Рибонуклеинска киселина (RNA)

Рибонуклеинската киселина (RNA) е една од двете главни нуклеински киселини во клетката и има централна улога во реализацијата на генетската информација. Додека DNA ја складира генетската информација, RNA ја пренесува и ја реализира преку синтеза на протеини и преку различни регулаторни механизми. Во современата хумана генетика и молекуларна биологија, RNA не се смета само за посредник помеѓу DNA и протеините, туку и за молекула која учествува во регулација на генската експресија, клеточна сигнализација и контрола на геномската стабилност.

1. Хемиска градба на RNA

Основните градбени единици на RNA се рибонуклеотиди. Секој рибонуклеотид се состои од три компоненти: азотна база, рибоза (пентозен шеќер), фосфатна група.

Во RNA се присутни четири азотни бази: пурински - аденин (A) и гванин (G), пиримидински - цитозин (C) и урацил (U). За разлика од DNA, во RNA тимин не постои, туку е заменет со урацил.

Рибозата е петјаглероден шеќер. Карактеристична разлика од DNA: на 2′ јаглерод има –OH група. Оваа хидроксилна група ја прави RNA: помалку стабилна, повеќе реактивна од DNA. Нуклеотидите во RNA се поврзуваат со 3′–5′ фосфодиестерски врски, со што се формира полинуклеотиден ланец.

2. Структура на RNA

За разлика од DNA, RNA најчесто е едновлакнеста молекула. Но и покрај тоа може да формира сложени секундарни структури.

Примарната структура претставува: редослед на нуклеотиди во RNA ланецот. Секундарна структура поради комплементарност помеѓу базите, RNA може да формира: hairpin loops, stem-loop структури, bulges. Овие структури се важни за стабилност на RNA, препознавање од ензими. Терцијарна структура некои RNA молекули формираат комплексни тродимензионални структури.

Пример: tRNA, rRNA.

Овие структури се неопходни за нивната биолошка функција.

3. Функции на RNA

RNA има повеќе функции во клетката.

1. Пренос на генетска информација

RNA пренесува информации од DNA до рибозомите.

2. Синтеза на протеини

RNA учествува во транслација – процес на синтеза на протеини.

3. Регулација на генската експресија

Некои RNA молекули контролираат: стабилност на mRNA, активност на гени, посттранскрипциона регулација.

4. Каталитичка функција

Некои RNA молекули имаат ензимска активност. Овие се нарекуваат: рибозими (ribozymes).

4. Видови на RNA

Во клетката постојат повеќе типови на RNA.

1. Messenger RNA (mRNA) претставува матрица за синтеза на протеини. Карактеристики носи генетска информација од DNA, содржи кодони (триплети на нуклеотиди). Пример: AUG → кодира метионин. Процесирање на mRNA кај еукариоти. Пред да ја напушти јадрото, mRNA поминува низ: 5′ cap додавање на метилгуанозин капа. Функции: стабилизација, иницирање на транслација. Poly-A опашка е додавање на аденински нуклеотиди на 3′ крајот. Splicing е отстранување на: интрони и поврзување на егзони.

2. Transfer RNA (tRNA) има улога во пренос на аминокиселини до рибозомите. Структурата на tRNA има карактеристична клевереста форма. Содржи: антикодон, акцепторска рака, антикодонот препознава комплементарен кодон на mRNA.

3. Ribosomal RNA (rRNA) е основна компонента на: рибозомите. Рибозомите се составени од: мала субединица, голема субединица. rRNA има структурна функција, каталитичка функција во формирање на пептидна врска.

4. MicroRNA (miRNA) се мали регулаторни RNA молекули. Функции: инхибиција на транслација, деградација на mRNA.

5. Small interfering RNA (siRNA) учествува во процес наречен RNA интерференција (RNAi). Функции: стишување на гените, уништување на специфични mRNA.

6. Small nuclear RNA (snRNA) учествува во процесирање на mRNA. Особено во splicing на интрони.

7. Long non-coding RNA (lncRNA) RNA молекули што не кодираат протеини, регулираат генска експресија

5. RNA во централната догма

Централната догма на молекуларната биологија опишува проток на генетската информација: DNA → RNA → протеин. Процеси: транскрипција, транслација.

6. Клиничко значење

RNA игра важна улога во: генетски болести, канцер, вирусни инфекции. Многу вируси имаат RNA геном. Пример: HIV, SARS-CoV-2.

Заклучок

RNA е исклучително важна молекула во клетката која: ја пренесува генетската информација, учествува во синтеза на протеини, регулира генска експресија, има структурни и каталитички функции. Разновидноста на RNA молекулите ја покажува нивната клучна улога во современата молекуларна генетика.

Нуклеински киселини

Нуклеинските киселини се макромолекули кои претставуваат основни носители на генетската информација кај сите живи организми. Тие ја складираат, пренесуваат и реализираат генетската информација неопходна за функционирање, развој и репродукција на клетките. Во хуманата генетика, нуклеинските киселини се од централно значење, бидејќи преку нив се објаснуваат процесите на:

• наследување на особини
• синтеза на протеини
• генетска регулација
• појава на генетски заболувања

Постојат два основни типа на нуклеински киселини:

• Дезоксирибонуклеинска киселина (DNA)
• Рибонуклеинска киселина (RNA)

1. Хемиска градба на нуклеинските киселини

Основните градбени единици на нуклеинските киселини се нуклеотиди.

Нуклеотидот е составен од три компоненти: азотна база, пентозен шеќер, фосфатна група.

1. Азотни бази

Азотните бази се органски соединенија кои содржат азот. Се делат на две групи:

Пурини: аденин (A), гванин (G)

Пурините имаат двојна прстенеста структура. Пиримидини се: цитозин (C), тимин (T) – присутен во DNA, урацил (U) – присутен во RNA.

Пиримидините имаат едноставна прстенеста структура.

2. Пентозен шеќер

Шеќерот во нуклеотидите е пентоза. Постојат два типа:

• Деоксирибоза – во DNA
• Рибоза – во RNA

Разликата е во втората позиција на јаглеродниот атом: DNA има H, RNA има OH

Фосфатна група

Фосфатната група ја поврзува шеќерната компонента на нуклеотидите и создава фосфодиестерски врски. Овие врски го формираат шеќер-фосфатниот скелет на молекулата.

Нуклеозиди и нуклеотиди

Важно е да се разликуваат: Нуклеозид е база + шеќер. Нуклеотид е база + шеќер + фосфат

3. Структура на DNA

DNA е двоверижна молекула која има форма на двојна спирала (double helix). Оваа структура беше опишана во 1953 година од James Watson и Francis Crick. Основни карактеристики: 

DNA има: две антипаралелни полинуклеотидни вериги, ориентација 5' → 3', Комплементарност на базите. Азотните бази се поврзуваат со водородни врски.

Правило на комплементарност:

• A – T (2 водородни врски)
• G – C (3 водородни врски)

Ова правило се нарекува Чаргафово правило

Голем и мал жлеб

Во структурата на DNA постојат: голем и мал жлеб. Овие региони се важни за: врзување на регулаторни протеини, регулација на генската експресија.

4. Организација на DNA во клетката

Кај човекот DNA е организирана во: хромозоми. DNA е поврзана со протеини наречени хистони. Се формира хроматинска структура нуклеозом. Основна единица на хроматинот е нуклеозом. Состав: DNA намотана околу хистонски октамер

5. Типови на RNA

RNA е обично едноверижна молекула. Постојат неколку видови RNA.

1. mRNA (информативна RNA)

Функција: пренесува генетска информација од DNA до рибозомите

 Процес: транскрипција

2. tRNA (транспортна RNA)

Функција: пренесува аминокиселини до рибозомите

Има карактеристична клевереста структура.

Содржи: антикодон

3. rRNA (рибозомска RNA)

Функција: составен дел на рибозомите. Учествува во синтеза на протеини

Други RNA молекули:

Современата генетика идентификува и други видови:

• miRNA (microRNA) – регулација на генска експресија
• siRNA – генска тишина
• snRNA – процесирање на mRNA

6. Функции на нуклеинските киселини

Нуклеинските киселини имаат неколку фундаментални функции.

1. Складирање на генетска информација: DNA ја содржи целата генетска програма на организмот. Кај човекот геномот има околу 3 милијарди базни парови.

2. Пренос на генетска информација При клеточна делба: DNA репликација обезбедува точен пренос на генетската информација.

3. Синтеза на протеини Информацијата во DNA се реализира преку: централната догма на молекуларната биологија DNA → RNA → протеин

4. Регулација на генската експресија RNA молекулите учествуваат во: контролирање на транскрипцијата, стабилност на mRNA, посттранскрипциона регулација

7. Репликација на DNA

DNA репликацијата е процес на удвојување на генетскиот материјал. Се случува во S фаза на клеточниот циклус. Главни ензими: DNA полимераза, хеликаза, примаза, лигаза. Репликацијата е: полуконзервативна. Секој нов молекул има: една стара нишка и една нова нишка. 

8. Клиничко значење во хуманата генетика

Нарушувањата во структурата или функцијата на нуклеинските киселини можат да доведат до: генетски мутации, хромозомски аберации, наследни заболувања.

Примери: цистична фиброза, мускулна дистрофија, таласемија.

Заклучок

Нуклеинските киселини се фундаментални молекули во биологијата и хуманата генетика. Тие: ја складираат генетската информација, ја пренесуваат при клеточна делба, ја реализираат преку синтеза на протеини. Разбирањето на нивната структура, градба и функции е основа за изучување на: молекуларна генетика, генетски заболувања, современи геномски технологии.