• Αθηνά Νικολέτα Τριάντου

Τα βασικά συστατικά της ζωής : RNA


Καλώς ήλθατε στο δεύτερο άρθρο για τα βασικά συστατικά της ζωής!

Σίγουρα η λέξη RNA δεν σου είναι άγνωστη. Έχει παίξει πολύ στις ειδήσεις τελευταία. Αλλά πόσα, αλήθεια, ξέρεις για τον λιγότερο διάσημο «ξάδερφο» του DNA;


Από τι αποτελείται το RNA και ποια τα χαρακτηριστικά του;


Το RNA έχει παρόμοια χαρακτηριστικά με το DNA. Είναι και αυτό μακρομόριο με μοριακές μονάδες τα νουκλεοτίδια. Ωστόσο, έχουν κάποιες διαφορές μεταξύ τους που τα καθιστούν διαφορετικά μόρια με διαφορετικές ιδιότητες:


1) Η πρώτη διαφορά είναι στα νουκλεοτίδια, δηλαδή τους επιμέρους κρίκους που οικοδομούν την αλυσίδα του RNA. Η δομή των κρίκων του RNA είναι παρόμοια με του DNA, με τη διαφορά ότι το σάκχαρο που διαθέτει το RNA ονομάζεται ριβόζη, έχει λοιπόν ως εξής: Φωσφορική ομάδα, Σάκχαρο/Πεντόζη (Ριβόζη), Αζωτούχος βάση, το βλέπεις στην εικόνα 1.



2) Μια ακόμη διαφορά του με το DNA είναι ότι η αζωτούχος βάση Θυμίνη (Thymine) δεν συναντάται στο RNA και έχει αντικατασταθεί από την Ουρακίλη (Uracil), την οποία συμβολίζουμε με το γράμμα U. Έτσι λοιπόν τα 4 γράμματα του RNA είναι: Αδενίνη (Adenine), Κυτοσίνη (Cytosine), Ουρακίλη (Uracil) και Γουανίνη (Guanine) ή για συντομία A, C, U, G.


Διαφορές του RNA με το DNA σε μια εικόνα (Εικόνα: AmoebaSisters)

3) Μια τρίτη διαφορά είναι ότι στους κυτταρικούς οργανισμούς το RNA συναντάται μονόκλωνο (εικόνα 3), δηλαδή δεν αποτελείται από δύο συμπληρωματικές αλυσίδες, όπως συμβαίνει στο DNA. Παρόλο που το RNA είναι μονόκλωνο, οι αζωτούχες βάσεις (τα γράμματα) είναι συμπληρωματικές μεταξύ τους. Η αδενίνη ή αλλιώς Α μπορεί να ενωθεί με την ουρακίλη ή αλλιώς U και η γουανίνη ή G με την κυτοσίνη ή C, έτσι μπορεί να σχηματίζει τοπικές αναδιπλώσεις με τον εαυτό του (εικόνα 3).



Ποια η χρησιμότητα του RNA;


Οι λειτουργίες που εκτελεί το RNA στο κύτταρο είναι πολλές και σύνθετες. Όπως η απενεργοποίηση συγκεκριμένων περιοχών του DNA, θυμάσαι την απενεργοποίηση του ενός Χ χρωμοσώματος στα θηλυκά θηλαστικά που μιλήσαμε στο άρθρο η τριχρωμία είναι γένους θηλυκού; Ε, ένα ειδικό RNA ευθύνεται γι' αυτό! Η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από τον πυρήνα στα εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών, η παραγωγή πρωτεϊνών, η ωρίμανση του αγγελιοφόρου RNA καθώς και η επιλεκτική αποδόμησή του είναι μερικές ακόμα λειτουργίες που επιτελεί το RNA μέσα στο κύτταρο.


Για να μη με δείρετε, όμως, με τις πολλές άγνωστες λέξεις που θα σας βομβαρδίσω, θα εστιάσω σε μία λειτουργία του που είναι και η πιο γνωστή. Αυτή η λειτουργία είναι η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από το DNA (ή πιο απλά της συνταγής, αν σκεφτούμε το DNA σαν ένα βιβλίο συνταγών) στο σημείο παραγωγής των πρωτεϊνών. Το DNA μας είναι ένα τεράστιο μόριο με πολλές πολλές συνταγές αποθηκευμένες για την εύρυθμη λειτουργία του κυττάρου. Επειδή το DNA δεν μπορεί να βγει έξω από τον πυρήνα και να πάει στο σημείο που είναι τα τσουκάλια που μαγειρεύουν τις πρωτεΐνες, τον ρόλο της μεταφοράς της συνταγής από τον πυρήνα στην κουζίνα τον αναλαμβάνει το RNA (ένα πιο μικρό και ευέλικτο μόριο). Κάνε λίγο υπομονή, θα αναλύσουμε τις πρωτεΐνες στο επόμενο άρθρο! Η διαδικασία παραγωγής του RNA από το DNA ονομάζεται μεταγραφή. Το RNA που παράγεται με σκοπό την τελική παραγωγή πρωτεϊνών ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA ή για συντομία mRNA (από το Αγγλικό messenger RNA). Για να γίνει λοιπόν η μεταγραφή ξεδιπλώνεται τοπικά η διπλή έλικα του DNA εκεί που βρίσκεται καταχωρημένη η συνταγή που χρειάζεται το κύτταρο και μεταγράφεται το μήνυμα που πρέπει, όταν πρέπει (εικόνα 3).



Πως εξασφαλίζεται η πιστότητα στη μεταφορά της πληροφορίας;


Αφού αναλύσαμε παραπάνω ότι το mRNA είναι ο μαρτυριάρης της παρέας, τώρα θα μου πεις καλά όλα αυτά, αλλά πως το RNA μαθαίνει και μεταφέρει τα μυστικά του DNA από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα με ακρίβεια; Η απάντηση είναι πάλι συμπληρωματικότητα! Το DNA διαβάζεται από ένα ένζυμο που ονομάζεται RNA πολυμεράση και πάντα διαβάζεται η μία από τις δύο αλυσίδες DNA και προς συγκεκριμένη κατεύθυνση. Όπου διαβάσει Α στο DNA, θα βάλει U στο RNA, όπου το DNA έχει Τ το RNA θα έχει Α, και αντίστοιχα όπου G θα μπει C και όπου C θα μπει G. Στην εικόνα 4 μπορείτε να δείτε μια σχηματική απεικόνιση της συμπληρωματικότητας των βάσεων του RNA με του DNA. Τα πάνω/μπλε νουκλεοτίδια είναι το DNA και τα κάτω/πράσινα είναι το RNA.




Ισορροπία μέσα απ’ την αστάθεια…


Τέλος, μια ιδιότητα του RNA που το καθιστά λιγότερο κατάλληλο για τη διαφύλαξη της γενετικής πληροφορίας είναι η χημική του αστάθεια. Οι δεσμοί δηλαδή που συνδέουν τα νουκλεοτίδια μεταξύ τους στο RNA είναι εύκολο να σπάσουν ακόμη και σε θερμοκρασίες ψυγείου. Αυτό δεν συμβαίνει στους δεσμούς που υπάρχουν στο DNA. Επιπλέον, τα ίδια τα κύτταρα συμβάλλουν σε αυτή την αστάθεια, παράγοντας ειδικά ένζυμα που διασπούν τους δεσμούς που υπάρχουν μεταξύ των νουκλεοτιδίων του RNA. To RNA είναι τόσο ασταθές που όταν το απομονώνω στο εργαστήριο για να το μελετήσω, το αποθηκεύω στους -80 °C, ώστε να διατηρηθεί. Η εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία, βοηθάει στο να μην πραγματοποιηθεί η χημική διάσπαση των δεσμών που υπάρχουν στο RNA. Αν το άφηνα σε θερμοκρασία δωματίου, σε μερικές ημέρες θα έβρισκα μια πισίνα με νουκλεοτίδια αντί για RNA.


Light Bulb

Τώρα είναι πιο ξεκάθαρο γιατί το εμβόλιο της Pfizer για τον Κορονοϊό, που είναι RNA φυλάσσεται αυστηρά στους -80 °C;

Αυτή η αστάθειά του όμως, είναι που κάνει το RNA το κατάλληλο μόριο για την έκφραση της γενετικής πληροφορίας. Έτσι, κάθε κύτταρο που έχει διαφορετικές ανάγκες για παραγωγή πρωτεϊνών, έχει τη δυνατότητα να καλύψει τις ανάγκες του με τη βοήθεια ενός μορίου που μπορεί να κατασκευάσει και να διασπάσει εξίσου εύκολα. Αυτή, λοιπόν, η ιδιότητα εξασφαλίζει ότι ενώ η γενετική πληροφορία είναι πάντα διαθέσιμη στο DNA, δεν θα εκφράζεται συνεχόμενα και χωρίς λόγο, παρά μόνο όταν το κύτταρο την έχει πραγματικά ανάγκη. Διότι το μήνυμα (mRNA) καταστρέφεται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα και ξανά εκφράζεται όταν το κύτταρο το χρειάζεται.



Τι να θυμάσαι…

  • Οι κρίκοι του RNA διαφέρουν με τους κρίκους του DNA στο σάκχαρο και σε ένα γράμμα.

  • Το σάκχαρο του RNA λέγεται ριβόζη ενώ του DNA δεοξυριβόζη.

  • Τα γράμματα του RNA είναι A, U, G, C ενώ του DNA είναι Α, Τ, G, C.

  • To RNA είναι μονόκλωνο ενώ το DNA είναι δίκλωνο.

  • Οι βάσεις του RNA είναι συμπληρωματικές με του DNA U-A, A-T, G-C, C-G.

  • To RNA είναι πιο ασταθές από το DNA.


Για περισσότερες πληροφορίες:

  1. Clancy, S. (2008) RNA Functions. Nature Education1(1):102

  2. https://www.nature.com/scitable/definition/rna-45/