# data[].attributes.body
Kwas rybonukleinowy (RNA) to pojedyncza zawinięta helisa. Jest to polimer zbudowany z nierozgałęzionych łańcuchów podjednostek czyli inaczej nukleotydów.

Nukleotyd jest zbudowany z trzech części: cukru, grupy fosforanowej oraz zasady azotowej. Pomiędzy reszta fosforanowa(V), a pentoza występuje wiązanie estrowe, natomiast pomiędzy pentozą, a zasadą azotowa wiązanie glikozydowe

W RNA cukrem jest ryboza natomiast zasadami azotowymi są: adenina, cytozyna,guanina oraz uracyl. RNA w przeciwieństwie do DNA jest jednoniciowe.

# data[].attributes.body
RNA dzielimy na:
-mRNA (informacyjny): stanowi on tylko 5% komórkowego RNA. Przenosi informację genetyczną zawartą w DNA z jądra do cytoplazmy (do miejsca syntezy białek)

-rRNA (rybosomowy): występuje on w największej ilości w komórce. Jest składnikiem rybosomów (organelli uczestniczących w syntezie białek)

-tRNA (transportujący): przenosi on aminokwasy do rybosomów. Występują w postaci niewielkich cząsteczek zbudowanych z 74-90 nukleotydów. Pojedyncza cząsteczka rozpoznaje, wiąże i dostarcza tylko jeden rodzaj aminokwasu do rybosomu

# data[].attributes.body
Wszystkie rodzaje RNA uczestniczą bezpośrednio lub pośrednio w odczytywaniu informacji genetycznej, przy czym główną rolę odgrywają w tym procesie
-mRNA (przenoszenie DNA z jądra do cytoplazmy)
-rRNA (funkcja budulcowa bądź łączenie aminokwasów)
-tRNA (przenosi aminokwasy do rybosomów)

# data[].attributes.body
Szczepionki RNA różnią się od tradycyjnych szczepionek tym, że w przypadku szczepionek RNA białka patogenu produkowane są przez szczepiony organizm, a w przypadku tradycyjnych szczepionek gotowe (wyprodukowane w laboratorium) antygeny są dostarczone do organizmu w określonej ilości w szczepionce

# data[].attributes.body
Na zmienność sekwencji RNA wirusa ma wpływ przede wszystkim na białka wirusa. odkryto że różnice w sekwencji RNA wirusa wpływają na funkcje samego RNA oraz na patogenetyczność wirusa.

# data[].attributes.attachment_link.title
Sekwencja genomu wirusa grypy ma wpływ na jego patogenetyczność | RNAFLU Project | Results in brief | FP7 | CORDIS | European Commission

# data[].attributes.attachment_link.description
Wirus grypy wyróżnia się niezwykłą zdolnością do mutowania, a tym samym zmiany swoich właściwości i patogenetyczności. Europejscy badacze odkryli, że zmienność sekwencji w genomie wirusa modyfikuje patogenetyczność wirusa, wpływając na działanie samego genomu wirusa. Zdrowie Możliwość przenikania przez bariery gatunkowe sprawia, że nowe rodzaje wirusów grypy o różnych właściwościach patogenetycznych mogą pojawiać się z dużą szybkością.

# data[].attributes.body
U eukariontów: jądro komórkowe (rRNA powstaje w jąderku i następnie jest transportowany do cytoplazmy)- ruch jest możliwy dzięki obecności porów jądrowych w otoczce jądra komórki
U prokariontów: cytoplazma

# data[].attributes.body
U wirusów RNA dojrzałe cząsteczki wirusa zawierają materiał genetyczny w postaci kwasu rybonukleinowego. Zawiera on informację genetyczną wirusa i uczestniczy w jego namnażaniu.

# data[].attributes.body
Wirusy RNA należą do grupy retrowirusów. Ich cechą charakterystyczną jest posiadanie enzymu odwrotnej transkryptazy, którą wykorzystują do transkrypcji genomowego RNA na przejściowy DNA. Umożliwia im to wbudowanie swojego DNA do DNA gospodarza.

# data[].attributes.body
RNAi okazała się być niezwykle skuteczną technologią umożliwiającą regulację w dół ekspresji genów. Odkrycie to zaowocowało Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny w 2006 r. Badania wykazały, że technologia ta może być również stosowana w przypadku wielu tkanek do niszczenia genów docelowych – zwłaszcza tych uczestniczących w chorobach. Oznacza to, że RNAi dysponuje potencjałem, który można wykorzystać w leczeniu ludzi.Finansowana ze środków unijnych inicjatywa "Technologia interferencji RNA jako narzędzie w leczeniu ludzi" (RIGHT) miała na celu przebadanie technologii RNAi pod kątem jej zastosowania w leczeniu poprzez analizę mechanizmów jej działania.

# data[].attributes.body
RNA jest wykorzystywany w terapii genowej
Stosowany w walce z:
-ostrą białaczką szpikową
- grypą
- zapaleniem stawów
-HBV

# data[].attributes.attachment_link.title
What is RNA | Genetics | Biology | FuseSchool

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Kwasy nukleinowe są kluczowymi cząsteczkami, dzięki którym zachowana jest ciągłość życia na Ziemi. To właśnie dzięki wyewoluowaniu cząsteczek DNA i RNA możliwe jest funkcjonowanie tak złożonych struktur jak komórki. Mogą one nie tylko przeprowadzać wiele skomplikowanych rekacji biochemicznych składających się na metabolizm, ale też dzielić się i przekazywać DNA komórkom potomnym. Cząsteczka DNA jest czymś w rodzaju biologicznej instrukcji, która zawiera w sobie ogrom informacji dotyczących tego, jak budować białka, które są niezbędne do funkcjonowania każdej komórki, tkanki - i w końcu - całego organizmu.

Burzliwa historia

Wśród kwasów nukleinowych cząsteczką, która zaskarbiła sobie najwięcej uwagi wśród uczonych, pozostaje kwas deoksyrybonukleinowy, czyli DNA. Zostało ono odkryte w 1869 roku przez Friedricha Mieschera dzięki badaniom nad białkami wchodzącymi w skład leukocytów (przypis 1). Podczas pracy natknął się na substancję znajdującą się w jądrze komórkowym, która była odporna na działanie enzymów trawiących białka, a na dodatek miała niepodobny do białek skład chemiczny - charakteryzowała się dużą ilością atomów fosforu i brakiem atomów siarki. Miescher zdał sobie sprawę, że odkrył zupełnie nową cząsteczkę, a z racji tego, że odnalazł ją w jądrze nazwał ją „nukleiną" (łac. nucleus, czyli jądro) [1].

Dziesięć lat później Albrecht Kossel zbadał dokładny skład chemiczny niedawno odkrytej cząsteczki, natomiast w 1889 roku termin „nukleina" został zamieniony na „kwas nukleinowy" dzięki Richardowi Altmannowi [2]. W 1909 roku odkryto rybozę, czyli cukier, będący szkieletem RNA, a 20 lat później deoksyrybozę występującą w DNA (stąd też nazwy - RNA, czyli kwas rybonukleinowy i DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy). Na początku lat 30. XX wieku naukowcy zaczęli pojmować, że RNA i DNA to dwie różne cząsteczki o różnych właściwościach. Całkowicie nieznana była jednak ich budowa przestrzenna [3].

Dopiero w 1951 roku Rosalind Franklin, Maurice Wilkins i Raymond Gosling zrobili jedno z najważniejszych zdjęć w historii nauk biologicznych - obraz rozpraszania promieni X na kryształach DNA (rys. 1). Na seminarium w King's College tego samego roku Franklin wygłosiła wykład, w którym wskazała możliwość budowy DNA jako helikalnej struktury, złożonej z dwóch lub trzech nici. W 1953 roku struktura kwasu deoksyrybonukleinowego została ostatecznie rozszyfrowana - w czasopiśmie Nature z kwietnia 1953 roku ukazały się aż trzy artykuły na ten temat (pierwszy Watsona i Cricka; drugi Wilkinsa, Stonesa i Wilsonsa; trzeci Franklin i Goslinga). Z całym odkryciem wiąże się niemała ilość kontrowersji, gdyż za głównych odkrywców struktury DNA po dziś dzień uważa się Watsona i Cricka (którzy zresztą byli obecni na wykładzie Rosalind w King's College). To właśnie oni dostali za to odkrycie Nagrodę Nobla. Każdego zainteresowanego historią Rosalind zachęcam do obejrzenia krótkiego filmiku: https://www.youtube.com/watch?v=BIP0lYrdirI [3].

Rys. 1 Obraz dyfraktometryczny DNA.

Źródło: Franklin R.E., Gosling R.G. Molecular configuration in sodium thymonucleate. „Nature"1953, 171, s. 740-741

DNA i jego niezwykła budowa

Jak więc zbudowana jest ta tajemnicza cząsteczka? Jej trójwymiarową strukturę opisuje się jako podwójną helisę (rys. 2). Pojedynczym elementem budulcowym jest nukleotyd, na który składa się cukier (deoksyryboza), reszta kwasu fosforowego i zasada azotowa. Te dwa pierwsze są odpowiedzialne za utworzenie szkieletu DNA, a ostatni determinuje zapisaną tam informację. W komórkach, ze względu na środowisko wodne panujące w ich wnętrzu, helisa samoczynnie „skręca się" w prawo (zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara). Dwie nici tworzące cząsteczkę (tzw. B-DNA) biegną względem siebie równolegle, ale w przeciwnych kierunkach i są w tym kształcie utrzymywane dzięki wiązaniom wodorowym między zasadami azotowymi, jak i oddziaływaniu środowiska [4]. Jednak w niektórych przypadkach DNA może przyjąć lewoskrętną zygzakowatą formę, która znacznie różni się strukturalnie od formy B. Biologiczna rola formy Z-DNA nie jest jednak do końca poznana, ale wykazano, że występuje ona w komórkach mózgu chorych na Alzheimera [5].

Ludzki genom (przypis 2) zbudowany jest z ponad 3 miliardów nukleotydów i według różnych źródeł ma długość aż 2-3 metrów [6, 7]. Jak to możliwe, że tak długa cząsteczka mieści się w mikroskopijnym jądrze komórkowym każdej komórki (przypis 3)? DNA jest bardzo mocno upakowane, wręcz ściśnięte do granic możliwości. Ta zwarta struktura rozwijana jest jedynie wtedy, kiedy komórka się dzieli i potrzebna jest druga kopia cząsteczki, która trafi do komórki potomnej (podczas procesu zwanego replikacją) lub podczas ekspresji genu (ale tylko na obszarze, na którym dany gen się znajduje). DNA nawija się ciasno na białka zwane histonami, a następnie tworzy struktury zwane chromososmami [8].

Rys. 2 Struktura podwójnej helisy DNA. Na niebiesko oznaczono połączone cząsteczki deoksyrybozy i reszty kwasu fosforowego, a kolorowymi prostokątami poszczególne zasady azotowe. Zasady azotowe łączą się ze sobą zawsze w określony sposób A (adenina) łączy się z T (tyminą), a C (cytozyna) z G (guaniną). Jest to możliwe dzięki wytworzeniu się między nimi wiązań wodorowych oraz oddziaływaniu zewnętrznego środowiska wodnego.

Źródło: https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/dna

Rys. 3 Schematyczna budowa chromosomu.

Źródło: https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/chromosome

Kluczowa rola

Kwasy nukleinowe znajdują się we wszystkich żywych organizmach, od bakterii po bardzo złożone istoty, takie jak człowiek. Nawet wirusy (nie zaliczane do organizmów żywych) potrzebują kwasów nukleinowych, żeby namnażać się w komórkach gospodarza. DNA posiada niesamowitą własność przechowywania informacji - jest nośnikiem wszystkich instrukcji niezbędnych do funkcjonowania komórek. Naukowcy obliczyli, że jeden gram DNA może pomieścić 215 petabajtów (215 milionów gigabajtów) informacji! Teoretycznie taki system mógłby pomieścić całość cyfrowych informacji, która została kiedykolwiek wytworzona przez ludzkość, a wszystko to zmieściłoby się w kontenerze o wielkości kilku pickup'ów. Nie jest to niemożliwe - w 2012 roku genetycy z Uniwersytetu Harvarda zapisali na DNA książkę mającą 52 000 słów [9].

Jednak żeby cokolwiek z zawartych w DNA instrukcji weszło w życie, informacja ta musi zostać „przepisana" na inną cząsteczkę - kwas rybonukleinowy (RNA) [10]. Odcinek DNA zawierający informację o budowie jednego białka to . Natomiast proces polegający na szeregu czynności, które mają na celu z odcinka DNA „stworzyć" białko nazywa się ekspresją genu [11]

Przyjrzyjmy się temu procesowi na przykładzie. Wyobraźmy sobie, że komórka potrzebuje określonego białka do funkcjonowania. Żeby zasięgnąć informacji o tym, jak je wyprodukować, musimy wejść do jej jądra. Odpowiedni fragment DNA jest znajdywany przez dedykowane temu enzymy (takie jak polimeraza RNA) i cały proces może się rozpocząć.

Na początku odpowiedni fragment DNA jest „przepisywany" na RNA - ten proces nazywamy transkrypcją. Jest to po prostu kopiowanie zawartej w DNA informacji. Następnie taka cząsteczka jest w odpowiedni sposób modyfikowana i wydostaje się z jądra komórkowego do cytoplazmy (przypis 4) - od tego momentu transkrypcja się kończy, a rozpoczyna translacja, kolejny etap produkcji białka.

Do produkcji białek potrzeba jeszcze specjalnych struktur takich jak rybosomy. Nić mRNA (ang. messenger RNA, czyli informacyjny bądź matrycowy RNA) przyłącza się do rybosomu, który następnie „odczytuje" informację zawartą w mRNA. Rybosomy są też miejscem, do którego przyłączają się kodowane przez mRNA aminokwasy (przypis 5). Rybosom przesuwa się po takiej nici, odczytując informację o kolejnym aminokwasie i łączy je ze sobą w łańcuch polipeptydowy (przypis 6).

Żeby białko mogło pełnić swoją funkcję, musi przejść jeszcze przez szereg modyfikacji. W dedykowanych do tego organellach komórkowych (aparat Golgiego) do białka dołączane są różne grupy funkcyjne, które wpływają na jego właściwości fizyczne i chemiczne, a tym samym na stabilność i aktywność. Jednak to jeszcze nie wszystko - na etapie końcowym białko musi się poprawnie pozwijać, czyli przyjąć odpowiednią konformację. Białka to w dużej mierze enzymy, czyli katalizatory reakcji zachodzących w naszym organiznmie. Żeby móc się przyłączyć do określonego substratu muszą przyjąć odpowiedni kształt, inaczej zwyczajnie nie będą w dane miejsce „pasować" i reakcja nie zajdzie [12]. Jednak nie tylko enzymy muszą przyjąć odpowiednią konformację - dotyczy to absolutnie wszystkich białek. Wystarczy sobie tylko wyobrazić kolagen, który jest białkiem o strukturze włókna - nie będzie on pełnił dobrze swojej funkcji, jeśli będzie miał kształt kulki, prawda?

Cały proces syntezy białek dobrze zobrazuje poniższy film:
https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA
Dynamiczne RNA

RNA, czyli kwas rybonukleinowy, jest cząsteczką nie mniej ważną od DNA. Powyżej opisywałam już jego kluczową rolę w procesie transkrypcji. Rodzajów RNA i ich różnorakich funkcji jest tyle, że na pewno napiszemy o tym jeszcze nie jeden artykuł. Warto jednak wspomnieć, że RNA jest m.in. głównym składnikiem rybosomów (rRNA), transportuje aminokwasy do rybosomu podczas procesu translacji (tRNA), czy też jest odpowiedzialne za wyciszenie ekspresji genu (miRNA i siRNA) [13].

Czym się różni od DNA? Podstawową różnicą, która wynika już z nazwy, jest budujący tę cząsteczkę cukier - w przypadku RNA jest to ryboza. Drobna różnica w postaci występowania atomu tlenu ( deoksy czyli „pozbawiony tlenu") ma dość poważne konsekwencje dla charakterystyki całej cząsteczki - RNA jest dużo bardziej rekatywny niż DNA. Przypomnijmy sobie funkcję DNA - jest dość statyczna, zamyka się w przechowywaniu informacji genetycznej w komórce. RNA natomiast dzięki swej reaktywności może łączyć się z innymi cząsteczkami oraz brać udział w wielu dynamicznych procesach, takich jak produkcja białek [14].

Tab. 1 Wybrane rodzaje RNA, występujące w komórkach i ich krótka charakterystyka.

Rys. 4 Przykładowe struktury przestrzenne przyjmowane przez RNA.

Źródło: https://www.researchgate.net/publication/322936039_Structural_Changes_of_RNA_in_Complex_with_Proteins_in_the_SRP

Ponadto, kwas rybonukleinowy występuje zazwyczaj w formie pojedynczej nici. Jednak dzięki oddziaływaniom pomiędzy zasadom azotowym też może przyjmować złożone trójwymiarowe struktury, przypominające węzły i pętle (rys. 4). Często ta struktura ma nadrzędne znaczenie dla funkcji, jaką dane RNA ma pełnić, jest np. kluczowa do wyciszania genów przez miRNA i siRNA. Niektóre cząsteczki RNA mają zdolności katalityczne - tak samo jak w przypadku enzymów kluczowa jest ich odpowiednia struktura przestrzenna. Jeżli natomiast mowa o zasadach azotowych - tutaj też znajdziemy pewną różnicę pomiędzy DNA a RNA. W RNA nie występuje tymina (T), zastępuje ją natomiast uracyl (U) [14]. Najważniejsze różnice pomiędzy DNA i RNA przedstawia poniższy rysunek oraz tabela:

Rys. 5 Różnica w budowie między RNA i DNA

Źródło: http://www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/rna2.html ; translated from the en version, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7094398

Pamiętaj o jednym, nie zapominaj o drugim

Kwasy nukleinowe są niezbędne do funkcjonowania każdej żywej komórki. DNA okazało się być „cudowną cząsteczką", która przechowuje wszystkie informacje potrzebne dla zachowania ciągłości organizmu. Jednak zagłębiając się nieco bardziej w świat genetyki molekularnej okazuje się, że równie ważne dla organizacji życia jest istnienie RNA. Istnieje teoria biogenezy, tzw. hipoteza świata RNA, która zakłada, że to właśnie ta cząsteczka dała początek życiu na Ziemi. Kwas rybonukleinowy jest cząsteczką „aktywną", deoksyrybonukleinowy natomiast zdecydowanie bardziej „pasywną". Dlatego od setek milionów lat tak pięknie ze sobą współgrają.

Przypisy:

1. Leukocyty, inaczej białe krwinki - elementy wchodzące w skład krwi, mające głównie za cel ochronę organizmu przed patogenami.

2. Genom to całość DNA danego organizmu.

3. Tak naprawdę to nie każdej - erytrocyty nie posiadają jąder. Wyrażenie użyte jest dla uproszczenia.

4. Cytoplazma są to wszystkie składowe w komórce poza jądrem komórkowym i błoną komórkową, która ją otacza. Składa się na nią cytozol, czyli ciecz bądź galaretowata substancja, w której zanurzona jest całość elementów komórki oraz organella komórkowe.

5. Przyłączanie się aminokwasów do rybosomu jest możliwe dzięki cząsteczkom tRNA niosącym odpowiedni aminokwas. Każda trójka nukleotydów koduje jeden aminokwas, zatem cząsteczka tRNA przyłącza się na zasadzie komplementarności zasad azotowych do mRNA i „pozostawia" tam odpowiedni aminokwas.

6. Łańcuch polipeptydowy - łańcuch składający się z wielu aminokwasów połączonych wiązaniem peptydowym.

Bibliografia:

1. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00439-007-0433-0

2. Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; and Stryer, Lubert (2002). Biochemistry, 5th edition. New York: W. H. Freeman.

3. http://www.pan.poznan.pl/nauki/N_209_09_Barciszewski.pdf

4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22585/

5. https://www.researchgate.net/publication/8054822_First_Evidence_to_Show_the_Topological_Change_of_DNA_from_B-DNA_to_Z-DNA_Conformation_in_the_Hippocampus_of_Alzheimer's_Brain

6. https://hypertextbook.com/facts/1998/StevenChen.shtml

7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/

8. https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/chromosome

9. https://www.sciencemag.org/news/2017/03/dna-could-store-all-worlds-data-one-room

10. https://www.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/central-dogma-transcription/a/nucleic-acids

11. https://www.nature.com/scitable/topicpage/gene-expression-14121669/

12. Lodish H, Berk A, Kaiser Chris A., Krieger M, Bretscher A; Molecular Cell Biology / 8 Edition; Chapter 1, 7-9; 2016

13. https://www.britannica.com/science/RNA

14. https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Nucleic_Acid/Difference_between_DNA_and_RNA

# data[].attributes.attachment_link.title
Kwasy rybonukleinowe i ich tajemnice " Genetyka

# data[].attributes.attachment_link.description
Kwasy nukleinowe są kluczowymi cząsteczkami, dzięki którym zachowana jest ciągłość życia na Ziemi. To właśnie dzięki wyewoluowaniu cząsteczek DNA i RNA możliwe jest funkcjonowanie tak złożonych struktur jak komórki. Mogą one nie tylko przeprowadzać wiele skomplikowanych rekacji biochemicznych składających się na metabolizm, ale też dzielić się i przekazywać DNA komórkom potomnym.

# data[].attributes.attachment_link.title
mRNA, tRNA, and rRNA function | Types of RNA

# data[].attributes.body
Podręcznik ,,Biologia na czasie 3" Nowa Era
https://cordis.europa.eu/docs/results/images/2020-06/418336.jpg
https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-a74ea90e68a4fe259ff8fc3457406119.webp
https://4.bp.blogspot.com/-QePoubaMsn8/W56gxJAI2GI/AAAAAAAAAcE/V5FCp43aKvs6PANXu8bTQRajSZgFlMPdwCLcBGAs/s1600/ni%25C4%2587%2BDNa.png
https://www.synevo.pl/wp-content/uploads/2020/11/koronawirus-jak-wyglada-koronawirus.jpg
https://jestemchory.pl/show_ryc.via?id=195
https://cordis.europa.eu/docs/results/images/2020-06/418336.jpg

# data[].attributes.body
Wyróżnia się 3 podstawowe rodzaje omawianego kwasu nukleinowego:
mRNA – stanowi matrycę w procesie syntezy białek;
tRNA – bierze udział w translacji dostarczając odpowiednie aminokwasy do rybosomu;
rRNA – wchodzi w skład rybosomów, w których także pełni funkcje strukturalne i katalityczne podczas translacji.