Fungsi, Struktur, dan Jenis RNA



itu RNA atau RNA (asam ribonukleat) adalah jenis asam nukleat yang terdapat pada organisme eukariotik, prokariota dan virus. Ini adalah polimer nukleotida yang mengandung empat jenis basa nitrogen dalam strukturnya: adenin, guanin, sitosin, dan urasil..

RNA umumnya ditemukan sebagai pita tunggal (kecuali pada beberapa virus), secara linear atau membentuk serangkaian struktur kompleks. Faktanya, RNA memiliki dinamisme struktural yang tidak teramati dalam DNA double helix. Berbagai jenis RNA memiliki fungsi yang sangat beragam.

RNA ribosom adalah bagian dari ribosom, struktur yang bertanggung jawab untuk sintesis protein dalam sel. RNA messenger bertindak sebagai perantara dan mengangkut informasi genetik ke ribosom, yang menerjemahkan pesan dari urutan nukleotida ke urutan asam amino.

Transfer RNA bertanggung jawab untuk mengaktifkan dan mentransfer berbagai jenis asam amino -20 total- ke ribosom. Ada molekul RNA transfer untuk setiap asam amino yang mengenali urutan dalam RNA kurir.  

Selain itu, ada jenis RNA lain yang tidak terlibat langsung dalam sintesis protein dan terlibat dalam regulasi gen.

Indeks

  • 1 Struktur
    • 1.1 Nukleotida
    • 1.2 Rantai RNA
    • 1.3 Kekuatan yang menstabilkan RNA
  • 2 Jenis RNA dan fungsi
    • 2.1 Messenger RNA
    • 2.2 RNA ribosom
    • 2.3 Transfer RNA
    • 2.4 MicroRNA
    • 2,5 RNA bisu
  • 3 Perbedaan antara DNA dan RNA
  • 4 Asal dan evolusi
  • 5 Referensi

Struktur

Unit dasar RNA adalah nukleotida. Setiap nukleotida dibentuk oleh basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin, dan urasil), pentosa dan gugus fosfat.

Nukleotida

Basa nitrogen berasal dari dua senyawa mendasar: pirimidin dan purin.

Basa yang berasal dari purin adalah adenin dan guanin dan basa yang berasal dari pirimidin adalah sitosin dan urasil. Meskipun ini adalah basa yang paling umum, asam nukleat juga dapat menghadirkan jenis basa lain yang lebih jarang.

Adapun pentosa, mereka adalah unit d-ribosa. Oleh karena itu, nukleotida yang membentuk RNA disebut "ribonukleotida".

Rantai RNA

Nukleotida dihubungkan bersama oleh ikatan kimia yang melibatkan gugus fosfat. Untuk membentuknya, gugus fosfat pada ujung 5 'nukleotida melekat pada gugus hidroksil (-OH) pada ujung 3' nukleotida berikutnya, sehingga menciptakan ikatan jenis fosfodiester..

Sepanjang rantai asam nukleat, ikatan fosfodiester memiliki orientasi yang sama. Oleh karena itu, ada polaritas untai, membedakan antara ujung 3 'dan 5'.

Secara konvensional, struktur asam nukleat diwakili dengan ujung 5 'di sebelah kiri dan ujung 3' di kanan.

Produk RNA dari transkripsi DNA adalah rantai sederhana yang belok ke kanan, dalam konformasi heliks oleh penumpukan pangkalan. Interaksi antara purin jauh lebih besar daripada interaksi antara dua pirimidin, berdasarkan ukurannya.

Dalam RNA kita tidak dapat berbicara tentang struktur dan referensi sekunder tradisional, seperti halnya double helix dari DNA. Struktur tiga dimensi dari masing-masing molekul RNA adalah unik dan kompleks, sebanding dengan protein (secara logis, kita tidak dapat mengglobalisasi struktur protein).

Kekuatan yang menstabilkan RNA

Ada interaksi lemah yang berkontribusi pada stabilisasi RNA, khususnya susun pangkalan, di mana cincin terletak satu di atas yang lain. Fenomena ini juga berkontribusi terhadap stabilitas heliks DNA.

Jika molekul RNA menemukan urutan yang saling melengkapi, mereka dapat berpasangan dan membentuk struktur rantai ganda yang berbelok ke kanan. Bentuk yang dominan adalah tipe A; untuk bentuk Z, mereka hanya dibuktikan di laboratorium, sedangkan bentuk B belum diamati.

Secara umum, ada urutan pendek (seperti UUGG) yang terletak di akhir RNA dan memiliki kekhasan pembentukan loop stabil. Urutan ini berpartisipasi dalam pelipatan struktur tiga dimensi RNA.

Selain itu, ikatan hidrogen dapat dibentuk di situs lain yang bukan pasangan basa khas (AU dan CG). Salah satu interaksi ini terjadi antara 2'-OH ribosa dengan kelompok lain.

Pengenceran berbagai struktur yang ditemukan dalam RNA telah berfungsi untuk menunjukkan berbagai fungsi asam nukleat ini.

Jenis RNA dan fungsinya

Ada dua jenis RNA: informasi dan fungsional. Kelompok pertama termasuk RNA yang berpartisipasi dalam sintesis protein dan berfungsi sebagai perantara proses; RNA informasional adalah RNA messenger.

Sebaliknya, RNA milik kelas dua, yang fungsional, tidak menimbulkan molekul protein baru dan RNA itu sendiri adalah produk akhir. Ini adalah RNA transfer dan RNA ribosom.

Dalam sel mamalia, 80% RNA adalah RNA ribosom, 15% adalah transfer RNA dan hanya sebagian kecil yang sesuai dengan RNA kurir. Ketiga jenis ini bekerja secara kooperatif untuk mencapai biosintesis protein.

Ada juga RNA nuklir kecil, RNA sitoplasma kecil, dan microRNA. Selanjutnya, masing-masing jenis yang paling penting akan dijelaskan secara rinci:

Messenger RNA

Dalam eukariota DNA terbatas pada nukleus, sedangkan sintesis protein terjadi di sitoplasma sel, tempat ribosom berada. Untuk pemisahan spasial ini harus ada mediator yang membawa pesan dari inti ke sitoplasma dan bahwa molekul adalah pembawa pesan RNA..

Messenger RNA, disingkat mRNA, adalah molekul antara yang berisi informasi yang dikodekan dalam DNA dan yang menentukan urutan asam amino yang akan memunculkan protein fungsional.

Istilah messenger RNA diusulkan pada tahun 1961 oleh François Jacob dan Jacques Monod untuk menggambarkan bagian RNA yang mengirimkan pesan dari DNA ke ribosom..

Proses sintesis mRNA dari untai DNA dikenal sebagai transkripsi dan terjadi secara berbeda antara prokariota dan eukariota. 

Ekspresi gen diatur oleh beberapa faktor dan tergantung pada kebutuhan setiap sel. Transkripsi dibagi menjadi tiga tahap: inisiasi, perpanjangan dan penghentian.

Transkripsi

Proses replikasi DNA, yang terjadi di setiap pembelahan sel, menyalin seluruh kromosom. Namun, proses transkripsi jauh lebih selektif, hanya berurusan dengan pemrosesan segmen spesifik dari untai DNA dan tidak memerlukan primer.

Masuk Escherichia coli -bakteri yang paling baik dipelajari dalam ilmu biologi - transkripsi dimulai dengan lepasnya heliks ganda DNA dan loop transkripsi terbentuk. Enzim RNA polimerase bertanggung jawab untuk mensintesis RNA dan, ketika transkripsi berlanjut, untai DNA kembali ke bentuk aslinya.

Inisiasi, perpanjangan dan pemutusan

Transkripsi tidak dimulai di situs acak dalam molekul DNA; ada situs khusus untuk fenomena ini, yang disebut promotor. Masuk E. coli RNA polimerase digabungkan beberapa pasangan basa di atas wilayah putih.

Urutan di mana faktor transkripsi digabungkan cukup dilestarikan di antara spesies yang berbeda. Salah satu urutan promotor paling terkenal adalah kotak TATA.

Dalam perpanjangan, enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida baru ke ujung 3'-OH, mengikuti arah 5 'ke 3'. Kelompok hidroksil bertindak sebagai nukleofil, menyerang alfa fosfat nukleotida yang akan ditambahkan. Reaksi ini melepaskan pirofosfat.

Hanya satu untai DNA yang digunakan untuk mensintesis RNA messenger, yang disalin dalam arah 3 'ke 5' (bentuk antiparalel dari untai RNA baru). Nukleotida yang akan ditambahkan harus sesuai dengan pasangan basa: Pasangan U dengan A, dan G dengan C.

RNA polimerase menghentikan proses ketika menemukan daerah yang kaya akan sitosin dan guanin. Akhirnya, molekul RNA messenger baru dipisahkan dari kompleks.

Transkripsi dalam prokariota

Pada prokariota, molekul kurir RNA dapat mengkode lebih dari satu protein.

Ketika mRNA mengkodekan secara eksklusif untuk protein atau polipeptida itu disebut mRNA monocistronic, tetapi jika dikodifikasikan untuk lebih dari satu produk protein mRNA adalah polikistronik (perhatikan bahwa dalam konteks ini istilah cistron mengacu pada gen).

Transkripsi dalam eukariota

Pada organisme eukariotik, sebagian besar mRNA adalah monokistronik dan mesin transkripsi jauh lebih kompleks dalam garis keturunan organisme ini. Mereka ditandai dengan memiliki tiga RNA polimerase, dilambangkan I, II dan III, masing-masing dengan fungsi spesifik.

I bertugas mensintesis pra-rRNA, II mensintesis RNA messenger dan beberapa RNA khusus. Akhirnya, III bertanggung jawab untuk transfer RNA, 5S ribosomal dan RNA kecil lainnya.

Messenger RNA di eukariota

Messenger RNA mengalami serangkaian modifikasi spesifik pada eukariota. Yang pertama melibatkan penambahan "tutup" ke ujung 5 '. Secara kimia, tutupnya adalah residu 7-metilguanosin yang ditambatkan sampai akhir oleh ikatan tipe 5 ', 5'-trifosfat.

Fungsi zona ini adalah untuk melindungi RNA dari kemungkinan degradasi oleh ribonucleases (enzim yang mendegradasi RNA menjadi komponen yang lebih kecil).

Selain itu, penghilangan ujung 3 'terjadi dan 80 hingga 250 residu adenin ditambahkan. Struktur ini dikenal sebagai "ekor" poliA dan berfungsi sebagai zona pengikat untuk beberapa protein. Ketika seorang prokariota memperoleh ekor polong cenderung merangsang degradasinya.

Di sisi lain, kurir ini ditranskripsi dengan intron. Intron adalah sekuens DNA yang bukan bagian dari gen tetapi "mengganggu" sekuens. Intron tidak diterjemahkan dan karena itu harus dikeluarkan dari messenger.

Sebagian besar gen vertebrata memiliki intron, kecuali gen yang mengkode histones. Demikian pula, jumlah intron dalam suatu gen dapat bervariasi dari beberapa hingga beberapa di antaranya.

Penyambungan dari RNA

Smemimpikan RNA atau proses penyambungan melibatkan penghilangan intron dalam RNA messenger.

Beberapa intron yang ditemukan dalam gen nuklir atau mitokondria dapat melakukan proses tersebut penyambungan tanpa bantuan enzim atau ATP. Sebaliknya, proses ini dilakukan oleh reaksi transesterifikasi. Mekanisme ini ditemukan dalam protozoon bersilia Tetrahymena thermophila.

Sebaliknya, ada kelompok rasul lain yang tidak dapat memediasi mereka sendiri penyambungan, jadi mereka membutuhkan mesin tambahan. Untuk kelompok ini termasuk jumlah gen nuklir yang cukup tinggi.

Proses penyambungan itu dimediasi oleh kompleks protein yang disebut kompleks spiceosome atau splicing. Sistem ini terdiri dari kompleks RNA khusus yang disebut nuklir small ribonucleoproteins (RNP).

Ada lima jenis RNP: U1, U2, U4, U5 dan U6, yang ditemukan dalam nukleus dan memediasi proses penyambungan.

itu penyambungan dapat menghasilkan lebih dari satu jenis protein - ini dikenal sebagai penyambungan alternatif-, karena ekson diatur secara berbeda, menciptakan varietas messenger RNA.

RNA ribosom

RNA ribosom, disingkat rRNA, ditemukan dalam ribosom dan berpartisipasi dalam biosintesis protein. Oleh karena itu, ini merupakan komponen penting dari semua sel.

RNA ribosom dikaitkan dengan molekul protein (sekitar 100, sekitar) untuk menimbulkan presubunidades ribosom. Mereka diklasifikasikan tergantung pada koefisien sedimentasi mereka, dilambangkan dengan huruf S unit Svedberg.

Ribosom terdiri dari dua bagian: subunit utama dan subunit kecil. Kedua subunit berbeda antara prokariota dan eukariota dalam hal koefisien sedimentasi.

Prokariota memiliki subunit 50S besar dan subunit 30S kecil, sedangkan dalam eukariota subunit besar adalah 60S dan subunit 40S kecil.

Gen yang mengkode RNA ribosom berada di nukleolus, area khusus nukleus yang tidak dibatasi oleh membran. RNA ribosom ditranskripsi di wilayah ini oleh RNA polimerase I.

Dalam sel yang mensintesis sejumlah besar protein; Nukleolus adalah struktur yang menonjol. Namun, ketika sel tersebut tidak membutuhkan jumlah produk protein yang tinggi, nukleolus adalah struktur yang hampir tidak terlihat..

Pemrosesan RNA ribosom

Subunit ribosom 60S yang besar dikaitkan dengan fragmen 28S dan 5.8S. Sehubungan dengan subunit kecil (40S), ini dikaitkan dengan 18S.

Pada eukariota yang lebih tinggi, pre-rRNA dikodekan dalam unit transkripsional 45S, yang melibatkan RNA polimerase I. Transkrip ini diproses dalam RNA ribosom matang 28S, 18S dan 5.8S.

Ketika sintesis berlanjut, pre-rRNA dikaitkan dengan protein yang berbeda dan membentuk partikel ribonucleoprotein. Ini mengalami serangkaian modifikasi berikutnya yang mencakup metilasi kelompok ribosa 2'-OH dan konversi residu uridin menjadi pseudouridine..

Wilayah di mana perubahan ini akan terjadi dikendalikan oleh lebih dari 150 molekul RNA nukleolar kecil, yang memiliki kemampuan untuk menempel pada pra-rRNA.

Berlawanan dengan sisa pre-rRNA, 5S ditranskripsi oleh RNA polimerase III dalam nukleoplasma dan bukan di dalam nukleolus. Setelah disintesis, ia dibawa ke nukleolus untuk berkumpul dengan 28S dan 5.8S, membentuk unit ribosom.

Pada akhir proses perakitan, subunit dipindahkan ke sitoplasma oleh pori-pori nuklir.

Polyribosomes

Dapat terjadi bahwa molekul RNA kurir memberikan asal beberapa protein sekaligus, bergabung dengan lebih dari satu ribosom. Saat proses penerjemahan berlangsung, akhir messenger gratis dan dapat diambil oleh ribosom lain, memulai sintesis baru.

Oleh karena itu, adalah umum untuk menemukan ribosom yang dikelompokkan (antara 3 dan 10) dalam satu molekul RNA kurir, dan kelompok ini disebut polyribosome.

Transfer RNA

RNA transfer bertanggung jawab untuk mentransfer asam amino saat proses sintesis protein berlangsung. Mereka terdiri dari sekitar 80 nukleotida (dibandingkan dengan messenger RNA, itu adalah molekul "kecil").

Strukturnya memiliki lipatan dan persilangan yang menyerupai trefoil dengan tiga tangan. Pada satu ujung adalah cincin adenylic, di mana kelompok hidroksil dari ribosa memediasi pengikatan ke asam amino untuk diangkut.

Transfer RNA yang berbeda dikombinasikan secara eksklusif dengan salah satu dari dua puluh asam amino yang membentuk protein; dengan kata lain, itu adalah kendaraan yang mengangkut blok bangunan dasar protein. Kompleks RNA transfer bersama dengan asam amino disebut aminoasil-tRNA.

Selain itu, dalam proses penerjemahan - yang terjadi berkat ribosom - setiap transfer RNA mengenali kodon tertentu dalam RNA messenger. Ketika diakui, asam amino yang sesuai dilepaskan dan menjadi bagian dari peptida yang disintesis.

Untuk mengenali jenis asam amino yang harus dikirim, RNA memiliki "antikodon" yang terletak di wilayah tengah molekul. Antikodon ini mampu membentuk ikatan hidrogen dengan basa komplementer yang ada dalam DNA kurir.

MicroRNA

MicroRNA atau mRNA adalah jenis pendek RNA untai tunggal, antara 21 dan 23 nukleotida, yang fungsinya untuk mengatur ekspresi gen. Karena tidak diterjemahkan menjadi protein, biasanya disebut RNA non-coding.

Seperti jenis RNA lainnya, pemrosesan microRNA adalah kompleks dan melibatkan serangkaian protein.

MicroRNA muncul dari prekursor yang lebih panjang yang disebut mRNA-pri, berasal dari transkrip pertama gen. Dalam nukleus sel, prekursor ini dimodifikasi dalam kompleks mikroprosesor dan hasilnya adalah pre-miRNA..

Pre-mRNA adalah garpu dari 70 nukleotida yang melanjutkan pemrosesan mereka dalam sitoplasma oleh enzim yang disebut Dicer, yang merakit kompleks pembungkaman terinduksi-RNA (RISC) dan akhirnya mRNA disintesis..

RNA ini mampu mengatur ekspresi gen, karena mereka melengkapi RNA kurir tertentu. Ketika digabungkan dengan target mereka, miRNA dapat menekan pembawa pesan, atau bahkan menurunkannya. Akibatnya, ribosom tidak bisa menerjemahkan transkrip kata.

Membungkam RNA

Jenis tertentu dari microRNA adalah interferensi kecil RNA (siRNA), juga disebut membungkam RNA. Mereka adalah RNA pendek, antara 20 hingga 25 nukleotida, yang menghambat ekspresi gen tertentu.

Mereka adalah instrumen yang sangat menjanjikan untuk penelitian, karena mereka memungkinkan membungkam gen yang menarik dan dengan demikian mempelajari fungsinya yang mungkin.

Perbedaan antara DNA dan RNA

Meskipun DNA dan RNA adalah asam nukleat dan mungkin terlihat sangat mirip pada pandangan pertama, mereka berbeda dalam beberapa sifat kimianya dan struktural. DNA adalah molekul pita ganda, sedangkan RNA adalah pita sederhana.

Oleh karena itu, RNA adalah molekul yang lebih fleksibel dan dapat mengadopsi berbagai macam bentuk tiga dimensi. Namun, virus tertentu memiliki RNA untai ganda dalam materi genetiknya.

Dalam nukleotida RNA, molekul gula adalah ribosa, sedangkan dalam DNA itu adalah deoksiribosa, berbeda hanya dengan adanya atom oksigen.

Ikatan fosfodiester dalam kerangka DNA dan RNA cenderung mengalami proses hidrolisis yang lambat dan tanpa adanya enzim. Dalam kondisi alkalinitas, RNA dihidrolisis dengan cepat - berkat kelompok hidroksil tambahan -, sedangkan DNA tidak.

Demikian pula, basa nitrogen yang membentuk nukleotida dalam DNA adalah guanin, adenin, timin, dan sitosin; Di sisi lain, dalam RNA timin digantikan oleh urasil. Urasil dapat dipasangkan dengan adenin, seperti halnya timin dalam DNA.

Asal dan evolusi

RNA adalah satu-satunya molekul yang diketahui mampu menyimpan informasi dan mengkatalisasi reaksi kimia pada saat yang sama; oleh karena itu, beberapa penulis mengusulkan bahwa molekul RNA sangat penting pada asal usul kehidupan. Anehnya, substrat ribosom adalah molekul RNA lainnya.

Penemuan ribozim mengarah pada redefinisi biokimia "enzim" - karena istilah itu digunakan secara eksklusif untuk protein dengan aktivitas katalitik -, dan membantu mempertahankan skenario di mana bentuk kehidupan pertama hanya menggunakan RNA sebagai bahan genetik..

Referensi

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, dkk. (2002). Biologi Molekuler Sel. Edisi ke-4. New York: Ilmu Garland. Dari DNA ke RNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biokimia. Saya terbalik.
  3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., dkk. (1999). Analisis Genetik Modern. New York: W. H. Freeman. Gen dan RNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, A.C., Hall, J. E., & Guyton, A.C. (2006). Perjanjian fisiologi medis. Elsevier.
  6. Hall, J. E. (2015). Buku teks Guyton and Hall tentang fisiologi medis e-Book. Ilmu Kesehatan Elsevier.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., dkk. (2000) Biologi Sel Molekuler. Edisi ke-4. New York: W. H. Freeman. Bagian 11.6, Pemrosesan rRNA dan tRNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Prinsip-prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.