انواع آر ان ای (RNA)

در دنیای پیچیده زیست‌شناسی مولکولی، انواع آر ان ای (ریبونوکلئیک‌اسید) نقش مهمی در بیان ژن، سنتز پروتئین و تنظیم سلولی ایفا می‌کند. درحالی‌که بسیاری از شما با RNA پیام‌رسان (mRNA) آشنا هستید، مولکول‌های دیگری از انواع آران‌ای مانند RNA انتقالی(tRNA)، RNA  ریبوزومی (rRNA) و RNA  هسته‌ای کوچک (snRNA) به همان اندازه حیاتی هستند. انواع RNA به روش‌های منحصربه‌فرد به عملکرد سلول کمک می‌کنند. با مجله بیوزوم همراه باشید تا در ادامه، نقش‌ انواع آران‌ای، ساختار، عملکرد و اهمیت آن‌ها را در سلول توضیح دهیم.

آشنایی با انواع آر ان ای کدکننده

آر‌ان‌ای‌های کدکننده (mRNA) که یکی از انواع آر ان ای هستند، حامل اطلاعات ژنتیکی از DNA بوده و این اطلاعات را به ریبوزوم منتقل می‌کنند. در مقابل، آر‌ان‌ای‌های غیرکدکننده (ncRNA)، از دیگر انواع آر ان ای هستند که مستقیماً به پروتئین نمی‌شوند؛ اما در اما در تنظیم فرایندهای سلولی مانند بیان ژن، فرایندهای RNAi، یا ساختار ریبوزوم نقش دارند.

 (پیام‌رسان RNA) mRNA

RNA پیام‌رسان (mRNA) که خود دسته‌ی مهمی از انواع آر ان ای هستند، کد ژنتیکی را از DNA به شکلی حمل می‌کند که می‌تواند برای ساخت پروتئین تشخیص داده شود. توالی کدکننده mRNA، توالی اسیدآمینه را در پروتئین تولید شده تعیین می‌کند. پس از رونویسی از DNA، mRNA  یوکاریوتی، قبل از اینکه به طور کامل به mRNA بالغ پردازش شود، به شکلmRNA  پیش‌ساز (pre-mRNA) وجود دارد. مرحله پردازش که پیرایش RNA (RNA splicing) نامیده می‌شود، اینترون‌ها را حذف می‌کند. تقریباً 23000 mRNA در ژنوم انسان کدگذاری شده است.

بیشتر بخوانید: رونویسی دنا و سنتز mRNA

انواع آر ان ای غیر کد کننده و نقش آن‌ها

tRNA

tRNA  یکی از انواع آر ان ای است نقش مهمی در سنتز پروتئین ایفا می‌کند. در طول ترجمه، tRNAها آمینواسیدها را به ریبوزوم می‌برند، جایی که به زنجیره پلی‌پپتیدی درحال‌رشد اضافه می‌شوند. هر tRNA مخصوص یک اسیدآمینه خاص و یک آنتی کدون است که با کدون مربوطه در رشته mRNA جفت می‌شود. مولکول‌های tRNA ساختار برگ شبدر مشخصی دارند که از جفت‌شدن بازهای درون‌مولکولی تشکیل شده است. این ساختار برگ شبدری شامل:

بیشتر بخوانید: انواع آمینواسیدها | چیستی و طبقه‌بندی آن‌ها

1. محل اتصال اسید آمینه در انتهای ‘3، جایی که یک اسید آمینه خاص به صورت کووالانسی توسط آنزیمی به نام aminoacyl-tRNA سنتتاز متصل می‌شود.
2. حلقه آنتی کدون که شامل دنباله‌ای از سه نوکلئوتید (آنتی کدون) است که در طول ترجمه با کدون مکمل روی mRNA جفت می‌شود.

tRNAها کوچک هستند، معمولاً حدود 76 تا 90 نوکلئوتید طول دارند. ساختار آن‌ها به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به عنوان آداپتور بین توالی mRNA و اسیدهای آمینه مربوطه در زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد عمل کنند.

در طول ترجمه، tRNAها بین جایگاه‌های فعال ریبوزوم – جایگاه A (آمینواسیل)، جایگاه P (پپتیدیل) و جایگاه E (خروج) جابه‌جا می‌شوند. در محل A، یک tRNA به کدون mRNA متصل می‌شود، سپس اسیدآمینه آن به زنجیره پلی‌پپتیدی درحال‌رشد در محل P منتقل شده و tRNA خالی از طریق سایت E خارج می‌شود. این روند تا زمانی ادامه می‌یابد که با یک کدون توقف مواجه شده و در نتیجه یک پروتئین کامل تشکیل می‌شود.

بیشتر بخوانید: پروتئین چیست به زبان ساده

rRNA

rRNA به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین انواع آر ان ای به‌عنوان یک جزء ساختاری و عملکردی ریبوزوم‌ها، ماشین‌های مولکولی هستند که پروتئین‌ها را سنتز می‌کنند. ریبوزوم‌ها از دو زیر واحد ساخته شده‌اند که هر کدام حاوی rRNA و پروتئین‌های ریبوزومی مرتبط هستند. در پروکاریوت‌ها، ریبوزوم از یک زیر واحد کوچک S30 و یک زیر واحد بزرگ S50 تشکیل شده، درحالی‌که در یوکاریوت‌ها، ریبوزوم از یک زیر واحد کوچک S40 و یک زیر واحد بزرگ S60 تشکیل شده است. مولکول‌های rRNA به شکل‌های سه‌بعدی پیچیده‌ای تا می‌شوند که برای عملکرد ریبوزوم حیاتی هستند.

بیشتر بخوانید: اندامک های سلولی

در یوکاریوت‌ها، چهار نوع rRNA وجود دارد:

• S rRNA18: بخشی از زیر واحد کوچک S
• S rRNA28، S rRNA8 و S rRNA5: بخشی از زیر واحد بزرگ S60.

در پروکاریوت‌ها انواع rRNA وجود دارد که عبارت‌اند از:

• S rRNA16: بخشی از زیر واحد کوچک S
• S rRNA23 و S rRNA5: بخشی از زیر واحد بزرگ S

rRNA دو هدف اصلی را در ریبوزوم انجام می‌دهد:

1. حمایت ساختاری: به حفظ یکپارچگی و عملکرد زیرواحدهای ریبوزومی کمک می‌کند.
2. کاتالیز: rRNA تشکیل پیوندهای پپتیدی بین اسیدهای آمینه را در طول ترجمه کاتالیز می‌کند. این عملکرد کاتالیزوری rRNA، که به عنوان فعالیت پپتیدیل ترانسفراز شناخته می‌شود، برای تشکیل زنجیره پلی پپتیدی ضروری است و بنابراین، rRNA به عنوان یک ریبوزیم، یک مولکول آر ان ای با فعالیت کاتالیزوری عمل می‌کند. rRNA همچنین تنظیم صحیح mRNA و tRNA را در طول سنتز پروتئین و ترجمه دقیق کد ژنتیکی را تضمین می‌کند.

snRNA

snRNA به‌عنوان یکی از مهم‌ترین انواع آر ان ای نقش اصلی را در پیرایش آران‌ای ایفا می‌کند، فرایندی که اینترون‌ها (توالی‌های غیرکدکننده) را از pre-mRNA حذف کرده و اگزون‌ها (توالی‌های کدکننده) را به یکدیگر پیوند می‌دهد. این مرحله برای تولید mRNA بالغی که می‌تواند به پروتئین ترجمه شود، حیاتی است. snRNAها اجزای کلیدی اسپلایسئوزوم (spliceosome) هستند، یک مجموعه ریبونوکلئوپروتئینی بزرگ که مسئول کاتالیز واکنش‌های پیرایشی در هسته سلول‌های یوکاریوتی است.

snRNAها معمولاً کوچک بوده و اکثر آن‌ها بین 100 تا 300 نوکلئوتید دارند. آن‌ها معمولاً با پروتئین‌های خاصی مرتبط هستند و ریبونوکلئوپروتئین‌های هسته‌ای کوچک (snRNPs) را تشکیل می‌دهند که واحدهای عملکردی اسپلایسئوزوم هستند.

پنج snRNA کلیدی درگیر در پیرایش عبارت‌اند از:

• snRNA U1
• snRNA U2
• snRNA U4
• snRNA U5
• snRNA U6

 هر یک از این snRNAها نقش مشخصی در شناسایی جایگاه‌های اتصال و تسهیل حذف اینترون‌ها ایفا می‌کنند.

snRNAها اسپلایسئوزوم را در تشخیص توالی‌های حفاظت شده در مرزهای اینترون-اگزون هدایت می‌کنند. آن‌ها به کاتالیز واکنش پیرایش دومرحله‌ای کمک می‌کنند:

مرحله اول – برش اینترون

snRNAها به تنظیم‌کردن اسپلایسئوزوم در جایگاه اتصال صحیح برای جداکردن اینترون‌ها کمک می‌کنند.

مرحله دوم – بستن اگزون

snRNAها اتصال اگزون‌ها را برای تشکیل مولکول mRNA بالغ که آماده خروج از هسته است، تسهیل می‌کنند.

microRNA

miRNA‌ها مولکول‌های آران‌ای کوتاه (حدود 20-24 نوکلئوتید) غیرکدکننده هستند که در تنظیم ژن پس از رونویسی نقش دارند. آن‌ها به توالی‌های مکمل روی مولکول‌های mRNA متصل شده که معمولاً منجر به تخریب mRNA یا سرکوب ترجمه می‌شود. با کنترل سطوح mRNAهای خاص، miRNA‌ها به تنظیم دقیق بیان ژن کمک می‌کنند. miRNAها در بسیاری از فرایندهای بیولوژیکی از جمله نمو، تمایز سلولی و آپوپتوز نقش دارند.

بیشتر بخوانید: مرگ سلولی | چیستی، علل وقوع و انواع

siRNA

siRNA شبیه miRNA است که از طریق فرایندی به نام تداخلRNA  (RNAi) در خاموش‌کردن ژن نقش دارد. siRNAها به طور معمول کاملاً مکمل mRNA هدف خود هستند که منجر به تخریب آن می‌شود. siRNA‌ها به ابزاری قدرتمند در تحقیقات و درمان‌های زیست‌شناسی مولکولی تبدیل شده‌اند زیرا می‌توانند به طور انتخابی ژن‌های خاص را خاموش کنند. محققان از siRNA‌ها برای مطالعه عملکرد ژن با ازبین‌بردن بیان ژن استفاده می‌کنند.

lncRNA

lncRNA‌ها مولکول‌های آران‌ای بلندتر از 200 نوکلئوتید هستند که پروتئین‌ها را کد نمی‌کنند؛ اما نقش‌های مختلفی در تنظیم بیان ژن در سطوح اپی‌ژنتیک، رونویسی و پس از رونویسی ایفا می‌کنند. آن‌ها می‌توانند به‌عنوان داربست یا راهنما برای تعدیل فعالیت پروتئین‌ها یا ساختارهای کروماتین عمل کنند. lncRNA‌ها در بازسازی کروماتین، تنظیم رونویسی و پیرایش نقش دارند. آن‌ها در فرایندهای رشد و بیماری‌ها، به‌ویژه سرطان‌ها نقش دارند.

snoRNA

snoRNA‌ها عمدتاً در اصلاح rRNA و سایر RNA‌های کوچک نقش دارند. آن‌ها تغییرات شیمیایی مانند -O-methylation’2 و pseudouridylation RNAهای ریبوزومی را که برای عملکرد مناسب ریبوزوم حیاتی هستند، هدایت می‌کنند. SnoRNA‌ها در هسته یافت شده و در بلوغ و پردازش rRNAها نقش دارند.

جمع‌بندی

همان‌طور که اشاره شد، انواع آر ان ای نقش‌های مهمی در عملکرد سلول ایفا می‌کنند.  RNA  پیام‌رسان (mRNA)، نوعی آران‌ای کدکننده است که در تعیین توالی آمینواسیدهای یک پروتئین نقش دارد. tRNA یا آران‌ای انتقالی در جابه‌جایی آمینواسیدهای یک پروتئین در حال ساخت ضروری بوده و rRNA یا آران‌ای جز عملکردی ریبوزوم‌ها که ماشین‌های مولکولی سنتز پروتئین هستند، هستند. آران‌ای هسته‌ای کوچک (snRNA)، نقش اصلی در پیرایش آران‌ای داشته و miRNA‌ها در تنظیم ژن‌ها پس از رونویسی نقش دارند. siRNA‌ها اختصاصاً خاموش‌کردن ژن‌ها و lncRNA‌ها بیان ژن در سطوح مختلف را تنظیم کرده و اصلاح و تغییر rRNA و سایر RNA‌های کوچک برعهده snoRNA‌ها است.