Bausteine der RNA und die RNA-Spezies
RNA unterscheidet sich von DNA durch Ribose und Uracil und kommt als mRNA, rRNA, tRNA und mehrere kleine RNAs mit jeweils eigener Aufgabe vor.
Das Wichtigste in Kürze
- RNA ist eine Nucleinsäure aus Ribonucleotiden und wird in codierende mRNA und nicht-codierende RNAs wie rRNA, tRNA und kleine RNAs eingeteilt.
- mRNA, rRNA und tRNA enthalten Ribose und Uracil statt Thymin, tRNA enthält daher kein dTMP.
- Hypoxanthin ist ein Purin mit C=O an C6 ohne Aminogruppe an C2, Uracil ein Pyrimidin ohne Methylgruppe an C5.
- mRNA entsteht durch Transkription an Strukturgenen, ist überwiegend einsträngig und bei Bakterien oft polycistronisch, bei Eukaryonten meist monocistronisch.
- snRNA ist Bestandteil der Spleißosomen, snoRNA lenkt die rRNA-Modifikation, miRNA und siRNA hemmen die Translation.
Worum es geht
RNA ist das Bindeglied zwischen der Erbinformation und den Proteinen. Wer ihre Bausteine und Spezies kennt, versteht, wie Gene abgelesen werden und wo moderne Wirkstoffe angreifen, etwa siRNA-Arzneistoffe oder mRNA-Impfstoffe.
RNA im Überblick
Die genetische Information fließt von der DNA über die RNA zum Protein. Man teilt RNA in codierende RNA ein, also die mRNA, und in nicht-codierende RNA, die ihre Funktion selbst erfüllt.
Zur nicht-codierenden RNA gehört die rRNA (ribosomale RNA). Sie bildet zusammen mit Proteinen die Ribosomen und knüpft dort als Ribozym die Peptidbindung. Auch die tRNA und mehrere kleine RNAs zählen dazu.
Die meisten RNAs sind einsträngig. Durch Basenpaarung innerhalb des Strangs bilden sie aber doppelsträngige Abschnitte, etwa in der Kleeblattstruktur der tRNA.
Bausteine der RNA
Ein Ribonucleotid besteht wie jedes Nucleotid aus Base, Zucker und Phosphat. Der Zucker ist in mRNA, rRNA und tRNA immer die Ribose, nie Desoxyribose. Ribose trägt am C2′ eine zusätzliche OH-Gruppe. Im Basischen greift sie die benachbarte Phosphodiesterbindung an. Es entsteht ein 2′,3′-cyclisches Phosphat, und der Strang bricht. DNA fehlt diese Gruppe, sie ist deshalb alkalistabil.
Die zweite Besonderheit ist Uracil an Stelle von Thymin. RNA enthält also Nucleotide mit A, G, C und U. In tRNA findet man Adenosin-, Guanosin-, Cytidin- und Uridin-Nucleotide wie Uridinmonophosphat, aber kein dTMP (Desoxythymidinmonophosphat). Ein Anticodon enthält deshalb kein T.
Uracil erkennt man unter Strukturformeln in zwei Schritten. Zuerst zählt man die Ringe: Pyrimidine haben einen, Purine zwei. Dann prüft man die Substituenten.
| Base | Typ | Kennzeichen |
|---|---|---|
| Uracil | Pyrimidin | C=O an C2 und C4, H an C5 |
| Thymin | Pyrimidin | wie Uracil, zusätzlich \(\ce{CH3}\) an C5 |
| Cytosin | Pyrimidin | C=O an C2, \(\ce{NH2}\) an C4 |
| Adenin | Purin | \(\ce{NH2}\) an C6 |
| Guanin | Purin | C=O an C6, \(\ce{NH2}\) an C2 |
| Hypoxanthin | Purin | C=O an C6, keine Aminogruppe an C2 |
Uracil ist Thymin ohne Methylgruppe. Thymin heißt deshalb auch 5-Methyluracil.
Wird im Examen gerne gefragt: Alle RNA-Spezies enthalten Ribose und Uracil, dTMP dagegen nie. Achte bei Strukturformeln auf die Ringzahl und auf C5: Uracil ist ein Pyrimidin ohne Methylgruppe.
mRNA
Die mRNA (messenger-RNA) entsteht bei der Transkription an Strukturgenen, also an Genen für Proteine. Sie bringt die Information vom Zellkern zu den Ribosomen im Cytoplasma, wo sie translatiert wird. mRNA gibt es in allen Zellen, auch in Bakterien.
mRNA liegt überwiegend einsträngig vor. Eine Kleeblattstruktur wie die tRNA bildet sie nicht. Histone verpacken nur die DNA im Kern, mit mRNA im Cytoplasma sind sie nicht assoziiert.
Ein Cistron ist der Abschnitt, der für ein Polypeptid codiert. Eukaryotische mRNA ist meist monocistronisch: Sie codiert ein einziges Protein. Bakterielle mRNA ist häufig polycistronisch und codiert mehrere Proteine. Ein Beispiel ist die lac-mRNA mit den Cistrons lacZ, lacY und lacA. Jedes besitzt eine eigene Shine-Dalgarno-Sequenz und ein eigenes Startcodon.
Kleine RNAs
Eukaryotische Zellen enthalten zusätzlich kleine nicht-codierende RNAs. Nur miRNA und siRNA hemmen über Basenpaarung mit einer mRNA deren Translation. snRNA und snoRNA wirken dagegen bei der Reifung anderer RNAs mit.
| RNA | Langform | Funktion |
|---|---|---|
| snRNA | small nuclear RNA | im Kern, Bestandteil der Spleißosomen |
| snoRNA | small nucleolar RNA | im Nucleolus, lenkt die Modifikation der rRNA |
| miRNA | Mikro-RNA | körpereigen, hemmt die Translation von Ziel-mRNAs |
| siRNA | short interfering RNA | aus doppelsträngiger RNA, führt zum Abbau der passenden mRNA |
Das Spleißen und die RNA-Interferenz werden auf eigenen Seiten erklärt.
Quiz
Aussage 1
In der tRNA kommen Desoxythymidinmonophosphat-Bausteine vor.
RNA enthält Ribose und Uracil. tRNA besteht aus A-, G-, C- und U-Ribonucleotiden, dTMP fehlt.
Aussage 2
snRNA ist ein Bestandteil der Spleißosomen eukaryotischer Zellen.
snRNA wirkt im Kern beim Spleißen mit. Die Translation hemmt sie nicht, das tun miRNA und siRNA.
Aussage 3
Hypoxanthin ist eine Purinbase mit Carbonylgruppe an C6, die an C2 keine Aminogruppe trägt.
Guanin hat zusätzlich eine Aminogruppe an C2, Hypoxanthin nicht.
Aussage 4
Eukaryotische mRNA ist typischerweise polycistronisch und codiert mehrere Proteine.
Eukaryotische mRNA ist meist monocistronisch. Polycistronisch ist häufig die bakterielle mRNA, etwa die lac-mRNA.
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