RNA

一般性

ＲＮＡ 、またはリボ核酸は、遺伝子のコード化、解読、調節および発現の過程に関与する核酸である。 遺伝子は、多かれ少なかれ長いDNAセグメントであり、タンパク質合成の基本情報を含んでいます。

図：RNA分子の窒素塩基 wikipedia.orgから

非常に簡単に言うと、RNAはDNAに由来し、それとタンパク質の間を通過する分子を表します。 何人かの研究者はそれを「タンパク質の言語へのＤＮＡ言語の翻訳のための辞書」と呼んでいる。

ＲＮＡ分子は、鎖状の、可変数のリボヌクレオチドの結合に由来する。 リボースと呼ばれるリン酸基、窒素含有塩基および５個の炭素原子を有する糖は、各単一リボヌクレオチドの形成に関与する。

RNAとは

ＲＮＡ 、またはリボ 核酸は 、 核酸のカテゴリーに属する生物学的高分子であり、 ＤＮＡから始まるタンパク質の生成において中心的な役割を果たす。

タンパク質（これも生物学的高分子である）の生成は、まとめてタンパク質合成と呼ばれる一連の細胞プロセスを含む。

DNA、RNAおよびタンパク質は、生きている生物の細胞の生存、発生および適切な機能を確実にするのに基本的です。

DNAとは

ＤＮＡ 、またはデオキシリボ核酸は、ＲＮＡと共に天然に存在する他の核酸である。

リボ核酸と構造的に類似している、デオキシリボ核酸は、 遺伝的遺産 、すなわち生物の細胞に含まれる「遺伝子ストア」である。 ＲＮＡの形成、そして間接的にはタンパク質の形成はＤＮＡに依存する。

RNAの歴史

図：リボースとデオキシリボース

Friedrich Miescherが核酸を発見した1868年以降、RNA研究は始まりました。

これに関する最初の重要な発見は、1950年代後半から1960年代前半にかけての日付です。 これらの発見に参加した科学者の中で、 Severo Ochoa 、 Alex Rich 、 David DaviesおよびRobert Holleyは特別な言及に値する。

1977年に 、 フィリップシャープとリチャードロバーツが率いる研究者たちのグループが、イントロンの接合過程を解読しました。

1980年 、 Thomas CechとSidney Altmanがリボザイムを同定しました。

*注意してください：イントロンスプライシングとリボザイムについて学ぶために、RNA合成と機能に捧げられる章を見てください。

構造

化学生物学的観点から、ＲＮＡはバイオポリマーである 。 バイオポリマーは、 単量体と呼ばれる多数のより小さな分子単位の、鎖またはフィラメントにおける、結合の結果である大きな天然分子です。

ＲＮＡを構成するモノマーはヌクレオチドである 。

RNAは、通常通り、単一のチェーンです

ＲＮＡ分子は、通常、 単一のヌクレオチド鎖 （ ポリヌクレオチドフィラメント ）からなる分子である。

細胞性ＲＮＡの長さは、百未満のヌクレオチドから数千のヌクレオチドまでさえ変化する。

構成ヌクレオチドの数は、問題の分子によって果たされる役割の関数である。

DNAとの比較

ＲＮＡとは異なり、ＤＮＡは一般に２本のヌクレオチド鎖によって形成されたバイオポリマーである。

一緒に接合されて、これらの２つのポリヌクレオチドフィラメントは反対の配向を有し、そしてそれら自身を互いに包み込み、「 二重らせん 」として知られる二重らせんを構成するようになる。

一般的なヒトＤＮＡ分子は、 フィラメントあたり約３３億ヌクレオチドを含み得る。

ヌクレオチドの一般構造

定義により、ヌクレオチドはＲＮＡおよびＤＮＡ核酸を構成する分子単位である。

構造的な観点からは、一般的なヌクレオチドは3つの要素の結合から生じます。

• リン酸基 、これはリン酸の誘導体である。
• ペントース 、それは5個の炭素原子を持つ砂糖です。
• 芳香族複素環式分子である窒素含有塩基 。

ペントースは、リン酸基および窒素含有塩基がそれに結合するので、ヌクレオチドの中心的要素である。

図：核酸の一般的なヌクレオチドを構成する要素。 分かるように、リン酸基および窒素塩基は糖に結合している。

ペントースとリン酸基を一緒に保持する化学結合はホスホジエステル結合であり 、一方、ペントースと窒素塩基を結合する化学結合はN-グリコシド結合である 。

RNA PENTOSOとは何ですか？

前提：化学者たちは、有機分子を構成する石炭に番号を付けて、研究や説明を簡単にすることを考えました。 ここで、ペントースの5つの石炭は、炭素1、炭素2、炭素3、炭素4、炭素5になります。番号を割り当てる基準は非常に複雑であるため、説明を省略することが適切であると考えます。

ＲＮＡヌクレオチドの構造を区別する５個の炭素原子を有する糖はリボースである 。

リボースの5個の炭素原子のうち、それらは特別な言及に値する：

• 炭素1は、N-グリコシド結合を介して窒素含有塩基に結合するものであるためです。
• カーボン2は、RNAヌクレオチドのペントースとDNAヌクレオチドのペントースを区別するものです。 ＲＮＡの炭素２に結合しているのは酸素原子と水素原子であり、これらは一緒になってヒドロキシル基ＯＨを形成する。
• 炭素3、それは2つの連続したヌクレオチド間のリンクに参加しているものだからです。
• 炭素５は、それがホスホジエステル結合を介してリン酸基に結合しているものであるからである。

リボース糖が存在するため、RNAヌクレオチドはリボヌクレオチドと呼ばれます。

DNAとの比較

ＤＮＡヌクレオチドを構成するペントースはデオキシリボースである 。

デオキシリボースは、炭素２上に酸素原子がないためにリボースとは異なる。

従って、それは５炭素ＲＮＡ糖を特徴付けるＯＨヒドロキシル基を欠いている。

デオキシリボース糖の存在により、ＤＮＡヌクレオチドはデオキシリボヌクレオチドとしても知られる。

核種と窒素ベースの種類

ＲＮＡは４つの異なる種類のヌクレオチドを有する 。

窒素含有塩基だけがこれらの４つの異なる種類のヌクレオチドを区別する。

したがって、明らかな理由から、RNAには4つの窒素含有塩基があります。具体的には、 アデニン （Aと省略）、 グアニン （G）、 シトシン （C）、およびウラシル （U）です。

アデニンおよびグアニンはプリン類 、二環式芳香族複素環式化合物のクラスに属する。

一方、シトシンおよびウラシルは、 ピリミジン 、単環芳香族複素環式化合物のカテゴリーに分類される。

DNAとの比較

ＤＮＡヌクレオチドを区別する窒素含有塩基は、ウラシルを除いて、ＲＮＡと同じである。 後者の代わりに、 チミジン （Ｔ）と呼ばれる窒素含有塩基があり、これはピリミジンのカテゴリーに属する。

核種同士の結合

任意のＲＮＡ鎖を形成する各ヌクレオチドは、そのペントースの炭素３とその直後のヌクレオチドリン酸基との間のホスホジエステル結合によって次のヌクレオチドに結合する。

RNA分子の終わり

任意のＲＮＡポリヌクレオチドフィラメントは、５ '末端として知られる２つの末端 （「最初の５つの末端」と読む）および３' 末端 （「３番目の先端と読む」と読む）を有する。

慣例により、生物学者および遺伝学者は、 5 ' 末端が RNAフィラメントの頭部を表し、 3'末端がその尾 部を表すことを確立した。

化学的観点から、５ '末端はポリヌクレオチド鎖の最初のヌクレオチドのリン酸基と一致し、一方３'末端は同じ鎖の最後のヌクレオチドの炭素３上に配置されたヒドロキシル基と一致する。

遺伝学および分子生物学の本において、任意の核酸のポリヌクレオチド鎖が以下のように記載されているのはこの構成に基づいている：Ｐ − ５ '→３'− ＯＨ（＊ ＮＢ：文字Ｐはの原子を示す）リン酸基のリン）。

５ '末端および３'末端の概念を単一のヌクレオチドに適用することにより、後者の５ '末端は炭素５に結合したリン酸基であり、一方その３'末端は炭素３と結合したヒドロキシル基である。

どちらの場合も、読者は数字の繰り返しに注意を払うように勧められます。炭素5上の5 '末端 - リン酸基および炭素3上の3'末端 - ヒドロキシル基。

ローカリゼーション

生物の有核細胞（すなわち核を有する）では、RNA分子は核内にも細胞質内にも見出すことができる。

この広範な局在化は、主人公としてのＲＮＡを有する細胞プロセスのいくつかが核内に位置する一方で、他のものは細胞質内で起こるという事実に依存している。

DNAとの比較

真核生物のDNA（したがってヒトのDNAも）は、細胞核内にのみ存在します。

概要

ＲＮＡ合成のプロセスは、 ＲＮＡポリメラーゼと呼ばれる細胞内酵素 （すなわち細胞内に位置する）に基づいている（ＮＢ：酵素はタンパク質である）。

細胞のＲＮＡポリメラーゼは、あたかもそれがカビであるかのように、同じ細胞の核内に存在するＤＮＡを使用してＲＮＡを作り出す。

言い換えれば、それはDNAを別の言語、つまりRNAの言語に戻すものを転写する一種のコピー機です。

さらに、ＲＮＡポリメラーゼによるこのＲＮＡ合成プロセスは、科学的な転写名をとっている。

ヒトのような真核生物は、 ３つの異なるクラスのＲＮＡポリメラーゼ ：ＲＮＡポリメラーゼＩ、ＲＮＡポリメラーゼＩＩおよびＲＮＡポリメラーゼＩＩＩを有する。

RNAポリメラーゼの各クラスは、読者が次の章で確かめることができるように、細胞生命の文脈において異なる生物学的役割を持つであろう特定のタイプのRNAを作り出す。

ポリメラーゼRNAの働き

ＲＮＡポリメラーゼは以下のことが可能である。

• DNA上で、転写を開始する場所を認識します。
• DNAにバインド
• 1本の鎖だけに作用するように、DNAの2本のポリヌクレオチド鎖（窒素含有塩基間の水素結合によって一緒に保持されている）を分離する。
• RNA転写産物の合成を始めます。

これらの段階の各々は、ＲＮＡポリメラーゼが転写プロセスを実行しようとしているときはいつでも起こる。 したがって、それらはすべて必須のステップです。

ＲＮＡポリメラーゼは５ ' →３'方向に ＲＮＡ分子を合成する。 新生RNA分子にリボヌクレオチドが付加されると、3 ' →5'方向にカビDNA鎖に移動します。

RNA転写の改変

転写後、RNAはいくつかの修飾を受けます：両端にいくつかのヌクレオチド配列が追加される、いわゆるイントロンが失われる（ スプライシングとして知られるプロセス）など。

それ故、元のＤＮＡセグメントに関しては、得られるＲＮＡはポリヌクレオチド鎖の長さに関していくらかの相違を有する（一般にそれはより短い）。

タイプ

RNAにはいくつかの種類があります。

最もよく知られ研究されているものは： 輸送ＲＮＡ （またはトランスファーＲＮＡまたはｔＲＮＡ ）、 メッセンジャーＲＮＡ （またはＲＮＡメッセンジャーまたはｍＲＮＡ ）、 リボソームＲＮＡ （またはリボソームＲＮＡまたはｒＲＮＡ ）および小型核ＲＮＡ （または低分子核RNAまたはsnRNA ）。

それらは異なる特定の役割をカバーするが、ｔＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｒＲＮＡおよびｓｎＲＮＡはすべて、共通の目的、すなわちＤＮＡに存在するヌクレオチド配列から始まるタンパク質合成の実現に寄与する。

RNAスティルの他の種類

真核生物の細胞では、研究者たちは上記の4つに加えて他の種類のRNAを発見した。 例えば、

• マイクロＲＮＡ （またはｍｉＲＮＡ ）は、２０ヌクレオチドよりわずかに長い長さのフィラメントであり、そして
• リボザイムを構成するRNA。 リボザイムは、酵素などの触媒活性を有するＲＮＡ分子である。

ｔＲＮＡ、ｍＲＮＡなどと同様に、ｍｉＲＮＡおよびリボザイムもタンパク質合成の過程に関与する。

機能

ＲＮＡは、 ＤＮＡとタンパク質との間の通過の生物学的高分子 、すなわちその分子単位がアミノ酸である長いバイオポリマーを表す。

ＲＮＡは、それがＤＮＡのヌクレオチドセグメント（これはいわゆる遺伝子である）をタンパク質のアミノ酸に翻訳することを可能にするので、 遺伝情報の辞書に匹敵する。

ＲＮＡによってカバーされる機能的役割の最も頻繁な説明の１つは、「ＲＮＡは遺伝子のコード化、解読、調節および発現に関与する核酸である」ということである。

RNAはいわゆる「 分子生物学の中心的教義 」の3つの重要な要素の1つであり、「RNAはDNAに由来し、これからタンパク質が由来する」と述べている（ DNA → RNA → タンパク質 ）。

転記および翻訳

手短に言えば、転写は、DNAから開始してRNA分子の形成をもたらす一連の細胞反応である。

一方、 翻訳は、転写プロセス中に産生されるRNA分子から始まる、タンパク質の産生で終わる一連の細胞プロセスです。

生物学者や遺伝学者たちは、「翻訳」という用語を作り出しました。なぜなら、ヌクレオチドの言葉から私達はアミノ酸の言葉に移るからです。

タイプと機能

転写および翻訳プロセスは、主役として前述のすべてのタイプのANN（tRNA、mRNAなど）を見る。

• ｍＲＮＡはタンパク質をコードするＲＮＡ分子である 。 言い換えれば、ｍＲＮＡは、ヌクレオチドをタンパク質アミノ酸に翻訳するプロセスの前のタンパク質である。

  mRNAはそれらの転写後にいくつかの修飾を受ける。

• ＴＲＮＡは非コードＲＮＡ分子であるが、それでもタンパク質形成に必須である。 実際、それらはmRNA分子が報告するものを解読するのに重要な役割を果たしています。

  「輸送ＲＮＡ」という名称は、これらのＡＮＮがそれらにアミノ酸を有するという事実に由来する。 より正確には、各アミノ酸は特定のｔＲＮＡに対応する。

  ＴＲＮＡはそれらの配列の３つの特定のヌクレオチドを通してｍＲＮＡと相互作用する。

• ｒＲＮＡはリボソームを形成するＲＮＡ分子である 。 リボソームは複雑な細胞構造であり、mRNAに沿って動くとタンパク質のアミノ酸が結合します。

  一般的なリボソームは、その中に、それがｔＲＮＡを収容しそしてそれらをｍＲＮＡと出会わせることができるいくつかの部位を含む。 ここで、上記の３つの特定のヌクレオチドがメッセンジャーＲＮＡと相互作用する。

• ＳｎＲＮＡ は 、ｍＲＮＡ上のイントロンのスプライシングプロセスに関与するＲＮＡ分子である 。 イントロンは、タンパク質合成目的には役に立たない、非コードｍＲＮＡの短いセグメントである。
• リボザイムは、必要に応じてリボヌクレオチドフィラメントの切断を触媒するRNA分子です。

図：mRNAの翻訳