Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это одноцепочечный нуклеиновый кислородсодержащий полимер, являющийся одним из основных компонентов всех живых организмов. Она обладает важными функциями в клетке и участвует в регуляции генной экспрессии, передаче генетической информации и белковом синтезе. РНК различается по своей структуре и функциям, но обеспечивает в целом жизнедеятельность всех организмов на Земле.
Состав РНК представляет собой цепочку нуклеотидов, состоящих из пяти видов оснований: аденина (А), урацила (У), цитозина (С), гуанина (Г) и некоторых вариаций (как гранит и инозин). Нуклеотиды соединяются между собой через монофосфаты с помощью фосфодиэфирной связи. Основания некодирующей РНК могут просто повторять абсолютно одинаковую последовательность нуклеотидов, а основания кодирующей РНК образуют триплеты, называемые кодонами.
Структура РНК разнообразна и может быть двух- или трехмерной. Она зависит от последовательности нуклеотидов, а также от взаимодействия различных цепей внутри молекулы. Однако в отличие от дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), РНК обычно образует одноцепочечную структуру из-за присутствия множественных и различных взаимодействий между основаниями.
Состав молекулы РНК
Нуклеотиды
- Азотистая основа: аденин (A), урацил (U), цитозин (C) или гуанин (G). Азотистая основа определяет информацию, закодированную в РНК.
- Рибоза: пятиуглеродный сахар, который является общим элементом в составе всех нуклеотидов РНК.
- Фосфатная группа: группа, состоящая из фосфора и кислорода, связывающая нуклеотиды друг с другом.
Сочетание азотистых основ, рибозы и фосфатных групп образует полимерную цепь РНК, которая может содержать различные последовательности нуклеотидов. Эти последовательности определяют специфическую информацию, необходимую для функционирования клетки.
Базы
Молекула РНК состоит из нуклеотидов, которые в свою очередь состоят из баз, или нитрогенозодержащих оснований. В РНК присутствуют четыре базы:
- Аденин (А) — одна из пурины, обратная комплементарностью к тимину в ДНК;
- Цитозин (C) — одна из пирамидиновых оснований;
- Гуанин (G) — другая пурина, обратная комплементарностью к цитозину;
- Урацил (U) — пирамидиновая база, заменяющая тимин в РНК.
Комбинация этих баз определяет последовательность нуклеотидов в молекуле РНК и определяет информацию, которую она носит и передает.
Структура молекулы РНК
Молекула РНК (рибонуклеиновая кислота) представляет собой одномерную нить полинуклеотидов. В ее структуре находятся четыре основных компонента:
- Нуклеотиды — основные строительные блоки РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: азотистой основы, сахарозы (рибозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основы могут быть пуриными (аденин и гуанин) или пирамидинами (цитозин и урацил).
- Сахарозные остатки — обеспечивают структурную основу РНК и соединяют нуклеотиды в цепь. На них также располагаются азотистые основы.
- Азотистые основы — определяют последовательность нуклеотидов в молекуле РНК. Именно они образуют взаимодействия с азотистыми основами ДНК или РНК, обеспечивая биологическое распознавание и сопряжение молекул.
- Фосфорные кислоты — образуют связи между сахарозными остатками и формируют цепь РНК. Они также играют важную роль в передаче энергии и регуляции молекулярных процессов.
Структура молекулы РНК обуславливает ее функции в биологических процессах, таких как транскрипция генов и синтез белков.
Одноцепочное строение
- рибозы — пентозного сахара, который является основой молекулы РНК;
- азотистого основания — аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) или урацила (U), которые определяют последовательность нуклеотидов;
- фосфата — группы, связывающей нуклеотиды между собой.
Одноцепочность РНК обуславливает ее способность формировать специфичные вторичные структуры, такие как волосатые петли, спайры и псевдоузлы.
Нуклеотиды РНК сопряжены друг с другом путем связей между фосфат-рибозными орбиталями, образуя полимерную цепь.
Специфичная последовательность нуклеотидов в РНК определяет ее функциональные свойства и способность взаимодействовать с другими молекулярными компонентами клетки.
Одноцепочное строение РНК позволяет ей принимать различные конформации и выполнять разнообразные биологические функции, такие как транскрипция генов, синтез белка и регуляция генной активности.
Вторичная структура
| Тип вторичной структуры | Описание |
| Подвижная спираль | В этом типе структуры молекулы РНК формируют область двойной спирали. |
| Полувилка | Молекула РНК формирует область, напоминающую полувилку, где одна цепь выступает в качестве «ручки», а другая — в качестве «зубчика». |
| Петли | Петли — это участки молекулы РНК, которые не образуют пару с другими нуклеотидами, а образуют циклические структуры. |
| Конусы и клубки | Молекула РНК может образовывать конусообразные или клубчатые структуры, где некоторые участки связываются друг с другом, образуя сложную трехмерную форму. |
Вторичная структура РНК играет важную роль в функциональности молекулы. Она способствует связыванию с другими молекулами, взаимодействию с ферментами и участию в биологических процессах.
Функции РНК
Переносная РНК (тРНК): является необходимым компонентом синтеза белка. Она переносит аминокислоту к рибосоме и связывает ее с правильным кодоном мРНК, чем обеспечивает правильную последовательность аминокислот при синтезе белка.
Мессенджерская РНК (мРНК): является переносчиком генетической информации от ДНК к рибосомам для создания белка. Мессенджерская РНК переносит информацию о последовательности аминокислот, которые должны быть связаны в полипептидную цепь.
Рибонуклеазная РНК (рРНК): играет важную роль в разрыве и удалении бесполезных или поврежденных РНК молекул в клетке. Рибонуклеазная РНК также участвует в процессе посттранскрипционной регуляции экспрессии генов.
Малая ядерная РНК (snРНК): является ключевым компонентом сплайсосомы, молекулярной машины, которая осуществляет сплайсинг РНК. SnРНК обеспечивает точное сопряжение экзонов и удаление интронов в процессе обработки РНК.
Микро РНК (мРНК): участвует в регуляции экспрессии генов путем связывания с целевыми мРНК и блокирования их трансляции на рибосомах. Микро РНК также играет ключевую роль в контроле роста и развития клеток.
Рибосомная молекула РНК (rРНА): участвует в элиминации транскрипта, механизме, который удаляет отдельные нуклеотиды из РНК молекулы в процессе их редактирования.
Перенос генетической информации
Перенос генетической информации начинается с транскрипции, при которой РНК-полимераза считывает информацию с ДНК и создает молекулу РНК, которая является ее копией. Затем РНК перемещается из ядра клетки в цитоплазму, где происходит процесс трансляции.
В процессе трансляции молекула РНК служит матрицей для синтеза белка. Рибосомы считывают информацию с РНК и синтезируют соответствующую последовательность аминокислот. Таким образом, РНК определяет последовательность аминокислот, из которых состоит белок.
Транспортная РНК (тРНК) также участвует в процессе переноса генетической информации. Она связывается с аминокислотами и доставляет их к месту синтеза белка на рибосоме. Таким образом, тРНК является ключевым звеном в процессе переноса генетической информации из молекулы РНК в аминокислотную последовательность белка.
В целом, РНК играет важную роль в жизненном цикле клетки, обеспечивая передачу и реализацию генетической информации.