Erribonukleotidoz osaturiko kate luzea da azido erribonukleikoa (RNA). Unitate horiek base nitrogenatu, erribosa azukreaz eta fosfato batez osaturik daude. Zelulan, harizpi bakarrekoa izaten da azido nukleiko hau. RNA-molekulako base nitrogenatu batzuk DNAn agertzen diren berberak dira, hala nola adenina (A), guanina (G) eta zitosina (C), baina, DNAk duen timina (T) beharrean, RNAk uraziloa (U) du. Aurreko lau baseez gain, bestelakoak ere ager daitezke RNAn, esaterako, uridinaren eta guanosinaren deribatuak diren seudouridina eta metilguanosina.

Aurkikuntza

XIX. mendearen bukaeran, Kossler ikerlaria konturatu zen zenbait zelularen nukleotik isolatutako nukleina deritzen substantzien osagaietan base nitrogenatu desberdinak ageri zirela. Timoko zeluletan, adibidez, timina agertzen zen; legamietakoetan, ordea, uraziloa. Beraz, lehenengo kasuan, isolatutakoa DNA-molekula izango zen; bigarrenean, aldiz, RNA.

XX. mendearen erdialdean, Severo Ochoak, RNA-kateak eratzeko nukleotidoak lotzen dituen RNA-polimerasa entzima aurkitu ondoren, laborategian RNA-molekula sintetizatzea lortu zuen. Azido erribonukleikoa bere osagaietatik abiatuta eratzeko bidea aurkitzeagatik Nobel saria eman zioten 1959. urtean. Orain dela gutxi ere, 2006. urtean, RNA-interferentziarekin lanean zebiltzan ikertzaileak saritu zituzten geneen espresioen isiltze-prozesua azaltzearren.

Deskribapena

RNA-molekula osatzeko, nukleotidoak 3’-5’ lotura fosfodiesterren bidez atxikitzen dira bata bestearekin. Nukleotidoen azukrea den erribosak 2’ eta 3’ karbonoetan hidroxilo talde askeak ditu, eta 5’ muturrean, fosfato taldea. Talde hori pH fisiologikoetan negatibo kargaturik izaten da; beraz, kate osoak karga negatiboa izango du. Erribosako 2’-ko hidroxilo taldea ingurune azidoan (pH baxuetan; protoi-kontzentrazio altuetan) oso erreaktiboa da, eta RNA-katearen hidrolisia eragiten du. Hori dela eta, azido erribonukleikoa ez da azido desoxirribonukleikoa bezain egonkorra.

RNAren oinarrizko egitura

Zelulan, RNA-polimerasa entzimek, DNA-molekularen harizpi bat eredu izanik, RNA sintetizatzen dute nukleotidoetatik. Prozesu horri transkripzio deritzo. Sintetizatu berri den RNA-molekulak bestelako aldaketak izaten ditu, esaterako, zenbait baseen gehitzea edo katearen atal batzuen berrantolaketa. Hori dela medio, RNA-molekula harizpi bakarrekoa izan arren, egitura konplexuak izan ditzake, adibidez, baseen arteko hidrogeno-loturen bidezko helize moduko bere baitako tolestura.

RNA-motak

Azido erribonukleiko mota nagusiak hiru dira: RNA mezularia (mRNA), RNA garraiatzailea (tRNA) eta RNA erribosomikoa (rRNA). Azken molekula hori erribosomaren osagaia da, eta makromolekula-multzo horietan beste biekin lotzen da proteinen sintesia ahalbidetzeko. mRNA, zelula eukariotoetako nukleoan sintetizatu ondoren, zitosolean dauden erribosomekin lotzen da, berak daraman informazioa proteinen sintesian erabiltzeko. RNA garraiatzaileak, izenak dioen bezala, erribosomara garraiatzen ditu aminoazidoak. Erribosoman, RNA molekula-mota horiek —tRNA, mRNA eta tamaina desberdineko rRNAk— batzen dira, eta, elkarrekintzen bidez, mRNAn zegoen informazioa proteina-katea eratzeko erabiltzen da, hau da, informazio genetikoa proteinetara itzultzen da.

RNA-molekula batzuek funtzio katalitikoa dute, eta hori dela eta erribozima deritze. Bi kasu besterik ez dut aipatuko: batetik, erribosomako multzoko atal txikia, 5 S deritzona; bestetik, eukariotoen RNA mezulariaren prozesamenduan parte hartzen duena. RNAren heltze deritzon azken prozesuan, RNA-molekulek aktiboki parte hartzen dute kodetzeko informazioa ez duten introiak mozten eta kodetzeko informazioa duten exoiak itsasten.

Aurreko RNA-mota nagusiez gain, bestelakoak ere aurkitu daitezke, esaterako, zenbait birusek zeluletan sartu ondoren infektaturiko zelularen proteinen sintesia isilarazteko erabiltzen dituzten interferentzia-RNAa edo isiltze-RNAa (iRNA). Egun, medikuntzan, terapia genikoen arloan zein ikerkuntzan, maiz erabiltzen dira zenbait generen espresioa isilarazteko. Horrela, gene horiek zelulan betetzen duten funtzioa uler daiteke.

Eboluzioa

Zenbait ikertzaileren arabera, bizitza sortu zen ingurunean RNA-molekulak egokiak izango ziren informazio genetikoaren gordailu eta garraiatzaile gisa; izan ere, funtzio horiek betetzeaz gain, aktibitate katalizatzailea ere badute. Gorago aipatu bezala, azido erribonukleikoaren ezegonkortasuna dela eta, zelulek bestelako molekula egonkorragoak eratuko zituzten hain garrantzi handia duen informazioa gordetzeko, azido desoxirribonukleikoa, hain zuzen ere. Katalisiari dagokionez, askotariko egiturak dituzten molekulak eratuko ziren, hau da, proteinak. Egitura horiei esker, funtzio gehiago betetzeko gai izango ziren. Egungo zeluletan, hiru molekula-mota horiek, DNAk, proteinek eta RNAk, betetzen dituzte egokien dagozkien funtzio bereiziak, hots, informazio-gordailu, katalizatzaile eta bien arteko bitartekari izatea.

Neurona-sare artifizialak (NSAk) eraikitzeko zirkuitu integratu bereziak fabrika daitezkeen arren, eskuarki software-simulazioak egiten dira. Kasu honetan, NSAk konputagailu arruntetan exekutatzen diren programa bereziak baino ez dira.

NSAk adimen artifizialaren (AA) barruan kokatu ohi dira, eta oso egokiak dira AAko metodo klasikoen hautabide gisa. Izan ere, AAko metodo klasikoetan problemak ebazteko, algoritmoak bilatzen dira, soluziora iristeko urratsak, alegia. Baina badira algoritmo bidez adierazi ezin diren problema asko ere, hala nola patroien ezagutza (pattern recognition), ikusmen artifiziala, askotariko sailkapenak, kontzeptu-elkarketak… Kasu horietan, NSAk oso egokiak dira, ez baita beharrezkoa algoritmo bat asmatzea, neurona-sareak berak —txantiloi edo adibideetan oinarritutako ikasketa dela medio— erauzten baititu problemaren ezaugarriak, eta horietan oinarriturik soluzio egokiak ematen ditu.

Aplikazio desberdinen ezaugarri bereziei doitzeko, topologia, tamaina eta funtzionamendu desberdinak dituzten NSA-ereduak sortu dira, hala nola geruza anitzeko pertzeptroia, Boltzmannen makina, RBF sareak (Radial Basis Function), Elmanen sarea, Kohonenen mapa autoantolagarriak eta abar.

Neurona artifizial baten eredua

NSAen oinarrizko osagaia neurona artifiziala da, prozesatze-elementu sinplea. Neurona artifizial batek beste neuronetatik datorren informazioa sarreran hartu, balio guztien batura kalkulatu eta funtzio matematiko baten bidez irteerako balioa kalkulatzen du. Balio hori izango da beste neuronen sarreretara iritsiko dena, baina ez bere horretan, baizik eta “haztatua”, hau da, beste balio batez biderkatua. Biderkatzaile hori bi neuronak lotzen dituen konexio-lerro edo sinapsiaren mendekoa da. Hazta positiboa denean, konexioa kitzikatzailea dela esaten da; negatiboa denean, berriz, konexio inhibitzailea.

Eskuarki, neurona aktibatuko da, baldin eta sarrerako balioen baturak neuronaren atariko balioa () gainditzen badu; bestela, neurona ez da aktibatuko, eta irteeran 0 balioa emango du.

Neurona artifizial baten eredua

Neurona-sare artifizialen topologiak

NSA bateko neuronak hainbat geruzatan antolatu ohi dira topologia gehienetan.

• Sarrerako geruza: kanpotik datozen datuak jaso eta sare barrurantz bideratzen ditu.

• Tarteko geruzak edo geruza “ezkutuak”: datuak sarrerako geruzatik edo tarteko beste geruza batetik jasotzen dituzte, hau da, balio prozesatuak eta ez sarrerako balio “gordinak”, eta, prozesatu ondoren, balio berriak beste geruza ezkutuetara edo irteerako geruzara bideratzen dituzte.

• Irteerako geruza: tarteko geruzetatik datozen datuak jaso eta, prozesatu ondoren, emaitza gisa eskaintzen ditu.

Geruza-kopuru desberdinetako sareak erabiltzen dira, geruza batekoak barne. Zenbat eta geruza gehiago izan, hainbat eta ahalmentsuagoa izango da sarea, baina haren konplexutasuna ere handiagoa izango da, hau da, zailagoa haren analisia.

Geruzen arteko konexioak kontuan hartuta, bi topologia-mota nagusitzen dira:

• Sare aurrerakariak (feed-forward). Informazioa sarreretatik irteerarantz doa zuzenean, tarteko geruzetatik pasatuz.

• Sare atzerakariak (recurrent). Informazioa edozein noranzkotan ibil daiteke: atzerantz zein aurrerantz.

Sare aurrerakarien eta atzerakarien topologiak

Neurona-sare artifizialen funtzionamendua

Prozesatu nahi diren datuak sarrerako neuronetan sartzen dira. Neurona guztiak prozesatzen hasiko dira, baina, neurona baten irteerako balioak beste neuronen sarreretan eragina duenez, sareak denbora-tarte bat beharko du neurona guztien irteerako balioak egonkortu arte. Une horretan, irteerako emaitza egonkorra eta baliagarria izango da.

Baina funtzionamendu sinple horren aurretik, urrats berezi bat behar da: ikasketa-prozesua. NSAk ikasi ahal izan dezan, sinapsien haztek aldakorrak behar dute izan.

Bi ikasketa-modu daude:

• Gainbegiratua. Irteera ezagunak sortzen dituzten sarrerak behar dira: entrenamendu-multzoa. Datuok sartzean, sareak ematen dituen irteerak eta eman beharko lituzkeenak konparatzen dira, eta diferentziaren arabera doitzen dira haztak. Lortzen diren emaitzak ontzat eman arte errepikatzen da prozesua.

• Ez-gainbegiratua. Entrenamendu-multzoa sarrerek soilik osatzen dute, dagozkien irteerak ezezagunak baitira. Sarreren arteko antzekotasuna kontuan hartuz doitzen ditu sareak haztak.

NSAen ezaugarria da orokortzeko ahalmena dutela; hau da, entrenamendu-multzoko datuez gain, datu ezezagunak ere modu egokian sailka ditzakete. Baina ikasketa-prozesua gehiegi errepikatzen bada, emaitza “perfektuak” lortu nahian, orduan gerta daiteke NSAk “gehiegi ikastea” eta orokortzeko ahalmena galtzea.