jest prawoskrętna, jeden pełny skręt helisy zajmuje 3,4 nm, a odległość mię-dzy dwiema sąsiednimi parami zasad wynosi 0,34 nm. Na jeden skręt helisy przypada około 10 par zasad. Splecione nici tworzą dwa rowki różnej szero-kości, nazywane rowkiem dużym i małym (rys. 3.8). Struktura taka ułatwia wiązanie swoistych białek do DNA.
Rysunek 3.8. Struktury przyjmowane przez podwójną helisę DNA. Na podstawie: http://en.wikipedia.org/wiki/DNA
W roztworze o dużym stężeniu soli, lub po dodaniu alkoholu, struktura DNA zmienia się i przechodzi w formę A. Jest ona również prawoskrętna, ale pełny skręt ma miejsce co 2,3 nm, więc na jeden obrót przypada 11 par zasad. Inną strukturą DNA jest forma Z, której szkielet fosforanowy przypomina zygzak. Jest to forma lewoskrętna: jeden obrót zajmuje 4,6 nm i przypada na niego 12 par zasad. Strukturę taką przybiera DNA w roztworach o dużym stężeniu soli lub w alkoholu, jeśli w sekwencji DNA przeważają pary G:C (rys. 3.8).
3.3 Struktura i funkcja RNA
Większość cząsteczek RNA występujących w komórce zachowuje formę jedno-niciową. RNA może jednak tworzyć struktury drugorzędowe, takie jak struk-tura spinki do włosów (ang. hairpin), czy strukstruk-tura spinki do włosów z pętlą (ang. stem-loop) (rys. 3.9). Główne klasy RNA to: mRNA (informacyjny RNA, ang. messenger RNA), tRNA (transferowy RNA, ang. transfer RNA) i rRNA (rybosomalny RNA, ang. ribosomal RNA). Główną funkcją tych klas RNA jest udział w syntezie białka. Ponadto, w komórce występuje tzw. nieko-dujący RNA (ncRNA, ang. non coding RNA), niezaangażowany w klasyczny sposób w proces translacji. Co ciekawe, szereg cząsteczek RNA wykazuje,
po-dobnie jak białka, zdolności katalityczne. Takie enzymatyczne cząsteczki RNA nazywane są rybozymami.
Rysunek 3.9. Struktura drugorzędowa RNA: (a) struktura spinki do włosów oraz (b) struktura spinki do włosów z pętlą. Na podstawie: http://www.web-books.com/ MoBio/Free/Ch3C.htm
3.3.1 Informacyjny RNA
Informacyjny (matrycowy) mRNA powstaje w procesie transkrypcji na mat-rycy DNA, i stanowi zapis informacji, który w dalszym etapie służy do syntezy białka (translacji). Trzy kolejne nukleotydy (kodon) w mRNA kodują jeden aminokwas lub stanowią sygnał stop dla syntezy białka (rys. 3.10).
Rysunek 3.10. Kolejność zdarzeń przy syntezie białka: na matrycy DNA powstaje mRNA w procesie transkrypcji, na matrycy mRNA syntetyzowane jest białko w pro-cesie translacji. Sekwencja mRNA jest komplementarna do nici matrycowej DNA, a identyczna z nicią kodującą (oprócz tego, że w RNA zamiast T występuje U). Przy zapisie sekwencji DNA podaje się jedynie sekwencję nici kodującej
3.3.2 Transferowy RNA
Cząsteczka transferowego (przenośnikowego) RNA (tRNA) składa się z 74-95 nukleotydów. Przybiera skomplikowaną strukturę drugorzędową podobną do listka koniczyny, w którym mniej więcej połowa nukleotydów jest sparowana (rys. 3.11). Niektóre z nukleotydów w cząsteczce tRNA są metylowane albo modyfikowane w inny sposób, np. dihydrourydyna (D), pseudourydyna (ψ)
3.3 Struktura i funkcja RNA 35
czy inozyna (I). Głównym zadaniem tRNA jest „przetłumaczenie” sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasów w peptydzie. Jest to moż-liwe dzięki temu, że w środkowej pętli tRNA umiejscowiony jest antykodon komplementarny do kodonu w mRNA, a koniec 3’ tRNA transportuje odpo-wiedni aminokwas przypisany do danego kodonu (powstaje swoisty aminoacy-lo-tRNA).
Rysunek 3.11. Struktura drugorzędowa tRNA. Na szaro zaznaczono nietypowe lub zmodyfikowane nukleotydy (m - metylowane). Antykodon jest trójką nukleoty-dów komplementarnych do kodonu w mRNA. Po związaniu aminokwasu w miejscu oznaczonym prostokątem powstała cząsteczka nazywana jest aminoacylo-tRNA
3.3.3 Rybosomy i rRNA
W komórkach prokariotycznych występuje rybosomalny RNA (rRNA) trzech typów: 23S, 5S i 16S. W komórkach ssaków natomiast są cztery typy rRNA: 28S, 5,8S, 5S i 18S (jednostka „S” oznacza Svedberg i jest miarą współczynnika sedymentacji). rRNA jest produkowany w jądrze i transportowany do cyto-plazmy, gdzie tworzy kompleks ze swoistymi białkami, budując rybosom. Ry-bosom w 2/3 zbudowany jest z RNA i w 1/3 z białka. U organizmów prokario-tycznych rybosom ma wielkość 70S; składa się z dwóch podjednostek: dużej
(50S) i małej (30S). Rybosom ssaków jest większy - ma 80S, a podjednostki odpowiednio 60S i 40S.
W czasie syntezy białka rybosom wiąże mRNA i tRNA w sposób przedsta-wiony na rys. 3.12. Tylko tRNA, który zawiera antykodon pasujący do kodonu w mRNA (znajdującego się centralnie pomiędzy jednostkami rybosomu), może się połączyć z kompleksem.
Rysunek 3.12. Kompleks mRNA-rybosom-aminoacylo-tRNA powstający w czasie syntezy białka
3.3.4 Małe niekodujące cząsteczki RNA
Poza omówionymi wyżej klasami RNA uczestniczącymi bezpośrednio w pro-cesach syntezy białka w komórkach produkowanych jest szereg innych klas RNA, tzw. małych niekodujących cząsteczek RNA. Należą do nich:
— snRNA, niskocząsteczkowy jądrowy RNA - o długości nieprzekraczającej 300 nt (ang. small nuclear RNA) - biorący udział w obróbce mRNA; — snoRNA, niskocząsteczkowy jąderkowy RNA (ang. small nucleolar RNA)
- kierujący modyfikacjami rybosomalnego RNA;
— miRNA (ang. micro RNA) i siRNA (ang. small/short interfering RNA) -regulujący ekspresję genów.
Szczególnym zainteresowaniem w ostatnich latach cieszą się cząsteczki siRNA, ze względu na to, że są w tej chwili rutynowo wykorzystywane w laboratoriach na całym świecie do wyciszania aktywności genów na poziomie mRNA. Zarów-no miRNA, jak i siRNA mają długość 18-25 nukleotydów, a ich efekt dzia-łania w komórce jest podobny (rys. 3.13). W literaturze nie ma zgodności co do definicji miRNA i siRNA. Przeważnie nazwę miRNA rezerwuje się dla czą-steczek produkowanych endogennie (czyli wewnątrz komórki), siRNA - dla do-starczonych do komórki z zewnątrz. miRNA powstaje z większego prekursora o skomplikowanej strukturze przestrzennej (pri-miRNA), transkrybowanego przez polimerazę RNA II (tę samą, która bierze udział w transkrypcji mRNA)
3.3 Struktura i funkcja RNA 37
Rysunek 3.13. Metabolizm miRNA i siRNA w komórce. Na podstawie: http://www.nature.com/cr/journal/v15/n11/fig_tab/7290371f1.html
w jądrze komórkowym. Transkrypt taki jest przycinany i transportowany do cytoplazmy, gdzie dociera w formie około 70-nukleotydowego pre-miRNA two-rzącego strukturę „stem-loop”. Po wycięciu pętli pozostaje dupleks miRNA. Parowanie zasad w dupleksie miRNA nie jest perfekcyjne i miRNA nie posiada 100% homologii sekwencji do docelowego mRNA. Natomiast siRNA powstaje bądź z dsRNA (ang. double standed RNA), bądź z shRNA (ang. small/short harpin RNA) pochodzącego z wirusów, transpozonów lub dostarczonych do komórki eksperymentalnie. Podobnie jak w przypadku miRNA, początkowo powstaje z nich dupleks siRNA, który jest jednak w 100% homologiczny do sekwencji docelowego mRNA. Dupleksy miRNA lub siRNA są rozdzielane do pojedynczych nici. Jedna z nici jest degradowana, druga zaś hamuje transla-cję z docelowego, homologicznego mRNA (miRNA), bądź degraduje mRNA (siRNA). Konsekwencją jest wyciszenie ekspresji odpowiedniego genu (nie po-wstaje kodowane przez niego białko). Hamowanie ekspresji związane z obec-nością miRNA może prawdopodobnie zachodzić również poprzez indukcję
epi-genetycznego wyciszenia genu (poprzez metylację histonów prowadzącą do kondensacji chromatyny).
Zjawisko wyciszania lub wyłączenia ekspresji genu przez dwuniciowy RNA o budowie i sekwencji zbliżonej do sekwencji DNA wyłączanego genu nazwa-no interferencją RNA (RNAi, ang. RNA interference). Mechanizm siRNA powstał najprawdopodobniej jako mechanizm obronny przed dwuniciowymi wirusami RNA (dsRNA). Natomiast miRNA są zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genów podczas rozwoju. Ocenia się, że miRNA biorą udział w regulacji 30% ludzkich genów.
Za odkrycie zjawiska interferencji RNA w 1998 roku amerykańcy naukowcy Andrew Z. Fire i Craig C. Mello otrzymali w 2006 roku Nagrodę Nobla w dzie-dzinie fizjologii i medycyny.