Nasz materiał genetyczny jest zakodowany w DNA (kwas deoksyrybonukleinowy). DNA jest znane. Ale być może słyszeliście również o RNA (kwas rybonukleinowy). Więc, co to jest RNA i do czego jest dobre?

Całkiem sporo naprawdę. W rzeczywistości możliwe jest, że wczesne życie używało RNA jako materiału genetycznego, a także używało złożonych RNA jako narzędzi chemicznych, aby przetrwać. Nazywa się to hipotezą świata RNA.

RNA jest podobne do DNA na wiele sposobów. Jest to długi łańcuch cukrów połączonych ze sobą grupami fosforanowymi. Do każdego cukru dołączona jest cykliczna baza, a bazy mogą łączyć się w pary z pasującymi partnerami, tworząc podwójną helisę.

Przypomina to DNA, ale helisa jest nieco zniekształcona i często RNA składa się w złożone struktury stabilizowane przez krótkie heliksy przeplatane długimi jednoniciowymi pętlami.

Naprawdę ważną różnicą jest to, że RNA ma dodatkowy atom tlenu. To czyni RNA mniej stabilnym niż DNA.

Można by pomyśleć, że bycie niestabilnym to coś złego, ale są tego zalety. Organizmy, które muszą się szybko zmieniać, mają tendencję do używania RNA jako materiału genetycznego. Wirusy, takie jak grypa i HIV, wybierają RNA zamiast bardziej stabilnej alternatywy DNA, dzięki czemu mogą się zmieniać i wyprzedzać o krok system odpornościowy swoich gospodarzy.

Wiele czynników przyczynia się do wysokich wskaźników mutacji w wirusach RNA, w tym niestabilność RNA i słaba aktywność odczytu dowodu w enzymach, które replikują RNA.

Obsługa komunikatora

Oprócz tego, że służy jako materiał genetyczny, RNA ma jeszcze jedną krytyczną funkcję w praktycznie wszystkich organizmach: działa jako posłaniec; krótko żyjący pośrednik przekazujący informacje zawarte w naszych genach do reszty komórki.

Wiele genów musi być włączonych w zrywach. Pomyśl o fanie piłki nożnej krzyczącym w kluczowym momencie meczu – nie chcemy, aby wiadomość trwała wiecznie.

Geny trwają całe życie, więc jak zapewniamy krótkotrwałe wiadomości?

Wykonujemy kopie RNA naszych genów DNA. Wiadomości, lub mRNA, odzwierciedlają sekwencję zasad w naszym DNA i podróżują z jądra (gdzie nasze DNA jest przechowywane) do cytoplazmy, gdzie są tłumaczone na białka. Białka wykonują zadania w komórce, a niestabilne mRNA po prostu rozpada się lub jest degradowane.

Więc RNA może działać jako posłaniec w procesie zapewnienia, że geny są tłumaczone na białka – narzędzia komórki, rzeczy takie jak hemoglobina do przenoszenia tlenu w całym organizmie.

Ale jak odbywa się to tajemnicze tłumaczenie? Czy polega ono na narzędziach chemicznych, takich jak białka?

To na pewno robi, ale wydaje się, że białka nie są kluczowymi graczami. Jest to niezwykły fakt, że naprawdę ważnymi graczami w wyzwalaniu reakcji chemicznych w celu wytworzenia łańcuchów białkowych z kodu mRNA nie są inne białka, ale specjalnie złożone cząsteczki RNA – enzymy RNA lub rybozymy.

Maszyneria do odczytywania białka z posłańca RNA jest zawarta w złożonym enzymie RNA, a funkcjonalnymi częściami są cząsteczki RNA zwane rybosomalnym RNA lub rRNA.

Zabezpieczanie informacji

Jak to się dzieje, że RNA może wywoływać reakcje chemiczne, a DNA nie? Jest to po części dodatkowy tlen, a po części specjalna zdolność RNA do składania się w skomplikowane kształty, aby stworzyć narzędzia, które mogą robić rzeczy, podczas gdy podwójna helisa jest regularna i stabilna. Podwójna helisa DNA trzyma informacje bezpiecznie, ale nie robi wiele więcej.

W 1989 Sidney Altman i Thomas Cech podzielili się Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii za wykazanie, że RNA może katalizować reakcje chemiczne.

Można się zastanawiać, w jaki sposób łańcuch cukrów i zasad, taki jak mRNA, może nawet służyć jako szablon do tworzenia łańcucha białka. Odpowiedź jest skomplikowana, ale obejmuje kilka sprytnych adaptorów. Co zadziwiające, te adaptory są również wykonane z RNA, nazywane są transferowymi RNA lub tRNA. Używają one swoich cyklicznych zasad do łączenia się w pary ze swoimi lustrzanymi odbiciami w mRNA i ustawiają w linii odpowiednie aminokwasy, aby stworzyć białko, podczas gdy rRNA wywołuje reakcję łączenia.

Odkrycie, że absolutnie niezbędne funkcje, takie jak kodowanie informacji, posiadanie krótkotrwałego posłańca do jej wyrażenia i przekształcenie jej w zestaw funkcjonalnych narzędzi białkowych, wszystkie obejmują RNA, doprowadziło ludzi do postawienia hipotezy, że wczesne życie składało się z RNA.

Na początku RNA prawdopodobnie zrobił dużo. Ale potem stopniowo DNA przejął jako bardziej stabilny materiał genetyczny i białka przejął jako bardziej stabilne narzędzia chemiczne. A RNA był stopniowo zapominany przez niektórych badaczy, przynajmniej do niedawna.

Przyszłość RNA

W 1998 roku amerykańscy biolodzy Andy Fire i Craig Mello odkryli inhibicję RNA – jak RNA może wyłączać geny.

Wiemy teraz, że nowa klasa małych hamujących RNA (siRNA, które mają długość około 20 reszt), dostraja wyjście z posłańca RNA. Jak wspomniano, RNA może tworzyć podwójne nici – to pozwala siRNA wiązać się z RNA posłańca i zakłócać ich funkcjonowanie.

Te zakłócające RNA są zasadniczo „cyfrowymi” inhibitorami, które są baza po bazie lustrzanymi odbiciami messenger RNA. Tak więc możliwe jest teraz tworzenie sztucznych inhibitorów. W ten sposób narodził się nowy przemysł, w którym badacze starają się wyłączyć geny do celów eksperymentalnych, a badacze medyczni badają, czy można to wykorzystać w terapiach, takich jak wyłączanie wirusów lub innych szkodliwych genów.

Było też inne ciekawe odkrycie – badacze stwierdzili, że chociaż tylko niewielka część naszego genomu koduje białko, około 2%, znacznie większa część jest nadal kopiowana do RNA.

Funkcja wielu z tych długich, nie kodujących białek RNA, zwanych lncRNA, jest wciąż badana, ale wydaje się, że niektóre z nich katalizują reakcje chemiczne, a inne są zaangażowane w włączanie lub wyłączanie genów albo poprzez wiązanie się z RNA posłańca, albo poprzez wiązanie się bezpośrednio z genami DNA, do których pasują.

Jeśli świat zaczął się od RNA to nie jest to naprawdę zaskakujące, że echa tego świata RNA pozostają i że RNA są nadal zaangażowane w kluczowe procesy życiowe i są fundamentalnie ważne w regulacji genów.

Nowe klasy cząsteczek RNA będą nadal odkrywane i wydaje się prawdopodobne, że dalszy wgląd w podstawową biologię wyłoni się z tego żyznego gruntu w przyszłości.

.