RNA

RNA — RNA, kwas rybonukleinowy – wielkocząsteczkowy związek chemiczny z grupy kwasów nukleinowych. RNA to liniowy polimer zbudowany z podjednostek – rybonukleotydów. Występuje w komórkach wszystkich organizmów żywych, gdzie uczestniczy w biosyntezie białek.

Budowa chemiczna RNA

Cząsteczka kwasu rybonukleinowego (RNA) jest wielkocząsteczkowym związkiem chemicznym z grupy kwasów nukleinowych. Jest liniowym polimerem zbudowanym z podjednostek zwanych rybonukleotydami, łączących się za pomocą wiązań fosfodiestrowych w łańcuchy polirybonukleotydowe.

Każdy rybonukleotyd składa się z pięciowęglowego cukru – rybozy, do której w pozycji 5ʾ dołączona jest grupa fosforanowa, a w pozycji 1ʾ jedna z czterech zasad azotowych – adenina (A) i guanina (G) zaliczane do zasad purynowych; oraz cytozyna (C) i uracyl (U) zaliczane do zasad pirymidynowych. Zasady azotowe łączą się z pierwszym atomem węgla rybozy (C1) za pomocą wiązania N-glikozydowego, tworząc nukleozydy (rybonukleozydy) – adenozynę (A), guanozynę (G),  cytydynę (C) i urydynę (U).

Rybonukleotydy są rybonukleozydami związanymi kowalencyjnie z jedną lub większą liczbą grup fosforanowych w pozycji 3’, 5’ oraz 2’ (przy trzecim, piątym oraz drugim atomie węgla cząsteczki rybozy). W pozycji 5’ mogą być przyłączone aż trzy grupy fosforanowe, w wyniku czego powstają nukleozydo-5’-trifosforany – adenozyno-5’-trifosforan (ATP), urydyno-5’-trifosforan (UTP), cytydyno-5’-trifosforan (CTP) oraz guanozyno-5’-trifosforan (GTP), stanowiące substraty w syntezie RNA.

Sąsiadujące rybonukleotydy połączone są kowalencyjnie wiązaniami 3’, 5’-fosfodiestrowymi pomiędzy grupą fosforanową piątego atomu węgla rybozy (C5) jednego rybonukleotydu oraz  trzecim atomem węgla rybozy (C3) kolejnego rybonukleotydu.

Budowa przestrzenna RNA

RNA są przeważnie jednoniciowe; wewnątrz ich cząsteczki mogą jednak występować krótkie odcinki dwuniciowe tworzące struktury tzw. „spinki do włosów”. Struktury te powstają wskutek zwinięcia się łańcucha RNA oraz łączenia się par zasad azotowych między odcinkami komplementarnymi w obrębie jednej nici za pomocą wiązań wodorowych oraz innych oddziaływań hydrofobowych. 

Nić transportującego RNA (tRNA) posiada strukturę drugorzędową przedstawianą w postaci liścia koniczyny. Zbudowana jest ona z odcinków jednoniciowych, tworzących trzy lub cztery pętle oraz odcinków dwuniciowych, tworzących cztery ramiona – ramię akceptorowe, ramię D, ramię antykodonowe i ramię T. Wiązania wodorowe pomiędzy zasadami znajdującymi się w obrębie jednoniciowych pętli RNA organizują strukturę drugorzędową tej cząsteczki w strukturę trzeciorzędową o kształcie litery L, gdzie ramię akceptorowe i antykodonowe położone są na przeciwnych końcach litery L.

Rodzaje RNA

Kwasy rybonukleinowe, w zależności od wielkości i struktury cząsteczki oraz pełnionej funkcji biologicznej, dzielą się na:

• matrycowe (informacyjne) kwasy rybonukleinowe (mRNA) – powstają przy udziale polimerazy RNA na matrycy kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), zawierające w sekwencji rybonukleotydów informację o strukturze określonego białka;
• przenośnikowe (transportujące) kwasy nukleinowe (tRNA) – biorą udział w biosyntezie łańcuchów polipeptydowych (translacja); warunkują wiązanie się aminokwasów z odpowiednim miejscem na matrycy utworzonej przez mRNA, zgodnie z kolejnością właściwą dla danego białka;
• rybosomowe kwasy nukleinowe (rRNA) – wchodzą w skład rybosomów
• heterogenne jądrowe kwasy nukleinowe (hnRNA, pre-mRNA) – bezpośrednie produkty procesy transkrypcji RNA w jądrach komórek eukariotycznych; w wyniku obróbki posttranskrypcyjnej tych kwasów powstają cząsteczki dojrzałego mRNA;
• małe jądrowe kwasy rybonukleinowe (snRNA) – występują w jądrach komórek eukariotycznych w kompleksach z małymi jądrowymi nukleoproteinami (snRNP), biorą udział w procesie obróbki RNA (wycinaniu intronów);
• małe jąderkowe kwasy rybonukleinowe (snoRNA) – wchodzą w skład jąderka, biorą udział w procesie modyfikacji chemicznej rybonukleotydów hnRNA (pre-mRNA).

RNA żywych organizmów

Cząsteczki RNA u eukariontów występują w jądrze komórkowym, cytoplazmie, rybosomach, mitochondriach oraz chloroplastach. RNA prokariontów znajduje się w cytoplazmie oraz rybosomach. Dużą zawartością kwasu rybonukleinowego cechują się komórki, w których zachodzą intensywne procesy biosyntezy białek. Cząsteczki RNA występujące w postaci jednoniciowej bądź dwuniciowej stanowią materiał genetyczny niektórych wirusów oraz wiroidów.

Kwasy rybonukleinowe uczestniczą w biosyntezie białek. Pierwszy etap biosyntezy białka (transkrypcja) odbywa się w jądrze komórkowym; polega na syntezie cząsteczki RNA komplementarnej do matrycowej nici DNA. Powstała cząsteczka pre-mRNA poddawana jest następnie obróbce posttranskrypcyjnej, w wyniku której powstaje dojrzała cząsteczka mRNA, zawierająca informację o sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, zapisaną w postaci rybonukleotydów.

Drugi etap biosyntezy białka (translacja) odbywa się w cytoplazmie bądź na błonach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. Podczas tego procesu informacja genetyczna zapisana w mRNA „tłumaczona” jest na sekwencję aminokwasów przez transportujący kwas rybonukleinowy (tRNA), dzięki oddziaływaniu kodonu w mRNA z komplementarnym antykodonem w tRNA. Rybosomy przyłączają się do mRNA (kompleks translacyjny), a następnie przesuwają się wzdłuż matrycy RNA, umożliwiając cząsteczkom tRNA odczytywanie informacji zawartej w mRNA oraz odpowiednie ułożenie aminokwasów i ich łączenie się za pomocą wiązań peptydowych we właściwej kolejności, w wyniku czego powstaje cząsteczka białka.