RNA چیست؟ راهنمای جامع دنیای پیام‌رسان‌های حیات

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه اطلاعات ذخیره شده در DNA عملی شده و به فعالیت‌های داخلی بدن تبدیل می‌شوند؟ اگر DNA را کتابچه‌ راهنمای حیات و ارائه‌دهنده دستورالعمل‌ها تصور کنیم، RNA پیام‌رسان این دستورالعمل‌ها است.

RNA یا ریبونوکلئیک اسید، مولکولی حیاتی است که در بدن تمام موجودات زنده یافت می‌شود و واسطه‌ای بین DNA و سلول‌های بدن است. این مولکول نقش کلیدی در انتقال پیام‌های ژنتیکی و هدایت فرآیند پروتئین‌سازی ایفا می‌کند و در عین حال در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی دیگر نیز حضور دارد. RNA با خواندن دستورالعمل‌های DNA و ترجمه آن به زبان پروتئین، یکی از پایه‌های اصلی حیات را تشکیل می‌دهد. در این مقاله خواهیم گفت که RNA چیست، چند نوع دارد و چه نقشی در بدن ایفا می‌کند.

RNA چیست؟

برای شناخت دقیق RNA، ابتدا باید با ساختار و عملکرد اصلی این ماده در بدن آشنا شوید که اولین بخش از این مطلب به این موضوع اختصاص داده شده است.

RNA مخفف چیست؟

ریبونوکلئیک اسید (Ribonucleic Acid) یا به اختصار RNA، یکی از ماکرومولکول‌های حیاتی است که در تمامی سلول‌های زنده یافت می‌شود. ماکرومولکول‌ها به طور کلی مولکول‌های بسیار بزرگی هستند که خود از واحدهای تکرارشونده تشکیل می‌شوند که این واحدها «نوکلئوتید» نام دارند.

تعریف RNA به زبان ساده

به زبان ساده می‌توان گفت که RNA یک پیام‌رسان است که به طور ویژه در فرآیند تولید پروتئین‌ها نقش کلیدی دارد و اطلاعات مورد نیاز را به عنوان پیام‌رسان از DNA یا Deoxyribonucleic Acid منتقل می‌کند. RNA همچنین حاوی اطلاعات ژنتیکی است و در بعضی ترکیبات مانند ویروس‌ها، این اطلاعات را به جای DNA حمل می‌کند.

مقایسه ساختاری RNA با DNA

DNA و RNA علی‌رغم شباهت‌های بنیادی، از نظر ساختاری تفاوت‌های قابل توجهی دارند. DNA مولکولی دو رشته‌ای است که قند دئوکسی‌ریبوز، فاقد گروه هیدروکسیل در کربن شماره ۲، ساختار آن را پایدارتر ساخته است. در مقابل، RNA یک زنجیره تک‌رشته‌ای دارد و قند ریبوز موجود در آن، به دلیل حضور گروه هیدروکسیل اضافی، ساختاری انعطاف‌پذیرتر و کمتر پایدار ایجاد می‌کند.

همچنین در ترکیب بازهای نیتروژنی، DNA دارای آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین است، در حالی که RNA به جای تیمین، یوراسیل را جایگزین کرده است. این تفاوت‌های قندی و بازی، مبنای عملکردهای متمایز این دو ماکرومولکول در سلول‌های زنده به شمار می‌رود.

برای آشنایی بیشتر با ساختار DNA و تفاوت‌های آن با RNA می‌توانید به مقاله DNA چیست ؟ ، مراجعه کنید.

محل قرارگیری RNA در سلول

در ادامه پاسخ به سوال RNA چیست، به توضیح محل ساخت و قرارگیری این ماده می‌رسیم. RNA طی فرآیند رونویسی در هسته سلول سنتز می‌شود و پس از آن به سیتوپلاسم منتقل می‌گردد، جایی که با همکاری ریبوزوم‌ها فرایند ترجمه و تولید پروتئین را هدایت می‌کند. به عبارتی محل قرارگیری RNA هم در هسته و هم در سیتوپلاسم سلول‌ها است که RNA موجود در سیتوپلاسم، اشکال مختلفی دارد.

اهمیت RNA به عنوان پلی بین DNA و پروتئین

اسید ریبونوکلئیک، نقشی حیاتی در انتقال دستورالعمل‌های DNA هر ژنوم به پروتئین‌های عملکردی سلول‌ها دارد. به‌عبارتی این مولکول دستورات را از DNA دریافت و به ریبوزوم‌های سیتوپلاسم سلول سازنده پروتئین منتقل می‌کند. RNA در فرآیندهای ژنتیکی نیز نقشی حیاتی دارد.

برای اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید به مطلب ژنتیک چیست ؟ ، مراجعه کنید.

وظیفه RNA چیست؟

در بخش قبل به‌طور مختصر در مورد نقش RNA در بدن صحبت کردیم. ایجاد ارتباط میان DNA و پروتئین‌ها تنها یکی از وظایف این ماده است. در این بخش به توضیح انواع RNA و وظایف آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

توضیح نقش محوری RNA در سنتز پروتئین

RNA نقشی اساسی و تعیین‌کننده در فرایند سنتز پروتئین ایفا می‌کند. این مولکول با ذخیره‌سازی اطلاعات ژنتیکی دریافتی از DNA و انتقال آن‌ها به سیتوپلاسم و ریبوزوم‌ها، فرآیند سنتز پروتئین را انجام می‌دهد. در طول فرآیند سنتز پروتئین با RNA، چند شکل مختلف از این مولکول به‌کار گرفته می‌شوند تا سنتز پروتئین‌ها دقیق‌تر انجام شود.

تشریح فرآیند رونویسی (Transcription)

فرآیند رونویسی، اولین مرحله رمزگشایی اطلاعات DNA برای سنتز پروتئین است که در mRNA انجام می شود. در ادامه مقاله RNA چیست، فرآیند رونویسی را تشریح می‌کنیم که اولین مرحله آن پیش‌شروع است. در گام ابتدایی یا پیش‌شروع، RNA پلیمراز به همراه عوامل رونویسی عمومی به رشته DNA متصل شده و با بازکردن دو رشته آن، حباب آغازین را شکل می‌دهند که امکان دسترسی به رشته الگو را فراهم می‌سازد. سپس در مرحله آغاز، با اتصال مستقیم RNA پلیمراز به توالی‌های مشخص پروموتر در باکتری‌ها و یا با واسطه گروهی از پروتئین‌ها در یوکاریوت‌ها، رونویسی آغاز می‌شود.

پس از آن، در مرحله پاکسازی پروموتر، پس از سنتز اولین نوکلئوتیدها، RNA پلیمراز از ناحیه پروموتر جدا شده و مسیر رونویسی برای ادامه فرآیند هموار می‌شود. در مرحله ازدیاد طول، RNA از رشته الگوی DNA رونویسی می‌کند تا نسخه‌های متعدد ژن به دست آید. در نهایت، مرحله خاتمه یا Termination با قطع رونوشت و در صورت یوکاریوت‌ها افزودن دم پلی‌آدنیل، موجبات آزادسازی RNA تازه سنتز شده از کمپلکس رونویسی را فراهم می‌کند.

تشریح فرآیند ترجمه (Translation)

فرآیند سنتز پروتئین با رمزخوانی یا ترجمه اطلاعات ژنتیکی موجود در mRNA توسط ریبوزوم‌ها آغاز می‌شود. mRNA به عنوان حامل پیام ژنتیکی، ترتیب صحیح اسیدهای آمینه را تعیین می‌کند، در حالی که tRNA‌ها با حمل اسیدهای آمینه متناسب با هر کدون (گروه‌های سه‌تایی نوکلئوتیدها)، آن‌ها را به ریبوزوم منتقل می‌کنند. در اینجا، پیوندهای پپتیدی میان اسیدهای آمینه توسط آنزیم‌های موجود در ریبوزوم ایجاد شده و در نتیجه، زنجیره پلی‌پپتیدی یا همان پروتئین ساخته می‌شود.

علاوه بر نقش ریبونوکلئیک‌ اسید در سنتز پروتئین، انواع دیگر RNA نیز در سلول وظایف مهمی بر عهده دارند. همان‌طور که در توضیحات اولیه RNA چیست، گفته شد؛ برخی از RNA‌ها با تنظیم بیان ژن، نقش کلیدی در کنترل فعالیت‌های سلولی ایفا می‌کنند. گروهی از RNAها، موسوم به ریبوزیم‌ها، دارای توانایی کاتالیز واکنش‌های شیمیایی هستند و برخی دیگر، مانند siRNAها و miRNAها، در سیستم ایمنی سلولی و دفاع در برابر عناصر ژنتیکی بیگانه نقش دارند.

معرفی انواع RNA

مولکول RNA دارای انواع مختلفی است که هرکدام نقش و وظیفه‌ای مشخص برعهده دارند. در میان انواع مختلف RNA، سه نوع پیام‌رسان، حامل یا ناقل و ریبوزومی شناخته‌شده‌تر بوده و بیشتر از دیگر انواع این مولکول مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.

mRNA (Messenger RNA) یا RNA پیام‌رسان

مولکول‌های RNA پیام‌رسان (mRNA) واسطه انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA درون هسته به ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی هستند، جایی که فرایند ساخت پروتئین انجام می‌شود. از آنجا که کد ژنتیکی موجود در DNA به طور مستقیم قابل ترجمه به پروتئین نیست، ابتدا رونویسی شده و به شکل mRNA درمی‌آید. هر mRNA مجموعه‌ای از رمزهای سه‌تایی یا کدون‌هایی را در خود جای می‌دهد که هر کدون بیانگر یک اسید آمینه خاص در پروتئین در حال ساخت است.

از نظر ساختار، مولکول mRNA در پروکاریوت‌ها ساده‌تر است و مستقیما پس از رونویسی قابل ترجمه خواهد بود، در یوکاریوت‌ها تغییراتی همچون افزودن یک ساختار «کلاهک» متیله و اضافه شدن دم پلی آدنوزین صورت می‌گیرد که موجب افزایش پایداری mRNA و جلوگیری از تخریب زودهنگام آن در سلول می‌شوند. در مجموع، طول عمر mRNA در سلول‌های یوکاریوتی به دلیل همین اصلاحات ساختاری بیشتر از پروکاریوت‌ها است و این پایداری برای تنظیم دقیق میزان تولید پروتئین اهمیت حیاتی دارد.

tRNA (Transfer RNA) یا RNA ناقل

در ادامه پاسخ به سوال انواع RNA چیست به معرفی tRNA یا RNA ناقل و حامل می‌رسیم. مولکول‌های tRNA مسئول انتقال اسیدهای آمینه به ریبوزوم‌ها جهت مشارکت در سنتز پروتئین هستند. نقش این مولکول‌ها در فرآیند ساخت پروتئین، نخستین بار در دهه ۱۹۶۰ توسط پژوهشگرانی از جمله رابرت ویلیام هوللی شناسایی شد. ریبوزوم‌ها با خواندن توالی کدون‌های موجود بر روی mRNA، ترتیب صحیح اتصال tRNAها را تعیین می‌کنند و از این طریق، زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه با پیوندهای پپتیدی به یکدیگر متصل شده و تشکیل پروتئین می‌دهند. این پروتئین‌ها پس از تکمیل، از ریبوزوم جدا شده و در فرایندهای مختلف سلولی و عملکردهای بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای هر یک از ۲۰ نوع اسید آمینه مورد نیاز برای ساخت پروتئین، مولکول tRNA ویژه‌ای وجود دارد. در مواردی که یک اسید آمینه توسط بیش از یک کدون رمزگذاری شود، معمولاً چندین نوع tRNA برای حمل آن اسید آمینه اختصاص یافته است. ساختار tRNA دارای شکل مشخصی مشابه برگ شبدر با پنج بازو است؛ به نحوی که یک سر آن حامل آنتی‌کدونی مکمل کدون mRNA و سر دیگر آن محل اتصال اسید آمینه است. آنزیم آمینواسیل-tRNA سنتتاز نیز فرآیند بارگذاری صحیح اسیدهای آمینه بر روی tRNA را تسهیل می‌کند.

rRNA (Ribosomal RNA) یا RNA ریبوزومی

مولکول‌های rRNA در هستک هسته سلول‌های یوکاریوتی تولید شده و به عنوان بخش اصلی سازنده ریبوزوم‌ها وارد عمل می‌شوند. ریبوزوم‌ها اندامک‌هایی حیاتی هستند که با اتصال به mRNA، فرآیند ترجمه و تولید پروتئین را بر مبنای توالی نوکلئوتیدی آن هدایت می‌کنند. rRNA نه تنها نقش ساختاری در تشکیل زیرواحدهای کوچک و بزرگ ریبوزوم ایفا می‌کند، بلکه به عنوان یک مولکول کاتالیزوری ریبوزیم در ایجاد پیوندهای پپتیدی میان اسیدهای آمینه نیز اهمیت دارد که در بخش‌های قبل مقاله RNA چیست، در مورد آن‌ها صحبت کردیم.

در سلول‌های یوکاریوتی، معمولاً چهار نوع rRNA وجود دارد که سه نوع آن در هسته و یک نوع در سیتوپلاسم سنتز می‌شود، در حالی که در پروکاریوت‌ها تعداد و تنوع rRNA کمتر است. یک سلول یوکاریوتی می‌تواند میلیون‌ها ریبوزوم و هزاران ژن مرتبط با tRNA داشته باشد، در حالی که سلول‌های پروکاریوتی دارای تعداد کمتری از این ساختارها هستند. اهمیت rRNA در ترجمه به حدی است که بدون فعالیت آن، ریبوزوم‌ها قادر به تشکیل زنجیره‌های پروتئینی و ادامه حیات سلولی نخواهند بود.

سایر انواع RNA

RNA به جز انواع گفته شده، اشکال دیگری هم دارد که کمتر شناخته‌شده هستند اما در فرآیندهای حیاتی بدن، نقش و وظیفه‌ای مشخص دارند، برای مثال:

• microRNA (miRNA): این ریزمولکول‌ها در تنظیم بیان mRNA و فعالیت‌ ژن‌ها نقش دارند.
• small interfering RNA (siRNA): این نوع دورشته‌ای و شامل 18-21 جفت باز است که در کمپلس پروتئینی RISC قرار گرفته و با تجزیه mRNA موجب خاموشی ژن‌ها پس از رونویسی می‌شوند.
• long non-coding RNA (lncRNA): این مدل رونوشت‌هایی با طول بیش از 200 نوکلئوتید هستند که نقش‌های تنظیمی متفاوتی دارند.
• snRNA (small nuclear RNA): این نوع در داخل هسته قرار دارد و نقشی اساسی در پیرایش mRNA ایفا می‌کند.
• snoRNA (small nucleolar RNA): این نوع هدایت‌کننده تغییرات شیمیایی دیگر RNAها است و به‌ویژه در پردازش rRNA و tRNA نقشی اساسی دارد.

نتیجه‌گیری

در دنیای زیست‌شناسی سلولی، RNA نقشی محوری و حیاتی ایفا می‌کند؛ از انتقال اطلاعات ژنتیکی تا تنظیم فرآیندهای حیاتی و کاتالیز واکنش‌های سلولی. شناخت انواع مختلف RNA، چه سه نوع رایج از جمله mRNA، tRNA و rRNA و دیگر انواع، برای درک عملکرد سلول‌ها و فعالیت‌های داخلی بدن ضرورت دارد. پژوهش‌های نوین در مورد این موضوع که RNA چیست و چه نقشی در بدن دارد، چشم‌اندازهای نوینی در پزشکی و بیوتکنولوژی را نشان می‌دهند. از توسعه واکسن‌ها و داروهای مبتنی بر RNA گرفته تا درمان بیماری‌های ژنتیکی که پیشرفتی عظیم در علم پزشکی محسوب می‌شوند. بی‌تردید، مطالعه RNA کلیدی برای کشف رازهای ژرف حیات و درک بهتر از پیچیدگی‌های موجودات زنده است.