Kwas rybonukleinowy (RNA) jest ważną makrocząsteczką biologiczną, która jest obecna we wszystkich komórkach biologicznych.
Jest on głównie zaangażowany w syntezę białek, przenosząc instrukcje z DNA, które samo zawiera instrukcje genetyczne wymagane do rozwoju i utrzymania życia. W niektórych wirusach informacja genetyczna przenoszona jest przez RNA, a nie DNA.
RNA a DNA
Istnieją dwa różne typy kwasów nukleinowych: DNA i RNA. Kwasem nukleinowym DNA jest deoksyryboza, podczas gdy kwasem nukleinowym RNA jest ryboza. Jak wynika z ich nazw, w deoksyrybozie DNA brakuje jednej cząsteczki tlenu w porównaniu z rybozą w RNA. Nukleotydy wchodzące w skład DNA to adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T), natomiast nukleotydy RNA to A, G, C i uracyl (U).
Podczas gdy struktura DNA w komórkach eukariotycznych jest podwójną helisą, RNA jest zwykle jednoniciowe i występuje w różnych formach. Jednoniciowa struktura RNA pozwala tej cząsteczce składać się z powrotem na siebie i tworzyć różne stabilne struktury drugorzędowe w zależności od potrzeb.
Rodzaje RNA i ich rola
Typ RNA dyktuje funkcję, jaką ta cząsteczka będzie pełnić w komórce. Poza regionem kodującym cząsteczek informacyjnego RNA (mRNA), które będą przekształcane w białka, inne elementy komórkowego RNA są zaangażowane w różne procesy, takie jak transkrypcyjna i posttranskrypcyjna regulacja materiału genetycznego, regulacja temperatury i ligandów, kontrola translacji i obrót RNA.
Transkrypcja (DNA do mRNA)
Ponieważ DNA nie może opuścić jądra, nie jest w stanie samodzielnie wygenerować białka. Generowanie białek z ich sekwencji kodującej DNA rozpoczyna się od procesu zwanego transkrypcją. Podczas transkrypcji kilka enzymów, w tym helikaza i topoizomeraza, odwija DNA, aby zapewnić dostęp innemu enzymowi, znanemu jako polimeraza RNA. Polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż odwijanej nici DNA w celu skonstruowania cząsteczki mRNA, aż będzie ona gotowa do opuszczenia jądra.
Translacja (przekształcenie mRNA w białko)
Kiedy mRNA opuści jądro i dostanie się do cytoplazmy komórki, znajduje rybosom, aby móc rozpocząć proces translacji. Para trzech zasad nukleotydowych w cząsteczce mRNA jest określana jako kodon, a każdy kodon jest specyficzny tylko dla jednego aminokwasu.
Podczas translacji cząsteczki transferowego RNA (tRNA), które są związane z konkretnym aminokwasem, rozpoznają kodon na cząsteczce mRNA i wstawiają odpowiedni aminokwas w to miejsce w nici. Na przykład, kodon CUC wygeneruje aminokwas leucynę, podczas gdy kodon UGA jest jednym z rodzajów kodonów stopu, który wskazuje, że translacja genu została zakończona. Pozostałe dwa kodony stopu to UAG i UAA.
Rybosomy zawierają zarówno białka, jak i kilka różnych cząsteczek rybosomalnego RNA (rRNA). Po wytworzeniu aminokwasów, cząsteczki rRNA przemieszczają się wzdłuż cząsteczki mRNA, aby katalizować tworzenie białek. Należy zauważyć, że mRNA, tRNA i rRNA odgrywają ważne role w tej ścieżce syntezy białek.
RNA jako biologiczny katalizator
Chociaż przez wiele lat powszechnie uważano, że tylko białka mogą być enzymami, wykazano, że niektóre cząsteczki RNA mogą przyjmować złożone struktury trzeciorzędowe i działać jako biologiczne katalizatory. Na przykład, cząsteczki rRNA mogą funkcjonować jako rybozymy podczas translacji.
Rybozymy, które są enzymami składającymi się raczej z cząsteczek RNA niż z białek, wykazują wiele cech klasycznego enzymu, takich jak miejsce aktywne, miejsce wiązania substratu i miejsce wiązania kofaktora, takiego jak jon metalu. Rybozymy łączą aminokwasy podczas syntezy białek, a także uczestniczą w splicingu RNA, biosyntezie transferowego RNA i replikacji wirusów.
Jednym z pierwszych odkrytych rybozymów była RNaza P, rybonukleaza, która bierze udział w tworzeniu cząsteczek tRNA z większych, prekursorowych RNA. RNaza P składa się zarówno z RNA, jak i z białka; jednak tylko cząsteczka RNA jest katalizatorem.
Hipoteza świata RNA
Hipoteza świata RNA, zwana też hipotezą „RNA 1st”, głosi, że życie na Ziemi rozwinęło się najpierw z prostej cząsteczki RNA, która mogła się indywidualnie samoreplikować, a z której później wyewoluowało DNA. Być może najsilniejszym dowodem na poparcie tej hipotezy jest fakt, że rybosom, w którym montowane są białka, jest rybozymem.
Innym dowodem jest fakt, że niektóre wirusy używają RNA. Ponieważ uważa się, że wirusy są prostszą, starszą formą życia niż bardziej złożone komórki prokariotyczne i eukariotyczne, sugeruje to, że życie najpierw wyłoniło się ze świata prebiotycznego poprzez wykorzystanie tego prostego kwasu nukleinowego do przechowywania i transkrypcji informacji. W ten sposób replikacja tych prostych form życia oraz rozmnażanie i ewolucja bardziej złożonych organizmów stały się możliwe w tym starożytnym świecie.
