Podstawowa struktura RNA składa się z pięciowęglowego cukru i jednej z czterech zasad azotowych. Chociaż większość RNA jest jednoniciowa, może tworzyć złożone struktury drugorzędowe i trzeciorzędowe. Takie struktury odgrywają zasadniczą rolę w regulacji transkrypcji i translacji.
Istnieją trzy główne typy kwasu rybonukleinowego (RNA): informacyjny RNA (mRNA), transferowy RNA (tRNA) i rybosomalny RNA (rRNA). Wszystkie trzy typy RNA składają się z jednoniciowego łańcucha nukleotydów. Każdy nukleotyd składa się z pięciowęglowej rybozy cukrowej. Cząsteczki węgla rybozy są ponumerowane od jednego do pięciu. Węgiel numer pięć niesie ze sobą grupę fosforanową, a węgiel numer jeden niesie zasadę azotową.
W RNA znajdują się cztery zasady azotowe – adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i uracyl (U). Uracyl jest jedyną zasadą w RNA, która nie jest obecna w DNA, które zamiast tego wykorzystuje tyminę (T). Podczas transkrypcji RNA jest syntetyzowany z matrycy DNA przez komplementarne wiązanie nowych zasad RNA z zasadami DNA; A wiąże się z T, G wiąże się z C, C wiąże się z G, a U wiąże się z A.
Podobnie jak DNA, sąsiednie nukleotydy w RNA są połączone ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi. Wiązania te tworzą się między grupą fosforanową jednego nukleotydu a grupą hydroksylową (–OH) na rybozie sąsiedniego nukleotydu.
Ta struktura nadaje RNA kierunkowość – to znaczy, że dwa końce łańcucha nukleotydów są różne. Węgiel numer pięć rybozy niesie ze sobą niezwiązaną grupę fosforanową, od której pochodzi nazwa koniec 5′. Ostatnia ryboza na drugim końcu łańcucha nukleotydowego ma wolną grupę hydroksylową (–OH) pod numerem węgla 3; stąd ten koniec cząsteczki RNA nazywany jest końcem 3′. Gdy nukleotydy są dodawane do łańcucha podczas transkrypcji, grupa fosforanowa 5′ nowego nukleotydu reaguje z grupą hydroksylową 3′ rosnącego łańcucha. Dlatego RNA jest zawsze składane w kierunku od 5 ‘do 3’.
Struktury drugorzędowe są tworzone przez komplementarne parowanie zasad między odległymi nukleotydami na tym samym jednoniciowym RNA. Podczas gdy pętle spinki do włosów powstają w wyniku parowania zasad w obrębie 5-10 nukleotydów od siebie, pętle łodygowe powstają przez parowanie zasad, które są oddzielone od 50 do setek nukleotydów. U prokariontów te drugorzędowe struktury działają jako regulatory transkrypcji. Na przykład pętla spinki do włosów może służyć jako sygnał zakończenia, tak że gdy enzymy transkrypcyjne napotykają tę strukturę, odłączają się od mRNA, a transkrypcja ustaje. Pętle macierzyste lub pętle spinki do włosów na końcach 3′ lub 5′ również regulują stabilność mRNA u eukariontów, zapobiegając wiązaniu rybonukleaz – enzymów degradujących RNA.
Struktury drugorzędowe mogą tworzyć bardziej skomplikowane struktury trzeciorzędowe zwane pseudowęzłami. Pseudowęzły powstają, gdy zasady w regionach pętli struktur drugorzędowych oddziałują z komplementarnymi zasadami na zewnątrz pętli. Te trzeciorzędowe struktury odgrywają istotną rolę w strukturze i funkcji RNA.
tRNA służą jako cząsteczki adaptorowe podczas translacji mRNA do białek. Trójwymiarowa struktura tRNA ma kształt litery L, z miejscem wiązania aminokwasów na jednym końcu i antykodonem na drugim końcu. Antykodony to sekwencje trzech nukleotydów komplementarnych do kodonu mRNA – sekwencji trzech nukleotydów, które kodują określony aminokwas. Ten specyficzny kształt tRNA umożliwia mu wiązanie się z rybosomami, w których zachodzi synteza białek. Cząsteczki tRNA mają zwykle długość 70-80 nukleotydów i składają się w strukturę łodygowo-pętlową, która przypomina liść koniczyny. Trzy z czterech łodyg mają pętle zawierające 7-8 podstaw. Czwarta łodyga jest rozpętana i zawiera wolne końce nici RNA o długości 5′ i 3′. Koniec 3′ działa jako miejsce akceptora aminokwasów.
