tổng quát

RNA, hay axit ribonucleic, là axit nucleic tham gia vào các quá trình mã hóa, giải mã, điều hòa và biểu hiện gen. Các gen là các đoạn DNA dài hay ít, chứa thông tin cơ bản để tổng hợp protein.

Hình: Các bazơ nitơ trong phân tử RNA. Từ wikipedia.org

Nói một cách rất đơn giản, RNA xuất phát từ DNA và đại diện cho phân tử đi qua giữa nó và protein. Một số nhà nghiên cứu định nghĩa nó là "từ điển dịch ngôn ngữ DNA sang ngôn ngữ của protein".

Các phân tử RNA có nguồn gốc từ sự kết hợp, trong chuỗi, của một số lượng ribonucleotide khác nhau. Một nhóm phốt phát, một cơ sở chứa nitơ và đường 5 carbon, được gọi là ribose, tham gia vào sự hình thành của từng ribonucleotide.

RNA là gì?

RNA, hay axit ribonucleic, là một đại phân tử sinh học, thuộc loại axit nucleic, đóng vai trò trung tâm trong việc tạo ra protein bắt đầu từ DNA .

Việc tạo ra các protein (cũng là các đại phân tử sinh học) bao gồm một loạt các quá trình tế bào, được kết hợp lại với nhau, mang tên tổng hợp protein .

DNA, RNA và protein rất cần thiết trong việc đảm bảo sự tồn tại, phát triển và hoạt động đúng đắn của các tế bào của các sinh vật sống.

DNA là gì?

DNA, hay axit deoxyribonucleic, là axit nucleic tự nhiên khác, cùng với RNA.

Có cấu trúc tương tự như axit ribonucleic, axit deoxyribonucleic là di truyền, là "kho chứa gen", có trong các tế bào của các sinh vật sống. Chính từ DNA mà sự hình thành RNA phụ thuộc và gián tiếp là protein.

LỊCH SỬ RNA

Hình: ribose và deoxyribose

Nghiên cứu về RNA bắt đầu sau năm 1868, năm mà Friedrich Miescher phát hiện ra axit nucleic.

Những khám phá quan trọng đầu tiên về vấn đề này được đề cập giữa phần thứ hai của thập niên 50 và phần đầu của thập niên 60. Trong số các nhà khoa học tham gia vào những khám phá này, họ xứng đáng được đề cập đặc biệt: Severo Ochoa, Alex Rich, David DaviesRobert Holley .

Năm 1977, một nhóm các nhà nghiên cứu, dẫn đầu là Philip SharpRichard Roberts, đã giải mã quá trình nối các intron.

Năm 1980, Thomas CechSidney Altman đã xác định được ribozyme.

* Xin lưu ý: để tìm hiểu sự ghép nối của các intron và ribozyme là gì, hãy xem các chương dành riêng cho tổng hợp và chức năng RNA.

cấu trúc

Từ quan điểm sinh học hóa học, RNA là một chất sinh học . Biopolyme là các phân tử tự nhiên lớn, là thành quả của liên kết, trong chuỗi hoặc sợi, của nhiều đơn vị phân tử nhỏ hơn, được gọi là monome .

Các monome tạo nên RNA là các nucleotide .

RNA CHỈ LÀ MỘT ĐÔI

Các phân tử RNA là các phân tử thường bao gồm các chuỗi nucleotide riêng lẻ ( các sợi polynucleotide ).

Độ dài của RNA tế bào nằm trong khoảng từ dưới một trăm đến thậm chí vài nghìn nucleotide.

Số lượng nucleotide cấu thành phụ thuộc vào vai trò của phân tử trong câu hỏi.

So sánh với DNA

Không giống như RNA, DNA là một polymer sinh học được hình thành, nói chung, bởi hai chuỗi nucleotide.

Hợp nhất với nhau, hai sợi polynucleotide này có hướng ngược nhau và, cuộn một bên vào nhau, tạo thành một vòng xoắn kép được gọi là " chuỗi xoắn kép ".

Một phân tử DNA chung của con người có thể chứa khoảng 3, 3 tỷ nucleotide mỗi sợi .

CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT NUCLEOTIDE

Theo định nghĩa, nucleotide là đơn vị phân tử tạo nên RNA và DNA của axit nucleic.

Từ quan điểm cấu trúc, một nucleotide chung là kết quả của sự kết hợp của ba yếu tố, đó là:

  • Một nhóm phốt phát, là một dẫn xuất của axit photphoric;
  • Một pentose, đó là một loại đường có 5 nguyên tử carbon;
  • Một cơ sở nitơ, là một phân tử dị vòng thơm.

Pentose là nguyên tố trung tâm của các nucleotide, vì nó được liên kết với nhóm phốt phát và bazơ nitơ.

Hình: Các yếu tố cấu thành một nucleotide chung của axit nucleic. Có thể thấy, nhóm phốt phát và bazơ nitơ liên kết với đường.

Liên kết hóa học giữ liên kết giữa pentose và nhóm phosphate là liên kết phosphodiesteric, trong khi liên kết hóa học kết hợp với pentose và bazơ nitơ là liên kết N-glycosid .

PENTOSE của RNA là gì?

Tiền đề: các nhà hóa học đã nghĩ đến việc đánh số các nguyên tử tạo thành các phân tử hữu cơ, theo cách đơn giản hóa nghiên cứu và mô tả. Ở đây, sau đó, 5 carbon của một pentose trở thành: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 và carbon 5. Tiêu chí gán số là khá phức tạp, vì vậy chúng tôi xem xét nó phù hợp để bỏ qua lời giải thích.

Đường 5 carbon, phân biệt cấu trúc của nucleotide RNA, là ribose .

Trong số 5 nguyên tử carbon ribose, chúng xứng đáng được đề cập đặc biệt:

  • Carbon 1, vì nó là chất liên kết với bazơ nitơ, thông qua liên kết N-glycosid.
  • Carbon 2, vì nó là chất phân biệt pentose của các nucleotide RNA từ các nucleotide của pentose của DNA. Kết nối với RNA carbon 2 có một nguyên tử oxy và một nguyên tử hydro, cùng tạo thành một nhóm hydroxyl OH .
  • Carbon 3, vì nó là chất tham gia vào liên kết giữa hai nucleotide liên tiếp .
  • Carbon 5, vì nó là chất tham gia nhóm phốt phát, thông qua liên kết phosphodiesteric.

Do sự hiện diện của đường ribose, các nucleotide RNA có tên cụ thể là ribonucleotide .

So sánh với DNA

Các pentose cấu thành các nucleotide của DNA là deoxyribose .

Deoxyribose khác với ribose do thiếu nguyên tử oxy trên carbon 2.

Do đó, nó thiếu nhóm hydroxyl OH đặc trưng cho đường RNA 5 carbon.

Do sự hiện diện của đường deoxyribose, nucleotide DNA còn được gọi là deoxyribonucleotide .

CÁC LOẠI NUCLEOTIDES VÀ NITROGEN

RNA có 4 loại nucleotide khác nhau .

Để phân biệt 4 loại nucleotide khác nhau này chỉ là bazơ nitơ.

Do đó, vì các lý do rõ ràng, các bazơ nitơ của RNA là 4, cụ thể là: adenine (viết tắt là A), guanine (G), cytosine (C) và uracil (U).

Adenine và guanine thuộc nhóm purin, các hợp chất dị vòng thơm hai vòng.

Cytosine và uracil, mặt khác, thuộc loại pyrimidine, các hợp chất dị vòng thơm đơn vòng.

So sánh với DNA

Các bazơ nitơ phân biệt các nucleotide của DNA giống như RNA, ngoại trừ uracil. Ở vị trí sau có một cơ sở nitơ gọi là thymine (T), thuộc về loại pyrimidine.

TIE GIỮA NUCLEOTIDES

Mỗi nucleotide tạo thành bất kỳ chuỗi RNA nào liên kết với nucleotide tiếp theo, bằng liên kết phosphodiesteric giữa carbon 3 của pentose của nó và nhóm phosphate của nucleotide ngay sau đó.

TUYỆT VỜI CỦA MỘT MÔ HÌNH RNA

Bất kỳ sợi ARN polynucleotide nào cũng có hai đầu, được gọi là đầu 5 ' (đọc "kết thúc năm đầu tiên") và kết thúc 3' (đọc "kết thúc ba đầu tiên").

Theo quy ước, các nhà sinh học và nhà di truyền học đã xác định rằng đầu 5 'đại diện cho đầu của một chuỗi RNA, trong khi đầu 3' đại diện cho đuôi của nó.

Từ quan điểm hóa học, đầu 5 'trùng với nhóm photphat của nucleotide đầu tiên của chuỗi polynucleotide, trong khi đầu 3' trùng với nhóm hydroxyl đặt trên carbon 3 của nucleotide cuối cùng của chuỗi.

Dựa trên tổ chức này, trong các sách sinh học di truyền và phân tử, các sợi polynucleotide của bất kỳ axit nucleic nào được mô tả như sau: P-5 '→ 3'-OH (* Lưu ý: chữ P chỉ nguyên tử của nhóm phốt pho phốt pho).

Bằng cách áp dụng các khái niệm về đầu 5 'và kết thúc 3' cho một nucleotide, đầu 5 'của nhóm thứ hai là nhóm phốt phát liên kết với carbon 5, trong khi đầu 3' là nhóm hydroxyl được nối với carbon 3.

Trong cả hai trường hợp, người đọc được mời chú ý đến sự xuất hiện của số: end 5 '- nhóm phosphate trên carbon 5 và end 3' - nhóm hydroxyl trên carbon 3.

nội địa hóa

Trong các tế bào có nhân (tức là nhân) của một sinh vật sống, các phân tử RNA có thể được tìm thấy cả trong nhân và trong tế bào chất .

Sự nội địa hóa lớn này phụ thuộc vào thực tế là một số quá trình của tế bào, có RNA là nhân vật chính của chúng, nằm trong nhân, trong khi một số khác diễn ra trong tế bào chất.

So sánh với DNA

DNA của sinh vật nhân chuẩn (do đó cũng là DNA của con người) chỉ nằm trong nhân tế bào.

Bảng tóm tắt về sự khác biệt giữa RNA và DNA:
  • RNA là một phân tử sinh học có kích thước nhỏ hơn DNA, thường được hình thành từ một chuỗi nucleotide.
  • Các pentose tạo thành các nucleotide của axit ribonucleic là ribose.
  • Các nucleotide của axit nucleic RNA còn được gọi là ribonucleotide.
  • RNA axit nucleic chia sẻ với DNA chỉ có 3 bazơ nitơ trên 4. Thay vì thymine, trên thực tế, nó có cơ sở uracil nitơ.
  • RNA có thể cư trú trong các khoang khác nhau của tế bào, từ nhân đến tế bào chất.

tóm lại

Quá trình tổng hợp RNA có nhân vật chính là một enzyme nội bào (tức là nằm bên trong tế bào), được gọi là RNA polymerase (NB: một enzyme là một protein).

RNA polymerase của một tế bào sử dụng DNA, hiện diện bên trong nhân của cùng một tế bào, như thể nó là một nấm mốc, để tạo ra RNA.

Nói cách khác, nó là một loại máy photocopy sao chép những gì DNA mang theo một ngôn ngữ khác, đó là RNA.

Hơn nữa, quá trình tổng hợp RNA này, bởi RNA polymerase, mang tên khoa học của phiên mã .

Các sinh vật nhân thực, giống như con người, sở hữu 3 loại RNA polymerase khác nhau : RNA polymerase I, RNA polymerase II và RNA polymerase III.

Mỗi loại RNA polymerase tạo ra các loại RNA cụ thể, do người đọc sẽ có thể xác định trong các chương sau, có vai trò sinh học khác nhau trong bối cảnh của đời sống tế bào.

CÁCH HOẠT ĐỘNG RNA POLIMERASI

Một RNA polymerase có thể:

  • Nhận biết, trên DNA, trang web bắt đầu phiên mã,
  • Liên kết với DNA,
  • Tách hai chuỗi DNA polynucleotide (được liên kết với nhau bằng liên kết hydro giữa các bazơ nitơ), để chỉ hoạt động trên một dây tóc và
  • Bắt đầu tổng hợp bản phiên mã RNA.

Mỗi bước này diễn ra bất cứ khi nào RNA polymerase đang chuẩn bị thực hiện quá trình phiên mã. Vì vậy, chúng là tất cả các bước bắt buộc.

RNA polymerase tổng hợp các phân tử RNA theo hướng 5 ' → 3' . Khi nó thêm ribonucleotide vào phân tử RNA mới sinh, nó di chuyển đến khuôn sợi DNA theo hướng 3 ' → 5' .

SỬA ĐỔI CHUYỂN ĐỘNG RNA

Sau khi phiên mã, RNA trải qua một số sửa đổi, trong đó: việc bổ sung một số trình tự nucleotide ở hai đầu, mất đi cái gọi là intron (quá trình được gọi là nối ) và v.v.

Do đó, đối với phân đoạn DNA ban đầu, RNA kết quả có một số khác biệt liên quan đến chiều dài của chuỗi polynucleotide (thường ngắn hơn).

loại

một số loại RNA .

Các nghiên cứu được biết đến và nghiên cứu nhiều nhất là: RNA vận chuyển (hoặc RNA truyền hoặc tRNA ), RNA thông tin (hoặc RNA messenger hoặc mRNA ), RNA ribosome (hoặc RNA ribosome hoặc rRNA ) và RNA hạt nhân nhỏ (hoặc RNA hạt nhân nhỏ hoặc snRNA ).

Mặc dù chúng bao gồm các vai trò cụ thể khác nhau, tRNA, mRNA, rRNA và snRNA đều góp phần hiện thực hóa một mục tiêu chung: tổng hợp protein, bắt đầu từ các chuỗi nucleotide có trong DNA.

RNA polymerase và các loại RNA
RNA polymerase I

rRNA
RNA polymerase IImRNA và snRNA
RNA polymerase IIItRNA, một loại rRNA và miRNA đặc biệt

CÁC LOẠI RNA ANCHOR KHÁC

Trong các tế bào của sinh vật nhân chuẩn, các nhà nghiên cứu tìm thấy các loại RNA khác, ngoài 4 loại trên. Ví dụ:

  • Micro RNA (hay miRNA ), là chuỗi chỉ có hơn 20 nucleotide, e
  • RNA tạo thành ribozyme . Ribozyme là các phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, chẳng hạn như enzyme.

Ngoài ra miRNA và ribozyme tham gia vào quá trình tổng hợp protein, giống như tRNA, mRNA, v.v.

hàm số

RNA đại diện cho đại phân tử sinh học của sự đi qua giữa DNA và protein, tức là các biopolyme dài có đơn vị phân tử là axit amin .

RNA có thể so sánh với một từ điển thông tin di truyền, vì nó cho phép dịch các đoạn nucleotide của DNA (lúc đó được gọi là gen) thành các axit amin của protein.

Một trong những mô tả thường xuyên nhất về vai trò chức năng, được bao phủ bởi RNA, là: "RNA là axit nucleic liên quan đến mã hóa, giải mã, điều hòa và biểu hiện gen".

RNA là một trong ba yếu tố chính của cái gọi là giáo điều trung tâm của sinh học phân tử, trong đó nêu rõ: "DNA lấy được RNA, từ đó, protein được tạo ra" ( DNA RNA protein ).

TRUYỀN ĐỘNG VÀ CHUYỂN DỊCH

Tóm lại, phiên mã là chuỗi các phản ứng của tế bào dẫn đến sự hình thành các phân tử RNA, bắt đầu từ DNA.

Thay vào đó, bản dịch là tập hợp các quá trình tế bào kết thúc bằng việc sản xuất protein, bắt đầu từ các phân tử RNA được tạo ra trong quá trình phiên mã.

Các nhà sinh học và nhà di truyền học đã đặt ra thuật ngữ "dịch mã", bởi vì từ ngôn ngữ của các nucleotide, chúng ta chuyển sang ngôn ngữ của các axit amin.

CÁC LOẠI VÀ CHỨC NĂNG

Quá trình phiên mã và dịch mã xem tất cả các loại RNA nói trên (tRNA, mRNA, v.v.) là nhân vật chính:

  • Một mRNA là một phân tử RNA mã hóa protein . Nói cách khác, mRNA là protein trước quá trình dịch mã nucleotide trong axit amin protein.

    Các mRNA trải qua nhiều sửa đổi khác nhau sau khi phiên mã.

  • Các tRNA là các phân tử RNA không mã hóa, nhưng vẫn cần thiết cho sự hình thành protein. Trên thực tế, chúng đóng vai trò chính trong việc giải mã những gì các phân tử mRNA báo cáo.

    Cái tên "RNA vận chuyển" xuất phát từ thực tế là những RNA này mang một axit amin trên chính chúng. Nói chính xác hơn, mỗi axit amin tương ứng với một tRNA cụ thể.

    Các tRNA tương tác với mRNA, thông qua ba nucleotide cụ thể của chuỗi.

  • Các rRNA là các phân tử RNA tạo thành các ribosome . Ribosome là cấu trúc tế bào phức tạp, di chuyển dọc theo mRNA, kết hợp các axit amin của protein.

    Một ribosome chung chứa, trong đó, một số trang web, nơi nó có thể chứa các tRNA và làm cho chúng gặp mRNA. Ở đây có ba nucleotide đặc biệt được đề cập ở trên tương tác với RNA thông tin.

  • SnRNA là các phân tử RNA tham gia vào quá trình nối của các intron có trên mRNA. Intron là các phân đoạn mRNA không mã hóa ngắn, vô dụng để tổng hợp protein.
  • Ribozyme là các phân tử RNA xúc tác cho việc cắt các chuỗi ribonucleotide, khi cần thiết.

Hình: bản dịch mRNA.