رِنا (RNA): پیک اطلاعاتی سلول
رِنا چیست و چه شکلی دارد؟
رِنا، مانند دی‌ان‌ای۳، یک اسید نوکلئیک۴ است. اما برخلاف دی‌ان‌ای که مانند یک نردبان مارپیچ دو رشته‌ای است، رِنا معمولاً فقط یک رشته دارد. این رشته از واحدهای کوچکی به نام نوکلئوتید۵ ساخته شده است. هر نوکلئوتید خود از سه بخش تشکیل می‌شود:
| بخش | توضیح |
|---|---|
| قند ریبوز۶ | این قند، ستون فقرات رشته رِنا را می‌سازد. نام رِنا نیز از همین قند گرفته شده است. |
| گروه فسفات۷ | این بخش، نوکلئوتیدها را به هم متصل می‌کند تا یک زنجیره بلند تشکیل شود. |
| باز نیتروژنی۸ | این بخش، حامل اطلاعات است. چهار نوع باز در رِنا وجود دارد: A (آدنین)، U (اوراسیل)، G (گوانین) و C (سیتوزین). |
برای درک بهتر، یک قطار را در نظر بگیرید. هر واگن یک نوکلئوتید است. بدنهٔ واگن (قند ریبوز) و اتصال بین واگن‌ها (گروه فسفات)، ساختار قطار را می‌سازند و مسافران داخل واگن (بازهای نیتروژنی) هستند که اطلاعات را با خود حمل می‌کنند.
انواع مختلف رِنا و وظایف آن‌ها
همهٔ مولکول‌های رِنا یکسان نیستند. آن‌ها بسته به وظیفه‌ای که بر عهده دارند، به چند دستهٔ مهم تقسیم می‌شوند:
| نوع رِنا | نماد | وظیفهٔ اصلی |
|---|---|---|
| رِنا پیک۹ | mRNA | انتقال دستورالعمل ساخت پروتئین از دی‌ان‌ای به سمت ریبوزوم۱۰ (کارخانه پروتئین‌سازی سلول). |
| رِنا ناقل۱۱ | tRNA | انتقال اسیدهای آمینه۱۲ (بلوک‌های ساختمانی پروتئین) به ریبوزوم. |
| رِنا ریبوزومی۱۳ | rRNA | ساختار و عملکرد اصلی ریبوزوم را تشکیل می‌دهد. |
این سه نوع رِنا مانند یک تیم کار می‌کنند. rRNA کارخانه (ریبوزوم) را می‌سازد، mRNA نقشهٔ ساخت (دستورالعمل پروتئین) را به کارخانه می‌آورد و tRNA مصالح مورد نیاز (اسیدهای آمینه) را تحویل می‌دهد.
رِنا چگونه در ساخت پروتئین مشارکت می‌کند؟
مهم‌ترین نقش رِنا، مشارکت در فرآیند سنتز پروتئین۱۶ است. این فرآیند که به آن «ترجمه»۱۷ نیز گفته می‌شود، در دو مرحلهٔ کلی رخ می‌دهد:
۱. رونویسی۱۸: در این مرحله، اطلاعات ژنتیکی از روی مولکول دی‌ان‌ای، کپی‌برداری شده و یک مولکول mRNA ساخته می‌شود. این کار در هستهٔ سلول انجام می‌شود. mRNA جدید سپس هسته را ترک کرده و به سیتوپلاسم۱۹ سلول می‌رود.
۲. ترجمه: این مرحله روی ریبوزوم (که خود از rRNA و پروتئین ساخته شده) اتفاق می‌افتد. مولکول mRNA به ریبوزوم متصل می‌شود. سپس، مولکول‌های tRNA که هر کدام یک اسید آمینهٔ خاص را حمل می‌کنند، به ترتیب و بر اساس کدهای موجود روی mRNA، به آن متصل می‌شوند. با اتصال اسیدهای آمینه به هم، زنجیرهٔ پروتئینی ساخته می‌شود.
برای مثال، فرض کنید دستورالعمل ساخت یک پروتئین روی دی‌ان‌ای به صورت توالی A-T-G است. در مرحله رونویسی، این توالی به U-A-C روی mRNA تبدیل می‌شود. سپس در مرحله ترجمه، یک tRNA که حامل اسید آمینهٔ "متیونین" است و توالی A-U-G را تشخیص می‌دهد، به این کد متصل شده و اسید آمینه خود را رها می‌کند.
کاربردهای رِنا در دنیای واقعی: از واکسن تا تحقیقات سرطان
امروزه دانشمندان از دانش خود دربارهٔ رِنا برای کمک به انسان‌ها استفاده می‌کنند. یکی از مشهورترین مثال‌ها، واکسن‌های mRNA است (مانند برخی واکسن‌های کووید-۱۹). در این واکسن‌ها، دانشمندان یک قطعه از mRNA مصنوعی را که دستور ساخت یک قطعهٔ بی‌خطر از ویروس را می‌دهد، به بدن تزریق می‌کنند. سلول‌های ما این mRNA را خوانده و آن قطعهٔ ویروسی را می‌سازند. سپس سیستم ایمنی بدن ما این قطعه را شناسایی کرده و بر ضد آن آنتی‌بادی۲۰ تولید می‌کند. بنابراین، اگر در آینده با ویروس واقعی روبرو شویم، بدن ما already آمادهٔ مبارزه با آن است.
یکی دیگر از کاربردهای مهم، استفاده از رِنا در درمان بیماری‌ها است. محققان در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه می‌توان با استفاده از mRNA، به سلول‌ها دستور داد تا پروتئین‌های درمانی تولید کنند که برای مبارزه با بیماری‌هایی مانند سرطان ضروری هستند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر. آن‌ها چند تفاوت کلیدی دارند: رِنا تک‌رشته‌ای است اما دی‌ان‌ای دو رشته‌ای. قند موجود در رِنا "ریبوز" است در حالی که در دی‌ان‌ای "دئوکسی ریبوز"۲۱ وجود دارد. همچنین، رِنا دارای باز اوراسیل (U) است، اما دی‌ان‌ای دارای باز تیمین (T) می‌باشد.
پاسخ: دی‌ان‌ای مانند یک کتابخانهٔ مرکزی و دائمی است که تمام اطلاعات ژنتیکی در آن ذخیره شده است. رِنا مانند یک نسخه‌بردار یا پیام‌رسان است که فقط بخش مورد نیاز از اطلاعات را در زمان لازم کپی کرده و به محل مورد نظر می‌برد. بنابراین، نقش اصلی ذخیره‌سازی بر عهدهٔ دی‌ان‌ای است.
پاسخ: خیر. مولکول mRNA پس از ساخته شدن در هسته، به سیتوپلاسم می‌رود. اما مولکول rRNA بخش اصلی ریبوزوم است که در سیتوپلاسم قرار دارد. مولکول tRNA نیز در سیتوپلاسم شناور است. بنابراین، بخش عمده‌ای از فعالیت رِنا در سیتوپلاسم اتفاق می‌افتد، اما ساخت برخی از آن‌ها از هسته آغاز می‌شود.
پاورقی
۱ رِنا (RNA): مخفف اسید ریبونوکلئیک (Ribonucleic Acid).
۲ اسید ریبونوکلئیک (Ribonucleic Acid).
۳ دی‌ان‌ای (DNA): مخفف اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (Deoxyribonucleic Acid).
۴ اسید نوکلئیک (Nucleic Acid): مولکول‌های درشتی که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره و منتقل می‌کنند.
۵ نوکلئوتید (Nucleotide): واحد سازنده اسیدهای نوکلئیک.
۶ ریبوز (Ribose): نوعی قند پنج کربنه.
۷ گروه فسفات (Phosphate Group).
۸ باز نیتروژنی (Nitrogenous Base).
۹ رِنا پیک (Messenger RNA).
۱۰ ریبوزوم (Ribosome): اندامک سلولی که وظیفه سنتز پروتئین را بر عهده دارد.
۱۱ رِنا ناقل (Transfer RNA).
۱۲ اسید آمینه (Amino Acid): واحد سازنده پروتئین‌ها.
۱۳ رِنا ریبوزومی (Ribosomal RNA).
۱۴ تیمین (Thymine).
۱۵ اوراسیل (Uracil).
۱۶ سنتز پروتئین (Protein Synthesis).
۱۷ ترجمه (Translation).
۱۸ رونویسی (Transcription).
۱۹ سیتوپلاسم (Cytoplasm): ماده ژله‌ای درون سلول که اندامک‌ها در آن شناورند.
۲۰ آنتی‌بادی (Antibody): پروتئینی که توسط سیستم ایمنی برای شناسایی و خنثی کردن عوامل بیگانه ساخته می‌شود.
۲۱ دئوکسی ریبوز (Deoxyribose): نوعی قند که در ساختار دی‌ان‌ای یافت می‌شود و یک اتم اکسیژن کمتر از ریبوز دارد.