RNA – Aufbau, Funktionen und Besonderheiten

Die RNA, ausgeschrieben Ribonukleinsäure, ist eine Nukleinsäure. Nukleinsäuren sind eine Gruppe von Biomolekülen. Sie bestehen aus verschiedenen Grundbausteinen – den Nukleotiden. Je nach dem Aufbau von Nukleinsäuren wird zwischen Desoxyribonukleinsäuren (DNA) und Ribonukleinsäuren (RNA) unterschieden. Trotz des ähnlichen Aufbaus erfüllen RNA und DNA sehr verschiedene Funktionen in Lebewesen. Eine große Bedeutung hat die RNA unter anderem bei der Umsetzung von genetischen Informationen in Proteine (Proteinbiosynthese).

Die RNA besteht aus vier verschiedenen Grundbausteinen, die als Nukleotide bezeichnet werden. Diese sind in einer langen Kette angeordnet. Jedes Nukleotid besteht wiederum aus drei Untereinheiten – einem Zucker (R), einem Phosphatrest (P) und einer organischen, stickstoffhaltigen Base. Der Zucker wird als Ribose bezeichnet. Es gibt vier verschiedene Basen, die in den Nukleotiden der RNA vorkommen können. Diese sind Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Uracil (U). Adenin, Guanin und Cytosin sind ebenfalls in der DNA enthalten, Uracil kommt jedoch nur in RNA vor. Die Nukleotide der RNA werden Ribonukleotide genannt.

In der Abbildung siehst du die Aneinanderreihung mehrerer Nukleotide, einen sogenannten Polynukleotidstrang. Die Abfolge der Nukleotide und somit der verschiedenen Basen in einer bestimmten Reihenfolge wird als Basensequenz bezeichnet. Die Zucker- und Phosphatmoleküle sind über Esterbindungen miteinander verknüpft.

Im Gegensatz zur DNA, die oftmals in einem gewundenen Doppelstrang, der sogenannten Doppelhelix, angeordnet ist, liegt die RNA mehrheitlich als Einzelstrang vor. Außerdem ist sie meistens deutlich kürzer als die DNA. Durch einen strukturellen Unterschied im Aufbau des Zuckermoleküls von RNA und DNA ist die RNA deutlich weniger stabil als die DNA.

Die RNA kann viele dreidimensionale Strukturen annehmen, indem sich bestimmte Basen der RNA durch Wasserstoffbrückenbindungen verbinden. Diese Verbindung können nur komplementäre Basen eingehen: Guanin und Cytosin sowie Adenin und Uracil können sich verbinden.

Besonders wichtig ist die RNA bei der Herstellung von Proteinen, der sogenannten Proteinbiosynthese. Dabei werden im ersten Schritt, der Transkription, die Informationen der DNA zu RNA umgeschrieben. Im zweiten Schritt, der Translation, kann diese RNA als Bauplan für ein Protein verwendet werden. Es gibt verschiedene Typen von RNA, die während der Proteinbiosynthese unterschiedliche Funktionen erfüllen. 

Der Begriff mRNA ist die Abkürzung für messenger-RNA oder Boten-RNA. mRNA entsteht während der Transkription im Zellkern. 

Die Informationen für den Aufbau von Proteinen befinden sich in der DNA im Zellkern. Die Synthese der Proteine findet jedoch außerhalb des Zellkerns statt. Die DNA kann den Zellkern aber nicht verlassen. Deshalb wird die RNA benötigt, um die benötigten Informationen aus dem Zellkern herauszutransportieren.

Ein Enzym namens RNA-Polymerase liest den benötigten Abschnitt der DNA ab und baut ihn nach dem Prinzip der komplementären Basenpaarung mit Ribonukleotiden wieder neu auf. Der dadurch entstehende mRNA-Strang enthält die gesamte genetische Information des abgelesenen DNA-Strangs. Er ist eine komplementäre Kopie. Der mRNA-Strang kann den Zellkern verlassen und die Informationen für den Aufbau von Proteinen übermitteln.

Der Begriff rRNA steht für ribosomale RNA. rRNA ist Bestandteil von Ribosomen. 

Ribosomen sind der Ort, an dem Proteine hergestellt werden. Sie sorgen dafür, dass die mRNA abgelesen wird und Aminosäuren, die Grundbausteine von Proteinen, entsprechend der Basensequenz miteinander verknüpft werden. Dieser Vorgang heißt Translation.

Der Begriff tRNA steht für transfer-RNA. Die tRNA sorgt dafür, dass bei der Translation die richtigen Aminosäuren zu den Ribosomen transportiert werden. tRNA ist mit Anticodons ausgestattet und kann nur an die mRNA binden, wenn diese das dazu passende Codon (Basentriplett) aufweist. Codons und Anticodons bestehen jeweils aus drei Basen. Ein Codon codiert für eine bestimmte Aminosäure. Dadurch wird dafür gesorgt, dass die Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge, so wie sie in der mRNA vorgeschrieben sind, aneinandergehängt werden. 

Weitere Funktionen von Formen der RNA sind die Regulation der Genexpression oder von zellulären Prozessen sowie die Katalyse von chemischen Reaktionen.

In einigen Viren ist die RNA die Trägerin der Erbinformation.

Sowohl die DNA als auch die RNA sind Nukleinsäuren. Das sind langkettige, lineare Moleküle, die aus einzelnen Nukleotiden zusammengesetzt sind. Die Nukleotide von DNA und RNA bestehen aus jeweils:

• einem Zuckermolekül,
• einer Phosphatgruppe und
• einer organischen Base.

Im spezifischen Aufbau und den Funktionen unterscheiden sich die DNA und RNA jedoch. Die Unterschiede sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.