Рибонуклеиновая кислота (РНК) является важной биологической макромолекулой, присутствующей во всех биологических клетках.
Он в основном участвует в синтезе белка, передавая инструкции ДНК, которая сама содержит генетические инструкции, необходимые для развития и поддержания жизни. В некоторых вирусах генетическая информация переносится РНК, а не ДНК.
РНК и ДНК
Есть два разных типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеиновая кислота ДНК представляет собой дезоксирибозу, а нуклеиновая кислота РНК — рибозу. Как следует из их названий, в дезоксирибозе ДНК отсутствует одна молекула кислорода по сравнению с рибозой РНК. Нуклеотиды, из которых состоит ДНК, — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т), а нуклеотиды РНК — это А, G, С и урацил (U).
В то время как структура ДНК в эукариотических клетках представляет собой двойную спираль, РНК обычно одноцепочечная и существует в различных формах. Одноцепочечная структура РНК позволяет этой молекуле складываться обратно в себя и образовывать различные стабильные вторичные структуры по мере необходимости.
Типы РНК и их роль
Тип РНК диктует функцию, которую эта молекула будет выполнять в клетке. Помимо кодирующей области молекул матричной РНК (мРНК), которые будут преобразованы в белки, другие элементы клеточной РНК участвуют в различных процессах, таких как транскрипционная и посттранскрипционная регуляция генетического материала, температурная и лигандная регуляция, трансляционный контроль и оборот РНК.
Транскрипция (ДНК в мРНК)
Поскольку ДНК не может покинуть ядро, она не может самостоятельно генерировать белок. Генерация белков из их кодирующей последовательности ДНК начинается с процесса, называемого транскрипцией. Во время транскрипции несколько ферментов, в том числе геликаза и топоизомераза, раскручивают ДНК, открывая доступ к другому ферменту, известному как РНК-полимераза. РНК-полимераза движется вдоль размотанной цепи ДНК, чтобы построить молекулу мРНК, пока она не будет готова покинуть ядро.
Трансляция (превращение мРНК в белок)
Как только мРНК покидает ядро и попадает в цитоплазму клетки, она находит рибосому, чтобы начать процесс трансляции. Пара из трех нуклеотидных оснований в молекуле мРНК называется кодоном, и каждый кодон специфичен только для одной аминокислоты.
Во время трансляции молекулы транспортной РНК (тРНК), которые связаны с определенной аминокислотой, распознают кодон в молекуле мРНК и вставляют соответствующую аминокислоту в это положение в цепи. Например, кодон CUC будет генерировать аминокислоту лейцин, тогда как кодон UGA является одним из типов стоп-кодона, указывающим на то, что трансляция гена завершена. Два других стоп-кодона — это UAG и UAA.
Рибосомы содержат как белки, так и несколько различных молекул рибосомной РНК (рРНК). После образования аминокислот молекулы рРНК перемещаются вдоль молекулы мРНК, катализируя образование белков. Следует отметить, что мРНК, тРНК и рРНК играют важную роль в этом пути синтеза белка.
РНК, как биологический катализатор
Хотя в течение многих лет считалось, что только белки могут быть ферментами, было показано, что некоторые молекулы РНК могут принимать сложные третичные структуры и действовать как биологические катализаторы. Например, молекулы рРНК могут функционировать как рибозимы во время трансляции.
Рибозимы, которые представляют собой ферменты, состоящие из молекул РНК, а не белков, обладают многими характеристиками классических ферментов, такими как активный центр, сайт связывания субстрата и сайт связывания кофактора, такого как ион металла. Рибозимы присоединяются к аминокислотам во время синтеза белка, а также участвуют в сплайсинге РНК, биосинтезе транспортной РНК и репликации вируса.
Одним из первых обнаруженных рибозимов была РНКаза Р, рибонуклеаза, участвующая в сборке молекул тРНК из более крупных РНК-предшественников. РНКаза Р состоит как из РНК, так и из белка; однако только молекула РНК является катализатором.
Гипотеза мира РНК
Гипотеза мира РНК, также известная как гипотеза «первой РНК», утверждает, что жизнь на Земле сначала развилась из простой молекулы РНК, которая могла самовоспроизводиться индивидуально, и из которой позже развилась ДНК. Возможно, самым убедительным доказательством в поддержку этой гипотезы является тот факт, что рибосома, на которой собираются белки, является рибозимом.
Еще одним доказательством является то, что некоторые вирусы используют РНК. Поскольку вирусы считаются более простой и древней формой жизни, чем более сложные прокариотические и эукариотические клетки, это говорит о том, что жизнь впервые возникла в добиотическом мире благодаря использованию этой простой нуклеиновой кислоты для хранения и записи информации. Таким образом, в этом древнем мире стало возможным воспроизведение этих простых форм жизни, а также воспроизводство и эволюция более сложных организмов.
