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14.7: RNA의 종류
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Biology

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Types of RNA
 
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14.7: Types of RNA

14.7: RNA의 종류

Overview

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse functions and can be broadly classified as protein-coding or non-coding RNA. Non-coding RNAs play important roles in the regulation of gene expression in response to developmental and environmental changes. Non-coding RNAs in prokaryotes can be manipulated to develop more effective antibacterial drugs for human or animal use.

RNA Performs Diverse but Cooperative Functions During Protein Synthesis

The central dogma of molecular biology states that DNA contains the information that encodes proteins and RNA uses this information to direct protein synthesis. Different types of RNA are involved in protein synthesis. Based on whether or not they encode proteins, RNA is broadly classified as protein-coding or non-coding RNA.

Messenger RNA (mRNA) is the protein-coding RNA. It consists of codons—sequences of three nucleotides that encode a specific amino acid. Transfer RNA (tRNA) and ribosomal RNA (rRNA) are non-coding RNA. tRNA acts as an adaptor molecule that reads the mRNA sequence and places amino acids in the correct order in the growing polypeptide chain. rRNA and other proteins make up the ribosome—the seat of protein synthesis in the cell. During translation, ribosomes move along an mRNA strand where they stabilize the binding of tRNA molecules and catalyze the formation of peptide bonds between amino acids. Thus, different types of RNA perform specific but complementary functions during protein synthesis.

Non-coding RNAs in Eukaryotes Regulate Gene Expression

Non-coding RNAs other than tRNA and rRNA were initially considered to be “genomic junk” since they did not encode proteins. However, their roles in regulating gene expression were discovered over the past few decades and continue to be extensively researched. Based on their length, non-coding RNAs may be classified as small regulatory RNAs (< 100 nucleotides) or long non-coding RNAs (> 200 nucleotides).

Both small regulatory RNAs and long non-coding RNAs regulate gene expression by altering various stages of transcription and translation. Non-coding RNAs affect mRNA splicing—removal of protein non-coding segments and joining the protein coding sequences. In this manner, they control the formation of different protein variants from a single gene. Small regulatory RNAs such as microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs) bind to complementary sequences on mRNA and inhibit protein synthesis either by blocking the access of the translation machinery to the mRNA or by degrading the mRNA itself. Long non-coding RNAs interact with and recruit enzymes that chemically modify DNA and histones — proteins that help package DNA into the nucleus — to either activate or repress transcription.

Non-coding RNAs in Prokaryotes Act as Environmental Sensors

RNA-mediated regulation of gene expression is widespread in bacteria. Regulatory sequences in mRNA—called riboswitches—act as environmental sensors by detecting changes in temperature and nutrient levels.

Riboswitch-based regulation depends on the formation of two mutually exclusive and stable conformations of the RNA secondary structure. The secondary structure switches between the two conformations to turn gene expression on or off in response to environmental changes. For example, when the bacteria Listeria monocytogenes infects a host, the higher body temperature of the host breaks down the secondary structure in the 5’ untranslated region of the bacterial mRNA. This exposes a ribosome-binding site on the mRNA and initiates protein translation, enabling the bacteria to live and grow within the host organism.

Riboswitches Can Be Manipulated to Develop Effective Antibacterials

Some riboswitches detect end products of metabolic pathways and serve as feedback controls for transcription or translation. For instance, the thiamine pyrophosphate riboswitch regulates thiamine biosynthesis in bacteria. When an adequate concentration of thiamine has been synthesized, it binds to the riboswitch and changes its conformation. This change in conformation blocks the translation initiation site and stops protein synthesis.

Compounds that closely resemble thiamine in structure are being studied as potential antibacterial agents. These drugs are intended to bind the riboswitch in the absence of thiamine and cause a conformational change that blocks translation of proteins required for thiamine biosynthesis. Since the bacteria will be unable to produce this nutrient, it will stop growing and eventually die. As riboswitches are more commonly found in prokaryotes than eukaryotes, riboswitch-targeting antibacterials would have minimal adverse effects on mammalian hosts.

개요

RNA의 3개의 주요 모형은 단백질 종합에서 관련시요: 메신저 RNA (mRNA), 전송 RNA (tRNA), 및 리보소말 RNA (rRNA). 이 RNA는 다양한 기능을 수행하고 광범위하게 단백질 코딩 또는 비 코딩 RNA로 분류 될 수있다. 비코딩 RNA는 발달 및 환경 변화에 반응하여 유전자 발현의 조절에 중요한 역할을 합니다. 원핵생물의 비코딩 RNA는 인간 또는 동물 사용을 위한 보다 효과적인 항균 약물을 개발하기 위해 조작될 수 있다.

RNA는 단백질 합성 도중 다양하지만 협력적인 기능을 수행합니다

분자 생물학의 중앙 교리는 DNA가 단백질과 RNA를 인코딩하는 정보를 포함하고 단백질 합성을 지시하기 위하여 이 정보를 이용한다는 것을 말합니다. RNA의 다른 모형은 단백질 종합에서 관련시게 됩니다. 단백질을 인코딩하는지 여부에 따라 RNA는 단백질 코딩 또는 비 코딩 RNA로 광범위하게 분류됩니다.

메신저 RNA(mRNA)는 단백질 코딩 RNA이다. 그것은 코돈으로 구성 - 특정 아미노산을 인코딩 세 뉴클레오티드의 서열. 전사 RNA(tRNA) 및 리보소말 RNA(rRNA)는 비코딩 RNA이다. tRNA는 mRNA 서열을 판독하고 성장하는 폴리펩티드 사슬에서 아미노산을 올바른 순서로 배치하는 어댑터 분자로서 작용한다. rRNA 및 그밖 단백질은 리보솜을 구성합니다 - 세포에 있는 단백질 종합의 좌석. 번역 하는 동안, 리보솜 tRNA 분자의 바인딩을 안정화 하 고 아미노산 사이 펩 티 드 결합의 형성을 촉매 mRNA 가닥 을 따라 이동. 따라서, RNA의 다른 모형은 단백질 합성 도중 특이적이지만 상호 보완적인 기능을 능력을 발휘합니다.

진핵생물의 비코딩 RNA는 유전자 발현을 조절합니다.

tRNA 와 rRNA 이외의 비 코딩 RNA는 단백질을 인코딩하지 않았기 때문에 처음에 "게놈 정크"로 간주되었습니다. 그러나, 유전자 발현을 통제하는 그들의 역할은 지난 수십 년 동안 발견되고 광범위하게 연구되는 것을 계속합니다. 그들의 길이에 따라, 비코딩 RNA는 작은 규제 RNA로 분류될 수 있습니다 (< 100 뉴클레오티드) 또는 긴 비 코딩 RNA (> 200 뉴클레오티드).

작은 규제 RNA와 긴 비코딩 RNA 모두 전사 및 번역의 다양한 단계를 변경하여 유전자 발현을 조절합니다. 비코딩 RNA는 mRNA 접합에 영향을 미칩니다 - 단백질 비코딩 세그먼트의 제거 및 단백질 코딩 서열에 합류. 이러한 방식으로, 그들은 단일 유전자에서 다른 단백질 변이체의 형성을 제어. microRNA (miRNA) 및 작은 간섭 RNA (siRNAs)와 같은 작은 조절 RNA는 mRNA에 상호 보완적인 서열에 결합하고 mRNA에 번역 기계의 접근을 차단하거나 mRNA 자체를 저하시킴으로써 단백질 합성을 억제합니다. 긴 비코딩 RNA는 DNA와 히스톤을 화학적으로 수정하는 효소와 상호 작용하고 모집합니다 - DNA를 핵으로 포장하는 데 도움이 되는 단백질 - 전사를 활성화하거나 억압합니다.

프로카요테의 비코딩 RNA는 환경 센서로 작동합니다.

유전자 발현의 RNA 중재 조절은 박테리아에서 널리 퍼져 있다. 리보스위치라고 불리는 mRNA의 규제 서열은 온도 및 영양소 수준의 변화를 감지하여 환경 센서역할을 합니다.

리보스위치 기반 조절은 RNA 이차 구조의 상호 배타적이고 안정적인 적합성 2개의 형성에 달려 있다. 이차 구조는 환경 변화에 대응하여 유전자 발현을 켜거나 끄기 위해 두 가지 적합성 사이를 전환합니다. 예를 들어, 박테리아 리스테리아 단세포 유전자가 숙주에게 감염되면 숙주들의 체온이 높아세균mRNA의 5' 번역되지 않은 부위에서 이차 구조를 분해한다. 이것은 mRNA에 리보솜 결합 사이트를 노출하고 단백질 번역을 개시합니다, 박테리아가 숙주 유기체 내에서 살고 성장하는 가능하게 합니다.

리보스위치는 효과적인 항균을 개발하기 위해 조작 될 수있다

일부 리보스위치는 대사 경로의 최종 제품을 감지하고 전사 또는 번역에 대한 피드백 컨트롤역할을합니다. 예를 들어, 티아민 파이로포스페이트 리보스위치는 박테리아의 티아민 생합성을 조절합니다. 티아민의 적절한 농도가 합성되면 리보스위치에 결합하여 변형을 변경합니다. 이러한 변형은 번역 개시 부위를 차단하고 단백질 합성을 중단합니다.

구조에서 티아민과 유사한 화합물은 잠재적인 항균제로 연구되고 있습니다. 이 약은 티아민의 부재에 리보 스위치를 결합 하 고 티아민 생합성에 필요한 단백질의 번역을 차단 하는 형성 변화를 일으킬. 박테리아는이 영양소를 생산할 수 없을 것 이다 때문에, 그것은 성장을 중지 하 고 결국 죽을 것 이다. 리보스위치가 진핵생물보다 카르요테에서 더 흔하게 발견되기 때문에, 리보스위치 표적항균은 포유류 호스트에 최소한의 부작용을 가질 것이다.


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