Informatie

22.3: Structuur en functie van RNA - Biologie


vaardigheden om te ontwikkelen

  • Beschrijf de biochemische structuur van ribonucleotiden
  • Beschrijf de overeenkomsten en verschillen tussen RNA en DNA
  • Beschrijf de functies van de drie belangrijkste soorten RNA die worden gebruikt bij de eiwitsynthese
  • Leg uit hoe RNA kan dienen als erfelijke informatie

Structureel gezien lijkt ribonucleïnezuur (RNA) vrij veel op DNA. Terwijl DNA-moleculen echter typisch lang en dubbelstrengs zijn, zijn RNA-moleculen veel korter en typisch enkelstrengs. RNA-moleculen vervullen verschillende rollen in de cel, maar zijn voornamelijk betrokken bij het proces van eiwitsynthese (vertaling) en de regulatie ervan.

RNA-structuur

RNA is typisch enkelstrengs en is gemaakt van ribonucleotiden die zijn verbonden door fosfodiesterbindingen. Een ribonucleotide in de RNA-keten bevat ribose (de pentosesuiker), een van de vier stikstofbasen (A, U, G en C) en een fosfaatgroep. Het subtiele structurele verschil tussen de suikers geeft DNA extra stabiliteit, waardoor DNA meer geschikt is voor opslag van genetische informatie, terwijl de relatieve instabiliteit van RNA het geschikter maakt voor zijn meer kortetermijnfuncties.

Afbeelding (PageIndex{1}): (a) Ribonucleotiden bevatten de pentosesuikerribose in plaats van de deoxyribose die in deoxyribonucleotiden wordt aangetroffen. (b) RNA bevat het pyrimidine-uracil in plaats van thymine dat in DNA wordt aangetroffen.

Het RNA-specifieke pyrimidine-uracil vormt een complementair basenpaar met adenine en wordt gebruikt in plaats van het thymine dat in DNA wordt gebruikt. Hoewel RNA enkelstrengs is, vertonen de meeste soorten RNA-moleculen uitgebreide intramoleculaire basenparen tussen complementaire sequenties binnen de RNA-streng, waardoor een voorspelbare driedimensionale structuur ontstaat die essentieel is voor hun functie (Figuur (PageIndex{1}) en Figuur (PageIndex{2})).

Afbeelding (PageIndex{2}): (a) DNA is typisch dubbelstrengs, terwijl RNA typisch enkelstrengs is. (b) Hoewel het enkelstrengs is, kan RNA op zichzelf vouwen, waarbij de vouwen worden gestabiliseerd door korte gebieden van complementaire basenparing in het molecuul, waardoor een driedimensionale structuur wordt gevormd.

Oefening (PageIndex{1})

Hoe verschilt de structuur van RNA van de structuur van DNA?

Functies van RNA bij eiwitsynthese

Cellen hebben toegang tot de informatie die in het DNA is opgeslagen door RNA te creëren om de synthese van eiwitten door het translatieproces te leiden. Eiwitten in een cel hebben veel functies, waaronder het bouwen van cellulaire structuren en dienen als enzymkatalysatoren voor cellulaire chemische reacties die cellen hun specifieke kenmerken geven. De drie belangrijkste soorten RNA die direct betrokken zijn bij de eiwitsynthese zijn boodschapper-RNA (mRNA), ribosomaal RNA (rRNA) en transfer-RNA (tRNA).

In 1961 veronderstelden de Franse wetenschappers François Jacob en Jacques Monod het bestaan ​​van een intermediair tussen DNA en zijn eiwitproducten, die zij boodschapper-RNA noemden.1 Bewijs dat hun hypothese ondersteunde, werd kort daarna verzameld en toonde aan dat informatie van DNA naar het ribosoom wordt overgedragen voor eiwitsynthese met behulp van mRNA. Als DNA dient als de complete bibliotheek van cellulaire informatie, dient mRNA als een fotokopie van specifieke informatie die op een bepaald moment nodig is en die dient als de instructies om een ​​eiwit te maken.

Het mRNA draagt ​​de boodschap van het DNA, dat alle cellulaire activiteiten in een cel regelt. Als een cel een bepaald eiwit nodig heeft om te worden gesynthetiseerd, wordt het gen voor dit product 'aangezet' en wordt het mRNA gesynthetiseerd via het transcriptieproces (zie RNA-transcriptie). Het mRNA interageert vervolgens met ribosomen en andere cellulaire machines (Figuur (PageIndex{3})) om de synthese van het eiwit waarvoor het codeert tijdens het translatieproces te sturen (zie Eiwitsynthese). mRNA is relatief onstabiel en heeft een korte levensduur in de cel, vooral in prokaryotische cellen, waardoor eiwitten alleen worden gemaakt als dat nodig is.

Afbeelding (PageIndex{3}): Een algemene illustratie van hoe mRNA en tRNA worden gebruikt bij eiwitsynthese in een cel.

rRNA en tRNA zijn stabiele typen RNA. In prokaryoten en eukaryoten worden tRNA en rRNA gecodeerd in het DNA en vervolgens gekopieerd in lange RNA-moleculen die worden gesneden om kleinere fragmenten vrij te maken die de individuele rijpe RNA-soorten bevatten. In eukaryoten vindt synthese, knippen en assemblage van rRNA tot ribosomen plaats in het nucleolusgebied van de kern, maar deze activiteiten vinden plaats in het cytoplasma van prokaryoten. Geen van deze typen RNA draagt ​​instructies om de synthese van een polypeptide te sturen, maar ze spelen andere belangrijke rollen bij de eiwitsynthese.

Ribosomen zijn samengesteld uit rRNA en eiwit. Zoals de naam al doet vermoeden, is rRNA een belangrijk bestanddeel van ribosomen, dat tot ongeveer 60% van het ribosoom in massa vormt en de locatie verschaft waar het mRNA bindt. Het rRNA zorgt voor de juiste uitlijning van het mRNA, tRNA en de ribosomen; het rRNA van het ribosoom heeft ook een enzymatische activiteit (peptidyltransferase) en katalyseert de vorming van de peptidebindingen tussen twee uitgelijnde aminozuren tijdens de eiwitsynthese. Hoewel lang werd gedacht dat rRNA voornamelijk een structurele rol speelde, werd de katalytische rol ervan in het ribosoom in 2000 bewezen.2 Wetenschappers in de laboratoria van Thomas Steitz (1940-) en Peter Moore (1939-) aan de Yale University waren in staat om de ribosoomstructuur te kristalliseren uit Haloarcula marismortui, een halofiel archaeon geïsoleerd uit de Dode Zee. Vanwege het belang van dit werk deelde Steitz de Nobelprijs voor de Scheikunde 2009 met andere wetenschappers die een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan het begrip van de ribosoomstructuur.

Transfer-RNA is het derde hoofdtype van RNA en een van de kleinste, meestal slechts 70-90 nucleotiden lang. Het draagt ​​het juiste aminozuur naar de plaats van eiwitsynthese in het ribosoom. Het is de basenparing tussen het tRNA en mRNA die ervoor zorgt dat het juiste aminozuur wordt ingevoegd in de polypeptideketen die wordt gesynthetiseerd (Figuur (PageIndex{4})). Elke mutatie in het tRNA of rRNA kan leiden tot globale problemen voor de cel omdat beide nodig zijn voor een goede eiwitsynthese (Tabel (PageIndex{1})).

Afbeelding (PageIndex{4}): Een tRNA-molecuul is een enkelstrengs molecuul dat een significante intracellulaire basenparing vertoont, waardoor het zijn karakteristieke driedimensionale vorm krijgt.

Tabel (PageIndex{1}): Structuur en functie van RNA
mRNArRNAtRNA
StructuurKort, onstabiel, enkelstrengs RNA dat overeenkomt met een gen dat in DNA wordt gecodeerdLangere, stabiele RNA-moleculen die 60% van de ribosoommassa vormenKort (70-90 nucleotiden), stabiel RNA met uitgebreide intramoleculaire basenparing; bevat een aminozuurbindingsplaats en een mRNA-bindingsplaats
FunctieDient als intermediair tussen DNA en eiwit; gebruikt door ribosoom om de synthese te sturen van het eiwit waarvoor het codeertZorgt voor de juiste uitlijning van mRNA, tRNA en ribosoom tijdens eiwitsynthese; katalyseert de vorming van peptidebindingen tussen aminozurenDraagt ​​het juiste aminozuur naar de plaats van eiwitsynthese in het ribosoom

Oefening (PageIndex{1})

Wat zijn de functies van de drie belangrijkste soorten RNA-moleculen die betrokken zijn bij de eiwitsynthese?

RNA als erfelijke informatie

Hoewel RNA in de meeste cellen niet als erfelijke informatie dient, heeft RNA deze functie wel voor veel virussen die geen DNA bevatten. RNA heeft dus duidelijk de extra capaciteit om als genetische informatie te dienen. Hoewel RNA typisch enkelstrengs is in cellen, is er een aanzienlijke diversiteit aan virussen. Rhinovirussen, die verkoudheid veroorzaken; griepvirussen; en het Ebola-virus zijn enkelstrengs RNA-virussen. Rotavirussen, die ernstige gastro-enteritis veroorzaken bij kinderen en andere immuungecompromitteerde personen, zijn voorbeelden van dubbelstrengs RNA-virussen. Omdat dubbelstrengs RNA ongebruikelijk is in eukaryote cellen, dient de aanwezigheid ervan als een indicator van virale infectie. De implicaties voor een virus met een RNA-genoom in plaats van een DNA-genoom worden in meer detail besproken in Virussen.

Sleutelbegrippen en samenvatting

  • Ribonucleïnezuur (RNA) is typisch enkelstrengs en bevat ribose als pentosesuiker en het pyrimidine-uracil in plaats van thymine. Een RNA-streng kan een significante intramoleculaire basenparing ondergaan om een ​​driedimensionale structuur aan te nemen.
  • Er zijn drie hoofdtypen RNA, die allemaal betrokken zijn bij de eiwitsynthese.
  • Boodschapper-RNA (mRNA) dient als intermediair tussen DNA en de synthese van eiwitproducten tijdens translatie.
  • ribosomaal RNA (rRNA) is een type stabiel RNA dat een belangrijk bestanddeel is van ribosomen. Het zorgt voor de juiste uitlijning van het mRNA en de ribosomen tijdens de eiwitsynthese en katalyseert de vorming van de peptidebindingen tussen twee uitgelijnde aminozuren tijdens de eiwitsynthese.
  • Overdracht RNA (tRNA) is een klein type stabiel RNA dat een aminozuur naar de overeenkomstige plaats van eiwitsynthese in het ribosoom draagt. Het is de basenparing tussen het tRNA en mRNA die ervoor zorgt dat het juiste aminozuur wordt ingevoegd in de polypeptideketen die wordt gesynthetiseerd.
  • Hoewel RNA niet wordt gebruikt voor genetische informatie op lange termijn in cellen, gebruiken veel virussen RNA als hun genetisch materiaal.

Meerkeuze

Welke van de volgende typen RNA codeert voor een eiwit?

A. dsRNA
B. mRNA
C. rRNA
D. tRNA

B

Uit een mengsel wordt een nucleïnezuur gezuiverd. De moleculen zijn relatief klein, bevatten uracil en de meeste zijn covalent gebonden aan een aminozuur. Welke van de volgende is gezuiverd?

A. DNA
B. tRNA

NS

Welke van de volgende typen RNA staat bekend om zijn katalytische eigenschappen?

A. tRNA

C

Ribosomen zijn samengesteld uit rRNA en welke andere component?

  1. eiwit
  2. polypeptiden
  3. DNA
  4. mRNA

Welke van de volgende kan RNA als zijn genoom gebruiken?

  1. een bacterie
  2. een archeon
  3. een virus
  4. een eukaryoot

C

Bij elkaar passen

Match het juiste molecuul met zijn beschrijving:

___tRNA___rRNA___mRNAA. is een belangrijk onderdeel van ribosoomB. is een kopie van de informatie in een genC. draagt ​​een aminozuur naar het ribosoom

TAXI

Waar onwaar

Ribosomen bestaan ​​voornamelijk uit RNA.

Waar

Dubbelstrengs RNA wordt vaak in cellen aangetroffen.

niet waar

Kort antwoord

Wat zijn de verschillen tussen DNA-nucleotiden en RNA-nucleotiden?

Hoe wordt de informatie die is opgeslagen in de basenvolgorde van DNA gebruikt om de eigenschappen van een cel te bepalen?

Hoe dragen complementaire basenparen bij aan intramoleculaire basenparing binnen een RNA-molecuul?

Als een antisense-RNA de sequentie 5'AUUCGAAUGC3' heeft, wat is dan de volgorde van het mRNA waaraan het zal binden? Zorg ervoor dat u de 5'- en 3'-uiteinden van het molecuul dat u tekent, labelt.

Waarom stimuleert dubbelstrengs RNA (dsRNA) RNA-interferentie?

Kritisch denken

Identificeer de locatie van mRNA, rRNA en tRNA in de figuur.

Waarom is het logisch dat tRNA- en rRNA-moleculen stabieler zijn dan mRNA-moleculen?

Voetnoten

  1. 1 A. Rijk. "Het tijdperk van RNA Awakening: structurele biologie van RNA in de vroege jaren." Kwartaaloverzichten van biofysica 42 nee. 2 (2009):117-137.
  2. 2 P. Nissen et al. "De structurele basis van ribosoomactiviteit bij de synthese van peptidebindingen." Wetenschap 289 nee. 5481 (2000):920-930.

Bijdrager

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) en Brian M. Forster (Saint Joseph's University) met vele bijdragende auteurs. Originele inhoud via Openstax (CC BY 4.0; gratis toegang op https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


RNA G-quadruplex-structuren bestaan ​​​​en functioneren in vivo in planten

Achtergrond: Guaninerijke sequenties zijn in staat om in vitro complexe RNA-structuren te vormen die RNA G-quadruplexen worden genoemd. Vanwege hun hoge stabiliteit wordt voorgesteld dat RNA G-quadruplexen in vivo bestaan ​​en er wordt gesuggereerd dat ze geassocieerd zijn met belangrijke biologische relevantie. Er is echter een gebrek aan direct bewijs voor de vorming van RNA G-quadruplex in levende eukaryote cellen. Daarom is het onduidelijk of vermeende functies geassocieerd zijn met de specifieke sequentie-inhoud of de vorming van een RNA G-quadruplex-structuur.

Resultaten: Met behulp van rG4-seq profileren we het landschap van die guaninerijke regio's met het in vitro vouwpotentieel in het Arabidopsis-transcriptoom. We vinden een globale verrijking van RNA G-quadruplexen met twee G-kwartetten waarbij het vouwpotentieel sterk wordt beïnvloed door secundaire RNA-structuren. Met behulp van in vitro en in vivo RNA chemische structuurprofilering, bepalen we dat honderden RNA G-quadruplex-structuren sterk gevouwen zijn in zowel Arabidopsis als rijst, wat direct bewijs levert van RNA G-quadruplex-vorming in levende eukaryote cellen. Daaropvolgende genetische en biochemische analyses tonen aan dat RNA G-quadruplex-vouwing in staat is om translatie te reguleren en plantengroei te moduleren.

conclusies: Onze studie onthult het bestaan ​​van RNA G-quadruplex in vivo en geeft aan dat RNA G-quadruplex-structuren fungeren als belangrijke regulatoren van de ontwikkeling en groei van planten.

trefwoorden: Genregulatie Plantontwikkeling RNA G-quadruplex structuur Selectieve 2′-hydroxyl acylering met op lithiumionen gebaseerde primerverlenging (SHALiPE) rG4-seq.

Belangenconflict verklaring

De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.

Figuren

rG4-seq onthult het wereldwijde landschap...

rG4-seq onthult het wereldwijde landschap van G-rijke regio's met het potentieel om te folden...

SHALiPE-Seq bepaalt de vouwtoestanden van...

SHALiPE-Seq bepaalt robuust vouwtoestanden van G-rijke regio's . een Schema van SHALiPE-Seq…

In vivo SHALiPE-Seq onthult honderden...

In vivo SHALiPE-Seq onthult honderden gevouwen RG4's in Arabidopsis. een Schema van…

In vivo SHALiPE-Seq onthult honderden...

In vivo onthult SHALiPE-Seq honderden gevouwen RG4's in rijst. een Schema van…

RG4 reguleert de plantengroei en…

RG4 reguleert de plantengroei en -translatie. een Vioolplot van vertaalefficiëntie (TE) ...


DMCA-klacht

Als u van mening bent dat inhoud die beschikbaar is via de Website (zoals gedefinieerd in onze Servicevoorwaarden) een of meer van uw auteursrechten schendt, dient u ons hiervan op de hoogte te stellen door middel van een schriftelijke kennisgeving (“Inbreukmelding”) met de hieronder beschreven informatie aan de aangewezen onderstaande makelaar. Als Varsity Tutors actie onderneemt als reactie op een Kennisgeving van Inbreuk, zal het te goeder trouw proberen contact op te nemen met de partij die dergelijke inhoud beschikbaar heeft gesteld door middel van het meest recente e-mailadres, indien aanwezig, dat door een dergelijke partij aan Varsity Tutors is verstrekt.

Uw kennisgeving van inbreuk kan worden doorgestuurd naar de partij die de inhoud beschikbaar heeft gesteld of naar derden zoals ChillingEffects.org.

Houd er rekening mee dat u aansprakelijk bent voor schade (inclusief kosten en advocatenhonoraria) als u materieel een verkeerde voorstelling van zaken geeft dat een product of activiteit inbreuk maakt op uw auteursrechten. Als u er dus niet zeker van bent dat inhoud die zich op de Website bevindt of waarnaar wordt gelinkt door uw auteursrecht schendt, moet u overwegen eerst contact op te nemen met een advocaat.

Volg deze stappen om een ​​melding in te dienen:

U moet het volgende opnemen:

Een fysieke of elektronische handtekening van de eigenaar van het auteursrecht of een persoon die gemachtigd is om namens hen op te treden Een identificatie van het auteursrecht waarvan wordt beweerd dat het is geschonden Een beschrijving van de aard en exacte locatie van de inhoud waarvan u beweert dat het inbreuk maakt op uw auteursrecht, in voldoende detail om Varsity Tutors in staat te stellen die inhoud te vinden en positief te identificeren, we hebben bijvoorbeeld een link nodig naar de specifieke vraag (niet alleen de naam van de vraag) die de inhoud bevat en een beschrijving van welk specifiek deel van de vraag - een afbeelding, een link, de tekst, enz. - uw klacht verwijst naar uw naam, adres, telefoonnummer en e-mailadres en een verklaring van u: (a) dat u te goeder trouw gelooft dat het gebruik van de inhoud waarvan u beweert dat deze inbreuk maakt op uw auteursrecht, is niet door de wet is geautoriseerd, of door de eigenaar van het auteursrecht of diens vertegenwoordiger (b) dat alle informatie in uw Inbreukmelding juist is, en (c) op straffe van meineed, dat u ofwel de eigenaar van het auteursrecht of een persoon die gemachtigd is om namens hen op te treden.

Stuur uw klacht naar onze aangewezen agent op:

Charles Cohn Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105


Deze auteurs droegen gelijkelijk bij: Dhaval Varshney, Jochen Spiegel, Katherine Zyner.

Voorkeuren

Kankeronderzoek VK Cambridge Institute, Li Ka Shing Centre, Cambridge, VK

Dhaval Varshney, Jochen Spiegel, Katherine Zyner, David Tannahill & Shankar Balasubramanian

Afdeling Scheikunde, Universiteit van Cambridge, Cambridge, VK

School of Clinical Medicine, University of Cambridge, Cambridge, VK

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

Bijdragen

De auteurs droegen in gelijke mate bij aan alle aspecten van het artikel.

Corresponderende auteur


Auteurs informatie

Voorkeuren

Afdeling Biologie, Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, Chapel Hill, NC, VS

Christine Roden & Amy S. Gladfelter

Het Lineberger Comprehensive Cancer Center, Universiteit van North Carolina, Chapel Hill, NC, VS

Christine Roden & Amy S. Gladfelter

Whitman Center, laboratorium voor mariene biologie, Woods Hole, MA, VS

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

U kunt deze auteur ook zoeken in PubMed Google Scholar

Bijdragen

De auteurs droegen in gelijke mate bij aan alle aspecten van het artikel.

Corresponderende auteur


TRNA-structuur en functie

Transfer-RNA's worden gecodeerd door een aantal genen en zijn gewoonlijk korte moleculen met een lengte van 70-90 nucleotiden (5 nm). De twee belangrijkste onderdelen van een tRNA zijn het anticodon en de terminale 3'-hydroxylgroep, die een esterbinding kan vormen met een aminozuur. Er zijn echter andere aspecten aan de structuur van een tRNA, zoals de D-arm en T-arm, die bijdragen aan de hoge mate van specificiteit en efficiëntie. Slechts 1 op de 10.000 aminozuren is verkeerd gehecht aan een tRNA, wat een opmerkelijk aantal is gezien de chemische overeenkomsten tussen veel aminozuren.

Transfer-RNA's hebben een suiker-fosfaatruggengraat zoals alle andere cellulaire nucleïnezuren en de oriëntatie van de ribosesuiker geeft aanleiding tot directionaliteit in het molecuul. Het ene uiteinde van het RNA heeft een reactieve fosfaatgroep bevestigd aan het vijfde koolstofatoom van ribose, terwijl het andere uiteinde een vrije hydroxylgroep op het derde koolstofatoom heeft. Dit geeft aanleiding tot de 5'- en 3'-uiteinden van het RNA, aangezien alle andere fosfaat- en hydroxylgroepen betrokken zijn bij fosfodiesterbindingen in het nucleïnezuur.

De laatste drie basen aan het 3'-uiteinde van tRNA zijn altijd CCA - twee cytosines gevolgd door één adeninebase. Dit stuk maakt deel uit van de acceptorarm van het molecuul, waar een aminozuur covalent is bevestigd aan de hydroxylgroep op de ribosesuiker van het terminale adenine-nucleotide. De acceptorarm bevat ook delen van het 5'-uiteinde van het tRNA, met een stuk van 7-9 nucleotiden van tegenovergestelde uiteinden van het molecuul basenparen met elkaar.

De andere structuur die de rol van tRNA bij translatie beïnvloedt, is de T-arm. Net als de D-arm bevat het een reeks nucleotiden die basenparen met elkaar hebben en een lus die enkelstrengs is. Het gepaarde gebied wordt de 'stam' genoemd en bevat meestal 5 basenparen. De lus bevat gemodificeerde basen en wordt ook wel de TΨC-arm genoemd, om de aanwezigheid van thymidine-, pseudouridine- en cytidineresiduen (gemodificeerde basen) te specificeren. tRNA-moleculen zijn ongebruikelijk omdat ze een groot aantal gemodificeerde basen bevatten en ook thymidine bevatten, meestal alleen in DNA. De T-arm is betrokken bij de interactie van tRNA met het ribosoom.

Ten slotte bevindt zich een variabele arm die minder dan 20 nucleotiden bevat tussen de anticodonlus en de T-arm. Het speelt een rol bij AATS-herkenning van tRNA, maar kan bij sommige soorten afwezig zijn.

De secundaire structuur van tRNA dat het acceptorgebied, de D- en T-armen en de anticodonlus bevat, zou op een klaverblad lijken. Nadat het RNA in zijn tertiaire structuur is gevouwen, is het L-vormig, waarbij de acceptorstam en T-arm een ​​verlengde helix vormen en de anticodonlus en D-arm op dezelfde manier een andere verlengde helix vormen. Deze twee helices staan ​​loodrecht op elkaar op een manier die de D-arm en T-arm dicht bij elkaar brengt, terwijl de anticodonlus en de acceptorarm zich aan tegenovergestelde uiteinden van het molecuul bevinden.

In deze afbeelding is het 3' CCA-gebied geel, de acceptorarm paars, de variabele lus oranje, de D-arm rood, de T-arm groen en de anticodonlus blauw.


22.3: Structuur en functie van RNA - Biologie

Hoewel DNA en RNA vergelijkbaar zijn, hebben ze zeer duidelijke verschillen. Tabel 1 vat kenmerken van DNA en RNA samen.

Tabel 1. Kenmerken van DNA en RNA
DNA RNA
Functie Draagt ​​genetische informatie Betrokken bij eiwitsynthese
Plaats Blijft in de kern Verlaat de kern
Structuur DNA is dubbelstrengs "ladder": suiker-fosfaat ruggengraat, met basissporten. Meestal enkelstrengs
Suiker deoxyribose Ribose
pyrimidinen Cytosine, thymine Cytosine, uracil
Purines Adenine, guanine Adenine, guanine

Een ander verschil verdient vermelding. Er is maar één type DNA. DNA is de erfelijke informatie die wordt doorgegeven aan elke generatie cellen. De strengen ervan kunnen met een kleine hoeveelheid energie worden "uitgepakt" wanneer DNA moet repliceren en DNA wordt getranscribeerd in RNA. Er zijn meerdere soorten RNA: Messenger RNA is een tijdelijk molecuul dat de informatie transporteert die nodig is om een ​​eiwit te maken van de kern (waar het DNA blijft) naar het cytoplasma, waar de ribosomen zijn. Andere soorten RNA zijn ribosomaal RNA (rRNA), transfer-RNA (tRNA), klein nucleair RNA (snRNA) en microRNA.

Hoewel het RNA enkelstrengs is, vertonen de meeste RNA-types uitgebreide intramoleculaire basenparen tussen complementaire sequenties, waardoor een voorspelbare driedimensionale structuur wordt gecreëerd die essentieel is voor hun functie.

Zoals je hebt geleerd, vindt informatiestroom in een organisme plaats van DNA naar RNA naar eiwit. DNA dicteert de structuur van mRNA in een proces dat bekend staat als transcriptie, en RNA dicteert de structuur van eiwit in een proces dat bekend staat als translatie. Dit staat bekend als het centrale dogma van het leven, dat geldt voor alle organismen, maar uitzonderingen op de regel doen zich voor in verband met virale infecties.

Samengevat: DNA en RNA

Nucleïnezuren zijn moleculen die bestaan ​​uit nucleotiden die cellulaire activiteiten sturen, zoals celdeling en eiwitsynthese. Elke nucleotide bestaat uit een pentosesuiker, een stikstofbase en een fosfaatgroep. Er zijn twee soorten nucleïnezuren: DNA en RNA. DNA draagt ​​de genetische blauwdruk van de cel en wordt doorgegeven van ouders op nakomelingen (in de vorm van chromosomen). Het heeft een dubbele helixstructuur waarbij de twee strengen in tegengestelde richtingen lopen, verbonden door waterstofbruggen en complementair aan elkaar. RNA is enkelstrengs en bestaat uit een pentosesuiker (ribose), een stikstofbase en een fosfaatgroep. RNA is betrokken bij de eiwitsynthese en de regulatie ervan. Messenger-RNA (mRNA) wordt gekopieerd van het DNA, wordt vanuit de kern naar het cytoplasma geëxporteerd en bevat informatie voor de opbouw van eiwitten. Ribosomaal RNA (rRNA) maakt deel uit van de ribosmen op de plaats van eiwitsynthese, terwijl transfer-RNA (tRNA) het aminozuur naar de plaats van eiwitsynthese transporteert. microRNA reguleert het gebruik van mRNA voor eiwitsynthese.


De rol van RNA in de biologie

RNA, in een of andere vorm, raakt bijna alles in een cel. RNA vervult een breed scala aan functies, van het vertalen van genetische informatie naar de moleculaire machines en structuren van de cel tot het reguleren van de activiteit van genen tijdens ontwikkeling, celdifferentiatie en veranderende omgevingen.

RNA is een uniek polymeer. Net als DNA kan het met grote specificiteit binden aan DNA of een ander RNA door middel van complementaire basenparen. Het kan ook specifieke eiwitten of kleine moleculen binden, en opmerkelijk genoeg kan RNA chemische reacties katalyseren, waaronder het samenvoegen van aminozuren om eiwitten te maken.

Al het RNA in cellen zijn zelf kopieën van DNA-sequenties in de genen van de chromosomen van een cel. Genen die worden gekopieerd - 'getranscribeerd' - in de instructies voor het maken van individuele eiwitten, worden vaak 'coderende genen' genoemd. De genen die RNA's produceren die voor andere doeleinden worden gebruikt, worden daarom "niet-coderende RNA"-genen genoemd.

RNA-moleculen assembleren eiwitten en modificeren andere RNA's

Verschillende belangrijke klassen van RNA-moleculen helpen de informatie in het DNA van de cel om te zetten in functionele genproducten zoals eiwitten. Messenger-RNA's (mRNA's) zijn kopieën van individuele eiwitcoderende genen en dienen als een geamplificeerde uitlezing van de nucleïnezuursequentie van elk gen. Twee belangrijke niet-coderende RNA's nemen deel aan de assemblage van de eiwitten die worden gespecificeerd door mRNA's. Ribosomaal RNA (rRNA) vormt het structurele en enzymatische kernraamwerk van het ribosoom, de machine die eiwitten synthetiseert volgens de instructies in de sequentie van een mRNA. Transfer-RNA's (tRNA's) gebruiken complementaire basenparen om de drieletterige "woorden" in het mRNA te decoderen, die elk overeenkomen met een aminozuur dat achtereenvolgens in een groeiende eiwitketen moet worden opgenomen.

De meeste RNA-moleculen, eenmaal getranscribeerd van het chromosomale DNA, vereisen structurele of chemische modificaties voordat ze kunnen functioneren. In eukaryote cellen worden mRNA's samengesteld uit langere RNA-transcripten door het spliceosoom, dat bestaat uit spliceosomale RNA's en eiwitpartners. Spliceosomale RNA's helpen tussenliggende sequenties (introns) van pre-mRNA-transcripten te verwijderen en de mRNA-segmenten (exons) aan elkaar te splitsen om te creëren wat een complex assortiment van verschillende eiwitcoderende mRNA's van een enkel gen kan zijn. Veel niet-coderende RNA's vereisen ook post-transcriptionele modificaties. Ribosomale RNA's krijgen bijvoorbeeld talrijke chemische modificaties die nodig zijn voor een goede ribosoomassemblage en -functie. Deze modificaties worden geïntroduceerd door eiwitenzymen in combinatie met gespecialiseerde niet-coderende RNA's (snoRNA's genaamd) die basenparen met het rRNA en de modificerende enzymen naar precieze locaties op het rRNA leiden.

Sommige RNA's bezitten intrinsieke enzymatische activiteit en kunnen RNA-modificatiereacties direct katalyseren. Deze katalytische RNA's omvatten bepaalde zelfsplitsende RNA-transcripten, ribozymen en RNAse P, een RNA-enzym dat de uiteinden van tRNA-precursoren in vrijwel alle cellen afsnijdt.

RNA-moleculen reguleren genexpressie

Regulering van de productie van eiwitten uit coderende genen is de basis voor veel van de cellulaire en organismale structuur, differentiatie en fysiologie. Diverse klassen van niet-coderende RNA's nemen op vele niveaus deel aan genregulatie en beïnvloeden de productie, stabiliteit of translatie van specifieke mRNA-genproducten.

In prokaryoten (bijvoorbeeld bacteriën) oefenen kleine antisense-RNA's een verscheidenheid aan genregulerende activiteiten uit door basenparing specifiek aan hun doelwit-mRNA's. Ook gebruikelijk bij prokaryoten zijn riboswitches, niet-coderende RNA-sequenties die gewoonlijk functioneren als regulerende domeinen die zich in langere mRNA's bevinden. Riboswitches reguleren de activiteit van hun gastheer-mRNA's door zich te binden aan kleine moleculen zoals nucleotiden of aminozuren, de overvloed van die kleine moleculen te voelen en de genen te reguleren die ze dienovereenkomstig maken of gebruiken.

Eukaryote cellen bevatten duizenden kleine RNA's die zijn geassocieerd met verschillende RNA-interferentie (RNAi) routes. MicroRNA's (miRNA's) zijn bijvoorbeeld regulerende RNA's van ongeveer 22 nt lang die worden geproduceerd uit langere transcripten die een bepaald soort dubbelstrengs "haarspeld"-structuur bevatten. miRNA's associëren met een eiwit van de Argonaute-klasse en basenparen specifiek met mRNA's om hun stabiliteit of translatie te remmen. Er zijn honderden miRNA-genen in planten en dieren, en elk miRNA kan de activiteit van honderden eiwitcoderende genen reguleren. Daarom hebben miRNA's individueel en collectief een diepgaande invloed op de ontwikkeling en fysiologie van meercellige eukaryoten.

Kleine interfererende RNA's (siRNA's) zijn qua lengte vergelijkbaar met microRNA's en worden ook geassocieerd met Argonaute-eiwitten. In tegenstelling tot miRNA's, die worden geproduceerd uit specifieke genetische loci die zijn geëvolueerd om mRNA's te reguleren, kunnen siRNA's afkomstig zijn van vrijwel elk getranscribeerd gebied van het genoom. siRNA's werken doorgaans direct op de locus van waaruit ze worden geproduceerd. Dus siRNA's komen voor in cellen waar genen onder voortdurende zelfregulering door RNAi staan.
Een belangrijke rol voor bepaalde klassen van kleine niet-coderende RNA's is de verdediging van de cel tegen virussen, transposons en andere nucleïnezuursequenties die een potentiële bedreiging vormen voor cellulaire homeostase of genoomstabiliteit. De respons van sommige cellen tegen virale infectie omvat de productie van siRNA's die complementair zijn aan het virus. Veel endogene siRNA's in eukaryote cellen specificeren het tot zwijgen brengen van transposons en herhalende sequenties die al in het genoom aanwezig zijn. Evenzo bevorderen de Piwi-geassocieerde RNA's (piRNA's) bij dieren de integriteit van het genoom door transposons en herhalingssequenties tot zwijgen te brengen.

Een andere klasse van regulerend RNA bestaat uit verschillende soorten langere niet-coderende transcripten die over het algemeen functioneren om de expressie van verre genetische loci te reguleren, vaak door hun transcriptie te onderdrukken of te bevorderen. De rox-RNA's van de fruitvlieg lijken bijvoorbeeld de hermodellering van de chromosoomstructuur te vergemakkelijken, zodat het mannelijke X-chromosoom twee keer zo snel kan worden getranscribeerd als een enkel X-chromosoom bij vrouwen, die twee X'en hebben. Evenzo helpt het Xist-RNA bij zoogdieren een van de twee X-chromosomen bij vrouwen te inactiveren, waardoor mannen en vrouwen gelijkwaardige niveaus van genexpressie van het X-chromosoom kunnen hebben. Xist is een voorbeeld van een bredere klasse van zeer veelzijdige regulerende RNA's die bekend staan ​​als lange intergene niet-coderende RNA's (lincRNA's). lincRNA's kunnen fungeren als steigers voor de assemblage van complexen van transcriptionele regulerende eiwitten en kunnen de rekrutering van gedefinieerde combinaties van eiwitregulatoren voor specifieke genen vergemakkelijken.

Dit is een officiële pagina van de University of Massachusetts Medical School

RNA Therapeutics Institute (RTI) & bull 368 Plantation St Worcester, Massachusetts 01605


Transcriptie / RNA-synthese

mRNA wordt gevormd met behulp van de codes van het DNA.

Uitleg:

Vorming van RNA uit codes die op DNA zijn geschreven, staat bekend als transcriptie, waarbij de dubbele DNA-helix openritst en afwikkelt.

Dan zijn er vrije ribonucleotiden die paren met de complementaire basen van een van de blootgestelde DNA-strengen.

De suiker en het fosfaat van de naburige ribonucleotiden blijven samenkomen en de suikerfosfaatruggengraat van RNA wordt gevormd. Deze paring van complementaire ribonucleotiden langs basen van de DNA-streng wordt gevolgd door RNA-polymerase, een enzym.

()

Aan het einde van dit paringsproces wordt een nieuw enkelstrengs RNA gevormd. Het nieuw gevormde RNA kan een bewerking ondergaan en zal later worden gebruikt voor eiwitsynthese, d.w.z. translatie.

De onderstaande video geeft een samenvatting van hoe de processen van transcriptie en vertaling plaatsvinden met behulp van de Shockwave-tutorial DNA Workshop van PBS.

Antwoord geven:

Uitleg:

Er zijn veel details van beide waar je op kunt ingaan op wikipedia, maar het belangrijkste verschil is:

DNA-replicatie maakt twee nieuwe dubbelstrengs DNA-moleculen van een origineel dubbelstrengs DNA-molecuul (semi-conservatieve replicatie).

Transcriptie maakt een enkele streng RNA van de dubbele DNA-streng (gebruikt één streng van het DNA als sjabloon en maakt een enkele streng RNA).

Antwoord geven:

Transcriptie is het proces waarbij mRNA (Messenger RNA) wordt gemaakt.

Uitleg:

Hier zijn de stappen van transcriptie.

DNA wordt uitgepakt door het "Helicase"-enzym.

RNA-polymerase voegt RNA-nucleotiden toe aan de nieuwe RNA-streng. (In RNA wordt thymine vervangen door uracil.)

mRNA is voltooid wanneer het een stopcode op DNA bereikt.

mRNA verlaat dan de kern en draagt ​​de code naar de plaatsen van eiwitsynthese in het cytoplasma. (DNA verlaat de kern nooit.)


Bekijk de video: Havo 5. DNA. Basisstof 1 De bouw en functie van DNA (Januari- 2022).