آران‌ای
اسید ریبونوکلئیک یا RNA همراه با DNA و پروتئین، سه مولکول درشت اصلی می‌باشد که برای همهٔ گونه‌های شناخته شدهٔ زیستی، ضروری است. آر ان ای هم مانند DNA دارای زنجیرهٔ بلندی می‌باشد که شامل اجزای سازنده‌ای به نام نوکلئوتیدها می‌باشد. هر نوکلئوتید دارای یک نوکلئوباز است که گاهی به آن باز نیتروژنی هم می‌گویند، چیدمان نوکلئوتیدهای یک ژن در DNA در فرایند رونویسی به RNA پیام‌رسان داده می‌شود، RNA پیام‌رسان به ریبوزوم ها می‌رود و در آنجا در فرایند ترجمه به پیدایش فراورده‌های ژنی می‌انجامد. برخی ویروس‌ها، از RNA به جای DNA به عنوان ماده ژنتیکی‌شان استفاده می‌کنند. همه جاندارها از RNA پیام‌رسان برای جابجایی داده‌های ژنتیکی از هسته به ریبوزوم استفاده میکنند که به ساخت پروتئین‌ها می‌انجامد.
نوعی از RNA اطلاعات را از DNA به سیتوپلاسم حمل می‌کند؛ به این نوع RNA که اطلاعات را از DNA به ریبوزوم‌ها حمل می‌کند، RNA پیک یا پیامبر(mRNA) می‌گویند. نوعی دیگر RNA حامل (tRNA) است که اسیدهای آمینه را به ریبوزوم منتقل می‌کند، تا ریبوزوم، اسیدهای آمینه را بر اساس اطلاعات موجود در mRNA کنار یکدیگر ردیف کند. نوع دیگر، RNA ریبوزومی (rRNA) است که در ساختار ریبوزوم‌ها شرکت دارد؛ این موضوع به این معناست که ریبوزوم (رناتن) ها متشکل از پروتئین ها و RNA های ریبوزومی هستند. ساختار شیمیایی RNA به ساختار شیمیایی DNA بسیار شبیه است، با سه تفاوت؛ یکی این که RNA دارای قند ریبوز است در حالی که DNA دارای قند کمی متفاوت تر به نام دئوکسی‌ریبوز است (گونه‌ای از ریبوز که یک اتم اکسیژن در آن کم است)، و دوّم این که RNA دارای نوکلئوباز یوراسیل است در حالی که به جای آن DNA دارای تیمین است (یوراسیل و تیمین، خواص جفت شدن بازی مشابهی دارند).و سوم اینکه برخلاف DNA بیشتر مولکول‌های RNA تک‌رشته‌ای هستند. مولکول‌های تک‌رشته‌ای RNA ساختارهای سه بعدی بسیار پیچیده‌ای را دارند، زیرا آن‌ها مانند DNA دارای زنجیرهٔ دو رشته‌ای نیستند. (البته RNA دو رشته‌ای هم وجود دارد که زیاد در بعضی منابع ذکر نشده و فقط در درس‌های تخصصی ژنتیک گفته می‌شود) RNA درون یاخته‌های زنده توسط RNA-پلی‌مرازها ساخته می‌شوند، این [آنزیم]ها در رونویسی از روی یک الگوی RNA یا DNA به یک رشته RNA تازه کارایی دارند.
RNA و DNA هر دو اسید نوکلئیک هستند، اما در سه چیز تفاوت دارند؛ نخست این که برخلاف DNA که دو رشته‌ای است، RNA یک مولکول تک‌رشته‌ای است و زنجیرهٔ بسیار کوتاه تری از نوکلئوتیدها را دارد. دوّم این که در حالی که DNA دارای قند دئوکسی‌ریبوز می‌باشد، RNA دارای ریبوز است (در دئوکسی‌ریبوز هیچ گروه هیدروکسیلی به حلقه پنتوزی در جایگاه ۲ پیوند ندارد). این گروه‌های هیدروکسیلی، پایداری RNA را کمتر از پایداری DNA می‌سازند زیرا داشتن گروه هیدروکسیل ریبوز را برای واکنش آبکافت آماده‌تر می‌سازد. سوّم این که برخلاف DNA در RNA، باز تکمیل‌کنندهٔ آدنین، تیمین نیست بلکه یوراسیل می‌باشد که شکل متیلی‌نشده‌ای از تیمین می‌باشد. بیشتر RNAهای کارا از دیدگاه زیستی که شامل RNA کوچک هسته‌ای، RNA رناتنی، RNA جابجایی، RNA پیام‌رسان و دیگر RNAهای بی‌رمز، گه گاه دارای چیدمان‌های خود تکمیل‌کننده‌ای هستند که به بخش‌هایی از RNA این اجازه را می‌دهند که با خودش جفت شده و تا بخورد و مارپیچ‌های دوتایی را پدیدآورند (همانند DNA). برخلاف DNA، ساختار آن‌ها دارای مارپیچ‌های دوتایی دراز نیستند اما در جای جای آن‌ها گروه‌هایی از مارپیچ‌های کوتاه دیده می‌شود. آر ان ای به جز برخی موارد استثنا، همیشه به صورت خطی وجود دارد. همچنین برخلاف DNA که از آن سه نوع موجود است، از RNA فقط یک نوع وجود دارد.
RNA از روی یکی از رشته‌های DNA در هستهٔ یاخته‌های هوهسته ای یا بخش نوکلئوتیدی پیش‌هسته‌ها با کمک آنزیم‌های RNA-پلی‌مراز ۱ (ژن‌های RNA رناتنی) و RNA-پلی‌مراز ۲ (ژن‌های RNA پیام‌رسان) و RNA-پلی‌مراز ۳ (ژن‌های RNA جابجایی) در هوهسته‌ها و گونه‌ای آنزیم RNA-پلی‌مراز در یاخته‌های هوهسته رونویسی می‌شود.
واکنش‌های فرآوری آن‌ها را آنزیم هایی بنام RNA-پلی‌مراز، که از دی‌ان‌آ به عنوان الگوی خود بهره می‌برد، آسان می‌شود، فرایند فرآوری آن‌ها به رونویسی مشهور است. آغاز رونویسی با پیوند یک آنزیم به چیدمان برانگیزنده، که به‌طور معمول در بالادست ژن جای دارد، آغاز می‌شود. زنجیرهٔ مارپیچ دوتایی DNA، به کمک آنزیم هلیکاز باز می‌شود. این آنزیم در درازای رشتهٔ الگو از سمت '۳ آن به '۵ آن پیش می‌رود و یک مولکول RNA مکمل را می‌سازد که این RNA از آنجایی که وارونهٔ رشتهٔ الگو می‌باشد از سمت '۵ آن به '۳ آن ساخته می‌شود. در ساخت RNA، چیدمان DNA پایان ساخت RNA را هم نشان خواهد داد. RNAها پس از رونویسی، به کمک آنزیم‌های دیگری فرآوری می‌شوند و سرانجام RNA ای را پدیدمی‌آورند که در ساخت پروتئین در فرایند رمزخوانی بکار برده می‌شوند. برای نمونه، در هوهسته‌ها یک دُم چندآدنینی در فرایند چندآدنینی‌شدن و در فرایندی دیگر یک کلاهک '۵ به آن‌ها افزوده می‌شوند. در یکی دیگر از بخش‌های این فرآوری، میانه‌ها به کمک آنزیم پیرایشگر در فرایند پیرایش برداشته می‌شوند.
شماری RNA-پلی‌مراز نیز هستند که کارکردشان وابسته به RNA می‌باشد و از یک RNA به عنوان الگویشان برای ساخت یک رشتهٔ RNA تازه بهره می‌برند. برای نمونه، برخی RNAهای ویروسی، مانند ویروس فلج اطفال، این گونه آنزیم را برای رونویسی ژن‌هایشان بکار می‌برند.
هر نوکلئوتید در RNA دارای یک قند ریبوز با کربن‌های شماره‌گذاری‌شده از ۱ تا ۵ است. یکی از بازهای آدنین، گوانین، سیتوزین، یا اوراسیل به کربن شمارهٔ ۱ پیوند می‌خورد. به آدنین و گوانین، خانوادهٔ پورین‌ها (دوحلقه‌ای‌ها) گفته می‌شود و به سیتوزین و اوراسیل، خانوادهٔ پیریمیدین‌ها (تک‌حلقه‌ای‌ها) گفته می‌شود. گروه‌های فسفات دارای یک بار منفی هستند که با پیوند به RNA، آن را یک مولکول باردار می‌سازند. بازها ممکن است پیوندهای هیدروژنی میان سیتوزین با گوانین، آدنین با اوراسیل، و گوانین با اوراسیل را تشکیل دهند. به هر حال برهمکنش‌های دیگری هم امکان‌پذیر می‌باشد، برای نمونه، پیوند یک گروه از بازهای آدنینی به همدیگر در یک برآمدگی یا تترالوپ GNRA که یک جفت باز گوانین–آدنینی دارد. ویژگی ساختاری مهم RNA که آن را از DNA جدا می‌سازد، داشتن یک گروه هیدروکسیل در کربن شمارهٔ ۲ قند ریبوز است. بودن این گروه به این می‌انجامد که در شکل هندسی زنجیرهٔ مارپیچی آن با DNA تفاوت پیدا کند. دوّمین نتیجه پیامد داشتن این گروه هیدروکسیل در کربن ۲، در نواحی انعطاف‌پذیری شکلی (تطبیقی) از یک مولکول RNA است (که در تشکیل یک مارپیچ دوتایی درگیر نیست)، RNA تنها با چهار باز توصیف می‌شود که عبارتند از آدنین، سیتوزین، گوانین، و یوراسیل، در RNA ریبوزومی، بسیاری از اصلاحات پس از رونویسی، در نواحی بسیار عملکردی اتفاق می‌افتد، از جمله مرکز پپتیدیل ترانسفراز و زیرواحد رابط، که نشان‌دهندهٔ این است که آن‌ها برای عملکرد عادی، مهم هستند. شکل عملکردی مولکول‌های تک‌رشته‌ای RNA، کاملاً مانند پروتئین‌ها، به یک ساختار سوّم ویژه‌ای نیاز دارد. چارچوب (داربست) این ساختار توسط عناصر ساختاری دوّم تولید می‌شود که همان پیوندهای هیدروژنی درون‌مولکولی هستند. این ساختار دوّم به پدید آمدن چندین نمایهٔ قابل شناسایی مانند حلقه‌های سنجاق سری، شکم‌خوردگی‌ها، و حلقه‌های درونی می‌انجامد. از آنجایی که RNA باردار است، یون‌های فلزی از جمله Mg2+ برای پایاسازی بسیاری از ساختارهای دوّم و سوّم مورد نیاز هستند.
RNA پیام‌رسان، RNA ای است که داده‌ها را از DNA به رناتن، جایگاه ساخت پروتئین و رمزخوانی در یاخته، می‌برد. چیدمان RNA پیام‌رسان، چیدمان اسید آمینهٔ پروتئینی که ساخته می‌شود را تعیین می‌کند.
بسیاری از RNAها به پروتئین فرآوری نمی‌شوند. بسیاری از RNAها در رمزگردانی به پروتئین فراورده نمی‌شوند. به این RNAها، RNAهای بی‌رمز می‌گویند که می‌توانند، برجسته‌ترین نمونهٔ RNA بی‌رمز RNAهای جابجایی و RNA رناتنی هستند که هر دوی آن‌ها در فرایند رمزخوانی دارای کارکرد می‌باشند.
RNAهای ویژه‌ای می‌توانند واکنش‌های شیمیایی، مانند بریدن و بستن دیگر مولکول‌های RNA، را انجام دهند و تشکیل پیوند پپتیدی را در رناتنها آسان کنند، این RNAها به RNAهای ریبوزومی مشهورند.
در فرایند رمزخوانی RNA پیام‌رسان داده‌های مورد نیاز در چیدمان اسیدهای آمینهٔ یک پروتئین را به ریبوزومها؛ کارخانه‌های ساخت پروتئین در یاخته، می‌برند. این به گونه‌ای کد می‌شود که هر سه نوکلئوتید (یک کدون) مطابق با یک اسید آمینه است. در سلول‌های یوکاریوتی، همین که mRNA پیش ساز(pre-mRNA) از DNA رونویسی شد، به mRNA بالغ پردازش (اصلاح) می‌شود. این فرایند، اینترون‌های (بخش‌های کد نشونده pre-mRNA) آن را جدا می‌کند. mRNAها سپس از هسته به سیتوپلاسم صادر می‌شود، جایی که آن به ریبوزوم متصل می‌شود و به شکل پروتئین متناظرش به کمک tRNA، ترجمه می‌شود. در سلول‌های پروکاریوتی که هسته و اجزای سیتوپلاسمی ندارند، mRNA می‌تواند به ریبوزوم‌ها متصل شود در حالیکه آن از DNA رونوشت برداری (رونویسی) می‌شود. بعد از مقدار خاصی از زمان، پیام به نوکلئوتیدهای مؤلفه خودش با یاری ریبونوکلئازها تجزیه می‌شود. RNA ناقل(tRNA)، یک زنجیره RNA کوچک با حدود ۸۰ نوکلئوتید است که یک اسید آمینه خاص را به زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد در محل ریبوزومی سنتز پروتئین در طی ترجمه، منتقل می‌کند. این‌ها محل‌هایی برای اتصال اسید آمینه و یک ناحیه آنتی کدون برای تشخیص کدون دارد که به یک توالی خاص بر روی زنجیره RNA پیام‌رسان از طریق پیوند هیدروژنی متصل می‌شود.
RNA ریبوزومی: جزء کاتالتیک ریبوزوم‌ها می‌باشند. ریبوزوم‌های یوکاریوتی حاوی ۴ مولکول rRNA مختلف می‌باشند: rRNAهای 18S, 5.8S, 28S و 5S. سه عدد از مولکول هایrRNA در هسته سنتز می‌شوند و دیگری در جای دیگر سنتز می‌شود. در سیتوپلاسم، RNA ریبوزومی و پروتئین برای تشکیل یک نوکلئوپروتئین که ریبوزوم نامیده می‌شود، ترکیب می‌شوند. ریبوزوم به mRNA متصل می‌شود و سنتز پروتئین را عملی (اجرا) می‌کند. چندین ریبوزوم ممکن است به یک mRNA منفرد در هر زمانی متصل شوند. rRNA بی‌نهایت فراوان است و ۸۰٪ از 10 mg/ml RNA یافت شده در یک سیتوپلاسم یوکاریوت نمونه‌ای را تشکیل می‌دهد. RNA پیامبر-ناقل (tmRNA) در بسیاری از باکتری‌ها و پلاستیدها یافت می‌شود. این، پروتئین‌های کد شده توسط RNA پیامبر (m RNA) را نشان دار می‌کند که فاقد کدون‌های توقف برای تجزیه هستند و ریبوزوم را از ماندن (قصور)، بازمی‌دارد (جلوگیری می‌کند). RNAهای تنظیمی: چندین نوع از RNA می‌تواند بیان ژن را توسط مکمل یکدیگر بودن (متمم بودن) برای یک بخش mRNA یا یک DNA ژن، فروتنظیم کند. (فروتنظیمی یا DN فرایندی است که به وسیلهٔ آن، یک سلول؛ کمیت یک جزء سلولی مانند پروتئین یا RNA را در پاسخ به یک متغیر خارجی کاهش می‌دهد. افزایش یک جزء سلولی، فراتنظیمی نامیده می‌شود). RNAهای کوچک (miRNA): با ۲۱تا ۲۲ نوکلئوتید در یوکاریوت‌ها یافت می‌شود و از طریق مداخله RNA(RNAi) عمل می‌کنند، جاییکه یک کمپلکس مؤثر از miRNA و آنزیم‌ها می‌توانند mRNA را به miRNA که متمم است بشکند، mRNA را از ترجمه شدن ممانعت کند، یا تجزیه آن را تسریع کند. در حالیکه RNAهای مداخله‌ای کوچک (siRNA; 20-25 nt)، غالباً توسط تجزیه (شکستن) RNA ویروسی تولید می‌شوند، همچنین منابع درون زادی نیز از siRNA ها وجود دارد. siRNA ها از طریق مداخله RNA در یک روش مشابه با miRNA عمل می‌کنند. بعضی از siRNAها و miRNAها می‌توانند ژن‌هایی را که آن‌ها نشان دار می‌کنند، متیله شوند که بدان وسیله، رونویسی این ژن‌ها را کاهش یا افزایش می‌دهد. جانوران، RNAهای برهمکنش دهنده Piwi (piRNA; 29-30 nt) دارند که درسلول‌های جنینی فعال هستند و تصور می‌شوند که یک دفاعی در برابر ترانسپوزون‌ها باشند و یک نقش در گامتوژنز ایفا کنند. بسیاری از پروکاریوت‌ها، RNAهای CRISPR، یک سیستم تنظیمی مشابه باRNAi، دارند. RNAهای آنتی سنس بسیار گسترده و وسیع هستند، اکثراً یک ژن را فروتنظیم می‌کنند، اما تعدادی نیز فعال‌کننده رونویسی هستند. یک روشی که RNA آنتی سنس می‌تواند عمل کند، از طریق اتصال به یک mRNA، تشکیل یک RNA دورشته‌ای می‌باشد که به‌طور آنزیمی تجزیه می‌شود. RNAهای غیر کدکننده طویل بسیاری وجود دارد که ژن‌ها را در یوکاریوت‌ها تنظیم می‌کند، یکی از این RNAها،xist است که یک کروموزوم x را در پستانداران ماده می‌پوشاند و آن را غیرفعال می‌کند. یک mRNA ممکن است حاوی اجزای تنظیمی به خودی خودش باشد، از جمله riboswitch ها، در ناحیه ترجمه نشونده ۵' یا ناحیه ترجمه نشونده ۳'. این عناصر تنظیمی سیس، فعالیت آن mRNA را تنظیم می‌کنند. ناحیه‌های ترجمه نشونده همچنین ممکن است حاوی عناصری باشند که دیگر ژن را تنظیم می‌کنند.
RNAهای بسیاری در اصلاح RNA های دیگر درگیر هستند. اینترون‌ها از pre-mRNA به وسیلهٔ spliceosome ها پردازش می‌شوند که حاوی چندین RNA کوچک هسته‌ای (snRNA) هستند. یا اینترون‌ها می‌توانند ریبوزیم‌هایی شوند که توسط خودشان پردازش می‌شوند. RNA می‌تواند همچنین توسط نگه داشتن نوکلئوتیدهای اصلاح شده اش برای نوکلئوتیدهای به غیر از A, C, G و U، تغییر یابد. دریوکاریوت‌ها، اصلاحات نوکلئوتیدهای RNAعموماً توسط RNA هستکی کوچک(snoRNA; 60-300 nt) هدایت می‌شود، که در هستک و اجسام cajal یافت می‌شوند. snoRNA ها با آنزیم‌ها همکاری می‌کنند و آن‌ها را به یک موضع (نقطه) بر روی RNA توسط جفت شدن بازی به آن RNA، هدایت می‌کنند. این آنزیم‌ها سپس اصلاح نوکلئوتیدی را انجام می‌دهند. rRNA هاو tRNA ها به‌طور وسیعی اصلاح شده هستند، اما snRNA هاو mRNA ها می‌توانند همچنین هدف اصلاح شدن بازی قرار بگیرند.
مانند DNA, RNA می‌تواند اطلاعات ژنتیکی را حمل کند. ویروسی‌های RNAیی، ژنوم‌هایی مرکب از RNA و انواعی از پروتئین‌های کد شده توسط آن ژنوم را دارند. ژنوم ویروسی توسط بعضی از آن پروتئین‌ها رونوشت برداری می‌شوند، درحالیکه دیگر پروتئین‌ها ژنوم را محافظت می‌کنند به محض اینکه ذره ویروسی به یک سلول میزبان وارد می‌شود. ویروئیدها گروه دیگری از پاتوژن‌ها هستند، اما آن‌ها فقط حاویRNA هستند، نه هیچ پروتئینی را کد می‌کنند و توسط یک پلیمراز سلول گیاهی میزبان رونوشت برداری می‌شود
ویروس‌های رونوشت بردار معکوس، ژنومشان را به وسیلهٔ نسخه‌های DNA رونوشت معکوس از RNAهایشان، رونوشت برداری می‌کنند. این نسخه‌های DNA سپس به یک RNA جدید رونویسی می‌شوند. رتروترانسپوزونها(Retrotransposon) همچنین توسط کپی شدن DNA و RNAاز یکدیگر پخش (گسترش) می‌یابند و تلومراز حاوی یک RNA می‌باشد که بنوان الگو برای ساختن پایانه‌های کروموزوم‌های یوکاریوتی استفاده می‌شوند.
RNA دورشته‌ای (dsRNA) رِنایی است با دو رشته مکمل یکدیگر که همانند DNA در همهٔ یاخته‌ها یافت می‌شود. RNA دورشته‌ای، مادهٔ ژنتیکی برخی ویروس‌ها را می‌سازد. RNA دورشته‌ای شامل RNA ویروسی و RNA خاموشگر می‌توانند در رمزخوانی ژن دگرگونی پدیدآورند. این دگرگونی بیشتر از راه جفت شدن با RNA پیام‌رسان و سرکوب کارایی آن که به کم شدن فراورده‌های ژنی می‌انجامد، پدید می‌آید.
تحقیق بر روی RNA منجربه کشف‌های زیست شناختی مهم و جوایز نوبل متعددی شده‌است. اسید نوکلئیک‌ها در سال ۱۸۶۸ توسط Friedrich Miescher کشف شد؛ کسی که ماده نوکلئین را به دلیل این که در هسته پیدا شد را نامگذاری کرد. این بعداً کشف شد که سلول‌های پروکاریوتی که هسته‌ای ندارند، نیز همچنین حاوی اسیدهای نوکلئیک هستند. نقش RNA در سنتز پروتئین همواره در سال ۱۹۳۹ مورد توجه بود. Severo Ochoaجایزه نوبل را در سال ۱۹۵۹(مشترکاً با Arthur Kornberg) برنده شد، بعد از این که او یک آنزیمی را کشف کرد که RNA را در آزمایشگاه سنتز می‌کرد. به‌طور طعنه آمیزی، آنزیم کشف شده توسط Severo Ochoa(polynucleotide phosphorylase) بعدها نشان داده شد که برای تجزیه RNA مسئول باشد نه این که RNA را سنتز کند. توالی ۷۷ نوکلئوتید از یک Trna مخمر توسط Robert W. Holley در سال۱۹۶۵ پی برده شد. برنده جایزه نوبل ۱۹۶۸در داروسازی (مشترکاً با Har Gobind Khorana و Marshall Nirenberg). در سال1967 Carl Woese، فرضیه داد که RNA ممکن است کاتالتیک باشد و پیشنهاد کرد که ابتدایی‌ترین اشکال حیات (مولکول‌های خودرونوشت بردار) توانستند هم برای حمل اطلاعات ژنتیکی شان و هم برای کاتالیز واکنش‌های بیوشیمیایی شان به RNA تکیه کنند.