什麼是RNA？

藝術家對RNA的解釋。（圖片來源：Shutterstock）

RNA不僅是DNA鮮為人知的表弟，還在將遺傳信息轉化為體內蛋白質中起著核心作用。這種非凡的分子還為許多病毒帶來了遺傳學說明，它可能有助於生活開始。

“中央教條”

一起，RNA，核糖酸的縮寫和脫氧核糖核酸，脫氧核糖核酸的縮寫，構成核酸，這是認為對生命至關重要的三或四類主要的“大分子”之一。（其他是蛋白質和脂質。許多科學家也放置碳水化合物在這組中。）大分子是非常大的分子，通常由重複亞基組成。 RNA和DNA由稱為核苷酸的亞基組成。

兩種核酸組合創建蛋白質。使用核酸中的遺傳信息創建蛋白質的過程對生命非常重要，以至於生物學家稱其為分子的“中心教條”生物學。該教條描述了有機體中遺傳信息的流動。俄勒岡州立大學說，DNA的信息被寫出或“轉錄”為RNA信息，而RNA的信息被寫出或“翻譯”成蛋白質。

芝加哥大學生物學家Chuan He告訴LIVE Science。

RNA字母

RNA和DNA存儲和復制信息的能力取決於分子的重複核苷酸亞基。核苷酸以特定序列組織，可以像單詞中的字母一樣讀取。

每個核苷酸都有三個主要部分：糖分子，磷酸鹽基和一種稱為核苷酶或鹼的環狀化合物。來自不同核苷酸單元的糖通過磷酸鹽橋連接起來，形成RNA或DNA分子的重複聚合物 - 就像由糖珠製成的項鍊，由磷酸根串連接在一起。

附著在糖上的核鹼構成構建蛋白質所需的序列信息，如國家人類基因組研究所。 RNA和DNA每個都有四個鹼基：腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶作為DNA，尿嘧啶在RNA中交換為胸腺氨酸。這四個鹼基構成了分子的字母，因此表示為字母：ay腺嘌呤，g for鳥嘌呤等。

有關的：如何說遺傳學：詞彙表

但是RNA和DNA不僅可以編碼“字母”序列。他們也可以復制它們。之所以起作用，是因為一個RNA或DNA字符串上的鹼基可以粘貼在另一個字符串上的基礎上，但只能以非常特定的方式粘貼。基地僅與“補充”合作夥伴：c至g，在RNA中向u（或在DNA的情況下a）。因此，DNA用作轉錄RNA分子的模板，該模板反映了DNA序列 - 編碼其記錄。

一種稱為Messenger RNA（mRNA）的RNA使用此復制功能將遺傳數據從DNA到核醣體（核醣體）（細胞的產生蛋白質產生成分）。馬薩諸塞大學。核醣體“讀” mRNA序列，以確定蛋白質亞基（氨基酸）應結合生長的蛋白質分子的順序。

另外兩個RNA物種完成了這一過程：轉移RNA（tRNA）將mRNA指定的氨基酸帶到核醣體，而核醣體RNA（rRNA）構成了大部分核醣體，將氨基酸連接在一起。

RNA作為酶

科學家認為RNA的主要教條活動是該分子定義的中心。但是，自1980年代以來，關於RNA是什麼以及它可以做什麼的想法大大擴展，當時生物學家Sidney Altman和Thomas R. Cech發現RNA可以像蛋白質一樣工作。（研究人員贏得了1989年諾貝爾化學獎為了發現。）

蛋白質是體內大多數化學反應的關鍵成分，作為酶，部分要歸功於這些分子可以實現的各種形狀或構象。（酶是促進和催化化學反應的蛋白質。）與DNA不同，RNA也可以在一定程度上塑造轉移，因此可以用作基於RNA的酶或核酶。 RNA對DNA的靈活性更大，部分來自RNA核糖糖的額外氧氣，這使得分子不穩定，生物學家Merlin Crossley在對話。脫氧核糖參考DNA的1-氧不足的“脫氧”。

根據一些研究人員，最重要的基於RNA的催化活性發生在核醣體中，其中rRNA（核酶）介導氨基酸添加到生長的蛋白質中。其他核酶包括小核RNA（snRNA），將mRNA剪接到可用形式，然後M1 RNA，是最早已知的核酶之一，它類似地夾住細菌tRNA。

RNA的監管動物園

在過去的三十年中，已知的數量RNA品種他說，由於研究人員發現了一個完全不同的事情：調節基因。他說：“有一組RNA起著關鍵的監管角色。”

研究人員在2017年發表的一份評論中寫道：“近年來，很少有生物學領域像RNA分子生物學那樣徹底轉變。”國際生物醫學雜誌。作者寫道，最重要的是簡短的干擾RNA（siRNA），microRNA（miRNA）和Piwi-Interacting RNA（PIRNA）。

siRNA和miRNA“沉默”基因通過附著在mRNA中的互補序列上。然後，調節性RNA激活可以切割mRNA或阻止其翻譯的蛋白質的複合物，如《 2010年雜誌》中所述當前的基因組學。根據2009年發表的評論細胞。 PIRNA執行類似的沉默，但專門在性細胞中運行，靶向可移動的遺傳材料，稱為“可轉移”元素，可以突變基因，該元素可突變基因。發展。

有關的：什麼是遺傳修飾？

其他調節性RNA播放器包括較高的長非編碼RNA（lncRNA），該RNA（LNCRNA）通過與DNA和蛋白質複合物相關聯基因稱為染色質，如該雜誌2019年的評論中所述。非編碼RNA。 lncRNA可以激活或滅活染色質的切片，這些切片將DNA包裝成細胞中的緊湊形式，從而使該染色質中的基因表達或抑制。根據該雜誌的2020年評論，增強子RNA與上述許多基因的表達相反，從而增加了某些基因的表達。細胞和發育生物學領域。

其他生物體中彈出了其他RNA類型。例如，細菌的類似物類似於miRNA和siRNA，稱為小RNA調節劑（SRNA）。基因編輯的部分CRISPR-CAS9系統在細菌和古細菌中發現的也依賴於RNA，它與鑑定入侵者的所謂CRISPR DNA序列結合。

“ RNA世界”

RNA在功能和形式方面的多功能性有助於激發稱為的想法“ RNA世界”假設。

生物體依靠一個驚人的複雜DNA，RNA和蛋白質來傳遞遺傳信息，科學家長期以來一直想知道該系統如何在早期生命形成中產生。他說，RNA提供了邏輯上的答案：該分子可以儲存遺傳信息並催化反應，這表明早期，簡單的生物可能僅依賴RNA。

他說：“這是一種混合動力。” “因此，這完全是有道理的。”

此外，他說，RNA的糖基核糖總是在生物體中首先出現，因為它更容易製作。然後，脫氧核糖從核糖中產生。他說：“因此，這意味著生活中，您先擁有核糖，RNA，然後DNA來了。”

從這個更簡單的RNA開始，可能會出現更複雜的壽命，從而不斷發展穩定器DNA作為長期文庫，並開發蛋白質作為更有效的催化劑。

為什麼根本沒有RNA？

在從DNA到蛋白質的路徑中，RNA本質上是中間人，那麼為什麼不消除介於中間的RNA中並直接從DNA轉移到蛋白質呢？他說，像DNA病毒一樣，簡單的生命形式就是這樣做的。同樣，一些最臭名昭著的病毒 - HIV，普通冷病毒，流感和Covid-19-將其所有遺傳信息藏在RNA中，而沒有DNA的前身。

他說，更複雜的生物需要做更多的遺傳調節。因此，他們的大多數基因組沒有為蛋白質編碼，而是為調節其他序列的基因組的一部分代碼。發起人例如，可以打開或關閉基因。他說：“您不想將[人類基因組的30億鹼基對轉換為蛋白質序列。”他說。 RNA可以將遺傳序列的蛋白質編碼位僅轉錄到mRNA中介中。

有關的：遺傳學：遺傳研究

此外，mRNA提供了一種微調基因輸出的方便方法。 “ RNA…是DNA影印本。”RNA社會這是一個促進RNA研究共享的非營利組織。 “當細胞需要產生某種蛋白質時，它會……以信使RNA的形式產生多個DNA的副本……因此，RNA會膨脹一次可以製作的給定蛋白的數量。”

RNA的放大能力再次是由於分子的柔韌性。由於RNA可以折疊成各種形狀，因此它可以消除運行該複印機所需的mRNA和tRNA構象。 DNA不能那樣做。

研究邊界

RNA不僅為許多病毒存儲了遺傳信息，而且還可以幫助科學家對抗那些相同的入侵者。擬議的基於RNA的疫苗將使用注入的mRNA告訴一個人的身體製作抗原，這是觸發免疫反應的物質，生物學家Alexis Hubaud為哈佛大學的研究生院博客。他告訴Live Science：“這是如今開發抗COVID-19疫苗的最受歡迎的方法之一。” COVID-19候選疫苗等疫苗那些由現代製造的輝瑞採用這種方法。

有關的：什麼是冠狀病毒？

其他潛在的RNA治療應用可以使用注射的mRNA告訴人體在缺乏編碼該蛋白質的基因的患者中製造功能性蛋白質，例如血友病。他說：“幾年前，人們會說這很瘋狂 - 如果您有缺陷，我將為您提供健康的Messenger RNA。”他補充說，但這現在是最令人興奮的研究領域之一。

2020年6月的突破也讓RNA研究人員感到興奮，科學家報導。它表明，消除RNA結合蛋白可以將其他細胞變成神經元，這對諸如阿爾茨海默氏症他說。

他說：“這也很令人興奮，因為從根本上表明RNA可能會對細胞命運產生巨大影響。”

其他資源：