Ribonukleinsäure
RNA ist ein Akronym für Ribonukleinsäure, eine Nukleinsäure. Heute sind viele verschiedene Arten bekannt.
RNA unterscheidet sich physisch von DNA: DNA enthält zwei ineinander verschlungene Stränge, aber RNA enthält nur einen einzigen Strang. Die RNA enthält auch andere Basen als die DNA. Diese Basen sind die folgenden:
(A) Adenin
(G) Guanin
(C) Cytosin
(U) Uracil
Adenin bildet Bindungen mit Uracil, und Guanin bildet Bindungen mit Cytosin. Auf diese Weise sagen wir, dass Adenin komplementär zu Uracil und Guanin komplementär zu Cytosin ist. Die ersten drei Basen finden sich auch in der DNA, aber Uracil ersetzt Thymin als Ergänzung zu Adenin.
RNA enthält auch Ribose im Gegensatz zu Desoxyribose, die in der DNA zu finden ist. Diese Unterschiede führen dazu, dass RNA chemisch reaktiver ist als DNA. Das macht sie zum geeigneteren Molekül, um an Zellreaktionen teilzunehmen.
RNA ist der Träger der genetischen Information in bestimmten Viren, insbesondere den Retroviren wie dem HIV-Virus. Dies ist die einzige Ausnahme von der allgemeinen Regel, dass DNA die Erbsubstanz ist.
Proteinsynthese-RNAs
Boten-RNA
Die Hauptfunktion der RNA besteht darin, Informationen über die Aminosäuresequenz von den Genen dorthin zu transportieren, wo die Proteine auf den Ribosomen im Zytoplasma zusammengebaut werden.
Dies geschieht durch Boten-RNA (mRNA). Ein einzelner DNA-Strang ist der Bauplan für die mRNA, die von diesem DNA-Strang transkribiert wird. Die Sequenz der Basenpaare wird durch ein Enzym namens RNA-Polymerase von der DNA transkribiert. Dann wandert die mRNA vom Kern zu den Ribosomen im Zytoplasma und bildet dort Proteine. Die mRNA übersetzt die Sequenz der Basenpaare in eine Sequenz von Aminosäuren, um Proteine zu bilden. Dieser Vorgang wird als Translation bezeichnet.
Die DNA verlässt den Zellkern aus verschiedenen Gründen nicht. Die DNA ist ein sehr langes Molekül, das in den Chromosomen mit Proteinen, den so genannten Histonen, verbunden ist. Die mRNA hingegen ist in der Lage, sich zu bewegen und mit verschiedenen Enzymen der Zelle zu reagieren. Einmal transkribiert, verlässt die mRNA den Zellkern und bewegt sich zu den Ribosomen.
Zwei Arten von nicht-kodierenden RNAs helfen bei der Bildung von Proteinen in der Zelle. Es handelt sich um Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA).
tRNA
Transfer-RNA (tRNA) ist ein kurzes Molekül von etwa 80 Nukleotiden, das eine spezifische Aminosäure zur Polypeptidkette an einem Ribosom trägt. Für jede Aminosäure gibt es eine andere tRNA. Jede hat eine Anheftungsstelle für die Aminosäure und ein Anti-Codon, das mit dem Codon auf der mRNA übereinstimmt. Zum Beispiel kodieren die Codons UUU oder UUC für die Aminosäure Phenylalanin.
rRNA
Ribosomale RNA (rRNA) ist die katalytische Komponente der Ribosomen. Eukaryotische Ribosomen enthalten vier verschiedene rRNA-Moleküle: 18S, 5.8S, 28S und 5S rRNA. Drei der rRNA-Moleküle werden im Nukleolus synthetisiert, ein Molekül wird an anderer Stelle synthetisiert. Im Zytoplasma verbinden sich ribosomale RNA und Protein zu einem Nukleoprotein, das als Ribosom bezeichnet wird. Das Ribosom bindet mRNA und führt die Proteinsynthese durch. Es können jederzeit mehrere Ribosomen an eine einzige mRNA gebunden sein. rRNA ist extrem reichlich vorhanden und macht 80% der 10 mg/ml RNA aus, die in einem typischen eukaryotischen Zytoplasma zu finden sind.
snRNAs
Kleine nukleäre RNAs (snRNA) verbinden sich mit Proteinen zu Spleißosomen. Die Spleißosomen steuern das alternative Spleißen. Gene kodieren für Proteine in Bits, die Exons genannt werden. Die Bits können auf verschiedene Weise miteinander verbunden werden, um verschiedene mRNAs zu bilden. So können aus einem Gen viele Proteine hergestellt werden. Dies ist der Prozess des alternativen Spleißens. Alle unerwünschten Versionen des Proteins werden von Proteasen zerhackt, und die chemischen Bits werden wiederverwendet.
Die Struktur einer reifen eukaryotischen mRNA. Eine vollständig prozessierte mRNA umfasst eine 5'-Kappe, 5'-UTR, eine kodierende Region, 3'-UTR und einen Poly(A)-Schwanz. UTR = untranslatierte Region
Regulatorische RNAs
Es gibt eine Reihe von RNAs, die Gene regulieren, das heißt, sie regulieren die Geschwindigkeit, mit der Gene transkribiert oder translatiert werden.
miRNA
Mikro-RNAs (miRNAs) wirken, indem sie sich mit einem Enzym verbinden und die mRNA blockieren oder ihren Abbau beschleunigen. Dies wird als RNA-Interferenz bezeichnet.
siRNA
Kleine störende RNAs (manchmal auch als Silencing-RNAs bezeichnet) stören die Expression eines bestimmten Gens. Es handelt sich um recht kleine (20/25 Nukleotide) doppelsträngige Moleküle. Ihre Entdeckung hat einen Schub in der biomedizinischen Forschung und Arzneimittelentwicklung ausgelöst.
Parasitäre und andere RNAs
Retrotransposons
Transposons sind nur eine von mehreren Arten mobiler genetischer Elemente. Retrotransposons kopieren sich in zwei Stufen: zuerst von DNA zu RNA durch Transkription, dann von RNA zurück zu DNA durch reverse Transkription. Die DNA-Kopie wird dann an einer neuen Stelle in das Genom eingefügt. Retrotransposons verhalten sich sehr ähnlich wie Retroviren, wie zum Beispiel HIV.
Virale Genome
Virale Genome, bei denen es sich in der Regel um RNA handelt, übernehmen die Zellmaschinerie und stellen sowohl neue virale RNA als auch die Proteinhülle des Virus her.
Phagen-Genome
Die Phagengenome sind recht unterschiedlich. Das genetische Material kann ssRNA (einzelsträngige RNA), dsRNA (doppelsträngige RNA), ssDNA (einzelsträngige DNA) oder dsDNA (doppelsträngige DNA) sein. Sie kann zwischen 5 und 500 Kilo Basenpaare lang sein und entweder zirkulär oder linear angeordnet sein. Bakteriophagen sind in der Regel zwischen 20 und 200 Nanometer groß.
Phagengenome kodieren möglicherweise für nur vier Gene und bis zu Hunderte von Genen.
Verwendet
Einige Wissenschaftler und Ärzte haben Boten-RNA in Impfstoffen verwendet, um Krebs zu behandeln und zu verhindern, dass Menschen krank werden.
Fragen und Antworten
F: Wofür steht RNA?
A: RNA steht für Ribonukleinsäure.
F: Wie unterscheidet sich die RNA von der DNA?
A: Die RNA enthält nur einen einzigen Strang, während die DNA zwei ineinander verschlungene Stränge enthält.
F: Welche verschiedenen Basen gibt es in der RNA?
A: Die verschiedenen Basen in der RNA sind Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil.
Q: Wie sehen die Bindungen zwischen den RNA-Basen aus?
A: Adenin bildet Bindungen mit Uracil und Guanin bildet Bindungen mit Cytosin.
F: Wie unterscheidet sich die RNA chemisch von der DNA?
A: RNA enthält Ribose anstelle von Desoxyribose, was sie chemisch reaktiver macht als DNA.
F: Welche Rolle spielt die RNA bei Zellreaktionen?
A: RNA ist aufgrund ihrer chemischen Reaktivität besser geeignet, an Zellreaktionen teilzunehmen.
F: Welche Viren verwenden RNA als Träger der genetischen Information?
A: Bestimmte Viren, insbesondere die Retroviren wie das HIV-Virus, verwenden RNA als Träger der genetischen Information.
