Wie die DNA ist die RNA (Ribonukleinsäure) für alle bekannten Lebensformen unerlässlich. Auch die RNA-Monomere sind Nukleotide. Im Gegensatz zur DNA ist die RNA in biologischen Zellen überwiegend ein einzelsträngiges Molekül. Während die DNA Desoxyribose enthält, enthält die RNA Ribose, die durch das Vorhandensein einer 2′-Hydroxylgruppe am Pentosering gekennzeichnet ist (Abbildung 5). Diese Hydroxylgruppe macht die RNA weniger stabil als die DNA, da sie anfälliger für Hydrolyse ist. RNA enthält die unmethylierte Form der Base Thymin, genannt Uracil (U) (Abbildung 6), was das Nukleotid Uridin ergibt.
RNA erfüllt eine Vielzahl von Funktionen in der Zelle. Messenger-RNA (mRNA) trägt die genetische Information, die die Synthese von Proteinen steuert. Einige Viren verwenden RNA anstelle von DNA als ihr genetisches Material. Der größte Teil der RNA kodiert jedoch nicht für Proteine. Diese RNAs werden als nichtcodierende (ncRNA) bezeichnet und können von ihren eigenen RNA-Genen codiert werden oder von mRNA-Introns abstammen. Die Transfer-RNA (tRNA) und die ribosomale RNA (rRNA) sind am Prozess der Translation beteiligt. Es gibt auch nicht-kodierende RNAs, die an der Genregulation, der RNA-Verarbeitung und anderen Prozessen beteiligt sind.
Die meisten RNA-Moleküle enthalten kurze, selbstkomplementäre Sequenzen, die sich falten und miteinander zu hoch strukturierten Formen paaren. Diese Basenpaarungsinteraktionen sind Teil der RNA-Sekundärstruktur. Die ungepaarten Regionen bilden Strukturen wie Haarnadelschleifen, Ausbuchtungen und interne Schleifen, die von funktioneller Bedeutung sein können (Abbildung 7). Beispiele sind die Rho-unabhängigen Terminator-Stammschleifen und das tRNA-Kleeblatt.
Die funktionelle Form von einzelsträngigen RNA-Molekülen erfordert, genau wie Proteine, typischerweise eine spezifische Tertiärstruktur (3D). RNA kann auch RNA-RNA- und DNA-RNA-Duplexe bilden. Die meisten RNA-Strukturen in der Protein Data Bank (PDB) (Archiv für makromolekulare Strukturdaten) (3) enthalten doppelsträngige RNA, die in Tertiärstrukturen gefaltet sind.
Einige RNA-Strukturen bieten Bindungsstellen für andere Moleküle und haben chemisch aktive Zentren. Ein Beispiel (Abbildung 8) ist die molekulare Erkennung von Vitamin B12 durch eine RNA-Struktur (4). Die Bindung von Vitamin B12 an RNA reguliert die Funktion des Hepatitis-C-Virus (5).
