Struktur und Funktionen der RNA. Arten von RNA

Ri-bo-well-kle-and-no-vaya acid-lo-ta (RNA) - polymer, mo-no-me-ra-mi jemand-schwarm ist-la-yut-sya ri -bo-well -to-leo-ti-dy. Die Bildung eines Poly-me-ra pro-is-ho-dit auf die gleiche Weise wie in der DNA aufgrund der Phospho-Di-Ether-Bindung zwischen dem Phosphorrest -noy sour-lo-you und ri-bo-zoy .

Mo-no-mere von RNA in der Zusammensetzung von nucleo-ti-dov enthalten Fünf-Kohlenstoff-Zucker (Pent-to-za), Phosphor-Nuyu-Säure-lo-tu (Rest von Phosphorsäure-lo-you) und Azo- ti-stoy os-no-va-nie.

Azo-ty-stye-Basen von RNA - Ura-Cil, Cyto-to-Zine, Adenin und Gu-A-Nin. Mo-no-sa-harid nuc-leo-ti-da-RNA wird durch ri-bo-zoy repräsentiert

RNA ist ein-aber-Ketten-Poch-naya-Mo-le-ku-la von signifikant kleineren Größen als die Mole-ku-la-DNA.

Mo-le-ku-la-RNA enthält 75 bis 10.000 Nukleotide.

RNA-haltige Viren

Viele Viren, zum Beispiel das Influenzavirus, enthalten als einzige Nuk-le-und-neue-Säure-lo-you-can-le-ku-lu RNA. RNA-haltige Viren, die für den Menschen nicht kreativ sind, sind mehr als DNA-haltig. Sie vy-zy-va-yut in-lyo-mi-e-lit, he-pa-tit A, akuter Pro-Student für-bo-le-va-nia.

Ar-bo-vi-ru-sy - vi-ru-sy, jemand-Roggen pe-re-no-syat-sya Mitglieder-nein-hundert-nein-gi-mi. Yav-la-yut-sya voz-bu-di-te-la-mi kle-sche-vo-go und Japanisch-ko-go en-tse-fa-li-ta sowie Yellow-toy li-ho - froh.

Reo-vi-ru-sy, seltenes air-boo-di-te-ob re-spi-ra-tor-ny und intestinal for-bo-le-va-ny man-lo-ve-ka, sie wurden zum Thema eines speziellen-bo-go on-uch-no-go in-te-re-sa aufgrund der Tatsache, dass ihr Gen-not-ti-che-ma-te-ri-al in Form eines zwei- gestrandetes RNA-Molekül.

Auch su-stu-stu-yut re-tro-vi-ru-sy, etwas Roggen du-zy-va-yut eine Reihe von he-ko-lo-gi-che-sky for-bo-le-va- nein.

Je nach Struktur und Ausführung meiner Funktion gibt es drei Haupttypen von RNA: ri-bo-some -nuyu, trans-port-nuyu und in-for-ma-zi-on-nuyu (Matrix-nuyu).

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

Wie-für-ob-Forschung-Do-va-tion, In-Form-ma-ci-on-naya-RNA macht 3-5% der gesamten Co-der -zh-niya-RNA in der Zelle aus. Dies ist ein-aber-tse-poch-naya mo-le-ku-la, eine Art Paradies über-ra-zo-you-va-et-sya im Prozess der Transkription auf einer der Ketten mo -le-ku-ly-DNA. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich die DNA der nuklearen Organismen im Kern befindet und die Proteinsynthese auf ri-bo-so-max in qi-to-plasma abläuft, daher besteht ein Bedarf an einem ho-di -Brücke im „Medium“. Die „mittlere“ Funktion wird von der Matrix-RNA ausgeführt, sie überträgt Informationen über die Struktur des Proteins vom Kern der Zelle, in der sich die DNA befindet, zum ri-bo-so-mum, wo diese Informationen re-a-li sind -zu-et-sya.

Abhängig von der Menge an co-pi-ru-e-my-Informationen kann die RNA der mol-le-ku-la-Matrix eine unterschiedliche persönliche Länge haben.

Die meisten Boten-RNAs existieren nur kurze Zeit in der Zelle. In Tank-te-ri-al-ny-Zellen ist die Existenz solcher RNAs definiert-de-la-et-xia mi-well-ta-mi, und in den Zellen von Säugetieren pi-ta-yu-shchih (in eryth-ro-qi-tah) Die Synthese von he-mo-glo-bi-na (Eiweiß) wird in diesen wenigen Tagen nach den morgendlichen erit-ro-qi-ta-mi-Kernen fortgesetzt.

2. Ribosomale RNA

Ribosomale RNAs machen 80 % aller in der Zelle vorhandenen Ribosomen aus. Diese RNAs sind syn-te-zi-ru-yut-xia im Venom-rysh-ke und in der Zelle im qi-to-plasma, wo sie zusammen mit dem Protein -mi ob-ra-zu- yut ri-bo-so-wir. Über die Proteinsynthese von ri-bo-so-max pro-is-ho-dit. Hier ist der „Code“, eingeschlossen in Matrix-RNA, trans-li-ru-et-xia in Aminosäuresequenz-do-va-tel-ness-mole-ku-ly-Protein.

3. RNA übertragen

Transport-RNAs (siehe Abb. 7) bilden sich im Zellkern auf DNA und gelangen dann in das Zytoplasma.

Der Anteil solcher RNAs macht etwa 10 % des Gesamtgehalts an RNA in der Zelle aus. Sie haben das kürzeste Mo-le-ku-ly von 80-100 nuk-leo-ti-dov.

Transport-RNAs befestigen Aminosäuren an sich selbst und transportieren sie zum Ort der Proteinsynthese, zu ri-bo-with-mom.

Alle bekannten Transport-RNAs aufgrund der komplementären Wechselwirkung zwischen den azo-ti-sta-mi i-mi about-ra-zo-you-va-yut der zweitreichen Struktur-tu-ru, in Form von a- by-mi-on-s-shchy Blatt Kleber-ve-ra. Es gibt zwei aktive Stellen in der mo-le-ku-le-tRNA – ein anti-ko-don-Triplett an einem Ende und ein acc-tep-tor-drain, verbunden mit -nya-yu-schi ami-no-kis -lo-tu andererseits.

Jedes ami-no-kis-lo-te co-ot-vet-stu-e-com-bi-on-tion von drei nuk-leo-ti-dov, jemandes Paradies trägt den Namen Triplett.

Ko-di-ru-yu-schi ami-no-kis-lo-du drei-ple-du - zu-zu-uns DNA - re-re-da-yut-sya in Form von Informationen von Tripletts (co-do-nov) mRNA. An der Spitze des kle-ver-no-go-Blatts von tRNA dis-la-ha-et-sya Triplett nuk-leo-ti-dov, some-ry comp-tri-men-ta-ren co-ot- ve-stvo-yu-sche-mu zu-zu-Well mRNA. Dieses Triplett ist anders für tRNAs, die unterschiedliche Aminosäuren tragen, und co-di-ru-et genau das amino-no-sour-lo-tu, some-paradise per-re-no-syat-sya dieser tRNA. Er hat den Namen bekommen an-ti-ko-dong.

Ak-tsep-tor-ny Ende ist y-la-et-sya „on-s-doch-noy-Quadrat“ für einen gewissen de-len-noy ami-no-sour-lo-you.

Somit stellen verschiedene Arten von RNA ein einziges funktionelles System dar, das auf die Wiederherstellung von Erbinformationen durch Proteinsynthese ausgerichtet ist.

Das Konzept der RNA der Welt liegt in der Tatsache, dass einst eine mo-le-ku-la-RNA die Funktion einer mo-le-ku-ly-DNA und -Proteine ​​erfüllen konnte.

Im lebenden or-ha-niz-mah prak-ti-che-ski alle Prozesse pro-is-ho-dyat bla-go-da-rya fer-men-da ist weiß-ko-heulen at-ro- dy. Proteine ​​können jedoch nicht sa-mo-rep-li-qi-ro-va-sya und syn-te-zi-ru-yut-sya in Zellen auf dem os-no-va-nii in -for-ma-tion sein , für-lo-female-noy in DNA. Aber auch die Verdoppelung der DNA erfolgt nur dank der Beteiligung von Proteinen und RNA. Next-to-va-tel-but, about-ra-zu-et-sya für einen geschlossenen Kreis, wegen jemandem-ro-go im Rahmen der Theorie des Rise-nick-no-ve -niya des Lebens spontane Entstehung eines so komplexen Systems von ste-we ma-lo-ve-ro-yat-but.

Im na-cha-le der 1980er Jahre, im la-bo-ra-to-rii der Wissenschaftler Cheka und Ol-t-me-na (ob-la-da-te-li but-be-lev- sky pre -Mii in chemistry) in den USA wurde die kata-li-ti-che-s-Fähigkeit von RNA entdeckt. RNA-ka-ta-li-for-that-ry genannt wurden ri-bo-zi-ma-mi(

Es stellte sich heraus, dass das aktive Zentrum von Ribosomen auch eine große Anzahl ribosomaler RNAs enthält. Außerdem ist RNA in der Lage, eine Doppelkette und Selbstrep-li-qi-ro-vat-sya zu erzeugen. Das heißt, RNA könnte vollständig auto-to-nom-aber, ka-ta-li-zi-ruya meta-bo-li-che-Reaktionen existieren, zum Beispiel syn-te-für neue ri-bo-nu-kle -a-ti-dov und sa-mo-vos-pro-von-bis-dyas, wobei von-bis-le-niya in-ko-le-ni-ka-ta-li-ti-che-Eigenschaften beibehalten werden. Die Anhäufung zufälliger Mutationen führte zum Auftreten von RNA, die ca-ta-li-zi-ru-yu-shy-Synthese bestimmt de-len-nyh-Proteine, wobei-la-yu-shchih-sya effektiver-fek-tiv-us ist -mi ka-ta-li-dafür-ra-mi, in Verbindung mit dem diese mu-ta -tion for-strength-la-lis im Verlauf des natürlichen from-bo-ra. Auch Rise-nick-ob sp-tsi-a-li-zi-ro-van-nye-storage-ni-li-scha ge-not-ti-che-in-for-ma-tion - mo-le-ku -la DNA und RNA wurde zu einem Vermittler zwischen DNA und Proteinen.

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

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

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

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

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

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

drei Haupttypen von RNA: informativ(mRNA) oder Matrix(mRNA), ribosomal(rRNA) und Transport(tRNA). Sie unterscheiden sich in Molekülgröße und Funktion. Alle Arten von RNA werden auf DNA unter Beteiligung von Enzymen - RNA-Polymerasen - synthetisiert. Messenger-RNA macht 2-3% aller zellulären RNA aus, ribosomale - 80-85, Transport - etwa 15%.

mRNA. es liest Erbinformationen von einem Stück DNA ab und überträgt sie in Form einer kopierten Abfolge stickstoffhaltiger Basen an Ribosomen, wo ein bestimmtes Protein synthetisiert wird. Jedes mRNA-Molekül entspricht in Nukleotidreihenfolge und Größe dem Gen in der DNA, von der es transkribiert wurde. Im Durchschnitt enthält mRNA 1500 Nukleotide (75-3000). Jedes Triplett (drei Nukleotide) auf einer mRNA wird als Codon bezeichnet. Es hängt vom Codon ab, welche Aminosäure während der Proteinsynthese an einer bestimmten Stelle erscheint.

(tRNA) hat ein relativ niedriges Molekulargewicht von etwa 24-29 Tausend D und enthält 75 bis 90 Nukleotide in einem Molekül. Bis zu 10 % aller tRNA-Nukleotide sind Nebenbasen, was sie offensichtlich vor der Wirkung hydrolytischer Enzyme schützt.Die Rolle der tRNA besteht darin, dass sie Aminosäuren zu Ribosomen übertragen und am Prozess der Proteinsynthese teilnehmen. Jede Aminosäure bindet an eine spezifische tRNA. Einige Aminosäuren haben mehr als eine tRNA. Bisher wurden mehr als 60 tRNAs entdeckt, die sich in ihrer Primärstruktur (Basensequenz) unterscheiden. Die Sekundärstruktur aller tRNAs wird in Form eines Kleeblatts mit einem doppelsträngigen Stamm und drei einzelsträngigen dargestellt). Am Ende einer der Ketten befindet sich eine Akzeptorstelle - das CCA-Triplett, an dessen Adenin eine bestimmte Aminosäure gebunden ist.

(rRNA). Sie enthalten 120-3100 Nukleotide. Ribosomale RNA sammelt sich im Zellkern, in den Nukleolen. Ribosomale Proteine ​​werden aus dem Zytoplasma zu den Nukleolen transportiert, und dort kommt es durch Kombination von Proteinen mit der entsprechenden rRNA zur spontanen Bildung von ribosomalen Subpartikeln. Die Subpartikel des Ribosoms werden gemeinsam oder getrennt durch die Poren der Kernmembran in das Zytoplasma transportiert. Ribosomen sind Organellen mit einer Größe von 20-30 nm. Sie sind aus zwei Subpartikeln unterschiedlicher Größe und Form aufgebaut. In bestimmten Stadien der Proteinsynthese in der Zelle werden die Ribosomen in Subpartikel unterteilt. Ribosomale RNA dient als Gerüst für Ribosomen und erleichtert die anfängliche Bindung von mRNA an das Ribosom während der Proteinbiosynthese.

Der genetische Code ist eine Möglichkeit, die Aminosäuresequenz von Proteinen unter Verwendung einer Nukleotidsequenz zu codieren, die für alle lebenden Organismen charakteristisch ist.

Eigenschaften: 1) genetischer Code Triplett(jede Aminosäure wird von drei Nukleotiden kodiert); 2) nicht überlappend(benachbarte Tripletts haben keine gemeinsamen Nukleotide); 3) degenerieren(mit Ausnahme von Methionin und Tryptophan haben alle Aminosäuren mehr als ein Codon); 4) Universal-(meistens für alle lebenden Organismen gleich); 5) in Codons für eine Aminosäure sind die ersten beiden Nukleotide normalerweise gleich und das dritte variiert; 6) hat eine lineare Lesereihenfolge und ist gekennzeichnet durch Kolinearität, d.h. die Übereinstimmung der Anordnungsreihenfolge von Codons in mRNA mit der Anordnungsreihenfolge von Aminosäuren in der synthetisierten Polypeptidkette.

Nukleinsäuren sind makromolekulare Substanzen, die aus Mononukleotiden bestehen, die über 3",5"-Phosphodiesterbindungen in einer Polymerkette miteinander verbunden und auf bestimmte Weise in Zellen verpackt sind.

Nukleinsäuren sind Biopolymere zweier Arten: Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA). Jedes Biopolymer besteht aus Nukleotiden, die sich im Kohlenhydratrest (Ribose, Desoxyribose) und einer der stickstoffhaltigen Basen (Uracil, Thymin) unterscheiden. Dementsprechend erhielten Nukleinsäuren ihren Namen.

Struktur der Ribonukleinsäure

Primärstruktur der RNA

RNA-Molekül sind lineare (d. h. unverzweigte) Polynukleotide mit einem ähnlichen Organisationsprinzip wie die DNA. RNA-Monomere sind Nukleotide, die aus Phosphorsäure, einem Kohlenhydrat (Ribose) und einer stickstoffhaltigen Base bestehen, die durch 3"-5"-Phosphodiesterbindungen verbunden sind. Die Polynukleotidketten des RNA-Moleküls sind polar, d.h. haben unterscheidbare 5'- und 3"-Enden. Gleichzeitig ist RNA im Gegensatz zu DNA ein einzelsträngiges Molekül. Der Grund für diesen Unterschied sind drei Merkmale der Primärstruktur:
  1. RNA enthält im Gegensatz zu DNA Ribose anstelle von Desoxyribose, die eine zusätzliche Hydroxylgruppe hat. Die Hydroxygruppe macht die Doppelstrangstruktur weniger kompakt
  2. Unter den vier wichtigsten oder wichtigsten stickstoffhaltigen Basen (A, G, C und U) ist anstelle von Thymin Uracil enthalten, das sich von Thymin nur durch das Fehlen einer Methylgruppe in der 5. Position unterscheidet. Dadurch nimmt die Stärke der hydrophoben Wechselwirkung im komplementären A-U-Paar ab, was auch die Wahrscheinlichkeit der Bildung stabiler doppelsträngiger Moleküle verringert.
  3. Schließlich hat RNA (insbesondere tRNA) einen hohen Gehalt an sog. Nebenbasen und Nukleoside. Unter ihnen sind Dihydrouridin (es gibt keine einzelne Doppelbindung in Uracil), Pseudouridin (Uracil ist anders als gewöhnlich mit Ribose assoziiert), Dimethyladenin und Dimethylguanin (zwei zusätzliche Methylgruppen in stickstoffhaltigen Basen) und viele andere. Fast alle diese Basen können nicht an komplementären Wechselwirkungen teilnehmen. Somit befinden sich die Methylgruppen in Dimethyladenin (im Gegensatz zu Thymin und 5-Methylcytosin) an einem Atom, das eine Wasserstoffbrücke im A-U-Paar bildet; Daher kann diese Verbindung jetzt nicht geschlossen werden. Dadurch wird auch die Bildung doppelsträngiger Moleküle verhindert.

Daher sind die bekannten Unterschiede in der Zusammensetzung von RNA zu DNA von großer biologischer Bedeutung: Schließlich können RNA-Moleküle ihre Funktion nur im einzelsträngigen Zustand erfüllen, was für mRNA am offensichtlichsten ist: Es ist schwer vorstellbar, wie ein doppelsträngiges Molekül könnte auf Ribosomen translatiert werden.

Gleichzeitig kann die RNA-Kette, da sie einzeln bleibt, in einigen Bereichen Schleifen, Vorsprünge oder "Haarnadeln" mit einer doppelsträngigen Struktur bilden (Abb. 1.). Diese Struktur wird durch die Wechselwirkung der Basenpaare A::U und G:::C stabilisiert. Es können aber auch „falsche“ Paare gebildet werden (z. B. GU), und an manchen Stellen gibt es „Haarnadeln“ und es findet überhaupt keine Wechselwirkung statt. Solche Schleifen können (insbesondere bei tRNA und rRNA) bis zu 50 % aller Nukleotide enthalten. Der Gesamtgehalt an Nukleotiden in RNA variiert von 75 Einheiten bis zu vielen Tausend. Aber selbst die größten RNAs sind mehrere Größenordnungen kürzer als chromosomale DNAs.

Die Primärstruktur der mRNA wurde von einer DNA-Region kopiert, die Informationen über die Primärstruktur der Polypeptidkette enthält. Die Primärstruktur der übrigen RNA-Typen (tRNA, rRNA, seltene RNA) ist die endgültige Kopie des genetischen Programms der entsprechenden DNA-Gene.

Sekundär- und Tertiärstrukturen der RNA

Ribonukleinsäuren (RNA) sind einzelsträngige Moleküle, daher sind ihre Sekundär- und Tertiärstrukturen im Gegensatz zu DNA unregelmäßig. Diese Strukturen, definiert als die räumliche Konformation einer Polynukleotidkette, werden hauptsächlich durch Wasserstoffbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen stickstoffhaltigen Basen gebildet. Wenn eine stabile Helix charakteristisch für ein natives DNA-Molekül ist, dann ist die Struktur der RNA vielfältiger und labiler. Die Röntgenbeugungsanalyse zeigte, dass sich einzelne Abschnitte der RNA-Polynukleotidkette beim Umbiegen unter Bildung intrahelikaler Strukturen um sich selbst winden. Die Stabilisierung von Strukturen wird durch komplementäre Paarungen stickstoffhaltiger Basen von antiparallelen Abschnitten der Kette erreicht; die spezifischen Paare hier sind A-U, G-C und seltener G-U. Aus diesem Grund erscheinen im RNA-Molekül sowohl kurze als auch verlängerte aufgerollte Abschnitte, die zur selben Kette gehören; diese Bereiche werden als Haarnadeln bezeichnet. Das Modell der Sekundärstruktur von RNA mit Haarnadelelementen wurde Ende der 1950er und Anfang der 1960er Jahre entwickelt. 20. Jahrhundert in den Labors von A. S. Spirin (Russland) und P. Doty (USA).

Einige Arten von RNA
Arten von RNA Größe in Nukleotiden Funktion
gRNA - genomische RNA10000-100000
mRNA - Informations- (Matrix-) RNA100-100000 überträgt Informationen über die Struktur eines Proteins von einem DNA-Molekül
tRNA - Transfer-RNA70-90 transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese
rRNA - ribosomale RNAmehrere diskrete Klassen von 100 bis 500.000in Ribosomen enthalten, beteiligt sich an der Aufrechterhaltung der Struktur des Ribosoms
sn-RNA - kleine Kern-RNA100 entfernt Introns und verbindet Exons enzymatisch zu mRNA
sno-RNA - kleine nukleoläre RNA beteiligt an der Lenkung oder Durchführung von Basenmodifikationen in rRNA und kleiner Kern-RNA, wie beispielsweise Methylierung und Pseudouridinisierung. Die meisten kleinen nukleolären RNAs befinden sich in den Introns anderer Gene.
srp-RNA - Signalerkennungs-RNA erkennt die Signalsequenz von Proteinen, die zur Expression bestimmt sind, und ist an deren Übertragung durch die Zytoplasmamembran beteiligt
mi-RNA - Mikro-RNA22 kontrollieren die Translation von Strukturgenen durch komplementäre Bindung an die 3'-Enden von untranslatierten mRNA-Regionen

Die Bildung helikaler Strukturen wird von einem hypochromen Effekt begleitet - einer Abnahme der optischen Dichte von RNA-Proben bei 260 nm. Die Zerstörung dieser Strukturen erfolgt, wenn die Ionenstärke der RNA-Lösung abnimmt oder wenn sie auf 60–70 °C erhitzt wird; es wird auch als Schmelzen bezeichnet und erklärt sich durch den strukturellen Übergang Helix - chaotische Spule, der mit einer Erhöhung der optischen Dichte der Nukleinsäurelösung einhergeht.

Es gibt verschiedene Arten von RNA in Zellen:

  1. Information (oder Template) RNA (mRNA oder mRNA) und ihr Vorgänger - heterogene Kern-RNA (g-n-RNA)
  2. Transfer-RNA (t-RNA) und deren Vorläufer
  3. ribosomal (r-RNA) und sein Vorgänger
  4. kleine Kern-RNA (sn-RNA)
  5. kleine nukleoläre RNA (sno-RNA)
  6. Signalerkennungs-RNA (srp-RNA)
  7. miRNA (mi-RNA)
  8. mitochondriale RNA (t+ RNA).

Heterogene Kern- und Informations-(Matrix)-RNA

Heterogene Kern-RNA ist einzigartig für Eukaryoten. Es ist der Vorläufer der Boten-RNA (i-RNA), die genetische Informationen von der Kern-DNA zum Zytoplasma transportiert. Heterogene Kern-RNA (Prä-mRNA) wurde vom sowjetischen Biochemiker G. P. Georgiev entdeckt. Die Anzahl der g-RNA-Typen entspricht der Anzahl der Gene, da sie als direkte Kopie der codierenden Sequenzen des Genoms dient, wodurch sie Kopien von DNA-Palindromen enthält, daher enthält ihre Sekundärstruktur Haarnadeln und lineare Abschnitte . Das Enzym RNA-Polymerase II spielt eine Schlüsselrolle bei der Transkription von RNA aus DNA.

Messenger-RNA entsteht durch Prozessierung (Reifung) von rn-RNA, bei der Haarnadeln abgeschnitten, nicht kodierende Regionen (Introns) herausgeschnitten und kodierende Exons zusammengeklebt werden.

Boten-RNA (i-RNA) ist eine Kopie eines bestimmten DNA-Abschnitts und fungiert als Träger genetischer Informationen von der DNA zum Ort der Proteinsynthese (Ribosom) und ist direkt am Zusammenbau seiner Moleküle beteiligt.

Reife Boten-RNA hat mehrere Regionen mit unterschiedlichen funktionellen Rollen (Abb.)

  • am 5"-Ende befindet sich das sogenannte "cap" oder cap - ein Abschnitt aus ein bis vier modifizierten Nukleotiden. Diese Struktur schützt das 5"-Ende der mRNA vor Endonukleasen
  • hinter der "Kappe" befindet sich eine 5 "untranslatierte Region - eine Sequenz von mehreren zehn Nukleotiden. Sie ist komplementär zu einem der Abschnitte der r-RNA, die in der kleinen Untereinheit des Ribosoms enthalten ist. Aus diesem Grund dient sie für die primäre Bindung von m-RNA an das Ribosom, aber selbst nicht ausgesendet
  • Initiationscodon – AUG, das Methionin codiert. Alle mRNAs haben das gleiche Startcodon. Damit beginnt die Übersetzung (Lesung) der mRNA. Wird Methionin nach dem Aufbau der Peptidkette nicht benötigt, so wird es in der Regel von seinem N-Terminus abgespalten.
  • Auf das Startcodon folgt der kodierende Teil, der Informationen über die Abfolge der Aminosäuren im Protein enthält. In Eukaryoten sind reife mRNAs monocistronisch; jeder von ihnen trägt Informationen über die Struktur nur einer Polypeptidkette.

    Eine andere Sache ist, dass manchmal die Peptidkette kurz nach der Bildung auf dem Ribosom in mehrere kleinere Ketten geschnitten wird. Dies geschieht beispielsweise bei der Synthese von Insulin und einer Reihe von Oligopeptidhormonen.

    Der codierende Teil der reifen eukaryotischen mRNA ist frei von Introns – irgendwelchen interkalierten nicht codierenden Sequenzen. Mit anderen Worten, es gibt eine kontinuierliche Folge von Sense-Codons, die in der Richtung 5" -> 3" gelesen werden müssen.

  • Am Ende dieser Sequenz befindet sich ein Terminationscodon – eines von drei „bedeutungslosen“ Codons: UAA, UAG oder UGA (siehe Tabelle des genetischen Codes unten).
  • Auf dieses Codon kann eine weitere 3'-untranslatierte Region folgen, die viel länger als die 5'-untranslatierte Region ist.
  • Schließlich enthalten fast alle reifen eukaryotischen mRNAs (außer Histon-mRNAs) ein Poly(A)-Fragment von 150–200 Adenylnukleotiden am 3'-Ende.

Die 3'-untranslatierte Region und das Poly(A)-Fragment sind mit der Regulation der mRNA-Lebensdauer verbunden, da die Zerstörung der mRNA durch 3'-Exonukleasen durchgeführt wird. Nach Abschluss der mRNA-Translation werden 10–15 Nukleotide vom Poly(A)-Fragment abgespalten. Wenn dieses Fragment erschöpft ist, beginnt ein erheblicher Teil der mRNA abgebaut zu werden (wenn die 3'-untranslatierte Region fehlt).

Die Gesamtzahl der Nukleotide in mRNA variiert normalerweise innerhalb weniger Tausend. In diesem Fall kann der codierende Teil manchmal nur 60–70 % der Nukleotide ausmachen.

In Zellen sind mRNA-Moleküle fast immer mit Proteinen assoziiert. Letztere stabilisieren wahrscheinlich die lineare Struktur der mRNA, verhindern also die Bildung von "Haarnadeln" im kodierenden Teil. Darüber hinaus können Proteine ​​mRNA vor vorzeitigem Abbau schützen. Solche Komplexe von mRNA mit Proteinen werden manchmal als Informasomen bezeichnet.

Transfer-RNA im Zytoplasma der Zelle transportiert Aminosäuren in aktivierter Form zu den Ribosomen, wo sie in einer bestimmten Reihenfolge, die durch das RNA-Template (mRNA) vorgegeben wird, zu Peptidketten zusammengesetzt werden. Derzeit sind Daten zur Nukleotidsequenz von mehr als 1700 Arten von tRNA aus prokaryotischen und eukaryotischen Organismen bekannt. Alle haben gemeinsame Merkmale sowohl in ihrer Primärstruktur als auch in der Art und Weise, wie die Polynukleotidkette aufgrund der komplementären Wechselwirkung der in ihrer Struktur enthaltenen Nukleotide in eine Sekundärstruktur gefaltet wird.

Transfer-RNA enthält in ihrer Zusammensetzung nicht mehr als 100 Nukleotide, darunter einen hohen Gehalt an geringfügigen oder modifizierten Nukleotiden.

Die erste vollständig entschlüsselte Transfer-RNA war aus Hefe isolierte Alanin-RNA. Die Analyse zeigte, dass Alanin-RNA aus 77 Nukleotiden besteht, die in einer streng definierten Sequenz angeordnet sind; dazu gehören die sogenannten Nebennukleotide, repräsentiert durch atypische Nukleoside

  • Dihydrouridin (dgU) und Pseudouridin (Ψ);
  • Inosin (I): im Vergleich zu Adenosin ist die Aminogruppe durch eine Ketogruppe ersetzt;
  • Methylinosin (mI), Methyl- und Dimethylguanosin (mG und m 2 G);
  • Methyluridin (mU): wie Ribothymidin.

Alanin-tRNA enthält 9 ungewöhnliche Basen mit einer oder mehreren Methylgruppen, die nach der Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen Nukleotiden enzymatisch an sie gebunden werden. Diese Basen sind unfähig, gewöhnliche Paare zu bilden; vielleicht dienen sie dazu, die Basenpaarung in bestimmten Teilen des Moleküls zu verhindern und damit bestimmte chemische Gruppen freizulegen, die sekundäre Bindungen mit der Boten-RNA, dem Ribosom, oder vielleicht mit dem Enzym eingehen, das notwendig ist, um eine bestimmte Aminosäure an die entsprechende Transfer-RNA zu binden.

Die bekannte Nukleotidsequenz in tRNA bedeutet im Wesentlichen, dass ihre Sequenz in den Genen, auf denen diese tRNA synthetisiert wird, ebenfalls bekannt ist. Diese Sequenz kann basierend auf den von Watson und Crick aufgestellten spezifischen Basenpaarungsregeln abgeleitet werden. 1970 wurde ein komplettes doppelsträngiges DNA-Molekül mit der entsprechenden Sequenz von 77 Nukleotiden synthetisiert, und es stellte sich heraus, dass es als Matrize für die Konstruktion von Alanin-Transfer-RNA dienen könnte. Es war das erste künstlich synthetisierte Gen.

tRNA-Transkription

Die Transkription von tRNA-Molekülen erfolgt von DNA-codierenden Sequenzen unter Beteiligung des Enzyms RNA-Polymerase III. Während der Transkription wird die Primärstruktur der tRNA in Form eines linearen Moleküls gebildet. Die Bildung beginnt mit der Zusammenstellung einer Nukleotidsequenz durch die RNA-Polymerase entsprechend dem Gen, das Informationen über diese Transfer-RNA enthält. Diese Sequenz ist eine lineare Polynukleotidkette, in der Nukleotide aufeinander folgen. Eine lineare Polynukleotidkette ist eine primäre RNA, ein Vorläufer von tRNA, die Introns enthält - nicht informative Überschüsse von Nukleotiden. Auf dieser Organisationsebene ist die Prä-tRNA nicht funktionsfähig. Pre-tRNA wird an verschiedenen Stellen in der DNA von Chromosomen gebildet und enthält im Vergleich zur reifen tRNA einen Überschuss von etwa 40 Nukleotiden.

Im zweiten Schritt wird der neu synthetisierte tRNA-Vorläufer einer posttranskriptionellen Reifung oder Prozessierung unterzogen. Während der Prozessierung werden nicht-informative Überschüsse an Prä-RNA entfernt und reife, funktionsfähige RNA-Moleküle gebildet.

Prä-tRNA-Verarbeitung

Die Prozessierung beginnt mit der Bildung von intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen im Transkript und das tRNA-Molekül nimmt die Form eines Kleeblatts an. Dies ist die sekundäre Ebene der tRNA-Organisation, auf der das tRNA-Molekül noch nicht funktionsfähig ist. Als nächstes werden nicht-informative Regionen aus Prä-RNA herausgeschnitten, informative Regionen von "gebrochenen Genen" werden gespleißt - Spleißen und Modifizieren der 5'- und 3'-terminalen Regionen der RNA.

Die Exzision nicht-informativer Bereiche der Prä-RNA wird mit Hilfe von Ribonukleasen (Exo- und Endonukleasen) durchgeführt. Nach der Entfernung überschüssiger Nukleotide erfolgt eine Methylierung der tRNA-Basen. Die Reaktion wird durch Methyltransferasen durchgeführt. S-Adenosylmethionin wirkt als Methylgruppen-Donor. Die Methylierung verhindert die Zerstörung der tRNA durch Nukleasen. Die endgültige reife tRNA entsteht durch die Anlagerung eines spezifischen Trios von Nukleotiden (Akzeptorende) - CCA, was von einer speziellen RNA-Polymerase durchgeführt wird.

Nach Abschluss der Prozessierung werden in der Sekundärstruktur wieder zusätzliche Wasserstoffbrückenbindungen gebildet, wodurch die tRNA auf die tertiäre Organisationsebene übergeht und die Form der sogenannten L-Form annimmt. In dieser Form gelangt tRNA in das Hyaloplasma.

tRNA-Struktur

Die Struktur der Transfer-RNA basiert auf einer Kette von Nukleotiden. Da jedoch jede Nukleotidkette positiv und negativ geladene Teile hat, kann sie sich nicht ungefaltet in der Zelle befinden. Diese geladenen Teile, die voneinander angezogen werden, bilden nach dem Prinzip der Komplementarität leicht Wasserstoffbrückenbindungen miteinander. Wasserstoffbrückenbindungen verdrehen den tRNA-Strang auf bizarre Weise und halten ihn in dieser Position. Dadurch hat die Sekundärstruktur der t-RNA die Form eines "Kleeblatts" (Abb.), das in seiner Struktur 4 doppelsträngige Bereiche enthält. Ein hoher Gehalt an geringfügigen oder modifizierten Nukleotiden, die in der tRNA-Kette festgestellt werden und zu komplementären Wechselwirkungen nicht in der Lage sind, bildet 5 einzelsträngige Regionen.

Das. Die Sekundärstruktur der tRNA wird als Ergebnis der Intrastrangpaarung komplementärer Nukleotide einzelner Abschnitte der tRNA gebildet. Die Regionen der tRNA, die nicht an der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden beteiligt sind, bilden Schleifen oder lineare Verknüpfungen. In der tRNA werden folgende Strukturregionen unterschieden:

  1. Akzeptorstelle (Ende), bestehend aus vier linear angeordneten Nukleotiden, von denen drei in allen tRNA-Typen die gleiche Sequenz aufweisen - CCA. Das Hydroxyl 3 "-OH von Adenosin ist frei. Eine Aminosäure ist mit einer Carboxylgruppe daran gebunden, daher ist der Name dieser tRNA-Stelle Akzeptor. Die an die 3"-Hydroxylgruppe von Adenosin gebundene tRNA-Aminosäure liefert das Amino Säure zu den Ribosomen, wo die Proteinsynthese stattfindet.
  2. Anticodon-Schleife, normalerweise aus sieben Nukleotiden gebildet. Es enthält ein Triplett von Nukleotiden, die für jede tRNA spezifisch sind und als Anticodon bezeichnet werden. Das tRNA-Anticodon paart sich nach dem Prinzip der Komplementarität mit dem mRNA-Codon. Die Codon-Anticodon-Wechselwirkung bestimmt die Reihenfolge, in der Aminosäuren in der Polypeptidkette während ihres Zusammenbaus in Ribosomen angeordnet werden.
  3. Pseudouridyl-Schleife (oder TΨC-Schleife), bestehend aus sieben Nukleotiden und notwendigerweise enthaltend einen Pseudouridylsäurerest. Es wird angenommen, dass die Pseudouridyl-Schleife an der Bindung von tRNA an das Ribosom beteiligt ist.
  4. Dihydrouridin oder D-Schleife, üblicherweise bestehend aus 8–12 Nukleotidresten, unter denen sich notwendigerweise mehrere Dihydrouridinreste befinden. Es wird angenommen, dass die D-Schleife für die Bindung an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase notwendig ist, die an der Erkennung ihrer tRNA durch eine Aminosäure beteiligt ist (siehe "Proteinbiosynthese").
  5. Zusätzliche Schleife, die in Größe und Zusammensetzung der Nukleotide in verschiedenen tRNAs variiert.

Die Tertiärstruktur der tRNA hat nicht mehr die Form eines Kleeblatts. Aufgrund der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden aus verschiedenen Teilen des "Kleeblatts" wickeln sich seine Blütenblätter um den Körper des Moleküls und werden zusätzlich durch Van-der-Waals-Bindungen in dieser Position gehalten, die der Form des Buchstabens G oder L ähneln Das Vorhandensein einer stabilen Tertiärstruktur ist ein weiteres Merkmal von t-RNA im Gegensatz zu den langen linearen mRNA-Polynukleotiden. Sie können genau verstehen, wie verschiedene Teile der t-RNA-Sekundärstruktur während der Bildung der Tertiärstruktur gebogen werden, indem Sie die Farben des Schemas der Sekundär- und Tertiärstruktur der t-RNA vergleichen.

Transfer-RNAs (tRNAs) transportieren während der Proteinsynthese Aminosäuren aus dem Zytoplasma zu den Ribosomen. Aus der Tabelle mit dem genetischen Code ist ersichtlich, dass jede Aminosäure von mehreren Nukleotidsequenzen kodiert wird, jede Aminosäure also eine eigene Transfer-RNA besitzt. Infolgedessen gibt es eine große Vielfalt an tRNAs, von einer bis zu sechs Arten für jede der 20 Aminosäuren. Arten von tRNA, die dieselbe Aminosäure binden können, werden als Isoakzeptoren bezeichnet (z. B. kann Alanin an tRNA angehängt werden, deren Anticodon komplementär zu den Codons GCU, GCC, GCA, GCG ist). Die Spezifität einer tRNA wird durch einen hochgestellten Index angezeigt, zum Beispiel: tRNA Ala.

Für den Prozess der Proteinsynthese sind die wichtigsten funktionellen Teile der tRNA: Anticodon - eine Sequenz von Nukleotiden, die sich auf der Anticodon-Schleife befinden und komplementär zum Codon der Informations-RNA (i-RNA) sind, und der Akzeptorteil - das Ende der t-RNA gegenüber dem Anticodon, an das die Aminosäure gebunden ist. Die Basensequenz im Anticodon hängt direkt von der Art der an den 3"-Terminus angehängten Aminosäure ab. Beispielsweise kann tRNA, deren Anticodon die Sequenz 5"-CCA-3" hat, nur die Aminosäure Tryptophan tragen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Abhängigkeit den Kern der Übertragung genetischer Informationen bildet, deren Träger die t-RNA ist.

Bei der Proteinsynthese erkennt das tRNA-Anticodon die Drei-Buchstaben-Sequenz des genetischen Codes (Codon) der i-RNA und gleicht sie mit der einzigen entsprechenden Aminosäure ab, die am anderen Ende der tRNA fixiert ist. Nur wenn das Anticodon komplementär zur mRNA-Region ist, kann sich die Transfer-RNA daran anschließen und die übertragene Aminosäure für den Aufbau einer Proteinkette abgeben. Die Wechselwirkung zwischen t-RNA und i-RNA findet im Ribosom statt, das auch aktiv an der Translation beteiligt ist.

Die Erkennung der tRNA ihrer Aminosäure und des Codons der i-RNA erfolgt auf eine bestimmte Weise:

  • Die Bindung der „eigenen“ Aminosäure an die tRNA erfolgt mit Hilfe eines Enzyms – einer spezifischen Aminoacyl-tRNA-Synthetase

    Je nach Anzahl der von den Aminosäuren verwendeten tRNAs gibt es eine Vielzahl von Aminoacyl-tRNA-Synthetasen. Sie werden kurz ARSasen genannt. Aminoacyl-tRNA-Synthetasen sind große Moleküle (Molekulargewicht 100.000 - 240.000) mit Quartärstruktur. Sie erkennen spezifisch tRNA und Aminosäuren und katalysieren deren Kombination. Dieser Prozess erfordert ATP, dessen Energie verwendet wird, um die Aminosäure vom Carboxylende zu aktivieren und sie an das Hydroxyl (3 "-OH) des Adenosinakzeptorendes (CCA) von tRNA zu binden. Es wird angenommen, dass dies im Molekül der Fall ist jeder Aminoacyl-tRNA-Synthetase gibt es mindestens drei Bindungszentren: für Aminosäuren, Isoakzeptor-tRNAs und ATP wird bei ihrer Fehlpaarung (Anheftung der „falschen“ Aminosäure an die tRNA) hydrolysiert.

    ARSasen haben die Fähigkeit, bei der Erkennung selektiv eine Auswahl von tRNAs für jede Aminosäure zu verwenden, d.h. das führende Bindeglied bei der Erkennung ist die Aminosäure, an die die eigene tRNA angepasst ist. Außerdem überträgt die tRNA durch einfache Diffusion die daran gebundene Aminosäure zu den Ribosomen, wo das Protein aus Aminosäuren zusammengesetzt wird, die in Form verschiedener Aminoacyl-tRNAs bereitgestellt werden.

    Bindung einer Aminosäure an tRNA

    Die Bindung von tRNA und Aminosäure läuft wie folgt ab (Abb.): Eine Aminosäure und ein ATP-Molekül werden an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase gebunden. Für die anschließende Aminoacetylierung setzt das ATP-Molekül Energie frei, indem es zwei Phosphatgruppen abspaltet. Das verbleibende AMP (Adenosinmonophosphat) heftet sich an die Aminosäure und bereitet sie für die Verbindung mit der Akzeptorstelle der tRNA vor – der Akzeptor-Haarnadel. Danach heftet die Synthetase die zugehörige tRNA an die entsprechende Aminosäure. In diesem Stadium wird die Kompatibilität der tRNA mit der Synthetase überprüft. Im Falle einer Übereinstimmung heftet sich die tRNA fest an die Synthetase und ändert ihre Struktur, was zum Start des Prozesses der Aminoacylierung führt - der Anheftung einer Aminosäure an die tRNA.

    Aminoacylierung tritt auf, wenn ein an eine Aminosäure gebundenes AMP-Molekül durch ein tRNA-Molekül ersetzt wird. Nach diesem Austausch verlässt AMP die Synthetase und die tRNA wird für einen letzten Aminosäurecheck aufgehalten.

    Überprüfung der Übereinstimmung von tRNA mit der angehängten Aminosäure

    Das Synthetase-Modell zur Überprüfung der Übereinstimmung von tRNA mit der angehängten Aminosäure geht von der Anwesenheit von zwei aktiven Zentren aus: synthetisch und korrigierend. Im Synthesezentrum wird tRNA an eine Aminosäure gebunden. Die Akzeptorstelle der von der Synthetase eingefangenen tRNA kontaktiert zunächst das Synthesezentrum, das bereits die an AMP gebundene Aminosäure enthält. Dieser Kontakt der tRNA-Akzeptorstelle verleiht ihr eine unnatürliche Verdrehung, bis die Aminosäure angefügt ist. Nachdem die Aminosäure an die Akzeptorstelle der tRNA gebunden ist, verschwindet die Notwendigkeit, dass diese Stelle im Synthesezentrum ist, die tRNA richtet sich auf und bewegt die daran gebundene Aminosäure zum Korrekturzentrum. Stimmen die Größe des an die tRNA angehängten Aminosäuremoleküls und die Größe des Korrekturzentrums nicht überein, wird die Aminosäure als falsch erkannt und von der tRNA abgelöst. Synthetase ist bereit für den nächsten Zyklus. Wenn die Größe des an die tRNA gebundenen Aminosäuremoleküls und die Größe des Korrekturzentrums übereinstimmen, wird die mit der Aminosäure beladene tRNA freigesetzt: Sie ist bereit, ihre Rolle bei der Proteintranslation zu spielen. Und die Synthetase ist bereit, neue Aminosäuren und tRNAs anzuhängen und den Zyklus von neuem zu beginnen.

    Die Verknüpfung einer ungeeigneten Aminosäure mit einer Synthetase kommt im Durchschnitt in 1 Fall von 50.000 vor, und bei einer fehlerhaften tRNA nur einmal pro 100.000 Anheftungen.

  • Die Wechselwirkung von mRNA-Codon und tRNA-Anticodon erfolgt nach dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität

    Die Wechselwirkung von tRNA mit dem mRNA-Codon nach dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität bedeutet: Da die Bedeutung des mRNA-Codons in 5"->3"-Richtung gelesen wird, muss das Anticodon in der tRNA in 3"->3"-Richtung gelesen werden. >5" Richtung. In diesem Fall sind die ersten beiden Basen von Codon und Anticodon streng komplementär gepaart, dh es werden nur Paare A U und G C gebildet Die Paarung dritter Basen kann von diesem Prinzip abweichen. Gültige Paare werden durch das Schema definiert:

    Aus dem Schema folgt folgendes.

    • Ein tRNA-Molekül bindet nur an Typ-1-Codon, wenn das dritte Nukleotid in seinem Anticodon C oder A ist
    • tRNA bindet an 2 Arten von Codons, wenn das Anticodon auf U oder G endet.
    • Und schließlich bindet tRNA an 3 Arten von Codons, wenn das Anticodon mit I (Inosinnukleotid) endet; eine solche Situation insbesondere bei Alanin-tRNA.

      Daraus wiederum folgt, dass für die Erkennung von 61 Sense-Codons im Prinzip nicht die gleiche, sondern eine geringere Zahl unterschiedlicher tRNAs benötigt werden.

    Ribosomale RNA

    Ribosomale RNAs sind die Grundlage für die Bildung von Ribosomenuntereinheiten. Ribosomen sorgen für die räumliche Anordnung von mRNA und tRNA während der Proteinsynthese.

    Jedes Ribosom besteht aus einer großen und einer kleinen Untereinheit. Untereinheiten umfassen eine große Anzahl von Proteinen und ribosomalen RNAs, die keiner Translation unterliegen. Ribosomen unterscheiden sich wie ribosomale RNA im Sedimentationskoeffizienten (Sedimentation), gemessen in Svedberg-Einheiten (S). Dieser Koeffizient hängt von der Sedimentationsgeschwindigkeit der Untereinheiten während der Zentrifugation in einem gesättigten wässrigen Medium ab.

    Jedes eukaryotische Ribosom hat einen Sedimentationskoeffizienten von 80S und wird allgemein als 80S-Partikel bezeichnet. Es enthält

    • eine kleine Untereinheit (40S), die ribosomale RNA mit einem Sedimentationskoeffizienten von 18S-rRNA und 30 Molekülen verschiedener Proteine ​​enthält,
    • eine große Untereinheit (60S), die 3 verschiedene rRNA-Moleküle (ein langes und zwei kurze – 5S, 5.8S und 28S) sowie 45 Proteinmoleküle umfasst.

      Die Untereinheiten bilden das „Skelett“ des Ribosoms, jede von ihren eigenen Proteinen umgeben. Der Sedimentationskoeffizient eines vollständigen Ribosoms stimmt nicht mit der Summe der Koeffizienten seiner beiden Untereinheiten überein, was mit der räumlichen Konfiguration des Moleküls zusammenhängt.

    Die Struktur von Ribosomen in Prokaryoten und Eukaryoten ist ungefähr gleich. Sie unterscheiden sich nur im Molekulargewicht. Das bakterielle Ribosom hat einen Sedimentationskoeffizienten von 70S und wird als 70S-Partikel bezeichnet, was auf eine niedrigere Sedimentationsrate hinweist; enthält

    • kleine (30S) Untereinheit - 16S rRNA + Proteine
    • große Untereinheit (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + Proteine ​​der großen Untereinheit (Abb.)

    In rRNA ist unter den stickstoffhaltigen Basen der Gehalt an Guanin und Cytosin höher als üblich. Kleinere Nukleoside werden ebenfalls gefunden, aber nicht so häufig wie in tRNA: ungefähr 1%. Dies sind hauptsächlich Ribose-methylierte Nukleoside. Die Sekundärstruktur der rRNA hat viele doppelsträngige Regionen und Schleifen (Abb.). Dies ist die Struktur von RNA-Molekülen, die in zwei aufeinanderfolgenden Prozessen gebildet werden – DNA-Transkription und Reifung (Verarbeitung) von RNA.

    Transkription von rRNA aus DNA und Prozessierung von rRNA

    Prä-rRNA wird im Nukleolus produziert, wo sich die rRNA-Transkripte befinden. Die Transkription von rRNA aus DNA erfolgt mit Hilfe von zwei zusätzlichen RNA-Polymerasen. RNA-Polymerase I transkribiert 5S, 5.8S und 28S als ein langes 45S-Transkript, das dann in die erforderlichen Teile gespalten wird. Dies gewährleistet eine gleiche Anzahl von Molekülen. Im menschlichen Körper enthält jedes haploide Genom ungefähr 250 Kopien der DNA-Sequenz, die das 45S-Transkript kodiert. Sie befinden sich in fünf geclusterten Tandem-Repeats (d. h. paarweise hintereinander) auf den kurzen Armen der Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22. Diese Regionen sind aufgrund ihrer Transkription und anschließenden Prozessierung als nukleoläre Organisatoren bekannt Das 45S-Transkript kommt im Nukleolus vor.

    Es gibt 2000 Kopien des 5S-pRNA-Gens in mindestens drei Clustern von Chromosom 1. Ihre Transkription findet in Gegenwart von RNA-Polymerase III außerhalb des Nukleolus statt.

    Während der Verarbeitung bleibt etwas mehr als die Hälfte der Prä-rRNA übrig und reife rRNA wird freigesetzt. Ein Teil der rRNA-Nukleotide wird einer Modifikation unterzogen, die in einer Basenmethylierung besteht. Die Reaktion wird durch Methyltransferasen durchgeführt. S-Adenosylmethionin wirkt als Methylgruppen-Donor. Reife rRNAs verbinden sich im Zellkern mit Proteinen von Ribosomen, die hier aus dem Zytoplasma stammen, und bilden kleine und große ribosomale Untereinheiten. Reife rRNAs werden in einem Komplex mit einem Protein vom Zellkern ins Zytoplasma transportiert, was sie zusätzlich vor Zerstörung schützt und ihren Transfer erleichtert.

    Ribosomenzentren

    Ribosomen unterscheiden sich signifikant von anderen Zellorganellen. Im Zytoplasma kommen sie in zwei Zuständen vor: inaktiv, wenn die großen und kleinen Untereinheiten voneinander getrennt sind, und aktiv - während der Ausübung ihrer Funktion - Proteinsynthese, wenn die Untereinheiten miteinander verbunden sind.

    Der Vorgang des Verbindens von Ribosomenuntereinheiten oder des Zusammenbaus eines aktiven Ribosoms wird als Translationsinitiation bezeichnet. Dieser Zusammenbau erfolgt in einer streng geordneten Weise, die von den funktionellen Zentren der Ribosomen bereitgestellt wird. Alle diese Zentren befinden sich auf den Kontaktflächen beider Untereinheiten des Ribosoms. Diese beinhalten:

    1. mRNA-Bindungszentrum (M-Zentrum). Sie wird von der 18S-rRNA-Region gebildet, die über 5-9 Nukleotide komplementär zum 5'-untranslatierten mRNA-Fragment ist.
    2. Peptidylzentrum (P-Zentrum). Zu Beginn des Translationsprozesses bindet die initiierende aa-tRNA daran. In Eukaryoten kodiert das initiierende Codon aller mRNAs immer für Methionin, daher ist die initiierende aa-tRNA eine der beiden Methionin-aa-tRNAs, gekennzeichnet mit dem Index i: Met-tRNA i Met . In den nachfolgenden Translationsstufen befindet sich im P-Zentrum die Peptidyl-tRNA, die den bereits synthetisierten Teil der Peptidkette enthält.

      Manchmal sprechen sie auch vom E-Zentrum (von "Ausgang" - Ausgang), wo sich die tRNA, die ihre Verbindung mit dem Peptidyl verloren hat, bewegt, bevor sie das Ribosom verlässt. Dieses Zentrum kann jedoch als integraler Bestandteil des P-Zentrums betrachtet werden.

    3. Aminosäurezentrum (A-Zentrum) - die Bindungsstelle der nächsten aa-tRNA.
    4. Peptidyl-Transferase-Zentrum (PTF-Zentrum) – es katalysiert die Übertragung von Peptidyl von der Zusammensetzung der Peptidyl-tRNA auf die nächste aa-tRNA, die in das A-Zentrum eingetreten ist. Dabei wird eine weitere Peptidbindung geknüpft und das Peptidyl um eine Aminosäure verlängert.

    Sowohl im Aminosäurezentrum als auch im Peptidylzentrum ist die Anticodon-Schleife der entsprechenden tRNA (aa-tRNA oder Peptidyl-tRNA) offensichtlich dem M-Zentrum – dem Bindungszentrum der Boten-RNA (interagiert mit mRNA) – und dem Akzeptor zugewandt Schleife mit Aminoacyl- oder Peptidyl-PTF-Zentrum.

    Verteilung der Zentren zwischen den Untereinheiten

    Die Verteilung der Zentren zwischen den Untereinheiten des Ribosoms erfolgt wie folgt:

    • Kleine Untereinheit. Da diese Untereinheit 18S-rRNA enthält, an deren Stelle mRNA bindet, befindet sich das M-Zentrum auf dieser Untereinheit. Außerdem befinden sich hier auch der Hauptteil des A-Zentrums und ein kleiner Teil des P-Zentrums.
    • Große Untereinheit. Die restlichen Teile der P- und A-Zentren befinden sich auf seiner Kontaktfläche. Beim P-Zentrum ist dies dessen Hauptteil, beim A-Zentrum die Bindungsstelle der α-tRNA-Akzeptorschleife mit dem Aminosäurerest (Aminoacyl); der Rest und der größte Teil der aa-tRNA bindet an die kleine Untereinheit. Auch das PTF-Zentrum gehört zur großen Untereinheit.
    Alle diese Umstände bestimmen die Reihenfolge des Zusammenbaus des Ribosoms im Stadium der Translationsinitiation.

    Ribosomen-Initiation (Vorbereitung des Ribosoms für die Proteinsynthese)

    Die Proteinsynthese oder Translation selbst wird normalerweise in drei Phasen unterteilt: Initiation (Beginn), Elongation (Verlängerung der Polypeptidkette) und Termination (Ende). In der Initiationsphase wird das Ribosom auf seine Arbeit vorbereitet: die Verbindung seiner Untereinheiten. In bakteriellen und eukaryotischen Ribosomen laufen die Verbindung von Untereinheiten und der Beginn der Translation auf unterschiedliche Weise ab.

    Das Starten einer Übertragung ist der langsamste Vorgang. Neben den Untereinheiten des Ribosoms, mRNA und tRNA, sind daran GTP und drei Proteininitiationsfaktoren (IF-1, IF-2 und IF-3) beteiligt, die keine integralen Bestandteile des Ribosoms sind. Initiationsfaktoren erleichtern die Bindung von mRNA an die kleine Untereinheit und GTP. GTP liefert durch Hydrolyse Energie für den Verschluss von Ribosomen-Untereinheiten.

    1. Die Initiation beginnt, wenn die kleine Untereinheit (40S) an den Initiationsfaktor IF-3 bindet, was zu einem Hindernis für die vorzeitige Bindung der großen Untereinheit und der Möglichkeit einer mRNA-Anlagerung daran führt.
    2. Weiterhin verbindet sich mRNA (mit ihrer 5'-untranslatierten Region) mit dem Komplex „kleine Untereinheit (40S) + IF-3". In diesem Fall befindet sich das Initiationscodon (AUG) auf der Ebene des Peptidylzentrums des zukünftigen Ribosoms .
    3. Außerdem schließen sich zwei weitere Initiationsfaktoren dem Komplex "kleine Untereinheit + IF-3 + mRNA" an: IF-1 und IF-2, während letzteres eine spezielle Transfer-RNA mit sich trägt, die als initiierende aa-tRNA bezeichnet wird. Der Komplex umfasst auch GTP.

      Die kleine Untereinheit bindet an die mRNA und präsentiert zwei Codons zum Lesen. In der ersten Stufe verankert das IF-2-Protein die Initiator-aa-tRNA. Das zweite Codon schließt das IF-1-Protein, das es blockiert, und verhindert, dass die nächste tRNA sich anschließt, bis das Ribosom vollständig zusammengesetzt ist.

    4. Nach Bindung der initiierenden aa-tRNA, d. h. Met-tRNA i Met, aufgrund komplementärer Wechselwirkung mit mRNA (initiierendes Codon AUG) und deren Platzieren im P-Zentrum erfolgt die Bindung von Ribosomen-Untereinheiten. GTP wird zu BIP und anorganischem Phosphat hydrolysiert, und die beim Aufbrechen dieser hochenergetischen Bindung freigesetzte Energie erzeugt einen thermodynamischen Stimulus, damit der Prozess in die richtige Richtung abläuft. Gleichzeitig verlassen Initiationsfaktoren das Ribosom.

    So entsteht eine Art „Sandwich“ aus vier Hauptkomponenten. Gleichzeitig befinden sich das initiierende mRNA-Codon (AUG) und die damit verbundene initiierende aa-tRNA im P-Zentrum des zusammengesetzten Ribosoms. Letztere spielt bei der Bildung der ersten Peptidbindung die Rolle der Peptidyl-tRNA.

    Von RNA-Polymerase synthetisierte RNA-Transkripte durchlaufen normalerweise weitere enzymatische Transformationen, die als posttranskriptionelle Verarbeitung bezeichnet werden, und erlangen erst danach ihre funktionelle Aktivität. Transkripte unreifer Boten-RNA werden als heterogene Kern-RNA (hnRNA) bezeichnet. Sie bestehen aus einer Mischung sehr langer RNA-Moleküle, die Introns und Exons enthalten. Die Reifung (Verarbeitung) von hnRNA in Eukaryoten umfasst mehrere Stufen, von denen eine die Entfernung von Introns – nicht übersetzte Insertionssequenzen – und die Fusion von Exons ist. Der Prozess läuft so ab, dass aufeinanderfolgende Exons, d. h. kodierende mRNA-Fragmente, niemals physikalisch getrennt werden. Exons sind durch Moleküle, sogenannte kleine nukleäre RNAs (snRNAs), sehr genau miteinander verbunden. Die Funktion dieser kurzen Kern-RNAs, die aus etwa hundert Nukleotiden bestehen, war lange unklar. Es wurde festgestellt, nachdem festgestellt wurde, dass ihre Nukleotidsequenz zu den Sequenzen an den Enden jedes der Introns komplementär ist. Durch die Paarung von Basen, die in der snRNA und an den Enden des geloopten Introns enthalten sind, nähern sich die Sequenzen zweier Exons so an, dass es möglich wird, das sie trennende Intron zu entfernen und die enzymatische Verbindung (Spleißen) von kodierenden Fragmenten ( Exons). snRNA-Moleküle spielen also die Rolle von temporären Templates, die die Enden zweier Exons nahe beieinander halten, damit das Spleißen an der richtigen Stelle stattfindet (Abb.).

    Die Umwandlung von hnRNA in mRNA durch Entfernen von Introns findet in einem nuklearen RNA-Protein-Komplex statt, der als Spleißom bezeichnet wird. Jedes Spleißom hat einen Kern, der aus drei kleinen (niedermolekularen) Kern-Ribonukleoproteinen oder Snurps besteht. Jeder Snurp enthält mindestens eine kleine Kern-RNA und mehrere Proteine. Es gibt mehrere hundert verschiedene kleine Kern-RNAs, die hauptsächlich von der RNA-Polymerase II transkribiert werden. Es wird angenommen, dass ihre Hauptfunktion die Erkennung spezifischer Ribonukleinsäuresequenzen durch Basenpaarung gemäß dem RNA-RNA-Typ ist. Ul, U2, U4/U6 und U5 sind für die hnRNA-Prozessierung am wichtigsten.

    Mitochondriale RNA

    Mitochondriale DNA ist eine kontinuierliche Schleife und codiert 13 Polypeptide, 22 tRNAs und 2 rRNAs (16S und 23S). Die meisten Gene befinden sich auf derselben (schweren) Kette, aber einige von ihnen befinden sich auch auf der komplementären leichten Kette. In diesem Fall werden beide Ketten als kontinuierliche Transkripte unter Verwendung von Mitochondrien-spezifischer RNA-Polymerase transkribiert. Dieses Enzym wird durch das Kerngen kodiert. Lange RNA-Moleküle werden dann in 37 separate Spezies gespalten, und mRNA, rRNA und tRNA übersetzen zusammen 13 mRNA. Eine große Anzahl zusätzlicher Proteine, die aus dem Zytoplasma in die Mitochondrien gelangen, werden von Kerngenen übersetzt. Patienten mit systemischem Lupus erythematodes haben Antikörper gegen ihre eigenen körpereigenen Snurp-Proteine. Darüber hinaus wird angenommen, dass ein bestimmter Satz von Genen für kleine Kern-RNA des Chromosoms 15q eine wichtige Rolle bei der Pathogenese des Prader-Willi-Syndroms spielt (eine erbliche Kombination aus geistiger Behinderung, Kleinwuchs, Fettleibigkeit, Muskelhypotonie).


Die Zeit, in der wir leben, ist geprägt von erstaunlichen Veränderungen, enormen Fortschritten, in denen Menschen Antworten auf immer neue Fragen erhalten. Das Leben schreitet schnell voran, und was bis vor kurzem unmöglich schien, beginnt wahr zu werden. Gut möglich, dass das, was heute wie ein Plot aus dem Science-Fiction-Genre erscheint, bald auch Züge der Realität annehmen wird.

Eine der wichtigsten Entdeckungen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren die Nukleinsäuren RNA und DNA, dank derer der Mensch der Lösung der Geheimnisse der Natur näher kam.

Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind organische Verbindungen mit hohen Molekulargewichtseigenschaften. Sie umfassen Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor.

Sie wurden 1869 von F. Misher entdeckt, der Eiter untersuchte. Zu dieser Zeit wurde seiner Entdeckung jedoch keine große Bedeutung beigemessen. Erst später, als diese Säuren in allen tierischen und pflanzlichen Zellen gefunden wurden, kam das Verständnis für ihre enorme Rolle.

Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren: RNA und DNA (Ribonukleinsäure und Desoxyribonukleinsäure). Dieser Artikel ist der Ribonukleinsäure gewidmet, aber für ein allgemeines Verständnis werden wir auch betrachten, was DNA ist.

Was

DNA besteht aus zwei Strängen, die nach dem Gesetz der Komplementarität durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen verbunden sind. Lange Ketten sind zu einer Spirale verdreht, eine Windung enthält fast zehn Nukleotide. Der Durchmesser der Doppelhelix beträgt zwei Millimeter, der Abstand zwischen den Nukleotiden etwa einen halben Nanometer. Die Länge eines Moleküls erreicht manchmal mehrere Zentimeter. Die Länge der DNA im Zellkern einer menschlichen Zelle beträgt fast zwei Meter.

Die Struktur der DNA enthält alle DNA besitzt Replikation, also den Prozess, bei dem aus einem Molekül zwei völlig identische Tochtermoleküle gebildet werden.

Wie bereits erwähnt, besteht die Kette aus Nukleotiden, die wiederum aus stickstoffhaltigen Basen (Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin) und einem Phosphorsäurerest bestehen. Alle Nukleotide unterscheiden sich in stickstoffhaltigen Basen. Wasserstoffbrückenbindungen treten nicht zwischen allen Basen auf, Adenin beispielsweise kann sich nur mit Thymin oder Guanin verbinden. Somit gibt es im Körper so viele Adenylnukleotide wie Thymidylnukleotide, und die Anzahl der Guanylnukleotide ist gleich der Anzahl der Cytidylnukleotide (Chargaff-Regel). Es stellt sich heraus, dass die Reihenfolge einer Kette die Reihenfolge einer anderen vorgibt, und die Ketten scheinen sich gegenseitig zu spiegeln. Ein solches Muster, bei dem die Nukleotide zweier Ketten geordnet angeordnet und auch selektiv verbunden sind, nennt man das Prinzip der Komplementarität. Neben Wasserstoffverbindungen wechselwirkt die Doppelhelix auch hydrophob.

Die beiden Ketten sind gegenläufig, das heißt, sie befinden sich in entgegengesetzten Richtungen. Dem Drei-"-Ende der einen steht also das Fünf-"-Ende der anderen Kette gegenüber.

Äußerlich ähnelt es einer Wendeltreppe, deren Geländer ein Zucker-Phosphat-Rückgrat ist, und die Stufen sind komplementäre Stickstoffbasen.

Was ist Ribonukleinsäure?

RNA ist eine Nukleinsäure mit Monomeren, die Ribonukleotide genannt werden.

In seinen chemischen Eigenschaften ist es der DNA sehr ähnlich, da beide Polymere von Nukleotiden sind, die ein phosphoryliertes N-Glykosid sind, das auf einem Pentoserest (Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen) aufgebaut ist, mit einer Phosphatgruppe am fünften Kohlenstoffatom und einem Stickstoffbase am ersten Kohlenstoffatom.

Es ist eine einzelne Polynukleotidkette (außer bei Viren), die viel kürzer ist als die von DNA.

Ein RNA-Monomer sind die Reste der folgenden Substanzen:

  • Stickstoffbasen;
  • Fünf-Kohlenstoff-Monosaccharid;
  • Phosphorsäuren.

RNAs haben Pyrimidin- (Uracil und Cytosin) und Purin- (Adenin, Guanin) Basen. Ribose ist das Monosaccharid des RNA-Nukleotids.

Unterschiede zwischen RNA und DNA

Nukleinsäuren unterscheiden sich in folgenden Eigenschaften:

  • seine Menge in der Zelle hängt vom physiologischen Zustand, Alter und Organzugehörigkeit ab;
  • DNA enthält das Kohlenhydrat Desoxyribose und RNA enthält Ribose;
  • die stickstoffhaltige Base in DNA ist Thymin und in RNA Uracil;
  • Klassen erfüllen unterschiedliche Funktionen, werden aber auf der DNA-Matrix synthetisiert;
  • DNA besteht aus einer Doppelhelix, während RNA aus einem Einzelstrang besteht;
  • es ist uncharakteristisch, in der DNA zu wirken;
  • RNA hat mehr kleinere Basen;
  • Ketten variieren stark in der Länge.

Geschichte des Studiums

Die RNA-Zelle wurde zuerst von einem deutschen Biochemiker R. Altman entdeckt, als er Hefezellen untersuchte. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Rolle der DNA in der Genetik bewiesen. Erst dann wurden RNA-Typen, Funktionen usw. beschrieben. Bis zu 80-90 % der Masse in der Zelle entfällt auf rRNA, die zusammen mit Proteinen das Ribosom bildet und an der Proteinbiosynthese beteiligt ist.

In den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurde erstmals vermutet, dass es eine bestimmte Spezies geben muss, die die genetische Information für die Proteinsynthese trägt. Danach wurde wissenschaftlich festgestellt, dass es solche informativen Ribonukleinsäuren gibt, die komplementäre Kopien von Genen darstellen. Sie werden auch Boten-RNA genannt.

Die sogenannten Transportsäuren sind an der Entschlüsselung der darin gespeicherten Informationen beteiligt.

Später wurden Methoden entwickelt, um die Nukleotidsequenz zu identifizieren und die Struktur der RNA im Säureraum zu bestimmen. So wurde festgestellt, dass einige von ihnen, die Ribozyme genannt wurden, Polyribonukleotidketten spalten können. Infolgedessen begannen sie anzunehmen, dass zu der Zeit, als das Leben auf dem Planeten geboren wurde, RNA ohne DNA und Proteine ​​​​agierte. Darüber hinaus wurden alle Transformationen mit ihrer Teilnahme durchgeführt.

Die Struktur des Ribonukleinsäuremoleküls

Fast alle RNAs sind einzelne Ketten von Polynukleotiden, die wiederum aus Monoribonukleotiden bestehen - Purin- und Pyrimidinbasen.

Nukleotide werden durch die Anfangsbuchstaben der Basen bezeichnet:

  • Adenin (A), A;
  • Guanin (G), G;
  • Cytosin (C), C;
  • Uracil (U), U.

Sie sind durch Drei- und Fünf-Phosphodiester-Bindungen miteinander verbunden.

Eine sehr unterschiedliche Anzahl von Nukleotiden (von mehreren zehn bis zu zehntausend) ist in der Struktur der RNA enthalten. Sie können eine Sekundärstruktur bilden, die hauptsächlich aus kurzen doppelsträngigen Strängen besteht, die von komplementären Basen gebildet werden.

Struktur eines Ribnukleinsäuremoleküls

Wie bereits erwähnt, hat das Molekül eine einzelsträngige Struktur. RNA erhält ihre Sekundärstruktur und Form durch die Wechselwirkung von Nukleotiden untereinander. Es ist ein Polymer, dessen Monomer ein Nukleotid ist, das aus einem Zucker, einem Phosphorsäurerest und einer Stickstoffbase besteht. Äußerlich ähnelt das Molekül einer der DNA-Ketten. Die Nukleotide Adenin und Guanin, die Teil der RNA sind, sind Purin. Cytosin und Uracil sind Pyrimidinbasen.

Syntheseprozess

Damit ein RNA-Molekül synthetisiert werden kann, ist die Matrize ein DNA-Molekül. Allerdings passiert auch der umgekehrte Prozess, wenn neue Moleküle der Desoxyribonukleinsäure an der Ribonukleinsäurematrix gebildet werden. Dies geschieht während der Replikation bestimmter Virentypen.

Auch andere Moleküle der Ribonukleinsäure können als Grundlage für die Biosynthese dienen. An seiner Transkription, die im Zellkern stattfindet, sind viele Enzyme beteiligt, aber das bedeutendste von ihnen ist die RNA-Polymerase.

Arten

Je nach Art der RNA unterscheiden sich auch ihre Funktionen. Es gibt mehrere Arten:

  • Informations-i-RNA;
  • ribosomale r-RNA;
  • Transport-t-RNA;
  • unerheblich;
  • Ribozyme;
  • viral.

Informationen Ribonukleinsäure

Solche Moleküle werden auch Matrix genannt. Sie machen etwa zwei Prozent der Gesamtmenge in der Zelle aus. In eukaryotischen Zellen werden sie in den Kernen auf DNA-Matrizen synthetisiert, gelangen dann in das Zytoplasma und binden an Ribosomen. Außerdem werden sie zu Vorlagen für die Proteinsynthese: Sie werden durch Transfer-RNAs verbunden, die Aminosäuren tragen. So findet der Prozess der Informationstransformation statt, der sich in der einzigartigen Struktur des Proteins verwirklicht. In einigen viralen RNAs ist es auch ein Chromosom.

Jacob und Mano sind die Entdecker dieser Art. Da es keine starre Struktur hat, bildet seine Kette gebogene Schleifen. Wenn es nicht funktioniert, sammelt sich i-RNA in Falten und faltet sich zu einer Kugel und entfaltet sich im Arbeitszustand.

Die mRNA trägt Informationen über die Sequenz der Aminosäuren in dem Protein, das synthetisiert wird. Jede Aminosäure ist an einer bestimmten Stelle mit genetischen Codes kodiert, die gekennzeichnet sind durch:

  • Triplett - aus vier Mononukleotiden können vierundsechzig Codons (genetischer Code) aufgebaut werden;
  • Nichtkreuzung - Informationen bewegen sich in eine Richtung;
  • Kontinuität - das Funktionsprinzip ist, dass eine mRNA ein Protein ist;
  • Universalität - die eine oder andere Art von Aminosäure ist in allen lebenden Organismen auf die gleiche Weise kodiert;
  • Degeneration - zwanzig Aminosäuren sind bekannt und einundsechzig Codons, das heißt, sie werden von mehreren genetischen Codes codiert.

Ribosomale Ribonukleinsäure

Solche Moleküle machen die große Mehrheit der zellulären RNA aus, nämlich achtzig bis neunzig Prozent der Gesamtmenge. Sie verbinden sich mit Proteinen und bilden Ribosomen - das sind Organellen, die die Proteinsynthese durchführen.

Ribosomen bestehen zu 65 % aus rRNA und zu 35 % aus Protein. Diese Polynukleotidkette biegt sich leicht zusammen mit dem Protein.

Das Ribosom besteht aus Aminosäure- und Peptidregionen. Sie befinden sich auf Kontaktflächen.

Ribosomen bewegen sich frei an die richtigen Stellen. Sie sind nicht sehr spezifisch und können nicht nur Informationen aus mRNA lesen, sondern auch eine Matrix mit ihnen bilden.

Ribonukleinsäure transportieren

tRNAs sind die am besten untersuchten. Sie machen zehn Prozent der zellulären Ribonukleinsäure aus. Diese Arten von RNA binden dank eines speziellen Enzyms an Aminosäuren und werden an Ribosomen geliefert. In diesem Fall werden Aminosäuren von Transportmolekülen transportiert. Es kommt jedoch vor, dass verschiedene Codons für eine Aminosäure kodieren. Dann werden sie von mehreren Transport-RNAs getragen.

Wenn es inaktiv ist, rollt es sich zu einer Kugel zusammen, und wenn es funktioniert, hat es das Aussehen eines Kleeblatts.

Es enthält die folgenden Abschnitte:

  • einen Akzeptorstamm mit einer ACC-Nukleotidsequenz;
  • Stelle für die Anheftung an das Ribosom;
  • ein Anticodon, das für die Aminosäure kodiert, die an diese tRNA angehängt ist.

Kleinere Arten von Ribonukleinsäure

Vor kurzem wurden RNA-Spezies durch eine neue Klasse ergänzt, die sogenannten kleinen RNAs. Sie sind höchstwahrscheinlich universelle Regulatoren, die Gene in der Embryonalentwicklung an- oder ausschalten und auch Prozesse innerhalb von Zellen steuern.

Kürzlich wurden auch Ribozyme identifiziert, die als Katalysator aktiv an der Fermentation der RNA-Säure beteiligt sind.

Virale Arten von Säuren

Das Virus kann entweder Ribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure enthalten. Daher werden sie bei den entsprechenden Molekülen als RNA-haltig bezeichnet. Wenn ein solches Virus in eine Zelle eindringt, tritt eine reverse Transkription auf - neue DNA erscheint auf der Basis von Ribonukleinsäure, die in Zellen integriert wird und die Existenz und Reproduktion des Virus sicherstellt. In einem anderen Fall erfolgt die Bildung von komplementärer RNA auf der ankommenden RNA. Viren sind Proteine, die Lebenstätigkeit und Fortpflanzung erfolgt ohne DNA, sondern nur auf der Grundlage der in der RNA des Virus enthaltenen Informationen.

Reproduzieren

Um das Gesamtverständnis zu verbessern, ist es notwendig, den Replikationsprozess zu betrachten, der zu zwei identischen Nukleinsäuremolekülen führt. So beginnt die Zellteilung.

Es handelt sich um DNA-Polymerasen, DNA-abhängige, RNA-Polymerasen und DNA-Ligasen.

Der Replikationsprozess besteht aus den folgenden Schritten:

  • Entspiralisierung - es gibt ein sequentielles Abwickeln der mütterlichen DNA, wobei das gesamte Molekül eingefangen wird;
  • Bruch von Wasserstoffbrückenbindungen, bei denen die Ketten divergieren und eine Replikationsgabel erscheint;
  • Anpassung von dNTPs an die freigesetzten Basen mütterlicher Ketten;
  • Spaltung von Pyrophosphaten von dNTP-Molekülen und Bildung von Phosphordiesterbindungen aufgrund der freigesetzten Energie;
  • Atmung.

Nach der Bildung des Tochtermoleküls werden Kern, Zytoplasma und der Rest geteilt. So werden zwei Tochterzellen gebildet, die alle Erbinformationen vollständig erhalten haben.

Außerdem wird die Primärstruktur von Proteinen kodiert, die in der Zelle synthetisiert werden. Die DNA nimmt an diesem Prozess indirekt und nicht direkt teil, was darin besteht, dass auf der DNA die Synthese von Proteinen, der an der Bildung beteiligten RNA, stattfindet. Dieser Vorgang wird Transkription genannt.

Transkription

Die Synthese aller Moleküle erfolgt während der Transkription, d. h. dem Umschreiben der genetischen Information eines bestimmten DNA-Operons. Der Prozess ähnelt in mancher Hinsicht der Replikation, in anderen ist er ganz anders.

Ähnlichkeiten sind die folgenden Teile:

  • der Anfang kommt von der Entspiralisierung der DNA;
  • es gibt einen Bruch in den Wasserstoffbindungen zwischen den Basen der Ketten;
  • NTFs sind komplementär darauf abgestimmt;
  • Wasserstoffbrückenbindungen entstehen.

Unterschiede zur Replikation:

  • während der Transkription wird nur der dem Transkript entsprechende DNA-Abschnitt entdrillt, während während der Replikation das gesamte Molekül entdrillt wird;
  • während der Transkription enthalten abstimmbare NTPs Ribose und anstelle von Thymin Uracil;
  • Informationen werden nur aus einem bestimmten Bereich abgeschrieben;
  • Nach der Bildung des Moleküls werden die Wasserstoffbrückenbindungen und der synthetisierte Strang aufgebrochen, und der Strang rutscht von der DNA ab.

Für eine normale Funktion sollte die Primärstruktur der RNA nur aus von Exons abgeschriebenen DNA-Abschnitten bestehen.

Die neu gebildete RNA beginnt den Reifungsprozess. Stille Regionen werden ausgeschnitten und informative Regionen werden fusioniert, um eine Polynukleotidkette zu bilden. Außerdem hat jede Spezies Transformationen, die nur ihr eigen sind.

Bei mRNA erfolgt die Anheftung an das Anfangsende. Polyadenylat schließt sich der letzten Stelle an.

Basen werden in tRNA modifiziert, um Nebenarten zu bilden.

Bei r-RNA sind auch einzelne Basen methyliert.

Schützen vor Zerstörung und verbessern den Transport von Proteinen in das Zytoplasma. RNA im reifen Zustand sind mit ihnen verbunden.

Bedeutung von Desoxyribonukleinsäuren und Ribonukleinsäuren

Nukleinsäuren sind im Leben von Organismen von großer Bedeutung. Sie speichern Informationen über die in jeder Zelle synthetisierten Proteine, übertragen sie ins Zytoplasma und vererben sie an Tochterzellen. Sie sind in allen lebenden Organismen vorhanden, die Stabilität dieser Säuren spielt eine wichtige Rolle für das normale Funktionieren beider Zellen und des gesamten Organismus. Jede Veränderung ihrer Struktur führt zu zellulären Veränderungen.

Proteine ​​bilden die Grundlage des Lebens. Ihre Funktionen in der Zelle sind sehr vielfältig. Proteine ​​„können“ sich jedoch nicht vermehren. Und alle Informationen über die Struktur von Proteinen sind in Genen (DNA) enthalten.

In höheren Organismen werden Proteine ​​im Zytoplasma der Zelle synthetisiert, und DNA ist hinter der Hülle des Zellkerns verborgen. Daher kann DNA nicht direkt als Matrize für die Proteinsynthese dienen. Diese Rolle übernimmt eine andere Nukleinsäure - RNA.

RNA-Molekül ist ein unverzweigtes Polynukleotid mit Tertiärstruktur. Es wird von einer Polynukleotidkette gebildet, und obwohl die darin enthaltenen komplementären Nukleotide ebenfalls in der Lage sind, Wasserstoffbrückenbindungen untereinander zu bilden, treten diese Bindungen zwischen den Nukleotiden einer Kette auf. RNA-Ketten sind viel kürzer als DNA-Ketten. Wenn der Gehalt an DNA in einer Zelle relativ konstant ist, dann schwankt der Gehalt an RNA stark. Die größte Menge an RNA in Zellen wird während der Proteinsynthese beobachtet.

RNA spielt eine große Rolle bei der Übermittlung und Umsetzung von Erbinformationen. Entsprechend der Funktion und den strukturellen Merkmalen werden mehrere Klassen von zellulärer RNA unterschieden.

Es gibt drei Hauptklassen von zellulärer RNA.

  1. Informativ (mRNA) oder Matrix (mRNA). Seine Moleküle sind in Bezug auf Größe, Molekulargewicht (von 0,05 x 106 bis 4 x 106) und Stabilität am vielfältigsten. Sie machen etwa 2 % der Gesamtmenge an RNA in der Zelle aus. Alle mRNAs sind Träger der genetischen Information vom Zellkern bis zum Zytoplasma, bis zum Ort der Proteinsynthese. Sie dienen als Matrix (Arbeitszeichnung) für die Synthese eines Proteinmoleküls, da sie die Aminosäuresequenz (Primärstruktur) eines Proteinmoleküls bestimmen.
  1. Ribosomale RNA (rRNA). Sie machen 80–85 % des gesamten RNA-Gehalts in der Zelle aus. Ribosomale RNA besteht aus 3–5 Tausend Nukleotiden. Es wird in den Nukleolen des Zellkerns synthetisiert. Im Komplex mit ribosomalen Proteinen bildet rRNA Ribosomen – Organellen, auf denen Proteinmoleküle zusammengesetzt werden. Die Hauptbedeutung von rRNA besteht darin, dass sie die anfängliche Bindung von mRNA und Ribosom bereitstellt und das aktive Zentrum des Ribosoms bildet, in dem während der Synthese der Polypeptidkette Peptidbindungen zwischen Aminosäuren gebildet werden.
  2. Transfer-RNAs (tRNAs). tRNA-Moleküle enthalten normalerweise 75-86 Nukleotide. Das Molekulargewicht von tRNA-Molekülen beträgt etwa 25.000. Die Zelle enthält mehr als 30 Arten von tRNA. Jede Art von tRNA hat ihre eigene einzigartige Nukleotidsequenz. Alle Moleküle haben jedoch mehrere intramolekulare komplementäre Regionen, aufgrund derer alle tRNAs eine Tertiärstruktur haben, die in Form einem Kleeblatt ähnelt.

Sekundärstruktur der RNA - charakteristisch für tRNA, einzelsträngig, geformt wie ein "Kleeblatt". Beinhaltet:

  • relativ kurze Doppelhelixe - Stiele,
  • einsträngige Abschnitte - Schleifen.

Es gibt 4 Stämme (Akzeptor, Anticodon, Dihydrouridyl, Pseudouridyl) und 3 Schleifen.

"Pseudoknoten" - schematisch ein Element der Sekundärstruktur von RNA

Der Akzeptorstamm enthält die 3'- und 5'-Enden der Polynukleotidkette, das 5'-Ende endet mit einem Guanilsäurerest, das 3'-Ende ist ein CCA-Triplett und dient zur Bildung einer Esterbindung mit AA.

Der Anticodon-Stamm erkennt sein Codon auf mRNA in Ribosomen nach dem Prinzip der Komplementarität.

Der Pseudouridylstamm dient der Anheftung an das Ribosom.

Der Dihydrouridylstamm dient der Bindung an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase.