Ribonukleinsäure (RNA)

Medizinische Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher (Facharzt für Innere Medizin) am 4. Dezember 2016
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Die Ribonukleinsäure (RNA) stellt wie die Desoxyribonukleinsäure (DNA) eine Nukleinsäure dar. Sie erfüllt wichtige Funktionen bei der Proteinsynthese. Das Spektrum ihrer Aufgaben ist jedoch sehr vielfältig.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Die Ribonukleinsäure ist ein einsträngiges polymeres Molekül, welches sich aus Stickstoffbasen, einem Zuckerrest und einem Phosphatrest zusammensetzt. Sie besitzt fast die gleichen Grundbausteine wie die DNA und ist auch ähnlich aufgebaut.

Allerdings enthält der Zuckerrest Ribose an der zweiten Kohlenstoffposition eine Hydroxylgruppe im Gegensatz zur Desoxyribose der DNA. Außerdem ist die Stickstoffbase Thymin in der RNA gegen Uracil ausgetauscht. Diese geringfügigen Abweichungen gegenüber der DNA lassen für die RNA nur eine einsträngige Struktur zu.

Anatomie

Die Ribonukleinsäure besteht aus drei Komponenten. Dazu zählen vier Stickstoffbasen, der Zucker Ribose und ein Phosphatrest. Bei den Stickstoffbasen handelt es sich um die Pyrimidinbasen Cytosin und Uracil sowie die Purinbasen Adenin und Guanin. Sie sind jeweils glykosidisch an Ribose gebunden. Ein Molekül Ribose ist wiederum mit jeweils zwei Phosphatresten verestert.

Dabei bildet sich eine polymere Kette aus, in welcher sich Ribose und Phosphatrest ständig abwechseln. Seitlich an der Ribose ist die jeweilige Stickstoffbase gebunden. Die Aufeinanderfolge der Stickstoffbasen stellt den eigentlichen genetischen Code dar. Der kleinste Baustein der RNA ist die Bindungseinheit aus Stickstoffbase, Ribose und Phosphatrest. Er wird als Nukleotid bezeichnet.

Die einzelnen Nukleotide unterscheiden sich nur durch die Stickstoffbase. Drei Nukleotide hintereinander stellen ein Codon dar. Ein Codon verschlüsselt die Information einer Aminosäure. Mehrere hintereinander folgende Codons stellen somit den genetischen Code einer Proteinkette dar. Der gesamte genetische Code ist zwar in der DNA gespeichert. Die RNA hat aber die Aufgabe, diese Information während der Eiweißsynthese auf die Proteine zu übertragen.

Da sie die Information jedoch nicht langfristig speichern muss, ist für sie auch die Ausbildung eines Doppelstranges nicht notwendig. Beim Doppelstrang der DNA wird die Information doppelt abgesichert, falls sie wirklich einmal verloren gehen sollte. Aus dem anderen Strang kann sie durch Enzyme bei der DNA-Reparatur noch rekonstruiert werden.

Die RNA benötigt die Information jedoch nur bis zur Eiweißsynthese. Außerdem ist die Proteinsynthese mit einem Strang besser zu bewältigen. Die Einsträngigkeit der RNA ist die Folge der Hydroxylgruppe in der Ribose.

Funktion

Die Ribonukleinsäure erfüllt viele Funktionen. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, die Proteinsynthese durchzuführen. Dafür ist die mRNA verantwortlich. Die mRNA wird an der DNA transkribiert. Dazu bindet sich das Enzym RNA-Synthetase an die zu kopierende Region des DNA-Moleküls. Diese Region wird als Promotor bezeichnet.

Die RNA-Synthetase sorgt zunächst für die teilweise Aufspaltung des DNA-Doppelstrangs. Dazu werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Strängen gelöst. Nun können sich am relevanten Strang komplementäre Ribonukleotide anlagern und eine ähnliche Struktur wie der Doppelstrang ausbilden. Allerdings ist die Bindung zwischen dem DNA-Strang und dem gebildeten RNA-Strang nicht stabil und wird sofort wieder gelöst.

Der synthetisierte Teil des RNA-Stranges hängt aus der Öffnung des Doppelstranges heraus. An einem Stoppcodon wird die Synthese beendet und die mRNA freigesetzt. Sie wandert zu den Ribosomen und leitet dort die Proteinsynthese ein. Dort bekommt sie Unterstützung von der tRNA.

Die tRNA ist ein Hilfsmolekül, welches die einzelnen Aminosäuren zu den Ribosomen transportiert. Dabei trägt sie selber keinen genetischen Code. Sie besteht nur aus einem Codon, welches auf eine Aminosäure abgestimmt ist. Ein weiteres RNA-Molekül, die rRNA, befindet sich in den Ribosomen und bestimmt ihre Struktur und Funktion. Dabei ist ihre genaue Aufgabe jedoch noch nicht hundertprozentig klar.

Es gibt weiterhin RNA-Moleküle, die auch enzymatische Aufgaben übernehmen. Als Träger von Erbinformationen spielt die Ribonukleinsäure jedoch nur in Ausnahmefällen eine Rolle. Das ist beispielsweise bei den RNA-Viren der Fall.



Erkrankungen der RNA

Die Ribonukleinsäuren besitzen eine solch große Bedeutung für den Stoffwechsel, dass Störungen bei ihrer Synthese tödliche Folgen für den Organismus haben würden. Allerdings gibt es einige Erkrankungen, die von fremder RNA ausgelöst werden.

Verschiedene Viren speichern ihre genetische Information nur über die RNA. Dabei sind Viren immer nur auf Wirtszellen angewiesen, um sich zu reproduzieren. So schleusen sie die genetische Information mithilfe bestimmter Enzyme in die DNA der Wirtszelle ein. Diese Zelle beginnt nun, unter Bildung von Viren-RNA neue Viren zu erzeugen. Das geht so lange, bis die infizierte Zelle abstirbt. Die entstandenen Viren infizieren wiederum neue Zellen und so weiter.

Eine besondere Form der RNA-Viren stellen die Retroviren (z. B. HIV) dar. Die befallene Wirtszelle produziert dauerhaft Viren, die wiederum andere Zellen befallen. Die hohe Mutabilität der Viren überlistet das Immunsystem so lange, bis es völlig zusammenbricht.

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