مولکول RNA
تصور می‌شود که دانش شیمی مربوط به هسته سلول‌های زنده ، در سال 1869 آغاز شده است؛ درست در زمانی که بیوشیمی‌دان سوئیسی ، فردریش میشر (1844-1895) هسته ( از سایر بخش‌های سلول) ، و مواد حاوی فسفر را (که اکنون اسیدهای نوکلئیک نامیده می شود) ، کشف و جداسازی نمود. بعدها مشخص گردید که دو نوع اسید نوکلئیک ، با توجه به بازهای شناسایی شده ، وجود دارد. یک نوع از این اسید های نوکلئیک از غدد حیوانی به دست آمده و بعدها DNA نام گرفت ، در حالی که نوع دیگری از اسید نوکلئیک ، از سلول های مخمر جداسازی گردیده ، و RNA نام گرفته است. در دهه 1940 بیوشیمی دانان متوجه شدند که ، هم DNA و هم RNA در تمام سلول های زنده ، اعم از گیاهی و جانوری یافت می شوند. اسیدهای نوکلئیک از ماکرومولکول‌هایی با وزن مولکولی بالا تشکیل شده‌اند ، که آن ها نیز از صدها یا هزاران مولکول واحد کوچک‌تر به نام نوکلئوتید تشکیل شده‌اند ، که همگی آن ها به یکدیگر متصل می باشند. این مولکول ها ، حاوی صفات ژنتیکی می باشند. اگرچه DNA فقط در هسته سلول وجود دارد ، RNA هم در هسته و هم در سیتوپلاسم سلول یافت می شود. در واقع اکثر RNA ها در اشکال مختلف ، در سیتوپلاسم سلول وجود دارند. هر مولکول نوکلئوتیدی از یک گروه قند ، یک گروه فسفات و یک گروه آمینو (حاوی نیتروژن) تشکیل شده است.
تفاوت اصلی بین RNA و DNA
تفاوت اصلی بین RNA و DNA در گروه قند آن ها می باشد؛ RNA حاوی قند ریبوز (یک قند پنج کربنه) بوده که باعث بیشتر در معرض هیدرولیز قرار گرفتن RNA ، نسبت به DNA ژنومی ، می گردد. در حالی که DNA حاوی قند دئوکسی ریبوز می باشد. پیشوند دئوکسی به این معنی است که یک اتم اکسیژن در قند ریبوز وجود ندارد.
همانطور که پروتئین ها از اسیدهای آمینه ساخته می شوند ، RNA نیز از نوکلئوتید های مشابه DNA ساخته می شود. بازهای آدنین ، سیتوزین ، گوانین و اوراسیل (به ترتیب A,C,G,U ) سازنده RNA ها می باشند. DNA به جای باز U (اوراسیل) حاوی باز T (تیمین) می باشد. مانند تمام موجودات زنده ، گیاهان نیز از دی اکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) به عنوان ماده ژنتیکی خود استفاده می کنند.
ماده ژنتیکی در سلول گیاهی
در سلول های گیاهی DNA در هسته ، میتوکندری و کلروپلاست یافت می شود. میتوکندری و کلروپلاست از نوادگان باکتری هایی می باشند که توسط یک سلول یوکاریوتی ، اسیر شده اند و به درون همزیستی تبدیل شده اند. در واقع ، DNA مجموعه ای رمزگذاری شده از دستورالعمل های لازم جهت ساخت RNA می باشد. RNA ممکن است به عنوان یک مولکول تنظیم کننده مستقل (به عنوان مثال ، میکرو RNA) ، یا به عنوان قطعه ای از ماشین سلولی و یا به عنوان مجموعه ای از دستورالعمل ها برای ساخت یک پروتئین ، و یا ترکیبی از آنها عمل کند. ساختار اصلی یک ژن از دو جزء کلی ، ناحیه تنظیم کننده و ناحیه کد کننده یا ساختاری ژن ، تشکیل شده است. حتی در صورتی که تعداد عناصر غیرقابل انتقال (TE) و ژن‌های کد کننده پروتئین تقریباً مشابه باشند ، اندازه ژنوم در بین گیاهان بسیار متغیر است. بیشتر تفاوت‌ها در اندازه ژنوم ، ناشی از تفاوت در تعداد عناصر قابل انتقال می باشد. مولکول DNA ، اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای رمزگذاری تمام پروتئین ها را حفظ می کند. سه نوع مختلف RNA ، به طور غیر فعال ، این کد را به پلی پپتید تبدیل می کنند. به طور خاص ، mRNA برای فرآیند رونویسی و tRNA جهت فرآیند ترجمه ، ضروری می باشد و rRNA نیز در ساخت ریبوزوم‌هایی که ترجمه در آن ها انجام می پذیرد ، شرکت می کند.
نقش RNA ها در زیست مولکولی
دانشمندان دریافته اند که ، نقش RNA ها بسیار بیشتر از نقش ساده آن ها در سنتز پروتئین می باشد. برای مثال ، مشخص شده است که بسیاری از انواع RNA ، کاتالیزوری هستند – یعنی واکنش‌های بیوشیمیایی را درست همانند آنزیم‌ها انجام می‌دهند. علاوه براین ، مولکول‌های RNA نقش‌های متعددی را ، هم در فرآیندهای سلولی طبیعی و هم در وضعیت‌های بیماری ایفا می‌کنند. به طور کلی ، مولکول‌های RNA ای که به شکل mRNA نیستند ، غیرکد کننده نامیده می‌شوند (به این دلیل که این RNA ها ، کد کننده پروتئین‌ها نمی باشند). دخالت mRNA های غیر کد کننده در بسیاری از فرآیندهای تنظیمی ، فراوانی و تنوع عملکرد آن ها ، به این فرضیه منجر شده است که ممکن است یک “دنیای RNA” قبل از تکامل DNA و پروتئین ها وجود داشته باشد.
نقش RNA در بیان ژن
RNA ها نقش مهمی در هر مرحله از بیان ژن ایفا می کنند. در مرحله اول ، مولکول DNA حاوی ژن ، به RNA رونویسی می شود. در مرحله بعد این دستورالعمل ها به صورت RNA پیام رسان (mRNA) از هسته به داخل سیتوپلاسم خارج می شوند. در مرحله آخر، RNA با تطبیق اسید آمینه های صحیح با توالی کدون RNA (سه جفت باز) به پروتئین تبدیل می شود. رونویسی RNA توسط آنزیم RNA پلیمراز از DNA انجام می شود. تفاوت آنزیم RNA پلیمراز با DNA پلیمراز از این جهت می باشد که ، این آنزیم باز U را با باز A جفت می کند. مولکول RNA رونویسی شده ، تحت پردازش گسترده ای مانند جدا کردن اینترون ها (مناطق غیر کد کننده ای که اگزون ها را از یکدیگر جدا می کنند) قرار می گیرد به طوری که فقط اگزون ها (مناطقی که پروتئین را کد می کنند) باقی می مانند. علاوه بر این ، ساختار آن توسط یک دم بلند متشکل از بازهای A مکرر به نام دم پلی آدنیلاسیون (Poly A) تثبیت می شود که از تجزیه مولکول توسط پروتئین های موجود در سیتوپلاسم به نام RNases جلوگیری می کند. mRNA ، شکل پردازش شده RNA می باشد و شکلی از RNA را نشان می دهد که می تواند از هسته به سیتوپلاسم سلول منتقل شود. هنگامی که mRNA در سیتوپلاسم قرار می گیرد ، به ریبوزوم متصل می شود. ریبوزوم اندامکی با اندازه 10 تا 20 نانومتر می باشد و از پروتئین و RNA ساخته شده است. RNA موجود در ریبوزوم ، RNA ریبوزومی (rRNA) نامیده می شود. سپس آمینو اسیدهای خاص توسط نوع دیگری از RNA به نام RNA انتقالی (tRNA) ، با توالی mRNA مربوطه یا کدون مطابقت داده می شوند. tRNA ها ، اسیدهای آمینه خاصی را در طول سنتز پروتئین از mRNA ، روی ریبوزوم ها منتقل می کنند.
