กรดไรโบนิวคลีอิก

กรดไรโบนิวคลีอิก (อังกฤษ: ribonucleic acid) หรือ อาร์เอ็นเอ เป็นกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่สารชีวโมเลกุลหลัก ร่วมกับลิพิด คาร์โบไฮเดรตและโปรตีน ที่สำคัญแก่สิ่งมีชีวิตทุกชนิด อาร์เอ็นเอประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ สายยาว เช่นเดียวกับดีเอ็นเอ นิวคลีโอไทด์แต่ละหน่วยประกอบด้วยนิวคลีโอเบส น้ำตาลไรโบสและหมู่ฟอสเฟต ลำดับนิวคลีโอไทด์ทำให้อาร์เอ็นเอเข้ารหัสข้อมูลพันธุกรรมได้ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้อาร์เอ็นเอนำรหัส (mRNA) นำข้อมูลพันธุกรรมที่ชี้นำการสังเคราะห์โปรตีน ยิ่งไปกว่านั้น ไวรัสหลายชนิดใช้อาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรมแทนดีเอ็นเอ

โมเลกุลอาร์เอ็นเอบางอย่างมีบทบาทสำคัญในเซลล์โดยเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ ควบคุมการแสดงออกของยีนหรือรับรู้และสื่อสารการตอบสนองต่อสัญญาณของเซลล์ ขบวนการหนึ่ง คือ การสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งเป็นหน้าที่สากลซึ่งโมเลกุลอาร์เอ็นเอสื่อสารชี้นำการสร้างโปรตีนบนไรโบโซม ขบวนการนี้ใช้โมเลกุลอาร์เอ็นเอถ่ายโอน (tRNA) เพื่อขนส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม ที่ซึ่งอาร์เอ็นเอไรโบโซม (rRNA) เชื่อมกรดอะมิโนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโปรตีน เรียกขั้นตอนการสังเคราะห์โปรตีนจากสายอาร์เอ็นเอนี้ว่า การแปลรหัส

โครงสร้างทางเคมีของอาร์เอ็นเอคล้ายคลึงกับของดีเอ็นเอเป็นอย่างมาก แต่มีข้อแตกต่างอยู่สองประการ (1) อาร์เอ็นเอมีน้ำตาลไรโบส ขณะที่ดีเอ็นเอมีน้ำตาลดีออกซีไรโบส (ขาดออกซิเจนหนึ่งอะตอม) ซึ่งแตกต่างเล็กน้อย และ (2) อาร์เอ็นเอมีนิวคลีโอเบส ขณะที่ดีเอ็นเอมีไทมีน โมเลกุลอาร์เอ็นเอส่วนมากเป็นสายเดี่ยว และสามารถเกิดโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนมากได้ ต่างจากดีเอ็นเอ

โครงสร้างทางเคมี

RNA ถูกสร้างเริ่มแรกจากด่าง (bases) แตกต่างกัน 4 ชนิด คือ

• (adenine)
• กัวนีน (guanine)
• (cytosine)
• (uracil)

ด่าง 3 ตัวแรกเหมือนกับที่พบใน DNA แต่ มาแทนที่ไทมีน (thymine) โดยจะเชื่อมต่อกับ ด่างตัวนี้เป็นสารประกอบ ไพริมิดีน (pyrimidine) ด้วย และมีความคล้ายกับ ไทมีน (thymine) มีพลังของการทำงานน้อยกว่า ไทมีน อย่างไรก็ดีใน DNA จะถูกผลิตโดยการสลายตัวทางเคมีของ ดังนั้นจึงสามารถตรวจพบ ไทมีน จึงสรุปว่า

• ถูกจัดสรรไว้สำหรับ RNA ที่ซึ่งปริมาณมีความสำคัญแต่ช่วงอายุสั้น
• ไทมีนถูกจัดสรรไว้สำหรับ DNA ที่ซึ่งการรักษาช่วงตอน (sequence) ของโครงสร้างโมเลกุลมีความสำคัญ

พบว่ามีการดัดแปลงด่างจำนวนมากใน RNA ซึ่งมีบทบาทแตกต่างกันมากมาย (Pseudouridine) และ ด่าง ดีเอ็นเอ (thymidine) ถูกพบในหลายที่ แต่ที่มีมากอยู่ใน ทีซี ลูป (TC loop) ของทุก tRNA ในธรรมชาติพบว่ามีการปรับเปลี่ยนด่างเป็น 100 กรณี ที่เรายังไม่เข้าใจดีนัก

การเปรียบเทียบกับดีเอ็นเอ

อาร์เอ็นเอกับดีเอ็นเอเป็นกรดนิวคลีอิกทั้งคู่ แต่มีข้อแตกต่างหลักอยู่สามประการ คือ

• อาร์เอ็นเอเป็นโมเลกุลเกลียวเดี่ยวในบทบาททางชีวภาพจำนวนมาก และมีสายนิวคลีโอไทด์สั้นกว่าดีเอ็นเอ ขณะที่ดีเอ็นเอมีโมเลกุลเกลียวคู่
• อาร์เอ็นเอมีน้ำตาลไรโบส ขณะที่ดีเอ็นเอมีน้ำตาลดีออกซีไรโบส (ไม่มีหมู่ไฮดรอกซิลเกาะกับวงแหวนเพนโทสที่ตำแหน่ง 2') หมู่ไฮดรอกซิลเหล่านี้ทำให้อาร์เอ็นเอเสถียรน้อยกว่าดีเอ็นเอเพราะเกิดการสลายด้วยน้ำ (hydrolysis) ได้
• เบสคู่สมของอะดีนีน คือ ยูราซิล มิใช่ไทมีนอย่างในดีเอ็นเอ ยูราซิลต่างจากไทมีนตรงที่มีหมู่เมทิลน้อยกว่าหนึ่งหมู่

การสังเคราะห์

การสังเคราะห์ RNA ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส (RNA polymerase) ใช้ DNA เป็นแม่แบบ เริ่มต้นการสังเคราะห์โดยการเชื่อมต่อกับเอนไซม์ตรงตำแหน่ง (promoter) ซีเควนซ์ (sequence) ใน DNA (ตามธรรมดาพบ "อัพสตรีม" (upstream) ของยีน) เกลียวคู่ดีเอ็นเอจะคลายตัวออกโดยการทำงานของเอนไซม์ (helicase) แล้วเอนไซม์จะเคลื่อนไปตามแม่แบบเกลียวในทิศทางจาก 3’-> 5’ และการสังเคราะห์โมเลกุลของ RNA จะมีทิศทางจาก 5’-> 3’

ประวัติ

• ค.ศ. 1869 ค้นพบกรดนิวคลีอิก โดย (Johann Friedrich Miescher (1844–1895)) เมื่อแรกพบเขาเรียกวัตถุนี้ว่า นิวคลีอิน (nuclein) เพราะว่าเขาพบมันในนิวเคลียส ต่อเขาพบว่ามันก็มีในเซลล์ประเภทโพรแคริโอตซึ่งไม่มีนิวเคลียสด้วย
• ค.ศ. 1939 เข้าใจหน้าที่ของอาร์เอ็นเอในการสังเคราะห์โปรตีน โดยการศึกษาทดลองของ (Torbjörn Oskar Caspersson) , (Jean Brachet) และ (Jack Schultz)
• ค.ศ. 1964 พบช่วงต่อ (sequence) ของนิวคลีโอไทด์ 77 ตัว ใน tRNA ของยีสต์ โดย (Robert W. Holley)

อ้างอิง

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Biochemistry (5th ed.). WH Freeman and Company. pp. 118–19, 781–808. ISBN . OCLC 179705944, 48055706 and 59502128.

ดูเพิ่ม

• (RNA Ontology Consortium)
• (Severo Ochoa)