RNA, of ribonucleïnezuur, is een van de twee nucleïnezuren die in de natuur worden gevonden. Het andere, deoxyribonucleïnezuur (DNA), is zeker meer gefixeerd in de verbeelding. Zelfs mensen met weinig interesse in wetenschap hebben een vermoeden dat DNA van vitaal belang is voor het doorgeven van eigenschappen van de ene generatie op de volgende, en dat het DNA van elke mens uniek is (en daarom een slecht idee is om op een plaats delict te vertrekken). Maar voor alle bekendheid van DNA is RNA een veelzijdiger molecuul, dat in drie belangrijke vormen voorkomt: messenger RNA (mRNA), ribosomaal RNA (rRNA) en transfer RNA (tRNA).

De taak van mRNA is sterk afhankelijk op de andere twee typen, en mRNA ligt precies in het midden van het zogenaamde centrale dogma van de moleculaire biologie (DNA verwekt RNA, dat op zijn beurt eiwitten verwekt).
Nucleïnezuren: een overzicht

DNA en RNA zijn nucleïnezuren, wat betekent dat ze polymere macromoleculen zijn, waarvan de monomere bestanddelen nucleotiden worden genoemd. Nucleotiden bestaan uit drie verschillende porties: een pentosesuiker, een fosfaatgroep en een stikstofbase, gekozen uit vier keuzes. Een pentosesuiker is een suiker met een ringstructuur met vijf atomen.

Drie grote verschillen onderscheiden DNA van RNA. Ten eerste is in RNA het suikerdeel van het nucleotide ribose, terwijl het in DNA deoxyribose is, dat eenvoudig ribose is met een hydroxyl (-OH) groep verwijderd uit een van de koolstofatomen in de vijf-atoomring en vervangen door een waterstof atoom (-H). Het suikerdeel van DNA is dus slechts één zuurstofatoom minder massief dan RNA, maar RNA is een veel meer chemisch reactieve molecule dan DNA vanwege zijn ene extra -OH-groep. Ten tweede is DNA nogal beroemd, dubbelstrengs en in een spiraalvormige vorm gewikkeld in de meest stabiele vorm van. RNA daarentegen is enkelstrengig. En ten derde, terwijl DNA en RNA beide de stikstofbasen adenine (A), cytosine (C) en guanine (G) hebben, is de vierde dergelijke base in DNA thymine (T), terwijl het in RNA uracil (U) is. >

Omdat DNA dubbelstrengig is, weten wetenschappers sinds het midden van de jaren 1900 dat deze stikstofbasen baseren met en alleen met een ander soort base; A-paren met T en C-paren met G. Verder worden A en G chemisch geclassificeerd als purines, terwijl C en T pyrimidines worden genoemd. Omdat purines aanzienlijk groter zijn dan pyrimidines, zou een A-G-paar te omvangrijk zijn, terwijl een C-T-paar ongewoon ondermaats zou zijn; beide situaties zouden verstorend werken voor de twee strengen in dubbelstrengs DNA op dezelfde afstand op alle punten langs de twee strengen.

Vanwege dit koppelingsschema worden de twee strengen van DNA "complementair" genoemd , 'en de volgorde van de ene kan worden voorspeld als de andere bekend is. Als bijvoorbeeld een reeks van tien nucleotiden in een DNA-streng de basensequentie AAGCGTATTG heeft, zal de complementaire DNA-streng de basensequentie TTCGCATAAC hebben. Omdat RNA wordt gesynthetiseerd vanuit een DNA-sjabloon, heeft dit ook implicaties voor transcriptie.
Basic RNA Structure

mRNA is de meest "DNA-achtige" vorm van ribonucleïnezuur omdat zijn taak grotendeels hetzelfde is: om de in genen gecodeerde informatie, in de vorm van zorgvuldig geordende stikstofbasen, over te brengen naar de cellulaire machine die eiwitten assembleert. Maar er bestaan ook verschillende vitale soorten RNA.

De driedimensionale structuur van DNA werd in 1953 opgehelderd en leverde James Watson en Francis Crick een Nobelprijs op. Maar jaren daarna bleef de structuur van RNA ongrijpbaar ondanks pogingen van sommige van dezelfde DNA-experts om het te beschrijven. In de jaren zestig werd het duidelijk dat, hoewel RNA enkelstrengig is, de secundaire structuur - dat wil zeggen de relatie van de volgorde van nucleotiden tot elkaar terwijl het RNA zich een weg baant door de ruimte - impliceert dat lengtes van RNA zich kunnen terugplooien op zichzelf, met bases in dezelfde streng, waardoor ze op dezelfde manier aan elkaar worden gekoppeld, kan een stuk ducttape aan zichzelf plakken als je het laat knikken. Dit is de basis voor de kruisachtige structuur van tRNA, die drie bochten van 180 graden omvat die het moleculaire equivalent van doodlopende wegen in het molecuul creëren.
is enigszins anders. Alle rRNA is afgeleid van één monster van een rRNA-streng van ongeveer 13.000 nucleotiden lang. Na een aantal chemische modificaties wordt deze streng gesplitst in twee ongelijke subeenheden, de ene wordt 18S genoemd en de andere wordt 28S genoemd. ("S" staat voor "Svedberg-eenheid", een maat die biologen gebruiken om indirect de massa van macromoleculen te schatten.) Het 18S-gedeelte is opgenomen in wat de kleine ribosomale subeenheid wordt genoemd (die, wanneer voltooid, in feite 30S is) en het 28S-gedeelte draagt bij naar de grote subeenheid (welke in totaal een grootte van 50S heeft); alle ribosomen bevatten een van elke subeenheid samen met een aantal eiwitten (geen nucleïnezuren, die eiwitten zelf mogelijk maken) om ribosomen structurele integriteit te bieden.

DNA- en RNA-strengen hebben beide zogenaamde 3 'en 5 '("drie-prime" en "vijf-prime") uiteinden gebaseerd op de posities van moleculen gehecht aan het suikerdeel van de streng. In elk nucleotide is de fosfaatgroep gehecht aan het koolstofatoom gelabeld 5 'in zijn ring, terwijl de 3'-koolstof een hydroxyl (-OH) groep heeft. Wanneer een nucleotide wordt toegevoegd aan een groeiende nucleïnezuurketen, gebeurt dit altijd aan het 3'-uiteinde van de bestaande keten. Dat wil zeggen, de fosfaatgroep aan het 5'-uiteinde van het nieuwe nucleotide wordt verbonden met de 3'-koolstof met de hydroxylgroep voordat deze koppeling plaatsvindt. De -OH wordt vervangen door het nucleotide, dat een proton (H) verliest uit zijn fosfaatgroep; dus gaat een molecuul H _{2O, of water, verloren in het milieu in dit proces, waardoor RNA-synthese een voorbeeld van een dehydratatiesynthese is.
Transcriptie: het bericht in mRNA coderen}

Transcriptie is het proces waarbij mRNA wordt gesynthetiseerd uit een DNA-sjabloon. In principe, gezien wat u nu weet, kunt u zich gemakkelijk voorstellen hoe dit gebeurt. DNA is dubbelstrengig, dus elke streng kan als sjabloon voor enkelstrengs RNA dienen; deze twee nieuwe RNA-strengen, als gevolg van de grillen van specifieke basenparen, zullen elkaar aanvullen, niet dat ze aan elkaar binden. De transcriptie van RNA lijkt sterk op de replicatie van DNA, omdat dezelfde basenpaarregels van toepassing zijn, waarbij U de plaats van T in RNA inneemt. Merk op dat deze vervanging een eenrichtingsverschijnsel is: T in DNA codeert nog steeds voor A in RNA, maar A in DNA codeert voor U in RNA.

Voor transcriptie moet de dubbele DNA-helix opgerold worden, wat het doet onder leiding van specifieke enzymen. (Het neemt later opnieuw de juiste schroefvormige conformatie aan.) Nadat dit gebeurt, geeft een specifieke sequentie, die toepasselijk de promotorsequentie wordt genoemd, aan waar de transcriptie langs het molecuul moet beginnen. Dit roept voor de moleculaire scène een enzym op dat RNA-polymerase wordt genoemd, dat tegen die tijd onderdeel is van een promotorcomplex. Dit alles gebeurt als een soort biochemisch faalveilig mechanisme om te voorkomen dat RNA-synthese op de verkeerde plek op DNA begint en daardoor een RNA-streng produceert die een onwettige code bevat. De RNA-polymerase "leest" de DNA-streng beginnend bij de promotorsequentie en beweegt langs de DNA-streng, waarbij nucleotiden aan het 3'-uiteinde van het RNA worden toegevoegd. Houd er rekening mee dat de RNA- en DNA-strengen, omdat ze complementair zijn, ook antiparallel zijn. Dit betekent dat als het RNA in de 3'-richting groeit, het langs de DNA-streng aan het 5'-uiteinde van het DNA beweegt. Dit is een klein, maar vaak verwarrend punt voor studenten, dus misschien wilt u een diagram raadplegen om er zeker van te zijn dat u de mechanica van mRNA-synthese begrijpt.

De banden die zijn gevormd tussen de fosfaatgroepen van één nucleotide en de suiker groep op de volgende worden fosfodiesterkoppelingen genoemd (uitgesproken als "phos-pho-die-es-ter", niet "phos-pho-dee-ster" zoals het verleidelijk is om aan te nemen).

Het enzym RNA polymerase komt in vele vormen voor, hoewel bacteriën slechts een enkel type omvatten. Het is een groot enzym, bestaande uit vier eiwitsubeenheden: alpha (α), beta (β), beta-prime (β ′) en sigma (σ). Gecombineerd hebben deze een molecuulgewicht van ongeveer 420.000 Dalton. (Ter referentie, een enkele koolstofatoom heeft een molecuulgewicht van 12; een enkele watermolecule, 18; en een hele glucosemolecule, 180.) Het enzym, een holoenzym genoemd wanneer alle vier de subeenheden aanwezig zijn, is verantwoordelijk voor het herkennen van de promotor sequenties op DNA en het uit elkaar trekken van de twee DNA-strengen. RNA-polymerase beweegt langs het te transcriberen gen terwijl het nucleotiden toevoegt aan het groeiende RNA-segment, een proces dat verlenging wordt genoemd. Dit proces vereist, net als zoveel in cellen, adenosinetrifosfaat (ATP) als energiebron. ATP is eigenlijk niets meer dan een adenine-bevattende nucleotide met drie fosfaten in plaats van één.

Transcriptie stopt wanneer het bewegende RNA-polymerase een terminatiesequentie in DNA tegenkomt. Net zoals de promotorsequentie kan worden gezien als het equivalent van een groen licht op een verkeerslicht, is de terminatiesequentie het analoog van een rood licht of een stopbord.
Vertaling: Decoding the Message From mRNA

Wanneer een mRNA-molecuul dat de informatie voor een bepaald eiwit bevat - dat wil zeggen een stuk mRNA dat overeenkomt met een gen - compleet is, moet het nog worden verwerkt voordat het klaar is om zijn taak af te leveren om een chemische blauwdruk aan de ribosomen af te leveren, In eukaryotische organismen migreert het ook uit de kern (prokaryoten hebben geen kern).
Kritiek, stikstofbasen dragen genetische informatie in groepen van drie, tripletcodons genoemd. Elk codon bevat instructies om een bepaald aminozuur aan een groeiend eiwit toe te voegen. Net zoals nucleotiden de monomeereenheden van nucleïnezuren zijn, zijn aminozuren de monomeren van eiwitten. Omdat RNA vier verschillende nucleotiden bevat (vanwege de vier verschillende beschikbare basen) en een codon bestaat uit drie opeenvolgende nucleotiden, zijn er in totaal 64 triplet-codons beschikbaar (4 ^{3 \u003d 64). Dat wil zeggen, beginnend met AAA, AAC, AAG, AAU en werkend tot UUU, zijn er 64 combinaties. Mensen gebruiken echter slechts 20 aminozuren. Dientengevolge wordt gezegd dat de tripletcode overbodig is: in de meeste gevallen coderen meerdere tripletten voor hetzelfde aminozuur. Het omgekeerde is niet waar - dat wil zeggen dat hetzelfde triplet niet voor meer dan één aminozuur kan coderen. Je kunt je waarschijnlijk de biochemische chaos voorstellen die anders zou ontstaan. In feite hebben de aminozuren leucine, arginine en serine elk zes drietallen die daarmee overeenkomen. Drie verschillende codons zijn STOP-codons, vergelijkbaar met de transcriptieterminatiesequenties in DNA.}

Translatie zelf is een zeer coöperatief proces, waarbij alle leden van de uitgebreide RNA-familie worden samengebracht. Omdat het voorkomt op ribosomen, omvat het uiteraard het gebruik van rRNA. De tRNA-moleculen, eerder beschreven als kleine kruisjes, zijn verantwoordelijk voor het dragen van individuele aminozuren naar de translatieplaats op het ribosoom, waarbij elk aminozuur door zijn eigen specifieke merk tRNA-escort wordt rondgevoerd. Net als transcriptie heeft translatie initiatie-, verlengings- en terminatiefasen en aan het einde van de synthese van een eiwitmolecuul wordt het eiwit vrijgegeven uit het ribosoom en verpakt in Golgi-lichamen voor gebruik elders, en het ribosoom dissocieert zelf in zijn samenstellende subeenheden.