ประเภทและโครงสร้างของ RNA

ประเภทหลักของ RNA รวมถึงคุณสมบัติทางเคมีและโครงสร้างที่ทำให้กรดนิวคลีอิกแบบสายเดี่ยวสามารถพับตัวเป็นรูปร่างที่สามารถบรรจุข้อมูล สร้างโปรตีน และเร่งปฏิกิริยาได้

Definition

ประเภทและโครงสร้างของ RNA เกี่ยวข้องกับหมวดหมู่ของกรดไรโบนิวคลีอิกในเซลล์ และคุณสมบัติทางเคมีและการพับตัวของ RNA เช่น การจับคู่เบส, รูปแบบโครงสร้างทุติยภูมิ และการพับตัวแบบตติยภูมิ ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่า RNA แต่ละชนิดทำงานอย่างไร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเคมีของ RNA และประเภทหลักของ RNA ได้แก่ messenger RNA, transfer RNA, ribosomal RNA และกลุ่มใหญ่ของ non-coding RNA รวมถึงหลักการโครงสร้างที่ทำให้ RNA แตกต่างจาก DNA ได้แก่ น้ำตาลไรโบส, ยูราซิล, การเป็นสายเดี่ยว และความสามารถในการสร้างโครงสร้างทุติยภูมิแบบจับคู่เบสและโครงสร้างตติยภูมิแบบพับตัว บทบาทในการเร่งปฏิกิริยาและการควบคุมจะถูกนำเสนอในที่นี้และพัฒนาต่อในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• RNA แตกต่างจาก DNA ทางเคมีอย่างไร และทำไมจึงสำคัญ?
• RNA ประเภทหลักมีอะไรบ้างและมีบทบาทอย่างไร?
• RNA สายเดี่ยวพับตัวเป็นโครงสร้างที่กำหนดได้อย่างไร?
• ทำไมโครงสร้างจึงเป็นตัวกำหนดการทำงานของ RNA หลายอย่าง มากกว่าลำดับเพียงอย่างเดียว?

Key theories

หน้าที่ที่กำหนดโดยโครงสร้าง

เนื่องจาก RNA เป็นสายเดี่ยวและพับกลับเข้าหากัน การทำงานของมันจึงขึ้นอยู่กับโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิที่มันสร้างขึ้น ดังนั้น transfer RNA และ ribosomal RNA จึงทำงานผ่านรูปร่างคล้ายกับที่โปรตีนทำ

ความแตกต่างทางเคมีของ RNA

หมู่ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 2' ของไรโบสและการใช้ยูราซิลทำให้ RNA มีปฏิกิริยามากกว่าและมีความเสถียรน้อยกว่า DNA ซึ่งเหมาะสำหรับบทบาทชั่วคราวที่หลากหลายและการเร่งปฏิกิริยามากกว่าการเก็บข้อมูลระยะยาว

Mechanisms

RNA สร้างขึ้นจากไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีไรโบสและเบสอะดีนีน, กัวนีน, ไซโตซีน และยูราซิล โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุล RNA ที่เป็นสายเดี่ยวจะพับตัวโดยการจับคู่เบสภายในโมเลกุลเป็นโครงสร้างกิ๊บติดผม (hairpins), ห่วง (loops) และส่วนโป่ง (bulges) ซึ่งประกอบกันเป็นโครงสร้างทุติยภูมิ จากนั้นจะมีการจัดเรียงตัวเพิ่มเติมเป็นโครงสร้างตติยภูมิที่เสถียรขึ้นด้วยปฏิกิริยาเพิ่มเติมและไอออนโลหะ Messenger RNA ทำหน้าที่ส่งลำดับรหัส, transfer RNA มีโครงสร้างรูปตัว L สำหรับการถอดรหัส, ribosomal RNA สร้างแกนกลางเชิงโครงสร้างและเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม และ non-coding RNA ที่หลากหลายใช้โครงสร้างของมันในการนำทาง, เป็นโครงสร้างค้ำจุน หรือควบคุม

Clinical relevance

โครงสร้างของ RNA เป็นพื้นฐานของการทำงานขององค์ประกอบควบคุมที่มีโครงสร้าง และถูกนำมาใช้ในการออกแบบยาบำบัดที่ใช้ RNA และในการทำความเข้าใจจีโนมของไวรัส RNA; นำเสนอในฐานะความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

การจัดลำดับและการศึกษาโครงสร้างของ transfer RNA และ ribosomal RNA ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เป็นต้นมา ได้เปิดเผยว่า RNA สายเดี่ยวพับตัวเป็นรูปร่างที่ทำงานได้อย่างแม่นยำได้อย่างไร และการวิเคราะห์เปรียบเทียบ ribosomal RNA ในภายหลังได้กลายเป็นรากฐานสำหรับการจำแนกสิ่งมีชีวิต ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญเชิงโครงสร้างของ RNA

Key figures

• Robert Holley
• Carl Woese

Seminal works

• watson2013
• alberts2014

Frequently asked questions

RNA แตกต่างจาก DNA อย่างไร?

RNA ใช้น้ำตาลไรโบสและเบสยูราซิล มักเป็นสายเดี่ยว และพับตัวเป็นโครงสร้างที่หลากหลาย ในขณะที่ DNA ใช้ดีออกซีไรโบสและไทมีน และสร้างเกลียวคู่ที่เสถียร

ทำไม RNA จึงสามารถทำงานที่ DNA ทำไม่ได้?

ลักษณะที่เป็นสายเดี่ยวและพับตัวได้ของ RNA ทำให้มันสามารถสร้างรูปร่างที่จับกับเป้าหมายและแม้กระทั่งเร่งปฏิกิริยาได้ ซึ่งทำให้มีความหลากหลายในการทำงานนอกเหนือจากการเก็บข้อมูล