Was ist RNA?

Von Benedette Cuffari, M.Sc.Überprüft von Dr. Ananya Mandal, MD

Ribonukleinsäure (RNA) ist ein wichtiges biologisches Makromolekül, das in allen biologischen Zellen vorhanden ist.

Sie ist hauptsächlich an der Synthese von Proteinen beteiligt, indem sie die Botenstoffe der DNA überträgt, die ihrerseits die für die Entwicklung und Erhaltung des Lebens erforderlichen genetischen Anweisungen enthält. In einigen Viren ist nicht die DNA, sondern die RNA Träger der genetischen Information.

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RNA vs DNA

Es gibt zwei verschiedene Arten von Nukleinsäuren: DNA und RNA. Die Nukleinsäure der DNA ist Desoxyribose, während die Nukleinsäure der RNA Ribose ist. Wie aus ihren Namen hervorgeht, fehlt der Desoxyribose der DNA ein Sauerstoffmolekül im Vergleich zum Ribosezucker der RNA. Zu den Nukleotiden der DNA gehören Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T), zu den Nukleotiden der RNA gehören A, G, C und Uracil (U).

Während die Struktur der DNA in eukaryontischen Zellen eine Doppelhelix ist, ist die RNA in der Regel einzelsträngig und kommt in verschiedenen Formen vor. Die Einzelstrangstruktur der RNA ermöglicht es diesem Molekül, sich bei Bedarf auf sich selbst zurückzufalten und verschiedene stabile Sekundärstrukturen zu bilden.

Typen von RNA und ihre Aufgaben

Der Typ der RNA bestimmt die Funktion, die dieses Molekül in der Zelle hat. Abgesehen von der kodierenden Region der Boten-RNA-Moleküle (mRNA), die in Proteine übersetzt werden, sind andere zelluläre RNA-Elemente an verschiedenen Prozessen beteiligt, darunter die transkriptionelle und posttranskriptionelle Regulierung des genetischen Materials, die Temperatur- und Ligandensensierung, die Übersetzungskontrolle und der RNA-Umsatz.

Transkription (DNA zu mRNA)

Da die DNA den Zellkern nicht verlassen kann, ist sie nicht in der Lage, selbst ein Protein zu erzeugen. Die Erzeugung von Proteinen aus ihrer DNA-Kodiersequenz beginnt mit einem Prozess, der Transkription genannt wird. Während der Transkription wickeln mehrere Enzyme, darunter Helikase und Topoisomerase, die DNA ab, um einem anderen Enzym, der RNA-Polymerase, Zugang zu verschaffen. Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang des abgewickelten DNA-Strangs, um das mRNA-Molekül zu konstruieren, bis es bereit ist, den Zellkern zu verlassen.

Translation (mRNA zu Protein)

Wenn die mRNA den Zellkern verlässt und in das Zytoplasma der Zelle gelangt, trifft sie auf ein Ribosom, so dass der Prozess der Translation beginnen kann. Ein Paar von drei Nukleotidbasen des mRNA-Moleküls wird als Codon bezeichnet, und jedes Codon ist nur für eine Aminosäure spezifisch.

Während der Translation erkennen Transfer-RNA-Moleküle (tRNA), die an eine bestimmte Aminosäure gebunden sind, ein Codon auf dem mRNA-Molekül und fügen die entsprechende Aminosäure an dieser Stelle in den Strang ein. Das Codon CUC beispielsweise erzeugt die Aminosäure Leucin, während das Codon UGA eine Art Stoppcodon ist, das anzeigt, dass die Übersetzung des Gens abgeschlossen ist. Die beiden anderen Stoppcodons sind UAG und UAA.

Ribosomen enthalten sowohl Proteine als auch verschiedene ribosomale RNA-Moleküle (rRNA). Sobald Aminosäuren gebildet worden sind, bewegen sich die rRNA-Moleküle entlang des mRNA-Moleküls, um die Bildung von Proteinen zu katalysieren. Es ist wichtig zu wissen, dass mRNA, tRNA und rRNA alle eine wichtige Rolle in diesem Weg der Proteinsynthese spielen.

RNA als biologischer Katalysator

Obwohl man viele Jahre lang glaubte, dass nur Proteine Enzyme sein könnten, hat sich gezeigt, dass bestimmte RNA-Moleküle komplexe tertiäre Strukturen annehmen und als biologische Katalysatoren wirken. So können beispielsweise rRNA-Moleküle während der Translation als Ribozyme fungieren.

Ribozyme, d.h. Enzyme, die nicht aus Proteinen, sondern aus RNA-Molekülen bestehen, weisen viele der Merkmale eines klassischen Enzyms auf, wie z.B. eine aktive Stelle, eine Bindungsstelle für ein Substrat und eine Bindungsstelle für einen Cofaktor, wie z.B. ein Metallion. Ribozyme verknüpfen Aminosäuren während der Proteinsynthese und sind auch am RNA-Spleißen, an der Biosynthese von Transfer-RNAs und an der viralen Replikation beteiligt.

Eines der ersten Ribozyme, die entdeckt wurden, war die RNase P, eine Ribonuklease, die an der Erzeugung von tRNA-Molekülen aus größeren Vorläufer-RNAs beteiligt ist. RNase P besteht sowohl aus RNA als auch aus Protein; der RNA-Anteil allein ist jedoch der Katalysator.

RNA-Welt-Hypothese

Die RNA-Welt-Hypothese, die auch als „RNA-1.-Hypothese“ bezeichnet wird, besagt, dass sich das Leben auf der Erde zunächst mit einem einfachen RNA-Molekül entwickelte, das sich individuell selbst replizieren konnte und aus dem sich später die DNA entwickelte. Der vielleicht stärkste Beweis für diese Hypothese ist, dass das Ribosom, in dem Proteine zusammengebaut werden, ein Ribozym ist.

Ein weiterer Beweis ist die Tatsache, dass bestimmte Viren RNA verwenden. Da man davon ausgeht, dass Viren eine einfachere, ältere Lebensform sind als die komplexeren prokaryotischen und eukaryotischen Zellen, würde dies darauf hindeuten, dass das Leben zuerst in der präbiotischen Welt durch die Nutzung dieser einfachen Nukleinsäure für die Speicherung und Transkription von Informationen entstanden ist. So wurde die Replikation dieser einfachen Lebensformen und die Vermehrung und Evolution komplexerer Organismen in dieser alten Welt ermöglicht.

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Geschrieben von

Benedette Cuffari

Nachdem sie 2016 ihren Bachelor of Science in Toxikologie mit zwei Nebenfächern in Spanisch und Chemie abgeschlossen hatte, setzte Benedette ihr Studium fort und schloss im Mai 2018 ihren Master of Science in Toxikologie ab. Während ihres Studiums untersuchte Benedette die Dermatotoxizität von Mechlorethamin und Bendamustin, zwei Stickstoffsenf-Alkylierungsmittel, die in der Krebstherapie eingesetzt werden.

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