Ribonukleinsav

Ribonukleinsav
Rövid név/cím RNS
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A ribonukleinsav ( RNS ) egyike annak a három fő makromolekulának (a másik kettő a DNS és a fehérjék ), amelyek minden élő szervezet sejtjében megtalálhatók, és fontos szerepet játszanak a gének kódolásában, leolvasásában, szabályozásában és expressziójában .

Csakúgy, mint a DNS (dezoxiribonukleinsav), az RNS egy hosszú láncból áll, amelyben minden kapcsolatot nukleotidnak neveznek . Mindegyik nukleotid egy nitrogénbázisból , egy ribózcukorból és egy foszfátcsoportból áll . A nukleotidszekvencia lehetővé teszi az RNS számára, hogy genetikai információt kódoljon . Minden sejtes organizmus RNS-t ( mRNS ) használ a fehérjeszintézis programozásához.

A sejtes RNS a transzkripciónak nevezett folyamat során képződik , vagyis az RNS DNS-templáton történő szintézise során, amelyet speciális enzimek - RNS-polimerázok - hajtanak végre . A hírvivő RNS -ek (mRNS-ek) ezután részt vesznek a transzlációnak nevezett folyamatban . A transzláció egy fehérje szintézise egy mRNS templáton riboszómák részvételével . Más RNS-ek a transzkripció után kémiai módosulásokon mennek keresztül, majd a másodlagos és harmadlagos struktúrák kialakulása után az RNS típusától függő funkciókat látnak el.

Az egyszálú RNS-ekre sokféle térbeli struktúra jellemző, amelyekben ugyanazon lánc néhány nukleotidja párosul egymással. Néhány erősen strukturált RNS részt vesz a sejtfehérje szintézisben, például a transzfer RNS -ek a kodonok felismerésére és a megfelelő aminosavak fehérjeszintézis helyére szállítására szolgálnak, míg a riboszómális RNS -ek a riboszómák szerkezeti és katalitikus alapjaként szolgálnak.

Az RNS funkciói azonban a modern sejtekben nem korlátozódnak a transzlációban betöltött szerepükre. Így a kis nukleáris RNS -ek részt vesznek az eukarióta hírvivő RNS -ek összeillesztésében és más folyamatokban.

Amellett, hogy az RNS-molekulák egyes enzimek (például a telomeráz ) részét képezik, az egyes RNS-ek saját enzimatikus aktivitással rendelkeznek: képesek töréseket okozni más RNS-molekulákban, vagy fordítva, két RNS-fragmentumot „ragasztani”. Az ilyen RNS-eket ribozimeknek nevezzük .

Számos vírus genomja RNS-ből áll, vagyis bennük azt a szerepet tölti be, amelyet a DNS a magasabb rendű szervezetekben. A sejtben az RNS-funkciók sokfélesége alapján hipotézist állítottak fel, amely szerint az RNS az első olyan molekula, amely képes volt önreplikációra prebiológiai rendszerekben.

Tanulmánytörténet

A nukleinsavakat 1868 -ban fedezte fel Johann Friedrich Miescher svájci tudós , aki ezeket az anyagokat "nukleinnek" nevezte el, mert a sejtmagban ( latin  nucleus ) találták őket [1] . Később kiderült, hogy azok a baktériumsejtek , amelyekben nincs sejtmag, nukleinsavakat is tartalmaznak. Az RNS fontosságát a fehérjeszintézisben 1939-ben Thorbjörn Oskar Kaspersson , Jean Brachet és Jack Schulz javasolta [2] . Gerard Mairbucks izolálta az első hírvivő RNS -t, amely nyúl hemoglobint kódol , és kimutatta, hogy amikor bejuttatják a petesejtekbe , ugyanaz a fehérje képződik [3] . 1956-1957-ben A. Belozersky , A. Spirin , E. Volkin, L. Astrakhan munkát végzett az RNS-sejtek összetételének meghatározására, ami arra a következtetésre vezetett, hogy a sejtben lévő RNS nagy része riboszómális RNS [4]. . Severo Ochoa 1959-ben orvosi Nobel-díjat kapott az RNS-szintézis mechanizmusának felfedezéséért [5] .

1961-ben G. P. Georgiev és V. L. Mantyeva szovjet tudósok nukleáris RNS-t fedeztek fel az állati sejtek magjaiban, amelyből hírvivő RNS képződik [6] . 1961 októberében regisztrálták a 145. számú tudományos felfedezést "A DRNS (egy új osztályba tartozó ribonukleinsav) szintézisének jelensége magasabb rendű szervezetek sejtmagjaiban" [7] . Megállapították azt a korábban ismeretlen jelenséget, hogy a magasabb rendű organizmusok sejtmagjaiban a ribonukleinsav új osztálya, a nukleáris dRNS (DNS-szerű nukleotid-összetételű RNS) képződik, amely a hírvivő RNS nagy molekulájú prekurzora. genetikai információt hordoz a sejtfehérjék szintéziséhez.

A S. cerevisiae élesztőgomba egyik tRNS -ének 77 nukleotidból álló szekvenciáját 1965-ben határozták meg Robert Holley laboratóriumában , amiért 1968-ban orvosi Nobel-díjat kapott [8] . 1967-ben Carl Woese azt javasolta, hogy az RNS-ek katalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek. Felterjesztette az úgynevezett RNS-világ hipotézist , amelyben a proto-organizmusok RNS-e egyszerre szolgált információtároló molekulaként (most ezt a szerepet főként a DNS tölti be), és egy olyan molekulaként, amely metabolikus reakciókat katalizál ( ezt most főleg az enzimek végzik ). [9] . 1976-ban Walter Faers és csoportja a belgiumi Genti Egyetemen azonosította az RNS-vírus első genomszekvenciáját, az MS2 bakteriofágot [ 10] . Az 1990-es évek elején azt találták, hogy idegen gének bevitele a növényi genomba a hasonló növényi gének expressziójának elnyomásához vezet [11] . Körülbelül ugyanebben az időben kimutatták, hogy a körülbelül 22 bázis hosszúságú RNS-ek, amelyeket ma mikroRNS -eknek neveznek , szabályozó szerepet játszanak a C. elegans fonálférgek ontogénjében [ 12 ] .

A név eredete

Az 1880-as évek végén a cukorkémia megalapítója , Emil Fischer fiatal kollégájával, Oscar Piloty -val együtt arabonsavból egy eddig ismeretlen savat, egy izomer arabonsavat nyert. A szerzők egy új anyag elnevezésével először "izomerizálták" az eredeti arabonsav nevét , átrendezve benne a betűket. "Raabonic" jött ki, de nem tetszett nekik a hangzása, ezért aa -t és -re váltottak . Ribonsavat kaptunk , amelyből redukcióval ribózt kaptunk . És már megadta a nevét olyan vegyületeknek, mint a ribonukleinsav (RNS) és a dezoxiribonukleinsav (DNS) , a riboszóma , a ribulóz monoszacharid , a ribitol - alkohol , a ribonukleáz enzim stb. [13][ oldal nincs megadva 1471 nap ]

A monomerek kémiai összetétele és módosulásai

Az RNS- nukleotidok cukor  - ribózból állnak , amelyhez az 1' pozícióban az egyik bázis kapcsolódik: adenin , guanin , citozin vagy uracil . A foszfátcsoport a ribózokat láncba kapcsolja, és az egyik ribóz 3'-szénatomján, egy másik 5'-helyzetében pedig kötéseket hoz létre. A fiziológiás pH -n lévő foszfátcsoportok negatív töltésűek, tehát az RNS polianion . Az RNS négy bázisból álló polimerként íródik át ( adenin (A), guanin (G), uracil (U) és citozin (C), de az „érett” RNS-ben számos módosított bázis és cukor található [14] . körülbelül 100 különböző típusú módosított nukleotid létezik, amelyek közül a 2'-O-metilribóz a leggyakoribb cukormódosítás, a pszeudouridin  pedig a leggyakoribb módosított bázis [15] .

A pszeudouridinben (Ψ) az uracil és a ribóz közötti kötés nem C-N, hanem C-C, ez a nukleotid különböző pozíciókban fordul elő az RNS-molekulákban. A pszeudouridin különösen fontos a tRNS működéséhez [16] . Egy másik figyelemre méltó módosított bázis a hipoxantin , egy deaminált adenin, amelynek nukleozidját inozinnak nevezik . Az inozin fontos szerepet játszik a genetikai kód degenerációjának biztosításában .

Sok más módosítás szerepe nem teljesen ismert, de a riboszómális RNS-ben számos poszttranszkripciós módosulás található a riboszóma működése szempontjából fontos régiókban. Például a peptidkötés kialakításában részt vevő ribonukleotidok egyikén [17] .

Szerkezet

Az RNS-ben lévő nitrogénbázisok hidrogénkötéseket hozhatnak létre citozin és guanin, adenin és uracil, valamint guanin és uracil között [18] . Azonban más kölcsönhatások is lehetségesek, például több adenin hurkot, vagy négy nukleotidból álló hurkot képezhet, amelyben egy adenin-guanin bázispár található [19] .

Az RNS-t a DNS -től megkülönböztető fontos szerkezeti jellemzője a  hidroxilcsoport jelenléte a ribóz 2'-helyzetében, ami lehetővé teszi, hogy az RNS-molekula az A konformációban létezzen, nem pedig a DNS-ben leggyakrabban megfigyelt B konformációban [20]. . Az A-alaknak van egy mély és keskeny főhornya, valamint egy sekély és széles mellékhornya [21] . A 2'-hidroxilcsoport jelenlétének második következménye, hogy az RNS-molekula konformációsan plasztikus, azaz nem kettős hélix kialakulásában részt vevő régiói kémiailag megtámadhatják más foszfátkötéseket és felhasíthatják azokat [22] .

Az egyszálú RNS-molekula „működő” formájának, hasonlóan a fehérjékhez , gyakran harmadlagos szerkezete van. A harmadlagos szerkezet a másodlagos szerkezet elemei alapján jön létre, egy molekulán belüli hidrogénkötések segítségével. A másodlagos szerkezetnek többféle eleme létezik - szárhurkok, hurkok és pszeudoknotok [23] . A lehetséges bázispárosítások nagy száma miatt az RNS másodlagos szerkezetének előrejelzése sokkal nehezebb feladat, mint a fehérjék másodlagos szerkezetének előrejelzése, de jelenleg léteznek hatékony programok, például az mfold [24] .

Az RNS-molekulák működésének másodlagos szerkezetüktől való függésére példa a belső riboszóma belépési helyek ( IRES ). Az IRES a hírvivő RNS 5' végén lévő szerkezet, amely biztosítja a riboszóma kötődését, megkerülve a szokásos fehérjeszintézis beindítási mechanizmust, amelyhez speciális módosított bázis ( cap ) jelenléte szükséges az 5' végén és fehérje. beindítási tényezők. Kezdetben az IRES-t a virális RNS-ekben találták meg, de mostanra egyre több bizonyíték gyűlik fel arra vonatkozóan, hogy a celluláris mRNS-ek stressz esetén is IRES-függő iniciációs mechanizmust alkalmaznak [25] .

Az RNS számos típusa, mint például az rRNS és az snRNS, komplexként funkcionál a sejtben olyan fehérjékkel, amelyek RNS-molekulákkal asszociálódnak azok szintézise után, vagy (eukariótákban) a sejtmagból a citoplazmába exportálódnak. Az ilyen RNS-protein komplexeket ribonukleoprotein komplexeknek vagy ribonukleoproteineknek nevezik .

Összehasonlítás a DNS-sel

Három fő különbség van a DNS és az RNS között:

  1. A DNS cukrot dezoxiribózt , az RNS ribózt tartalmaz, amely a dezoxiribózhoz képest további hidroxilcsoporttal rendelkezik . Ez a csoport növeli a molekula hidrolízisének valószínűségét , azaz csökkenti az RNS-molekula stabilitását.
  2. Az RNS-ben az adeninnel komplementer nitrogéntartalmú bázis nem a timin , mint a DNS-ben, hanem az uracil  a timin nem metilált formája.
  3. A DNS kettős hélix formájában létezik , amely két különálló molekulából áll. Az RNS-molekulák átlagosan sokkal rövidebbek és túlnyomórészt egyszálúak.

A biológiailag aktív RNS molekulák, köztük a tRNS , rRNS , snRNS és más, fehérjéket nem kódoló molekulák szerkezeti elemzése kimutatta, hogy ezek nem egy hosszú hélixből állnak, hanem számos rövid hélixből állnak, amelyek egymáshoz közel helyezkednek el és valami hasonlót alkotnak. a fehérje harmadlagos szerkezete . Ennek eredményeként az RNS képes kémiai reakciókat katalizálni, például a riboszóma peptidil-transzferáz központja, amely részt vesz a fehérjék peptidkötésének kialakításában, teljes egészében RNS-ből áll [26] [27] .

Szintézis

Az RNS szintézisét élő sejtben egy RNS polimeráz enzim végzi . Az eukariótákban különböző típusú RNS-eket szintetizálnak különböző, speciális RNS-polimerázok. Általában mind a DNS, mind egy másik RNS molekula az RNS szintézis templátjaként működhet. Például a poliovírusok RNS-függő RNS-polimerázt használnak RNS genetikai anyaguk replikálására [28] . De a korábban csak a vírusokra jellemzőnek tartott RNS-függő RNS szintézis a sejtes szervezetekben is előfordul, az úgynevezett RNS interferencia folyamatában [29] .

Mind a DNS-függő RNS-polimeráz, mind az RNS-függő RNS-polimeráz esetében az enzim egy promoter szekvenciához kapcsolódik. A mátrixmolekula másodlagos szerkezetét felcsavarja a polimeráz helikáz aktivitása, amely amikor a szubsztrát a molekula 3'-5'-vége irányába mozog, az RNS-t 5' → 3' irányban szintetizálja. Az anyamolekulában lévő transzkripciós terminátor határozza meg a szintézis végét. Sok RNS-molekulát szintetizálnak prekurzor molekulaként, amelyeket "szerkesztésnek" vetnek alá - RNS-fehérje komplexek segítségével eltávolítják a szükségtelen részeket [30] .

Például az Escherichia coli -ban az rRNS gének egyetlen operon részeként helyezkednek el (az rrnB-ben az elrendezés a következő: 16S - tRNS Glu 2  - 23S -5S) egy hosszú molekulaként olvasható le, amely aztán több részre hasad. régiókban, ahol először pre-rRNS, majd érett rRNS-molekulák képződnek [31] . Az RNS nukleotidszekvenciájának szintézis utáni megváltoztatásának folyamatát RNS-feldolgozásnak vagy szerkesztésnek nevezik.

A transzkripció befejezése után az RNS gyakran módosul (lásd fent), ami a molekula által ellátott funkciótól függ. Az eukariótákban az RNS „érésének” folyamata, azaz a fehérjeszintézisre való felkészítése gyakran magában foglalja a splicinget : a nem kódoló fehérjeszekvenciák ( intronok ) eltávolítását a spliceoszóma ribonukleoprotein segítségével . Ezután az eukarióta pre- mRNS -molekula 5'-végéhez egy speciális módosított nukleotidot ( sapkát ) adnak, a 3'-végéhez pedig több adenint , az úgynevezett „poliA-farokat” [30] .

Az RNS típusai

Mátrix (információs) RNS  - RNS, amely közvetítőként szolgál a DNS-ben kódolt információk riboszómákba , az élő szervezet fehérjeit szintetizáló molekuláris gépeibe történő átvitelében. Az mRNS kódoló szekvencia határozza meg a fehérje polipeptidláncának aminosavszekvenciáját [32] . Az RNS-ek túlnyomó többsége azonban nem kódol fehérjét. Ezek a nem kódoló RNS-ek átírhatók egyedi génekből (például riboszómális RNS - ből), vagy intronokból származhatnak [33] . A nem kódoló RNS-ek klasszikus, jól tanulmányozott típusai a transzfer RNS-ek ( tRNS -ek ) és rRNS-ek, amelyek részt vesznek a transzlációs folyamatban [34] . Vannak olyan RNS-osztályok is, amelyek felelősek a génszabályozásért, az mRNS-feldolgozásért és egyéb szerepekért. Ezen kívül vannak nem kódoló RNS-molekulák, amelyek képesek katalizálni kémiai reakciókat, például RNS-molekulákat vágnak és ligálnak [35] . A kémiai reakciókat katalizáló fehérjékkel – enzimekkel ( enzimekkel ) – a katalitikus RNS-molekulákat ribozimeknek nevezik .

Műsorszolgáltatók

A fehérje aminosavszekvenciájára vonatkozó információkat az mRNS tartalmazza . Három egymást követő nukleotid ( kodon ) egy aminosavnak felel meg. Az eukarióta sejtekben az átírt mRNS prekurzor vagy pre-mRNS érett mRNS-sé alakul. A feldolgozás magában foglalja a nem kódoló fehérjeszekvenciák ( intronok ) eltávolítását. Ezt követően az mRNS a sejtmagból a citoplazmába exportálódik , ahol riboszómák csatlakoznak hozzá, amelyek aminosavakhoz kapcsolódó tRNS-ek segítségével transzlálják az mRNS-t.

A nem nukleáris sejtekben ( baktériumok és archaeák ) a riboszómák közvetlenül az RNS egy részének átírása után kapcsolódhatnak az mRNS-hez. Mind az eukariótákban, mind a prokariótákban az mRNS életciklusa a ribonukleáz enzimek által szabályozott elpusztulásával ér véget [32] .

Transport ( tRNS ) - kicsi, körülbelül 80 nukleotidból áll, konzervatív tercier szerkezetű molekulákból. Specifikus aminosavakat szállítanak a peptidkötés szintézisének helyére a riboszómában. Mindegyik tRNS tartalmaz egy aminosav kapcsolódási helyet és egy antikodont az mRNS kodonok felismeréséhez és kapcsolódásához. Az antikodon hidrogénkötéseket hoz létre a kodonnal, amely a tRNS-t olyan helyzetbe hozza, amely elősegíti a peptidkötés kialakulását a képződött peptid utolsó aminosava és a tRNS-hez kapcsolódó aminosav között [33] .

A riboszómális RNS (rRNS) a riboszómák katalitikus komponense. Az eukarióta riboszómák négyféle rRNS-molekulát tartalmaznak: 18S , 5.8S , 28S és 5S . Az rRNS négy típusa közül három a sejtmagban szintetizálódik . A citoplazmában a riboszómális RNS-ek a riboszómális fehérjékkel egyesülve egy riboszómának nevezett nukleoproteint képeznek [32] . A riboszóma az mRNS-hez kapcsolódik, és szintetizálja a fehérjét. Az rRNS az eukarióta sejtek citoplazmájában található RNS 80%-át teszi ki [36] .

Az RNS egy szokatlan típusa, amely tRNS-ként és mRNS-ként is működik (tmRNS), számos baktériumban és plasztidban található . Amikor a riboszóma megáll a hibás mRNS -eken stopkodonok nélkül , a tmRNS hozzákapcsol egy kis peptidet, amely a fehérjét a lebomláshoz irányítja [37] .

Részt vesz a gének szabályozásában

Többféle RNS-t találtak élő sejtekben, amelyek csökkenthetik a génexpresszió mértékét, ha komplementerek az mRNS-sel vagy magával a génnel. A mikro-RNS-ek (21-22 nukleotid hosszúságúak) az eukariótákban találhatók, és az RNS-interferencia mechanizmusán keresztül hatnak . Ebben az esetben a mikroRNS és az enzimek komplexe a génpromoter DNS-ében lévő nukleotidok metilációjához vezethet , ami jelként szolgál a gén aktivitásának csökkentésére. Más típusú mRNS szabályozás alkalmazása esetén a komplementer miRNS lebomlik [38] . Vannak azonban olyan miRNS-ek, amelyek inkább növelik, mint csökkentik a génexpressziót [39] . Kis interferáló RNS-ek ( siRNS -ek , 20-25 nukleotid) gyakran vírus RNS-ek hasítása következtében jönnek létre, de léteznek endogén celluláris siRNS-ek is [40] . A kis interferáló RNS-ek az RNS-interferencián keresztül is hatnak a miRNS-ekhez hasonló mechanizmusokban [41] . Az úgynevezett RNS-eket olyan állatokban találták, amelyek kölcsönhatásba lépnek a Piwi-vel ( piRNS , 29-30 nukleotid), ellensúlyozzák a transzpozonok kópiák számának növekedését a csírasejtekben, és szerepet játszanak az ivarsejtek képződésében [42] [43]. . Ezenkívül a piRNS-ek epigenetikailag öröklődnek az anyai vonalon keresztül, továbbadva az utódoknak a transzpozonok expresszióját gátló képességüket [44] .

Az antiszensz RNS-ek széles körben elterjedtek a baktériumokban, sokuk elnyomja a génexpressziót, de néhányuk aktiválja az expressziót [45] . Az antiszensz RNS-ek az mRNS-hez kapcsolódnak, ami kettős szálú RNS-molekulák képződéséhez vezet, amelyeket az enzimek lebontanak [46] . Az eukarióták nagy molekulatömegű, mRNS-szerű RNS-molekulákkal rendelkeznek, amelyek nem kódolnak fehérjéket. Ezek a molekulák a génexpressziót is szabályozzák [47] . Példa erre a Xist, amely nőstény emlősökben összekapcsolja és inaktiválja a két X-kromoszóma egyikét [48] .

Az egyes molekulák génszabályozásban betöltött szerepe mellett az mRNS 5' és 3' nem transzlálódó régióiban szabályozó elemek is kialakulhatnak. Ezek az elemek önmagukban is hatnak, hogy megakadályozzák a transzláció beindulását, vagy fehérjéket, például ferritint vagy kis molekulákat, például biotint kapcsolhatnak [49] .

Az RNS feldolgozásban

Sok RNS vesz részt más RNS-ek módosításában. Az intronokat a pre-mRNS-ből spliceoszómák vágják ki , amelyek a fehérjéken kívül számos kis nukleáris RNS-t (snRNS) is tartalmaznak [34] . Ezenkívül az intronok katalizálhatják saját kivágásukat [50] . A transzkripció eredményeként szintetizált RNS kémiailag is módosítható. Az eukariótákban az RNS-nukleotidok kémiai módosításait, például metilációját kis nukleáris RNS-ek (snRNS-ek, 60-300 nukleotid) végzik. Ez a típusú RNS a nucleolusban és a Cajal testben lokalizálódik [33] . Az snRNS-ek enzimekkel való asszociációja után az snRNS-ek két molekula közötti bázispárosodással kötődnek a cél RNS-hez, és az enzimek módosítják a cél RNS nukleotidjait. A riboszómális és transzfer RNS-ek sok ilyen módosítást tartalmaznak, amelyek sajátos helyzete gyakran megmarad az evolúció során. maguk az snRNS-ek és az snRNS-ek is módosíthatók [51] [52] . A vezető RNS -ek az RNS szerkesztési folyamatát végzik a kinetoplasztban  , amely a kinetoplasztid protisták mitokondriumának egy speciális szakasza (például tripanoszómák ).

RNS genomok

A DNS-hez hasonlóan az RNS is képes információkat tárolni a biológiai folyamatokról. Az RNS vírusok és vírusszerű részecskék genomjaként használható . Az RNS-genomok feloszthatók olyanokra, amelyeknek nincs köztes DNS-stádiuma, és olyanokra, amelyek egy DNS-másolatot kapnak, majd vissza az RNS-be reprodukálódnak ( retrovírusok ).

RNS vírusok

Sok vírus, például az influenzavírus , minden szakaszában tartalmaz egy teljes RNS genomot. Az RNS egy normál fehérjeburkolatban található, és a benne kódolt RNS-függő RNS-polimerázok replikálják. A vírus RNS genomjait a

A viroidok  a kórokozók másik csoportja, amelyek RNS genomot tartalmaznak, és nem tartalmaznak fehérjét. Ezeket a gazdaszervezet RNS-polimerázai replikálják [53] .

Retrovírusok és retrotranszpozonok

Más vírusok csak az életciklus egyik fázisában rendelkeznek RNS genommal. Az úgynevezett retrovírusok virionjai RNS-molekulákat tartalmaznak, amelyek a gazdasejtekbe kerülve templátként szolgálnak egy DNS-másolat szintéziséhez. Az RNS genom viszont a DNS-templátból olvas. A vírusok mellett a reverz transzkripciót a genom mobil elemeinek egy osztálya  – retrotranszpozonok – is alkalmazza [54] .

Kétszálú RNS

A kettős szálú RNS (dsRNS) két komplementer szálú RNS, hasonlóan az összes sejtben található DNS-hez, de a timint uracillal helyettesítik, és egy oxigénatom hozzáadásával. A kettős szálú RNS egyes vírusok (kétszálú RNS-vírusok) genetikai anyagát képezi. A kettős szálú RNS, például a vírus-RNS vagy az siRNS, RNS-interferenciát válthat ki eukariótákban, valamint interferonválaszt gerincesekben [55] [56] [57] [58] .

Circular RNS

Az 1970-es évek végén kimutatták, hogy létezik az RNS egyszálú, kovalensen zárt, azaz körkörös formája, amely az egész állat- és növényvilágban expresszálódik (lásd cirkRNS ) [59] . Úgy gondolják, hogy a cirkuláris RNS-ek "fordított splicing" reakcióból származnak, amikor egy spliceoszóma egy mögöttes donort kapcsol össze egy upstream splicing akceptor hellyel. Ez idáig a cirkRNS-ek funkciója nagyrészt ismeretlen.

Az RNS-világ hipotézise

Az RNS-világ a földi élet evolúciós történetének egy hipotetikus szakasza, amelyben az önreplikálódó RNS-molekulák a DNS és a fehérjék evolúciója előtt szaporodtak el.

Az RNS-világ fogalmát 1962-ben Alexander Rich [60] javasolta , a kifejezést Walter Gilbert alkotta meg 1986-ban [61] . Az RNS-világon kívül más kémiai útvonalakat is javasoltak az élet keletkezésére [62] , és nem biztos, hogy az RNS-alapú élet volt az első [61] [63] . Ennek ellenére elegendő bizonyítékot találtak egy RNS-világ létezésének lehetőségére, így a hipotézist széles körben elfogadták [60] [64] [65] .

A DNS-hez hasonlóan az RNS is képes tárolni és replikálni a genetikai információkat, enzimek – ribozimek formájában – katalizálni (indítani vagy felgyorsítani) kémiai reakciókat, amelyek az élet létéhez elengedhetetlenek [66] . A sejt egyik legfontosabb alkotóeleme, a riboszómák elsősorban RNS-ből állnak. Sok koenzimben, például acetil-CoA- ban, NADH - ban, FADH -ban és F420 -ban található ribonukleotid-fragmenseket régóta az RNS-világ kovalens kötésű koenzimeinek konzervált maradványainak tekintették [67] .

Ha létezett RNS-világ, akkor azt valószínűleg a ribonukleoproteinek (RNP-világ) [68] evolúciós szakasza követte , amelyeket viszont a DNS és a hosszabb fehérjék örököltek. Az ok, amiért a DNS vált a genetikai információ uralkodó tárolómolekulájává, az lehet, hogy stabilabb és tartósabb, mint az RNS [68] . A fehérje enzimek felválthatták az RNS-alapú ribozimeket biokatalizátorként, mivel a monomerek (aminosavak) sokfélesége sokoldalúbbá teszi őket. Mivel egyes kofaktorok nukleotid- és aminosavjellemzőket is tartalmaznak, előfordulhat, hogy az aminosavak, peptidek és végül a fehérjék eredetileg ribozimek kofaktorai voltak [67] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Dahm R. Friedrich Miescher és a DNS felfedezése  //  Fejlődésbiológia : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 278. sz . 2 . - 274-288 . o . — PMID 15680349 .
  2. ↑ Nierhaus KH, Wilson DN. A fehérjeszintézis és a riboszóma szerkezete. - Wiley-VCH, 2004. - P. 3. - ISBN 3-527-30638-2 .
  3. ↑ Carlier M. L'ADN, cette "egyszerű" molekula . Esprit libre (2003. június). A jelentkezés kelte: ???. Archiválva az eredetiből 2011. augusztus 23-án.
  4. ↑ A. S. Spirin. Bioszerves kémia. - M . : Felsőiskola, 1986. - S. 10.
  5. ↑ Ochoa S. Ribonukleinsav enzimatikus szintézise . Nobel-előadás (1959). A jelentkezés kelte: ???. Archiválva az eredetiből 2011. augusztus 23-án.
  6. ↑ Georgiev Georgij Pavlovics - Cirill és Metód Megaenciklopédiája - cikk . Cirill és Metód enciklopédiája. Letöltve: 2019. február 8. Az eredetiből archiválva : 2017. december 17.
  7. ↑ 145. sz. tudományos felfedezés A DRNS (egy új osztályba tartozó ribonukleinsav) szintézisének jelensége magasabb rendű szervezetek sejtmagjaiban . ross-nauka.narod.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 8. Az eredetiből archiválva : 2019. január 28.
  8. ↑ Holley RW et al. A ribonukleinsav szerkezete  (angol)  // Tudomány. - 1965. - 1. évf. 147. sz . 1664 . - P. 1462-1465 . - doi : 10.1126/tudomány.147.3664.1462 .
  9. ↑ Szathmáry E. A genetikai kód eredete: aminosavak, mint kofaktorok egy RNS-világban // Trends Genet .. - 1999. - Vol. 15, 6. sz . — P. 223–9. - doi : 10.1016/S0168-9525(99)01730-8 .
  10. ↑ Fiers W et al. Az MS2-RNS bakteriofág teljes nukleotid-szekvenciája: a replikázgén elsődleges és másodlagos szerkezete  (angol)  // Természet. - 1976. - 1. évf. 260 . - P. 500-507 . — PMID 1264203 .
  11. ↑ Napoli C, Lemieux C, Jorgensen R. Egy kiméra kalkon szintáz gén bevezetése petúniába a homológ gének reverzibilis ko-szuppresszióját eredményezi transzban  // Plant Cell. - 1990. - 1. évf. 2, 4. sz . - P. 279-89. — PMID 12354959 .
  12. ↑ Ruvkun G. Pillanatok egy apró RNS-világból   // Tudomány . - 2001. - Vol. 294. sz . 5543 . - 797-799 . - doi : 10.1126/tudomány.1066315 .
  13. ↑ Ilja Leenson. A kémia nyelve. A kémiai nevek etimológiája. - AST, 2016. - ISBN 978-5-17-095739-2 .
  14. ↑ Jankowski JAZ, Polak JM Klinikai génelemzés és -manipuláció : eszközök, technikák és hibaelhárítás  . - Cambridge University Press , 1996. - P. 14. - ISBN 0521478960 .
  15. ↑ Kiss T. A sejtes RNS-ek kis nukleoláris RNS-vezérelt poszt-transzkripciós módosítása  //  The EMBO Journal : folyóirat. - 2001. - Vol. 20 . - P. 3617-3622 . - doi : 10.1093/emboj/20.14.3617 .
  16. ↑ Yu Q., Morrow CD A tRNS-akceptor szár és a TΨC hurok kritikus elemeinek azonosítása, amelyek szükségesek az 1-es típusú humán immundeficiencia vírus fertőzőképességéhez  // J Virol  . : folyóirat. - 2001. - Vol. 75 , sz. 10 . - P. 4902-4906 . doi : 10.1128 / JVI.75.10.4902-4906.2001 .
  17. ↑ King TH, Liu B., McCully RR, Fournier MJ A riboszóma szerkezete és aktivitása megváltozott azokban a sejtekben, amelyekben hiányzik a snoRNP-k, amelyek pszeudouridineket képeznek a peptidil-transzferáz központban  //  Molecular Cell : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 11 , sz. 2 . - P. 425-435 . - doi : 10.1016/S1097-2765(03)00040-6 .
  18. ↑ Barciszewski J., Frederic B., Clark C. RNS biokémia és biotechnológia. — Springer, 1999. - S. 73-87. — ISBN 0792358627 .
  19. ↑ Lee JC, Gutell RR A bázispáros konformációk sokfélesége és előfordulása az rRNS szerkezetében és az RNS szerkezeti motívumokban  //  J. Mol. Biol. : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 344. sz . 5 . - P. 1225-1249 . - doi : 10.1016/j.jmb.2004.09.072 . — PMID 15561141 .
  20. ↑ Salazar M., Fedoroff OY, Miller JM, Ribeiro NS, Reid BR A DNS-szál a DNAoRNS hibrid duplexekben sem B-forma, sem A-forma oldatban  //  Biochemistry : Journal. - 1992. - 1. évf. 1993 , sz. 32 . - P. 4207-4215 . — PMID 7682844 .
  21. ↑ Hermann T., Patel DJ RNA domborulatok, mint építészeti és felismerési motívumok // Struktúra. - 2000. - T. 8 , 3. sz . - S. R47-R54 . - doi : 10.1016/S0969-2126(00)00110-6 .
  22. ↑ Mikkola S., Nurmi K., Yousefi-Salakdeh E., Strömberg R., Lönnberg H. A fémionok által elősegített RNS foszfodiészter kötések hasításának mechanizmusa magában foglalja a fém aquoion általi általános savas katalízist a kilépő távozásakor csoport  (angol)  // Perkin-tranzakciók 2 : napló. - 1999. - P. 1619-1626 . - doi : 10.1039/a903691a .
  23. ↑ Mathews DH, Disney MD, Childs JL, Schroeder SJ, Zuker M., Turner DH Kémiai módosítási kényszerek beépítése egy dinamikus programozási algoritmusba az RNS másodlagos szerkezetének előrejelzésére  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 101 , sz. 19 . - P. 7287-7292 . - doi : 10.1073/pnas.0401799101 .
  24. ↑ Átirányítás (downlink) . Letöltve: 2008. április 5. Az eredetiből archiválva : 2007. augusztus 20.. 
  25. ↑ Spriggs KA, Stoneley M., Bushell M., Willis AE. A sejtstressz utáni transzláció újraprogramozása lehetővé teszi, hogy az IRES által közvetített transzláció domináljon  //  Biol Cell. : folyóirat. - 2008. - Vol. 100 , nem. 1 . - 27-38 . o .
  26. ↑ Higgs PG RNS másodlagos szerkezete: fizikai és számítási szempontok  //  Quarterly Reviews of Biophysics : folyóirat. - 2000. - Vol. 33 . - P. 199-253 . - doi : 10.1017/S0033583500003620 .
  27. ↑ Nissen P., Hansen J., Ban N., Moore PB, Steitz TA A riboszómaaktivitás szerkezeti alapja a peptid kötés szintézisében  //  Science : Journal. - 2000. - Vol. 289. sz . 5481 . - P. 920-930 . - doi : 10.1126/tudomány.289.5481.920 .
  28. ↑ Jeffrey L Hansen, Alexander M Long, Steve C Schultz. A poliovírus RNS-függő RNS-polimerázának  szerkezete (angol)  // Structure : Journal. - 1997. - 1. évf. 5 , sz. 8 . - P. 1109-1122 . - doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X .
  29. ↑ Ahlquist P. RNS-függő RNS-polimerázok, vírusok és RNS-csillapítás  //  Tudomány : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 296. sz . 5571 . - P. 1270-1273 . - doi : 10.1126/tudomány.1069132 .
  30. ↑ 12 Alberts , Bruce; Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts és Peter Walters. A sejt molekuláris biológiája; Negyedik kiadás  (angol) . – New York és London: Garland Science, 2002. - P. 302-303.
  31. ↑ Wagner R., Theissen G., Zacharias. A riboszómális RNS szintézis szabályozása és a riboszómaképződés szabályozása E.  coliban . - 1993. - P. 119-129.
  32. ↑ 1 2 3 Cooper GC, Hausman RE The Cell: A Molecular Approach. — 3. kiadás. – Sinauer, 2004. - S. 261-276. — ISBN 0-87893-214-3 .
  33. ↑ 1 2 3 Wirta W. A transzkriptom bányászata – módszerek és alkalmazások  . - 2006. - ISBN 91-7178-436-5 .
  34. ↑ 1 2 Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biokémia. — 5. kiadás. - W. H. Freeman and Company, 2002. - S. 118-119. — ISBN 0-7167-4684-0 .
  35. ↑ Rossi JJ Ribozyme diagnosztika nagykorúvá válik // Kémia és biológia. - 2004. - T. 11 , 7. sz . - S. 894-895 . - doi : 10.1016/j.chembiol.2004.07.002 .
  36. ↑ Kampers T., Friedhoff P., Biernat J., Mandelkow EM, Mandelkow E. Az RNS serkenti a mikrotubulusokhoz kapcsolódó tau protein aggregációját Alzheimer-szerű párosított helikális filamentumokká  //  FEBS Letters : folyóirat. - 1996. - 1. évf. 399 . - P. 98-100, 344-49 . — PMID 8985176 .
  37. ↑ Gueneau de Novoa P., Williams KP A tmRNS webhely: a tmRNS reduktív evolúciója plasztidokban és más endoszimbiontokban  // Nucleic Acids Res  . : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 32 , sz. Adatbázis probléma . - P.D104-8 . - doi : 10.1093/nar/gkh102 . — PMID 14681369 .
  38. ↑ Matzke MA, Matzke AJM. Egy új paradigma magvainak elültetése  // PLoS Biology  : folyóirat  . - 2004. - 20. évf. 2 , sz. 5 . -P.e133 . _ - doi : 10.1371/journal.pbio.0020133 . — PMID 15138502 .
  39. ↑ Ellenőrizze az E. RNS interferencia: a bekapcsoló gomb megnyomása   // Természet . - 2007. - Vol. 448 , sz. 7156 . - P. 855-858 . - doi : 10.1038/448855a . — PMID 17713502 .
  40. ↑ Vazquez F., Vaucheret H., Rajagopalan R., Lepers C., Gasciolli V., Mallory AC, Hilbert J., Bartel DP, Crété P. Endogenous trans - acting siRNAs limit the accumulations of /mRNAs Arabidopsis Molecular Cell : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 16 , sz. 1 . - 69-79 . o . - doi : 10.1016/j.molcel.2004.09.028 . — PMID 15469823 .
  41. ↑ Doran G. RNAi - Elég egy utótag?  // Journal of RNAi and Gene Silenciing. - 2007. - V. 3 , 1. sz . - S. 217-219 . Archiválva az eredetiből 2007. július 16-án.
  42. ↑ Horwich MD, Li C Matranga C., Vagin V., Farley G., Wang P., Zamore PD The Drosophila RNA methyltransferase, DmHen1, modifies germline piRNAs and single-stranded siRNAs in RISC   //  :BiologyCurrent - Cell Press , 2007. - Vol. 17 . - P. 1265-1272 . - doi : 10.1016/j.cub.2007.06.030 . — PMID 17604629 .
  43. ↑ Girard A., Sachidanandam R., Hannon GJ, Carmell MA A kis RNS-ek csíravonal-specifikus osztálya köti az emlős Piwi fehérjéket  //  Nature : Journal. - 2006. - Vol. 442 . - P. 199-202 . - doi : 10.1038/nature04917 . — PMID 16751776 .
  44. ↑ Brennecke J., Malone CD, Aravin AA, Sachidanandam R., Stark A., Hannon GJ An epigenetic role for maternally herited piRNAs in transposon silenceing  // Science  :  Journal. - 2008. - november ( 322. évf. , 5906. sz.). - P. 1387-1392 . - doi : 10.1126/tudomány.1165171 . — PMID 19039138 .
  45. ↑ Wagner EG, Altuvia S., Romby P. Antiszensz RNS-ek baktériumokban és genetikai  elemeikben //  Adv Genet. : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 46 . - P. 361-398 . — PMID 11931231 .
  46. ↑ Gilbert S. F. Fejlődésbiológia . — 7. kiadás. – Sinauer, 2003. - S.  101 -103. — ISBN 0878932585 .
  47. ↑ Hüttenhofer A., ​​​​Schattner P., Polacek N. Nem kódoló RNS-ek: remény vagy hírverés? (angol)  // Trends Genet. : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 21 , sz. 5 . - 289-297 . o . - doi : 10.1016/j.tig.2005.03.007 . — PMID 15851066 .
  48. ↑ Heard E., Mongelard F., Arnaud D., Chureau C., Vourc'h C., Avner P.  A humán XIST élesztő mesterséges kromoszóma transzgénjei részleges X inaktivációs központ funkciót mutatnak egér embrionális őssejtekben  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : folyóirat. - 1999. - 1. évf. 96 , sz. 12 . - P. 6841-6846 . - doi : 10.1073/pnas.96.12.6841 . — PMID 10359800 .
  49. ↑ Batey RT Szabályozó elemek szerkezetei mRNS-ekben   // Curr . Opin. Struktúra. Biol.. - 2006. - Vol. 16 , sz. 3 . - P. 299-306 . - doi : 10.1016/j.sbi.2006.05.001 . — PMID 16707260 .
  50. ↑ Steitz TA, Steitz JA A katalitikus RNS általános két fémionos mechanizmusa  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : Journal  . - 1993. - 1. évf. 90 , sz. 14 . - P. 6498-6502 . - doi : 10.1073/pnas.90.14.6498 . — PMID 8341661 .
  51. ↑ Covello PS, Gray MW RNA editing in plant mitochondria   // Nature . - 1989. - 1. évf. 341 . - P. 662-666 . - doi : 10.1038/341662a0 . — PMID 2552326 .
  52. ↑ Omer AD, Ziesche S., Decatur WA, Fournier MJ, Dennis PP RNS-módosító gépek archaeában // Molecular Microbiology. - 2003. - T. 48 , 3. sz . - S. 617-629 . - doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03483.x . — PMID 12694609 .
  53. ↑ Daròs JA, Elena SF, Flores R. Viroids: an Ariadne's thread into the RNA labirinth  // EMBO Rep  . : folyóirat. - 2006. - Vol. 7 , sz. 6 . - P. 593-598 . - doi : 10.1038/sj.embor.7400706 . — PMID 16741503 .
  54. ↑ Kalendar R., Vicient CM, Peleg O., Anamthawat-Jonsson K., Bolshoy A., Schulman AH Large retrotransposon derivatives: abundant, conserved but nonautonomous retroelements of barley and related genomes  //  Genetics : Journal. - 2004. - 20. évf. 166. sz . 3 . — P.D339 . - doi : 10.1534/genetika.166.3.1437 . — PMID 15082561 .
  55. ↑ Blevins T, Rajeswaran R, Shivaprasad PV, Beknazariants D, Si-Ammour A, Park HS, Vazquez F, Robertson D, Meins F, Hohn T, Pooggin MM (2006). „Négy növényi kockák közvetítik a vírus kis RNS-biogenezisét és a DNS-vírus által kiváltott elnémítást” . Nukleinsav kutatás . 34 (21): 6233-46. doi : 10.1093/nar/ gkl886 . PMC 1669714 . PMID 17090584 .  
  56. ↑ Jana S, Chakraborty C, Nandi S, Deb JK (2004. november). „RNS interferencia: lehetséges terápiás célpontok”. Alkalmazott mikrobiológia és biotechnológia . 65 (6): 649-57. DOI : 10.1007/s00253-004-1732-1 . PMID  15372214 . S2CID  20963666 .
  57. ↑ Schultz U, Kaspers B, Staeheli P (2004. május). „A nem emlős eredetű gerincesek interferonrendszere”. Fejlődési és összehasonlító immunológia . 28 (5): 499-508. DOI : 10.1016/j.dci.2003.09.009 . PMID  15062646 .
  58. ↑ Whitehead KA, Dahlman JE, Langer RS, Anderson DG (2011). „Elnémítás vagy stimuláció? siRNS szállítás és az immunrendszer”. A Kémiai és Biomolekuláris Műszaki Éves Szemle . 2 , 77-96. DOI : 10.1146/annurev-chembioeng-061010-114133 . PMID22432611  . _
  59. ↑ Hsu MT, Coca-Prados M (1979. július). „Elektronmikroszkópos bizonyítékok az RNS körkörös formájára az eukarióta sejtek citoplazmájában”. Természet []. 280 (5720): 339-40. Bibcode : 1979Natur.280..339H . DOI : 10.1038/280339a0 . PMID  460409 . S2CID  19968869 .
  60. ↑ 1 2 Neveu M., Kim HJ, Benner SA Az "erős" RNS-világ hipotézise: ötven éves // Astrobiology. - 2013. - április ( 13. évf. 4. szám ). - S. 391-403 . - doi : 10.1089/ast.2012.0868 . - . — PMID 23551238 . . – „[Az RNS-világ létezése] ma széles körben támogatott a közösségen belül.”
  61. ↑ 1 2 Cech TR Az RNS-világok összefüggésben // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. - 2012. - július ( 4. köt. 7. szám ). - S. a006742 . - doi : 10.1101/cshperspect.a006742 . — PMID 21441585 .
  62. ↑ Patel BH, Percivalle C., Ritson DJ, Duffy CD, Sutherland JD Az RNS, fehérje és lipid prekurzorok közös eredete cianoszulfidos protometabolizmusban  //  Nature Chemistry  : Journal. - 2015. - április ( 7. évf . 4. sz .). - P. 301-307 . - doi : 10.1038/nchem.2202 . — . — PMID 25803468 .
  63. ↑ Robertson képviselő, Joyce GF Az RNS-világ eredete // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. - 2012. - május ( 4. köt. , 5. sz.). - S. a003608 . - doi : 10.1101/cshperspect.a003608 . — PMID 20739415 .
  64. ↑ Wade, Nicholas . Making Sense of the Chemistry That Led to Life on Earth , New York Times  (2015. május 4.). Archiválva az eredetiből 2017. július 9-én. Letöltve: 2015. május 10.
  65. ↑ Copley SD, Smith E., Morowitz HJ Az RNS-világ eredete: a gének és az anyagcsere együttfejlődése  //  Bioorganic Chemistry : Journal. - 2007. - December ( 35. évf. , 6. sz.). - P. 430-443 . - doi : 10.1016/j.bioorg.2007.08.001 . — PMID 17897696 . . "Széles körben elfogadott az a javaslat, hogy az élet a Földön egy RNS-világból keletkezett."
  66. ↑ Zimmer, Carl . A Tiny Emissary from the Ancient Past , New York Times  (2014. szeptember 25.). Archiválva az eredetiből 2014. szeptember 27-én. Letöltve: 2014. szeptember 26.
  67. ↑ 1 2 Shen, Liang.; Hong Fang, Ji. Kis kofaktorok segíthetik a fehérje megjelenését az RNA World-ből: Nyomok az RNS-protein komplexekből  (angol)  // PLOS One  : folyóirat. - Tudományos Nyilvános Könyvtár , 2011. - 1. évf. 6 . —P.e22494 . _ - doi : 10.1371/journal.pone.0022494 . — PMID 21789260 .
  68. ↑ 1 2 Garwood, Russell J. Patterns In Palaeontology: Az evolúció első 3 milliárd éve  //  ​​Palaeontology Online : folyóirat. - 2012. - Kt. 2 , sz. 11 . - 1-14 . o . Archiválva az eredetiből 2015. június 26-án.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Nukleinsav típusok
Nitrogéntartalmú bázisok
Nukleozidok
Nukleotidok
RNS
DNS
Analógok
Vektor típusok