir .
RNA yapısının oluşumu sıklıkla bağlıdır çevreleyen fizikokimyasal koşullar içinde, varlığı ve özellikle çözelti içinde, iki değerli katyonları gibi, magnezyum iyonu Mg + 2 . Bu katyonlar, omurganın fosfat grupları ile etkileşir ve özellikle bu fosfatların negatif yükleri arasındaki elektrostatik itmeyi koruyarak yapıyı stabilize eder.
Üçüncül yapı RNA kabiliyetleri görevlerinin bir zenginlik ve özellikle temelidir katalize reaksiyonlar , kimyasal ( ribozimler ).
İkincil yapı bir RNA'nın tüm açıklaması iç eşleşmeleri tek iplikçikli bir molekül içinde. Bu eşleştirme seti, sarmal bölgelerden (çubuklar) ve eşleştirilmemiş bölgelerden (döngüler) oluşan belirli bir topolojiyi indükler . Ek olarak, ikincil yapı da bu topolojinin açıklamasını kapsar.
Tek sarmallı bir RNA içinde ikincil yapıların oluşumu, lokal olarak çift sarmal bir yapı oluşturmak üzere eşleşebilen palindromik diziler içeren bölgelerin varlığından kaynaklanır . Örneğin, RNA aşağıdaki iki diziyi içeriyorsa : --GUGCCACG ------ CGUGGCAC-- bunlar bir palindromik dizi oluşturur, ikinci bölümün nükleotidleri, duyularının tersine çevrilmesinden sonra birincininkilere tamamlayıcıdır. okuma; bu iki segment daha sonra yerel bir dupleks bölge oluşturmak için antiparalel bir şekilde eşleşebilir. İki parça arasındaki bölge, iki çift ipliği birbirine bağlayan bir "ilmek" oluşturur, bu eşleşme bir "çubuk" oluşturur. Bu daha sonra bir "saç tokası" veya çubuk halka yapısı olarak adlandırılır .
Daha uzun RNA'larda, birkaç tamamlayıcı veya palindromik bölgenin eşleşmesinden kaynaklanan daha karmaşık yapılar olabilir . Bu farklı bölgelerin "iç içe geçme" şekline bağlı olarak, çift çubuklar veya bölgeler ve çeşitli döngü türleri ile çeşitli topolojik elemanlar elde edilir :
Belirli bir dizi için her zaman tek bir kararlı yapı yoktur ve bazı RNA'lar, bir ligandın bağlanmasına ( protein , küçük molekül, vb.) veya fizikokimyasal koşullara ( iyonik güç , pH ) bağlı olarak birkaç alternatif konformasyon benimseyebilir . Genel olarak, bir RNA'nın ikincil yapısının oluşumu veya füzyonu, spektroskopik ölçümlerle takip edilebilir . Bu nedenle, örneğin, RNA bazlarının ultraviyolesindeki absorpsiyon , katlanmamış durumda katlanmış duruma göre daha fazladır ( hiperkromisite fenomeni ).
Bir RNA, standart baz çiftlerinden oluşan ilmeklerin ve sarmalların topolojisinin ötesinde, bir protein gibi kompakt bir üç boyutlu yapı veya üçüncül yapı benimseyebilir . Bu yapı içerisinde kanonik sarmallar, kanonik olmayan yani klasik eşleşmelerden farklı olarak Watson - Crick ( A = U ve G ≡ C ) ve yalpalama ( yalpalama , G = U ) ile tamamlanır. X-ışını kristalografisi veya nükleer manyetik rezonans ile çözümlenen üç boyutlu RNA yapılarında bu tür çok çeşitli eşleşmeler gözlemlenmiştir . Örneğin, Hoogsteen eşleşmeleri ve "kesilmiş" eşleşmeler vardır . Özellikle hidrojen bağları oluşturabilen 2' hidroksil ile baz - riboz etkileşimleri de vardır . Tüm bu etkileşimlerin sistematik bir isimlendirilmesi, Eric Westhof ve işbirlikçileri tarafından önerilmiştir . 150'den fazla eşleşme türü gözlemlenmiş ve on iki büyük ailede gruplandırılmıştır. Bu kanonik olmayan eşleşmeler , Watson-Crick çiftlerinde olduğu gibi her zaman eş düzlemli olan bazlar arasındaki hidrojen bağlarını içerir .
Uzun mesafe etkileşimleriKanonik veya kanonik olmayan eşleşmeler, ikincil yapının uzak bölgeleri arasında meydana gelebilir, genellikle ilmeklerde bulunur ve bu da yapının kompakt bir katlanmasını stabilize etmeyi mümkün kılar.
Bu uzun mesafeli kanonik olmayan etkileşimlerden bazıları şunlardır:
İki molekül arasındaki temel farklar şunlardır:
İlk üç fark, RNA'ya DNA'dan çok daha az stabilite verir:
Evrimsel bir bakış açısından, belirli unsurlar, RNA'nın, daha kapsamlı işlevlerini ve genelleşmesini açıklayacak bir genetik bilgi taşıyıcısı olarak DNA'dan önce geleceğini düşünmemize izin verir. DNA daha sonra ortaya çıkacaktı ve daha yüksek stabilitesi nedeniyle yalnızca uzun süreli depolama rolü için RNA'nın yerini alacaktı.
DNA'dan bir RNA molekülünün sentezine transkripsiyon denir . RNA polimeraz ailesinden bir enzimin yanı sıra ilişkili proteinleri içeren karmaşık bir süreçtir . Bu sentezin farklı aşamaları başlama, uzama ve sonlandırmadır. RNA sentezi süreci prokaryotik organizmalarda ve ökaryotik hücrelerde belirgin şekilde farklıdır . Son olarak, gerçek transkripsiyondan sonra, RNA , dizisinin ve kimyasal yapısının değiştirilebildiği olgunlaşma sürecinin bir parçası olarak bir dizi transkripsiyon sonrası modifikasyona uğrayabilir (aşağıya bakınız).
Bir RNA'nın bir RNA polimeraz tarafından transkripsiyonunun başlangıcı , DNA üzerinde promotör adı verilen spesifik bir dizi seviyesinde gerçekleşir . Bu promotör, spesifik proteinlerin, transkripsiyon faktörlerinin genellikle sabitlendiği bir veya daha fazla korunmuş dizi elemanı içerir . Transkripsiyon başlatma bölgesinin hemen yukarısında, proksimal eleman genellikle T ve A nükleotidleri bakımından zengindir ve bu nedenle ökaryotlarda TATA kutusu veya bakterilerde Pribnow kutusu olarak adlandırılır. Transkripsiyon faktörleri, RNA polimerazın promotöre alınmasını ve DNA dupleksinin açılmasını teşvik eder. Daha sonra , ipliklerinden biri (şablon) sentezlenen RNA ile hibritlenen açık DNA ile transkripsiyon kabarcığı denilen şey oluşturulur .
RNA polimeraz, promotöre sabitlendiğinde ve transkripsiyon balonu oluştuğunda, promotörün dizisinden ayrılmadan ilk nükleotidleri statik bir şekilde sentezler. Transkripsiyon faktörleri kopar ve RNA polimeraz işlemsel hale gelir. Daha sonra , şablon olarak DNA'nın iki zincirinden birini ve öncüler olarak ribonükleotid trifosfatları ( ATP , GTP , CTP ve UTP ) kullanarak RNA'yı 5 'ila 3' yönünde kopyalar .
İn vivo , Escherichia coli'de RNA polimerazın yayılma hızı saniyede yaklaşık 50 ila 90 nükleotittir.
RNA transkripsiyonunun sonlandırılması, bakterilerde ve ökaryotlarda tamamen farklı mekanizmalara göre gerçekleşir .
Bakterilerde, ana sonlandırma mekanizması, kararlı bir kök halka ve ardından bir dizi üridin (U) kalıntısından oluşan sonlandırıcı olan belirli bir RNA yapısını içerir . RNA polimeraz bu diziyi sentezlediğinde, RNA çubuğunun katlanması polimerazın duraklamasına neden olur. Artık bir dizi zayıf AU eşleşmesi dışında kalıp DNA ile eşleşmeyen RNA, diğer protein faktörlerinin müdahalesi olmadan ayrılır. Sonlandırma, spesifik bir protein faktörünün, Rho faktörünün müdahalesi yoluyla da yapılabilir.
Ökaryotlarda, RNA polimeraz II tarafından transkripsiyonun sonlandırılması, poliadenilasyona bağlanır . İki protein kompleksi, CPSF (en) ve CStF (en) , poliadenilasyonu (5′-AAUAAA-3 ′) ve RNA bölünme sinyallerini tanır. RNA'yı parçalarlar, DNA polimerazın ayrılmasını indüklerler ve poli (A) kuyruğunu ekleyen poli-A polimerazı toplarlar (aşağıya bakınız).
RNA işleme, esas olarak ökaryotlarda gözlenen ve olgunlaşmış RNA'nın kaderinde önemli bir rol oynayan bir dizi transkripsiyon sonrası modifikasyonu içerir. Ana modifikasyonlar, 5' başlık eklenmesi , 3' poliadenilasyon , ekleme , baz veya riboz seviyesinde kimyasal modifikasyonların eklenmesi ve son olarak düzenlemedir .
kapKap , ya da 5'-kapak İngilizce olarak, bir tadil edilmiş nükleotid ilave edilir , 5 'ucunda bir mesajcı RNA olarak ökaryotik hücreler . Bu bilinen bileşimde bir tortu bir guanozin metillenmiş tarafından transkripsiyonu ilk nükleotidine, bir 5'-5 'trifosfat bağ ile bağlı RNA polimeraz . Bu modifikasyon, birkaç enzimin ardışık eylemiyle hücrenin çekirdeğine dahil edilir : polinükleotid 5'-fosfataz , RNA guanililtransferaz , metiltransferazlar .
Kapak birkaç rol oynar: RNA'yı 5′-3 ′ eksonükleazlar tarafından bozulmadan koruyarak stabilitesini arttırır ve ayrıca ribozomun RNA'lara bağlanması için gerekli translasyon başlatma faktörlerinin alınmasına izin verir . hücresel haberciler. Bu nedenle başlık, çoğu mRNA'nın translasyonu için gereklidir.
poliadenilasyonPoliadenilasyon münhasıran oluşan RNA'nın 3 'ucuna bir uzantısı eklenmesidir ribonükleotidler tipi adenosin (A). Bu nedenle uzantıya poly tail (A) adı verilir . Standart nükleotitlerden oluşmasına rağmen, bu poli (A) kuyruğu, poli (A) polimeraz adı verilen spesifik bir enzim tarafından transkripsiyon sonrası eklenir ve genomik DNA'da kodlanmaz . Poli (A) kuyruğu esas olarak haberci RNA'ların sonunda bulunur . Ökaryotlarda, mRNA'ların poliadenilasyonu, ribozom tarafından çevrilmeleri için gereklidir ve stabilizasyonlarına katılır. Poli (A) kuyruğu özellikle PABP ( poli (A) bağlayıcı protein , “ poli (A) bağlayıcı protein ”) tarafından tanınır .
Bakterilerde ve belirli mitokondrilerde RNA poliadenilasyonu, tam tersine bir bozulma sinyalidir.
eklemeEkleme a, transkripsiyon sonrası modifikasyon kaldırılmasını içerir intron ve dikiş ekson mRNA ve tRNA gibi bazı yapısal RNA'da. Ökaryotik organizmalarda bulunan intronlar, genomda kodlanan ve öncü RNA'ya kopyalanan, ancak nihai üründen çıkarılan RNA segmentleridir. Çoğu durumda, bu işlem spliceosome adı verilen özel bir karmaşık makineyi içerir . Ekleme , olgunlaşmış RNA'nın sitoplazmaya aktarılmasından önce ökaryotik hücrelerin çekirdeğinde meydana gelir .
modifiye nükleotidlerRNA polimeraz tarafından transkripsiyonlarından sonra, bazı RNA'lar spesifik enzimlerin etkisi altında kimyasal modifikasyonlara uğrarlar . Değişikliklere uğrayan anahtar RNA, transfer RNA'ları ve ribozomal RNA'lardır . Aynı zamanda, bu kabul edilebilir bir metilasyon sentezinde yer alan kapağın tadilatları olan belirli nükleotidlerin . Genel durumda, modifikasyonlar ya tabanla ya da ribozla ilgili olabilir . Karşılaşılan ana değişiklikler şunlardır:
Transfer RNA'larında, modifiye edilmiş nükleotidlerin eklenmesi, moleküllerin stabilitesinin artmasına katkıda bulunur.
düzenlemeRNA düzenleme, RNA polimeraz tarafından transkripsiyonun ardından ribonükleik asit dizisinin bir modifikasyonundan oluşur. Düzenleme sürecinin sonunda, RNA dizisi bu nedenle DNA dizisinden farklıdır. Yapılan değişiklikler, bir bazın modifikasyonu, bir bazın ikamesi veya bir veya daha fazla bazın eklenmesi olabilir. Bu modifikasyonlar, örneğin RNA üzerinde etki gösteren enzimlerle tarafından gerçekleştirilen sitidin deaminaz kimyasal dönüştürme, kalıntıları ve sitidin içine üridin .
Hücrelerde, RNA'lar dört farklı ve tamamlayıcı rolü yerine getirir:
Özel bir RNA sınıfı olan transfer RNA'ları, çeviri sırasında amino asitlere rehberlik ederek bu işlevlerin çoğunun arayüzünde bulunur .
Son olarak, bazı virüslerin genomu , DNA'dan değil, yalnızca RNA'dan oluşur. Bu durum özellikle grip , AIDS , hepatit C , çocuk felci ve Ebola virüsleri için geçerlidir . Duruma bağlı olarak, bu virüslerin replikasyonu bir DNA aracısından ( retrovirüs ) geçebilir, ancak doğrudan RNA'dan RNA'ya da yapılabilir.
RNA çok yönlü bir moleküldür ve bu , DNA dizilemesinin ortak mucidi Walter Gilbert'in 1986'da RNA'nın tüm biyolojik makromoleküllerin en eskisi olacağı varsayımını önermesine yol açmıştır . RNA dünyası hipotezi (" RNA dünyası hipotezi ") olarak bilinen bu teori, hangi proteinlerin ( katalizörler ) ve hangi DNA'nın (genetik bilgi) ilk ortaya çıktığını bilmek istediğinde ortaya çıkan yumurta ve tavuk paradoksunun üstesinden gelmeyi mümkün kılar. . Bu modelde, her iki tip işlevi aynı anda birleştirebilen RNA, evrensel öncü olacaktır.
İçinde bulunan genetik bilgi DNA doğrudan kullanılmayan hücre için sentez proteini . Bunun için, haberci RNA'lar veya mRNA'lar olan genetik bilginin geçici kopyalarını kullanır. Her haberci RNA, bir veya bazen birkaç sistron , yani tek bir protein oluşturma talimatlarını taşır . Bu nedenle, genomun genlerinden yalnızca birinin (o zaman monosistronik mRNA'dan söz edilir) veya bazen birkaçının ( polisistronik mRNA ) kopyasına karşılık gelir .
Messenger RNA, tamamlayıcı diziyi değil, kodlayan olan DNA'nın iki dizisinden yalnızca birinin bir kopyasını içerir. Genomun DNA'sında bulunan genin dizisiyle karşılaştırıldığında , karşılık gelen mRNA'nın dizisi , özellikle kodlamayan bölgeleri ortadan kaldıran ekleme (yukarıya bakın) nedeniyle modifikasyonlar içerebilir . Hücre çekirdeğinde sentezlenen haberci RNA, proteine çevrilmek üzere sitoplazmaya aktarılır. Hücrenin ömrü boyunca mevcut olan çok yıllık bir molekül olan DNA'nın aksine, haberci RNA'ların birkaç dakikadan birkaç saate kadar sınırlı bir ömrü vardır, daha sonra bozulurlar ve geri dönüştürülürler.
Bir haberci RNA'nın üç farklı bölgesi vardır: taşıdığı cistron veya cistronların yukarı akışında yer alan 5′-UTR olarak adlandırılan 5' çevrilmemiş bölge ; bu veya bu sistronlara karşılık gelen bir kodlama bölgesi; ve son olarak, 3'-UTR olarak adlandırılan 3' çevrilmemiş bir bölge . Messenger RNA'lar edilir tercüme içine proteinlerin tarafından ribozomlara . 5' çevrilmemiş bölge genellikle, ribozomun cistron üzerinde toplanmasına izin veren çeviri sinyallerini içerir. Translasyon işlemi ayrıca ribozoma protein biyosentezi için gerekli amino asitleri sağlayan transfer RNA'larını da içerir . Ribozom içinde, antikodonları aracılığıyla tRNA'lar , mRNA dizisinin baz üçlüleri veya kodonları ile art arda eşleşir . Kodon-antikodon eşleşmesi doğru olduğunda, ribozom, tRNA tarafından taşınan amino asidi sentezlenen proteine ekler. Kodonlar ve amino asitler arasındaki yazışmalar genetik kodu oluşturur .
Haberci RNA'ların işlevi çok çeşitlidir. Bir yandan, doğrudan çeviri için kullanılmayan orijinal DNA şablonunun korunmasını mümkün kılarlar, hücre sadece mRNA olan kopya üzerinde çalışır. Her şeyden önce, haberci RNA'ların varlığı, hücreye genomdan proteinlerin üretim döngüsünü düzenlemek için çok önemli bir mekanizma sağlar. Belirli bir protein için hücresel ihtiyaç çevreye, hücre tipine, gelişme aşamasına göre değişebilir. Bu nedenle protein sentezi, hücresel koşullara bağlı olarak etkinleştirilmeli veya durdurulmalıdır. DNA'nın mRNA'ya transkripsiyonunun düzenlenmesi bu ihtiyacı karşılar ve hedef genlerin promotörleri üzerinde etkili olan spesifik transkripsiyon faktörleri tarafından kontrol edilir . Belirli bir protein miktarı yeterli olduğunda mRNA transkripsiyonu inhibe olur, yavaş yavaş bozulur ve protein üretimi durur. Bu nedenle, bu temel düzenlemeyi gerçekleştirebilmek için mRNA'nın geçici bir molekül olması önemlidir.
Taşıyıcı RNA veya tRNA, 70 100 ila yaklaşık uzun, kısa RNA olan ribonükleotit amino asitleri ele alan ribozom sırasında çeviri .
Transfer RNA'ları, dört çift gövdeden oluşan karakteristik bir yonca yaprağı yapısına sahiptir. Bunlardan biri içeren bir döngü ile sonlandırılır saplar antikodonu , bir üçlü nükleotid olan çiftleri ile kodonu sırasında çeviri bir bölgesinin mRNA ile ribozom . Diğer ucunda, tRNA , 3′-OH ucunda bir ester bağı ile bağlı olan karşılık gelen amino asidi taşır . Bu esterleşme, spesifik enzimler, aminoasil-tRNA sentetazları tarafından katalize edilir . Üç boyutta, yonca yaprağı yapısı bir uçta antikodon ve diğer uçta esterlenmiş amino asit ile bir "L" şekline katlanır.
Tüm canlı hücreler, farklı amino asitler taşıyan ve farklı kodonları okuyabilen bir dizi farklı tRNA içerir.
Transfer RNA'ları bazen genetik dizi ve protein dizisi arasında "adaptörler" olarak adlandırılır . Bu bağdaştırıcıların varlığını, 1958'de keşfedilmelerinden önce bile öneren Francis Crick'ti .
Kapasite ile RNA'nın keşfi, katalizör özellikle ekibi tarafından 1980'lerde yapıldığı Thomas Cech çalıştı, intronların ait genin ait ribozomal RNA ait protozoon siliyat Tetrahymena ve Sidney Altman okudu, ribonükleaz P , enzim ve olgunlaşması ve tRNA . Cech ve Altman, bu keşif için 1989 yılında Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü .
Her iki durumda da, tek başına RNA , protein yokluğunda spesifik bir bölünmeyi (klevaj) veya transesterifikasyon reaksiyonunu katalize etme yeteneğine sahiptir . Bu katalitik RNA'lar , ribonükleik asitten oluşan enzimler oldukları için ribozimler olarak adlandırılmıştır . Durumunda Tetrahymena intron , bir olduğu Kendi kendine birleşme , kendi olan intron alt-tabaka ribonükleaz P hareket eden bir enzim ise, trans birden fazla alt tabakalar üzerinde,.
Bu ilk keşiflerden bu yana, diğer doğal ribozimler tanımlanmıştır:
Genel olarak, tüm bu ribozimlerde, protein enzimlerinde olduğu gibi, substratlarının tanınmasını ve katalizlerini gerçekleştirmelerine izin veren spesifik katlanmalarıdır .
Kılavuz RNA'lar, protein enzimleriyle birleşen ve tamamlayıcı dizi RNA'ları veya DNA'ları üzerindeki hareketlerini yönlendirmeye hizmet eden RNA'lardır . Kılavuz RNA, substrat nükleik asidiyle eşleşir ve enzimin aktivitesinin hedeflenmesine yardımcı olur. Birkaç tür tanımlanmıştır:
Bazı RNA'lar, gen ekspresyonunun doğrudan düzenleyicileri olarak rol oynar. Bu özellikle, hücresel haberci RNA'ları tamamlayıcı bölgelere sahip olan ve bu nedenle yerel olarak bir çift RNA zinciri oluşturmak için onlarla eşleşebilen kodlamayan RNA'ların durumudur . Bu antisens RNA'lar , tamamlayıcı ipliğin transkripsiyonu ile hedef RNA'ları ile aynı genetik lokustan türetilebilir , bu daha sonra cis - düzenleyici RNA olarak adlandırılır . Ayrıca genomun başka bir bölgesinin transkripsiyonundan da türetilebilirler, daha sonra trans- düzenleyici RNA'lardır .
Düzenleyici RNA'nın hedef haberci RNA'sı ile eşleşmesi, ikincisinin ribozom tarafından çevrilme kapasitesi veya RNA habercisi tarafından taşınan gen(ler)in çevirisinin düzenlenmesi ile sonuçlanan stabilitesi üzerinde etki edebilir. Bakterilerde, translasyon başlangıç bölgesini bloke eden anti-sense cis - veya trans- düzenleyici RNA'nın birçok örneği vardır . Örneğin, porin OmpF'yi kodlayan gen, MicF adı verilen bir antisens RNA tarafından düzenlenir.
Gelen ökaryotlarda da katılan büyük düzenleyici RNA'lar vardır epigenetik düzenleyici süreçler . En iyi bilinen örnek, memelilerdeki Xist RNA'dır . Bu, bir geni değil, bütün bir kromozomu etkisiz hale getirir. Xist, dişi bireylerde her hücrenin iki X kromozomundan birini kaplar ve böylece inaktif hale gelir. Böylece XX çiftinin iki kromozomundan sadece biri aktiftir, bu da X kromozomu tarafından taşınan genlerin sadece bir tanesine sahip olan erkek bireylerdekiyle aynı seviyede ekspresyona sahip olmasını mümkün kılar. X'in inaktivasyonu, aynı dişide farklı hücreler tarafından farklı fenotiplerin ekspresyonuna yol açabilen rastgele bir süreçtir. Bu, örneğin kedilerdeki tüy rengi için geçerlidir.
RNA, günümüzde moleküler biyolojideki bir dizi uygulamada, özellikle " Küçük enterferans yapan RNA'lar " olarak adlandırılan çift sarmallı RNA'nın kısa parçalarının ökaryotik hücrelere girişinden oluşan RNA interferansı süreci sayesinde kullanılmaktadır . Yaklaşık yirmi baz çifti uzunluğundaki bu küçük enterferans yapan RNA'lar (pRNA'lar) , mRNA'ları belirli bir şekilde parçalayabilen hücresel bir makine tarafından kullanılır. Yalnızca pRNAi'ninkine karşılık gelen bir diziyi içeren mRNA'lar bozunur, bu da belirli bir proteinin ekspresyonunu seçici olarak azaltmayı mümkün kılar. Bu teknolojik yaklaşım, inaktive edilmiş fare çizgilerinin oluşturulmasından ( nakavt ) çok daha basit ve hızlıdır ve buna nakavt denir .
Bu tekniği terapötik amaçlar için kullanma girişimleri, örneğin kanser durumunda enfeksiyonlarla veya onkogenlerle savaşmak için viral genleri hedefleyerek öngörülmektedir . Bununla birlikte, ribonükleazlar tarafından bozunmalarını önlemek ve hareketlerini ilgili hücrelere hedeflemek için küçük enterferans yapan RNA'ların (pRNAi) stabilize edilmesini gerektirirler .
Nükleik asitler tarafından 1868 yılında keşfedilmiştir Friedrich Miescher . Miescher , hücre çekirdeğinde bulunduğu için yeni maddeye "nüklein" adını verdi . Maya sitoplazmasında nükleik asitlerin varlığı 1939'da belirlendi ve deoksiribozlu DNA içeren kromozomların aksine ribonükleik yapıları belirlendi.
1940 civarında , Belçikalı biyolog Jean Brachet , o zamana kadar hala "timonükleik ve zimonükleik asitler" (sırasıyla DNA ve RNA) olarak adlandırılan, şimdiye kadar çok az karakterize edilmiş molekülleri inceledi. Timonükleik asidin kromozomların bir bileşeni olduğunu ve döllenmeden sonra hücreler bölündüğünde sentezlendiğini keşfeder . Tüm hücre tiplerinde zimonükleik asitlerin (RNA) varlığını vurgular: tüm hücrelerin çekirdeğinde , çekirdekçiklerinde ve sitoplazmasında (o zamanlar bu moleküllerin bitki hücrelerinin ve mayalar gibi daha düşük ökaryotların karakteristiği olduğu düşünülürken ). Son olarak, bu asitlerin özellikle protein sentezi açısından çok aktif olan hücrelerde (özellikle ergastoplazmada ) bol miktarda bulunduğunu gösterir . Moleküler biyolojinin temelleri atıldı. 1940 yılındaydık. Savaş sonrası dönemde Brachet'e, proteinlerin biyosentezinde RNA'nın rolü üzerine araştırmalara aktif olarak katılacak olan Belçikalı moleküler biyolog Raymond Jeener katıldı .
1950'lerin sonlarında Severo Ochoa , RNA'nın kimyasal ve fiziksel özelliklerini incelemeyi mümkün kılan özel bir enzim olan polinükleotid fosforilaz kullanarak RNA moleküllerini in vitro sentezlemeyi başardı .
RNA'nın DNA'da bulunan genetik bilgi ve proteinler arasında bir "haberci" olarak rolü, 1960 yılında Jacques Monod ve François Jacob tarafından Sydney Brenner ve Francis Crick ile yapılan bir tartışmanın ardından önerildi . Haberci RNA'nın varlığının ispatı François Gros tarafından yapılmıştır . Daha sonra, 1960'ların ilk yarısında Marshall Nirenberg tarafından genetik kodun deşifre edilmesi gerçekleştirildi.Bunun için, kodlama özellikleri üzerinde çalıştığı bilinen nükleotid dizisinin sentetik RNA'larını kullandı.
Ribozomlar ilk kez 1940'ların başında Belçikalı biyolog Albert Claude tarafından gözlemlendi.Subselüler fraksiyonasyon ve elektron mikroskobu tekniklerini kullanarak , tüm hücre tiplerinde, canlı hücrelerde bulunan ribonükleoprotein yapısındaki "küçük parçacıkları" ortaya çıkardı. Onlara "mikrozomlar" adını verdi, daha sonra yeniden adlandırıldı ribozomlar.
İkincil yapı içinde tRNAlar tarafından kurulmuştur Robert Holley Bu. Messenger RNA'lar onlar tarafından taşınan genetik mesajın deşifre anlayışı büyük bir ilerleme oldu arındırıcı ve 1964 yılında alanine tRNA dizisi özgü analiz başardı. Bir tRNA'nın üç boyutlu yapısı 1974'te Aaron Klug ve Alexander Rich'in ekipleri tarafından bağımsız olarak çözüldü ve ilk kez bir RNA'nın karmaşık yapısı gösterildi. RNA'ların katalitik özelliklerinin varlığı, 1982'de Sidney Altman ve Tom Cech tarafından bir yanda ribonükleaz P ve diğer yanda kendi kendine eklenen intronlar üzerinde bağımsız olarak kurulmuştur . 2000 yılında Tom Steitz , Ada Yonath ve Venki Ramakrishnan ekipleri tarafından bireysel ribozom alt birimlerinin yapısının çözülmesi ve ardından 2001 yılında Harry Noller'in ekibi tarafından tüm ribozomun çözülmesi, merkezin anlaşılmasında önemli bir ilerlemeydi. mRNA'ların proteinlere çevrilmesi olan biyoloji mekanizması. Ayrıca, diğer şeylerin yanı sıra, ribozomun da bir ribozim olduğunun gösterilmesine izin verdi.
1970'lerde Timothy Leary , The Politics of Ecstasy adlı çalışmasında , RNA'da, bilincin gelecekteki bir modifikasyonunun (muhtemelen yeni ilaçlar ve/veya ruhsal egzersizler yoluyla) vaadini gördü. bu tür deneyimlere katılacak olan kişi.
RNA dünya hipotezi bir hipotez, RNA, tüm ön maddesi olan uygun olan biyolojik makromoleküllerin bir in izin vermiş ve özellikle DNA ve protein cansız ortamda , (a karakterize olan bir prebiyotik kimya ilk canlı hücrelerin, kısmen varsayımsal) 'görünümü yani bir kompartıman oluşturan, bilgi ve metabolik alt sistemlerden oluşan.
Yaşamın kökenleri araştırması çerçevesinde , bu hipotez, olası prebiyotik ara maddelerden ve karbona dayalı moleküllerden belirli biyomoleküler blokların oluşturulması yoluyla farklı biyolojik işlevlerin ortaya çıkışının bir açıklamasına izin verir. 2009 yılında John Sutherland'ın ekibi tarafından ribonükleotidlerin, amino asitlerin ve lipidlerin makul öncüllerinin hepsinin hidrojen siyanür ve onun bazı türevlerinin indirgeyici homologasyonu ile elde edilebileceği gösterildi. Bu nedenle, bilinen hücresel alt sistemlerin her biri, indirgeyici ajan olarak hidrojen sülfitten , ozon tabakasının ortaya çıkmasından önce çok önceden mevcut olan ultraviyole ışıkla katalize edilen reaksiyonlarla karbon kimyası ile açıklanabilir . Foto-indirgeyici döngü, bakır [Cu (I) -Cu (II)] tarafından hızlandırılabilir.