RNA
RNA (ראשי תיבות באנגלית של ribonucleic acid, חומצה ריבונוקלאית; בתעתוק לעברית: רנ"א. לעיתים גם אר-אן-איי) היא מולקולה פולימרית, המורכבת מיחידות של נוקלאוטידים. ל-RNA תפקיד מרכזי במגוון תהליכים ביולוגים, בתהליכי תורשה, ביטוי ותרגום של המידע הגנטי. בחלק מהנגיפים הגנום כולו מקודד במולקולות RNA.
תאוריות מודרניות משערות כי ה-RNA היה ראשון החומרים התורשתיים.
מבנה ה-RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]מולקולת ה-RNA היא שרשרת נוקליאוטידים, המורכבים מבסיסים חנקניים, מזרחה ומהסוכר ריבוז. ההבדל בין הפולימרים בא לידי ביטוי במבנה הבסיס החנקני. מולקולות RNA מורכבות מארבעה סוגי בסיסים: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G) ואורציל (U), זאת בשונה ממולקולת DNA שבה יש תימין (T) במקום אורציל.
בניגוד למבנה הגדיל הכפול, האופייני בדרך כלל למולקולות DNA, לרוב RNA מצוי בטבע במבנה של גדיל בודד. עם זאת, גם ב-RNA ייתכן זיווג בסיסים, מה שמביא להיווצרות מבנים שניוניים בגדיל. כאשר שרשרת ה-RNA מתקפלת למבנים לולאתיים כתוצאה מזיווג הבסיסים בגדיל הבודד. למבנים שניוניים אלה תפקידים חשובים, בין השאר בבקרת השעתוק והתרגום.
בחלק מנגיפי ה-RNA, החומר הגנטי הוא RNA במבנה דו-גדילי (dsRNA).
RNA היא מולקולה לא יציבה בעלת זמן מחצית חיים קצר יחסית, שלא כמו DNA. הסיבה לכך נעוצה במבנה של שלד ה-RNA. בעוד שב-DNA בעמדה 2' שעל הריבוז יש מימן בלבד, ב-RNA נמצאת קבוצות כוהל המגיבה בקלות עם הזרחן שבשלד ה-RNA (ראו תרשים). קבוצת הכהל תוקפת את הזרחן בתגובה מסוג התמרה נוקלאופילית אינטרא-מולקולרית (תוך מולקולרית) אשר גורמת לפירוק הקשר הפוספו דיאסטרי המחבר את שרשרת ה-RNA. חוסר היציבות הזה גורם למחקר על ה-RNA להיות קשה יותר.
תפקידי ה-RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]ל-RNA מגוון של תפקידי בתהליכי יסוד בביולוגיה, וביניהם:
תעתוק
[עריכת קוד מקור | עריכה]
ערך מורחב – שעתוק (ביולוגיה)
המידע המקודד ב-DNA משמש ליצירת רצף RNA משלים, בתהליך הנקרא "תעתוק" או "שעתוק". בהמשך מולקולת ה-RNA הנושאת את המידע הגנטי נודדת לריבוזום ומתורגמת לחלבון.
לעיתים קרובות, מולקולת ה-RNA המתועתקת עוברת שחבור חליפי (חיתוך ועריכה מחדש) לפני התרגום.
תרגום לחלבון
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ערך מורחב – תרגום (ביולוגיה)
ה-RNA מתורגם לחלבון במבנה הריבוזום שבעצמו מורכב ממולקולת RNA לא מקודדות (rRNA). במהלך יצירת החלבון מוצמדת חומצת אמינו לכל קודון באמצעות מולקולת tRNA ליצירת הפולימר החלבוני.
שכפול DNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ערך מורחב – שכפול DNA
במהלך שכפול ה-DNA, מסונתזות מולקולות RNA קצרות המשמשות כתחל (פריימר), הנקשר לקצה הגדיל ומאפשר את התחלת סינתזת ה-DNA על ידי האנזים DNA פולימראז. התחל מפורק לאחר שהשלים את תפקידו.
תפקידים אנזימטיים ובקרת תעתוק
[עריכת קוד מקור | עריכה]ריבוזים הם מולקולות RNA המתפקדות כזרז (קטליזטור) בדומה לאנזימים. נמצא שלמולקלות RNA לא מקודדות יש גם תפקיד בבקרת תעתוק.
החומר הגנטי בנגיפי RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ערך מורחב – נגיף RNA
בנגיפים שונים משמש ה-RNA כחומר תורשתי, והם אינם מכילים DNA. ה-RNA בנגיפים עשוי להיות ליניארי או מעגלי, חד-גדילי או דו-גדילי. בחלק מהנגיפים, כדוגמת נגיפי השפעת, הגנום מצוי על מספר מקטעים נפרדים של RNA. ברטרו-וירוסים הווירוס שחודר לתא, יוצר העתק DNA של גנום ה-RNA בתהליך של תעתוק לאחור, ה-DNA המתועתק משתלב בגנום של הפונדקאי, והגנים שב-DNA מתועתקים ל-RNA ומתורגמים לחלבונים ויראליים.
סוגי RNA עיקריים
[עריכת קוד מקור | עריכה]ה-RNA בתא מחולק לכמה סוגים, לפי פעילותו או תפקידו.
- mRNA (קיצור של Messenger RNA) – מולקולת RNA המכילה את המידע שהיה קיים בגן מסוים ב-DNA והדרוש ליצירת חלבון מסוים. על פי הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית, רצף ספציפי ב-DNA מקודד לחלבון ספציפי, או מספר חלבונים. ה-mRNA הוא השליח הנושא את המידע שב-DNA לצורך תרגומו לחלבון.
- ncRNA (קיצור של non-coding RNA) – מולקולות RNA שאינן מקודדות לחלבון הנפוצות בתא. מולקולות אלו מחולקות לסוגים שונים על פי אופיין והפעילויות הביולוגיות בהן הן מעורבות, כמו תהליכי התרגום, עריכת הרנ"א, השחבור, הבקרה על ביטוי הגנים, הגנה על הגנום ועוד. להלן רשימה חלקית של סוגי ה־RNA:
- rRNA (קיצור של Ribosomal RNA) – מולקולה המהווה את אבני הבניין של הריבוזומים. RNA ריבוזומלי מהווה כ-80% מכלל ה-RNA ברוב התאים. ה-rRNA מורכב מ-RNA וחלבון כאחד, אך מחקרים הוכיחו כי דווקא ה-RNA מבצע את הפעילות האנזימטית של הריבוזומים - סינתזת חלבונים.
- tRNA (קיצור של Transfer RNA) – מולקולת עזר בסינתזת החלבונים. תפקיד ה-tRNA הוא להתאים את חומצות האמינו, שהן אבני הבניין של החלבונים, על פי הקוד הגנטי.
- lncRNA (קיצור של long non-coding RNA) – מולקולות RNA בעלות אורך מוגדל של מעל 200 בסיסים, המבקרות תהליכים רבים ומגוונים בתא.
- סוג נוסף, הוא snRNA (קיצור של small nuclear RNA), שהן מולקולות RNA קטנות בעלות תפקידים שונים בתא. לא ידוע עליהן הרבה, אך לאחרונה ההכרה בחשיבותן הולכת ומתגברת, וכך גם המחקר עליהן.
מודיפיקציות RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]מודיפיקציות RNA הן שינויים כימיים בנוקלאוטידים של רוב סוגי ה-RNA. השינויים יכולים להתרחש בבסיס החנקני, בסוכר הריבוז או בקשר המחבר בין הבסיס לריבוז. כיום, מוכרות יותר ממאה מודיפיקציות שעלולות להשפיע על קיפול ה-RNA, על קישור חלבונים, על יציבותו ועל תהליך התרגום. ב-tRNA הן תורמות לקיפול המולקולה ולדיוק בקריאת הקוד הגנטי. ב-rRNA הן מסייעות למבנה הריבוזום ולפעילות שלו. ב-mRNA הן יכולות להשפיע על שחבור התעתיק, על יציבותו, על קצב פירוקו ועל יעילות תרגומו.[1][2]
הבסיס הכימי למודיפיקציות RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]מודיפיקציות ב-RNA נוצרות בכמה מנגנונים כימיים. אחת המודיפיקציות הנפוצות היא מתילציה שבה אנזים מסוג מתילטרנספראז מוסיף קבוצת מתיל, CH3, לנוקלאוטיד. לרוב, קבוצת המתיל תעבור ממולקולת ה-SAM, אל הבסיס החנקני או לסוכר הריבוז של הנוקלאוטיד. לדוגמה במתילציה של עמדה 6 באדנין, קבוצת המתיל מתווספת לאטום החנקן שבעמדה 6 בבסיס ואילו במתילציית 2’-O היא נקשרת לחמצן שבעמדה 2 בסוכר הריבוז.[1]
מודיפיקציות אחרות משנות את מבנה הבסיס ללא הוספת קבוצה חיצונית. פסאודואורידין, שמתואר בסימן ψ, הוא איזומר של אורידין ומכיל את אותם האטומים, אך הקשר בין הבסיס לריבוז נמצא במיקום שונה. השינוי משפיע על קשרי המימן, האינטראקציה עם מים ועל יציבות המולקולה. די-הידרואורידין נוצר מחיזור של אורידין ומגביר את הגמישות המקומית של המולקולה.[1]
עיבוד ועריכת RNA
[עריכת קוד מקור | עריכה]מודיפיקציות כימיות נבדלות מעיבוד ומעריכת RNA. עיבוד RNA כולל תהליכים כגון שחבור שמסיר אינטרונים, חיתוך קצוות ה-RNA והוספת זנב פולי A ל-mRNA אאוקריוטי. עריכת RNA משנה את זהות הבסיסים של ה-RNA ולכן גם את רצף התעתיק לאחר יצירתו. לדוגמה, המרת אדנוזין לאינוזין בחלק מה-tRNA נחשבת כעריכת RNA[3]. הגבול בין עריכת ועיבוד RNA למודיפיקציות אינו תמיד חד. דוגמה נוספת היא הוספת ה-"G-Cap" בקצה ה-'5 של mRNA אאוקריוטי שנחשבת לתהליך של עיבוד RNA וגם למודיפיקציה כימית.[4]
