RNA Struktur

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.

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.chAbbildung 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.

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.