리보 핵산 (RNA)

핵심 개념

이 튜토리얼에서는 리보 핵산 (RNA)에 대한 모든 것을 배웁니다. 우리는 두 가지 주요 유형의 DNA와 RNA의 비교를 포함하는 핵산에 대한 소개로 시작합니다. 그런 다음 전사 과정을 통해 RNA의 합성에 대해 논의하고, 다른 유형의 RNA (및 이들의 기능)를 고려하고 진핵 생물과 원핵 생물에서 RNA 처리를 분석합니다. 마지막으로, RNA에 대한 다른 흥미로운 사실은 공유됩니다!

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핵산 소개

핵산은 모든 생물과 바이러스에서 발견되는 복잡한 유기 물질입니다. 그것들은 생물학적 거대 분자의 4 가지 주요 부류 중 하나입니다 (지질, 단백질 및 탄수화물과 함께). 핵산은 세포 내에서 수많은 기능을 갖는다; 여기에는 유전자 정보의 저장 및 전염뿐만 아니라 단백질 합성에서의 실질적인 역할이 포함됩니다. 핵산은 또한 분자 클로닝 및 PCR과 같은 기술로 구현 될 때 연구 상황에서도 중요합니다.

핵산은 뉴클레오티드로 알려진 화학적 빌딩 블록으로 구성됩니다. 각 뉴클레오티드는 인산염 그룹, 5- 탄소 당 분자 및 질소 염기로 구성됩니다. 뉴클레오티드는 포스 포디 에스테르 결합에 의해 함께 연결되어 설탕-포스페이트 골격을 형성한다. 또한, 핵산 가닥은 방향성을 갖는다. 뉴클레오티드의 서열은 5 '말단 (유리 포스페이트 그룹이 설탕 분자의 5'탄소에 부착 된 경우)에서 시작하고 3 '말단 (유리 하이드 록실기가 당 분자의 3'탄소에 부착 된 경우)에서 종료된다.

핵산의 두 가지 주요 유형은 데 옥시 리보 핵산 (DNA)과 리보 핵산 (RNA)이다. DNA와 RNA는 몇 가지 주요 방식으로 서로 다릅니다. 먼저, DNA는 당 데 옥시 리보스를 함유하고 RNA는 당 리보스를 함유한다. 둘째, DNA 및 RNA는 염기 조성이 다릅니다. 그들은 각각 질소 염기 아데닌, 시토신 및 구아닌을 함유하고; 그러나, DNA는 염기의 티민을 사용하는 반면 RNA는 기저 우라실을 사용합니다. 마지막으로, 대부분의 경우 DNA는 이중 가닥 분자이고 RNA는 단일 가닥 분자입니다.

RNA의 합성

리보 핵산 (RNA)은 전사로 알려진 과정을 통해 DNA에 의해 암호화 된 유전자 정보로부터 합성된다. 전사는 세 가지 단계로 발생합니다 :시작, 신장 및 종료.

시작 : 전사는 효소 RNA 폴리머 라제가 프로모터라고 불리는 특정 DNA 서열에 결합함에 따라 시작됩니다. 이로 인해 DNA 이중 나선이 풀리고 DNA 가닥의 분리를 초래합니다 (상보적인 염기 쌍 사이의 수소 결합을 파괴함으로써)
신장 : 한 가닥의 DNA는 RNA 합성을위한 주형 역할을한다. RNA 폴리머 라제는 주형을 읽고 상보 적 염기 쌍을 사용하여 새로운 RNA 가닥을 구축하여 뉴클레오티드 (하나씩)를 첨가합니다. DNA 주형은 3 '내지 5'방향으로 RNA 폴리머 라제에 의해 판독되고; 그러나, RNA 전 사체는 5 '내지 3'방향으로 합성된다.
종료 : 신장은 RNA 폴리머 라제가 말단으로 알려진 DNA 서열을 만날 때 종료되고, RNA 전 사체가 완료되었음을 알 수있다. RNA 폴리머 라제는 DNA 주형에서 분리되어 새로 합성 된 RNA 분자를 방출합니다.

RNA의 유형

가장 잘 알려진 3 가지 유형의 RNA는 메신저 RNA (mRNA), 전이 RNA (TRNA) 및 리보솜 RNA (RRNA)입니다. 이 분자들 각각은 단백질 합성과 생물학의 중심 교리에서 중요한 역할을합니다.

메신저 RNA

메신저 RNA (mRNA)는 세포의 세포질에서 DNA에서 리보솜으로의 유전자 정보를 전달합니다. 리보솜은 mRNA를 사용하여 번역으로 알려진 과정을 통해 단백질을 만듭니다. mRNA 분자는 코돈으로 알려진 일련의 3- 뉴클레오티드 단위로 나눕니다. 각각의 코돈은 단백질 합성의 끝을 신호하는 정지 코돈을 제외하고는 특정 아미노산에 해당한다.

전이 RNA

전이 RNA (TRNA)는 세 가지 주요 유형의 RNA 중 가장 작은이며, 일반적으로 분자 당 70-90 뉴클레오티드 만 갖는다. 그것은 mRNA 분자와 성장하는 아미노산 사슬 사이의 연결 (또는 교량) 역할을한다. TRNA의 한쪽 끝은 항 코돈이라고 불리는 3 개의 인접한 뉴클레오티드의 서열을 함유하는 반면, 다른 쪽 끝은 특정 아미노산이 부착 된 수용체 줄기를 함유한다. TRNA의 분자는 아미노산을 리보솜으로 운반하며, 이들의 항 코돈은 상보적인 mRNA 코돈과 결합한다. 결과적으로, 아미노산은 mRNA 전 사체에 의해 지시 된 순서로 한 번에 하나씩 서열에 첨가된다.

리보솜 RNA

리보솜 RNA (RRNA)는 가장 풍부한 유형의 RNA이며, 우리 세포에서 RNA의 약 80%를 구성합니다. 전이 RNA와 마찬가지로 RRNA는 비 코딩입니다 (의미는 단백질로 번역되지 않습니다). 또한, rRNA는 리보솜의 주요 성분이며, 리보솜의 작고 큰 서브 유닛을 형성하기 위해 단백질과 결합되므로 리보솜의 주요 성분이다. 리보솜 RNA는 번역 중에 mRNA, tRNA 및 리보솜의 적절한 정렬을 보장합니다. 또한 아미노산 사이의 펩티드 결합의 형성을 촉매하는 데 도움이됩니다.

RNA 처리

RNA 처리는 새로 합성 된 RNA 분자가 성숙하고 완전히 기능하는 형태로 발달하는 일련의 사건을 지칭한다. 전이 RNA 및 리보솜 RNA의 전사 후 변형은 진핵 생물 및 원핵 생물 세포에서 상당히 유사하다. 그러나 메신저 RNA의 처리와 관련하여 진핵 생물과 원핵 생물 사이에는 큰 차이가 있습니다.

원핵 생물 세포에서, 전사 및 번역은 둘 다 세포질에서 발생한다. 결과적으로, 이들 과정은 동시에 발생할 수 있으며, 이는 원핵 생물에서 mRNA의 처리가 거의 없거나 전혀 없음을 의미한다. 진핵 세포에서, 전사는 핵에서 발생하는 반면, 세포질에서 번역이 발생한다. 진핵 생물 전구체 mRNA (pre-mRNA)를 핵에서 옮겨지고 단백질로 번역 될 수있는 성숙한 mRNA로 전환시키는 데 필요한 3 가지 주요 처리 단계가있다. 이 단계 (아래에 나열되고 설명)는 5 '캡의 첨가, 3'폴리 -A 꼬리의 첨가 및 RNA 스 플라이 싱을 포함합니다.

5 '캡핑 : 변형 된 구아닌 뉴클레오티드 (5 '캡이라고 함)는 프리 MRNA의 5'말단에 첨가된다. 5 '캡은 번역 동안 리보솜을 mRNA에 부착하고 핵으로부터 mRNA의 수출을 조절하는 데 도움이된다. 또한 엑소 뉴 클레아 제에 의한 분해로부터 mRNA의 5 '말단을 보호한다.
3 '폴리 아데 닐화 : pre-mRNA의 3 '말단을 트리밍하고, 아데닌 뉴클레오티드의 스트레치를 첨가하여 폴리아 데 닐화 된 (폴리 -A) 꼬리를 형성한다. 3 '폴리 -A 꼬리는 mRNA를 안정화시키고, 효소 분해를 방지하며, 핵 수출을 용이하게한다.
RNA 스 플라이 싱 : pre-mRNA는 인트론 (비 코딩 영역) 및 엑손 (코딩 영역)을 함유합니다. 이 과정에서, 스플 라이스 좀으로 알려진 큰 RNA- 단백질 복합체는 인트론을 제거하고 엑손을 결합시킨다.

RNA에 대한 흥미로운 사실

RNA는 DNA보다 반응성이 높고 안정적입니다. 이것은 주로 RNA에서 리보스 설탕의 2 '탄소에 여분의 하이드 록실기가 존재하기 때문에 가수 분해에 더 취약합니다.
대다수의 효소는 단백질이지만 RNA 분자가 생화학 적 반응을 촉매하는 것도 가능합니다. 이 RNA 촉매는 리보 자임으로 알려져 있으며 RNA 스 플라이 싱, 전이 RNA 생합성 및 기타 많은 중요한 과정에서 중요한 역할을합니다.
RNA 세계 가설은 RNA가 진화에서 DNA와 단백질보다 우선한다고 제안한다. 이 이론은 지구상에서 가장 초기의 생명체가 유전자 정보 (DNA와 같은)와 화학 반응 (단백질처럼)을 유도하는 능력을 고려할 때 RNA 단독으로 사용되었음을 시사합니다.
특정 백신 (Pfizer-Biontech 및 Moderna Covid-19 백신 등)은 메신저 RNA를 사용하여 미래 감염으로부터 보호하는 데 도움이되는 면역 반응을 유발합니다.
HIV 및 HTLV-1과 같은 레트로 바이러스는 유전자 물질로서 DNA가 아닌 RNA를 사용합니다. 이들 바이러스는 역전사 과정을 통해 RNA 주형으로부터 DNA 사본을 생성 할 수있다. 그들은 효소 역전사 효소를 사용하여 DNA를 합성 한 다음, 숙주 세포의 게놈에 삽입 될 수 있습니다.
줄기 루프 (또는 헤어핀 루프)는 RNA 구조의 필수 요소입니다. 분자 내 염기 쌍의 결과로 RNA 가닥이 자체적으로 접 으면 형성됩니다. 예를 들어, TRNA에는 여러 줄기 루프가 포함되어있어 3 잎 클로버와 유사한 고유 한 구조를 형성하는 데 도움이됩니다.