náhled|Molekula pre-mRNA tvořící šroubovici. Nukleové báze zeleně, ribózo-fosfátová kostra modře. Jedná se o jednovláknovou RNA, která interaguje sama se sebou. Ribonukleová kyselina (RNA, česky dříve RNK) je nukleová kyselina tvořená vláknem ribonukleotidů, které obsahují cukr ribózu a nukleové báze adenin, guanin, cytosin a uracil. Je zodpovědná za přenos informace z úrovně nukleových kyselin do proteinů a u některých virů je dokonce samotnou nositelkou genetické informace. V mnoha ohledech je podobná deoxyribonukleové kyselině (DNA), od které se liší jednak přítomností ribózy, kterou má ve své cukr-fosfátové kostře namísto deoxyribózy, a také tím, že využívá nukleovou bázi uracil namísto thyminu. Díky větší reaktivitě ribózy může molekula RNA zaujímat větší množství prostorových uspořádání a zastávat mnohem více funkcí, než mnohem stabilnější DNA, která je využívaná buňkou především jako úložiště genetické informace. Molekula RNA je také na rozdíl od DNA obvykle jednovláknová, často ovšem díky vnitřnímu párování zaujímá složitější strukturu, a v některých případech, například u některých virů, se vyskytuje i dvouvláknová RNA.
RNA má v těle řadu funkcí, z nichž hlavní je zajištění překladu genetického kódu, tedy převod informace z DNA do struktury proteinů. Oblast DNA nesoucí gen je nejprve přepsána (procesem transkripce) do mediátorové RNA. Ta je následně přeložena (procesem translace) do proteinů tvořených řetězcem aminokyselin. Zařazení správné aminokyseliny při tvorbě proteinů zajišťuje vazba transferové RNA na specifický kodón v mRNA pomocí párování jejich bází. Samotný překlad genetického kódu probíhá na ribozomu, který je složený z RNA (tzv. rRNA) i proteinů, přičemž RNA v ribozomu tvoří nejen strukturní složku, ale je zodpovědná i za syntézu peptidové vazby v nově vznikajícím proteinu. Ribozom je tedy významným zástupcem skupiny RNA s katalytickou aktivitou, tzv. ribozymů.
Kromě už zmíněných rolí v překladu genetického kódu nebo strukturních a katalytických funkcí, hraje RNA roli v řadě dalších buněčných pochodů, jako je úprava RNA, jemná kontrola translace pomocí RNA interference, funguje jako templát pro syntézu telomer, atd. Podle hypotézy RNA světa mohla být RNA pro svou všestrannost, schopnost nést i replikovat genetickou informaci a syntetizovat podle ní proteiny první nukleovou kyselinou využívanou živými organismy.
Historie výzkumu RNA náhled|vpravo|Phoebus Levene objevil cukr-fosfátovou kostru, tedy podstatu chemického propojení složek nukleových kyselin, a také určil v čem se liší dvě nukleové kyseliny v té době známé jako „thymová“ (DNA) a „kvasinková“ (RNA) nukleová kyselina; objevil, že DNA a RNA obsahují deoxyribózu, respektive ribózu RNA byla poprvé izolována roku 1868 ve směsi s DNA F. Miescherem a nazvána nuklein, nuklein byl ale původně považován za pouhý buněčný sklad fosfátu. Existenci dvou různých nukleových kyselin naznačovaly výzkumy Albrechta Kossela, který mezi lety 1885–1901 popsal všechny hlavní báze a zjistil, že nukleové kyseliny obsahují cukry, které charakterizoval jako pentózy. Až do 30. let 20. století panovala představa, že živočichové mají v jádře DNA, která byla podle izolace z thymu nazvána „thymovou nukleovou kyselinou“ a nižší eukaryota a rostliny obsahují RNA, která byla nazývána „kvasinkovou nukleovou kyselinou“. Chemickou strukturu nukleových kyselin upřesnil Phoebus Levene, který roku 1909 zjistil, že RNA obsahuje ribózu a roku 1929, že DNA obsahuje deoxyribózu, z čehož vychází současné pojmenování těchto nukleových kyselin. Levene také objevil způsob, jakým jsou jednotlivé složky nukleových kyselin propojeny – objevil cukr-fosfátovou kostru a navrhl tzv. tetranukleotidovou hypotézu, podle které jsou nukleové kyseliny tvořené pouhou čtveřicí nukleotidů. Levenova tetranukleotidová hypotéza (publikována 1919) nesprávně naznačovala, že nukleové kyseliny jsou příliš jednoduché na to, aby mohly nést genetickou informaci, a výzkum RNA a nukleových kyselin se na dlouhou dobu zastavil.
Role RNA v syntéze proteinů byla naznačována už v roce 1939, protože množství DNA v nedělící se buňce zůstává konstantní, ale množství RNA se zvyšuje u aktivních buněk a snižuje se u neaktivních, hladovějících; u aktivních buněk se také vyskytují výrazná ribonukleoproteinová tělíska, později pojmenovaná jako ribozomy. Existenci mRNA předpovídal Francis Crick ve svém centrálním dogmatu molekulární biologie (1958), protože očekával, že mezi DNA a proteiny musí být nějaký prostředník. Crick spolu s řadou dalších vědců založili RNA-tie club („klub RNA kravat“), který si dal za cíl odhalit genetický kód. Členové RNA-tie klubu v 50. letech 20. století popsali kodón, teoreticky vypočetli, že počet nukleotidů v kodónu je právě tři, a postulovali adaptérovou hypotézu předpovídající existenci tRNA. Předpovězené molekuly mRNA a tRNA byly později skutečně objeveny koncem 50. let. Tou dobou se už také dlouho předpokládáno, že syntéza proteinů probíhá na ribozomech, což bylo potvrzeno roku 1961.
náhled|vlevo|upright=1.3|Schéma experimentu provedeného Nirenbergem: pokud se jako templát pro syntézu proteinů použije molekula RNA tvořená výhradně uridiny (U), vzniká polypeptid tvořený aminokyselinou fenylalaninem (F). Tím bylo určeno první „písmeno“ genetického kódu: UUU → F Dalším klíčovým momentem výzkumu RNA byla izolace enzymu polynukleotid fosforylázy, který je schopen za určitých podmínek syntetizovat RNA, za což získal objevitel Severo Ochoa roku 1959 Nobelovu cenu za medicínu. I když bylo později zjištěno, že tento enzym přirozeně slouží k degradaci RNA a skutečná RNA polymeráza byla objevena až v době udělení této Nobelovy ceny, syntéza RNA umožnila rozluštit genetický kód: prvním zjištěním bylo, že RNA tvořená výhradně spojením uridinu (polyuracil) dává vzniknout polypeptidu tvořenému pouze molekulami fenylalaninu, což znamená, že kodón „UUU“ kóduje aminokyselinu fenylalanin. Zbytek genetického kódu už byl rozluštěn během několika let a výzkum byl roku 1968 oceněn Nobelovou cenou. Po popsání klíčové role RNA v syntéze proteinů následovala velká vlna zájmu o RNA související s výzkumem genetického kódu a molekuly RNA účastnící se zpracování genetického kódu byly detailně zkoumány. tRNA byla první osekvenovanou (přečtenou) nukleovou kyselinou a první nukleovou kyselinou s určenou krystalickou strukturou. Díky pokrokům v analýze RNA byl také přečten první genom – RNA genom bakteriofága MS2.
Postupně začalo být jasné, že RNA má i jiné funkce, než je zpracování genetického kódu, a roku 1967 Carl Woese navrhl hypotézu RNA světa, podle které byly molekuly RNA původní nositelkou genetické informace a zároveň zajišťovaly potřebné katalytické funkce. V 70. letech byla tato teorie podpořena popsáním reverzní transkriptázy, která slouží k přepisu RNA do DNA retrovirům, a v 80. letech objevem katalyticky aktivních RNA, tzv. ribozymů: bylo zjištěno, že v ribozomu a RNáze P (zodpovědné za zrání tRNA) je v katalytickém centru právě molekula RNA.
Během toho pokračoval další výzkum a byly objeveny nekódující RNA, ribozomální RNA sdílená všemi živými organismy začala být využívána pro určení evoluční příbuznosti, bylo zjištěno, že RNA je po své syntéze složitě upravována, například sestřihem nekódujících intronů, polyadenylací nebo například editací a regulována procesem RNA interference. Výzkum RNA pomohl odhalit podstatu celé řady klíčových biologických procesů a za studium RNA byla Nobelova cena udělena více než 30 lidem.
V současnosti probíhá bouřlivý výzkum na mnoha polích biologie RNA. Bádá se například v oblasti propojení molekul RNA a epigenetických regulací či na poli RNA interference. Projekt ENCODE zase odhalil, že zatímco pouze asi 1,5 % lidského genomu přímo kóduje proteiny, tak až 80 % genomu může být přepisována do podoby RNA. Některé léky využívané v léčbě jsou založeny na RNA, ve fázi klinického testování je přes 50 takových potenciální léků. Schválen byl zatím pouze RNA aptamer Pegaptanib využívaný pro léčbu některých typů makulární degenerace, a to roku 2004 v USA a v EU o rok později, a léky založené na antisense RNA: Fomivirsen, antivirotikum proti lidskému cytomegaloviru, a Mipomersen proti familiární hypercholesterolemii. Zajímavé se zdá především terapeutické využití RNA interference, která představuje alternativu ke klasické genové terapii, všechny potenciální léky tohoto typu jsou ale zatím ve fázi klinického testování.
Stavba náhled|vlevo|Struktura RNA. 5'→3' ukazuje orientaci cukr-fosfátové kostry, čísla označují pozici uhlíku: Na pozici 1' je navázaná báze (zde guanin), na pozici 2' je přítomná reaktivní skupina -OH, která je v DNA nahrazena vodíkem upright=1.3|náhled|Rozdíl ve struktuře RNA a DNA
Chemická struktura Ribonukleová kyselina je biopolymer tvořený ribonukleotidy, což jsou látky složené z nukleové báze (adenin (A), guanin (G), cytosin (C) nebo uracil (U)), pětiuhlíkatého monosacharidu ribózy a jednoho zbytku kyseliny fosforečné. Samotná nukleová báze napojená na ribózu se nazývá ribonukleosid, až jeho fosforylovaná forma nacházející se v RNA je ribonukleotid. V kostře RNA se střídá ribóza s fosfátovou skupinou, které jsou vzájemně kovalentně propojené fosfodiesterovou vazbou. Na ribózu jsou v pozici 1' připojeny glykosidickou vazbou nukleové báze, které představují vlastní jednotky dědičnosti a právě pomocí nich je v RNA zapsána informace. První tři báze jsou totožné s těmi, které se nacházejí v DNA, ale thymin přítomný v DNA je nahrazen uracilem, který se od thyminu liší nepřítomností methylové skupiny.
Dalším významným rozdílem je to, že ribóza nesená v RNA má oproti deoxyribóze tvořící DNA na pozici 2' hydroxylovou (OH) skupinu. RNA je kvůli volné 2' OH skupině výrazně reaktivnější a flexibilnější, ale také nestabilnější a v zásaditém prostředí dochází k hydrolýze fosfodiesterové vazby blízkou -OH skupinou, což vyvolává rozštěpení kostry RNA. Kromě toho je RNA citlivější k degradaci řadou enzymů. Reaktivita RNA jí ovšem umožňuje v mnohých případech působit jako katalyzátor chemických reakcí – takovým molekulám RNA se říká ribozymy.
V porovnání s DNA, která vytváří v drtivé většině případů tzv. dvoušroubovici (složenou ze dvou komplementárních vláken), vytváří RNA většinou kratší jednoduchá vlákna, která jsou obvykle jednovláknová. Vyskytuje se i dvouvláknová RNA, která zaujímá dvoušroubovici, pro niž je typické prostorové uspořádání A-formy. RNA je ovšem díky své flexibilitě schopna vytvářet bohaté sekundární a terciární struktury, jejichž variabilita je v porovnání s DNA výrazně bohatší.
Modifikace RNA v buňkách náhled|vlevo|upright=1.1|Přeměna uridinu na pseudouridin, příklad běžné modifikace báze v RNA