ARN : 함수, 구조 및 유형 - 생물학 - 2025

RNA 또는 RNA (리보 핵산)은 진핵 세포, 원핵 세포 및 바이러스의 핵산의 존재 형태이다. 구조에 아데닌, 구아닌, 시토신 및 우라실의 네 가지 유형의 질소 염기를 포함하는 뉴클레오티드 중합체입니다.

RNA는 일반적으로 단일 밴드 (일부 바이러스 제외), 선형 방식 또는 일련의 복잡한 구조로 발견됩니다. 사실, RNA는 DNA 이중 나선에서 관찰되지 않는 구조적 역 동성을 가지고 있습니다. RNA의 다른 유형은 매우 다양한 기능을 가지고 있습니다.

리보솜 RNA는 세포에서 단백질 합성을 담당하는 구조 인 리보솜의 일부입니다. 메신저 RNA는 중개자 역할을하며 유전 정보를 리보솜으로 전달하여 메시지를 뉴클레오타이드 서열에서 아미노산 서열로 변환합니다.

전달 RNA는 총 20 개의 아미노산을 활성화하고 리보솜으로 전달하는 역할을합니다. 메신저 RNA의 서열을 인식하는 각 아미노산에 대한 전달 RNA 분자가 있습니다.

또한 단백질 합성에 직접 관여하지 않고 유전자 조절에 참여하는 다른 유형의 RNA가 있습니다.

구조

RNA의 기본 단위는 뉴클레오티드입니다. 각 뉴클레오타이드는 질소 염기 (아데닌, 구아닌, 시토신 및 우라실), 오탄당 및 인산염 그룹으로 구성됩니다.

뉴클레오타이드

질소 염기는 피리 미딘과 퓨린의 두 가지 기본 화합물에서 파생됩니다.

퓨린에서 파생 된 염기는 아데닌과 구아닌이고 피리 미딘에서 파생 된 염기는 사이토 신과 우라실입니다. 이들은 가장 일반적인 염기이지만, 핵산은 덜 일반적인 다른 유형의 염기를 가질 수도 있습니다.

5 탄당은 d-ribose의 단위입니다. 따라서 RNA를 구성하는 뉴클레오타이드를 "리보 뉴클레오타이드"라고합니다.

RNA 사슬

뉴클레오타이드는 인산염 그룹을 포함하는 화학 결합에 의해 서로 연결됩니다. 그것들을 형성하기 위해, 뉴클레오티드의 5 '말단에있는 포스페이트 그룹은 다음 뉴클레오티드의 3'말단에있는 하이드 록실 그룹 (-OH)에 부착되어 포스 포디 에스테르와 같은 결합을 생성합니다.

핵산 사슬을 따라 포스 포디 에스테르 결합은 동일한 방향을 가지고 있습니다. 따라서 3 '끝과 5'끝을 구분하는 가닥의 극성이 있습니다.

관례 적으로 핵산의 구조는 왼쪽의 5 '끝과 오른쪽의 3'끝으로 표시됩니다.

DNA 전사의 RNA 산물은 염기를 쌓아 나선 형태로 오른쪽으로 회전하는 단일 가닥 밴드입니다. 퓨린 간의 상호 작용은 크기로 인해 두 피리 미딘 간의 상호 작용보다 훨씬 큽니다.

RNA에서는 DNA의 이중 나선과 같은 전통적인 2 차 구조 및 참조에 대해 말할 수 없습니다. 각 RNA 분자의 3 차원 구조는 독특하고 복잡하며 단백질의 구조와 비슷합니다 (논리적으로 우리는 단백질의 구조를 세계화 할 수 없습니다).

RNA를 안정화시키는 힘

RNA의 안정화에 기여하는 약한 상호 작용, 특히 고리가 서로 위에 위치하는 기본 스택이 있습니다. 이 현상은 또한 DNA 나선의 안정성에 기여합니다.

RNA 분자가 상보 적 서열을 찾으면 오른쪽으로 향하는 이중 가닥 구조를 결합하여 형성 할 수 있습니다. 주된 형태는 A 형입니다. Z 형은 실험실에서만 입증되었으며 B 형은 관찰되지 않았습니다.

일반적으로 RNA의 끝에 위치한 짧은 서열 (예 : UUGG)이 있으며 안정적인 루프를 형성하는 특이성을 가지고 있습니다. 이 서열은 RNA의 3 차원 구조의 폴딩에 참여합니다.

또한 수소 결합은 일반적인 염기 쌍 (AU 및 CG)이 아닌 다른 위치에서 형성 될 수 있습니다. 이러한 상호 작용 중 하나는 다른 그룹과 리보스의 2'-OH 사이에서 발생합니다.

RNA에서 발견되는 다양한 구조를 밝히는 것은이 핵산의 여러 기능을 입증하는 역할을했습니다.

RNA 유형 및 기능

RNA에는 정보 및 기능의 두 가지 클래스가 있습니다. 첫 번째 그룹은 단백질 합성에 참여하고 과정에서 매개체로 기능하는 RNA를 포함합니다. 정보 용 RNA는 메신저 RNA입니다.

대조적으로, 기능성 인 두 번째 부류에 속하는 RNA는 새로운 단백질 분자를 생성하지 않으며 RNA 자체가 최종 산물입니다. 이들은 전달 RNA와 리보솜 RNA입니다.

포유류 세포에서 RNA의 80 %는 리보솜 RNA이고, 15 %는 전달 RNA이며, 작은 부분 만이 메신저 RNA에 해당합니다. 이 세 가지 유형은 협력하여 단백질 생합성을 달성합니다.

특히 작은 핵 RNA, 작은 세포질 RNA 및 microRNA가 있습니다. 가장 중요한 각 유형은 아래에서 자세히 설명합니다.

메신저 RNA

진핵 생물에서 DNA는 핵에 국한되는 반면 단백질 합성은 리보솜이 발견되는 세포의 세포질에서 발생합니다. 이러한 공간적 분리로 인해 핵에서 세포질로 메시지를 전달하는 매개체가 있어야하며 그 분자는 메신저 RNA입니다.

mRNA로 축약 된 메신저 RNA는 DNA에 암호화 된 정보를 포함하고 기능성 단백질을 생성 할 아미노산 서열을 지정하는 중간 분자입니다.

메신저 RNA라는 용어는 1961 년 François Jacob과 Jacques Monod가 DNA에서 리보솜으로 메시지를 전달하는 RNA 부분을 설명하기 위해 제안했습니다.

DNA 가닥에서 mRNA를 합성하는 과정은 전사로 알려져 있으며 원핵 생물과 진핵 생물 사이에서 다르게 발생합니다.

유전자 발현은 여러 요인에 의해 좌우되며 각 세포의 필요에 따라 다릅니다. 전사는 시작, 연장 및 종료의 세 단계로 나뉩니다.

전사

각 세포 분열에서 발생하는 DNA 복제 과정은 전체 염색체를 복사합니다. 그러나 전사 과정은 훨씬 더 선택적이고 DNA 가닥의 특정 부분 만 처리하고 프라이머가 필요하지 않습니다.

생명 과학 분야에서 가장 잘 연구 된 박테리아 인 대장균에서는 전사가 DNA 이중 나선의 풀림으로 시작되고 전사 루프가 형성됩니다. 효소 RNA 중합 효소는 RNA 합성을 담당하며 전사가 계속되면 DNA 가닥이 원래 모양으로 돌아갑니다.

시작, 연장 및 종료

전사는 DNA 분자의 임의의 위치에서 시작되지 않습니다. 프로모터라고하는이 현상에 대한 전문 사이트가 있습니다. E. coli에서 RNA 중합 효소는 표적 영역 위에 몇 개의 염기쌍으로 결합됩니다.

전사 인자가 결합 된 서열은 서로 다른 종간에 상당히 보존되어 있습니다. 가장 잘 알려진 프로모터 서열 중 하나는 TATA 상자입니다.

신장에서 RNA 중합 효소는 5 '에서 3'방향을 따라 3'-OH 말단에 새로운 뉴클레오티드를 추가합니다. 하이드 록실 그룹은 친핵체 역할을하여 첨가 할 뉴클레오타이드의 알파 포스페이트를 공격합니다. 이 반응은 피로 인산염을 방출합니다.

3 '에서 5'방향 (새로운 RNA 가닥의 역 평행 형태)으로 복사되는 메신저 RNA를 합성하기 위해 DNA 가닥 중 하나만 사용됩니다. 추가 할 뉴클레오티드는 염기 쌍을 준수해야합니다. U 쌍은 A, G는 C입니다.

RNA 중합 효소는 사이토 신과 구아닌이 풍부한 영역을 발견하면 프로세스를 중단합니다. 결국 새로운 메신저 RNA 분자는 복합체에서 분리됩니다.

원핵 생물의 전사

원핵 생물에서 메신저 RNA 분자는 하나 이상의 단백질을 코딩 할 수 있습니다.

mRNA가 단백질 또는 폴리펩티드에 대해 독점적으로 코딩하는 경우 모노 시스 트론 mRNA라고하지만 둘 이상의 단백질 제품을 코딩하는 경우 mRNA는 폴리 시스 트론입니다 (이 맥락에서 cistron이라는 용어는 유전자를 나타냄).

진핵 생물의 전사

진핵 생물에서 대부분의 mRNA는 모노 시스 트론이며 전사 기계는이 계통의 유기체에서 훨씬 더 복잡합니다. 이들은 각각 특정 기능을 가진 I, II 및 III로 표시되는 3 개의 RNA 중합 효소를 갖는 것이 특징입니다.

I는 pre-rRNA의 합성을 담당하고 II는 메신저 RNA와 일부 특수 RNA를 합성합니다. 마지막으로 III는 전달 RNA, 리보솜 5S 및 기타 작은 RNA를 처리합니다.

진핵 생물의 메신저 RNA

메신저 RNA는 진핵 생물에서 일련의 특정 변형을 겪습니다. 첫 번째는 5 '끝에 "캡"을 추가하는 것입니다. 화학적으로 캡은 5 ', 5'- 트리 포스페이트 결합에 의해 끝에 부착 된 7- 메틸 구아노 신 잔기입니다.

이 영역의 역할은 리보 뉴 클레아 제 (RNA를 더 작은 구성 요소로 분해하는 효소)에 의한 가능한 분해로부터 RNA를 보호하는 것입니다.

또한 3 '말단의 제거가 발생하고 80 ~ 250 개의 아데닌 잔기가 추가됩니다. 이 구조는 polyA "tail"로 알려져 있으며 다양한 단백질의 결합 부위 역할을합니다. 원핵 생물이 polyA 꼬리를 획득하면 분해를 자극하는 경향이 있습니다.

반면에,이 메신저는 인트론으로 표기됩니다. 인트론은 유전자의 일부가 아니라 그 서열을 "중단"하는 DNA 서열입니다. 인트론은 번역되지 않으므로 메신저에서 제거해야합니다.

대부분의 척추 동물 유전자에는 히스톤을 암호화하는 유전자를 제외하고 인트론이 있습니다. 마찬가지로, 유전자에있는 인트론의 수는 몇 개에서 수십 개까지 다양합니다.

접합

RNA s plicing 또는 splicing 과정은 메신저 RNA에서 인트론의 제거를 포함합니다.

핵 또는 미토콘드리아 유전자에서 발견되는 일부 인트론은 효소 또는 ATP의 도움없이 접합 과정을 수행 할 수 있습니다. 대신,이 과정은 에스테르 교환 반응에 의해 수행됩니다. 이 메커니즘은 섬모 원생 동물 인 Tetrahymena thermophila에서 발견되었습니다.

이와는 대조적으로 자신의 스 플라이 싱을 중재 할 수없는 또 다른 메신저 그룹이 있으므로 추가 기계가 필요합니다. 상당히 많은 수의 핵 유전자가이 그룹에 속합니다.

스 플라이 싱 과정은 스플 라이스 오솜 또는 스 플라이 싱 복합체라고하는 단백질 복합체에 의해 매개됩니다. 이 시스템은 소형 핵 리보 핵 단백질 (RNP)이라고하는 특수 RNA 복합체로 구성됩니다.

RNP에는 핵에서 발견되고 접합 과정을 매개하는 U1, U2, U4, U5 및 U6의 5 가지 유형이 있습니다.

스 플라이 싱은 하나 이상의 유형의 단백질을 생성 할 수 있습니다 (대체 스 플라이 싱이라고 함). 엑손이 다르게 배열되어 다양한 메신저 RNA를 생성하기 때문입니다.

리보솜 RNA

rRNA로 축약 된 리보솜 RNA는 리보솜에서 발견되며 단백질의 생합성에 참여합니다. 따라서 모든 세포의 필수 구성 요소입니다.

리보솜 RNA는 단백질 분자 (약 100 개)와 결합하여 리보솜 프리 서브 유닛을 생성합니다. 그들은 Svedberg 단위의 문자 S로 표시된 침강 계수에 따라 분류됩니다.

리보솜은 주 소단위와 부 소단위의 두 부분으로 구성됩니다. 두 소단위 모두 침강 계수 측면에서 원핵 생물과 진핵 생물간에 다릅니다.

원핵 생물은 큰 50S 서브 유닛과 작은 30S 서브 유닛을 가지고있는 반면, 진핵 생물에서는 큰 서브 유닛이 60S이고 작은 40S입니다.

리보솜 RNA를 코딩하는 유전자는 막에 의해 경계가 지정되지 않은 핵의 특정 영역 인 핵소체에 있습니다. 리보솜 RNA는 RNA 중합 효소 I에 의해이 영역에서 전사됩니다.

다량의 단백질을 합성하는 세포에서; 핵소체는 눈에 띄는 구조입니다. 그러나 문제의 세포가 많은 단백질 생성물을 필요로하지 않는 경우 핵소체는 거의인지 할 수없는 구조입니다.

MicroRNA

MicroRNA 또는 miRNA는 유전자 발현을 조절하는 기능을하는 21 개에서 23 개 뉴클레오티드 사이의 짧은 단일 가닥 RNA 유형입니다. 단백질로 번역되지 않기 때문에 종종 noncoding RNA라고 불립니다.

다른 유형의 RNA와 마찬가지로 microRNA 처리는 복잡하며 많은 단백질을 포함합니다.

MicroRNA는 유전자의 첫 번째 전 사체에서 파생 된 mi-priRNA라고하는 더 긴 전구체에서 발생합니다. 세포의 핵에서 이러한 전구체는 마이크로 프로세서 복합체에서 변형되며 결과는 pre-miRNA입니다.

Pre-miRNA는 RNA 유도 침묵 복합체 (RISC)를 조립하고 마지막으로 miRNA가 합성되는 Dicer라는 효소에 의해 세포질에서 계속 처리되는 70 개의 뉴클레오티드 헤어핀입니다.

이 RNA는 특정 메신저 RNA에 상보 적이기 때문에 유전자의 발현을 조절할 수 있습니다. 표적과 교배함으로써 miRNA는 메신저를 억제하거나 심지어 저하시킬 수 있습니다. 결과적으로, 리보솜은 상기 전 사체를 번역 할 수 없습니다.

RNA 침묵

특정 유형의 microRNA는 사일런 싱 RNA라고도하는 작은 간섭 RNA (siRNA)입니다. 이들은 특정 유전자의 발현을 방해하는 20 개에서 25 개의 뉴클레오티드 사이의 짧은 RNA입니다.

그들은 관심있는 유전자를 침묵시켜 가능한 기능을 연구 할 수 있기 때문에 연구에 매우 유망한 도구입니다.

DNA와 RNA의 차이점

DNA와 RNA는 핵산이며 언뜻보기에는 매우 비슷해 보일 수 있지만 화학적 및 구조적 특성이 몇 가지 다릅니다. DNA는 이중 밴드 분자이고 RNA는 단일 밴드입니다.

따라서 RNA는보다 다재다능한 분자이며 다양한 3 차원 형태를 취할 수 있습니다. 그러나 특정 바이러스는 유전 물질에 이중 대역 RNA가 있습니다.

RNA 뉴클레오티드에서 당 분자는 리보스 인 반면, DNA에서는 산소 원자가있을 때만 달라지는 데 옥시 리보스입니다.

DNA와 RNA의 백본에있는 포스 포디 에스테르 결합은 효소의 존재없이 느린 가수 분해 과정을 거치기 쉽습니다. 알칼리성 조건에서 RNA는 여분의 수산기 덕분에 빠르게 가수 분해되지만 DNA는 그렇지 않습니다.

유사하게, DNA에서 뉴클레오타이드를 구성하는 질소 염기는 구아닌, 아데닌, 티민 및 사이토 신입니다. 대조적으로 RNA에서는 티민이 우라실로 대체됩니다. Uracil은 DNA의 티민과 같은 방식으로 아데닌과 짝을 이룰 수 있습니다.

기원과 진화

RNA는 정보를 저장하고 동시에 화학 반응을 촉진 할 수있는 유일한 분자입니다. 이러한 이유로 여러 저자들은 RNA 분자가 생명의 기원에 결정적인 역할을한다고 제안합니다. 놀랍게도 리보솜의 기질은 다른 RNA 분자입니다.

리보 자임의 발견은 "효소"의 생화학 적 재정의로 이어졌습니다. 이전에는이 ​​용어가 촉매 활성을 가진 단백질에만 사용 되었기 때문에, 최초의 생명체가 유전 물질로 RNA 만 사용하는 시나리오를 지원하는 데 도움이되었습니다.

참고 문헌

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). 세포의 분자 생물학. 4 판. 뉴욕 : 갈랜드 사이언스. DNA에서 RNA로. 이용 가능 : ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). 생화학. 나는 뒤집었다.
3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). 생물학 . Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, et al. (1999). 현대 유전 분석. 뉴욕 : WH Freeman. 유전자와 RNA. 이용 가능 : ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, AC, Hall, JE 및 Guyton, AC (2006). 의료 생리학 조약. 엘스 비어.
6. 홀, JE (2015). Guyton 및 Hall 의학 생리학 교과서 e – 책. 엘스 비어 건강 과학.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, et al. (2000) 분자 세포 생물학. 4 판. 뉴욕 : WH Freeman. 섹션 11.6, rRNA 및 tRNA 처리. 이용 가능 : ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger 생화학 원리. 맥밀란.