معلومة

3.4D: أنواع الحمض النووي الريبي - علم الأحياء

3.4D: أنواع الحمض النووي الريبي - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الحمض النووي الريبي هو الحمض النووي الذي يصنع البروتينات من الشفرة التي يوفرها الحمض النووي من خلال عمليات النسخ والترجمة.

أهداف التعلم

  • وصف بنية ووظيفة الحمض النووي الريبي

النقاط الرئيسية

  • تشمل قواعد النيتروجين في الحمض النووي الريبي الأدينين (A) والجوانين (G) والسيتوزين (C) واليوراسيل (U).
  • يحمل Messenger RNA (mRNA) الشفرة من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، بينما يحول نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) هذا الرمز إلى شكل قابل للاستخدام.
  • الريبوسومات هي المواقع التي يجمع فيها الحمض الريبي النووي النقال البروتينات.
  • يختلف الحمض النووي الريبي عن الحمض النووي في كونه منفردًا ، وله اليوراسيل بدلاً من الثايمين ، ويحمل رمزًا لصنع البروتينات بدلاً من توجيه جميع وظائف الخلية ، ويحتوي على ريبوز كسكر مكون من خمسة كربون بدلاً من ديوكسيريبوز.

الشروط الاساسية

  • كودون: تسلسل من ثلاثة نيوكليوتيدات متجاورة ، والتي تشفر لحمض أميني معين أثناء تخليق البروتين أو ترجمته
  • النسخ: تخليق الحمض النووي الريبي تحت إشراف الحمض النووي

هيكل ووظيفة الحمض النووي الريبي

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الوراثية الموجودة في جميع الكائنات الحية ويوجد في نواة حقيقيات النوى وفي البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى ، لا يكون الحمض النووي محاطًا بغلاف غشائي.

النوع الآخر من الحمض النووي ، RNA ، يشارك في الغالب في تخليق البروتين. تمامًا كما هو الحال في الحمض النووي ، يتكون الحمض النووي الريبي من مونومرات تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية ، سكر بنتوز (خمسة كربون) يسمى ريبوز ، ومجموعة فوسفات. ترتبط كل قاعدة نيتروجينية في نوكليوتيد بجزيء سكر ، والذي يرتبط بمجموعة أو أكثر من مجموعات الفوسفات.

في RNA ، تختلف القواعد النيتروجينية قليلاً عن تلك الموجودة في الحمض النووي. Adenine (A) و Guanine (G) و cytosine (C) موجودة ، ولكن بدلاً من الثايمين (T) ، أزواج بيريميدين تسمى uracil (U) مع الأدينين. الحمض النووي الريبي هو جزيء واحد تقطعت به السبل ، مقارنة باللولب المزدوج للحمض النووي.

لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبدًا ولكنها تستخدم وسيطًا للتواصل مع بقية الخلية. هذا الوسيط هو الرسول RNA (mRNA). عند الحاجة إلى صنع البروتينات ، يدخل mRNA النواة ويلصق نفسه بأحد خيوط الحمض النووي. كونها مكملة ، فإن تسلسل قواعد النيتروجين في الحمض النووي الريبي هو عكس تسلسل الحمض النووي. هذا يسمى النسخ. على سبيل المثال ، إذا كان شريط DNA يقرأ TCCAAGTC ، فإن خيط mRNA سيقرأ AGGUUCAG. ثم يحمل الرنا المرسال الشفرة من النواة إلى عضيات تسمى الريبوسومات لتجميع البروتينات.

بمجرد وصول الرنا المرسال إلى الريبوسومات ، فإنها لا تقرأ التعليمات مباشرة. بدلاً من ذلك ، يحتاج نوع آخر من الحمض النووي الريبي يسمى نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) إلى ترجمة المعلومات من الحمض النووي الريبي إلى شكل قابل للاستخدام. يرتبط الحمض الريبي النووي النقال بـ mRNA ، ولكن مع أزواج القاعدة المعاكسة. ثم يقرأ التسلسل في مجموعات من ثلاث قواعد تسمى الكودونات. كل ترتيب ممكن من ثلاثة أحرف لـ A ، C ، U ، G (على سبيل المثال ، AAA ، AAU ، GGC ، إلخ) هو تعليمات محددة ، وتطابق هذه التعليمات والأحماض الأمينية تُعرف باسم "الشفرة الجينية". على الرغم من وجود استثناءات أو اختلافات في الشفرة ، إلا أن الشفرة الجينية القياسية صحيحة في معظم الكائنات الحية.

يعمل الريبوسوم مثل المشبك العملاق ، حيث يحافظ على جميع اللاعبين في مواقعهم ، ويسهل كل من إقران القواعد بين الرنا المرسال ونقل الحمض النووي الريبي ، والترابط الكيميائي بين الأحماض الأمينية. يحتوي الريبوسوم على وحدات فرعية خاصة تُعرف باسم RNAs الريبوسوم (rRNA) لأنها تعمل في الريبوسوم. لا تحمل هذه الوحدات الفرعية تعليمات لصنع بروتينات معينة (أي أنها ليست مرسال RNAs) ولكنها بدلاً من ذلك جزء لا يتجزأ من آلية الريبوسوم المستخدمة في صنع البروتينات من mRNAs. يُعرف صنع البروتينات عن طريق قراءة التعليمات في mRNA عمومًا باسم "الترجمة".


تاريخ بيولوجيا الحمض النووي الريبي

ظهرت العديد من الاكتشافات الرئيسية في علم الأحياء من دراسات الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، بما في ذلك العمل الأساسي في مجالات الكيمياء الحيوية ، وعلم الوراثة ، وعلم الأحياء الدقيقة ، والبيولوجيا الجزيئية ، والتطور الجزيئي ، والبيولوجيا الهيكلية. اعتبارًا من عام 2010 ، حصل 30 عالمًا على جوائز نوبل للعمل التجريبي الذي يتضمن دراسات الحمض النووي الريبي. تمت مناقشة الاكتشافات المحددة ذات الأهمية البيولوجية العالية في هذه المقالة.

للحصول على معلومات ذات صلة ، راجع المقالات حول تاريخ البيولوجيا الجزيئية وتاريخ علم الوراثة. للحصول على معلومات أساسية ، راجع المقالات حول الحمض النووي الريبي والحمض النووي.


أنواع الحمض النووي الريبي (Ribonucleic Acid) | الكيمياء الحيوية

هناك العديد من أنواع الرنا ، ولكن ثلاثة أنواع منها موصوفة هنا: 1. RNA Ribosomal (rRNA) 2. Messenger RNA (mRNA) 3. نقل RNA (tRNA).

اكتب رقم 1. RNA Ribosomal (rRNA):

يتم تصنيع الحمض النووي الريبي غير الوراثي في ​​قالب الحمض النووي وهي موجودة في النواة والسيتوبلازم. لذلك ، فإن التسلسلات الأساسية للرنا الريباسي وجزء من الحمض النووي حيث يتم تصنيعهما مكملان. في بدائيات النوى ، يتشكل الرنا الريباسي على جزء من الحمض النووي يسمى الحمض النووي الريبوزومي ، بينما في حقيقيات النوى تتشكل في النواة التي تحتوي على الحمض النووي.

تم العثور على rRNAs في الريبوسومات وتمثل 40-60٪ من الوزن الجاف. بشكل عام ، يمثل حوالي 80 ٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي للخلية. يتكون الريبوسوم من بروتينات و RNA. الريبوسومات من أنواع مختلفة مثل 8OS (موجودة في حقيقيات النوى) و 55S (توجد في الميتوكوندريا للفقاريات).

تتكون ريبوسومات 70S من بدائيات النوى من وحدتين فرعيتين ، 5OS و 30S. تحتوي الوحدة الفرعية SOS على 23S و 5S rRNA ، بينما تتكون الوحدة الفرعية 30S من 16S rRNA.

يتكون الريبوسوم 8OS من وحدة فرعية 60S و 40S. تختلف أنواع الرنا الريباسي في كل من الوحدات الفرعية للنباتات عن تلك الخاصة بالحيوانات (الجدول 5.6).

الرنا الريباسي عبارة عن جزيء منفرد مجدول ملتوي في نقاط معينة لتشكيل مناطق حلزونية. في المنطقة الحلزونية ، تكون معظم أزواج القاعدة مكملة وترتبط بروابط هيدروجينية. تفتقر المناطق المنفردة التي تقطعت بهم السبل غير الملتفة إلى القواعد التكميلية. لذلك ، في الرنا الريباسي نسبة البيورين: بيريميدين ليست متساوية. يوجد الرنا الريباسي في خلية حية لحوالي جيلين.

اكتب # 2. Messenger RNA (mRNA):

يتم نسخ mRNA في قالب الحمض النووي ، وبالتالي ، يحمل المعلومات الجينية & shytion من الحمض النووي. لأول مرة ، اقترح فرانسيس جاكوب وجاك مونود (1961) اسم mRNA لحمل نسخ الحمض النووي لتخليق البروتين على الريبوسومات.

يتراوح إجمالي عدد الرنا المرسال في الخلية من 5 إلى 10 ٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي الخلوي لأن أنواع الرنا المرسال قصيرة العمر حيث يتم تقسيمها إلى ريبونوكليوتيدات بواسطة إنزيم ريبونوكلياز. في الإشريكية القولونية ، تبقى بعض الرنا المرسال على قيد الحياة لمدة دقيقتين فقط. لذلك ، لا تحتوي الخلية على كمية عالية من mRNA في وقت واحد. في المقابل ، فإن mRNAs من حقيقيات النوى مستقرة التمثيل الغذائي.

حجم mRNA يختلف. يحتوي أصغر بروتين على حوالي 50 من الأحماض الأمينية (50 × 3 = 150 نيوكليوتيدًا ضروريًا لمول و shyecules أحادي الكسترة). عادةً ما يحتوي البروتين على 300-600 من الأحماض الأمينية (900- 1800 نوكليوتيد طويل مرنا). في بدائيات النوى ، يكون الرنا المرسال متعدد الكريات أكثر شيوعًا من الرنا المرسال أحادي الكسترة ويحتوي على 3000-8000 نيوكليوتيدات. يحتوي الرنا المرسال متعدد الكريات عادة على 10 قواعد متوالية طويلة تسمى الفواصل.

معامل الترسيب للـ mRNA هو 8S ومتوسط ​​الوزن الجزيئي يتراوح من 500،000 إلى 1،00،000. نظرًا لأنها تمثل جينًا ، يتغير طولها ووزنها الجزيئي لأن الجين يحتوي على 100 إلى 1500 نيوكليوتيد. يتم نسخ mRNAs بواسطة الجينات ، وبالتالي فإن mRNA الفردي يمثل جينًا واحدًا.

لذلك ، في الخلية سيكون هناك الكثير من mRNA مثل الجينات ، ويختلف كل mRNA عن بعضها البعض. استعرض تايلور (1979) عزل mRNAs حقيقية النواة. أعطى Kozak (1983) حسابًا مقارنًا لبدء تخليق البروتين في بدائيات النوى وحقيقيات النوى والعضيات.

قد يبدأ بدء تخليق أول سلسلة عديد ببتيد من مرنا متعدد الكريات بمئات النيوكليوتيدات من نهاية 5 & # 8242. يسمى قسم RNA غير المترجم قبل منطقة التشفير القائد. عادةً ما يتم تكوين التسلسلات غير المترجمة عند النهايتين 5 & # 8242 و 3 & # 8242.

نظرًا لأن mRNAs تظل دائمًا في شكل واحد تقطعت به السبل ، فقد تعطل النشاط البيولوجي بعد لفها. ومع ذلك ، فإن الملفات تفتقر إلى القواعد التكميلية. ناقش Kozak (1991) السمات الهيكلية في mRNAs حقيقية النواة التي تعدل بدء الترجمة.

يظهر هيكل mRNA بدائية النواة وحقيقية النواة في الشكل 5.12 (A-C) ومناقشته أدناه:

في معظم حقيقيات النوى وفيروسات الحيوانات ، تحتوي نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 على غطاء يتكون بعد مثيلة أي من أربعة نيوكليوتيدات. على سبيل المثال ، يحتوي mRNA على m7G (5 & # 8242) ppp (5 & # 8242) N حيث m7G هو methylguanosine و (5 & # 8242) ppp (5 & # 8242) يمثل 5-5 & # 8242 ثلاثي فوسفات مرتبط بقاعدة (N ) في 5 & # 8242 النهاية. يرتبط mRNA بالريبوسوم بمساعدة هذا الغطاء. لذلك ، فإنه يتحكم في تخليق البروتين.

لا يحتوي مرنا البكتيري على غطاء 5 & # 8242. بدلاً من ذلك ، تحتوي على موقع ارتباط محدد للريبوسوم يبلغ طوله حوالي ستة نيوكليوتيدات يحدث في عدة أماكن في جزيئات الرنا المرسال. توجد هذه في 4 نيوكليوتيدات المنبع من الجامعة الأمريكية بالقاهرة. في الرنا المرسال البكتيري قد يكون هناك العديد من مواقع ربط الريبوسوم تسمى تسلسلات Shine-Dalgarno في الجزء الداخلي من سلسلة mRNA ، كل منها ينتج عنه تخليق بروتين مختلف.

(2) المناطق غير المشفرة:

هناك منطقتان غير مشفرتين أولاً يليهما الغطاء والثاني يتبعه رمز الإنهاء. تبلغ المنطقة غير المشفرة (NCI) حوالي 10-100 نيوكليوتيد طويلة وغنية بمخلفات A و G ، بينما يبلغ طول NC2 50-150 نيوكليوتيدات وتحتوي على بقايا AAUAAA. كلا المنطقتين غير المشفرة لا تترجم البروتين.

(3) بدء كودون:

في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، يوجد كودون البدء (AUG) الذي يبدأ تخليق البروتين. الريبوسومات البكتيرية ، على عكس الريبوسومات حقيقية النواة ، ترتبط مباشرة لبدء الكودونات في الجزء الداخلي من الرنا المرسال لبدء تخليق البروتين.

(رابعا) منطقة الترميز:

إنها أهم منطقة في mRNA حيث يبلغ طولها حوالي 1500 نيوكليوتيد. تترجم هذه المنطقة سلسلة طويلة من البروتين بعد ربطها بالعديد من الريبوسومات. يسمى الجمع بين حبلا الرنا المرسال مع العديد من الريبوسومات عديد الريبوسوم.

لذلك ، يُطلق على mRNAs البكتيرية عادةً اسم mRNA متعدد الكريات ، أي أنها تشفر بروتينات متعددة يتم ترجمتها بشكل منفصل من جزيء mRNA نفسه. عادةً ما تكون mRNAs حقيقية النواة أحادية النواة ، أي يتم ترجمة نوع واحد فقط من سلسلة polypeptide لكل جزيء mRNA.

(الخامس) كودون الإنهاء:

كود الإنهاء مطلوب لإعطاء إشارة لإيقاف تخليق البروتين. في حقيقيات النوى ، رموز الإنهاء هي UAA أو UAG أو UGA التي تنهي عملية الترجمة ، أي عملية تخليق البروتين.

(6) تسلسل بولي (أ):

NC2 يليه تسلسل بولي (A) في mRNA حقيقية النواة. تفتقر mRNAs بدائية النواة إلى بولي (A). توجد متواليات عديد الأدينيلات أو بولي (A) من 200-250 نيوكليوتيدات في 3 & # 8217OH نهاية mRNA. تتم إضافة متواليات بولي (A) عندما يكون mRNA موجودًا داخل النواة ، ووظيفة تسلسل بولي (A) في الترجمة غير معروفة.

اكتب # 3. RNA الناقل (tRNA) أو RNA القابل للذوبان (sRNA):

يوجد عشرون نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة اللازمة لتخليق البروتين في السيتوبلازم. قبل الانضمام إلى حمض أميني مناسب معًا لتكوين البروتين ، يتم تنشيطهما عن طريق الارتباط بـ RNA. يتم استيفاء متطلبات الطاقة للتنشيط من ATP.

RNA القادر على نقل حمض أميني من تجمع الأحماض الأمينية ، يمتلك القدرة على الاندماج مع حمض أميني واحد فقط في وجود إنزيم ، aminoacyl tRNA synthetase ، ويتعرف على كودون mRNA ، يسمى tRNA أو sRNA.

لكل حمض أميني هناك tRNA مختلف. من المحتمل وجود 20 tRNAs مختلفًا في السيتوبلازم. ولكن في عدة حالات يوجد أكثر من نوع واحد من الحمض الريبي النووي النقال لكل حمض أميني. لذلك ، هناك جزيئات من الحمض النووي الريبي (tRNAs) أكثر من الأحماض الأمينية. على سبيل المثال ، تم العثور على حوالي 100 نوع من الحمض الريبي النووي النقال في الخلية البكتيرية.

يحتوي mRNA على رموز لكل من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى كودون والتي تحدد حمض أميني واحد. تقرأ جزيئات الحمض الريبي النووي النقال الرسالة المشفرة على الرنا المرسال. لذلك ، تعمل جزيئات الحمض الريبي النووي النقال كمترجم للشفرة الجينية.

يذوب الحمض الريبي النووي النقال في السيتوبلازم ويكون أصغر من أن يترسب حتى عند 1،00،000 جم. يتراوح وزنه الجزيئي من 25000 إلى 30000 د ، ومعامل الترسيب 3.85. يمثل 10-20 ٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي السيتوبلازمي. يتم تصنيعها في النواة على قالب DNA بنسبة 0.025٪ فقط من إجمالي الحمض النووي في نهاية مرحلة الانقسام.

نظرًا لأن تصنيع الحمض النووي الريبي (tRNA) انتهى في قالب الحمض النووي ، تتم إضافة جزء من الريبونوكليوتيد (5 & # 8217CCA3 & # 8242) إلى نهاية 3 & # 8242 لكل جزيء بغض النظر عن تقارب الأحماض الأمينية ، بواسطة إنزيم فوسفوريلاز الحمض النووي الريبي. إنها السمة الخاصة للـ tRNA مقارنة بـ mRNA و rRNA.

تحتوي جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) على حوالي 70-93٪ نيوكليوتيدات مرتبة في خيط واحد عند أطراف 5 → 3 & # 8242. هذا sstRNA يشكل خيوط dou & shyble في مناطق معينة مع حلقة واحدة تقطعت بهم السبل. تنتهي النهاية 3 & # 8242 بتسلسل & # 8211 CCA وتنتهي 5 & # 8242 بـ G أو C.

بالإضافة إلى القواعد A و G و C و U الموجودة في الحمض الريبي النووي النقال ، توجد أيضًا قواعد غير عادية معينة. هذه القواعد غير العادية غائبة في الرناوات الأخرى. تتشكل القواعد غير المعتادة عن طريق تعديل كيميائي محدد مثل إضافة الميثيل (-CH3) مجموعة لتشكيل 3-ميثيل سيتوزين أو 1-ميثيل جوانوزين ، نزع أمين الأدينوزين إلى إينوزين ، اختزال اليوراسيل إلى ديهيدروراسيل أو إعادة ترتيب اليوراسيل إلى يوراسيل زائف.

القواعد الأخرى غير المعتادة هي ميثيل جوانين (Gme) ، ثنائي ميثيل جوانين (GMe2) ، ميثيل سيتوزين (Cme) ، ريبوثيمين (T) ، بسودوريدين (Ѱ) ، ديهيدروريدين (DHU ، H2يو ، يو2) ، إينوزين (أنا) وميثيلينوسين (إم إي).

معظم زوج القواعد وفقًا لنموذج Watson and Crick & # 8217s ولكن القواعد غير المعتادة لا تحدث بسبب إحداث تغييرات بسبب الاستبدال أو التغييرات في تلك المواقف التي تشارك في الترابط الهيدروجيني. تحمي القواعد غير المعتادة جزيئات الحمض النووي الريبي من الانهيار بواسطة RNAase. وبالتالي ، يتم تشكيل العديد من الحلقات المزدوجة غير القاعدية في الحمض الريبي النووي النقال.

نموذج أوراق البرسيم من الحمض الريبي النووي النقال:

لأول مرة أعد R. Holley (1968) نموذج أوراق البرسيم لخميرة tRNA alanine (tRNA ala) والذي يتضمن العديد من الوظائف المعروفة للـ tRNA. لقد تم قبول هذا النموذج بشكل جيد.

يظهر نموذج أوراق البرسيم النموذجي في الشكل 5.13 والذي يكشف عن الميزات التالية:

(ط) يتم ثني سلسلة عديد النوكليوتيد المفردة لكل جزيء الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على نفسها لتشكيل خمسة أذرع على سبيل المثال ذراع القبول ، ذراع DHU ، ذراع anticodon ، ذراع متغير وذراع T | / C. يتكون الذراع من ساق وحلقة. باستثناء الذراع المستقبلة ، تتكون الأذرع الأخرى من الجذع والحلقة الخاصة بكل منهما.

(2) يتكون جذع المستقبل من 7 أزواج أساسية و 4 قواعد غير متزاوجة ، وتحتوي القواعد غير المزاوجة على ثلاث قواعد CCA وبيورين متغير رابع (A أو G) عند نهاية 3 & # 8242 أو سلسلة بولي نيوكليوتيد. آخر بقايا ، حمض أدينيليك (أ) يعمل كموقع ارتباط بالحمض الأميني. تحتوي نهاية الحمض النووي الريبي رقم 5 & # 8242 إما على (G) أو (C).

(3) حلقة DHU (dihydrouridine) تشكل 7-12 قاعدة غير متزاوجة ، وتعمل كموقع للتعرف على إنزيم تنشيط إنزيم aminoacyl tRNA synthetase. يتكون من إجمالي 15-18 نيوكليوتيد (3-4 أزواج قاعدية و7-11 قواعد غير مقترنة) في الحلقة. يحتوي على منطقتين متغيرتين a و P على جانبي مخلفات الجوانين. تحتوي هاتان المنطقتان على 1-3 نيوكليوتيدات ، غالبًا بيريميدين.

(4) تحتوي جميع جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) على أكواد نيوكليوتيد ثلاثية مختلفة على حلقة anticodon. ويسمى أيضًا موقع التعرف على الكودون أو موقع التعرف على الكودون. وهو مكمل للكودون الثلاثي المقابل لجزيء الرنا المرسال.

يتكون جذع أنتيكودون من 5 أزواج قاعدية ، وتحتوي الحلقة المضادة للشيخوخة على 7 نيوكليوتيدات غير مقترنة. تعمل النيوكليوتيدات الثلاثة الوسطى كمضاد للكودون الذي يحدد ثلاث قواعد تكميلية لجزيء الرنا المرسال. يوجد بورين معدل للغاية (HPu) على السلسلة الجانبية 3 & # 8242 من anticodon.

(5) يمتلك الحمض الريبي النووي النقال أيضًا ذراع TѰC يتكون من ساق من 5 أزواج أساسية وحلقة من 7 قواعد غير متزاوجة بما في ذلك pseudouridine. تتكون حلقة TΨC من تسلسل TΨC في الاتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242. يحتوي ذراع TΨC على موقع للتعرف على الريبوسوم ويربط جزيئات الحمض الريبي النووي النقال بالريبوسوم.

(6) في بعض tRNAs ذات السلسلة الطويلة ، يوجد ذراع متغير لذراع إضافي بين ذراع anticodon وذراع TΨ. قد يحتوي الذراع المتغير على ساق وقد لا يحتوي. يكشف الرسم المجهري الإلكتروني عن بنية ثلاثية من الحمض الريبي النووي النقال حيث يتم تشكيل الأطراف المختلفة بشكل منفصل بواسطة المستقبل ، ويمكن رؤية أذرع TΨC و DHU وذراع مضاد الكودون (الشكل 5.14). توجد هذه الأطراف المكونة من روابط هيدروجينية بين القواعد والعمود الفقري للريبوز والفوسفات ، وبين بقايا العمود الفقري.

يُطلق على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يبدأ تخليق البروتين البادئ tRNA. يختلف الحمض الريبي النووي الريبي البادئ لحقيقيات النوى عن بدائيات النوى. يحدد الحمض النووي الريبي الميثيونين باعتباره الحمض الأميني الأولي في تخليق البروتينات حقيقية النواة و N-formyl methionine في بدائيات النوى. لذلك ، فإن الحمضين الريبيين النوويين الخاصين بهذين الأحماض الأمينية هما methionyl tRNA (tRNA / -met). يختلف هذان الحمض النووي الريبي عن بعضهما البعض.


يوفر بيولوجيا الحمض النووي الريبي مفتاحًا لهوية الخلية وصحتها

حلقة دبوس الشعر من pre-mRNA. تسليط الضوء على القواعد النووية (الخضراء) والعمود الفقري الريبوز-فوسفات (الأزرق). لاحظ أن هذا هو خيط واحد من الحمض النووي الريبي ينثني مرة أخرى على نفسه. الائتمان: فوسمان / ويكيبيديا

ورقتان في أبحاث الجينوم من قبل FANTOM Consortium قدمت رؤى جديدة حول الشبكات التنظيمية الأساسية التي تحكم أنواع الخلايا في أنواع الفقاريات المختلفة ، ودور RNA كمنظمين لوظيفة الخلية وهويتها.

تأسس اتحاد FANTOM في RIKEN قبل عقدين من الزمن لتجاوز علم الجينوم وفحص الحمض النووي الريبي المعروف باسم الترنسكريبتوم. يعد فهم الترنسكربيتوم أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مزيد من التقدم في علم الأحياء لأنه على الرغم من أن الخلايا في أجسامنا تشترك في نفس الحمض النووي الجيني ، إلا أن تنوعها يُعزى إلى تكوين الحمض النووي الريبي الخاص بها ، مع تحديد أكثر من 400 نوع والعديد من المعتقدات موجودة. وبالتالي ، فإن فهم كيفية التعبير عن الحمض النووي الريبي هو مفتاح لفهم كيف يؤسس كل نوع خلية وظيفته المميزة ، وتشكله ، وسلوكه من خلال تنشيط برامج نسخ محددة. استندت كلتا الدراستين المنشورتين اليوم إلى تقنية CAGE التي تم تطويرها في RIKEN لتحديد ملف النسخ باستخدام أجهزة التسلسل من الجيل التالي.

تقارن الدراسة الأولى (Alam et al.) بيانات النسخ من مطابقة أنواع الخلايا الأولية في الإنسان ، والفأر ، والفئران ، والكلاب ، والدجاج. بينما وجدت المجموعة أن النسخة التي تم قياسها بواسطة CAGE لنفس نوع الخلية تختلف اختلافًا ملحوظًا بين الأنواع ، فقد حددوا شبكة تنظيمية أساسية تحدد كل نوع خلية شائع بين الأنواع. بشكل عام ، تم العثور على منتجات ترميز الجينات المشاركة في بيولوجيا الحمض النووي الريبي في نواة الخلية لتنشيط باستمرار في نفس نوع الخلية بغض النظر عن الأنواع. وفقًا لميشيل دي هون ، المؤلف المقابل للورقة البحثية ، "لقد حددنا الجينات التي تعمل داخل النواة والتي تم الحفاظ على استخدامها لمئات الملايين من السنين من التطور. ومن ناحية أخرى ، فإن الجينات التي تعمل بشكل أساسي في الاتصال بين الخلايا قد تباعدت و تم استخدامها بشكل مختلف في الأنواع المختلفة ، مما يعني أن النمط الظاهري المميز لكل نوع يرجع إلى حد كبير إلى الطريقة المحددة التي تتواصل بها الخلايا في الكائن الحي مع بعضها البعض ".

الدراسة الثانية (Ramilowski J.، Yip CW.، et al.) ، وهي جزء من FANTOM 6 - الإصدار الأخير من المشروع - نظرت في RNAs البشرية الطويلة غير المشفرة ، والتي تفوق عدد الجينات المشفرة للبروتين في الثدييات ولكن وظيفتها هي لا يزال غير مفهوم. استهدف الباحثون بشكل انتقائي ما يقرب من 300 من الحمض النووي الريبي غير المشفر طويلًا لقمع الخلايا الليفية البشرية باستخدام نظام آلي للروبوتات ، وجمعوا تصوير الخلايا الحية مع CAGE لمراقبة كيفية استجابة الخلايا على المستويين الخلوي والجزيئي. أكد جاي شين ، أحد مؤلفي هذه الدراسة ، على أنه "كان من الأهمية بمكان أتمتة جهودنا قدر الإمكان لتقليل التحيزات في تصميمنا التجريبي ، وتحديد أي شيء باقٍ وتصحيحه بسرعة." بناءً على التحليل ، وجد أن أكثر من 25 بالمائة من الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر يؤثر على نمو الخلايا وتشكلها ، فضلاً عن هجرة الخلايا ، وهو أمر مهم في السرطان. من المثير للدهشة أن استهداف الأشكال الإسوية المختلفة (المتغيرات) لنفس الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر أدى إلى أنماط ظاهرية خلوية وجزيئية مختلفة بشكل عميق ، مما أدى إلى تخمين مغري بأن كل شكل إسوي طويل من الحمض النووي الريبي غير المشفر تنتجه خلية قد يكون له وظيفته التنظيمية المحددة. .

وفقًا لجوردان راميلوفسكي ، أحد المؤلفين الأوائل للدراسة ، فإن "التنميط العميق للقفص للحالة الجزيئية للخلايا بعد قمع كل RNA طويل غير مشفر سمح لنا بإجراء تحليل وظيفي للـ RNAs الطويلة غير المشفرة في وقت غير مسبوق المستوى ، ويوفر موردًا قيمًا لإجراء تحقيق مفصل وفهم لبيولوجيا الحمض النووي الريبي وتطبيقه المحتمل لتعزيز صحة الإنسان ".

علق بييرو كارنينشي قائلاً: "على الرغم من أن هذا لا يزال مشروعًا تجريبيًا ، إلا أن النتائج تظهر مشاركة lncRNAs في مجموعة واسعة من العمليات والوظائف الخلوية ، مما يجعل من الممكن توسيع هذه الدراسات إلى عدد أكبر من الخلايا و lncRNAs. نحن متحمسون لنرى أن هذه RNAs ، التي غالبًا ما تُعتبر "غير مرغوب فيها" عند اكتشافها منذ حوالي 15 عامًا ، غالبًا ما أثبتت فعاليتها. ونعتقد أيضًا أن التسمية يجب أن تتحول من "غير مشفر" إلى المصطلحات التي تعكس دورها بشكل أفضل ، مثل "RNAs التنظيمية" أو "RNAs الهيكلية".

Yulong Song et al. تشكل أزواج ميرنا المعنى والمضاد المعنى دائرة تنظيمية متبادلة متقنة ، أبحاث الجينوم (2020). DOI: 10.1101 / gr.257121.119


يحدد علماء الحمض النووي الريبي العديد من الجينات المشاركة في تطور الخلايا العصبية

تنتج الخلايا العصبية من سلسلة معقدة للغاية وفريدة من نوعها من انقسامات الخلايا. على سبيل المثال ، في ذباب الفاكهة ، تبدأ العملية بالخلايا الجذعية التي تنقسم إلى خلايا أم (خلايا سلفية) ، والتي تنقسم بعد ذلك إلى خلايا سليفة تصبح في النهاية خلايا عصبية.

قام فريق من جامعة ميشيغان (UM) بقيادة نايجل ميتشكي ، طالب دراسات عليا ، والأستاذ المساعد Dawen Cai في أقسام الفيزياء الحيوية (LS & ampA) وعلم الأحياء الخلوي والنمو في كلية الطب ، بتحديد العديد من الجينات المهمة في تطور الخلايا العصبية لذباب الفاكهة ، ولم يتم وصف ذلك من قبل في هذا السياق.

نظرًا لأنه يتم حفظ العديد من الجينات عبر الأنواع مثل ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة) والفئران والبشر ، فإن ما يتم تعلمه في الذباب يمكن أيضًا أن يكون بمثابة نموذج لفهم الأنواع الأخرى بشكل أفضل ، بما في ذلك البشر. "الآن بعد أن عرفنا أي الجينات تشارك في هذا الشكل من تكوين الخلايا العصبية في الذباب ، يمكننا البحث عنها في الأنواع الأخرى واختبارها. إننا نعمل على العديد من الكائنات الحية في UM ولدينا القدرة على الاستجواب عبر الكائنات الحية ، "يشرح ميشكي. ويضيف ميتشكي: "في رأيي ، فإن العمل الذي قمنا به هو واحد من العديد من القطع التي ستفيد الأعمال الأخرى التي ستعلم المرض". "هذا هو السبب في أننا نجري بحثًا تأسيسيًا مثل هذا البحث."

يشيع استخدام الذباب أيضًا في العديد من أنواع الأبحاث المختلفة التي قد تستفيد من وجود قائمة أكثر شمولاً بجينات الذباب مع الأدوار المرتبطة بها في تطوير الخلايا العصبية.

الاكتشاف

تتكون الخلايا العصبية من خلايا جذعية تتكاثر بشكل كبير قبل أن تصبح خلايا عصبية. في الدماغ البشري ، العملية معقدة للغاية ، وتشمل بلايين الخلايا. في دماغ الذبابة ، تكون العملية أبسط بكثير ، حيث تحتوي على حوالي 200 خلية جذعية للدماغ بأكمله. يسمح المقياس الأصغر بإجراء تحليل دقيق لعملية انقسام الخلايا العصبية من البداية إلى النهاية.

في الذباب ، عندما تنقسم الخلية الجذعية ، فإنها تنتج خلية جذعية أخرى وخلية سلفية. عندما ينقسم هذا الأخير ، فإنه يصنع ما يسمى بالخلية السليفة التي تنقسم مرة واحدة فقط وتنتج خليتين عصبيتين. تتحكم الجينات في عملية الإنتاج هذه عن طريق إخبار الخلايا إما بالانقسام - وأي نوع معين من الخلايا يجب إنتاجه - أو التوقف عن الانقسام.

حتى يومنا هذا ، تم تحديد عدد قليل فقط من الجينات التي تتحكم في عملية تطور الخلايا العصبية هذه وفي هذا المنشور في تقارير الخلية، قام العلماء بتمييز العديد من الجينات المعنية. على طول الخط الزمني لعملية تطوير الخلايا العصبية ، يمكن لفريق U-M أن يسجل بدقة الجينات المتورطة وإلى متى.

على وجه الخصوص ، في مرحلة الأسلاف ، حدد العلماء ثلاثة جينات مهمة في هذه المرحلة لتحديد `` نوع '' الخلايا العصبية التي سيصنعها كل سلف من هذه الجينات المعينة التي لم يتم وصفها من قبل في هذا السياق. كما قاموا بالتحقق من صحة جينات العلامات المعروفة سابقًا والمعروفة بتنظيم عملية تكاثر الخلايا.

عندما طبقوا أسلوب التحليل الخاص بهم على المراحل الأخرى من عملية تطور الخلايا العصبية ، قاموا أيضًا بتسجيل التعبير عن جينات إضافية. ومع ذلك ، لا يزال من غير المعروف سبب ارتفاع هذه الجينات في التعبير في خطوات مختلفة من عملية تطور الخلايا العصبية وما هو الدور الذي تلعبه في الواقع في هذه الخطوات المختلفة. يقول كاي: "الآن بعد أن تم تحديد العديد من الجينات المرشحة ، فإننا نبحث في الأدوار التي تلعبها في عملية نضوج الخلايا العصبية وتحديد المصير". "نحن متحمسون أيضًا لاستكشاف نقاط زمنية تنموية أخرى لتوضيح التغيرات الديناميكية في المشهد الجزيئي في دماغ الذبابة."

"يوفر هذا العمل معلومات غنية حول كيفية برمجة ذرية الخلايا الجذعية إلى أنواع عصبية متميزة وكذلك كيفية تحويل أنواع الخلايا غير العصبية إلى خلايا عصبية. سيكون لهذه النتائج تأثير كبير على فهم النمو الطبيعي للدماغ وكذلك عن طب تجديد الخلايا العصبية "، يضيف تشينج يو لي ، الأستاذ في معهد UM لعلوم الحياة الذي تعاون مع مختبر كاي.

التقنيات

تعتمد هذه الدراسة في الغالب على تقنيات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية عالية الإنتاجية. أخذ العلماء خلايا مفردة من أدمغة ذباب الفاكهة وقاموا بتسلسل الحمض النووي الريبي ، مما أدى إلى توليد مئات الجيجابايت من البيانات في يوم واحد فقط. من تسلسل الحمض النووي الريبي ، يمكنهم تحديد المرحلة التطورية لكل خلية عصبية. يقول ميشكي: "لدينا الآن فهم جيد جدًا لكيفية سير هذه العملية على مستوى الحمض النووي الريبي".

استخدم الفريق أيضًا الملاحظات المجهرية التقليدية لتحديد مكان التعبير عن هذه الحمض النووي الريبي المختلفة في الدماغ. يقول كاي: "لا يقتصر الجمع بين التحليل السليكي والاستكشاف في الموقع على التحقق من جودة نتائج التسلسل فحسب ، بل يعيد أيضًا العلاقة المكانية والزمانية للجينات المرشحة ، والتي ضاعت في عملية تفكك الخلية المفردة".

في بداية دراستهم ، حلل العلماء مجموعة البيانات الكبيرة ببرمجيات مفتوحة المصدر. في وقت لاحق ، قاموا بتطوير بوابة (MiCV) تسهل استخدام خدمات الكمبيوتر الحالية وتسمح باختبار التكرار. يمكن استخدام هذه البوابة لتحليل بيانات الخلايا والجينات من مجموعة متنوعة من الأعضاء ولا تتطلب خبرة في برمجة الكمبيوتر. يقول ميتشكي: "يمكن أن تكون أدوات مثل MiCV قوية جدًا للباحثين الذين يجرون هذا النوع من البحث لأول مرة والذين يريدون إنشاء فرضيات جديدة بسرعة من بياناتهم". "إنه يوفر الكثير من الوقت لتحليل البيانات ، فضلاً عن نفقات أتعاب الاستشاريين. والهدف النهائي هو السماح للعلماء بالتركيز أكثر على أبحاثهم بدلاً من التركيز على أدوات تحليل البيانات الشاقة أحيانًا." يتم حاليًا تسويق أداة MiCV.


البيولوجيا التركيبية للحمض النووي الريبي

تلعب جزيئات الحمض النووي الريبي أدوارًا تنظيمية مهمة ومتنوعة في الخلية بفضل تفاعلها مع الأحماض النووية الأخرى والبروتينات والجزيئات الصغيرة. مستوحاة من هذا التنوع الطبيعي ، صمم الباحثون جزيئات الحمض النووي الريبي بوظائف بيولوجية جديدة. في العامين الماضيين ، أنتجت الجهود المبذولة في مجال البيولوجيا التركيبية مكونات جديدة من الحمض النووي الريبي الاصطناعية قادرة على تنظيم التعبير الجيني في الجسم الحي إلى حد كبير في البكتيريا والخميرة ، مما يمهد الطريق للسلوك الخلوي القابل للبرمجة والقابل للتطوير. تشمل التحديات الفورية لهذا المجال الناشئ تحديد كيفية تنفيذ تقنيات التطور الحسابي والموجه لزيادة تعقيد أنظمة الحمض النووي الريبي المهندسة ، بالإضافة إلى تحديد كيفية توسيع هذه الأنظمة على نطاق واسع لتشمل أنظمة الثدييات. تشمل التحديات الأخرى تصميم جزيئات الحمض النووي الريبي لتكون مجسات للمنبهات داخل الخلايا والبيئية ، وتحقيقات لاستكشاف سلوك الشبكات البيولوجية ومكونات أنظمة التحكم الخلوية المهندسة.


نمذجة شبكة تنظيم الجينات وتحليل الآلية استنادًا إلى البيانات المتعلقة بالأمراض MicroRNA

هايهونغ ليو ، فانغ يان ، في طب النظم ، 2021

البيانات المتعلقة بالأمراض MicroRNA

MicroRNAs (miRNAs) هي عائلة من الحمض النووي الريبي الصغير غير المشفر (

22 nt) ، والتي تعمل عادةً كمنظمين سلبيين للتعبير عن mRNA الهدف في مستويات ما بعد النسخ. إنها ترتبط بالمناطق الثلاث غير المترجمة (UTRs) من الرنا المرسال المستهدف عن طريق الاقتران الأساسي ، مما يؤدي إلى انشقاق أو تثبيط متعدية لمرنا الهدف (Ambros، 2004 Bartel، 2004 Meister and Tuschl، 2004). في بعض الحالات الخاصة ، قد تعمل الجزيئات المجهرية أيضًا كمنظمات إيجابية (Jopling وآخرون. ، 2005 فاسوديفان وآخرون. ، 2007). تشير التقديرات إلى أن 1٪ - 4٪ من الجينات في الجينوم البشري هي miRNAs وأن جزيءًا واحدًا من mRNA يمكنه تنظيم ما يصل إلى 200 mRNAs وحوالي ثلث الجين البشري يمكن استهدافه بواسطة miRNAs (Esquela-Kerscher and Slack، 2006 Bandyopadhyay وآخرون، 2010). تشير الأدلة المتزايدة إلى أن miRNAs تلعب أدوارًا مهمة في العديد من العمليات البيولوجية الرئيسية ، بما في ذلك نمو الخلايا ، وتمايز الأنسجة ، وتكاثر الخلايا وموت الخلايا المبرمج ، ونقل الإشارة ، والعدوى الفيروسية وما إلى ذلك. لذلك ، قد يكون عدم انتظام الحمض النووي الريبي (miRNA) هو سبب الإصابة بأمراض مختلفة (Esquela-Kerscher and Slack ، 2006).

في السنوات الأخيرة ، أظهر العديد من الباحثين أن عددًا كبيرًا من ارتباطات مرض ميرنا وكشفوا أن آليات الجزيئات الدقيقة المتعلقة بالأمراض معقدة للغاية. يؤدي تحور miRNAs إلى خلل في الجينات المستهدفة في اتجاه مجرى النهر ، مما قد يؤدي إلى الإصابة بالسرطان (Xiao وآخرون. ، 2012). لذلك ، سيوفر لنا التحليل الشامل للنمذجة والآلية لاتحادات أمراض ميرنا هذه فهمًا واضحًا لتشريح مسارات ارتباطات ميرنا والأمراض ، على الرغم من أن معرفتنا بجمعيات مرض ميرنا بعيدة كل البعد عن الكمال. ومع ذلك ، فإن دراسة ارتباطات المرض-ميرنا باستخدام الطريقة التجريبية ليست مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً وتستهلك الطاقة فقط (جيانغ وآخرون، 2010). من ناحية أخرى ، تم إنتاج كمية كبيرة من البيانات البيولوجية حول الجزيئات الدقيقة. لذلك ، من الضروري إنشاء نموذج معقول وتطوير طرق حسابية قوية للتنبؤ بالـ miRNAs المحتملة المرتبطة بالأمراض على نطاق واسع (Chen وآخرون. ، 2012). على سبيل المثال ، تم تطوير قاعدتي بيانات متاحتين للجمهور ومنسقة يدويًا بواسطة Lu وآخرون. (2008) وجيانغ وآخرون. (2009) لتزويد مورد واسع من جمعيات أمراض ميرنا التي تم التحقق منها تجريبياً ، أي قاعدة بيانات أمراض الرنا الميكروي البشري (HMDD) و miR2Disease.


3.4D: أنواع الحمض النووي الريبي - علم الأحياء

RNA سوف تنظر في الأوراق في ست فئات: التقارير, مقالات, المعلوماتية الحيوية, الفرضيات, أساليب، و رسائل إلى المحرر. يجب على المؤلفين تعيين فئة عند تقديم المخطوطة. التقارير document significant new results that lend themselves to succinct presentation (i.e., combined Results and Discussion) and can contain no more than four display items. Reports are evaluated using the same criteria as Articles preliminary observations that require further experimentation to support the major conclusions will not be accepted. There are no explicit length limitations to Articles a "normal" paper will occupy 6-8 printed pages (20-30 double-spaced manuscript pages) however, length is not a criterion for evaluation. المعلوماتية الحيوية describe computer-based analyses of sequence data or new computer-based tools of interest to RNA scientists. Hypotheses outline novel concepts or new ways of integrating existing data. أساليب are brief accounts of methodological advances or improvements that are of potential utility to a broad range of RNA researchers. Letters to the Editor are intended as a forum for raising or clarifying issues of specific interest to the RNA community.

In addition to the categories above, RNA publishes المراجعات, توقعات - وجهات نظر, Mini-Reviews، و Commentaries. Normally, these are by invitation, but presubmission inquiries to the Reviews Editor are welcome.

Submission of a paper implies that it has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere. Closely related papers that are in press elsewhere or that have been or will be submitted elsewhere must be included with the submitted manuscript. It is understood that researchers who submit papers to this journal are prepared to make available to qualified academic researchers materials needed to duplicate their research results (DNA, cell lines, antibodies, microbial strains, mouse lines, etc.). Authors should submit nucleic acid and protein sequences, NMR and X-ray crystallographic data to the appropriate database. Upon acceptance copyright must be assigned to the RNA Society.


The RNA Age: A Primer

Ruth Williams
May 11, 2017

Since nucleic acid research burst onto the scientific scene in the 1950s, DNA has been the star of the show. RNA&mdashwith the exception of forms such as ribosomal RNAs (rRNAs) and transfer RNAs (tRNAs)&mdashhas largely been considered the mere messenger between the all-important DNA and its protein products. Indeed, it was given that very name!

&ldquo[DNA] was thought of as the top of the information flow,&rdquo says biochemist Julia Salzman of Stanford University. &ldquoBut that view is starting to become more and more questioned in the community.&rdquo

In the last couple of decades, new areas of RNA research have been springing up left and right&mdasheach one offering surprising insights into this intriguing molecule. Along with booms in the fields of long noncoding RNAs (lncRNAs), microRNAs (miRNAs), and RNA interference (RNAi), researchers have discovered and explored CRISPR RNAs, enhancer RNAs, and, most recently&mdashSalzman&rsquos specialty&mdashcircular RNAs.


3.4D: Types of RNA - Biology

This brain cell database contains a survey of biological features derived from single cell data, from both human and mouse. It is part of a multi-year project to create a census of cells in the mammalian brain.

The database contains electrophysiological, morphological, and transcriptomic data measured from individual cells, as well as models simulating cell activity. Thus far, data generation has focused on select areas of cerebral cortex, and thalamic neurons.

Browse electrophysiological response data and reconstructed neuronal morphologies using the Cell Feature Search tool. Single cell gene expression data is described on the RNA-Seq Data page.

Use the Allen Software Development Kit (SDK) to programmatically access and analyze raw data, and to run models.

Data can be downloaded by selecting individual experiments in the Cell Feature Search tool, by accessing transcriptomic RNA-Seq files, or through the Allen SDK or API.

Single Cells from Human Brain

Cells are acquired from donated ex vivo brain tissue dissected from temporal or frontal lobes, based on anatomical annotations described in The Allen Human Brain Reference Atlas. For electrophysiological and morphological analyses in the cortex, cells are selected based on soma shape and laminar location.

For transcriptomic analysis, individual layers of cortex are dissected, and neuronal nuclei are isolated. Laminar sampling is guided by the relative number of neurons present in each layer.

Single Cells from Mouse Brain

Cells are acquired from selected brain areas in the adult mouse. Cells are identified for isolation using transgenic mouse lines harboring fluorescent reporters, with drivers that allow enrichment for cell classes based on marker genes. For electrophysiological and morphological analyses, excitatory cells with layer-enriched distribution and inhibitory cells expressing canonical markers were isolated. Brain areas selected for analysis include subregions from visual cortex, motor cortex and anterior lateral motor cortex (ALM), in the secondary motor area (MOs). Subregions from visual cortex (secondary visual areas) are also included.

For transcriptomic analysis, regional and laminar dissections were performed on specimens from pan-neuronal, pan-excitatory, and pan-inhibitory transgenic lines, to sample comprehensively. Data from the lateral geniculate nucleus (LGd) is also included.