La struttura di base dell’RNA è costituita da uno zucchero a cinque carbonio e da una delle quattro basi azoto. Anche se la maggior parte dell’RNA è a singolo filamento, può formare strutture secondarie e terziarie complesse. Tali strutture svolgono un ruolo essenziale nella regolazione della trascrizione e della traduzione.
Ci sono tre tipi principali di acido ribonucleico (RNA): RNA messaggero (mRNA), RNA transfer (tRNA) e RNA ribosomico (rRNA). Tutti e tre i tipi di RNA consistono in una catena a filamento singolo di nucleotidi. Ogni nucleotide è composto dal ribosio di zucchero a cinque carbonio. Le molecole di carbonio di ribosio sono numerate da uno a cinque. Il carbonio numero cinque trasporta un gruppo di fosfati e il carbonio numero uno una base azotata.
Ci sono quattro basi azoide nell’RNA: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracile (U). Uracil è l’unica base in RNA che non è presente nel DNA, che utilizza la timina (T) invece. Durante la trascrizione, l’RNA viene sintetizzato da un modello di DNA basato sul legame complementare delle nuove basi di RNA alle basi del DNA; Un lega a T, G si lega a C, C si lega a G, e U si lega ad A.
Come il DNA, i nucleotidi adiacenti nell’RNA sono collegati tra loro attraverso legami di fosforestro. Questi legami si formano tra il gruppo di fosfati di un nucleotide e un gruppo di idrossili (-OH) sul ribosio del nucleotide adiacente.
Questa struttura conferisce all’RNA la sua direzionalità, cioè le due estremità della catena dei nucleotidi sono diverse. Il carbonio numero cinque di ribosio trasporta un gruppo di fosfato non legato che dà origine all’estremità 5′ (leggi cinque primi). L’ultimo ribosio all’altra estremità della catena nucleotide ha un gruppo di idrossile libero (-OH) al numero di carbonio 3; quindi, questa estremità della molecola di RNA è chiamata estremità 3′. Man mano che i nucleotidi vengono aggiunti alla catena durante la trascrizione, il gruppo di fosfati 5′ del nuovo nucleotide reagisce con il gruppo idrossile 3′ della catena in crescita. Pertanto, l’RNA viene sempre assemblato nella direzione da 5 a 3′.
Le strutture secondarie sono formate da un accoppiamento di base complementare tra nucleotidi distanti sullo stesso RNA a filamento singolo. I cicli di tornanaggio sono formati da un accoppiamento complementare di basi all’interno di 5-10 nucleotidi l’uno dall’altro. Gli anelli di stelo sono formati dall’accoppiamento di basi separate da 50 a centinaia di nucleotidi. Nei procarioti, queste strutture secondarie funzionano come regolatori trascrizionali. Ad esempio, un ciclo di tornante può servire come segnale di terminazione tale che quando gli enzimi di trascrizione incontrano questa struttura, si staccano dall’mRNA e la trascrizione si fermano. I loop di stelo o i tornanti alle estremità 3′ o 5′ regolano anche la stabilità dell’mRNA negli eucarioti impedendo il legame delle ribonucleasi, enzimi che degradano l’RNA.
Le strutture secondarie possono formare strutture terziarie più complicate chiamate pseudonodi. Gli pseudonodi si formano quando le basi nelle regioni del ciclo delle strutture secondarie interagiscono con basi complementari all’esterno del ciclo. Queste strutture terziarie svolgono ruoli essenziali nella struttura e nella funzione dell’RNA.
I tRNA servono come molecole adattatorie durante la traduzione dell’mRNA nelle proteine. Ad un’estremità, i tRNA portano un aminoacido. All’altra estremità, si legano a un codone mRNA, una sequenza di tre nucleotidi che codifica un aminoacido specifico. Le molecole di tRNA sono di solito lunghe 70-80 nucleotidi e si piegano in una struttura del ciclo stelo che assomiglia a una foglia clover. Tre dei quattro steli hanno anelli contenenti 7-8 basi. Il quarto stelo è sbloccato e comprende le estremità libere 5′ e 3′ del filamento di RNA. La fine 3′ agisce come il sito accettatore di amminoacidi.
La struttura tridimensionale del tRNA è a forma di L, con il sito di legame degli amminoacidi ad un’estremità e un anticodone all’altra estremità. Gli Anticodoni sono sequenze di tre nucleotidi che sono complementari al codone mRNA. Questa forma peculiare del tRNA gli permette di legarsi ai ribosomi, dove si verifica la sintesi proteica.
