RNA- und DNA-Strukturen: Tertiärstruktur, Typen und Funktionen

Vorteile der Tertiärstruktur

Verringert die Länge der DNA.
- Erleichtert den Prozess der DNA-Replikation, weil sie eine Wicklung im Uhrzeigersinn hat (dextrogyre, rechtsgängig) und es Enzyme gibt, die die DNA entspannen (levogyre, linksgängig).

In einigen Organismen existieren DNA-Fragmente, die keinen Nutzen haben: überzählige DNA-Abschnitte.

2.3. Typus der DNA: Struktur, Form und Verpackung

Bestehend aus einem Einzelstrang-DNA (single nucleotide chain) = einsträngig (gestrandet).
Bestehend aus zwei DNA-Strängen = bicatenär (doppelsträngig).

3. RNA oder Ribonukleinsäure

RNA besteht aus Ribose (Pentose), Stickstoffbasen A, G, C, U und einer Phosphorsäure- (Phosphat-)Gruppe an den Nukleotiden.
Sie ist eine Kette von Nukleotiden, verbunden durch Phosphodiesterbindungen zwischen 5' und 3'.
Das Molekulargewicht der RNA ist geringer als das der DNA.
RNA wird in vielen Viren sowie in Zellen von Prokaryoten und Eukaryoten gefunden.

RNA wird klassifiziert in:

• Bicatenäre RNA (z. B. in Reovirus)
• Einzelsträngige RNA, z. B. Transfer-RNA (tRNA), Boten-RNA (mRNA), ribosomale RNA (rRNA), nucleolare RNA (nRNA)

3.1. tRNA (Transfer-RNA)

tRNA (ca. 70–90 Nukleotide) hat typischerweise etwa 70 bis 90 Nukleotide und ein Molekulargewicht von ~25.000 Dalton und befindet sich im Zytoplasma.
Die tRNA ist einzelsträngig.

Struktur der tRNA:

• Ca. 50 verschiedene Arten
• Die 3D-Struktur ist L-förmig

Die Funktion der tRNA besteht darin, bestimmte Aminosäuren zu den Ribosomen zu transportieren, je nach der spezifischen Sequenz in einer Boten-RNA, die von der DNA transkribiert wurde, um Proteine zu synthetisieren.

3.2. mRNA (Boten-RNA)

Die mRNA ist einsträngig und meist linear.
Molekulargewicht: ca. 20.000 Dalton bis 10^6 Dalton.

Ihre Funktion besteht darin, die in der DNA enthaltenen Informationen an das Ribosom zu übermitteln.
mRNA präsentiert unterschiedliche Strukturen in Prokaryoten und Eukaryoten.

Bei Eukaryoten:

• mRNA weist lineare Bereiche, Schleifen- und Haarnadelstrukturen sowie Doppelhelix-Regionen auf und ist mit Proteinen assoziiert.
• mRNA entsteht aus Prä-mRNA (primäres Transkript) oder heterogener nukleärer RNA (hnRNA).
• Die Prä-mRNA enthält Exons (kodierende Segmente) und Introns (nicht-kodierende Segmente).
• Die mRNA entsteht durch Zusammensetzung der Exons; Introns werden aus der Prä-mRNA entfernt.

Bei Prokaryoten (Bakterien):

• Exons/Introns fehlen meist.
• Sie besitzen keine 5'-Kappe und keinen Poly(A)-Schwanz.
• Polycistronische RNA enthält die Informationen für mehrere Proteine (keine getrennten Angaben für verschiedene Proteine).

3.3. rRNA (ribosomale RNA)

rRNA bildet den Großteil des Ribosoms (ca. 60 Gew.-%).
rRNA zusammen mit Ribosomenproteinen schafft geeignete Bindungsstellen für mRNA und tRNA.

Sie enthält Bereiche mit Sekundär- und Tertiärstruktur sowie Doppelhelix-Abschnitte (Sekundärstruktur).
Molekulargewicht: ca. 500.000 bis 700.000 Dalton (gemessen mit dem Sedimentationskoeffizienten in Svedberg-Einheiten, S).

3.4. Nucleolare RNA (nRNA)

Sie wird im Nucleolus synthetisiert.
Sie stammt aus verschiedenen Segmenten der DNA, die die nucleolar organisierende Region bilden.

Aus der DNA entsteht eine 45S-Vorläufer-rRNA im Nucleolus, die zu ribonukleoprotein-Komplexen (RNPs) verarbeitet wird, welche drei rRNA-Komponenten enthalten; zusätzlich gibt es die 5S-rRNA.

Cytosol = Cytoplasma.
Die Funktion der nucleolaren RNA besteht darin, am Aufbau der Ribosomen beteiligt zu sein.

3.5. Funktionen der RNA

1. Übertragung genetischer Information (DNA → Ribosomen).
2. Transkription genetischer Information (DNA → mRNA → Ribosom).
3. Übersetzung: Umwandlung einer Ribonukleotidsequenz in eine Aminosäuresequenz (Proteinsynthese).
4. Speicherung genetischer Informationen.