Hvad er RNA? Ribonukleinsyre — struktur, funktion og typer

RNA er en forkortelse for ribonukleinsyre, en nukleinsyre. Der kendes nu mange forskellige slags.

RNA er fysisk forskelligt fra DNA: DNA indeholder to sammenviklede strenge, mens RNA kun indeholder en enkelt streng. RNA indeholder også andre baser end DNA. Disse baser er følgende:

(A) Adenin

(G) Guanin

(C) Cytosin

(U) Uracil

Adenin danner bindinger med uracil, og guanin danner bindinger med cytosin. På denne måde siger vi, at adenin er komplementært til uracil, og at guanin er komplementært til cytosin. De tre første baser findes også i DNA, men uracil erstatter thymin som komplement til adenin.

RNA indeholder også ribose i modsætning til deoxyribose, som findes i DNA. Disse forskelle gør, at RNA er kemisk mere reaktivt end DNA. Det gør det til et mere velegnet molekyle til at deltage i cellereaktioner.

RNA er bæreren af genetisk information i visse virus, især retrovirus som HIV-virus. Dette er den eneste undtagelse fra den generelle regel om, at DNA er det arvelige stof.

Struktur og kemiske forskelle

Et RNA-molekyle er opbygget af nukleotider, som hver består af tre dele: en nitrogenholdig base (A, G, C eller U), sukkeret ribose og en fosfatgruppe. Riboses 2'-hydroxylgruppe (2'-OH) er en vigtig forskel fra DNA (deoxyribose mangler denne OH). Den 2'-OH gør RNA mere kemisk reaktivt og mindre stabilt end DNA, hvilket påvirker levetid og egnethed til lagring af langtidsarvemateriale.

RNA er ofte enkeltstrenget, men kan foldes ind i komplekse sekundære og tertiære strukturer ved interne baseparringer (fx stem-loops, hairpins og pseudoknots). Disse foldingsegenskaber gør RNA i stand til at udføre strukturelle og katalytiske funktioner.

Komplementær baseparring

I RNA parrer adenin (A) med uracil (U) og guanin (G) med cytosin (C) via hydrogenbindinger. Selvom RNA ofte er enkeltstrenget, kan dele af strengen danne dobbeltstrengede regioner ved intramolekylære baseparringer. Dette er vigtigt for foldning, genregulering og genkendelse af andre molekyler.

Typer af RNA og deres funktioner

• mRNA (messenger RNA): bærer kodende information fra DNA til ribosomerne, hvor proteiner bliver syntetiseret (translation).
• tRNA (transfer RNA): bringer aminosyrer til ribosomet og aflæser kodoner i mRNA ved hjælp af anticodons, hvilket sikrer korrekt aminosyreindbygning i proteinet.
• rRNA (ribosomalt RNA): hovedbestanddel af ribosomer; spiller både strukturel og katalytisk rolle i proteinsyntesen (ribozymer fungerer i peptidbindingens dannelse).
• snRNA (small nuclear RNA): deltager i splejsning af forløber-mRNA i eukaryote celler som del af spliceosomet.
• snoRNA (small nucleolar RNA): hjælper med kemiske modificationer af rRNA og andre RNA-typer i nukleolen.
• miRNA og siRNA (mikro- og short interfering RNA): korte ikke-kodende RNA'er, der regulerer genekspression ved RNA-interferens, enten ved at hæmme translation eller ved at fremme nedbrydning af mål-mRNA.
• lncRNA (long non-coding RNA): længere RNA-molekyler med regulatoriske roller i kromatinstruktur, transskriptionskontrol og cellestabilitet.
• Ribozymes: katalytiske RNA-molekyler, der kan udføre kemiske reaktioner uden proteinenzym.
• piRNA: bidrager til beskyttelse af genomet i kønsceller ved at undertrykke transposoner.

Hvordan RNA dannes og behandles i cellen

RNA syntetiseres fra en DNA-skabelon ved hjælp af et enzym kaldet RNA-polymerase (transkription). Processen adskiller sig lidt mellem prokaryoter og eukaryoter:

• I eukaryoter dannes præ-mRNA, som typisk gennemgår splejsning (fjernelse af introns), tilføjelse af en 5'-cap og en 3'-poly-A-hale, inden det bliver modent mRNA og eksporteres til cytosolen.
• I prokaryoter sker transkription og translation ofte samtidig, og der er sjældent introns eller extensive 5'/3'-modifikationer.

Der findes også RNA-redigering, hvor nukleotider ændres efter transkription, og posttranskriptionelle modificationer som metylering, pseudouridinering mv., som påvirker RNA-funktion og stabilitet.

RNA i virus og medicin

Nogle vira har RNA som deres genetiske materiale. Især RNA-virus og retrovirus (fx HIV) benytter RNA i deres livscyklus. Ved retrovirus omdannes RNA til DNA via reverse transkriptase og indsættes i værtsgenomet.

RNA har også stor betydning i moderne medicin og bioteknologi: mRNA-vacciner (fx mod SARS-CoV-2) bruger messenger-RNA til at instruere celler i at lave et viralt protein, som fremkalder immunrespons. RNA-baserede lægemidler og RNA-interferens-terapier (siRNA/antisense) målretter sygdomsrelaterede gener. Desuden anvendes guide RNA i CRISPR-teknologier til målrettet genredigering.

RNA i forskning og evolution

RNA's evne til både at bære information og katalysere kemiske reaktioner ligger til grund for RNA-verden-hypotesen, som foreslår, at tidlige livsformer brugte RNA til både genlagring og katalyse, før DNA og proteiner blev dominerende.

I laboratoriet er RNA-genkendelse og kvantificering centrale teknikker: RT-PCR (reverse transcription PCR), RNA-sekventering og in situ hybridisering bruges til at studere genudtryk og diagnostik.

Opsummering

RNA er et alsidigt molekyle med væsentlige forskelle fra DNA: enkeltstrenget struktur, ribose-sukker og uracil i stedet for thymin. Det findes i mange specialiserede former med roller i kodning, oversættelse, regulering og katalyse. RNA er centralt i både cellens normale funktioner, i visse virusinfektioner og i moderne medicinske og bioteknologiske anvendelser.

Proteinsyntese RNA'er

Messenger RNA

RNA's hovedfunktion er at overføre information om aminosyresekvensen fra generne til det sted, hvor proteinerne samles på ribosomer i cytoplasmaet.

Dette sker ved hjælp af messenger RNA (mRNA). En enkelt DNA-streng er et blueprint for det mRNA, som transskriberes fra denne DNA-streng. Sekvensen af basepar transskriberes fra DNA af et enzym kaldet RNA-polymerase. Derefter bevæger mRNA'et sig fra kernen til ribosomerne i cytoplasmaet for at danne proteiner. mRNA'et oversætter sekvensen af basepar til en sekvens af aminosyrer for at danne proteiner. Denne proces kaldes translation.

DNA forlader ikke kernen af forskellige årsager. DNA er et meget langt molekyle, og det er bundet sammen med proteiner, kaldet histoner, i kromosomerne. mRNA kan derimod bevæge sig og reagere med forskellige celleenzymer. Når mRNA'et er transskriberet, forlader det kernen og bevæger sig til ribosomerne.

To typer af ikke-kodende RNA'er hjælper med at opbygge proteiner i cellen. Det drejer sig om transfer-RNA (tRNA) og ribosomalt RNA (rRNA).

tRNA

Transfer RNA (tRNA) er et kort molekyle på ca. 80 nukleotider, som bærer en specifik aminosyre til polypeptidkæden på et ribosom. Der findes et forskelligt tRNA for hver aminosyre. Hver tRNA har et sted, hvor aminosyren kan knyttes til aminosyren, og et anti-codon, der passer til kodonet på mRNA'et. F.eks. koder kodonerne UUUU eller UUC for aminosyren phenylalanin.

rRNA

Ribosomalt RNA (rRNA) er den katalytiske komponent i ribosomerne. Eukaryote ribosomer indeholder fire forskellige rRNA-molekyler: 18S, 5.8S, 28S og 5S rRNA. Tre af rRNA-molekylerne syntetiseres i nukleolus, og et syntetiseres andre steder. I cytoplasmaet kombineres ribosomalt RNA og protein til et kerneprotein, der kaldes et ribosom. Ribosomet binder mRNA og udfører proteinsyntesen. Flere ribosomer kan være knyttet til et enkelt mRNA på et hvilket som helst tidspunkt. rRNA er ekstremt rigeligt og udgør 80 % af de 10 mg/ml RNA, der findes i et typisk eukaryotisk cytoplasma.

snRNA'er

Små nukleare RNA'er (snRNA'er) går sammen med proteiner for at danne splejsosomer. Spliceosomerne styrer den alternative splejsning. Generne koder for proteiner i bits, der kaldes exoner. Disse bits kan sættes sammen på forskellige måder for at danne forskellige mRNA'er. Der kan således laves mange proteiner ud fra ét gen. Dette er processen med alternativ splejsning. Eventuelle uønskede versioner af proteinet bliver hakket op af proteaser, og de kemiske bits genbruges.

Strukturen af et modent eukaryotisk mRNA. Et fuldt bearbejdet mRNA indeholder en 5'-kappe, 5'UTR, kodningsregion, 3'UTR og poly(A)-hale. UTR = utranslated region

Spørgsmål og svar

Q: Hvad står RNA for?

Q: Hvordan adskiller RNA sig fysisk fra DNA?

Q: Hvad er de forskellige baser, der findes i RNA?

Q: Hvad er bindingsmønsteret mellem RNA-baserne?

Q: Hvordan adskiller RNA sig kemisk fra DNA?

Q: Hvad er RNA's rolle i cellereaktioner?

Q: Hvilke vira bruger RNA som bærer af genetisk information?

Søg efter bogstav