РНК – какво трябва да знаем за нея?

Рибонуклеиновата киселина или РНК (RNA – Ribonucleic acidе) е една от трите основни биологични макромолекули, заедно с ДНК (DNA – deoxyribonucleic acid) и протеина. Потокът от генетична информация в клетката е от ДНК през РНК към протеини.

Рибонуклеиновата киселина е подобна по структура на ДНК, но различна по предназначение. Клетките използват рибонуклеиновата киселина за редица процеси. Именно за тях ще ви разкажем.

Продължете да четете, ако искате да разберете за същността на РНК, нейните видове и какво я различава от по-добре познатата ДНК.

Същност на рибонуклеиновата киселина

Докато ДНК кодира гените, рибонуклеиновата киселина е важна за това как тези гени се изявяват. По време на процеса на транскрипция, рибонуклеиновата киселина се създава чрез разчитане на ДНК с помощта на ензима РНК полимераза.

Най-важният подтип на рибонуклеиновата киселина е иРНК (информационната РНК). Този тип иРНК носи информацията от ДНК и преминава към рибозомите, за да създаде протеини. А протеините са молекулите, които правят определени промени в тялото.

С други думи РНК са ДНК копия само на съответната информация за това, от което тялото се нуждае в момента, а протеините са работниците, които й помагат то да се случи.

Всичко това е известно като централна догма на молекулярната биология.

Прилики и разлики между ДНК и РНК

РНК и ДНК имат удивителен брой прилики и това не е изненадващо, защото рибонуклеиновата киселина буквално използва ДНК като основен шаблон.

Например, рибонуклеиновата и дезоксирибонуклеиновата киселини са изградени от четири нуклеотидни градивни блока. ДНК се състои от G (гуанин), T (тиамин), A (аденин) и C (цитозин). РНК е подобна, но замества T (тимин) с U (урацил). Урацилът всъщност изглежда точно като тимин, но му липсва една метилова група. Един от начините да се направи разлика между ДНК и РНК е присъствието на тиамин и урацил.

Междувременно ДНК е двуверижна, а РНК е само една верига (може да образува двойни вериги, но това не е нормалното състояние на рибонуклеиновата киселина).

Съществена разлика между ДНК и РНК е захарният е захарният компонент на техните нуклеотиди, който може да бъде съответно дезоксирибоза или рибоза. Двете захари са подобни, но рибозата има допълнителна хидроксилна група, в резултат на което се образуват ненавити молекули на РНК, за разлика от молекулите на ДНК.

Типове рибонуклеинова киселина

В продължение на много години се смяташе, че РНК има само три основни роли в клетката – като фотокопие на ДНК (матрична – мРНК, известна още като информационна, иРНК), като свързващо вещество между генетичния код и протеиновите градивни блокове (транспортна – тРНК), и като структурен компонент на клетъчните органели – рибозомите (рибозомна – рРНК) .

През последните години обаче стана ясно, че ролите на рибонуклеиновата киселина са много по-широки и интересни. Вече се знае, че рибонуклеинови киселини може да действат и като ензими (наречени рибозими) за ускоряване на химичните реакции.

Същевременно в редица вируси РНК, а не ДНК, носи вирусната генетична информация. Рибонуклеиновата киселина също играе важна роля в регулирането на клетъчните процеси – от клетъчно делене, диференциация и растеж до стареене и смърт на клетките.

Дефектите в определени РНК пък са замесени в редица заболявания, включително някои видове рак.

Но нека разгледаме различните типове рибонуклеинова киселина и техните роли:

иРНК 

Създаването на протеин започва вътре в ядрото на клетката. Това е мястото, където се намира ДНК. Една клетка копира инструкциите на ДНК, процес, който учените наричат транскрипция, върху верига от информационна (матрична) РНК или иРНК. Веднъж създадена, тя излиза от ядрото, оставяйки ДНК в безопасност вътре.

рРНК

Извън ядрото на клетката, информационна (матрична) рибонуклеинова киселина се свързва с това, което е известно като рРНК. Това е съкратено от рибозомна рибонуклеинова киселина. Нейната работа е да декриптира съобщението в информационна (матрична) рибонуклеинова киселина и да използва тази информация за изграждане на нов протеин.

Протеините са изградени от субединици, наречени аминокиселини. Типът иРНК свързва аминокиселините заедно в правилния ред, който не може да се постигне без нея, така че те винаги да работят в екип.

тРНК

Транспортната рибонуклеинова киселина действа като своеобразно такси. Тя пренася аминокиселини от области във външните части на клетката (цитоплазмата) до строителната молекула – тази на рРНК.

Това, което трябва да запомните е, че всички кодиращи типове рибонуклеинова киселина работят заедно, за да създадат протеините, необходими за функционирането на живите организми.

Некодиращи типове рибонуклеинова киселина

Повечето такива изпълняват регулаторни функции.

миРНК

Най-популярните от тази категория са микроРНК-и (наречени още миРНК). Те могат да срежат наполовина иРНК. Когато това стане, тези иРНК са маркирани да бъдат разградени. Следователно миРНК може да маркира информационна рибонуклеинова киселина и да изключи транслацията на протеин. Така че този тип обикновено се използва за контролиране на количеството протеин, който се произвежда от иРНК.

siRNA

Има и много подобен подтип, наречен малка интерферираща рибонуклеинова киселина(siRNA), която маркира РНК за разграждане веднага след транскрипцията. Може да се използва за предотвратяване на създаването на какъвто и да е протеин. В допълнение, тя често е инструмент в лаборатории, за да се предотврати създаването на определени протеини и след това да се види как това се отразява на други биологични процеси.

eRNA

Рибонуклеинова киселина за усилване (eRNA) е открита за първи път през 2010 г. Тя се транскрибира от „подобрителни“ региони на ДНК – регулаторни места, за които е известно, че подобряват генната експресия. Тя се използва също за регулиране на количеството иРНК, произведено от този ДНК сегмент.

snoRNA

Малката нуклеоларна рибонуклеинова киселина, наречена snoRNA, помага за химическата модификация на други групи от рибонуклеиновата киселина. Те могат да помогнат за добавянето на метилова група (CH3), процес, наречен метилиране или да превърнат един от нуклеотидите в нуклеозида уридин, който присъства в структурата на различни видове РНК. Процесът е наречен псевдоуридилиране.

lncRNA

И накрая – има дълги некодиращи РНК (lncRNA). Смята се, че те заглушават дълги участъци от ДНК. Също така участват в регулирането на деленето на стволови клетки в ранния етап от развитието на живота.

РНК вируси и ваксини

Рибонуклеиновата киселина представлява голям интерес през последните няколко години. Вирусите не са клетки. Те обаче носят свои собствени генетични инструкции. Коронавирусът, отговорен за COVID-19 например, е вирус, базиран на РНК. Това означава, че неговата генетична инструкция е направена от РНК, а не от ДНК. Първите ваксини за борба с COVID-19 също се фокусираха именно върху иРНК.

Ваксините действат, като карат имунната система да смята, че е налице патоген. Така тя изгражда защита. Дори след като действието на патоген или ваксина отмине, телата ни си спомнят как е изглеждал нашественикът.

Имунната система може да остане в състояние на повишена готовност за разузнаване на този патоген. Ако се появи отново, тялото го идентифицира по неговите уникални особености, които са дразнители на имунната система и се наричат антигени.

Обикновено тази бърза реакция убива патогена, преди дори да сме наясно, че е нахлул в организма.

Традиционната ваксина действа, като излага тялото на патоген (обикновено убит или отслабен) или подобен на патоген. Дори мъртъв патоген може да предизвика имунен отговор, тъй като все още има антигени на повърхността си. Ако истинският патоген по-късно се появи, ваксината е подготвила имунната система за атака.

РНК ваксините действат по различен начин. Вместо да въвеждат патоген или подобен на него, те предават инструкциите за създаване на един от антигените на патогена. Но това е достатъчно, за да може тялото да научи за какво да внимава. За ваксината COVID-19 тези молекули иРНК дават инструкции на тялото, които му помагат да открие признаци на белтъка на вируса.

Рибонуклеинова киселина и заболявания

Вече сте наясно с централната роля на рибонуклеиновата киселина в клетката, затова не е изненадващо, че болестите могат да възникнат, ако възникнат грешки в производството или разграждането й, които засягат функционалността на молекулата.

Производството и разграждането на рибонуклеинова киселина са сложни процеси, преминаващи през множество етапи на молекулно ниво.

Примери за заболявания, които възникват поради грешки в тези етапи, водещи до промяна в РНК, са спинална мускулна атрофия, еритропоетична протопорфирия, синдром на Прейдър-Уили и много видове рак.

Следователно изследванията на рибонуклеинова киселина са много обещаващи за нови терапевтични подходи към заболявания, за които не е имало лечение. Така че в бъдеще очакваме революционни открития в медицината, свързани с рибонуклеиновата киселина.