RNA: Fungsi, Struktur dan Jenis

RNA: Fungsi, Struktur dan Jenis

RNA atau RNA (asam ribonukleat) adalah jenis hadir asam nukleat pada eukariota, prokariota dan virus. Ini adalah polimer nukleotida yang mengandung empat jenis basa nitrogen dalam strukturnya: adenin, guanin, sitosin, dan urasil.

RNA umumnya ditemukan sebagai pita tunggal (kecuali pada beberapa virus), secara linier atau dalam serangkaian struktur kompleks. Faktanya, RNA memiliki dinamisme struktural yang tidak diamati pada heliks ganda DNA . Berbagai jenis RNA memiliki fungsi yang sangat bervariasi.

RNA ribosom adalah bagian dari ribosom , struktur yang bertanggung jawab atas sintesis protein dalam sel. Messenger RNA berfungsi sebagai perantara dan membawa informasi genetik ke ribosom , yang menerjemahkan pesan dari urutan nukleotida ke urutan asam amino .

RNA transfer bertanggung jawab untuk mengaktifkan dan mentransfer berbagai jenis asam amino – 20 total – ke ribosom . Ada molekul RNA transfer untuk setiap asam amino yang mengenali urutan dalam RNA pembawa pesan.

Selain itu, ada jenis RNA lain yang tidak terlibat langsung dalam sintesis protein dan berpartisipasi dalam regulasi gen.

Indeks artikel

Struktur

Unit dasar RNA adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin, dan urasil), pentosa, dan gugus fosfat.

Nukleotida

Basa nitrogen berasal dari dua senyawa dasar: pirimidin dan purin.

Basa turunan purin adalah adenin dan guanin dan basa turunan pirimidin adalah sitosin dan urasil. Meskipun ini adalah basa yang paling umum, asam nukleat juga dapat memiliki jenis basa lain yang kurang umum.

Adapun pentosa, mereka adalah unit d-ribosa. Oleh karena itu, nukleotida yang membentuk RNA disebut “ribonukleotida.”

rantai RNA

Nukleotida dihubungkan bersama oleh ikatan kimia yang melibatkan gugus fosfat. Untuk membentuknya, gugus fosfat pada ujung 5 nukleotida melekat pada gugus hidroksil (–OH) pada ujung 3 nukleotida berikutnya, sehingga menciptakan ikatan seperti fosfodiester.

Sepanjang rantai asam nukleat, ikatan fosfodiester memiliki orientasi yang sama. Oleh karena itu, ada polaritas untai, yang membedakan antara ujung 3 dan 5 .

Dengan konvensi, struktur asam nukleat diwakili oleh ujung 5 di sebelah kiri dan ujung 3 di sebelah kanan.

Produk RNA dari transkripsi DNA adalah pita beruntai tunggal yang berbelok ke kanan, dalam konformasi heliks oleh penumpukan basa. Interaksi antara purin jauh lebih besar daripada interaksi antara dua pirimidin, karena ukurannya.

Dalam RNA, tidak mungkin untuk berbicara tentang struktur sekunder tradisional dan referensi, seperti heliks ganda DNA. Struktur tiga dimensi dari setiap molekul RNA adalah unik dan kompleks, sebanding dengan protein (secara logika, kita tidak dapat mengglobalkan struktur protein).

Kekuatan yang menstabilkan RNA

Ada interaksi lemah yang berkontribusi pada stabilisasi RNA, terutama penumpukan basa, di mana cincin terletak satu di atas yang lain. Fenomena ini juga berkontribusi pada stabilitas heliks DNA.

Jika molekul RNA menemukan urutan komplementer, mereka dapat berpasangan dan membentuk struktur untai ganda yang berbelok ke kanan. Bentuk yang dominan adalah tipe A; Adapun bentuk Z hanya dibuktikan di laboratorium, sedangkan bentuk B belum teramati.

Umumnya, ada sekuens pendek (seperti UUGG) yang terletak di ujung RNA dan memiliki kekhasan membentuk loop stabil. Urutan ini berpartisipasi dalam pelipatan struktur tiga dimensi RNA.

Selain itu, ikatan hidrogen dapat terbentuk di tempat lain selain pasangan basa tipikal (AU dan CG). Salah satu interaksi tersebut terjadi antara 2′-OH ribosa dengan gugus lain.

Menjelaskan berbagai struktur yang ditemukan dalam RNA telah berfungsi untuk menunjukkan berbagai fungsi asam nukleat ini.

Jenis dan Fungsi RNA

Ada dua kelas RNA: informasional dan fungsional. Kelompok pertama mencakup RNA yang berpartisipasi dalam sintesis protein dan berfungsi sebagai perantara dalam proses; RNA informasional adalah RNA pembawa pesan.

Sebaliknya, RNA yang termasuk dalam kelas kedua, yang fungsional, tidak menghasilkan molekul protein baru dan RNA itu sendiri adalah produk akhir. Ini adalah RNA transfer dan RNA ribosom.

Dalam sel mamalia, 80% RNA adalah RNA ribosom, 15% adalah RNA transfer, dan hanya sebagian kecil yang sesuai dengan RNA pembawa pesan. Ketiga jenis ini bekerja sama untuk mencapai biosintesis protein.

Ada juga RNA nuklir kecil, RNA sitoplasma kecil, dan microRNA, antara lain. Masing-masing jenis yang paling penting akan dijelaskan secara rinci di bawah ini:

Messenger RNA

Pada eukariota, DNA terbatas pada nukleus, sedangkan sintesis protein terjadi di sitoplasma sel, di mana ribosom ditemukan. Karena pemisahan spasial ini harus ada mediator yang membawa pesan dari nukleus ke sitoplasma dan molekul itu adalah RNA pembawa pesan.

Messenger RNA, disingkat mRNA, adalah molekul perantara yang berisi informasi yang dikodekan dalam DNA dan yang menentukan urutan asam amino yang akan menghasilkan protein fungsional.

Istilah messenger RNA diusulkan pada tahun 1961 oleh François Jacob dan Jacques Monod untuk menggambarkan bagian RNA yang mentransmisikan pesan dari DNA ke ribosom.

Proses sintesis mRNA dari untai DNA dikenal sebagai transkripsi dan terjadi secara berbeda antara prokariota dan eukariota.

Ekspresi gen diatur oleh beberapa faktor dan tergantung pada kebutuhan setiap sel. Transkripsi dibagi menjadi tiga tahap: inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Transkripsi

Proses replikasi DNA, yang terjadi di setiap pembelahan sel, menyalin seluruh kromosom. Namun, proses transkripsi jauh lebih selektif, hanya berurusan dengan pemrosesan segmen tertentu dari untai DNA dan tidak memerlukan primer.

Dalam Escherichia coli – bakteri yang paling banyak dipelajari dalam ilmu kehidupan – transkripsi dimulai dengan pelepasan heliks ganda DNA dan loop transkripsi terbentuk. Enzim RNA polimerase bertanggung jawab untuk mensintesis RNA dan, saat transkripsi berlanjut, untai DNA kembali ke bentuk aslinya.

Inisiasi, elongasi dan terminasi

Transkripsi tidak dimulai di situs acak pada molekul DNA; ada situs khusus untuk fenomena ini, yang disebut promotor. Dalam E. coli RNA polimerase digabungkan beberapa pasangan basa di atas wilayah target.

Urutan di mana faktor transkripsi digabungkan cukup dilestarikan antara spesies yang berbeda. Salah satu urutan promotor yang paling terkenal adalah kotak TATA.

Selama pemanjangan, enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida baru ke ujung 3’–OH, mengikuti arah 5 hingga 3 . Gugus hidroksil bertindak sebagai nukleofil, menyerang alfa fosfat dari nukleotida yang akan ditambahkan. Reaksi ini melepaskan pirofosfat.

Hanya satu untai DNA yang digunakan untuk mensintesis RNA pembawa pesan, yang disalin dalam arah 3 hingga 5 (bentuk antiparalel dari untai RNA baru). Nukleotida yang akan ditambahkan harus memenuhi pasangan basa: U berpasangan dengan A, dan G dengan C.

RNA polimerase menghentikan proses ketika bertemu daerah kaya sitosin dan guanin. Akhirnya, molekul RNA pembawa pesan baru dipisahkan dari kompleks.

Transkripsi pada prokariota

Pada prokariota, molekul RNA pembawa pesan dapat mengkode lebih dari satu protein.

Ketika mRNA secara eksklusif mengkode protein atau polipeptida, itu disebut mRNA monokistronik, tetapi jika mengkode lebih dari satu produk protein, mRNA adalah polikistronik (perhatikan bahwa dalam konteks ini istilah cistron mengacu pada gen).

Transkripsi eukariotik

Pada organisme eukariotik, sebagian besar mRNA adalah monosistronik dan mesin transkripsi jauh lebih kompleks dalam garis keturunan organisme ini. Mereka dicirikan dengan memiliki tiga RNA polimerase, dilambangkan I, II dan III, masing-masing dengan fungsi spesifik.

I bertugas mensintesis pra-rRNA, II mensintesis RNA pembawa pesan dan beberapa RNA khusus. Akhirnya, III bertanggung jawab untuk RNA transfer, 5S ribosom, dan RNA kecil lainnya.

Messenger RNA pada eukariota

Messenger RNA mengalami serangkaian modifikasi spesifik pada eukariota. Yang pertama melibatkan menambahkan “cap” ke ujung 5 . Secara kimia, tutupnya adalah residu 7-metilguanosin yang terikat pada ujungnya dengan ikatan 5 , 5′-trifosfat.

Fungsi zona ini adalah untuk melindungi RNA dari kemungkinan degradasi oleh ribonuklease (enzim yang memecah RNA menjadi komponen yang lebih kecil).

Selain itu, eliminasi ujung 3 terjadi dan 80 hingga 250 residu adenin ditambahkan. Struktur ini dikenal sebagai “ekor” poliA dan berfungsi sebagai tempat pengikatan berbagai protein. Ketika prokariota memperoleh ekor poliA, ia cenderung merangsang degradasinya.

Di sisi lain, utusan ini ditranskripsi dengan intron. Intron adalah urutan DNA yang bukan bagian dari gen tetapi “mengganggu” urutan itu. Intron tidak diterjemahkan dan karena itu harus dihapus dari pembawa pesan.

Sebagian besar gen vertebrata memiliki intron, kecuali gen yang mengkode histon. Demikian pula, jumlah intron dalam gen dapat bervariasi dari beberapa hingga puluhan ini.

penyambungan RNA

RNA s plicing atau penyambungan proses melibatkan penghapusan intron dalam RNA messenger.

Beberapa intron yang terdapat pada gen nukleus atau mitokondria dapat melakukan proses penyambungan tanpa bantuan enzim atau ATP. Sebaliknya, proses dilakukan dengan reaksi transesterifikasi. Mekanisme ini ditemukan pada protozoa bersilia Tetrahymena thermophila.

Sebaliknya, ada kelompok utusan lain yang tidak mampu memediasi penyambungan mereka sendiri , sehingga mereka membutuhkan mesin tambahan. Sejumlah besar gen nuklir termasuk dalam kelompok ini.

Proses penyambungan dimediasi oleh kompleks protein yang disebut spliceosome atau kompleks penyambungan. Sistem ini terdiri dari kompleks RNA khusus yang disebut ribonukleoprotein nuklir kecil (RNP).

Ada lima jenis RNP: U1, U2, U4, U5 dan U6, yang ditemukan di nukleus dan memediasi proses penyambungan.

splicing dapat menghasilkan lebih dari satu jenis protein – ini dikenal sebagai splicing yang Alternatif sebagai ekson diatur berbeda-beda, menciptakan varietas RNA messenger.

RNA ribosom

RNA ribosom, disingkat rRNA, ditemukan di ribosom dan berpartisipasi dalam biosintesis protein. Oleh karena itu, ini adalah komponen penting dari semua sel.

RNA ribosom berasosiasi dengan molekul protein (sekitar 100) untuk menghasilkan presubunit ribosom. Mereka diklasifikasikan tergantung pada koefisien sedimentasinya, dilambangkan dengan huruf S untuk satuan Svedberg.

Ribosom terdiri dari dua bagian: subunit mayor dan subunit minor. Kedua subunit berbeda antara prokariota dan eukariota dalam hal koefisien sedimentasi.

Prokariota memiliki subunit besar 50S dan subunit kecil 30S, sedangkan pada eukariota subunit besar adalah 60S dan 40S kecil.

Gen yang mengkode RNA ribosom berada di nukleolus, area tertentu dari nukleus yang tidak dibatasi oleh membran. RNA ribosom ditranskripsi di wilayah ini oleh RNA polimerase I.

Dalam sel yang mensintesis sejumlah besar protein; nukleolus adalah struktur yang menonjol. Namun, ketika sel tersebut tidak memerlukan sejumlah besar produk protein, nukleolus adalah struktur yang hampir tidak terlihat.

Pemrosesan RNA Ribosomal

Subunit ribosom besar 60S dikaitkan dengan fragmen 28S dan 5.8S. Mengenai subunit kecil (40S), ini terkait dengan 18S.

Pada eukariota yang lebih tinggi, pra-rRNA dikodekan dalam unit transkripsi 45S, yang melibatkan RNA polimerase I. Transkrip ini diproses menjadi RNA ribosom 28S, 18S dan 5.8S yang matang.

Saat sintesis berlanjut, pra-rRNA bergabung dengan protein yang berbeda dan membentuk partikel ribonukleoprotein. Ini mengalami serangkaian modifikasi selanjutnya yang mencakup metilasi gugus 2′-OH ribosa dan konversi residu uridin menjadi pseudouridin.

Wilayah di mana perubahan ini akan terjadi dikendalikan oleh lebih dari 150 molekul RNA nukleolar kecil, yang memiliki kemampuan untuk berpasangan dengan pra-rRNA.

Bertentangan dengan sisa pra-rRNA, 5S ditranskripsi oleh RNA polimerase III di nukleoplasma dan tidak di dalam nukleolus . Setelah disintesis, dibawa ke nukleolus untuk berkumpul dengan 28S dan 5.8S, sehingga membentuk unit ribosom.

Pada akhir proses perakitan, subunit ditransfer ke sitoplasma melalui pori-pori nuklir.

Poliribosom

Hal ini dapat terjadi bahwa molekul RNA utusan menimbulkan beberapa protein pada saat yang sama, mengikat lebih dari satu ribosom. Saat proses translasi berlangsung, ujung pembawa pesan menjadi bebas dan dapat diambil oleh ribosom lain, memulai sintesis baru.

Untuk alasan ini, adalah umum untuk menemukan ribosom yang dikelompokkan (antara 3 dan 10) dalam satu molekul RNA pembawa pesan, dan kelompok ini disebut poliribosom.

Mentransfer RNA

Transfer RNA bertanggung jawab untuk mentransfer asam amino saat proses sintesis protein berlangsung. Mereka terdiri dari sekitar 80 nukleotida (dibandingkan dengan messenger RNA, itu adalah molekul “kecil”).

Strukturnya memiliki lipatan dan salib yang mengingatkan pada shamrock berlengan tiga. Sebuah cincin adenilat terletak di salah satu ujungnya, di mana gugus hidroksil ribosa memediasi penyatuan dengan asam amino yang akan diangkut.

RNA transfer yang berbeda bergabung secara eksklusif dengan salah satu dari dua puluh asam amino yang membentuk protein; dengan kata lain, itu adalah kendaraan yang membawa blok bangunan protein. Kompleks RNA transfer bersama dengan asam amino disebut aminoasil-tRNA.

Selanjutnya, dalam proses translasi — yang terjadi berkat ribosom — setiap RNA transfer mengenali kodon tertentu dalam RNA pembawa pesan. Ketika mengenalinya, asam amino yang sesuai dilepaskan dan menjadi bagian dari peptida yang disintesis.

Untuk mengenali jenis asam amino yang harus dikirim, RNA memiliki ” antikodon ” yang terletak di wilayah tengah molekul. Antikodon ini mampu membentuk ikatan hidrogen dengan basa komplementer yang ada dalam DNA pembawa pesan.

mikroRNA

MicroRNAs atau miRNAs adalah jenis pendek, RNA beruntai tunggal, antara 21 dan 23 nukleotida, yang fungsinya untuk mengatur ekspresi gen. Karena tidak diterjemahkan menjadi protein, maka sering disebut antisense RNA.

Seperti jenis RNA lainnya, pemrosesan microRNA adalah kompleks dan melibatkan sejumlah protein.

MicroRNA muncul dari prekursor yang lebih panjang yang disebut mi-priRNAs, yang berasal dari transkrip pertama gen. Dalam inti sel, prekursor ini dimodifikasi dalam kompleks mikroprosesor dan hasilnya adalah pra-miRNA.

Pra-miRNA adalah 70 jepit rambut nukleotida yang terus diproses di sitoplasma oleh enzim yang disebut Dicer, yang merakit kompleks pembungkaman yang diinduksi RNA (RISC) dan akhirnya miRNA disintesis.

RNA ini mampu mengatur ekspresi gen, karena mereka melengkapi RNA pembawa pesan tertentu. Dengan kawin dengan target mereka, miRNA mampu menekan pembawa pesan, atau bahkan menurunkannya. Akibatnya, ribosom tidak dapat menerjemahkan transkrip tersebut.

pembungkaman RNA

Salah satu jenis microRNA tertentu adalah RNA pengganggu kecil (siRNA), juga disebut RNA pembungkaman. Mereka adalah RNA pendek, antara 20 hingga 25 nukleotida, yang menghambat ekspresi gen tertentu.

Mereka adalah instrumen yang sangat menjanjikan untuk penelitian, karena mereka memungkinkan untuk membungkam gen yang menarik dan dengan demikian mempelajari kemungkinan fungsinya.

Perbedaan DNA dan RNA

Meskipun DNA dan RNA adalah asam nukleat dan dapat terlihat sangat mirip pada pandangan pertama, mereka berbeda dalam beberapa sifat kimia dan strukturalnya. DNA adalah molekul beruntai ganda, sedangkan RNA adalah molekul beruntai tunggal.

Dengan demikian, RNA adalah molekul yang lebih serbaguna dan dapat mengambil berbagai bentuk tiga dimensi. Namun, virus tertentu memiliki RNA pita ganda dalam materi genetiknya.

Dalam nukleotida RNA, molekul gula adalah ribosa, sedangkan dalam DNA itu adalah deoksiribosa, hanya berbeda dengan adanya atom oksigen.

Ikatan fosfodiester pada tulang punggung DNA dan RNA rentan mengalami proses hidrolisis yang lambat tanpa adanya enzim. Dalam kondisi basa, RNA terhidrolisis dengan cepat – berkat gugus hidroksil ekstra – sementara DNA tidak.

Demikian pula, basa nitrogen yang membentuk nukleotida dalam DNA adalah guanin, adenin, timin, dan sitosin; sebaliknya, pada RNA, timin digantikan oleh urasil. Urasil dapat berpasangan dengan adenin, dengan cara yang sama seperti timin dalam DNA.

Asal dan evolusi

RNA adalah satu-satunya molekul yang diketahui mampu menyimpan informasi dan mengkatalisis reaksi kimia pada waktu yang sama; Untuk alasan ini, beberapa penulis mengusulkan bahwa molekul RNA sangat penting dalam asal usul kehidupan. Anehnya, substrat ribosom adalah molekul RNA lainnya.

Penemuan ribozim menyebabkan redefinisi biokimia “enzim” —seperti sebelumnya istilah itu digunakan secara eksklusif untuk protein dengan aktivitas katalitik—, dan membantu mendukung skenario di mana bentuk kehidupan pertama hanya menggunakan RNA sebagai materi genetik.

Referensi

  1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, dkk. (2002). Biologi Molekuler Sel. edisi ke-4 . New York: Ilmu Garland. Dari DNA ke RNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia . saya terbalik.
  3. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). biologi . Ed. Medis Panamerika.
  4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, dkk. (1999). Analisis Genetika Modern . New York: WH Freeman. Gen dan RNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  5. Guyton, AC, Hall, JE, & Guyton, AC (2006). Perjanjian fisiologi medis . lain.
  6. Hall, JE (2015). Guyton and Hall buku teks fisiologi medis e-Book . Ilmu Kesehatan Elsevier.
  7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, dkk. (2000) Biologi Sel Molekuler. edisi ke-4 . New York: WH Freeman. Bagian 11.6, Pemrosesan rRNA dan tRNA. Tersedia di: ncbi.nlm.nih.gov
  8. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip-prinsip biokimia Lehninger . Macmillan.