RNA چیست؟ – به زبان ساده

همانطور که در زیست سال دوازدهم خواندیم، اسیدهای نوکلئیک که یکی از درشت مولکول‌های زیستی هستند، بر اساس ساختار، به دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند که یک دسته از آن‌ها، RNA یا رنا نام دارد. رنا، اسید نوکلئیکی شبیه به DNA است. RNA (آر ان ای-ریبونوکلئیک اسید) مانند  DNA، نوعی اسید نوکلئیک است که برخلاف DNA که یک مارپیچ دو رشته‌ای است، تنها دارای یک رشته مارپیچ از بازهای آلی است و دارای ساختار قندی متفاوتی نسبت به DNA می‌باشد.
مولکول‌های RNA یکی از ترکیبات حیاتی سلول‌ها هستند که در فرایندهای مهمی مانند تولید و سنتز پروتئین شرکت دارند. در ادامه با مجله بیوزوم همراه باشید تا بدانیم مولکول RNA چیست و با ساختار و عملکرد آن آشنا شویم.

RNA چیست؟

همانطور که گفته شد رِنا، یک پلیمر زیستی و یک نوکلئیک اسید است که نقش عمده و اساسی آن در سنتز و تولید پروتئین‌ها است. همچنین مثل DNA از نوکلئوتیدها تشکیل شده است. در مولکول‌های RNA قندهای ریبوز، جایگزین قندهای دئوکسی ریبوز ساختار DNA  شده‌اند.

ریبونوکلئوتیدها یا نوکلئوتیدهای ریبوزی دارای بازهای نیتروژنی متصل به قند ریبوز هستند که توسط پیوندهای فسفو دی استر به‌هم متصل شده و رشته‌هایی طویل با طول‌های مختلف را تشکیل می‌دهند.

 بازهای نیتروژنی در RNA شامل موارد زیر هستند:

• آدنین (A)
• گوانین (G)
• سیتوزین (C)
• یوراسیل (U)

تفاوت DNA با RNA چیست؟

1. یکی از تفاوت‌های رنا با دنا، تک رشته‌ای بودن پلیمر زیستی طویل رنا در مقابل مارپیچ دو رشته‌ای دنا است.
2. یوراسیل جایگزین باز تیمین در دی ان ای شده است و در آر ان ای، باز تیمین نمی‌بینیم. این مورد یکی از تفاوت‌های DNA و RNA محسوب می‌شود.
3. قند ریبوز RNA یک ساختار حلقوی شکل دارد که از پنج کربن و یک اکسیژن تشکیل شده است. RNA یک مولکول مستعد هیدرولیز است، چون یک گروه هیدروکسیل واکنش‌پذیر از نظر شیمیایی (OH-) دارد که به کربن دوم در مولکول قند ریبوز متصل شده است. در مقایسه با آر ان ای، دی ان ای یک گروه OH واکنش‌پذیر در همان موقعیت کربن دو در قسمت قند (دئوکسی ریبوز) ندارد و تنها دارای هیدروژن در این موقعیت است و از این لحاظ با RNA متفاوت است.

مطلب مرتبط: همانند سازی DNA

به طور کلی RNA سه نقش اصلی در سلول دارد:

• دستورالعمل‌های ژنتیکی را از DNA موجود در هسته به ریبوزوم‌های سیتوپلاسم سلول که در آن پروتئین‌ها ساخته می‌شوند، حمل می‌کند.
• RNA آمینو اسیدهای خاصی را از سیتوپلاسم سلول می‌گیرد و آن‌ها را به ریبوزوم‌هایی می‌رساند که در آنجا سنتز پروتئین انجام می‌شود.
• حدود 50 درصد از ساختار ریبوزوم‌ها را تشکیل می‌دهد.

بعد از آشنایی با کلیات این مبحث و آن‌که دانستیم RNA چیست ، در ادامه به بررسی ساختار آر ان ای پرداخته و با انواع آن نیز آشنا می‌شویم.

ساختار RNA چیست؟

RNA به طور معمول یک پلیمر زیستی تک رشته‌ای (مارپیچ تک رشته ای) است. با این حال، وجود توالی‌های در رشته RNA منجر به جفت شدن باز درون زنجیره‌ای و تا شدن زنجیره ریبونوکلئوتیدی به اشکال ساختاری پیچیده متشکل از برآمدگی‌ها و پیچ‌ها می‌شود.

ساختار سه بعدی RNA برای پایداری و عملکرد آن ضروری است و به قند ریبوز و باز‌های نیتروژنی اجازه می‌دهد تا به روش‌های مختلف توسط آنزیم‌های سلولی که گروه‌های شیمیایی (مانند گروه‌های متیل) را به زنجیره متصل می‌کنند، تغییر کنند.

چنین تغییراتی باعث ایجاد پیوندهای شیمیایی بین نواحی دور در رشته RNA می‌شود که منجر به شکنج‌های پیچیده در زنجیره RNA شده و  باعث پایداری بیشتر ساختار RNA می‌گردد.

RNAها همچنین می‌توانند با مولکول‌هایی به نام ریبونوکلئوپروتئین‌ها (RNPs) کمپلکس تشکیل دهند. بخش RNA یک RNP سلولی به عنوان یک کاتالیزور بیولوژیکی عمل می‌کند، عملکردی که قبلا فقط به پروتئین‌ها نسبت داده می‌شد.

در ادامه با انواع مختلف آر ان ای‌هایی که در موجودات زنده وجود دارند بیشتر آشنا خواهیم شد.

انواع RNA چیست؟

سه نوع آر ان ای در میان بسیاری از انواع RNA موجود در سلول‌ها، بیشتر مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته‌اند.

این سه نوع مولکول RNA که در تمام موجودات زنده وجود دارند، شامل:

• RNA پیامبر یا پیام‌رسان (mRNA)
• RNA انتقال‌دهنده یا حامل (tRNA)
• RNA ریبوزومی (rRNA)

وظیفه اصلی این مولکول‌های RNA و انواع دیگر  RNA‌ها این است که واکنش‌های بیوشیمیایی را مشابه آنزیم‌ها انجام دهند. همراه با این مورد، برخی از آن‌‌ها، عملکردهای کنترلی پیچیده‌ای را در سلول بر عهده دارند.

مولکول‌های آر ان ای، به دلیل فراوانی زیاد و عملکردهای متنوع، همچنین دخیل بودن در بسیاری از فرایندهای کنترلی و تنظیمی، در فرآیندهای سلولی و بیماری‌های مختلف نقش مهمی دارند.

در ادامه عملکردها و نقش‌های انواع مولکول‌های RNA را که پیش‌تر به آن اشاره شد، بررسی خواهیم کرد.

RNA پیامبر یا پیام‌رسان

RNA پیام‌رسان، مولکول‌هایی هستند که در سلول‌ها، کدهای ژنتیکی DNA را از هسته به مکان‌های سنتز پروتئین در سیتوپلاسم یا همان ریبوزوم‌ها منتقل می‌کنند.

مولکول‌های mRNA نسبتاً کوچک هستند و برخلاف مولکول‌های بزرگ DNA، به راحتی از منافذ غشای هسته‌ای عبور می‌کنند.

اطلاعات ژنتیکی DNA ابتدا در mRNA رونویسی یا کپی می‌شوند چون نمی‌توانند مستقیماً به شکل پروتئین در بیایند.

مولکول‌های mRNA به سطح ریبوزوم‌ها حرکت می‌کنند و دستورالعمل‌هایی را از ژن‌های موجود در هسته درباره پروتئینی که باید سنتز شود، حمل می‌کنند.

هر مولکول mRNA می‌تواند اطلاعات مربوط به یک سنتز یک پروتئین در یوکاریوت‌ها، یا بیش از یک پروتئین در پروکاریوت‎‌ها را رمزگذاری کند.

در هر توالی، سه باز آلی متوالی موجود در رشته mRNA به عنوان یک کدون عمل می‌کند و ترکیب یک اسید آمینه خاص که مونومرهای پروتئین هستند را در آن پروتئین مشخص می‌کنند.

RNA انتقال‌دهنده یا حامل

RNA‌های انتقال دهنده، مولکول‌های کوچک موجود در سیتوپلاسم سلول‌‌ها هستند که اسید‌های آمینه پروتئین‌ها را به اندامک‌‌هایی به نام ریبوزوم برای سنتز و تولید پروتئین انتقال می‌دهند.

RNA حامل (tRNA) در سیتوپلاسم یافت می‌شود و شکل پیچیده ای دارد. این ماده مسئول حمل آمینو اسیدها از سیتوپلاسم به سطح ریبوزوم است و آماده ساخت پروتئین طبق دستور mRNA است.

مولکول‌های ریبوزوم‌ از روی توالی mRNA که رونویسی شده، ترتیب مولکول‌های tRNA را که به توالی‌های سه نوکلئوتیدی یا همان کدون‌ها متصل می‌شوند، تعیین می‌کنند.

ترتیب مولکول‌های tRNA می‌تواند توالی مونومری اسیدهای آمینه یک پروتئین را تشکیل دهد. همچنین مولکول‌های tRNA بین اسید‌های آمینه، پیوند‌های پپتیدی را تشکیل می‌دهند و آن‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند تا در نهایت پروتئین شکل گیرد.

پروتئین‌های تازه سنتز شده، سپس از ریبوزوم جدا می‌شوند و بر حسب وظیفه‌ای که دارند به قسمت‌های مختلف سلول خواهند رفت.

RNA ریبوزومی

RNA ریبوزومی (rRNA) رایج ترین شکل RNA است که در سلول‌ها یافت می‌شود.

RNA‌های ریبوزومی، مولکول‌هایی هستند که در ساختار ریبوزوم‌ها شرکت می‌کنند. ریبوزوم‌ها اندامک‌هایی هستند که وظیفه سنتز پروتئین‌ها را برعهده دارند.

 آر ان ای‌های ریبوزومی در هسته سلول تولید می‌شوند و سپس به خارج از هسته یعنی سیتوپلاسم منتقل می‌شوند تا با پروتئین‌ها متصل شوند و یک ریبوزوم تشکیل دهند.

RNA ژنومی

مانند DNA ،RNA می‌تواند اطلاعات ژنتیکی را حمل کند. ویروس‌های RNA، ژنومی متشکل از RNA دارند که تعدادی پروتئین را کد می‌کند.

ژنوم ویروسی توسط برخی از آن پروتئین‌ها تکثیر می‌شود، در حالی که پروتئین‌های دیگر از ژنوم محافظت می‌کنند، زمانی‌که ذرات ویروس به سمت سلول میزبان جدید حرکت می‌کنند.

ویروئیدها گروه دیگری از پاتوژن‌ها هستند، اما آن‌ها فقط از RNA تشکیل شده‌اند، هیچ پروتئینی را رمزگذاری و کد نمی‌کنند و توسط پلیمراز سلول گیاه میزبان تکثیر می‌شوند.

RNA تنظیمی

اولین تنظیم کننده‌های شناخته شده بیان ژن، پروتئین‌هایی بودند که به عنوان سرکوب کننده‌ها و فعال کننده‌ها شناخته می‌شدند.

مطالعات بعدی نشان داده است که RNA‌ها ژن‌ها را نیز تنظیم می‌کنند. انواع مختلفی از فرآیندهای وابسته به RNA در یوکاریوت‌ها وجود دارد که بیان ژن‌ها را در نقاط مختلف تنظیم می‌کنند.

جمع‌بندی

طبق مواردی که ذکر شد، آر ان ای‌ها مانند دی ان ای‌ها پلیمرهای زیستی و از اسیدهای نوکلئیک هستند. آر ان ای‌ها برخلاف دی ان ای، تک رشته‌ای بوده و به‌جای قند دئوکسی ریبوز، دارای قند ریبوز در ساختار خود هستند. برای سلول‌ها اهمیت بالایی دارند و وظایف متعددی در تنظیم و کنترل اعمال سلول از جمله بیان ژن‌ها دارند، ولی مهم‌ترین وظیفه‌ای که برای آن‌ها قابل توصیف است، سنتز پروتئین‌ها و شرکت در ساختار ریبوزوم‌ها است. مطالعه این مولکول نحوه ساخت انواع پروتئین‌ها را برای ما آشکار می‌کند.