RNAの機能、構造および種類



の RNAまたはRNA （リボ核酸）は、真核生物、原核生物およびウイルスに存在する核酸の一種です。それはその構造に4種類の窒素含有塩基を含むヌクレオチドのポリマーです：アデニン、グアニン、シトシンとウラシル.

ＲＮＡは一般に単一のバンドとして（いくつかのウイルスを除く）、直線的にまたは一連の複雑な構造を形成しているのが見られる。事実、RNAはDNA二重らせんには見られない構造的なダイナミズムを持っています。さまざまな種類のRNAは非常に多様な機能を持っています.

リボソームRNAはリボソーム、細胞内のタンパク質の合成に関与する構造の一部です。メッセンジャーRNAは中間体として働き、遺伝情報をリボソームに伝達し、リボソームはメッセージをヌクレオチド配列からアミノ酸配列に翻訳する。.

トランスファーＲＮＡは、異なる種類のアミノ酸（全部で２０個）を活性化し、そしてリボソームにトランスファーすることを担う。メッセンジャーRNAの配列を認識する各アミノ酸のトランスファーRNA分子があります.  

さらに、タンパク質合成に直接関与しておらず、遺伝子調節に関与している他の種類のRNAがある。.

索引

  • 1つの構造
    • 1.1ヌクレオチド
    • 1.2 RNA鎖
    • 1.3 RNAを安定させる力
  • 2種類のRNAと機能
    • 2.1メッセンジャーRNA
    • 2.2リボソームRNA
    • 2.3トランスファーRNA
    • 2.4マイクロRNA
    • 2.5ミュートRNA
  • 3 DNAとRNAの違い
  • 4起源と進化
  • 5参考文献

構造

ＲＮＡの基本単位はヌクレオチドである。各ヌクレオチドは、窒素含有塩基（アデニン、グアニン、シトシンおよびウラシル）、ペントースおよびリン酸基によって形成されている。.

ヌクレオチド

窒素含有塩基は、ピリミジンとプリンの2つの基本化合物から誘導されます.

プリン由来の塩基はアデニンおよびグアニンであり、ピリミジン由来の塩基はシトシンおよびウラシルである。これらは最も一般的な塩基ですが、核酸はそれほど頻繁ではない他の種類の塩基を提示することもできます。.

ペントースに関しては、それらはｄ－リボース単位である。したがって、RNAを構成するヌクレオチドは「リボヌクレオチド」と呼ばれます.

RNA鎖

ヌクレオチドは、リン酸基を含む化学結合によって互いに連結されている。それらを形成するために、ヌクレオチドの５ '末端のリン酸基は、次のヌクレオチドの３'末端のヒドロキシル基（－ＯＨ）に結合し、かくしてホスホジエステル型結合を形成する。.

核酸鎖に沿って、ホスホジエステル結合は同じ配向を有する。したがって、鎖の極性があり、3 '末端と5'末端を区別します。.

慣例により、核酸の構造は左側の５ '末端および右側の３'末端で表される。.

ＤＮＡの転写のＲＮＡ産物は、塩基の積み重ねによるらせん構造で、右に曲がる単純な鎖である。プリン間の相互作用は、それらのサイズによって、2つのピリミジン間の相互作用よりもはるかに大きいです。.

RNAでは、DNAの二重らせんのように、伝統的な二次構造や参照について話すことはできません。各RNA分子の立体構造は、タンパク質の構造に匹敵する独特かつ複雑です（論理的には、タンパク質の構造をグローバル化することはできません）。.

RNAを安定させる力

ＲＮＡの安定化、特に環の上下に位置する塩基のスタッキングに寄与する弱い相互作用がある。この現象はDNAへリックスの安定性にも寄与する.

RNA分子が相補的な配列を見つけた場合、それらは結合して右に向く二本鎖構造を形成することができる。主な形式はタイプAです。 Z型に関しては、それらは実験室でのみ証明されているのに対して、B型は観察されていない。.

一般的に、RNAの末端に位置する短い配列（UUGGのような）があり、形成の特異性があります。 ループ 安定しています。この配列はＲＮＡの三次元構造の折りたたみに関与する.

さらに、典型的な塩基対合ではない他の部位（ＡＵおよびＣＧ）に水素結合が形成されてもよい。これらの相互作用の1つは、リボースの2'-OHと他の基との間で起こる.

RNAに見られる様々な構造の希釈は、この核酸の複数の機能を実証するのに役立ちました.

RNAの種類と機能

2種類のRNAがあります：情報と機能。最初のグループには、タンパク質の合成に関与し、プロセスの仲介者として機能するRNAが含まれます。情報RNAはメッセンジャーRNAです.

対照的に、機能的なものである第二のクラスに属するＲＮＡは、新しいタンパク質分子を生じさせず、そしてＲＮＡそれ自体が最終生成物である。これらはトランスファーRNAとリボソームRNAです。.

哺乳動物細胞では、80％のRNAがリボソームRNA、15％がトランスファーRNAであり、ごくわずかな部分がメッセンジャーRNAに相当する。これら3つのタイプは、タンパク質生合成を達成するために協調して働きます.

とりわけ、小型核ＲＮＡ、小型細胞質ＲＮＡおよびマイクロＲＮＡもある。次に、最も重要な各タイプについて詳しく説明します。

メッセンジャーRNA

真核生物において、ＤＮＡは核に限定されているが、タンパク質合成は、リボソームが位置する細胞の細胞質において起こる。この空間的分離のためには、核から細胞質へメッセージを伝えるメディエータがなければならず、その分子はメッセンジャーRNAです。.

メッセンジャーＲＮＡ、略してｍＲＮＡは、ＤＮＡにコードされた情報を含みそして機能的タンパク質を生じさせるアミノ酸の配列を特定する中間体分子である。.

メッセンジャーRNAという用語は、メッセージをDNAからリボソームに伝達したRNAの部分を表すために1961年にFrançoisJacobとJacques Monodによって提案されました。.

DNA鎖からmRNAを合成するプロセスは転写として知られており、原核生物と真核生物の間で異なって起こる。. 

遺伝子発現はいくつかの要因によって支配されており、各細胞の必要性に左右される。転写は３段階に分けられる：開始、伸長および終結.

転記

各細胞分裂で起こるDNA複製プロセスは染色体全体をコピーします。しかしながら、転写プロセスははるかに選択的であり、ＤＮＡ鎖の特定のセグメントを処理することのみを扱い、そしてプライマーを必要としない。.

で 大腸菌 -細菌は生物科学で最もよく研​​究されています - 転写はDNAの二重らせんの巻き戻しから始まり、転写ループが形成されます。 ＲＮＡポリメラーゼ酵素はＲＮＡの合成を担い、そして転写が続くにつれて、ＤＮＡ鎖はその元の形態に戻る。.

開始、伸長および終了

転写はDNA分子内のランダムな部位では開始されません。プロモーターと呼ばれるこの現象のための専門的なサイトがあります。で 大腸菌 ＲＮＡポリメラーゼは白色領域の上の数塩基対に結合している。.

転写因子が結合している配列は、異なる種の間でかなり保存されている。最も知られているプロモーター配列の一つはTATAボックスです。.

伸長において、ＲＮＡポリメラーゼ酵素は、５ 'から３'方向に続いて、３ ' - ＯＨ末端に新しいヌクレオチドを付加する。ヒドロキシル基は求核剤として作用し、付加されるヌクレオチドのアルファホスフェートを攻撃する。この反応はピロリン酸を放出する.

メッセンジャーＲＮＡを合成するために１本のＤＮＡ鎖のみが使用され、それは３ 'から５'方向に複製される（新しいＲＮＡ鎖の逆平行形態）。追加されるヌクレオチドは、塩基対合に準拠している必要があります。UとA、およびGとC.

RNAポリメラーゼは、シトシンとグアニンに富む領域が見つかるとプロセスを停止します。最後に、新しいメッセンジャーRNA分子は複合体から分離されます.

原核生物における転写

原核生物では、メッセンジャーRNA分子は複数のタンパク質をコードすることができる.

mRNAがタンパク質またはポリペプチドを排他的にコードする場合、それはモノシストロン性mRNAと呼ばれるが、それが複数のタンパク質産物をコード化する場合、mRNAはポリシストロニックである（この文脈においてシストロンという用語は遺伝子を指す）.

真核生物における転写

真核生物において、mRNAの大多数はモノシストロン性であり、そして転写機構はこの生物の系統においてはるかに複雑である。それらは、それぞれ特定の機能を有する、Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩと表される３つのＲＮＡポリメラーゼを有することを特徴とする。.

IはプレrRNAの合成を担当し、IIはメッセンジャーRNAおよびいくつかの特別なRNAを合成する。最後に、IIIはトランスファーRNA、5Sリボソームおよび他の小型RNAに関与している.

真核生物におけるメッセンジャーRNA

メッセンジャーＲＮＡは真核生物において一連の特定の修飾を受ける。第一は、5 '末端への「キャップ」の付加を含む。化学的には、キャップは5 '、5'-三リン酸型の結合によって末端に固定された7-メチルグアノシンの残基です。.

このゾーンの機能は、リボヌクレアーゼ（RNAをより小さな成分に分解する酵素）による分解からRNAを保護することです。.

さらに、3 '末端の除去が起こり、80〜250個のアデニン残基が付加される。この構造は、ポリＡ「テール」として知られており、いくつかのタンパク質に対する結合領域として機能する。原核生物が尾部ポリAを獲得すると、その分解を促進する傾向がある.

一方、このメッセンジャーはイントロンと転写されます。イントロンは遺伝子の一部ではないが配列を「中断する」DNA配列である。イントロンは翻訳されていないのでメッセンジャーから削除する必要があります.

ヒストンをコードする遺伝子を除いて、ほとんどの脊椎動物の遺伝子はイントロンを持っています。同様に、遺伝子内のイントロンの数は、これらのうちの数個から数十個まで変化し得る。.

スプライシング RNAの

のプライシング RNAまたはスプライシング過程はメッセンジャーRNA中のイントロンの除去を含む.

核またはミトコンドリアの遺伝子に見られるいくつかのイントロンは、 スプライシング 酵素やATPの助けを借りずに。代わりに、このプロセスはエステル交換反応によって行われる。このメカニズムは繊毛原生動物で発見されました テトラヒメナサーモフィラ.

それとは対照的に、自分自身を仲介することができないメッセンジャーの別のグループがあります スプライシング, だから彼らは追加の機械が必要です。このグループにはかなり多数の核遺伝子が属しています.

のプロセス スプライシング それは、スパイソソームまたはスプライシング複合体と呼ばれるタンパク質複合体によって媒介される。このシステムは、核小リボ核タンパク質（RNP）と呼ばれる特殊なRNA複合体から構成されています。.

RNPには5つのタイプがあります：U1、U2、U4、U5およびU6、これらは核で見つけられての過程を仲介します スプライシング.

の スプライシング 複数の種類のタンパク質を生産することができます - これはとして知られています スプライシング あるいは、エキソンは異なって配置されているため、さまざまなメッセンジャーRNAが生成されます。.

リボソームRNA

リボソームＲＮＡ、略してｒＲＮＡは、リボソーム中に見出され、そしてタンパク質の生合成に関与する。したがって、それはすべての細胞の重要な構成要素です.

リボソームＲＮＡは、タンパク質分子（約１００、およそ）と会合して、リボソーム前結節を生じさせる。それらはSvedberg単位の文字Sで表されるそれらの沈降係数に従って分類される.

リボソームは、2つの部分から構成されています：メジャーサブユニットとマイナーサブユニット。両方のサブユニットは沈降係数に関して原核生物と真核生物の間で異なる.

原核生物は大きな50Sサブユニットと小さな30Sサブユニットを持っていますが、真核生物では大きなサブユニットは60Sと小さな40Sサブユニットです。.

リボソームＲＮＡをコードする遺伝子は核膜、膜によって境界付けられていない核の特定の領域にある。リボソームRNAはRNAポリメラーゼIによってこの領域に転写される.

大量のタンパク質を合成する細胞において。核小体は顕著な構造である。しかしながら、問題の細胞が多数のタンパク質産物を必要としない場合、核小体はほとんど知覚できない構造である。.

リボソームRNAのプロセシング

大きな６０Ｓリボソームサブユニットはフラグメント２８Ｓおよび５．８Ｓと会合している。小サブユニット（40S）に関しては、18Sと関連している.

高等真核生物において、プレｒＲＮＡは、ＲＮＡポリメラーゼＩを含む４５Ｓの転写単位でコードされている。この転写産物は、成熟リボソームＲＮＡ２８Ｓ、１８Ｓおよび５．８Ｓにおいてプロセシングされる。.

合成が続くにつれて、プレｒＲＮＡは異なるタンパク質と会合し、そしてリボ核タンパク質粒子を形成する。これは、リボースの2'-OH基のメチル化およびウリジン残基のプソイドウリジンへの変換を含む一連のその後の修飾を受ける。.

これらの変化が起こる領域は、プレrRNAに結合する能力を持つ150以上の小核小体RNA分子によって制御されます。.

残りのプレｒＲＮＡとは反対に、５Ｓは核質内ではなく核質内でＲＮＡポリメラーゼＩＩＩによって転写される。合成された後、それは核小体に運ばれて、28Sおよび5.8Sと組み立てられ、リボソーム単位を形成する。.

集合過程の終わりに、サブユニットは核孔によって細胞質に移される.

ポリリボソーム

メッセンジャーRNAの分子が同時に複数のリボソームに結合して、いくつかのタンパク質に起源を与えることが起こり得る。翻訳プロセスが進むにつれて、メッセンジャーの末端は自由になり、別のリボソームに取り込まれて新しい合成が開始されます。.

したがって、1分子のメッセンジャーRNAにグループ分けされた（3〜10個の）リボソームを見つけるのが一般的であり、このグループはポリリボソームと呼ばれます。.

トランスファーRNA

トランスファーＲＮＡは、タンパク質合成の過程が進行するにつれてアミノ酸をトランスファーすることを担う。それらは約80ヌクレオチドからなる（メッセンジャーRNAと比較して、それは「小さい」分子である）。.

構造は3本の腕が付いている三葉に似ている折り目そして十字を有する。一端にはアデニル環があり、ここでリボースのヒドロキシル基が輸送されるアミノ酸への結合を仲介する。.

異なるトランスファーRNAは、タンパク質を形成する20個のアミノ酸のうちの1つと排他的に結合します。言い換えれば、それはタンパク質の基本的な構成要素を輸送する媒体です。トランスファーＲＮＡ複合体はアミノ酸と共にアミノアシルｔＲＮＡと呼ばれる。.

さらに、リボソームのおかげで起こる翻訳過程において、それぞれのトランスファーRNAはメッセンジャーRNAの特定のコドンを認識します。認識されると、対応するアミノ酸が放出されて合成ペプチドの一部になります。.

送達されなければならないアミノ酸の種類を認識するために、ＲＮＡは分子の中央領域に位置する「アンチコドン」を有する。このアンチコドンはメッセンジャーＤＮＡに存在する相補的塩基と水素結合を形成することができる。.

マイクロRNA

マイクロＲＮＡまたはｍＲＮＡは、２１〜２３ヌクレオチドの間の短いタイプの一本鎖ＲＮＡであり、その機能は遺伝子の発現を調節することである。それはタンパク質に翻訳されないので、それは通常ノンコーディングRNAと呼ばれています.

他の種類のRNAと同様に、マイクロRNAのプロセシングは複雑で一連のタンパク質が関与します。.

マイクロRNAは、遺伝子の最初の転写産物に由来する、mRNA-priと呼ばれるより長い前駆体から生じる。細胞の核において、これらの前駆体はマイクロプロセッサ複合体において修飾されており、その結果、プレmiRNAが得られる。.

プレｍＲＮＡは、ＲＮＡ誘導性サイレンシング複合体（ＲＩＳＣ）を組み立て、そして最後にｍＲＮＡが合成される、ダイサーと呼ばれる酵素によって細胞質内でそれらのプロセシングを続ける７０ヌクレオチドのフォークである。.

これらのRNAは特定のメッセンジャーRNAに相補的であるため、遺伝子の発現を調節することができます。それらの標的と結合すると、ｍｉＲＮＡはメッセンジャーを抑制することができ、あるいはそれをさらに分解することができる。その結果、リボソームは前記転写物を翻訳することができない。.

RNAのサイレンシング

特定のタイプのマイクロＲＮＡは、サイレンシングＲＮＡとも呼ばれる低分子干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）である。それらは、特定の遺伝子の発現を妨げる、20〜25ヌクレオチドの間の短いRNAです。.

それらは興味のある遺伝子を沈黙させることを可能にしそしてそれ故その可能な機能を研究するのでそれらは研究のための非常に有望な道具である。.

DNAとRNAの違い

DNAとRNAは核酸であり、一見すると非常に似ているように見えるかもしれませんが、それらはそれらの化学的および構造的性質のいくつかが異なります。 RNAは単純なバンドですが、DNAは二重バンド分子です.

したがって、ＲＮＡはより用途の広い分子であり、多種多様な三次元形状を採用することができる。しかし、ある種のウイルスはその遺伝物質に二本鎖RNAを持っています.

ＲＮＡヌクレオチドでは糖分子はリボースであるのに対し、ＤＮＡではそれはデオキシリボースであり、酸素原子の存在下でのみ異なる。.

ＤＮＡおよびＲＮＡ骨格中のホスホジエステル結合は、ゆっくりとした加水分解過程を経る傾向があり、酵素が存在しない。アルカリ性の条件下で、RNAは急速に加水分解されます - 余分なヒドロキシル基のおかげで - DNAはそうではありませんが.

同様に、ＤＮＡ中のヌクレオチドを構成する窒素含有塩基はグアニン、アデニン、チミンおよびシトシンである。一方、チミンではRNAはウラシルに置き換えられています。 DNAのチミンと同じように、ウラシルをアデニンと組み合わせることができます。.

起源と進化

ＲＮＡは情報を記憶し化学反応を触媒することができる唯一の既知の分子である。それゆえ、何人かの著者は、RNA分子が生命の起源において極めて重要であると提唱している。驚くべきことに、リボソームの基質は他のRNA分子です.

リボザイムの発見は「酵素」の生化学的再定義につながった - なぜならこの用語はもっぱら触媒活性を持つタンパク質に使われたからであり、そして最初の生命体が遺伝物質としてRNAだけを使ったシナリオを支えるのを助けた.

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