ARN: FUNGSI, STRUKTUR DAN TIPE - BIOLOGI - 2025

The 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 rangkaian struktur yang kompleks. Faktanya, RNA memiliki dinamisme struktural yang tidak teramati pada heliks ganda DNA. Jenis RNA yang berbeda memiliki fungsi yang sangat bervariasi.

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

Transfer RNA bertanggung jawab untuk mengaktifkan dan mentransfer berbagai jenis asam amino -20 secara total- ke ribosom. Ada molekul RNA transfer untuk setiap asam amino yang mengenali urutan dalam RNA kurir.

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

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 fundamental: pirimidin dan purin.

Basa yang berasal dari purin adalah adenin dan guanin dan basa yang berasal dari 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 satuan d-ribosa. Oleh karena itu, nukleotida yang menyusun RNA disebut "ribonukleotida".

Rantai RNA

Nukleotida dihubungkan bersama oleh ikatan kimia yang melibatkan gugus fosfat. Untuk membentuknya, gugus fosfat di ujung 5 'dari nukleotida terikat pada gugus hidroksil (-OH) di ujung 3' dari 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 ujung 5'.

Berdasarkan kesepakatan, struktur asam nukleat diwakili oleh ujung 5 di kiri dan ujung 3 di kanan.

Produk RNA 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 unik dan kompleks, sebanding dengan protein (secara logis, kita tidak dapat mengglobalisasikan struktur protein).

Kekuatan yang menstabilkan RNA

Ada interaksi lemah yang berkontribusi pada stabilisasi RNA, terutama susunan basa, di mana cincin-cincin tersebut 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 utama adalah tipe A; Adapun formulir Z baru dibuktikan di laboratorium, sedangkan formulir B belum teramati.

Umumnya, ada sekuens pendek (seperti UUGG) yang terletak di ujung RNA dan memiliki kekhususan untuk 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 di RNA telah berfungsi untuk menunjukkan berbagai fungsi asam nukleat ini.

Jenis dan fungsi RNA

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

Sebaliknya, RNA yang termasuk 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 messenger RNA. Ketiga jenis ini bekerja secara kooperatif untuk mencapai biosintesis protein.

Ada juga RNA inti kecil, RNA sitoplasma kecil, dan mikroRNA, antara lain. Masing-masing jenis terpenting akan dijelaskan secara mendetail di bawah ini:

Messenger RNA

Pada eukariota, DNA terbatas pada nukleus, sedangkan sintesis protein terjadi di sitoplasma sel, tempat 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 bergantung pada kebutuhan setiap sel. Transkripsi dibagi menjadi tiga tahap: inisiasi, perpanjangan, dan penghentian.

Transkripsi

Proses replikasi DNA, yang terjadi di setiap pembelahan sel, menyalin seluruh kromosom. Namun, proses transkripsi jauh lebih selektif, hanya berhubungan 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 lingkaran transkripsi terbentuk. Enzim RNA polimerase bertanggung jawab untuk mensintesis RNA dan, saat transkripsi berlanjut, untai DNA kembali ke bentuk aslinya.

Inisiasi, perpanjangan dan penghentian

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

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

Dalam perpanjangan, enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida baru ke ujung 3'-OH, mengikuti arah 5 'ke 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 kurir, yang disalin ke arah 3 'sampai 5' (bentuk antiparalel untai RNA baru). Nukleotida yang akan ditambahkan harus memenuhi pasangan basa: pasangan U dengan A, dan G dengan C.

RNA polimerase menghentikan proses ketika menemukan daerah yang kaya akan sitosin dan guanin. Akhirnya, molekul RNA kurir baru dipisahkan dari kompleks.

Transkripsi dalam prokariota

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

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

Transkripsi pada eukariota

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

I bertugas mensintesis pra-rRNA, II mensintesis RNA messenger dan beberapa RNA khusus. Akhirnya, III menangani transfer RNA, 5S ribosom, dan RNA kecil lainnya.

Messenger RNA pada eukariota

Messenger RNA mengalami serangkaian modifikasi khusus pada eukariota. Yang pertama melibatkan penambahan "tutup" ke ujung 5. Secara kimiawi, tutupnya adalah residu 7-metilguanosin yang melekat pada ujungnya oleh ikatan 5 ', 5'-trifosfat.

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

Selain itu, terjadi eliminasi ujung 3 dan 80 sampai 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 ditranskripsikan dengan intron. Intron adalah urutan DNA yang bukan merupakan bagian dari gen tetapi yang "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 suatu gen dapat bervariasi dari sedikit hingga lusinan.

Penyambungan

Proses pelapisan atau penyambungan RNA melibatkan pemindahan intron dalam RNA pembawa pesan.

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

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

Proses splicing dimediasi oleh protein kompleks yang disebut spliceosome atau splicing complex. 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 splicing.

Penyambungan dapat menghasilkan lebih dari satu jenis protein - ini dikenal sebagai penyambungan alternatif - karena ekson disusun secara berbeda, menghasilkan varietas RNA pembawa pesan.

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 (kira-kira 100) untuk menimbulkan presubunit ribosom. Mereka diklasifikasikan tergantung pada koefisien sedimentasi mereka, dilambangkan dengan huruf S untuk unit 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 50S besar dan subunit 30S kecil, sedangkan pada eukariota subunit besar adalah 60S dan subunit kecil 40S.

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 protein dalam jumlah besar; nukleolus adalah struktur yang menonjol. Namun, jika sel yang dimaksud tidak membutuhkan produk protein dalam jumlah besar, nukleolus adalah struktur yang hampir tidak terlihat.

MicroRNA

MicroRNA atau miRNA adalah jenis RNA pendek beruntai tunggal, antara 21 dan 23 nukleotida, yang fungsinya mengatur ekspresi gen. Karena tidak diterjemahkan menjadi protein, ia sering disebut RNA tanpa kode.

Seperti jenis RNA lainnya, pemrosesan mikroRNA bersifat kompleks dan melibatkan sejumlah protein.

MicroRNA muncul dari prekursor yang lebih panjang yang disebut mi-priRNA, 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 dalam sitoplasma oleh enzim yang disebut Dicer, yang merakit kompleks peredam 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.

Peredam RNA

Salah satu jenis mikroRNA tertentu adalah RNA gangguan kecil (siRNA), juga disebut RNA peredam. Mereka adalah RNA pendek, antara 20 hingga 25 nukleotida, yang menghalangi ekspresi gen tertentu.

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

Perbedaan antara DNA dan RNA

Meskipun DNA dan RNA adalah asam nukleat dan sekilas terlihat sangat mirip, keduanya berbeda dalam beberapa sifat kimia dan strukturalnya. DNA adalah molekul pita ganda, sedangkan RNA adalah pita 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 RNA nukleotida, molekul gula adalah ribosa, sedangkan dalam DNA itu adalah deoksiribosa, hanya berbeda jika ada atom oksigen.

Ikatan fosfodiester di tulang punggung DNA dan RNA cenderung mengalami proses hidrolisis yang lambat tanpa kehadiran enzim. Dalam kondisi basa, RNA terhidrolisis dengan cepat - berkat gugus hidroksil ekstra - sedangkan DNA tidak.

Demikian pula, basa nitrogen yang menyusun 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 mengkatalis reaksi kimia pada saat bersamaan; Untuk alasan ini, beberapa penulis mengusulkan bahwa molekul RNA sangat penting dalam asal mula kehidupan. Anehnya, substrat ribosom adalah molekul RNA lainnya.

Penemuan ribozim menyebabkan redefinisi biokimia dari "enzim" - karena sebelumnya istilah tersebut 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 menjadi 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. Panamerican Medical Ed.
4. Griffiths, AJF, Gelbart, WM, Miller, JH, dkk. (1999). Analisis Genetik 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. Elsevier.
6. Hall, JE (2015). Guyton dan 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 biokimia Lehninger. Macmillan.