ARN: الوظائف والهيكل والأنواع - مادة الاحياء - 2026

و RNA أو RNA (الحمض النووي الريبي) هو نوع من الحاضر الحمض النووي في حقيقيات النوى، بدائيات النوى والفيروسات. وهو بوليمر نيوكليوتيد يحتوي على أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية في تركيبته: الأدينين ، والجوانين ، والسيتوزين ، واليوراسيل.

يوجد الحمض النووي الريبي عمومًا كحزمة واحدة (باستثناء بعض الفيروسات) ، أو بطريقة خطية أو في سلسلة من الهياكل المعقدة. في الواقع ، يمتلك الحمض النووي الريبي ديناميكية هيكلية لم يتم ملاحظتها في الحلزون المزدوج للحمض النووي. الأنواع المختلفة من الرنا لها وظائف متنوعة للغاية.

RNAs الريبوسومية هي جزء من الريبوسومات ، الهياكل المسؤولة عن تخليق البروتينات في الخلايا. تعمل Messenger RNAs كوسطاء وتحمل المعلومات الجينية إلى الريبوسوم ، الذي يترجم الرسالة من تسلسل النيوكليوتيدات إلى تسلسل الأحماض الأمينية.

نقل الحمض النووي الريبي هو المسؤول عن تنشيط ونقل أنواع مختلفة من الأحماض الأمينية -20 في المجموع- إلى الريبوسومات. يوجد جزيء RNA ناقل لكل حمض أميني يتعرف على التسلسل في RNA المرسال.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي التي لا تشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين وتشارك في تنظيم الجينات.

بناء

الوحدات الأساسية للحمض النووي الريبي هي النيوكليوتيدات. يتكون كل نيوكليوتيد من قاعدة نيتروجينية (الأدينين ، والجوانين ، والسيتوزين ، واليوراسيل) ، والبنتوز ، ومجموعة الفوسفات.

النيوكليوتيدات

تُشتق قواعد النيتروجين من مركبين أساسيين: بيريميدينات وبيورينات.

القواعد المشتقة من البيورينات هي الأدينين والجوانين والقواعد المشتقة من البيريميدين هي السيتوزين واليوراسيل. على الرغم من أن هذه هي القواعد الأكثر شيوعًا ، إلا أن الأحماض النووية يمكن أن يكون لها أيضًا أنواع أخرى من القواعد أقل شيوعًا.

أما بالنسبة للبنتوز ، فهي وحدات من د-ريبوز. لذلك ، تسمى النيوكليوتيدات التي تتكون منها الحمض النووي الريبي "ريبونوكليوتيدات".

سلسلة RNA

ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض عن طريق روابط كيميائية تتضمن مجموعة الفوسفات. لتشكيلها ، يتم ربط مجموعة الفوسفات في نهاية 5 من النيوكليوتيد بمجموعة الهيدروكسيل (–OH) في نهاية 3 من النيوكليوتيد التالي ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تشبه الفوسفودايستر.

على طول سلسلة الحمض النووي ، يكون لروابط الفسفوديستر نفس الاتجاه. لذلك ، هناك قطبية في الخيط ، تميز بين الطرف 3 و 5.

وفقًا للاتفاقية ، يتم تمثيل بنية الأحماض النووية بالنهاية 5 على اليسار والنهاية 3 على اليمين.

إن منتج الحمض النووي الريبي لنسخ الحمض النووي عبارة عن شريط واحد مجدول يتحول إلى اليمين ، في شكل حلزوني عن طريق تكديس القواعد. التفاعل بين البيورينات أكبر بكثير من التفاعل بين اثنين من البيريميدينات ، بسبب حجمهما.

في RNA ، لا يمكن التحدث عن بنية ثانوية تقليدية ومرجعية ، مثل الحلزون المزدوج للحمض النووي. البنية ثلاثية الأبعاد لكل جزيء من جزيئات الرنا فريدة ومعقدة ، يمكن مقارنتها بالبروتينات (منطقياً ، لا يمكننا عولمة بنية البروتينات).

القوى التي تعمل على استقرار الحمض النووي الريبي

هناك تفاعلات ضعيفة تساهم في استقرار الحمض النووي الريبي ، ولا سيما التراص الأساسي ، حيث توجد الحلقات واحدة فوق الأخرى. تساهم هذه الظاهرة أيضًا في استقرار حلزون الحمض النووي.

إذا وجد جزيء RNA تسلسلًا مكملًا ، فيمكنه أن يقترن ويشكل بنية مزدوجة الشريطة تتحول إلى اليمين. الشكل السائد هو النوع أ ؛ أما بالنسبة للأشكال Z ، فقد تم إثباتها فقط في المختبر ، بينما لم يتم ملاحظة الشكل B.

بشكل عام ، هناك متواليات قصيرة (مثل UUGG) تقع في نهاية RNA ولها خصوصية تشكيل حلقات مستقرة. يشارك هذا التسلسل في طي الهيكل ثلاثي الأبعاد للحمض النووي الريبي.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتشكل روابط الهيدروجين في مواقع أخرى غير أزواج القواعد النموذجية (AU و CG). يحدث أحد هذه التفاعلات بين 2'-OH للريبوز مع المجموعات الأخرى.

لقد أدى توضيح الهياكل المختلفة الموجودة في الحمض النووي الريبي إلى إظهار الوظائف المتعددة لهذا الحمض النووي.

أنواع ووظائف الحمض النووي الريبي

هناك فئتان من RNA: المعلوماتية والوظيفية. المجموعة الأولى تشمل RNAs التي تشارك في تخليق البروتين وتعمل كوسطاء في العملية ؛ RNAs المعلوماتية هي RNAs الرسول.

في المقابل ، لا تؤدي الرنا التي تنتمي إلى الفئة الثانية ، الوظائف الوظيفية ، إلى ظهور جزيء بروتين جديد ، والحمض النووي الريبي نفسه هو المنتج النهائي. هذه هي RNAs الناقل و RNAs الريبوسوم.

في خلايا الثدييات ، 80 ٪ من الحمض النووي الريبي هو RNA الريبوسوم ، و 15 ٪ من الحمض النووي الريبي الناقل ، وجزء صغير فقط يتوافق مع الحمض النووي الريبي المرسال. تعمل هذه الأنواع الثلاثة بشكل تعاوني لتحقيق التخليق الحيوي للبروتين.

هناك أيضًا رنا نووي صغير ، رنا سيتوبلازمي صغير ، و رنا ميكرو ، من بين أمور أخرى. سيتم وصف كل نوع من أهم الأنواع بالتفصيل أدناه:

رسول RNA

في حقيقيات النوى ، يقتصر الحمض النووي على النواة ، بينما يحدث تخليق البروتين في سيتوبلازم الخلية ، حيث توجد الريبوسومات. بسبب هذا الفصل المكاني يجب أن يكون هناك وسيط ينقل الرسالة من النواة إلى السيتوبلازم وهذا الجزيء هو رسول RNA.

Messenger RNA ، اختصار mRNA ، هو جزيء وسيط يحتوي على المعلومات المشفرة في DNA والتي تحدد تسلسل الأحماض الأمينية التي ستؤدي إلى بروتين وظيفي.

تم اقتراح مصطلح messenger RNA في عام 1961 من قبل فرانسوا جاكوب وجاك مونود لوصف جزء من الحمض النووي الريبي الذي ينقل الرسالة من الحمض النووي إلى الريبوسومات.

تُعرف عملية تخليق mRNA من خيط DNA باسم النسخ وتحدث بشكل تفاضلي بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

يخضع التعبير الجيني لعدة عوامل ويعتمد على احتياجات كل خلية. ينقسم النسخ إلى ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء.

النسخ

عملية تكرار الحمض النووي ، التي تحدث في كل انقسام خلوي ، تنسخ الكروموسوم بأكمله. ومع ذلك ، فإن عملية النسخ أكثر انتقائية ، فهي تتعامل فقط مع معالجة أجزاء معينة من حبلا DNA ولا تتطلب برايمر.

في Escherichia coli - وهي البكتيريا الأفضل دراستها في علوم الحياة - يبدأ النسخ بفك الحلزون المزدوج للحمض النووي وتشكيل حلقة النسخ. إن إنزيم RNA polymerase مسؤول عن تخليق RNA ، ومع استمرار النسخ ، يعود خيط DNA إلى شكله الأصلي.

البدء والاستطالة والإنهاء

لا يبدأ النسخ في مواقع عشوائية على جزيء الحمض النووي ؛ هناك مواقع متخصصة لهذه الظاهرة تسمى المروجين. في E. coli ، يقترن RNA polymerase ببضعة أزواج قاعدية فوق المنطقة المستهدفة.

يتم حفظ التسلسلات حيث تقترن عوامل النسخ تمامًا بين الأنواع المختلفة. يعد صندوق TATA أحد أشهر سلاسل المروج المعروفة.

في الاستطالة ، يضيف إنزيم بوليميراز RNA نيوكليوتيدات جديدة إلى نهاية 3'-OH ، باتباع اتجاه 5 إلى 3. تعمل مجموعة الهيدروكسيل بمثابة محب للنواة ، حيث تهاجم فوسفات ألفا للنيوكليوتيد المراد إضافته. هذا التفاعل يطلق بيروفوسفات.

يتم استخدام واحد فقط من خيوط الحمض النووي لتجميع الحمض النووي الريبي المرسال ، والذي يتم نسخه في اتجاه 3 إلى 5 (الشكل المضاد للتوازي لشريط RNA الجديد). يجب أن يتوافق النيوكليوتيد المراد إضافته مع الاقتران الأساسي: أزواج U مع A و G مع C.

يوقف بوليميراز الحمض النووي الريبي العملية عندما يجد مناطق غنية بالسيتوزين والجوانين. في النهاية ، يتم فصل جزيء الرنا المرسال الجديد عن المركب.

النسخ في بدائيات النوى

في بدائيات النوى ، يمكن لجزيء الرنا المرسال أن يرمز لأكثر من بروتين واحد.

عندما يرمز mRNA حصريًا لبروتين أو عديد ببتيد ، فإنه يطلق عليه monocistronic mRNA ، ولكن إذا كان يرمز لأكثر من منتج بروتيني واحد ، فإن mRNA يكون متعدد السلاسل (لاحظ أنه في هذا السياق يشير مصطلح cistron إلى الجين).

النسخ في حقيقيات النوى

في الكائنات حقيقية النواة ، تكون الغالبية العظمى من الرنا المرسال أحادية النواة ، وتكون آلية النسخ أكثر تعقيدًا في سلالة الكائنات الحية هذه. وهي تتميز بوجود ثلاثة بوليميرات RNA ، يرمز إليها I و II و III ، لكل منها وظائف محددة.

أنا مسؤول عن تصنيع ما قبل الرنا الريباسي ، والثاني يصنع الرنا المرسال وبعض الرناوات الخاصة. أخيرًا ، يعتني III بنقل RNAs و Ribosomal 5S و RNAs الصغيرة الأخرى.

رسول RNA في حقيقيات النوى

يخضع Messenger RNA لسلسلة من التعديلات المحددة في حقيقيات النوى. الأول يتضمن إضافة "غطاء" إلى الطرف 5. كيميائيًا ، الغطاء عبارة عن بقايا 7 ميثيل جوانوزين متصلة بالنهاية برابطة 5 ′ ، 5'-triphosphate.

يتمثل دور هذه المنطقة في حماية الحمض النووي الريبي من التحلل المحتمل بواسطة الريبونوكلياز (الإنزيمات التي تكسر الحمض النووي الريبي إلى مكونات أصغر).

بالإضافة إلى ذلك ، يتم التخلص من الطرف 3 ويتم إضافة 80 إلى 250 من بقايا الأدينين. تُعرف هذه البنية باسم "ذيل" polyA وتعمل كموقع ربط للعديد من البروتينات. عندما يكتسب بدائيات النوى ذيل بولي أ ، فإنه يميل إلى تحفيز تدهوره.

من ناحية أخرى ، يتم نسخ هذا الرسول باستخدام الإنترونات. الإنترونات عبارة عن تسلسلات دنا ليست جزءًا من الجين ولكنها "تقاطع" هذا التسلسل. لا تتم ترجمة الإنترونات ولذلك يجب إزالتها من برنامج المراسلة.

تحتوي معظم جينات الفقاريات على إنترونات ، باستثناء الجينات التي ترمز للهستونات. وبالمثل ، يمكن أن يختلف عدد الإنترونات في الجين من عدد قليل إلى عشرات منها.

الربط

تتضمن عملية التضفير أو التضفير RNA إزالة الإنترونات في الرنا المرسال.

يمكن لبعض الإنترونات الموجودة في الجينات النووية أو الميتوكوندريا أن تؤدي عملية التضفير دون مساعدة الإنزيمات أو ATP. بدلاً من ذلك ، يتم تنفيذ العملية من خلال تفاعلات الاسترة. تم اكتشاف هذه الآلية في الطحالب الهدبية رباعي الغشاء.

في المقابل ، هناك مجموعة أخرى من الرسل غير قادرين على التوسط في التضفير الخاص بهم ، لذا فهم بحاجة إلى آلات إضافية. ينتمي عدد كبير نسبيًا من الجينات النووية إلى هذه المجموعة.

يتم التوسط في عملية التضفير بواسطة مركب بروتيني يسمى مركب لصق أو معقد التضفير. يتكون النظام من مجمعات RNA متخصصة تسمى البروتينات النووية الصغيرة (RNPs).

هناك خمسة أنواع من RNP: U1 و U2 و U4 و U5 و U6 ، والتي توجد في النواة وتتوسط في عملية الربط.

يمكن أن ينتج التضفير أكثر من نوع واحد من البروتين - وهذا ما يُعرف باسم التضفير البديل - نظرًا لأن الإكسونات مرتبة بشكل مختلف ، مما يؤدي إلى إنشاء أنواع مختلفة من الرنا المرسال.

RNA الريبوسوم

تم العثور على RNA Ribosomal ، اختصار rRNA ، في الريبوسومات وتشارك في التخليق الحيوي للبروتينات. لذلك ، فهو مكون أساسي لجميع الخلايا.

يرتبط RNA الريبوسوم بجزيئات البروتين (حوالي 100) لإحداث الوحدات الفرعية الريبوسومية. يتم تصنيفها اعتمادًا على معامل الترسيب الخاص بها ، والمشار إليه بالحرف S لوحدات Svedberg.

يتكون الريبوسوم من جزأين: الوحدة الفرعية الرئيسية والوحدة الفرعية الصغرى. تختلف كلتا الوحدتين الفرعيتين بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى من حيث معامل الترسيب.

تحتوي بدائيات النوى على وحدة فرعية كبيرة 50 ثانية ووحدة فرعية صغيرة 30 ثانية ، بينما في حقيقيات النوى تكون الوحدة الفرعية الكبيرة 60 ثانية و 40 ثانية صغيرة.

الجينات التي ترمز إلى RNAs الريبوسوم موجودة في النواة ، وهي منطقة معينة من النواة لا يحدها غشاء. يتم نسخ RNAs الريبوسوم في هذه المنطقة بواسطة RNA polymerase I.

في الخلايا التي تصنع كميات كبيرة من البروتينات ؛ النواة هي بنية بارزة. ومع ذلك ، عندما لا تتطلب الخلية المعنية عددًا كبيرًا من منتجات البروتين ، فإن النواة تكون بنية غير محسوسة تقريبًا.

ميكرو آرنا

MicroRNAs أو miRNAs هي نوع من الرنا القصير أحادي الشريطة ، بين 21 و 23 نيوكليوتيد ، وظيفتها تنظيم التعبير عن الجينات. لأنه لا يتم ترجمته إلى بروتين ، فإنه غالبًا ما يطلق عليه اسم RNA غير المشفر.

مثل الأنواع الأخرى من RNA ، فإن معالجة microRNA معقدة وتتضمن عددًا من البروتينات.

تنشأ MicroRNAs من سلائف أطول تسمى mi-priRNA ، مشتقة من النسخة الأولى من الجين. في نواة الخلية ، يتم تعديل هذه السلائف في مجمع المعالج الدقيق والنتيجة هي ما قبل ميرنا.

تتكون Pre-miRNAs من 70 دبابيس شعر نيوكليوتيد تستمر معالجتها في السيتوبلازم بواسطة إنزيم يسمى Dicer ، والذي يجمع مجمع الإسكات الناجم عن الحمض النووي الريبي (RISC) وأخيراً يتم تصنيع ميرنا.

هذه RNAs قادرة على تنظيم التعبير عن الجينات ، لأنها مكملة لـ RNAs رسول معين. من خلال التزاوج مع هدفهم ، تكون miRNAs قادرة على قمع الرسول ، أو حتى تحطيمه. وبالتالي ، فإن الريبوسوم لا يمكنه ترجمة النص المذكور.

إسكات RNA

نوع واحد معين من الرنا الميكروي هو الرنا الصغير المتداخل (siRNAs) ، والذي يُسمى أيضًا إسكات الرنا. وهي عبارة عن رنا قصير ، يتراوح بين 20 إلى 25 نيوكليوتيدًا ، والتي تعيق التعبير عن جينات معينة.

إنها أدوات واعدة جدًا للبحث ، لأنها تجعل من الممكن إسكات الجين المعني وبالتالي دراسة وظيفته المحتملة.

الاختلافات بين DNA و RNA

على الرغم من أن DNA و RNA عبارة عن أحماض نووية ويمكن أن تبدو متشابهة جدًا للوهلة الأولى ، إلا أنها تختلف في العديد من خصائصها الكيميائية والهيكلية. الحمض النووي جزيء مزدوج النطاق ، بينما الحمض النووي الريبي أحادي النطاق.

على هذا النحو ، فإن الحمض النووي الريبي هو جزيء أكثر تنوعًا ويمكن أن يتخذ مجموعة متنوعة من الأشكال ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك ، فإن بعض الفيروسات لها رنا مزدوج النطاق في مادتها الوراثية.

في نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي ، يكون جزيء السكر ريبوز ، بينما في الحمض النووي هو ديوكسيريبوز ، ويختلف فقط في وجود ذرة أكسجين.

رابطة الفوسفوديستر في العمود الفقري للحمض النووي والحمض النووي الريبي عرضة للخضوع لعملية تحلل مائي بطيئة دون وجود الإنزيمات. في ظل الظروف القلوية ، يتحلل الحمض النووي الريبي بسرعة - بفضل مجموعة الهيدروكسيل الإضافية - بينما لا يتحلل الحمض النووي.

وبالمثل ، فإن القواعد النيتروجينية التي تشكل النيوكليوتيدات في الدنا هي الجوانين والأدينين والثيمين والسيتوزين. في المقابل ، في الحمض النووي الريبي ، يتم استبدال الثايمين باليوراسيل. يمكن أن يقترن اليوراسيل مع الأدينين ، بنفس طريقة الثايمين في الحمض النووي.

الأصل والتطور

الحمض النووي الريبي هو الجزيء الوحيد المعروف القادر على تخزين المعلومات وتحفيز التفاعلات الكيميائية في نفس الوقت ؛ لهذا السبب ، يقترح العديد من المؤلفين أن جزيء RNA كان حاسمًا في أصل الحياة. والمثير للدهشة أن ركائز الريبوسومات هي جزيئات أخرى من الحمض النووي الريبي.

أدى اكتشاف الريبوزيمات إلى إعادة تعريف كيميائي حيوي لـ "الإنزيم" - كما كان المصطلح سابقًا يستخدم حصريًا للبروتينات ذات النشاط التحفيزي - وساعد في دعم سيناريو تستخدم فيه الأشكال الأولى من الحياة الحمض النووي الريبي فقط كمواد وراثية.

المراجع

1. ألبرتس ب ، جونسون أ ، لويس جيه ، وآخرون. (2002). البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة. نيويورك: جارلاند ساينس. من DNA إلى RNA. متاح على: ncbi.nlm.nih.gov
2. بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
3. كامبل ، NA ، & Reece ، JB (2007). مادة الاحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
4. Griffiths و AJF و Gelbart و WM و Miller و JH وآخرون. (1999). التحليل الجيني الحديث. نيويورك: WH Freeman. الجينات و RNA. متاح على: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton ، AC ، Hall ، JE ، & Guyton ، AC (2006). معاهدة الفسيولوجيا الطبية. إلسفير.
6. هول ، جي إي (2015). كتاب جايتون وهال لعلم وظائف الأعضاء الطبي الإلكتروني. العلوم الصحية Elsevier.
7. لوديش ، هـ ، بيرك ، أ. ، زيبورسكي ، إس إل ، وآخرون. (2000) بيولوجيا الخلية الجزيئية. الطبعة الرابعة. نيويورك: WH Freeman. القسم 11.6 ، معالجة الرنا الريباسي و الحمض الريبي النووي النقال. متاح على: ncbi.nlm.nih.gov
8. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.