Struktura i funkcije RNK. Vrste RNK

Ri-bo-well-kle-and-no-vaya acid-lo-ta (RNA) - poli-mer, mo-no-me-ra-mi some-swarm is-la-yut-sya ri -bo-well -to-leo-ti-dy. Formiranje poli-me-ra pro-is-ho-dit na isti način kao u DNK, zbog fosfo-di-eterske veze između ostatka fosfora -noy sour-lo-you i ri-bo-zoy .

Mo-no-meri RNK u sastavu nukleo-ti-dov sadrže pet-ugljični šećer (pent-to-za), fosfornu kiselinu-lo-tu (ostatak fosforne kiseline-lo-you) i azo- ti-stoy os-no-va-nie.

Azo-ty-stye baze RNK - ura-cil, cyto-to-zine, adenin i gu-a-nin. Mo-no-sa-harid nuc-leo-ti-da RNA je predstavljena ri-bo-zoy

RNK je jednolančana mo-le-ku-la značajno manjih veličina od mo-le-ku-la DNK.

Mo-le-ku-la RNK sadrži od 75 do 10.000 nukleotida.

Virusi koji sadrže RNK

Mnogi virusi, na primjer, virus gripe, sadrže kao jedinu nuc-le-i-nova-acid-lo-yo-you-le-ku-lu RNK. Virusi koji sadrže RNK koji nisu kreativni za ljude su više od onih koji sadrže DNK. Oni vy-zy-va-yut in-lyo-mi-e-lit, he-pa-tit A, akutni pro-student za-bo-le-va-nia.

Ar-bo-vi-ru-sy - vi-ru-sy, netko-rye pe-re-no-syat-sya članovi-no-sto-no-gi-mi. Yav-la-yut-sya voz-bu-di-te-la-mi kle-sche-vo-go i japanski-ko-go en-tse-fa-li-ta, kao i žuta igračka li-ho - drago mi je.

Reo-vi-ru-sy, rijetki air-boo-di-te-bilo re-spi-ra-tor-ny i crijevni za-bo-le-va-ny man-lo-ve-ka, postali su predmet posebnog-bo-go on-uch-no-go in-te-re-sa zbog činjenice da je njihov gen-not-ti-che-ma-te-ri-al predstavljen u obliku dva- ulančanog RNA molekula.

Također su-stu-stu-yut re-tro-vi-ru-sy, some-rye you-zy-va-yut nekoliko he-ko-lo-gi-che-sky for-bo-le-va- ny.

U zavisnosti od strukture i performansi moje funkcije, postoje tri glavne vrste RNK: ri-bo-some -nuyu, trans-port-nuyu i in-for-ma-zi-on-nuyu (matrix-nuyu).

1. In-for-ma-ci-on-naya RNA

Kako-za-da li istraživanje-do-va-cija, in-forma-ma-ci-on-naya RNK je 3-5% ukupne ko-der-zh-niya RNK u ćeliji. Ovo je jedno-bu-tse-poch-naya mo-le-ku-la, neka vrsta raja o-ra-zo-you-va-et-sya u procesu transkripcije na jednom od lanaca mo -le-ku-ly DNK. To je zbog činjenice da je DNK nuklearnih organizama u jezgri, a sinteza proteina se odvija na ri-bo-so-max u qi-to-plazmi, stoga postoji potreba za ho-di -most u “srednju”. „Srednju“ funkciju obavlja matrična RNK, ona prenosi informacije o strukturi proteina od jezgra ćelije u kojoj se nalazi DNK do ri-bo-so-mum, gdje se ta informacija re-a-li -zu-et-sya.

U zavisnosti od količine co-pi-ru-e-my informacija, mo-le-ku-la matrična RNK može imati različitu ličnu dužinu.

Većina glasničkih RNK ​​postoji u ćeliji kratko vrijeme. U ćelijama tank-te-ri-al-ny postojanje takvih RNK ​​je definisano-de-la-et-xia mi-well-ta-mi, au ćelijama sisara pi-ta-yu-shchih (u eryth-ro-qi-tah) sinteza he-mo-glo-bi-na (proteina) nastavlja se nakon jutarnjih-you erit-ro-qi-ta-mi jezgri u tih nekoliko dana.

2. Ribo-somalna RNK

Ribo-somalne RNK čine 80% svih ri-bosoma prisutnih u ćeliji. Ove RNK su syn-te-zi-ru-yut-xia u otrov-rysh-ke, au ćeliji su u qi-to-plazmi, gdje zajedno sa proteinom -mi ob-ra-zu- yut ri-bo-so-we. O ri-bo-so-max pro-is-ho-dit sintezi proteina. Evo "koda", zatvorenog u matričnu RNK, trans-li-ru-et-xia u aminokiselinsku sekvencu-do-va-tel-ness mo-le-ku-ly protein.

3. Transfer RNA

Transportne RNK (vidi sliku 7) formiraju se u jezgru na DNK, a zatim prelaze u citoplazmu.

Udio takvih RNK ​​čini oko 10% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. Imaju najkraći mo-le-ku-ly od 80-100 nuk-leo-ti-dov.

Transportne RNK vezuju aminokiselinu na sebe i transportuju je do mesta sinteze proteina, do ri-bo-sa-mamom.

Sve poznate transportne RNK zbog komplementarne interakcije između azo-ti-sta-mi i-mi about-ra-zo-you-va-yut druge bogate strukture-tu-ru, u obliku a- by-mi-on-s-shchy list ljepila-ve-ra. Postoje dva aktivna mjesta u mo-le-ku-le tRNA - an-ti-ko-don triplet na jednom kraju i acc-tep-tor-drain, pričvršćen -nya-yu-schi ami-no-kis -lo-tu, s druge strane.

Svaki ami-no-kis-lo-te co-ot-vet-stu-e-com-bi-on-tion od tri nuk-leo-ti-dov, neko-raj nosi ime trojka.

Ko-di-ru-yu-schi ami-no-kis-lo-you tri-ple-you - nama DNK - re-re-da-yut-sya u obliku in-formacije tripleta (co-do-nov) mRNA. Na vrhu kle-ver-no-go-lista tRNA dis-la-ha-et-sya triplet nuk-leo-ti-dov, some-ry comp-tri-men-ta-ren co-ot- ve-stvo-yu-sche-mu to-to-well mRNA. Ovaj triplet je drugačiji za tRNA koje nose različite aminokiseline, i co-di-ru-et upravo taj amino-no-sour-lo-tu, neki-raj per-re-no-syat-sya ove tRNA. Dobio je ime an-ti-ko-dong.

Ak-tsep-tor-ny kraj je y-la-et-sya "on-s-doch-noy square" za određenog de-len-noy ami-no-sour-lo-you.

Dakle, različiti tipovi RNK predstavljaju jedinstven funkcionalni sistem, usmjeren na re-a-li-ciju nasljednih informacija putem sinteze proteina.

Koncept RNK svijeta leži u činjenici da je nekada davno mo-le-ku-la RNK mogla obavljati funkciju mo-le-ku-ly DNK i proteina.

U živim or-ha-niz-mah prak-ti-che-ski svim procesima pro-is-ho-dyat bla-go-da-rya fer-men-postoji bijelo-ko-zavijanje na-ro- dy. Proteini, međutim, ne mogu sa-mo-rep-li-qi-ro-va-sya i syn-te-zi-ru-yut-sya u ćelijama na os-no-va-nii u -for-ma-tion , za-lo-žensko-noy u DNK. Ali udvostručenje DNK se također odvija samo zahvaljujući učešću proteina i RNK. Dalje-va-tel-ali, o-ra-zu-et-sya za zatvoreni krug, zbog nekoga-ro-go u okviru teorije uspo-nick-no-ve -nije života spontana pojava tako složenog sistema ste-we ma-lo-ve-ro-yat-ali.

U na-cha-le 1980-ih, u la-bo-ra-to-rii naučnika Cheka i Ol-t-me-na (ob-la-da-te-li but-be-lev- sky pre -Mii in chemistry) u SAD-u otkrivena je kata-li-ti-che-s-sposobnost RNK. Zvali su se RNA-ka-ta-li-for-that-ry ri-bo-zi-ma-mi(

Pokazalo se da aktivni centar ribosoma sadrži i veliki broj ri-bosomalnih RNK. Takođe, RNK je u stanju da stvori dvostruki lanac i samo-rep-li-qi-ro-vat-sya. To jest, RNK bi mogla postojati potpuno auto-to-nom-ali, ka-ta-li-zi-ruya meta-bo-li-che-reactions, na primjer, syn-te-za novi ri-bo-nu-kle -a-ti-dov, i sa-mo-vos-pro-od-to-dyas, zadržavajući od-do-le-niya in-ko-le-ni-ka-ta-li-ti-che-svojstva. Akumulacija nasumičnih mutacija dovela je do pojave RNA, ca-ta-li-zi-ru-yu-shy sinteza određuje de-len-nyh proteina, budući da je-la-yu-shchih-sya učinkovitija-fek-tiv-us -mi ka-ta-li-for-that-ra-mi, u vezi sa kojim se ove mu-ta -tion for-snage-la-lis tokom prirodnog iz-bo-ra. Također diži-nick-da li sp-tsi-a-li-zi-ro-van-nye-storage-ni-li-scha ge-not-ti-che-in-for-ma-tion - mo-le-ku -la DNK, a RNK je postala posrednik između DNK i proteina.

apstraktni izvor - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-i-funktsii-rnk?seconds=0&chapter_id=98

video izvor - http://www.youtube.com/watch?v=d6jd9E1EqhE

video izvor - http://www.youtube.com/watch?v=vSHIuT3eCyA

video izvor - http://www.youtube.com/watch?v=UiuSfDdOs8Q

video izvor - http://www.youtube.com/watch?v=aZd9DZIdt5Y

video izvor - http://www.youtube.com/watch?v=msXWwcK2kqU

izvor prezentacije - http://prezentacii.com/biologiya/2473-dnk-i-rnk-nukleinovye-kisloty.html

tri glavne vrste RNK: informativni(mRNA), ili matrica(mRNA), ribosomalni(rRNA), i transport(tRNA). Razlikuju se po veličini i funkciji molekula. Sve vrste RNK se sintetiziraju na DNK uz sudjelovanje enzima - RNA polimeraza. Messenger RNA čini 2-3% sve ćelijske RNK, ribosomalna - 80-85, transportna - oko 15%.

mRNA. čita nasljedne informacije iz dijela DNK i, u obliku kopirane sekvence azotnih baza, prenosi ih na ribozome, gdje se sintetiše određeni protein. Svaki molekul mRNA odgovara po redu i veličini nukleotida genu u DNK iz kojeg je transkribovan. U prosjeku, mRNA sadrži 1500 nukleotida (75-3000). Svaki triplet (tri nukleotida) na mRNA naziva se kodon. Od kodona zavisi koja će se aminokiselina pojaviti na datom mestu tokom sinteze proteina.

(tRNA) ima relativno nisku molekularnu težinu od oko 24-29 hiljada D i sadrži od 75 do 90 nukleotida u molekulu. Do 10% svih tRNA nukleotida su minorne baze, što je očigledno štiti od djelovanja hidrolitičkih enzima.Uloga tRNA je da prenose aminokiseline na ribozome i učestvuju u procesu sinteze proteina. Svaka aminokiselina se vezuje za određenu tRNA. Neke aminokiseline imaju više od jedne tRNA. Do danas je otkriveno više od 60 tRNA koje se razlikuju po svojoj primarnoj strukturi (baznoj sekvenci). Sekundarna struktura svih tRNA predstavljena je u obliku lista djeteline sa dvolančanom stabljikom i tri jednolančane). Na kraju jednog od lanaca nalazi se akceptorsko mjesto - CCA triplet, za čiji je adenin vezana određena aminokiselina.

(rRNA). Sadrže 120-3100 nukleotida. Ribosomalna RNK se akumulira u jezgru, u jezgrama. Ribosomalni proteini se transportuju do jezgara iz citoplazme i tamo dolazi do spontanog formiranja ribosomskih subčestica kombinovanjem proteina sa odgovarajućom rRNA. Subčestice ribosoma se transportuju zajedno ili odvojeno kroz pore nuklearne membrane u citoplazmu. Ribosomi su organele veličine 20-30 nm. Sastoje se od dvije podčestice različitih veličina i oblika. U određenim fazama sinteze proteina u ćeliji, ribozomi se dijele na podčestice. Ribosomalna RNK služi kao okvir za ribozome i olakšava početno vezivanje mRNA za ribozom tokom biosinteze proteina.

Genetski kod je način kodiranja sekvence aminokiselina proteina pomoću niza nukleotida, karakterističnih za sve žive organizme.

Osobine: 1) genetski kod trojka(svaka aminokiselina je kodirana sa tri nukleotida); 2) nepreklapanje(susedni trojci nemaju zajedničke nukleotide); 3) degenerisati(s izuzetkom metionina i triptofana, sve aminokiseline imaju više od jednog kodona); četiri) univerzalni(uglavnom isti za sve žive organizme); 5) u kodonima za jednu aminokiselinu prva dva nukleotida su obično ista, a treći varira; 6) ima linearni redosled čitanja i karakteriše ga kolinearnost, tj. podudarnost redosleda rasporeda kodona u mRNA sa redom rasporeda aminokiselina u sintetizovanom polipeptidnom lancu.

Nukleinske kiseline su makromolekularne supstance koje se sastoje od mononukleotida, koji su međusobno povezani u polimerni lanac pomoću 3",5" - fosfodiestarskih veza i na određeni način upakovani u ćelije.

Nukleinske kiseline su biopolimeri dvije varijante: ribonukleinska kiselina (RNA) i deoksiribonukleinska kiselina (DNK). Svaki biopolimer se sastoji od nukleotida koji se razlikuju po ostacima ugljikohidrata (riboza, deoksiriboza) i jednoj od dušičnih baza (uracil, timin). Prema tome, nukleinske kiseline su dobile svoje ime.

Struktura ribonukleinske kiseline

Primarna struktura RNK

RNA molekula su linearni (tj., nerazgranati) polinukleotidi sa sličnim principom organizacije kao DNK. RNK monomeri su nukleotidi koji se sastoje od fosforne kiseline, ugljikohidrata (riboze) i azotne baze povezani 3", 5" fosfodiestarskim vezama. Polinukleotidni lanci molekula RNK su polarni, tj. imaju prepoznatljive 5'- i 3"-krajeve. Istovremeno, za razliku od DNK, RNK je jednolančana molekula. Razlog za ovu razliku su tri karakteristike primarne strukture:
  1. RNK, za razliku od DNK, sadrži ribozu umjesto deoksiriboze, koja ima dodatnu hidroksilnu grupu. Hidroksi grupa čini dvolančanu strukturu manje kompaktnom
  2. Među četiri glavne, odnosno glavne, dušične baze (A, G, C i U), umjesto timina, sadržan je uracil, koji se od timina razlikuje samo po odsustvu metilne grupe na 5. poziciji. Zbog toga se smanjuje snaga hidrofobne interakcije u komplementarnom A-U paru, što također smanjuje vjerovatnoću stvaranja stabilnih dvolančanih molekula.
  3. Konačno, RNK (posebno tRNA) ima visok sadržaj tzv. manje baze i nukleozidi. Među njima su dihidrouridin (u uracilu nema jednostruke dvostruke veze), pseudouridin (uracil je povezan sa ribozom na drugačiji način nego inače), dimetiladenin i dimetilgvanin (dve dodatne metil grupe u azotnim bazama) i mnogi drugi. Gotovo sve ove baze ne mogu učestvovati u komplementarnim interakcijama. Dakle, metilne grupe u dimetiladeninu (za razliku od timina i 5-metilcitozina) se nalaze na atomu koji formira vodikovu vezu u A-U paru; stoga, sada se ova veza ne može zatvoriti. Ovo također sprječava stvaranje dvolančanih molekula.

Dakle, dobro poznate razlike u sastavu RNK od DNK imaju veliki biološki značaj: na kraju krajeva, molekule RNK svoju funkciju mogu obavljati samo u jednolančanom stanju, što je najočitije za mRNA: teško je zamisliti kako dvolančani molekul bi se mogao prevesti na ribozome.

U isto vrijeme, ostajući jednostruki, u nekim područjima RNA lanac može formirati petlje, izbočine ili "ukosnice", sa dvolančanom strukturom (slika 1.). Ova struktura je stabilizovana interakcijom baza u parovima A::U i G:::C. Međutim, mogu se formirati i "netačni" parovi (na primjer, GU), a na nekim mjestima postoje "ukosnice" i uopće ne dolazi do interakcije. Takve petlje mogu sadržavati (posebno u tRNA i rRNA) do 50% svih nukleotida. Ukupan sadržaj nukleotida u RNK varira od 75 jedinica do više hiljada. Ali čak i najveće RNK su nekoliko redova veličine kraće od hromozomskih DNK.

Primarna struktura mRNA je kopirana iz DNK regiona koji sadrži informacije o primarnoj strukturi polipeptidnog lanca. Primarna struktura preostalih tipova RNK (tRNA, rRNA, rijetka RNK) je konačna kopija genetskog programa odgovarajućih DNK gena.

Sekundarne i tercijarne strukture RNK

Ribonukleinske kiseline (RNA) su jednolančani molekuli, pa su, za razliku od DNK, njihove sekundarne i tercijarne strukture nepravilne. Ove strukture, definisane kao prostorna konformacija polinukleotidnog lanca, formiraju se uglavnom vodoničnim vezama i hidrofobnim interakcijama između azotnih baza. Ako je stabilna spirala karakteristična za nativnu molekulu DNK, tada je struktura RNK raznovrsnija i labilnija. Analiza difrakcije rendgenskih zraka pokazala je da se pojedini dijelovi polinukleotidnog lanca RNK, savijajući se, navijaju na sebe uz formiranje intrahelikalnih struktura. Stabilizacija struktura se postiže komplementarnim uparivanjem azotnih baza antiparalelnih delova lanca; specifični parovi ovdje su A-U, G-C i, rjeđe, G-U. Zbog toga se u molekuli RNK pojavljuju i kratki i produženi namotani dijelovi koji pripadaju istom lancu; ova područja se nazivaju ukosnicama. Model sekundarne strukture RNK sa elementima ukosnice razvijen je kasnih 1950-ih i ranih 1960-ih. 20ti vijek u laboratorijama A. S. Spirina (Rusija) i P. Dotyja (SAD).

Neke vrste RNK
Vrste RNK Veličina u nukleotidima Funkcija
gRNA - genomska RNK10000-100000
mRNA - informaciona (matrična) RNK100-100000 prenosi informacije o strukturi proteina iz DNK molekula
tRNA - transfer RNK70-90 transportuje aminokiseline do mesta sinteze proteina
rRNA - ribosomalna RNKnekoliko diskretnih klasa od 100 do 500.000sadržan u ribosomima, učestvuje u održavanju strukture ribozoma
sn-RNA - mala nuklearna RNK100 uklanja introne i enzimski spaja egzone u mRNA
sno-RNA - mala nukleolarna RNA uključeni u usmjeravanje ili izvođenje baznih modifikacija u rRNA i maloj nuklearnoj RNA, kao što su, na primjer, metilacija i pseudouridinizacija. Većina malih nukleolnih RNK ​​nalazi se u intronima drugih gena.
srp-RNA - RNK za prepoznavanje signala prepoznaje signalnu sekvencu proteina namijenjenih za ekspresiju i učestvuje u njihovom prijenosu kroz citoplazmatsku membranu
mi-RNA - mikro-RNA22 kontroliraju translaciju strukturnih gena komplementarnim vezivanjem za 3' krajeve neprevedenih mRNA regiona

Formiranje spiralnih struktura je praćeno hipohromnim efektom - smanjenjem optičke gustoće uzoraka RNK na 260 nm. Do uništenja ovih struktura dolazi kada se ionska snaga otopine RNK smanji ili kada se zagrije na 60-70 °C; naziva se i topljenjem i objašnjava se strukturnim prijelazom spirala - haotični kalem, koji je praćen povećanjem optičke gustoće otopine nukleinske kiseline.

Postoji nekoliko tipova RNK u ćelijama:

  1. informacijska (ili šablonska) RNK (mRNA ili mRNA) i njen prethodnik - heterogena nuklearna RNA (g-n-RNA)
  2. transfer RNK (t-RNA) i njen prekursor
  3. ribosomalni (r-RNA) i njegov prethodnik
  4. mala nuklearna RNA (sn-RNA)
  5. mala nukleolarna RNA (sno-RNA)
  6. RNA za prepoznavanje signala (srp-RNA)
  7. miRNA (mi-RNA)
  8. mitohondrijalna RNK (t+ RNA).

Heterogena nuklearna i informaciona (matrična) RNK

Heterogena nuklearna RNK je jedinstvena za eukariote. To je prekursor glasničke RNK (i-RNA), koja prenosi genetske informacije od nuklearne DNK do citoplazme. Heterogenu nuklearnu RNK (pre-mRNA) otkrio je sovjetski biohemičar G. P. Georgiev. Broj tipova g-RNA jednak je broju gena, budući da služi kao direktna kopija kodirajućih sekvenci genoma, zbog čega ima kopije DNK palindroma, stoga njegova sekundarna struktura sadrži ukosnice i linearne dijelove . Enzim RNA polimeraza II igra ključnu ulogu u transkripciji RNK iz DNK.

Messenger RNA nastaje kao rezultat procesiranja (sazrevanja) rn-RNA, tokom koje se odrežu ukosnice, izrezuju nekodirajuće regije (introni), a kodirajući egzoni se lijepe zajedno.

Messenger RNA (i-RNA) je kopija specifičnog dijela DNK i djeluje kao nosilac genetske informacije od DNK do mjesta sinteze proteina (ribozoma) i direktno je uključena u sastavljanje njegovih molekula.

Zrela glasnička RNK ima nekoliko regija s različitim funkcionalnim ulogama (Sl.

  • na kraju 5" je takozvana "kapa" ili kapa - dio od jednog do četiri modificirana nukleotida. Ova struktura štiti 5" kraj mRNA od endonukleaza
  • iza "kapice" je 5 "netranslaciona regija - niz od nekoliko desetina nukleotida. Komplementaran je jednom od sekcija r-RNA koji je uključen u malu podjedinicu ribozoma. Zbog toga služi za primarno vezivanje m-RNA za ribozom, ali se sama ne emitira
  • inicirajući kodon - AUG koji kodira metionin. Sve mRNA imaju isti startni kodon. Sa njim počinje prevođenje (čitanje) mRNA. Ako metionin nije potreban nakon sinteze peptidnog lanca, tada se, po pravilu, odcjepljuje od njegovog N-kraja.
  • Nakon startnog kodona slijedi kodirajući dio, koji sadrži informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu. Kod eukariota, zrele mRNA su monocistronske; svaki od njih nosi informaciju o strukturi samo jednog polipeptidnog lanca.

    Druga stvar je da se ponekad peptidni lanac ubrzo nakon formiranja na ribosomu presječe na nekoliko manjih lanaca. To se događa, na primjer, u sintezi inzulina i brojnih oligopeptidnih hormona.

    Kodirajući dio zrele eukariotske mRNA je lišen introna – bilo kakvih interkaliranih nekodirajućih sekvenci. Drugim riječima, postoji kontinuirani niz čulnih kodona koji se moraju čitati u smjeru 5" -> 3".

  • Na kraju ove sekvence nalazi se terminacioni kodon - jedan od tri "besmislena" kodona: UAA, UAG ili UGA (pogledajte tabelu genetskog koda ispod).
  • Ovaj kodon može biti praćen još jednim 3'-netransliranim regionom, koji je mnogo duži od 5'-netransliranog regiona.
  • Konačno, gotovo sve zrele eukariotske mRNA (osim histonskih mRNA) sadrže poli(A) fragment od 150-200 adenil nukleotida na 3' kraju.

3'-netranslirani region i poli(A)-fragment povezani su s regulacijom životnog vijeka mRNK, budući da uništavanje mRNK vrši 3'-egzonukleaze. Nakon završetka translacije mRNA, 10-15 nukleotida se cijepa od poli(A) fragmenta. Kada se ovaj fragment iscrpi, značajan dio mRNK počinje da se razgrađuje (ako nedostaje 3'-netranslirani region).

Ukupan broj nukleotida u mRNK obično varira unutar nekoliko hiljada. U ovom slučaju, kodirajući dio može ponekad činiti samo 60-70% nukleotida.

U ćelijama su molekule mRNA gotovo uvijek povezane s proteinima. Potonji vjerovatno stabiliziraju linearnu strukturu mRNA, odnosno sprječavaju stvaranje "ukosnica" u kodirajućem dijelu. Osim toga, proteini mogu zaštititi mRNA od prerane degradacije. Takvi kompleksi mRNA sa proteinima se ponekad nazivaju informosomi.

Transfer RNK u citoplazmi ćelije prenosi aminokiseline u aktiviranom obliku do ribozoma, gde se kombinuju u peptidne lance u specifičnom nizu, koji je postavljen RNA šablonom (mRNA). Trenutno su poznati podaci o nukleotidnoj sekvenci više od 1700 tipova tRNA iz prokariotskih i eukariotskih organizama. Svi oni imaju zajedničke karakteristike kako u svojoj primarnoj strukturi, tako iu načinu na koji se polinukleotidni lanac savija u sekundarnu strukturu zbog komplementarne interakcije nukleotida uključenih u njihovu strukturu.

Transfer RNA u svom sastavu ne sadrži više od 100 nukleotida, među kojima je visok sadržaj minornih ili modificiranih nukleotida.

Prva potpuno dekodirana transferna RNK bila je alanin RNA izolirana iz kvasca. Analiza je pokazala da se alanin RNK sastoji od 77 nukleotida raspoređenih u strogo definisanom nizu; oni uključuju takozvane manje nukleotide, predstavljene atipičnim nukleozidima

  • dihidrouridin (dgU) i pseudouridin (Ψ);
  • inozin (I): u poređenju sa adenozinom, amino grupa je zamenjena keto grupom;
  • metilinozin (mI), metil- i dimetilgvanozin (mG i m 2 G);
  • metiluridin (mU): isto što i ribotimidin.

Alanin tRNA sadrži 9 neobičnih baza s jednom ili više metil grupa, koje su enzimski vezane za njih nakon formiranja fosfodiestarskih veza između nukleotida. Ove baze nisu u stanju da formiraju obične parove; možda služe da spriječe uparivanje baza u određenim dijelovima molekule i tako izlažu specifične kemijske grupe koje formiraju sekundarne veze sa glasničkom RNK, ribosomom, ili možda s enzimom potrebnim za pričvršćivanje određene aminokiseline na odgovarajuću prijenosnu RNK.

Poznata sekvenca nukleotida u tRNA u suštini znači da je poznata i njena sekvenca u genima na kojima se ova tRNA sintetiše. Ovaj niz se može izvesti na osnovu specifičnih pravila uparivanja baza koje su uspostavili Watson i Crick. Godine 1970. sintetizovana je kompletna dvolančana DNK molekula sa odgovarajućom sekvencom od 77 nukleotida, a ispostavilo se da može poslužiti kao šablon za konstruisanje alanin transfer RNK. Bio je to prvi umjetno sintetizirani gen.

tRNA transkripcija

Transkripcija tRNA molekula se odvija iz sekvenci koje kodiraju DNK uz učešće enzima RNA polimeraze III. Tokom transkripcije, primarna struktura tRNA se formira u obliku linearne molekule. Formiranje počinje sastavljanjem nukleotidne sekvence pomoću RNA polimeraze u skladu sa genom koji sadrži informacije o ovoj transfernoj RNK. Ova sekvenca je linearni polinukleotidni lanac u kojem nukleotidi slijede jedan za drugim. Linearni polinukleotidni lanac je primarna RNK, prekursor tRNA, koja uključuje introne - neinformativni višak nukleotida. Na ovom nivou organizacije, pre-tRNA nije funkcionalna. Formirana na različitim mjestima u DNK hromozoma, pre-tRNA sadrži višak od oko 40 nukleotida u odnosu na zrelu tRNA.

U drugom koraku, novosintetizovani prekursor tRNA prolazi kroz post-transkripciono sazrijevanje ili procesiranje. Tokom obrade uklanjaju se neinformativni višak u pre-RNA i formiraju se zreli, funkcionalni molekuli RNK.

pre-tRNA obrada

Obrada počinje formiranjem intramolekularnih vodikovih veza u transkriptu i molekula tRNA poprima oblik djeteline. Ovo je sekundarni nivo organizacije tRNA, na kojem molekula tRNA još nije funkcionalna. Zatim se iz pre-RNA izrezuju neinformativne regije, spajaju se informativne regije "slomljenih gena" - spajanje i modifikacija 5'- i 3'-terminalnih regija RNK.

Ekscizija neinformativnih regija pre-RNA vrši se uz pomoć ribonukleaza (egzo- i endonukleaza). Nakon uklanjanja viška nukleotida dolazi do metilacije tRNA baza. Reakciju provode metiltransferaze. S-adenozilmetionin djeluje kao donor metil grupe. Metilacija sprečava uništavanje tRNK nukleazama. Konačno zrela tRNA nastaje pričvršćivanjem specifičnog tria nukleotida (akceptorski kraj) - CCA, što se izvodi posebnom RNA polimerazom.

Po završetku obrade, u sekundarnoj strukturi se ponovo formiraju dodatne vodonične veze, zbog čega tRNA prelazi na tercijarni nivo organizacije i poprima oblik takozvanog L-oblika. U ovom obliku, tRNA ide u hijaloplazmu.

struktura tRNA

Struktura transferne RNK zasniva se na lancu nukleotida. Međutim, zbog činjenice da bilo koji lanac nukleotida ima pozitivno i negativno nabijene dijelove, on ne može biti u ćeliji u nesavijenom stanju. Ovi nabijeni dijelovi, privlačeći se jedni prema drugima, lako formiraju vodonične veze jedni s drugima prema principu komplementarnosti. Vodikove veze bizarno uvijaju lanac tRNA i drže ga u tom položaju. Kao rezultat toga, sekundarna struktura t-RNA ima oblik "listova djeteline" (slika), koji u svojoj strukturi sadrži 4 dvolančana područja. Visok sadržaj minornih ili modifikovanih nukleotida uočenih u lancu tRNA i nesposobnih za komplementarne interakcije formira 5 jednolančanih regiona.

To. sekundarna struktura tRNA nastaje kao rezultat unutarlančanog uparivanja komplementarnih nukleotida pojedinačnih dijelova tRNA. Regioni tRNA koji nisu uključeni u formiranje vodoničnih veza između nukleotida formiraju petlje ili linearne veze. U tRNA se razlikuju sljedeće strukturne regije:

  1. Mjesto prihvata (kraj), koji se sastoji od četiri linearno raspoređena nukleotida, od kojih tri imaju isti niz u svim tipovima tRNA - CCA. Hidroksil 3"-OH adenozina je slobodan. Za njega je amino kiselina vezana karboksilnom grupom, pa je ime ovog tRNA mjesta akceptor. tRNA aminokiselina vezana za 3"-hidroksilnu grupu adenozina isporučuje amino kiseline do ribozoma, gdje dolazi do sinteze proteina.
  2. Antikodonska petlja, obično formirana od sedam nukleotida. Sadrži triplet nukleotida specifičnih za svaku tRNA, koji se naziva antikodon. Antikodon tRNA uparuje se sa kodonom mRNA prema principu komplementarnosti. Interakcija kodon-antikodon određuje redoslijed u kojem su aminokiseline raspoređene u polipeptidnom lancu tokom njegovog sklapanja u ribozome.
  3. Pseudouridil petlja (ili TΨC petlja), koji se sastoji od sedam nukleotida i nužno sadrži ostatak pseudouridilne kiseline. Pretpostavlja se da je pseudouridilna petlja uključena u vezivanje tRNA za ribozom.
  4. Dihidrouridin ili D-petlja, obično se sastoji od 8-12 nukleotidnih ostataka, među kojima je nužno nekoliko ostataka dihidrouridina. Vjeruje se da je D-petlja neophodna za vezivanje za aminoacil-tRNA sintetazu, koja je uključena u prepoznavanje svoje tRNA od strane aminokiseline (vidi "Biosinteza proteina"),
  5. Dodatna petlja, koji varira u veličini i sastavu nukleotida u različitim tRNA.

Tercijarna struktura tRNA više nema oblik lista djeteline. Zbog stvaranja vodikovih veza između nukleotida iz različitih dijelova "listova djeteline", njegove latice obavijaju tijelo molekule i dodatno ih u tom položaju drže van der Waalsove veze, koje podsjećaju na slovo G ili L. Prisustvo stabilne tercijarne strukture je još jedna karakteristika t-RNA, za razliku od dugih linearnih polinukleotida mRNA. Možete tačno razumjeti kako se različiti dijelovi sekundarne strukture t-RNA savijaju tokom formiranja tercijarne strukture upoređujući boje sheme sekundarne i tercijarne strukture t-RNA.

Transfer RNA (tRNA) prenose aminokiseline iz citoplazme do ribozoma tokom sinteze proteina. Iz tabele sa genetskim kodom se vidi da je svaka aminokiselina kodirana sa nekoliko nukleotidnih sekvenci, dakle svaka aminokiselina ima svoju transfernu RNK. Kao rezultat toga, postoji širok izbor tRNA, od jedne do šest vrsta za svaku od 20 aminokiselina. Vrste tRNA koje mogu vezati istu aminokiselinu nazivaju se izoakceptorima (na primjer, alanin se može vezati za tRNA, čiji će antikodon biti komplementaran kodonima GCU, GCC, GCA, GCG). Specifičnost tRNA je naznačena superskriptom, na primjer: tRNA Ala.

Za proces sinteze proteina, glavni funkcionalni dijelovi tRNA su: antikodon - niz nukleotida koji se nalazi na antikodonskoj petlji, komplementaran kodonu informacione RNK (i-RNA) i akceptorni dio - kraj t-RNA suprotno od antikodona za koji je vezana aminokiselina. Bazna sekvenca u antikodonu direktno zavisi od vrste aminokiseline vezane za 3"-terminus. Na primer, tRNA, čiji antikodon ima sekvencu 5"-CCA-3", može da nosi samo aminokiselinu triptofan. Treba napomenuti da ova ovisnost leži u srcu prijenosa genetskih informacija, čiji je nosilac t-RNA.

U procesu sinteze proteina, tRNA antikodon prepoznaje troslovnu sekvencu genetskog koda (kodon) i-RNA, poklapajući je sa jedinom odgovarajućom aminokiselinom fiksiranom na drugom kraju tRNA. Samo ako je antikodon komplementaran mRNA regiji, može mu se pridružiti transferna RNK i donirati prenesenu aminokiselinu za formiranje proteinskog lanca. Interakcija između t-RNA i i-RNA odvija se u ribosomu, koji je također aktivan učesnik u translaciji.

Prepoznavanje tRNA njene aminokiseline i kodona i-RNA se dešava na određeni način:

  • Vezivanje "vlastite" aminokiseline za tRNA se događa uz pomoć enzima - specifične aminoacil-tRNA sintetaze

    Postoji širok izbor aminoacil-tRNA sintetaza, prema broju tRNA koje aminokiseline koriste. Zovu se skraćeno ARSase. Aminoacil-tRNA sintetaze su velike molekule (molekulske težine 100.000 - 240.000) sa kvaternarnom strukturom. Oni specifično prepoznaju tRNA i aminokiseline i kataliziraju njihovu kombinaciju. Za ovaj proces je potreban ATP, čija se energija koristi za aktiviranje aminokiseline sa karboksilnog kraja i pričvršćivanje na hidroksil (3"-OH) akceptorskog kraja adenozina (CCA) tRNA. Vjeruje se da u molekuli od svake aminoacil-tRNA sintetaze postoje vezna centra najmanje tri centra vezivanja: za aminokiseline, izoakceptorske tRNA i ATP. U centrima vezivanja nastaje kovalentna veza kada se aminokiselina tRNA poklapa, a takva veza hidrolizira se u slučaju njihovog neusklađenosti (vezivanje na tRNA "pogrešne" aminokiseline).

    ARSaze imaju sposobnost da selektivno koriste asortiman tRNA za svaku aminokiselinu nakon prepoznavanja, tj. vodeća karika u prepoznavanju je aminokiselina, kojoj je prilagođena vlastita tRNA. Nadalje, tRNA, jednostavnom difuzijom, prenosi aminokiselinu koja je vezana za nju na ribozome, gdje se protein sastavlja od aminokiselina koje se isporučuju u obliku različitih aminoacil-tRNA.

    Vezivanje aminokiseline za tRNA

    Vezivanje tRNA i aminokiseline odvija se na sljedeći način (slika): aminokiselina i molekul ATP vezani su za aminoacil-tRNA sintetazu. Za naknadnu aminoacetilaciju, molekul ATP oslobađa energiju odvajanjem dvije fosfatne grupe. Preostali AMP (adenozin monofosfat) vezuje se za aminokiselinu, pripremajući je za vezu sa akceptorskim mestom tRNA - akceptorskom ukosnicom. Nakon toga, sintetaza vezuje srodnu tRNA za odgovarajuću aminokiselinu. U ovoj fazi se provjerava usklađenost tRNA sa sintetazom. U slučaju podudarnosti, tRNA se čvrsto veže za sintetazu, mijenjajući njenu strukturu, što dovodi do pokretanja procesa aminoacilacije - vezivanja amino kiseline za tRNA.

    Aminoacilacija se događa kada se molekul AMP vezan za aminokiselinu zamijeni molekulom tRNA. Nakon ove zamjene, AMP napušta sintetazu i tRNA se zadržava za posljednju provjeru aminokiselina.

    Provjera korespondencije tRNA sa vezanom aminokiselinom

    Model sintetaze za provjeru korespondencije tRNA sa vezanom aminokiselinom pretpostavlja prisustvo dva aktivna centra: sintetičkog i korektivnog. U sintetičkom centru, tRNA je vezana za aminokiselinu. Akceptorsko mjesto tRNA koje je uhvatila sintetaza prvo kontaktira sintetički centar, koji već sadrži aminokiselinu vezanu za AMP. Ovaj kontakt tRNA akceptorskog mjesta daje mu neprirodan zaokret dok se aminokiselina ne poveže. Nakon što je aminokiselina vezana za akceptorsko mjesto tRNA, nestaje potreba da ovo mjesto bude u sintetičkom centru, tRNA se ispravlja i pomiče aminokiselinu koja je vezana za nju u centar za korekciju. Ako se veličina molekule aminokiseline vezane za tRNA i veličina centra za korekciju ne poklapaju, aminokiselina se prepoznaje kao netačna i odvaja se od tRNA. Sintetaza je spremna za sljedeći ciklus. Kada se veličina molekula aminokiseline pričvršćene za tRNA i veličina centra za korekciju poklope, oslobađa se tRNA napunjena aminokiselinom: spremna je da igra svoju ulogu u translaciji proteina. A sintetaza je spremna da pričvrsti nove aminokiseline i tRNA i ponovo pokrene ciklus.

    Povezivanje neodgovarajuće aminokiseline sa sintetazom javlja se u prosjeku u 1 slučaju od 50 hiljada, a sa pogrešnom tRNA samo jednom na 100 hiljada vezanja.

  • Interakcija kodona mRNA i antikodona tRNA odvija se po principu komplementarnosti i antiparalelnosti

    Interakcija tRNA sa kodonom mRNA prema principu komplementarnosti i antiparalelnosti znači: budući da se značenje kodona mRNA čita u smjeru 5"->3", antikodon u tRNA se mora čitati u 3"- >5" smjer. U ovom slučaju prve dvije baze kodona i antikodona su uparene striktno komplementarno, odnosno formiraju se samo parovi A U i G C. Uparivanje trećih baza može odstupiti od ovog principa. Važeći parovi su definisani shemom:

    Iz šeme slijedi sljedeće.

    • Molekul tRNA se vezuje samo za kodon tipa 1 ako je treći nukleotid u njegovom antikodonu C ili A
    • tRNA se vezuje za 2 tipa kodona ako se antikodon završava na U ili G.
    • I konačno, tRNA se vezuje za 3 tipa kodona ako se antikodon završava na I (inozin nukleotid); takva situacija, posebno, u alanin tRNA.

      Iz ovoga, pak, slijedi da je za prepoznavanje 61 čulnog kodona potreban, u principu, ne isti, već manji broj različitih tRNA.

    Ribosomalna RNA

    Ribosomalne RNK su osnova za formiranje podjedinica ribosoma. Ribosomi obezbeđuju prostorni raspored mRNA i tRNK tokom sinteze proteina.

    Svaki ribosom se sastoji od velike i male podjedinice. Podjedinice uključuju veliki broj proteina i ribosomskih RNK ​​koji ne prolaze kroz translaciju. Ribozomi, kao i ribosomska RNK, razlikuju se po koeficijentu sedimentacije (sedimentacije), mjerenom u Svedberg jedinicama (S). Ovaj koeficijent zavisi od brzine sedimentacije podjedinica tokom centrifugiranja u zasićenom vodenom mediju.

    Svaki eukariotski ribosom ima koeficijent sedimentacije od 80S i obično se naziva 80S čestica. To uključuje

    • mala podjedinica (40S) koja sadrži ribosomalnu RNK sa koeficijentom sedimentacije od 18S rRNA i 30 molekula različitih proteina,
    • velika podjedinica (60S), koja uključuje 3 različite rRNA molekule (jedan dug i dva kratka - 5S, 5.8S i 28S), kao i 45 proteinskih molekula.

      Podjedinice čine "kostur" ribosoma, a svaka je okružena svojim proteinima. Koeficijent sedimentacije kompletnog ribosoma ne poklapa se sa zbirom koeficijenata njegove dvije podjedinice, što je povezano sa prostornom konfiguracijom molekula.

    Struktura ribozoma kod prokariota i eukariota je približno ista. Razlikuju se samo po molekularnoj težini. Bakterijski ribosom ima koeficijent sedimentacije od 70S i označen je kao čestica 70S, što ukazuje na nižu brzinu sedimentacije; sadrži

    • mala (30S) podjedinica - 16S rRNA + proteini
    • velika podjedinica (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + proteini velike podjedinice (sl.)

    U rRNA, među azotnim bazama, sadržaj gvanina i citozina je veći nego inače. Manji nukleozidi se takođe nalaze, ali ne tako često kao u tRNK: otprilike 1%. To su uglavnom ribozom-metilirani nukleozidi. Sekundarna struktura rRNA ima mnogo dvolančanih regiona i petlji (slika). Takva je struktura molekula RNK nastalih u dva uzastopna procesa - transkripciji DNK i sazrevanju (obrađivanju) RNK.

    Transkripcija rRNA iz DNK i obrada rRNA

    Pre-rRNA se proizvodi u nukleolu, gdje se nalaze rRNA transkriptoni. Transkripcija rRNA iz DNK odvija se uz pomoć dvije dodatne RNA polimeraze. RNA polimeraza I transkribuje 5S, 5.8S i 28S kao jedan dugi 45S transkript, koji se zatim deli na potrebne delove. Ovo osigurava jednak broj molekula. U ljudskom tijelu, svaki haploidni genom sadrži približno 250 kopija DNK sekvence koja kodira 45S transkript. Oni su locirani u pet grupisanih tandem ponavljanja (tj. u parovima jedan iza drugog) na kratkim kracima hromozoma 13, 14, 15, 21 i 22. Ovi regioni su poznati kao nukleolarni organizatori, jer njihova transkripcija i naknadna obrada 45S transkript se javlja unutar nukleola.

    Postoji 2000 kopija gena 5S-pRNA u najmanje tri klastera hromozoma 1. Njihova transkripcija se odvija u prisustvu RNK polimeraze III izvan nukleola.

    Tokom obrade ostaje nešto više od polovine pre-rRNA i oslobađa se zrela rRNA. Dio rRNA nukleotida prolazi kroz modifikaciju, koja se sastoji u metilaciji baze. Reakciju provode metiltransferaze. S-adenozilmetionin djeluje kao donor metil grupe. Zrele rRNK se kombinuju u jezgru sa proteinima ribosoma koji ovde dolaze iz citoplazme i formiraju male i velike ribosomske podjedinice. Zrele rRNA se transportuju iz jezgra u citoplazmu u kompleksu sa proteinom, što ih dodatno štiti od uništenja i olakšava njihov prijenos.

    Ribosom centri

    Ribosomi se značajno razlikuju od drugih ćelijskih organela. U citoplazmi se javljaju u dva stanja: neaktivna, kada su velike i male podjedinice odvojene jedna od druge, i aktivno - tokom obavljanja svoje funkcije - sinteza proteina, kada su podjedinice međusobno povezane.

    Proces spajanja podjedinica ribosoma ili sastavljanje aktivnog ribozoma naziva se inicijacija translacije. Ovaj sklop se odvija na striktno uređen način, koji osiguravaju funkcionalni centri ribozoma. Svi ovi centri nalaze se na kontaktnim površinama obje podjedinice ribosoma. To uključuje:

    1. mRNA vezujući centar (M centar). Formira ga 18S rRNA regija, koja je komplementarna za 5-9 nukleotida 5'-netranslatiranom mRNA fragmentu.
    2. Peptidil centar (P-centar). Na početku procesa translacije, inicijacijska aa-tRNA se vezuje za nju. Kod eukariota, početni kodon svih mRNA uvijek kodira metionin, tako da je inicijacijska aa-tRNA jedna od dvije metionin aa-tRNA, označene indeksom i: Met-tRNA i Met. U kasnijim fazama translacije, peptidil-tRNA koja sadrži već sintetizirani dio peptidnog lanca nalazi se u P-centru.

      Ponekad se govori i o E-centru (od "izlaz" - izlaz), gdje se tRNA koja je izgubila vezu sa peptidilom kreće prije nego što napusti ribozom. Međutim, ovaj centar se može smatrati sastavnim dijelom P-centra.

    3. Aminokiselinski centar (A-centar) - mjesto vezivanja sljedeće aa-tRNA.
    4. Peptidil transferazni centar (PTF centar) - katalizuje prijenos peptidila iz sastava peptidil-tRNA do sljedeće aa-tRNA koja je ušla u A centar. U tom slučaju se formira još jedna peptidna veza i peptidil se produžava za jednu aminokiselinu.

    I u centru aminokiselina iu peptidilnom centru, petlja antikodona odgovarajuće tRNA (aa-tRNA ili peptidil-tRNA) očigledno je okrenuta prema M-centru - veznom centru RNK glasnika (u interakciji sa mRNA) i akceptoru petlja sa aminoacil ili peptidil PTF centrom.

    Distribucija centara između podjedinica

    Raspodjela centara između podjedinica ribosoma se odvija na sljedeći način:

    • Mala podjedinica. Budući da upravo ova podjedinica sadrži 18S-rRNA, za čije mjesto se veže mRNA, M-centar se nalazi na ovoj podjedinici. Osim toga, ovdje se nalazi i glavni dio A-centra i manji dio P-centra.
    • Velika podjedinica. Preostali dijelovi P- i A-centara nalaze se na njegovoj kontaktnoj površini. U slučaju P-centra, to je njegov glavni dio, au slučaju A-centra, mjesto vezivanja α-tRNA akceptorske petlje sa radikalom amino kiseline (aminoacil); ostatak i većina aa-tRNA se veže za malu podjedinicu. PTF centar također pripada velikoj podjedinici.
    Sve ove okolnosti određuju redosled sklapanja ribozoma u fazi inicijacije translacije.

    Inicijacija ribosoma (priprema ribozoma za sintezu proteina)

    Sinteza proteina, ili sama translacija, obično se dijeli u tri faze: inicijacija (početak), elongacija (izduženje polipeptidnog lanca) i terminacija (kraj). U fazi inicijacije ribosom se priprema za rad: povezivanje njegovih podjedinica. U bakterijskim i eukariotskim ribosomima, povezivanje podjedinica i početak translacije odvija se na različite načine.

    Pokretanje emitovanja je najsporiji proces. Pored podjedinica ribozoma, u njemu učestvuju mRNA i tRNA, GTP i tri faktora inicijacije proteina (IF-1, IF-2 i IF-3), koji nisu sastavni dijelovi ribozoma. Faktori inicijacije olakšavaju vezivanje mRNA za malu podjedinicu i GTP. GTP, kroz hidrolizu, daje energiju za zatvaranje podjedinica ribosoma.

    1. Inicijacija počinje kada se mala podjedinica (40S) veže za inicijacijski faktor IF-3, što dovodi do prepreke za prerano vezivanje velike podjedinice i mogućnost vezivanja mRNA za nju.
    2. Nadalje, mRNA (sa svojom 5'-netranslatiranom regijom) pridružuje se kompleksu "mala podjedinica (40S) + IF-3". U ovom slučaju, inicijacijski kodon (AUG) se nalazi na nivou peptidilnog centra budućeg ribosoma. .
    3. Nadalje, kompleksu "mala podjedinica + IF-3 + mRNA" pridružuju se još dva faktora inicijacije: IF-1 i IF-2, dok ovaj drugi sa sobom nosi posebnu transfernu RNK, koja se zove inicijacijska aa-tRNA. Kompleks takođe uključuje GTP.

      Mala podjedinica se vezuje za mRNA i predstavlja dva kodona za čitanje. U prvoj fazi, IF-2 protein sidri inicijatorsku aa-tRNA. Drugi kodon zatvara protein IF-1, koji ga blokira i ne dozvoljava sledećoj tRNK da se pridruži dok se ribosom potpuno ne sastavi.

    4. Nakon vezivanja inicijalne aa-tRNA, odnosno Met-tRNA i Met, zbog komplementarne interakcije sa mRNA (inicijacijski kodon AUG) i postavljanja na svoje mjesto u P-centru, dolazi do vezivanja podjedinica ribosoma. GTP se hidrolizira u GDP i neorganski fosfat, a energija koja se oslobađa kada se ova visokoenergetska veza prekine stvara termodinamički stimulans da se proces odvija u pravom smjeru. Istovremeno, inicijacijski faktori napuštaju ribozom.

    Tako se formira svojevrsni "sendvič" od četiri glavne komponente. Istovremeno, inicijacijski kodon mRNA (AUG) i inicirajuća aa-tRNA povezana s njim nalaze se u P-centru sastavljenog ribosoma. Potonji, u formiranju prve peptidne veze, igra ulogu peptidil-tRNA.

    RNK transkripti sintetizirani RNA polimerazom obično prolaze dalje enzimske transformacije, koje se nazivaju post-transkripcijski procesiranje, i tek nakon toga stiču svoju funkcionalnu aktivnost. Transkripti nezrele glasničke RNK nazivaju se heterogena nuklearna RNA (hnRNA). Sastoje se od mješavine vrlo dugih RNA molekula koje sadrže introne i egzone. Sazrijevanje (obrada) hnRNK kod eukariota uključuje nekoliko faza, od kojih je jedna uklanjanje introna – neprevedene insercione sekvence i fuzija egzona. Proces se odvija na takav način da se uzastopni egzoni, tj. kodirajući fragmente mRNA, nikada fizički ne razdvajaju. Egzoni su međusobno vrlo precizno povezani molekulama koje se nazivaju male nuklearne RNK (snRNA). Funkcija ovih kratkih nuklearnih RNK, koje se sastoje od otprilike sto nukleotida, dugo je ostala nejasna. Utvrđeno je nakon što je ustanovljeno da je njihova nukleotidna sekvenca komplementarna sekvencama na krajevima svakog od introna. Kao rezultat uparivanja baza sadržanih u snRNA i na krajevima petljanog introna, sekvence dva egzona se približavaju na način da postaje moguće ukloniti intron koji ih razdvaja i enzimsko povezivanje (splicing) kodirajućih fragmenata ( egzoni). Dakle, snRNA molekuli igraju ulogu privremenih šablona koji drže krajeve dva egzona blizu jedan drugom kako bi se spajanje dogodilo na pravom mjestu (Sl.).

    Pretvaranje hnRNA u mRNA uklanjanjem introna odvija se u nuklearnom kompleksu RNA-protein koji se naziva splicesome. Svaki spliceom ima jezgro koje se sastoji od tri mala nuklearna ribonukleoproteina (niske molekularne težine) ili snurps. Svaki snurp sadrži najmanje jednu malu nuklearnu RNK i nekoliko proteina. Postoji nekoliko stotina različitih malih nuklearnih RNK ​​transkribiranih prvenstveno RNA polimerazom II. Vjeruje se da je njihova glavna funkcija prepoznavanje specifičnih ribonukleinskih sekvenci kroz uparivanje baza prema tipu RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 i U5 su najvažniji za obradu hnRNA.

    Mitohondrijalna RNA

    Mitohondrijska DNK je kontinuirana petlja i kodira 13 polipeptida, 22 tRNA i 2 rRNA (16S i 23S). Većina gena se nalazi na istom (teškom) lancu, ali neki od njih se nalaze i na komplementarnom lakom lancu. U ovom slučaju, oba lanca se transkribiraju kao kontinuirani transkripti pomoću RNK polimeraze specifične za mitohondrije. Ovaj enzim je kodiran nuklearnim genom. Dugi RNA molekuli se zatim cijepaju u 37 odvojenih vrsta, a mRNA, rRNA i tRNA zajedno prevode 13 mRNA. Veliki broj dodatnih proteina koji ulaze u mitohondrije iz citoplazme se prevodi iz nuklearnih gena. Bolesnici sa sistemskim eritematoznim lupusom imaju antitela na proteine ​​sopstvenog tela. Osim toga, vjeruje se da određeni skup gena za malu nuklearnu RNK hromozoma 15q igra važnu ulogu u patogenezi Prader-Willi sindroma (nasljedna kombinacija mentalne retardacije, niskog rasta, pretilosti, mišićne hipotenzije).


Vrijeme u kojem živimo obilježeno je nevjerovatnim promjenama, ogromnim napretkom, kada ljudi dobijaju odgovore na sve nova pitanja. Život ubrzano napreduje, a ono što je donedavno izgledalo nemoguće počinje da se ostvaruje. Sasvim je moguće da će ono što danas izgleda kao zaplet iz žanra naučne fantastike uskoro dobiti i crte stvarnosti.

Jedno od najvažnijih otkrića u drugoj polovini dvadesetog veka bile su nukleinske kiseline RNK i DNK, zahvaljujući kojima se čovek približio razotkrivanju misterija prirode.

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su organska jedinjenja visoke molekularne težine. Oni uključuju vodonik, ugljik, dušik i fosfor.

Otkrio ih je 1869. F. Misher, koji je istraživao gnoj. Međutim, tada se njegovom otkriću nije pridavao veliki značaj. Tek kasnije, kada su ove kiseline pronađene u svim životinjskim i biljnim ćelijama, došlo je do razumevanja njihove ogromne uloge.

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: RNK i DNK (ribonukleinska i deoksiribonukleinska kiselina). Ovaj članak je posvećen ribonukleinskoj kiselini, ali za opće razumijevanje razmotrit ćemo i što je DNK.

Šta

DNK se sastoji od dva lanca koji su povezani prema zakonu komplementarnosti vodoničnim vezama između azotnih baza. Dugi lanci su uvijeni u spiralu, jedan zavoj sadrži skoro deset nukleotida. Promjer dvostruke spirale je dva milimetra, udaljenost između nukleotida je oko pola nanometra. Dužina jednog molekula ponekad doseže nekoliko centimetara. Dužina DNK u jezgru ljudske ćelije je skoro dva metra.

Struktura DNK sadrži svu DNK koja posjeduje replikaciju, što znači proces tokom kojeg se iz jednog molekula formiraju dvije potpuno identične kćerke molekule.

Kao što je već napomenuto, lanac se sastoji od nukleotida, koji se sastoje od dušičnih baza (adenin, gvanin, timin i citozin) i ostatka fosforne kiseline. Svi nukleotidi se razlikuju po dušičnim bazama. Vodikova veza se ne javlja između svih baza; adenin, na primjer, može se kombinirati samo s timinom ili gvaninom. Dakle, adenil nukleotida u tijelu ima onoliko koliko i timidil nukleotida, a broj guanil nukleotida jednak je citidil nukleotidu (Chargaffovo pravilo). Ispostavilo se da slijed jednog lanca unaprijed određuje slijed drugog, a čini se da lanci zrcali jedan drugog. Takav obrazac, gdje su nukleotidi dva lanca raspoređeni na uredan način, a također su povezani selektivno, naziva se princip komplementarnosti. Osim vodonikovih spojeva, dvostruka spirala također djeluje hidrofobno.

Dva lanca su u suprotnim smjerovima, odnosno nalaze se u suprotnim smjerovima. Dakle, nasuprot tri "-kraj jednog je pet"-kraj drugog lanca.

Izvana, podsjeća na spiralno stepenište, čija je ograda šećerno-fosfatna kičma, a stepenice su komplementarne dušične baze.

Šta je ribonukleinska kiselina?

RNK je nukleinska kiselina sa monomerima zvanim ribonukleotidi.

Po hemijskim svojstvima, vrlo je sličan DNK, jer su oba polimeri nukleotida, koji su fosforilirani N-glikozid koji je izgrađen na ostatku pentoze (šećera sa pet ugljika), sa fosfatnom grupom na petom atomu ugljika i dušikova baza na prvom atomu ugljika.

To je jedan polinukleotidni lanac (osim virusa), koji je mnogo kraći od DNK.

Jedan RNA monomer su ostaci sljedećih supstanci:

  • dušične baze;
  • pet-ugljični monosaharid;
  • fosforne kiseline.

RNK imaju pirimidinsku (uracil i citozin) i purinsku (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid RNK nukleotida.

Razlike između RNK i DNK

Nukleinske kiseline se međusobno razlikuju po sljedećim svojstvima:

  • njegova količina u ćeliji zavisi od fiziološkog stanja, starosti i pripadnosti organa;
  • DNK sadrži ugljikohidrat deoksiribozu, a RNK ribozu;
  • dušična baza u DNK je timin, au RNK je uracil;
  • klase obavljaju različite funkcije, ali se sintetiziraju na DNK matrici;
  • DNK se sastoji od dvostruke spirale, dok se RNK sastoji od jednog lanca;
  • nekarakteristično je za djelovanje u DNK;
  • RNK ima više minornih baza;
  • lanci se jako razlikuju po dužini.

Istorija studija

RNK ćeliju je prvi otkrio njemački biohemičar R. Altman proučavajući ćelije kvasca. Sredinom dvadesetog veka dokazana je uloga DNK u genetici. Tek tada su opisani tipovi RNK, funkcije i tako dalje. Do 80-90% mase u ćeliji otpada na rRNA, koja zajedno sa proteinima formira ribozom i učestvuje u biosintezi proteina.

Šezdesetih godina prošlog veka prvi put je sugerisano da mora postojati određena vrsta koja nosi genetske informacije za sintezu proteina. Nakon toga je naučno utvrđeno da postoje takve informacijske ribonukleinske kiseline koje predstavljaju komplementarne kopije gena. Nazivaju se i glasničkom RNK.

Takozvane transportne kiseline su uključene u dekodiranje informacija zapisanih u njima.

Kasnije su se počele razvijati metode za identifikaciju nukleotidnog niza i uspostavljanje strukture RNK u kiselom prostoru. Tako je otkriveno da neki od njih, koji su se zvali ribozimi, mogu cijepati poliribonukleotidne lance. Kao rezultat toga, počeli su pretpostavljati da je u vrijeme kada se život rodio na planeti, RNK djelovala bez DNK i proteina. Štaviše, sve transformacije su izvršene uz njeno učešće.

Struktura molekula ribonukleinske kiseline

Gotovo sve RNK su pojedinačni lanci polinukleotida, koji se sastoje od monoribonukleotida - purinskih i pirimidinskih baza.

Nukleotidi se označavaju početnim slovima baza:

  • adenin (A), A;
  • gvanin (G), G;
  • citozin (C), C;
  • uracil (U), U.

Oni su međusobno povezani vezama od tri i pet fosfodiestara.

Vrlo različit broj nukleotida (od nekoliko desetina do desetina hiljada) je uključen u strukturu RNK. Oni mogu formirati sekundarnu strukturu koja se sastoji uglavnom od kratkih dvolančanih niti koje su formirane komplementarnim bazama.

Struktura molekula ribnukleinske kiseline

Kao što je već spomenuto, molekul ima jednolančanu strukturu. RNA dobiva svoju sekundarnu strukturu i oblik kao rezultat međusobne interakcije nukleotida. To je polimer čiji je monomer nukleotid koji se sastoji od šećera, ostatka fosforne kiseline i azotne baze. Spolja, molekul je sličan jednom od lanaca DNK. Nukleotidi adenin i guanin, koji su dio RNK, su purini. Citozin i uracil su pirimidinske baze.

Proces sinteze

Da bi se molekula RNK sintetizirala, šablon je molekul DNK. Istina, dešava se i obrnut proces, kada se na matrici ribonukleinske kiseline formiraju novi molekuli deoksiribonukleinske kiseline. Ovo se dešava tokom replikacije određenih vrsta virusa.

Drugi molekuli ribonukleinske kiseline također mogu poslužiti kao osnova za biosintezu. Njegova transkripcija, koja se dešava u ćelijskom jezgru, uključuje mnoge enzime, ali najznačajniji od njih je RNA polimeraza.

Vrste

U zavisnosti od vrste RNK, razlikuju se i njene funkcije. Postoji nekoliko vrsta:

  • informativna i-RNA;
  • ribosomalna r-RNA;
  • transport t-RNA;
  • minor;
  • ribozimi;
  • virusna.

Informacija ribonukleinska kiselina

Takvi molekuli se nazivaju i matriks. Oni čine oko dva posto ukupnog broja u ćeliji. U eukariotskim stanicama sintetiziraju se u jezgrima na DNK šablonima, zatim prelaze u citoplazmu i vezuju se za ribozome. Nadalje, oni postaju šabloni za sintezu proteina: pridružuju im se prijenosne RNK koje nose aminokiseline. Tako se odvija proces transformacije informacija, koji se ostvaruje u jedinstvenoj strukturi proteina. U nekim virusnim RNK on je također hromozom.

Jacob i Mano su otkrivači ove vrste. Nema krutu strukturu, njegov lanac formira zakrivljene petlje. Ne radi, i-RNA se skuplja u nabore i savija u lopticu, te se odvija u radnom stanju.

mRNA nosi informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu koji se sintetiše. Svaka aminokiselina je kodirana na određenom mjestu pomoću genetskih kodova, koje karakteriziraju:

  • triplet - od četiri mononukleotida moguće je izgraditi šezdeset četiri kodona (genetski kod);
  • neukrštanje - informacije se kreću u jednom smjeru;
  • kontinuitet - princip rada je da je jedna mRNA jedan protein;
  • univerzalnost - jedna ili druga vrsta aminokiselina je kodirana u svim živim organizmima na isti način;
  • degeneracija - poznato je dvadeset aminokiselina i šezdeset jedan kodon, odnosno kodirani su s nekoliko genetskih kodova.

Ribosomalna ribonukleinska kiselina

Takvi molekuli čine ogromnu većinu stanične RNK, odnosno osamdeset do devedeset posto ukupnog broja. Kombiniraju se s proteinima i formiraju ribozome - to su organele koje vrše sintezu proteina.

Ribosomi su šezdeset pet posto rRNA i trideset pet posto proteina. Ovaj polinukleotidni lanac se lako savija zajedno s proteinom.

Ribosom se sastoji od aminokiselinskih i peptidnih regija. Nalaze se na kontaktnim površinama.

Ribozomi se slobodno kreću na prava mjesta. Oni nisu baš specifični i ne samo da mogu čitati informacije iz mRNA, već i formirati matricu s njima.

Transport ribonukleinske kiseline

tRNA su najviše proučavane. Oni čine deset posto stanične ribonukleinske kiseline. Ove vrste RNK vezuju se za aminokiseline zahvaljujući posebnom enzimu i dostavljaju se ribozomima. U ovom slučaju, aminokiseline se prenose transportnim molekulima. Međutim, dešava se da različiti kodoni kodiraju aminokiselinu. Tada će ih nositi nekoliko transportnih RNK.

Savija se u klupko kada je neaktivan, a kada funkcioniše ima izgled lista djeteline.

Sadrži sljedeće odjeljke:

  • akceptorska stabljika koja ima ACC nukleotidnu sekvencu;
  • mjesto vezivanja za ribozom;
  • antikodon koji kodira aminokiselinu koja je vezana za ovu tRNA.

Manje vrste ribonukleinske kiseline

Nedavno su RNA vrste popunjene novom klasom, takozvanim malim RNK. Oni su najvjerovatnije univerzalni regulatori koji uključuju ili isključuju gene u embrionalnom razvoju, a također kontroliraju procese unutar stanica.

Ribozimi su također nedavno identificirani, oni su aktivno uključeni kada je RNA kiselina fermentirana, djelujući kao katalizator.

Virusne vrste kiselina

Virus može sadržavati ribonukleinsku kiselinu ili deoksiribonukleinsku kiselinu. Stoga se s odgovarajućim molekulima nazivaju RNK-sadržeći. Kada takav virus uđe u ćeliju, dolazi do reverzne transkripcije - pojavljuje se nova DNK na bazi ribonukleinske kiseline, koja se integrira u stanice, osiguravajući postojanje i reprodukciju virusa. U drugom slučaju dolazi do formiranja komplementarne RNK na dolaznoj RNK. Virusi su proteini, vitalna aktivnost i reprodukcija se odvijaju bez DNK, ali samo na osnovu informacija sadržanih u RNK virusa.

replikacija

Da bi se poboljšalo cjelokupno razumijevanje, potrebno je razmotriti proces replikacije, koji rezultira dva identična molekula nukleinske kiseline. Tako počinje dioba ćelija.

Uključuje DNK polimeraze, DNK zavisne, RNK polimeraze i DNK ligaze.

Proces replikacije sastoji se od sljedećih koraka:

  • despiralizacija - dolazi do uzastopnog odmotavanja majčine DNK, hvatajući cijeli molekul;
  • prekid vodikovih veza, u kojem se lanci razilaze i pojavljuje se replikacijska viljuška;
  • prilagođavanje dNTP-a na oslobođene baze majčinih lanaca;
  • cijepanje pirofosfata od dNTP molekula i stvaranje fosforodiesterskih veza zbog oslobođene energije;
  • disanje.

Nakon formiranja kćerke molekule, dijeli se jezgro, citoplazma i ostalo. Tako nastaju dvije ćelije kćeri koje su u potpunosti primile sve genetske informacije.

Osim toga, kodirana je primarna struktura proteina koji se sintetiziraju u ćeliji. DNK u ovom procesu učestvuje indirektno, a ne direktno, što se sastoji u tome da se na DNK odvija sinteza proteina, RNK uključenih u formiranje. Ovaj proces se zove transkripcija.

Transkripcija

Sinteza svih molekula se dešava tokom transkripcije, odnosno prepisivanja genetske informacije iz specifičnog DNK operona. Proces je na neki način sličan replikaciji, au drugim je vrlo različit.

Sličnosti su sljedeći dijelovi:

  • početak dolazi od despiralizacije DNK;
  • dolazi do prekida vodoničnih veza između baza lanaca;
  • NTF-ovi su im komplementarno prilagođeni;
  • formiraju se vodonične veze.

Razlike od replikacije:

  • tokom transkripcije se odmotava samo deo DNK koji odgovara transkriptonu, dok se tokom replikacije odmotava ceo molekul;
  • tokom transkripcije, podesivi NTP sadrže ribozu, a umjesto timina, uracil;
  • informacije se otpisuju samo iz određene oblasti;
  • nakon formiranja molekula, vodonične veze i sintetizirani lanac se prekidaju, a lanac sklizne sa DNK.

Za normalno funkcioniranje, primarna struktura RNK bi se trebala sastojati samo od dijelova DNK otpisanih od egzona.

Novoformirana RNK započinje proces sazrijevanja. Tihi regioni su izrezani, a informativni regioni su fuzionisani da formiraju polinukleotidni lanac. Nadalje, svaka vrsta ima transformacije svojstvene samo njoj.

Kod mRNA dolazi do vezivanja za početni kraj. Poliadenilat se pridružuje konačnom mjestu.

Baze se modificiraju u tRNA kako bi formirale manje vrste.

U r-RNA, pojedinačne baze su također metilirane.

Štiti od uništenja i poboljšati transport proteina u citoplazmu. Na njih su povezane RNK u zrelom stanju.

Značaj deoksiribonukleinskih i ribonukleinskih kiselina

Nukleinske kiseline su od velikog značaja u životu organizama. Oni pohranjuju, prenose u citoplazmu i nasljeđuju ćerke ćelije informacije o proteinima sintetiziranim u svakoj ćeliji. Prisutne su u svim živim organizmima, stabilnost ovih kiselina igra važnu ulogu za normalno funkcioniranje kako stanica tako i cijelog organizma. Svaka promjena u njihovoj strukturi dovest će do promjena u ćelijama.

Proteini čine osnovu života. Njihove funkcije u ćeliji su vrlo raznolike. Međutim, proteini se "ne mogu" razmnožavati. A sve informacije o strukturi proteina sadržane su u genima (DNK).

Kod viših organizama, proteini se sintetiziraju u citoplazmi ćelije, a DNK je skrivena iza ljuske jezgra. Stoga DNK ne može direktno poslužiti kao šablon za sintezu proteina. Ovu ulogu obavlja druga nukleinska kiselina - RNK.

RNA molekula je nerazgranati polinukleotid sa tercijarna struktura. Formira ga jedan polinukleotidni lanac, i iako su komplementarni nukleotidi uključeni u njega također sposobni formirati vodonične veze između sebe, te veze nastaju između nukleotida jednog lanca. RNK lanci su mnogo kraći od lanaca DNK. Ako je sadržaj DNK u ćeliji relativno konstantan, tada sadržaj RNK jako varira. Najveća količina RNK u ćelijama se primećuje tokom sinteze proteina.

RNA igra glavnu ulogu u prenošenju i implementaciji nasljednih informacija. U skladu sa funkcijom i strukturnim karakteristikama, razlikuje se nekoliko klasa stanične RNK.

Postoje tri glavne klase stanične RNK.

  1. Informativni (mRNA) ili matrični (mRNA). Njegovi molekuli su najraznovrsniji u pogledu veličine, molekularne težine (od 0,05x106 do 4x106) i stabilnosti. Oni čine oko 2% ukupne količine RNK u ćeliji. Sve mRNA su nosioci genetske informacije od jezgra do citoplazme, do mjesta sinteze proteina. Oni služe kao matrica (radni crtež) za sintezu proteinskog molekula, jer određuju sekvencu aminokiselina (primarnu strukturu) proteinskog molekula.
  1. ribosomalna RNA (rRNA). Oni čine 80-85% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. Ribosomalna RNK se sastoji od 3-5 hiljada nukleotida. Sintetiše se u nukleolima jezgra. U kompleksu sa ribosomskim proteinima, rRNA formira ribozome - organele na kojima se sklapaju proteinski molekuli. Glavni značaj rRNA je u tome što obezbeđuje početno vezivanje mRNK i ribozoma i formira aktivni centar ribozoma, u kojem se formiraju peptidne veze između aminokiselina tokom sinteze polipeptidnog lanca.
  2. Transfer RNA (tRNA). tRNA molekule obično sadrže 75-86 nukleotida. Molekularna težina tRNA molekula je oko 25 hiljada.Molekuli tRNA igraju ulogu posrednika u biosintezi proteina - isporučuju aminokiseline do mjesta sinteze proteina, odnosno do ribozoma. Ćelija sadrži više od 30 tipova tRNA. Svaki tip tRNA ima svoju jedinstvenu sekvencu nukleotida. Međutim, sve molekule imaju nekoliko intramolekularnih komplementarnih regija, zbog čijeg prisustva sve tRNA imaju tercijarnu strukturu koja po obliku podsjeća na list djeteline.

Sekundarna struktura RNK - karakteristika tRNA, jednolančana, u obliku "list djeteline". Uključuje:

  • relativno kratke dvostruke spirale - stabljike,
  • jednolančani dijelovi - petlje.

Postoje 4 stabla (akceptor, antikodon, dihidrouridil, pseudouridil) i 3 petlje.

"Pseudoknot" - element sekundarne strukture RNK, shematski

Akceptorska stabljika sadrži 3'- i 5'-kraj polinukleotidnog lanca, 5'-kraj završava ostatkom gvanilne kiseline, 3'-kraj je CCA triplet i služi za formiranje esterske veze sa AA.

Stablo antikodona prepoznaje svoj kodon na mRNA u ribosomima po principu komplementarnosti.

Pseudouridilna stabljika služi za pričvršćivanje na ribozom.

Dihidrouridilna stabljika služi za vezivanje za aminoacil-tRNA sintetazu.