RNA: määratlus, struktuur, alused ja erinevused DNA-st

Avasta RNA: määratlus, struktuur ja alused ning erinevused DNA-st — uratsiil vs tümiin, üksik ahel, riboos ja RNA roll raku protsessides.

RNA on lühend ribonukleiinhappest, mis on nukleiinhape. Praegu on teada palju erinevaid liike. RNA kannab raku elutegevuses olulist informatsiooni ja täidab nii informatsiooni edastamise kui ka katalüütilisi ja regulatoorseid rolle.

Struktuur ja keemilised erinevused DNA-st

RNA erineb füüsikaliselt DNA-st: DNA sisaldab kahte omavahel kokku keritud ahelat (topeltheeliks), kuid RNA on enamasti ühe ahelaga. RNA monomeerideks on nukleotiidid, mis koosnevad kolmest osast: lämmastikalus, suhkrust ja fosfaadigrupist. RNA sisaldab riboosi, erinevalt DNA-s leiduvast desoksüriboosist. Riboosi 2' OH-rühm muudab RNA keemiliselt reaktiivsemaks ja vähem stabiilseks kui DNA (desoksüribonukleiinhappel 2' H), mistõttu RNA laguneb kergemini ja tal on lühem in vivo poolestusaeg.

RNA alused

• (A) Adeniin
• (G) Guaniin
• (C) Tsütosiin
• (U) Uracil

Adeniin moodustab sidemeid uratsiiliga ja guaniin moodustab sidemeid tsütosiiniga. Seega ütleme, et adeniin on uratsiiliga komplementaarne ja guaniin tsütosiiniga komplementaarne. Esimesed kolm alust esinevad ka DNAs, kuid uratsiil asendab tüminiini kui adeniini komplementaarsust. G–C paaril on tavaliselt kolm vesiniksidet ja A–U paaril kaks; RNA ahelates võib tekkida ka G–U "wobble" paaritumine, mis on eriti oluline tRNA ja mRNA vahelises vastavuses.

Sekundaar- ja tertiäärstruktuur

Ehkki RNA on sageli üheahelaline, võib see lokaalselt paarituda iseendaga ja moodustada keerukaid sekundaar- ja tertiäärstruktuure: juuksekepid (hairpin), tüvi-silmus (stem-loop), pseudosõlmed (pseudoknots) jm. Need struktuurid määravad paljude RNA-de funktsiooni — näiteks tRNA‑d ja rRNA‑d on tugevalt struktureeritud ning nende vorm on vajalik translatsiooniks ja katalüüsiks.

RNA tüübid ja funktsioonid

• mRNA (messenger RNA) – kannab geneetilist koodi DNA-st ribosoomi, kus toimub valgusüntees.
• tRNA (transfer RNA) – toimetab õiged aminohapped vastavalt mRNA kolmikutele (kodonitele).
• rRNA (ribosoomne RNA) – koos valkudega moodustab ribosoome; rRNA-d osalevad ka peamiselt katalüütilistes sammudes peptiidisideme moodustamisel.
• miRNA ja siRNA – lühikesed regulaator-RNA-d, mis osalevad geenide ekspressiooni pärssimises ja mRNA hävitamises (RNAi‑teekond).
• snRNA – osalevad eukarüootsetel mRNA töötlemise protsessidel (nt intronide välja lõikamine splicingul).
• snoRNA, piRNA, lncRNA – mitmesugused regulatoorsed ja modifitseerivad RNA-d (nukleolus toimuvad modifikatsioonid, transposoonide kontroll, geeni regulatsioon jm).
• ribotsüümid – mõned RNA-d omavad ensümaatilist aktiivsust (näiteks RNase P või isesplaiinguvad intronid).

Süntees ja töötlemine

RNA sünteesitakse DNA templi alusel protsessis, mida nimetatakse transkriptsiooniks. Eukarüootides seda viivad läbi mitu RNA polümeraasi (I, II, III), igaühel on spetsiifilised sihtmolekulid. Eukarüootne prekursor-mRNA (pre-mRNA) läbib sageli posttranskriptsioonilisi muudatusi: 5' m7G‑capi lisamine, 3' poli‑A sabale lisamine ning intronide väljalõikamine (splicing), mille käigus tekib lõplik mature mRNA. Prokarüootides on transkriptsioon ja translatsioon sageli lõimitud — ribosoomid võivad naastu hakata mRNA-d lugema juba selle tekkimise ajal.

RNA viirustes ja retroviirused

RNA on teatud viiruste, eriti retroviiruste, nagu HIV-viirus, geneetilise informatsiooni kandja. Viirused võivad omada nii üheahelalist kui ka kahheahelalist RNA‑genoomi; mõned on positiivse signaali (koheselt translatekoht), teised negatiivse signaali (vajavad RNA‑sõltuvat polümeraasi). Retroviirused kasutavad vastupidist transkriptsiooni (reverse transcription), et sünteesida DNA-d oma RNA mallist ja seejärel integreerida see hosti genoomi — see on erand üldreeglist, et DNA on pärilikkusaine.

Stabiilsus, lagunemine ja laboratoorsed rakendused

RNA on üldjuhul keemiliselt vähem stabiilne kui DNA, peamiselt tänu 2' OH rühmale riboosis. Sellesse mängivad rolli ka RNAsi degradeerivad ensüümid (RNAses), mille tõttu töö RNA-ga laboris nõuab RNase-vabasid tingimusi. RNA-d kasutatakse laialdaselt molekulaarbioloogias: RT‑PCR (retrotranskriptsioon ja kvantitatiivne PCR), RNA‑seq gen ekspressiooni analüüsiks, siRNA/miRNA eksperimentaalses geenide inhibeerimises ning mRNA‑vaktsiinidena kliinilistes rakendustes.

Evolutsiooniline tähtsus

RNA roll katalüütiliste ja informatsiooni kandevaks molekuliks toetab RNA‑maailma hüpoteesi, mille kohaselt varajases elus võis RNA täita nii geeni kandmise kui ka biokeemiliste reaktsioonide katalüüsi rolle enne DNA‑ ja valkude domineerimist. Ribotsüümide ja RNA‑võimetega seotud leiud annavad sellele hüpoteesile tuge.

Kokkuvõtlikult: RNA on mitmekülgne nukleiinhape, mis erineb DNA-st nii keemiliselt (riboos ja uratsiiI) kui ka funktsionaalselt — tal on oluline roll geenide ekspressioonis, reguleerimises, raku ehituses ja mõningate viiruste pärilikkuse kandmisel.

Valgusünteesi RNAd

Sõnumitooja RNA

RNA peamine ülesanne on kanda teavet aminohapete järjestuse kohta geenidest sinna, kus valgud koonduvad ribosoomidesse tsütoplasmas.

Seda teeb messenger RNA (mRNA). Üks DNA-ahel on plaan mRNA jaoks, mis transkribeeritakse sellest DNA-ahelast. Aluspaaride järjestus transkribeeritakse DNA-st ensüümi RNA-polümeraasi abil. Seejärel liigub mRNA tuumast ribosoomidesse tsütoplasmas, et moodustada valke. MRNA tõlgib aluspaaride järjestuse aminohapete järjestuseks, et moodustada valke. Seda protsessi nimetatakse translatsiooniks.

DNA ei lahku tuumast erinevatel põhjustel. DNA on väga pikk molekul ja on seotud kromosoomides koos valkudega, mida nimetatakse histoonideks. mRNA seevastu on võimeline liikuma ja reageerima erinevate rakuensüümidega. Pärast transkriptsiooni lahkub mRNA tuumast ja liigub ribosoomidesse.

Kaks liiki mittekodeerivaid RNAsid aitavad rakus valkude ehitamisel. Need on transfeer-RNA (tRNA) ja ribosomaalne RNA (rRNA).

tRNA

Transfer-RNA (tRNA) on lühike, umbes 80 nukleotiidist koosnev molekul, mis kannab ribosoomi polüpeptiidahelale spetsiifilist aminohapet. Iga aminohappe jaoks on erinev tRNA. Igaühel neist on aminohappe kinnituskoht ja antikodoon, mis vastab mRNA-l olevale koodonile. Näiteks kodeerivad koodonid UUU või UUC aminohapet fenüülalaniin.

rRNA

Ribosomaalne RNA (rRNA) on ribosoomide katalüütiline komponent. Eukarüootilised ribosoomid sisaldavad nelja erinevat rRNA molekuli: 18S, 5,8S, 28S ja 5S rRNA. Kolm rRNA molekuli sünteesitakse nukleoolis ja üks sünteesitakse mujal. Tsütoplasmas ühinevad ribosomaalne RNA ja valk, moodustades tuumaproteiini, mida nimetatakse ribosoomiks. Ribosoom seob mRNA-d ja teostab valgu sünteesi. Ühele mRNA-le võib igal ajal olla seotud mitu ribosoomi. rRNA on äärmiselt rikkalik ja moodustab 80% 10 mg/ml RNA-st, mida leidub tüüpilises eukarüootilises tsütoplasmas.

snRNAd

Väikesed tuuma-RNAd (snRNA) ühinevad valkudega, et moodustada spliksosoomid. Spliceosoomid reguleerivad alternatiivset splaissimist. Geenid kodeerivad valke eksoonideks nimetatavates osades. Need bitid võivad olla erinevalt ühendatud, et moodustada erinevaid mRNAsid. Seega saab ühest geenist valmistada palju valke. See on alternatiivse splaissingu protsess. Proteaasid tükeldavad valgu soovimatuid versioone ja keemilised bitid kasutatakse uuesti.

Küpse eukarüootilise mRNA struktuur. Täielikult töödeldud mRNA sisaldab 5'-katet, 5'-UTR-i, kodeerivat piirkonda, 3'-UTR-i ja polü(A)-saba. UTR = transleerimata piirkond

Küsimused ja vastused

K: Mida tähendab RNA?

K: Mille poolest erineb RNA füüsikaliselt DNA-st?

K: Milliseid erinevaid aluseid leidub RNA-s?

K: Milline on RNA aluste vaheline sidemete muster?

K: Mille poolest erineb RNA keemiliselt DNA-st?

K: Milline on RNA roll raku reaktsioonides?

K: Millised viirused kasutavad RNA-d geneetilise informatsiooni kandjana?

Otsing