Die RNAs

1a. RNAs
Die RNAs - Einleitung
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Eine neue RNA-Welt
RNA-Gene sind transkribierte DNA-Abschnitte, die keine Proteine kodieren, und sind nichtkodierendeRNAs genannt. Im Focus der Forschung standen Protein-kodierende Gene, und aufgrund ihren ProteinFunktion dachte man als ob sie der wichtigste Teil des Genoms wären. Die nichtkodierenden-RNAs
spielten keine Rolle in der ersten Version des Humangenoms und wurden nicht analysiert (2001). Die
RNA-Welt-Hypothese besagt, dass am Anfang des Lebens RNAs waren Erbmaterial und Enzym
gleichzeitig. Diese Rolle wurde später durch DNA und Proteine übernommen. Die boten-RNAs
vermitteln die genetische Information, transfer-RNAs liefern Aminosäuren, rRNAs sind Bestandteile der
Ribosomen.
Heutzutage die Anzahl der nicht-kodierenden RNAs nimmt exponentiell zu, und die Anzahl der Proteinkodierenden Gene (20-21.000 beim Mensch) erhöht sich nicht. Im mitochondrialen Genom RNA-Gene
vertreten 65 % als Ausnahme. Einige kleine RNA-Moleküle sind Komponente der Ribunucleoproteine,
die im Spleissen, rRNA-, tRNA-Reifung teilnehmen. Diese RNAs verhalten sich als Fremdenführer,
begleiten und anknüpfen Proteine an Ziel-RNA aufgrund Basen-Komplementarität. Andere Funktion
der nichtkodierenden-RNAs ist die X-Chromosom Inaktivierung und genetisches Imprinting. Das
Telomerase-Enzym enthält RNA auch, als bekannte Beispiele.
In den letzten Zeiten regulatorische Funktion der nichtkodierenden-RNAs wurde entdeckt.
Transkriptom-Analyse hat es gezeigt, dass mindestens 85% des menschlichen Genoms Transkriptionell
aktiv ist; im Vergleich, nur 1.1 % kodiert Proteine. Es heisst, dass ausser Heterochromatin das ganze
Genom transkribiert wird.
Überraschungsweise multigenische Transkription, ein RNA mit mehreren Gene wurde auch beobachtet,
ähnlich an polycistronischer RNA (Operon) der Bakterien.
Unerwartet wurde es gemeldet, dass ~70% der menschlichen Gene werden bidirektionell transkribiert,
mit Bildung sense und antisense Transkripte.
Konservative, langsam veränderliche RNA-Gene wurden mit Sequenz-abhängiger Funktion entdeckt;
man vermutete, dass die langsame genetische Veränderung tritt nur für Protein-Gene auf, da die
negative Selektion verhindert die Verbreitung mutanter Allelen.
Dies kollektiv führt zur Schlussfolgerung, dass die Gen-Definition radikal erneuert werden muss, und
die Zellen nicht mehr als Protein-, sondern RNA-Maschinen interpretiert werden können.
Proteine sind unfähig sich zu reproduzieren; die evolutionären Genetikern (Alexander Rich und Carl
Woese) vermuteten es, dass RNA-Autokatalyse ermöglichte RNA als Doppelfunktion-Träger zu sein:
Genetisches Material und Enzym für selbst-Reproduktion gleichzeitig. Experimentelle Beweise zeigen
es, dass die zwei Funktionen heute immer noch existieren: RNA-Viren besitzen RNA als Erbmaterial,
und RNA-Moleküle haben enzymatische Aktivität (Ribozyme). Die reverse, RNA-abhängige DNAPolymerase, die RNA-abhängige RNA-Polymerase auch Beispiele der neuen RNA-Welt sind. RNAMoleküle sind fest, biegen nicht wie Proteine, und Proteinflexibilität ermöglicht enorme
Funtionsvielfaltigkeit. Die hohe chemische Stabilität der DNA tut sie einen besseren Informationsträger.
EXTRA ANFORDERUNG
3. Vorlesung
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1a. RNAs
Die Struktur der RNA
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Die primäre Struktur der RNA bestimmt die Nukleotidsequenz. Die RNA-Struktur ähnelt an DNA mit
der bekannten Unterschiede (T statt U, Desoxyribose anstelle von Ribose, RNA ist einzelsträngig). Die
RNA Sekundärstruktur besteht durch intramolekularen Wasserstoffbrücken, d.h. dass die Kette in
mehreren Stellen innerhalb des Moleküls Komplementer ist, und diese Punkte durch
Wasserstoffbindungen verknüpft sind. Bemerkung: Nicht nur tRNAs eine sekundäre Struktur besitzen,
sondern alle RNA-Arten, einschließlich mRNAs.
ATP
Einer Version der RNA-Nukleotide (AMP, Adenosinmonophosphat) Adenosin Triphosphat ist, wird in
der Zelle als direkter Energiespeicher verwendet.
RNA-Arten
DNA und RNA sind Nukleinsäuren, aber unterscheiden sich durch ihrer Zusammensetzung: Die ZuckerPhosphat Wirbelsäule der RNA Molekülen enthält Ribose (daher stammt der Name), und Uracil ersetzt
das Pyrimidin Thymin. Zusätzlich, RNA ist einzelsträngig; doppelsträngige RNA befindet sich in Viren,
wie z.B. Parvoviren. Die RNAs sind zahlreich in ihrer Sekundärstruktur, da innerhalb der Kette
Komplementarität auftritt. Proteinkodierende RNAs sind die Boten-RNAs (mRNA), die zweite Klasse
ist die nicht-kodierende RNA. Boten-RNAs tragen die genetische Information der Gene, liefern sie an
Ribosomen wo sie translatiert werden. Transfer-RNAs liefern die aktiviertenAminosäure an Ribosomgebundene mRNA, wo der Code der mRNA tritt in Wechselwirkung mit dem Anticodon der tRNA.
Ribosomale RNA Bestandteil mit Proteinen der Ribosomen ist, und spielen eine strukturelle Rolle.
Unter der nicht-kodierende tRNA und rRNA nehmen direkt im der Proteinsynthese teil. Die neulich
entdeckten RNA-Arten verschiedene Funktionen. MicroRNAs, endogene siRNAs und antisense RNAs
nehmen in genetischer Regulierung teil, die anderen reguliren Reifung der RNA, oder epigenetische
Prozesse. RNAs nehmen auch teil in Steuerung der DNA-Synthese, Protein-Export, und in der
Hemmung der Transposonsaktivität. Ribozyme besitzen Enzym-ähnliche katalytische Aktivität, z.B. in
RNA-Reifung.
EXTRA ANFORDERUNG
3. Vorlesung
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