Die RNA (Ribonukleinsäure) besteht, wie die DNA, aus einem Strang aus Nukleotiden. Anders als die DNA (Desoxyribonukleinsäure), enthält sie Ribose also nur Zucker (statt der Desoxyribose) und kommt nur einzelsträngig vor. Bei der Synthese von RNA aus der DNA wird die Base Thymin durch Uracil ersetzt.
Funktion RNA
Die RNA hat essenzielle Funktionen:
Die RNA ist besonders wichtig bei der Proteinbiosynthese, genauer gesagt bei der Transkription und Translation. Hier wird die RNA auf Grundlage der Information der DNA hergestellt, um verschiedene Funktionen zu übernehmen.
RNA Aufbau
Die Nukleotide einer RNA bestehen aus einem Phosphatsäurerest, einem Zuckermolekül (der Ribose) und einer organischen Base. Die Ribose ist eine sogenannte Pentose: also ein Zucker aus fünf C-Atomen. Die Basen können Adenin, Cytosin, Guanin oder Uracil sein.
Nukleotide sind die Grundbausteine der DNA und RNA. Sie bestehen aus einer Phosphorsäure, einem Zucker und einer Nukleinbase. Nukleoside hingegen bestehen nur aus einer Nukleinbase und einem Zucker. Sie haben keinen Phosphatrest. Eine Darstellung um dir das vorstellen zu können, siehst du hier:
Abbildung 1: Aufbau eines Nukleotids; Quelle: wikipedia.de
Folgende Strukturen der RNA unterscheiden sich von der DNA:
Die Ribose
In der RNA besteht jedes Nukleotid aus einer Ribose, genauer gesagt aus einer sogenannten Pentose. Das ist ein Zucker, der fünf C-Atome besitzt. Die Ribose der RNA ähnelt der Desoxyribose der DNA. Die RNA Ribose hat allerdings eine Hydroxygruppe (OH - Gruppe) statt einem Wasserstoff-Atom (H - Atom). Das befindet sich am 2'- C-Atom.
Hier siehst du die Strukturformel der Ribose im Vergleich zur Desoxyribose:
Abbildung 2: Darstellung der Ribose; Quelle: pharmawiki.ch
Abbildung 3: Darstellung der Desoxyribose; Quelle: u-helmich.de
RNA Basen
Folgende Basen kommen in der RNA vor: Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil. Die ersten drei müsstest du bereits aus der DNA Zusammensetzung kennen. Uracil hingegen ersetzt Thymin als komplementäre Base zu Adenin. Uracil wird wahrscheinlich genutzt, weil es weniger Energie benötigt. Warum das wichtig ist, erfährst du weiter unten. Eine Einheit aus Phosphatsäurerest, Ribose und Base bildet ein Nukleotid. Die Struktur der RNA ist eine Aneinanderreihung von vielen Nukleotiden, weswegen es auch Polynukleotid genannt wird.
Eine Folge von Nukleotiden wird Basensequenz genannt.
Abbildung 4: Darstellung der RNA-Basen; Quelle: pharmawiki.ch
RNA Typen
Es gibt verschiedene RNA-Typen, von denen sind folgende im Rahmen der Proteinbiosynthese wichtig:
- mRNA (messenger RNA): Wie das Wort "messenger" bereits sagt, transportiert diese RNA die genetische Information aus dem Zellkern zu den Ribosomen, wo die Proteinbiosynthese stattfindet. Diese mRNA ist also der Informationsträger für den Bauplan zur Proteinherstellung.
- tRNA (transfer RNA): Diese RNA transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen.
- rRNA (ribosomale RNA): Sie haben strukturelle Aufgaben bei der Translation in der Proteinbiosynthese. Ribosome bestehen nämlich aus Proteinen und rRNA.
RNA Struktur
Die RNA besteht meist nur aus einem Strang. Das liegt vorwiegend an ihrer Funktion in der Proteinbiosynthese. Sie transkribiert die DNA und wird anschließend in der Translation zur Synthese von Proteinen abgelesen. Es gibt trotzdem Bereiche in RNA-Ketten, die durch Faltung und intramolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Basen einen Doppelstrang ausbilden.
Die Stabilität des Doppelstrangs ist meist, durch Fehlpaarungen der Basen, eher schwach.
Hairpin Struktur RNA
Die Bereiche die "gepaart" sind besitzen an ihrem Ende jeweils kürzere ungepaarte Schleifen. Du kannst dir das so vorstellen, dass mehrere kurze Doppelstrangbereiche (auch als Stamm-Schleife-Strukturen bezeichnet) durch Einzelstrangbereiche voneinander getrennt sind. Die gepaarten Bereiche bezeichnet man als Sekundärstrukturen. Sie kommen besonders bei der tRNA (Kleeblattstruktur) und rRNA vor.
Diese Struktur mit ausgebildetem Doppelstrangbereich und einer einzelsträngigen Schleife wird auch als Haarnadel bzw. hairpin-Struktur bezeichnet. Diese Struktur wird ausgebildet, wenn ein doppelsträngiger Bereich einen ungepaarten Zwschenabschnitt einschließt. Du kannst dir so einen Hairpin wie folgt vorstellen:
Abbildung 5: Darstellung der Hairpin Struktur der RNA; Quelle: wikipedia.de
Bei der mRNA kommen keine Sekundärstrukturen vor. Für ihre Funktion als Überträger der genetischen Information während der Translation wäre eine Faltung hinderlich, denn dadurch könnten die Informationen nicht abgelesen werden.
RNA-Länge und Struktur
Die verschiedenen RNA-Typen unterscheiden sich in ihrer Länge, Struktur und ihrer Funktion.
- mRNA (messenger RNA): ihre Länge und Struktur hängt von dem entsprechenden DNA-Abschnitt ab, welcher transkribiert wird. Die primäre Base, die transkribiert wird, erhält eine sogenannte Cap-Struktur am 5'-Ende und einen sogenannten Poly-A-Schwanz am 3'-Ende.
- tRNA (transfer RNA): Diese bestehen aus 65-110 Nukleotiden, die durch intramolekulare Basenpaarung eine kleeblattförmige Struktur ausbilden.
- rRNA (ribosomale RNA): Hier gibt es RNAs in unterschiedlicher Längen, die die Untereinheit größerer Ribosomen bilden.
Unterschied RNA und DNA
Die RNA ähnelt in ihrem Aufbau der DNA. Es gibt allerdings einige wichtige Unterschiede, die wir dir nun näher erklären werden:
- Der Name RNA stammt vom Zucker Ribose. Anders als die DNA, die 2-Desoxyribose als Zucker besitzt.
- Die vier Basen der RNA sind Guanin, Cytosin, Adenin und Uracil. Die Base Thymin, die in der DNA vorkommt wird bei der RNA durch Uracil ersetzt.
- Die RNA ist meistens einsträngig. Die DNA dagegen doppelsträngig.
Überblick zu Funktion, Basen und Struktur von DNA und RNA
| DNA | RNA |
| Funktion | Speicherung der Erbinformation | Übertragung der genetischen Informationen der DNA (insbesondere mRNA) |
| Basen | Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin | Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil |
| Struktur | Doppelhelix | Meist Einzelstrang, doppelsträngige Abschnitte möglich |
Synthese der RNA
Die RNA wird innerhalb der Transkription aus der DNA gebildet. Für jede RNA gibt es einen zugehörigen Abschnitt einer DNA, die den Bauplan angibt.
Ablauf der RNA-Synthese
Zunächst dockt die RNA-Polymerase an die DNA an und liest diese ab. Stößt sie dabei auf eine Nukleotid-Sequenz der DNA, die Promotor genannt wird, trennt sie die DNA-Doppelhelix in zwei DNA-Einzelstränge auf.
Der Promotor dient als Initiator der Transkription. Er markiert den Startpunkt für die Transkription der DNA. Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor und startet den Vorgang der RNA Synthese.
Am codogenen Strang der DNA lagern sich nun durch Basenpaarung komplementäre Nukleotide an. Als codogener Strang wird der DNA-Einzelstrang bezeichnet, der bei der Transkription für die Synthese der RNA genutzt wird. Die Nukleotide binden sich aneinander und bilden dann den Strang der prä-RNA. Der Strang wird mithilfe der RNA-Prozessierung zu einer reifen RNA bearbeitet.
Übrigens: Die RNA-Synthese findet vom 5'→3' Ende statt, während die DNA vom 3'→ 5' Ende abgelesen wird. Ihre Synthese wird am DNA-Abschnitt beendet, der als Terminator bezeichnet wir
Cap-Struktur der RNA
Die Cap-Strukur ist ein chemische Veränderung der mRNA während die RNA-Polymerase die RNA synthetisiert. Hierbei wird ein modifiziertes Guanin-Nukleotid an das Kopfende der RNA angeknüpft. Das wird als "capping" bezeichnet. Die Cap-Struktur erhöht die Stabilität der RNA, ist wichtig für den Transport der RNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma und spielt eine bedeutende Rolle bei der Initiation der Translation.
RNA Abbau
Die RNA wird ständig neu gebildet. Wird sie nicht mehr gebraucht, wird sie abgebaut. Hierfür sind RNasen (Ribonukleasen) zuständig, die die RNAs zerlegen. Sie trennen die Verbindung zwischen den Zuckermolekülen und bilden Monomere, die zur erneuten Bildung von RNA verwendet werden können.
Monomere sind niedermolekulare, reaktionsfähige chemische Verbindungen, die im Einzelzustand vorliegen. Sie haben reaktionsfreudige Gruppen- oder Doppelbindungen, die Polymere bilden können. Polymere sind Stoffe, die aus Makromolekülen bestehen. Sie sind aus gleichen molekularen Bausteinen zusammengesetzt ist.
Zeitpunkt des RNA Abbaus
Die Länge des Poly-A-Schwanzes bestimmt, wann eine RNA abgebaut werden soll, denn dieser verkürzt sich mit der Zeit. Das bedeutet, dass je länger die RNA in einer Zelle ist, umso kürzer wird der Poly-A-Schwanz. Die RNase erkennt die Länge des Poly-A-Schwanzes. Ist dieser kürzer als ein bestimmter kritischer Wert, beginnt die RNase den Abbau der RNA.
Der Poly-A-Schwanz ist eine charakteristische Struktur, die sich am 3'-Ende der mRNA befindet. Sie beeinflusst, wie die Cap-Struktur auch, die Stabilität der RNA und Effizienz der Translation.
Der Poly-A-Schwanz wird übrigens als posttranskriptionale Modifikation an die prä-RNA im Rahmen der Prozessierung angehängt. Das wird auch als Polyadenylierung bezeichnet.
Ort des RNA Abbaus
Der Abbau der RNA findet in sogenannten Processing-Bodies („P-Bodies“) statt. Diese sind reich an Proteinen, wie z.B. die RNAsenen, die für den Abbau der RNA zuständig sind.
RNA Struktur – Das Wichtigste
Die RNA ist ein Strang aus Nukleotiden und übernimmt verschiedene Funktionen bei der Transkription und Translation. Im Gegensatz zur DNA ist die RNA einsträngig.
Ein Nukleotid der RNA besteht aus einem Phosphatsäurerest, einem Zuckermolekül (der Ribose) und einer organischen Base.
Die Basen der RNA sind Guanin, Cytosin, Adenin und Uracil.
Es gibt verschiedene RNA-Typen: die mRNA, tRNA und die rRNA.
Die RNA wird aus der DNA gebildet. Der DNA-Doppelhelix wird in zwei Einzelstränge aufgetrennt. Am codogenen Strang lagern sich komplementäre Nukleotide an, die den Strang der RNA bilden.
Die RNA wird abgebaut durch RNasen. Der Beginn des Abbaus hängt von der Länge des Poly-A-Schwanzes ab und läuft innerhalb der Processing-Bodies („P-Bodies“) ab.
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