Az RNS-molekulák típusai és funkciói. Milyen típusú RNS található a sejtben, hol szintetizálódnak?

Timin helyett az RNS-molekulában van jelen. Az RNS-nukleotidok dezoxiribóz helyett ribózt tartalmaznak. Az RNS-láncban a nukleotidok kovalens kötéssel kapcsolódnak az egyik nukleotid ribózja és egy másik foszforsav-maradéka között.

A szervezetben az RNS fehérjékkel - ribonukleoproteinekkel - komplexek formájában található.

Az RNS-molekulák két típusa létezik:

1) A kettős szálú RNS-ek egyes vírusokra jellemzőek - örökletes információk tárolására és reprodukálására szolgálnak (a kromoszómák funkcióit látják el).

2) A legtöbb sejtben az egyszálú RNS-ek végzik a fehérjék aminosav-szekvenciájára vonatkozó információk átvitelét a kromoszómából a riboszómába.

Az egyszálú RNS-ek rendelkeznek térszervezés: a nitrogéntartalmú bázisok egymással, valamint a cukor-foszfát gerinc foszfátjaival és hidroxilcsoportjaival való kölcsönhatás miatt a lánc kompakt szerkezetté, például gömbölyűvé gyűrődik. Funkció: információ átvitele a kromoszómáról a riboszómára a szintetizálandó fehérjék AA szekvenciájáról.

Az egyszálú RNS-nek többféle típusa létezik, funkciójuk vagy a sejtben elfoglalt helyük szerint:

1. Riboszomális RNS (rRNS) a citoplazmatikus RNS nagy részét (80-90%) teszi ki. Méretek 3000-5000 alappár. Másodlagos szerkezet kettős hélix hajtűk formájában. Az rRNS a riboszómák szerkezeti alkotóeleme - sejtszervecskék, ahol a fehérjeszintézis megtörténik. A riboszómák a citoplazmában, a sejtmagban, a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban lokalizálódnak. Két alegységből áll - nagy és kicsi. A kis alegység egy rRNS molekulából és 33 fehérje molekulából, a nagy alegység 3 rRNS molekulából és 50 fehérjéből áll. A riboszóma fehérjék enzimatikus és szerkezeti funkciókat látnak el.

rRNS funkciói:

1) szerkezeti elem riboszóma- integritásuk szükséges a fehérje bioszintéziséhez;

2) biztosítja a riboszóma helyes kötődését az mRNS-hez;

3) biztosítják a riboszóma helyes kötődését a t-RNS-hez;

2. Mátrix (mRNS) - az RNS teljes mennyiségének 2-6% -a.

szakaszokból áll:

1) cisztronok - meghatározzák az AK szekvenciáját az általuk kódolt fehérjékben, egyedi nukleotidszekvenciával rendelkeznek;

2) a nem transzlált régiók a molekula végein helyezkednek el, és a nukleotid összetételben közös mintázatúak.

A Cap - egy speciális szerkezet az mRNS 5' végén - 7-metil-guanozin-trifoszfát, amely a transzkripció során enzimatikusan képződik.

A kupak funkciói:

1) megvédi az 5' végét az exonukleázok általi hasítástól,

2) az mRNS specifikus felismerésére használják a transzláció során.

Precisztronikus nem lefordított régió - 3-15 nukleotid. Funkció: biztosítja az mRNS 5' végének megfelelő kölcsönhatását a riboszómával.

Cistron: indító és befejező kodonokat tartalmaz - speciális nukleotid szekvenciákat, amelyek felelősek egy adott cisztronból történő információátvitel kezdetéért és végéért.

A posztcisztronikus nem transzlált régió - a 3' végén található, egy hexanukleotidot (gyakran AAUAAAA) és egy 20-250 adenil nukleotidból álló láncot tartalmaz. A funkció az mRNS intracelluláris stabilitásának fenntartása.

3. Transzfer RNS-ek (tRNS-ek) - a teljes RNS 15%-a, 70-93 bázispárból áll. Funkció: aminosav átvitele a fehérjeszintézis helyére, „felismeri” (a komplementaritás elve szerint) az átvitt aminosavnak megfelelő mRNS-régiót. A 20 AA mindegyikéhez specifikus tRNS tartozik (általában egynél több). Minden tRNS összetett lóherelevél szerkezettel rendelkezik.

A lóhere 5 részből áll:

1) 3′ vég - akceptor ág (az AA-maradék itt éterkötéssel kapcsolódik),

2) antikydon ág - az akceptor hellyel szemben helyezkedik el, három párosítatlan (szabad kötésekkel rendelkező) nukleotidból (antikodon) és specifikusan párokból (antiparallel, komplementer) áll az mRNS kodonnal.

kodon- 3 nukleotidból álló halmaz (triplet) az mRNS-ben, amely meghatározza az adott aminosav helyét a szintetizált polipeptidláncban. Ez a genetikai kód egysége, amelynek segítségével minden genetikai információ „rögzül” a DNS és RNS molekulákban.

3) T-ág (pseudouredin hurok - pszeudouredint tartalmaz) - egy hely, amely a riboszómához kapcsolódik.

4) D-ág (dehidrouredin hurok - dehidrouredint tartalmaz) - olyan hely, amely kölcsönhatást biztosít az aminosavnak megfelelő aminoacil-tRNS szintetáz enzimmel.

5) További kis ág. A funkciókat még nem vizsgálták.

6) Nukleáris RNS (nRNS) - a sejtmag egyik összetevője. Alacsony polimertartalmú, stabil, melynek szerepe még tisztázatlan.

Minden típusú RNS szintetizálódik a sejtmagban a DNS-mátrixon enzimek hatására. polimerázok. Ebben az esetben egy ribonukleotid szekvencia jön létre, amely komplementer a DNS-ben lévő dezoxiribonukleotidok szekvenciájával - ez a transzkripció folyamata.

A különböző típusú DNS és RNS - nukleinsavak - a molekuláris biológia egyik vizsgálati tárgya. Ennek a tudománynak az egyik legígéretesebb és leggyorsabban fejlődő területe az utóbbi években az RNS tanulmányozása volt.

Röviden az RNS szerkezetéről

Tehát az RNS, a ribonukleinsav egy biopolimer, amelynek molekulája négyféle nukleotidból álló lánc. Mindegyik nukleotid pedig egy nitrogénbázisból (adenin A, guanin G, uracil U vagy citozin C) ribózcukorral és foszforsavmaradékkal kombinálva áll. A foszfátmaradékok, amelyek a szomszédos nukleotidok ribózjaihoz kapcsolódnak, "varrják" az RNS alkotó blokkjait makromolekulává - egy polinukleotidba. Így alakul ki az RNS elsődleges szerkezete.

A másodlagos szerkezet - a kettős lánc kialakulása - a molekula egyes részeiben a nitrogénbázisok komplementaritásának elvével összhangban képződik: az adenin párok uracillal kettős, és guanin citozinnal - hármas hidrogénkötéssel.

A működő formában az RNS-molekula harmadlagos szerkezetet is képez - egy speciális térszerkezetet, konformációt.

RNS szintézis

Az RNS minden típusát az RNS polimeráz enzim segítségével szintetizálják. Lehet DNS- és RNS-függő, azaz képes a szintézist katalizálni DNS és RNS templátokon egyaránt.

A szintézis a bázisok komplementaritásán és a genetikai kód olvasási irányának antiparallelitásán alapul, és több szakaszban zajlik.

Először az RNS-polimerázt felismerik és egy speciális nukleotidszekvenciához kötik a DNS-en - a promóteren, majd a DNS kettős hélix egy kis területen letekerődik, és az egyik láncon, a templáton (a másikon) megindul az RNS-molekula összerakása. A DNS-láncot kódolásnak nevezik - ez a másolata, amely szintetizált RNS-t. A promoter aszimmetriája határozza meg, hogy a DNS-szálak közül melyik szolgál majd templátként, és így lehetővé teszi az RNS-polimeráz számára, hogy a megfelelő irányban elindítsa a szintézist.

A következő lépést nyúlásnak nevezik. A transzkripciós komplex, amely RNS-polimerázt és egy DNS-RNS hibridet tartalmazó, nem csavart régiót tartalmaz, mozogni kezd. Ahogy ez a mozgás előrehalad, a növekvő RNS-szál fokozatosan elválik, és a DNS kettős hélix a komplex előtt letekerődik, és mögötte újra összeáll.

A szintézis utolsó szakasza akkor következik be, amikor az RNS-polimeráz eléri a mátrix egy meghatározott régióját, amelyet terminátornak neveznek. A folyamat lezárása (vége) többféleképpen érhető el.

Az RNS fő típusai és funkcióik a sejtben

Ezek a következők:

• Mátrix vagy információs (mRNS). Ezen keresztül transzkripciót hajtanak végre - a genetikai információ átvitelét a DNS-ből.
• Riboszomális (rRNS), amely biztosítja a transzláció folyamatát - fehérjeszintézist az mRNS-templáton.
• Transport (tRNS). Felismerést és aminosav-szállítást végez a riboszómába, ahol a fehérjeszintézis megtörténik, és részt vesz a transzlációban is.
• A kis RNS-ek a kis molekulák kiterjedt osztálya, amelyek különféle funkciókat látnak el a transzkripció, az RNS érés és a transzláció során.
• Az RNS-genomok olyan kódoló szekvenciák, amelyek egyes vírusok és viroidok genetikai információit tartalmazzák.

Az 1980-as években felfedezték az RNS katalitikus aktivitását. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező molekulákat ribozimeknek nevezzük. A természetes ribozimeket még nem ismerik annyi, katalitikus képességük kisebb, mint a fehérjéké, de a sejtben rendkívül fontos funkciókat látnak el. Jelenleg sikeres munka folyik a ribozimek szintézisén, amelyeknek többek között alkalmazott jelentősége is van.

Foglalkozzunk részletesebben az RNS-molekulák különböző típusaival.

Mátrix (információs) RNS

Ez a molekula a DNS csavaratlan szakaszán szintetizálódik, így lemásolja az adott fehérjét kódoló gént.

Az eukarióta sejtek RNS-jének, mielőtt viszont a fehérjeszintézis mátrixává válna, meg kell érnie, azaz különféle módosítások komplexén kell keresztülmennie - feldolgozáson.

Először is, még a transzkripció szakaszában a molekula kupakoláson megy keresztül: a végéhez egy vagy több módosított nukleotidból álló speciális szerkezet, a cap kapcsolódik. Fontos szerepet játszik számos downstream folyamatban, és fokozza az mRNS stabilitását. Az úgynevezett poli(A) farok, egy adenin nukleotid szekvencia, az elsődleges transzkriptum másik végéhez kapcsolódik.

A pre-mRNS ezután összeillesztésre kerül. Ez a nem kódoló régiók eltávolítása a molekulából - az intronok, amelyek bőségesek az eukarióta DNS-ben. Ezután következik az mRNS szerkesztési eljárás, amelyben kémiailag módosul az összetétele, valamint a metiláció, amely után az érett mRNS elhagyja a sejtmagot.

Riboszomális RNS

A riboszóma alapját, a fehérjeszintézist biztosító komplexumot két hosszú rRNS alkotja, amelyek a riboszóma alrészecskéit alkotják. Együtt szintetizálódnak egyetlen pre-rRNS-ként, amelyet aztán a feldolgozás során elválasztanak. A nagy alegység egy külön génből szintetizált kis molekulatömegű rRNS-t is tartalmaz. A riboszómális RNS-ek sűrűn csomagolt harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, amely vázként szolgál a riboszómában jelen lévő és segédfunkciókat betöltő fehérjék számára.

A nem működő fázisban a riboszóma alegységei szétválnak; a transzlációs folyamat beindulásakor a kis alegység rRNS-e egyesül a hírvivő RNS-sel, ami után a riboszóma elemei teljesen egyesülnek. Amikor a kis alegység RNS-e kölcsönhatásba lép az mRNS-sel, az utóbbi mintegy átnyúlik a riboszómán (ami egyenértékű a riboszóma mRNS mentén történő mozgásával). A nagy alegység riboszómális RNS-e ribozim, azaz enzimatikus tulajdonságokkal rendelkezik. A fehérjeszintézis során katalizálja az aminosavak közötti peptidkötések kialakulását.

Meg kell jegyezni, hogy a sejtben lévő összes RNS legnagyobb része riboszómális - 70-80%. A DNS-ben nagyszámú rRNS-t kódoló gén található, ami biztosítja a nagyon intenzív transzkripciót.

RNS átvitele

Ezt a molekulát egy bizonyos aminosav egy speciális enzim segítségével ismeri fel, és ezzel összekapcsolva az aminosavat a riboszómába szállítja, ahol közvetítőként szolgál a transzláció - fehérjeszintézis - folyamatában. Az átvitel diffúzióval történik a sejt citoplazmájában.

Az újonnan szintetizált tRNS-molekulákat más RNS-típusokhoz hasonlóan feldolgozzák. Az érett tRNS aktív formájában lóherelevélre emlékeztető konformációval rendelkezik. A levél "levélnyélén" - az akceptor helyen - egy hidroxilcsoporttal rendelkező CCA szekvencia található, amely az aminosavhoz kötődik. A "levél" ellenkező végén egy antikodon hurok található, amely az mRNS egy komplementer kodonjához kapcsolódik. A D-hurok a transzfer RNS-t az enzimhez köti, amikor kölcsönhatásba lép az aminosavval, a T-hurok pedig a riboszóma nagy alegységéhez kötődik.

Kis RNS

Az ilyen típusú RNS-ek fontos szerepet játszanak a sejtfolyamatokban, és jelenleg aktívan tanulmányozzák őket.

Például az eukarióta sejtekben lévő kis nukleáris RNS-ek részt vesznek az mRNS splicingben, és valószínűleg katalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek a spliceoszóma fehérjékkel együtt. A kis nukleoláris RNS-ek részt vesznek a riboszómális és transzfer RNS feldolgozásában.

A kis interferáló és mikroRNS-ek a génexpressziós szabályozási rendszer legfontosabb elemei, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a sejt szabályozza saját szerkezetét és élettevékenységét. Ez a rendszer fontos része a sejt vírusellenes immunválaszának.

A kis RNS-ek egy osztálya is létezik, amelyek komplexben működnek a Piwi fehérjékkel. Ezek a komplexek óriási szerepet játszanak a csírasejtek fejlődésében, a spermatogenezisben és a transzponálható genetikai elemek elnyomásában.

RNS genom

Az RNS-molekulát a legtöbb vírus genomként használhatja. A vírusgenomok különbözőek - egy- és kétszálúak, körkörösek vagy lineárisak. Ezenkívül a vírusok RNS-genomja gyakran szegmentált, és általában rövidebb, mint a DNS-tartalmú genomok.

Létezik egy víruscsalád, amelynek RNS-ben kódolt genetikai információja a sejt reverz transzkripcióval történő megfertőzése után átíródik a DNS-re, amely aztán bekerül az áldozat sejt genomjába. Ezek az úgynevezett retrovírusok. Ezek közé tartozik különösen a humán immunhiány vírus.

Az RNS-kutatás jelentősége a modern tudományban

Ha korábban az RNS másodlagos szerepéről alkotott vélemény uralkodott, mára világossá vált, hogy az intracelluláris élettevékenység szükséges és legfontosabb eleme. Számos kiemelkedő jelentőségű folyamat nem nélkülözheti az RNS aktív részvételét. Az ilyen folyamatok mechanizmusai sokáig ismeretlenek maradtak, de a különböző típusú RNS-ek és funkcióik tanulmányozásának köszönhetően sok részlet fokozatosan világossá válik.

Lehetséges, hogy az RNS döntő szerepet játszott az élet kialakulásában és fejlődésében a Föld történelmének hajnalán. A közelmúltban végzett tanulmányok eredményei e hipotézis mellett szólnak, tanúskodnak a sejtműködés számos mechanizmusának rendkívüli ősiségéről bizonyos RNS-típusok részvételével. Például a közelmúltban felfedezett riboswitchek az mRNS részeként (a génaktivitás fehérjementes szabályozásának rendszere a transzkripciós szakaszban) sok kutató szerint egy olyan kor visszhangja, amikor a primitív élet RNS-re épült, anélkül a DNS és a fehérjék részvétele. A mikroRNS-eket a szabályozási rendszer nagyon ősi összetevőjének tekintik. A katalitikusan aktív rRNS szerkezeti jellemzői azt jelzik, hogy az ősi protoriboszómához új fragmentumokat adnak hozzá fokozatos evolúciójához.

Az orvostudomány elméleti és alkalmazott területei számára is rendkívül fontos annak alapos tanulmányozása, hogy az RNS-ek mely típusai és hogyan vesznek részt bizonyos folyamatokban.

És uracil (ellentétben a DNS-sel, amely uracil helyett timint tartalmaz). Ezek a molekulák minden élő szervezet sejtjében megtalálhatók, valamint néhány vírusban is.

Az RNS fő funkciói a sejtes organizmusokban egy sablon a genetikai információ fehérjékké történő lefordításához és a megfelelő aminosavakkal a riboszómákhoz. A vírusokban genetikai információ hordozója (a vírusok burokfehérjéit és enzimjeit kódolja). A viroidok egy kör alakú RNS-molekulából állnak, és nem tartalmaznak más molekulákat. Létezik RNS-világ hipotézis, amely szerint az RNS a fehérjék előtt keletkezett, és az élet első formái voltak.

A sejtes RNS-ek az ún átírás, azaz az RNS szintézise egy DNS-mátrixon, amelyet speciális enzimek - az RNS-polimeráz - hajtanak végre. A hírvivő RNS-ek (mRNS-ek) ezután részt vesznek a transzlációnak nevezett folyamatban. Adás egy fehérje szintézise mRNS templáton riboszómák részvételével. Más RNS-ek a transzkripció után kémiai módosulásokon mennek keresztül, majd a másodlagos és harmadlagos struktúrák kialakulása után az RNS típusától függő funkciókat látnak el.

Az egyszálú RNS-t sokféle térbeli struktúra jellemzi, amelyekben ugyanannak a láncnak néhány nukleotidja párosul egymással. Néhány erősen strukturált RNS részt vesz a sejtfehérje szintézisben, például a transzfer RNS-ek a kodonok felismerésére és a megfelelő aminosavak fehérjeszintézis helyére történő szállítására szolgálnak, a hírvivő RNS-ek pedig a riboszómák szerkezeti és katalitikus alapjaként szolgálnak.

Az RNS funkciói azonban a modern sejtekben nem korlátozódnak a transzlációban betöltött szerepükre. Így az mRNS-ek részt vesznek az eukarióta hírvivő RNS-ekben és más folyamatokban.

Amellett, hogy az RNS-molekulák egyes enzimek (például a telomeráz) részét képezik, az egyes RNS-ek saját enzimatikus aktivitással rendelkeznek, képesek töréseket okozni más RNS-molekulákban, vagy fordítva, két RNS-fragmenst „ragasztani”. Az ilyen RNS-eket nevezzük ribozimek.

Számos vírus RNS-ből áll, vagyis bennük azt a szerepet tölti be, amelyet a DNS a magasabb rendű szervezetekben. A sejtben az RNS-funkciók sokfélesége alapján felállítottak egy hipotézist, amely szerint az RNS az első olyan molekula, amely képes önreprodukcióra a prebiológiai rendszerekben.

Az RNS-vizsgálatok története

A nukleinsavakat ben fedezték fel 1868 Johann Friedrich Miescher svájci tudós, aki ezeket az anyagokat "nukleinnek" nevezte, mert a sejtmagban (lat. Nucleus) találták őket. Később kiderült, hogy azok a baktériumsejtek, amelyekben nincs sejtmag, nukleinsavakat is tartalmaznak.

Az RNS fontosságát a fehérjeszintézisben javasolták 1939 Oscar Kaspersson, Jean Brachet és Jack Schultz Thorburn művében. Gerard Mairbucks izolálta a nyúl hemoglobint kódoló első hírvivő RNS-t, és kimutatta, hogy petesejtekbe injektálva ugyanaz a fehérje képződik.

A Szovjetunióban ben 1956-57 munkát végeztek (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) az RNS-sejtek összetételének meghatározására, ami arra a következtetésre vezetett, hogy a sejtben lévő RNS nagy része riboszómális RNS.

NÁL NÉL 1959 Severo Ochoa orvosi Nobel-díjat kapott az RNS szintézis mechanizmusának felfedezéséért. Az egyik élesztő S. cerevisiae tRNS 77 nukleotid szekvenciáját meghatározták 1965 Robert Hall laboratóriumában, amihez 1968 orvosi Nobel-díjat kapott.

NÁL NÉL 1967 Carl Wese azt javasolta, hogy az RNS-ek katalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek. Felterjesztette az úgynevezett RNS-világhipotézist, amelyben a proto-organizmusok RNS-ei egyszerre szolgáltak információtároló molekulaként (most ezt a szerepet a DNS tölti be), valamint olyan molekulákként, amelyek metabolikus reakciókat katalizálnak (ma már enzimek teszik ezt).

NÁL NÉL 1976 Walter Fires és csoportja a Genti Egyetemről (Hollandia) először határozta meg a vírusban, az MS2 bakteriofágban található RNS genom szekvenciáját.

Az elején 1990-es évek azt találták, hogy idegen gének bejuttatása a növényi genomba a hasonló növényi gének expressziójának elnyomásához vezet. Körülbelül ugyanebben az időben a körülbelül 22 bázis hosszúságú RNS-ek, amelyeket ma miRNS-eknek neveznek, szabályozó szerepet játszanak a kerekférgek ontogénjében.

Az RNS fehérjeszintézisben betöltött fontosságáról szóló hipotézist Torbjörn Caspersson állította fel kutatások alapján. 1937-1939., melynek eredményeként kimutatták, hogy a fehérjét aktívan szintetizáló sejtek nagy mennyiségű RNS-t tartalmaznak. A hipotézis megerősítését Hubert Chantrenne szerezte meg.

Az RNS szerkezeti jellemzői

Az RNS nukleotidok cukorból - ribózból állnak, amelyhez az 1" pozícióban az egyik bázis kapcsolódik: adenin, guanin, citozin vagy uracil. A foszfátcsoport a ribózokat láncba kapcsolja, kötéseket hozva létre az egyik ribóz 3" szénatomjával és egy másik 5" pozíciójában. A fiziológiás pH-n lévő foszfátcsoportok negatív töltésűek, így az RNS ún. polianion.

Az RNS-t négy bázisból álló polimerként írják át (adenin (A), guanin (G), uracil (U) és citozin (C)), de az „érett” RNS sok módosított bázist és cukrot tartalmaz. Összesen körülbelül 100 különböző típusú módosított nukleozid található az RNS-ben, amelyek közül:
-2"-O-metilribóz a cukor leggyakoribb módosítása;
- pszeudouridin- a leggyakrabban módosított bázis, amely leggyakrabban fordul elő. A pszeudouridinben (Ψ) az uracil és a ribóz közötti kötés nem C - N, hanem C - C, ez a nukleotid különböző pozíciókban fordul elő az RNS molekulákban. A pszeudouridin különösen fontos a tRNS működéséhez.

További említésre méltó módosított bázis a hipoxantin, a dezaminált guanin, melynek nukleozidja ún. inozin. Az inozin fontos szerepet játszik a genetikai kód degenerációjának biztosításában.

Sok más módosítás szerepe nem teljesen ismert, de a riboszómális RNS-ben számos poszttranszkripciós módosulás található a riboszóma működése szempontjából fontos régiókban. Például a peptidkötés kialakításában részt vevő ribonukleotidok egyikén. Az RNS-ben lévő nitrogénbázisok hidrogénkötéseket hozhatnak létre citozin és guanin, adenin és uracil, valamint guanin és uracil között. Azonban más kölcsönhatások is lehetségesek, például több adenin alkothat hurkot, vagy négy nukleotidból álló hurkot, amelyben egy adenin-guanin bázispár található.

Az RNS-t a DNS-től megkülönböztető fontos szerkezeti jellemzője a hidroxilcsoport jelenléte a ribóz 2"-es pozíciójában, ami lehetővé teszi, hogy az RNS-molekula az A konformációban létezzen, nem pedig a B konformációban, amely a DNS-ben leggyakrabban látható. Az A formának van egy mély és keskeny főhornya, valamint sekély és széles mellékhornya. A 2"-os hidroxilcsoport jelenlétének egy másik következménye, hogy a konformációsan plasztikus, azaz nem vesz részt a kettős hélix kialakulásában Az RNS-molekula kémiailag megtámadhat más foszfátkötéseket, és szétoszthatja azokat.

Az egyszálú RNS-molekula „működő” formája, a fehérjékhez hasonlóan, gyakran rendelkezik harmadlagos szerkezet. A harmadlagos szerkezet a másodlagos szerkezet elemei alapján jön létre, egy molekulán belül hidrogénkötéseken keresztül. A másodlagos szerkezetnek többféle eleme létezik - szárhurkok, hurkok és pszeudoknotok. A lehetséges bázispárosítások nagy száma miatt az RNS másodlagos szerkezetének előrejelzése sokkal nehezebb feladat, mint a fehérjék felépítése, de jelenleg is léteznek hatékony programok, például az mfold.

Az RNS-molekulák funkcióinak másodlagos szerkezetétől való függésére példa a belső riboszóma belépési helyek (IRES). IRES - a hírvivő RNS 5 "végén lévő struktúra, amely biztosítja a riboszóma kötődését, megkerülve a fehérjeszintézis beindításának szokásos mechanizmusát, speciális módosított bázis (sapka) jelenlétét igényli az 5" végén és fehérje iniciációs faktorokat . Kezdetben az IRES-t vírus RNS-ekben találták meg, de mostanra egyre több bizonyíték gyűlik fel arra vonatkozóan, hogy a celluláris mRNS-ek is alkalmaznak IRES-függő iniciációs mechanizmust stressz körülmények között. Az RNS számos típusa, mint például az rRNS és az snRNS (snRNS), komplexként működik a sejtben olyan fehérjékkel, amelyek RNS-molekulákkal asszociálódnak, miután szintetizálják vagy (y) a sejtmagból a citoplazmába exportálják. Az ilyen RNS-protein komplexeket ribonukleoprotein komplexeknek ill ribonukleoproteinek.

Mátrix ribonukleinsav (mRNS, szinonim - hírvivő RNS, mRNS)- RNS, amely felelős a fehérjék elsődleges szerkezetére vonatkozó információk átviteléért a DNS-ből a fehérjeszintézis helyeire. Az mRNS-t a transzkripció során szintetizálják a DNS-ből, majd a transzláció során fehérjeszintézis templátjaként használják. Így az mRNS fontos szerepet játszik a "megnyilvánulásban" (kifejezésben).
Egy tipikus érett mRNS hossza több száztól több ezer nukleotidig terjed. A leghosszabb mRNS-eket a (+) ssRNS vírusokban, például a picornavírusokban találták meg, de nem szabad elfelejteni, hogy ezekben a vírusokban az mRNS alkotja a teljes genomjukat.

Az RNS-ek túlnyomó többsége nem kódol fehérjét. Ezek a nem kódoló RNS-ek átírhatók egyetlen génből (pl. riboszómális RNS-ek), vagy intronokból származhatnak. A nem kódoló RNS-ek klasszikus, jól tanulmányozott típusai a transzfer RNS-ek (tRNS-ek) és rRNS-ek, amelyek részt vesznek a transzlációs folyamatban. Vannak olyan RNS-osztályok is, amelyek felelősek a génszabályozásért, az mRNS-feldolgozásért és egyéb szerepekért. Ezenkívül léteznek nem kódoló RNS-molekulák, amelyek képesek katalizálni kémiai reakciókat, például RNS-molekulák vágását és ligálását. A kémiai reakciókat katalizálni képes fehérjékkel - enzimekkel (enzimekkel) analóg módon a katalitikus RNS-molekulákat ribozimeknek nevezik.

Szállítás (tRNS)- kicsi, körülbelül 80 nukleotidból áll, konzervatív tercier szerkezetű molekulák. Specifikus aminosavakat szállítanak a peptidkötés szintézisének helyére a riboszómában. Mindegyik tRNS tartalmaz egy aminosav kapcsolódási helyet és egy antikodont az mRNS kodon felismeréséhez és kapcsolódásához. Az antikodon hidrogénkötéseket hoz létre a kodonnal, amely a tRNS-t olyan helyzetbe hozza, amely lehetővé teszi peptidkötés kialakulását a képződött peptid utolsó aminosava és a tRNS-hez kapcsolódó aminosav között.

Riboszomális RNS (rRNS)- riboszómák katalitikus komponense. Az eukarióta riboszómák négyféle rRNS-molekulát tartalmaznak: 18S, 5.8S, 28S és 5S. Az rRNS négy típusából három poliszómán szintetizálódik. A citoplazmában a riboszómális RNS-ek a riboszómális fehérjékkel egyesülve nukleoproteineket, úgynevezett riboszómákat képeznek. A riboszóma az mRNS-hez kapcsolódik, és szintetizálja a fehérjét. Az rRNS az eukarióta sejtek citoplazmájában található RNS legfeljebb 80%-a.

Az RNS egy szokatlan típusa, amely tRNS-ként és mRNS-ként is működik (tmRNS), számos baktériumban és plasztidban található. Amikor a riboszóma megáll a hibás mRNS-eken stopkodonok nélkül, a tmRNS hozzákapcsol egy kis peptidet, amely a fehérjét a lebomláshoz irányítja.

Mikro-RNS (21-22 nukleotid hosszúságú) az eukariótákban találhatók, és az RNS interferencia mechanizmusán keresztül hatnak. Ugyanakkor a mikroRNS és az enzimek komplexe a génpromoter DNS-ében lévő nukleotidok metilációjához vezethet, ami jelként szolgál a gén aktivitásának csökkentésére. Más típusú mRNS szabályozás alkalmazása esetén a komplementer miRNS lebomlik. Vannak azonban olyan miRNS-ek, amelyek inkább növelik, mint csökkentik a génexpressziót.

Kis interferáló RNS (siRNS, 20-25 nukleotid) gyakran vírus RNS hasítása eredményeként jön létre, de léteznek endogén sejtes miRNS-ek is. A kis interferáló RNS-ek az RNS-interferencián keresztül is hatnak a miRNS-ekhez hasonló mechanizmusokban.

Összehasonlítás a DNS-sel

Három fő különbség van a DNS és az RNS között:

1 . A DNS cukrot dezoxiribózt, az RNS ribózt tartalmaz, amely a dezoxiribózhoz képest további hidroxilcsoporttal rendelkezik. Ez a csoport növeli a molekula hidrolízisének valószínűségét, azaz csökkenti az RNS-molekula stabilitását.

2. Az RNS-ben az adeninnel komplementer nukleotid nem a timin, mint a DNS-ben, hanem az uracil a timin nem metilált formája.

3. A DNS kettős hélix formájában létezik, amely két különálló molekulából áll. Az RNS-molekulák átlagosan sokkal rövidebbek és túlnyomórészt egyszálúak. A biológiailag aktív RNS-molekulák, köztük a tRNS, az rRNS snRNS és más, fehérjéket nem kódoló molekulák szerkezeti elemzése kimutatta, hogy ezek nem egy hosszú hélixből állnak, hanem számos, egymáshoz közel elhelyezkedő rövid hélixből, és valami hasonlót alkotnak harmadlagos fehérje szerkezet. Ennek eredményeként az RNS képes kémiai reakciókat katalizálni, például a riboszóma peptid-transzferáz központja, amely részt vesz a fehérjék peptidkötésének kialakításában, teljes egészében RNS-ből áll.

A szolgáltatás jellemzői:

1. Feldolgozás

Sok RNS vesz részt más RNS-ek módosításában. Az intronokat kivágják a spliceoszóma pro-mRNS-ekből, amelyek a fehérjéken kívül több kis nukleáris RNS-t (snRNS) is tartalmaznak. Ezenkívül az intronok katalizálhatják saját kivágásukat. A transzkripció eredményeként szintetizált RNS kémiailag is módosítható. Az eukariótákban az RNS-nukleotidok kémiai módosításait, például metilációját kis nukleáris RNS-ek (snRNS-ek, 60-300 nukleotid) végzik. Az ilyen típusú RNS a nucleolus és a Cajal testekben lokalizálódik. Az snRNS enzimekkel való asszociációja után az snRNS a két molekula közötti bázispárosodás útján kötődik a cél RNS-hez, és az enzimek módosítják a cél RNS nukleotidjait. A riboszómális és transzfer RNS-ek sok ilyen módosítást tartalmaznak, amelyek sajátos helyzete gyakran megmarad az evolúció során. maguk az snRNS-ek és az snRNS-ek is módosíthatók.

2. Adás

A tRNS-ek bizonyos aminosavakat kötnek a citoplazmában, és a fehérjeszintézis helyére kerülnek az mRNS-hez, ahol egy kodonhoz kötődnek, és egy aminosavat adományoznak, amelyet fehérjeszintézishez használnak.

3. Információs funkció

Egyes vírusokban az RNS ellátja azokat a funkciókat, amelyeket a DNS az eukariótákban. Ezenkívül az információs funkciót az mRNS látja el, amely információt hordoz a fehérjékről, és a szintézis helye.

4. Génszabályozás

Az RNS bizonyos típusai részt vesznek a gének szabályozásában azáltal, hogy növelik vagy csökkentik aktivitásukat. Ezek az úgynevezett miRNS-ek (kis interferáló RNS-ek) és mikroRNS-ek.

5. katalitikusfunkció

Vannak úgynevezett enzimek, amelyek az RNS-hez tartoznak, ezeket ribozimeknek nevezik. Ezek az enzimek különböző funkciókat látnak el, és sajátos szerkezetűek.

A DNS-molekulákkal ellentétben a ribonukleinsavakat egy polinukleotid lánc képviseli, amely négyféle nukleotidból áll, amelyek cukrot, ribózt, foszfátot és a négy nitrogénbázis egyikét - adenint, guanint, uracilt vagy citozint - tartalmazzák. Az RNS-t DNS-molekulákon szintetizálják RNS-polimeráz enzimek segítségével a komplementaritás és az antiparallelizmus elvének megfelelően, az uracil pedig komplementer a DNS-adeninnel az RNS-ben. A sejtben ható RNS-ek teljes változata három fő típusra osztható: mRNS, tRNS, rRNS.

Mátrix, vagy információ, RNS (mRNS vagy mRNS).

Átírás. A kívánt tulajdonságokkal rendelkező fehérjék szintetizálása érdekében „utasítást” küldenek a felépítésük helyére abban a sorrendben, ahogyan az aminosavak bekerülnek a peptidláncba. Ezt az utasítást a megfelelő DNS régiókban szintetizált mátrix vagy információs RNS (mRNS, mRNS) nukleotidszekvenciája tartalmazza. Az mRNS szintézis folyamatát ún átírása. Az mRNS szintézise azzal kezdődik, hogy az RNS polimeráz felfedez egy speciális helyet a DNS-molekulában, amely jelzi a transzkripció kezdetének helyét - a promotert.

A promoterhez való kapcsolódás után az RNS-polimeráz letekerteti a DNS-hélix szomszédos fordulatát. Ezen a ponton két DNS-szál válik szét, és az egyiken az enzim mRNS-t szintetizál. A ribonukleotidok láncba építése a DNS-nukleotidokkal való komplementaritásuknak megfelelően, valamint a templát DNS-lánccal antiparallel módon történik. Tekintettel arra, hogy az RNS-polimeráz csak az 5'-végtől a 3'-végéig képes polinukleotidot összeállítani, a két DNS-szál közül csak az egyik szolgálhat templátként a transzkripcióhoz, mégpedig az, amelyik az enzimmel szemben áll. ' vége ( 3 " → 5"). Az ilyen láncot kodogénnek nevezik. A DNS-molekulában lévő két polinukleotid lánc összekapcsolódásának antiparallelizmusa lehetővé teszi az RNS-polimeráz számára, hogy megfelelően válassza ki a templátot az mRNS-szintézishez. A kodogén DNS-lánc mentén haladva az RNS a polimeráz az információk fokozatos pontos átírását végzi, amíg az nem találkozik egy adott nukleotidszekvenciával - a transzkripciós terminátorral.Ebben a régióban az RNS-polimeráz mind a DNS-templáttól, mind az újonnan szintetizált mRNS-től elválik.A DNS-molekula egy fragmentuma, beleértve a promoter, az átírt szekvencia és a terminátor egy transzkripciós egységet - transzkripciót képez. A szintézis folyamatában, ahogy az RNS-polimeráz a DNS-molekula mentén mozog, az egyszálú DNS-szakaszok, amelyeken áthaladtak, ismét d-vé egyesülnek. háborús spirál. A transzkripció során képződött mRNS a DNS megfelelő szakaszában rögzített információk pontos másolatát tartalmazza. Három szomszédos mRNS-nukleotidot, amelyek aminosavakat kódolnak, kodonoknak nevezünk. Az mRNS kodonszekvencia a peptidlánc aminosav-szekvenciáját kódolja. Az mRNS kodonok specifikus aminosavaknak felelnek meg. Az mRNS-transzkripció templátja a kodogén DNS-szál, amely 3'-végével az enzim felé néz.

Transzfer RNS (tRNS). Adás. A transzfer RNS (tRNS) fontos szerepet játszik abban, hogy a sejt felhasználja az örökletes információkat. A tRNS transzlációs közvetítőként működik, a szükséges aminosavakat a peptidláncok összeállítási helyére juttatva. A tRNS molekulák specifikus DNS szekvenciákon szintetizált polinukleotid láncok. Viszonylag kis számú nukleotidból állnak -75-95. A tRNS polinukleotid lánc különböző részein elhelyezkedő bázisok komplementer kapcsolódása eredményeként lóherelevélre emlékeztető szerkezetet nyer. Négy fő részből áll, amelyek különböző funkciókat látnak el. Az akceptor "szárat" a tRNS két, egymással komplementer módon összekapcsolt terminális része alkotja. Hét bázispárból áll. Ennek a szárnak a 3"-os vége valamivel hosszabb, és egyszálú régiót képez, amely egy szabad OH-csoporttal rendelkező CCA-szekvenciában végződik. Ehhez a véghez egy transzportálható aminosav kapcsolódik. A fennmaradó három elágazás komplementer-páros nukleotidszekvenciák, amelyek párosítatlan hurokképző régiókban végződnek, ezeknek az ágaknak a közepe - antikodon - öt pár nukleotidból áll, és a hurok közepén egy antikodont tartalmaz.Az antikodon három nukleotid, amely komplementer az aminosavat kódoló mRNS kodonnal Ez a tRNS szállítja a peptid szintézis helyére.Az akceptor és az antikodon elágazás között két oldalág van, hurkjukban módosított bázisokat tartalmaznak - dihidrouridint (D-hurok) és a TψC triplettet, ahol \y pszeudouriain (T ^C-hurok). Az aitikodon és a T^C-ágak között van egy további hurok, amely 3-5-13-21 nukleotidot tartalmaz. Általában a tRNS különböző típusait egy bizonyos a legtöbbször 76 nukleotidból álló nukleotidszekvencia konzisztenciája. Számuk ingadozása elsősorban a szám változásából adódik

nukleotidok az extra hurokban. A tRNS szerkezetét támogató komplementer régiók általában konzerváltak. A tRNS elsődleges szerkezete, amelyet a nukleotidsorrend határoz meg, a tRNS másodlagos szerkezetét alkotja, amely lóherelevél alakú. A másodlagos szerkezet viszont háromdimenziós harmadlagos struktúrát okoz, amelyet két egymásra merőleges kettős hélix képződése jellemez. Az egyiket az akceptor és a TψC ág, a másikat az antikodon és a D ág alkotja. Az egyik kettős hélix végén a szállított aminosav, a másik végén az antikodon található. Ezek a területek vannak a legtávolabb egymástól. A tRNS harmadlagos szerkezetének stabilitását a polinukleotid lánc különböző részein elhelyezkedő, de a tercier szerkezetben térben közeli bázisai között további hidrogénkötések megjelenése tartja fenn. A különböző típusú tRNS-ek hasonló harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, bár bizonyos eltérésekkel. A tRNS egyik jellemzője a szokatlan bázisok jelenléte, amelyek kémiai módosítás eredményeként keletkeznek, miután egy normál bázist beépítettek a polinukleotid láncba. Ezek a megváltozott bázisok meghatározzák a tRNS-ek nagy szerkezeti diverzitását szerkezetük általános tervében. A legérdekesebbek az antikodont alkotó bázisok módosításai, amelyek befolyásolják az antikodonnal való kölcsönhatás specifitását. Például az atipikus bázis-inozin, amely néha a tRNS-antikodon 1. pozíciójában található, képes komplementeren kombinálódni az mRNS-kodon három különböző harmadik bázisával - U, C és A. Többféle tRNS létezése, amely képes kombinálni ugyanazzal a kodonnal is létrejött. Ennek eredményeként a sejtek citoplazmájában nem 61 (a kodonok száma szerint), hanem körülbelül 40 különböző tRNS-molekula található. Ez a mennyiség elegendő ahhoz, hogy 20 különböző aminosavat a fehérje-összeállító helyre szállítson. Az mRNS-ben egy bizonyos kodon pontos felismerésének funkciója mellett a tRNS-molekula egy szigorúan meghatározott, ezzel a kodonnal kódolt aminosavat szállít a peptidlánc szintézisének helyére. A tRNS specifikus kapcsolódása "aminosavához" két szakaszban megy végbe, és egy aminoacil-tRNS nevű vegyület képződéséhez vezet.

Egy aminosav kapcsolódása a megfelelő tRNS-hez:

I-1. szakasz, az aminosavak és az ATP kölcsönhatása a pirofoszfát felszabadulásával;

II-2. szakasz, adenilező aminosav hozzáadása az RNS 3' végéhez

Az első szakaszban az aminosavat úgy aktiválják, hogy a karboxilcsoportjával kölcsönhatásba lép az ATP-vel. Ennek eredményeként adipilált aminosav képződik. A második szakaszban ez a vegyület kölcsönhatásba lép a megfelelő tRNS 3"-os végén található OH-csoporttal, és az aminosav ehhez kapcsolja karboxilcsoportját, AMP-t szabadítva fel. Ez a folyamat tehát a folyamat során nyert energiafelhasználással megy végbe. ATP hidrolízise AMP-vé Az aminosav és a megfelelő antikodont hordozó tRNS kapcsolatának specifitása az aminoacil-tRNS-szintetáz enzim tulajdonságainak köszönhető. A citoplazmában olyan enzimek egész sora található, amelyek képesek térbeli felismerése, egyrészt aminosavuk, másrészt a megfelelő tRNS antikodon. A DNS-molekulákba "rögzített" és az mRNS-re "újraírt" örökletes információ a transzláció során két specifikus folyamat következtében megfejtődik. molekuláris felületek felismerése.mRNS kölcsönösen antikodon kölcsönhatása kodonnal. A tRNS rendszer segítségével az mRNS nukleotid lánc nyelve. lefordítva a peptid aminosavszekvenciájának nyelvére. Riboszomális RNS (rRNS). A fehérjeszintézis riboszómális ciklusa. Az mRNS és a tRNS közötti kölcsönhatás folyamata, amely biztosítja az információknak a nukleotidok nyelvéről az aminosavak nyelvére történő fordítását, a riboszómákon történik. Az utóbbiak rRNS és különféle fehérjék komplex komplexei, amelyekben az előbbiek vázat alkotnak. A riboszómális RNS-ek nemcsak a riboszómák szerkezeti alkotóelemei, hanem egy specifikus mRNS nukleotidszekvenciához való kötődésüket is biztosítják. Ez beállítja a peptidlánc kialakulásának kezdő és leolvasási keretét. Ezenkívül kölcsönhatást biztosítanak a riboszóma és a tRNS között. Számos riboszómát alkotó fehérje az rRNS-sel együtt szerkezeti és enzimatikus szerepet is betölt.

1. A messenger RNS átviszi a genetikai kódot a sejtmagból a citoplazmába, így határozza meg a különböző fehérjék szintézisét.

2. Transzfer RNS aktivált aminosavakat szállít a riboszómákba polipeptid molekulák szintéziséhez.

3. A riboszómális RNS körülbelül 75 különböző fehérjével komplexben riboszómákat képez - sejtszervecskéket, amelyekre polipeptid molekulák épülnek fel.

4. Kis nukleáris RNS (intronok) Részt vesz a splicingben.

5. Kisméretű citoplazmatikus RNS-ek

6. snoRNS. Ő is kis nukleoláris. eukarióta sejtek sejtmagjaiban.

7. RNS-vírusok

8. Viroid RNS

A poliadeniláció után az mRNS splicing-on megy keresztül, melynek során az intronok (a fehérjéket nem kódoló területek) eltávolíthatók, az exonok (a fehérjéket kódoló területek) pedig fuzionálódnak és egyetlen molekulát alkotnak. Az összeillesztést egy nagy nukleoprotein komplex, a spliceoszóma katalizálja, amely fehérjékből és kis nukleáris RNS-ekből áll. Sok pre-mRNS különböző módon illeszthető, különböző érett mRNS-eket hozva létre, amelyek különböző aminosavszekvenciákat kódolnak (alternatív splicing).

Röviden: a splicing az, amikor a semmit nem kódoló intronok távoznak, és az exonokból egy érett, fehérjét kódolni képes molekula képződik.

Alternatív splicing – egyetlen pre-mRNS molekulából különböző fehérjék nyerhetők. Vagyis az intronok kiesésének és a különböző exonok keresztkötéseinek variációival van dolgunk.

Ribozimek

Enzimatikus aktivitású RNS-molekulák (általában autokatalízis tulajdonsága)

A génexpresszió antiszensz RNS általi szabályozását nagy specificitás jellemzi. Ennek oka az RNS-RNS hibridizációs folyamat nagy pontossága, amely a kiterjesztett nukleotidszekvenciák egymással komplementer kölcsönhatásán alapul.

Az antiszensz RNS-ek azonban önmagukban nem inaktiválják visszafordíthatatlanul a cél-mRNS-eket, és az antiszensz RNS-ek magas (az mRNS-hez képest legalább ekvimoláris) intracelluláris koncentrációira van szükség a megfelelő gének expressziójának elnyomásához. Az antiszensz RNS-ek hatékonysága meredeken nőtt, miután ribozimmolekulákat - rövid, endonukleáz aktivitással rendelkező RNS-szekvenciákat - összetételükbe beépítettek. Számos egyéb, az RNS-hez kapcsolódó enzimaktivitás ismert. Ezért a tág értelemben vett ribozimeket RNS-molekuláknak nevezzük, amelyek bármilyen enzimaktivitással rendelkeznek.

A HIV-fertőzés elnyomásának egy RNS-változatát modellrendszereken tesztelték. Ebből a célból egyes RNS-molekulák szokatlan tulajdonságát használják fel - más típusú RNS-ek elpusztítására való képességüket. Az amerikaiak, T. Cech és S. Altman kaptak Nobel-díjat 1989-ben ezért a felfedezésért. Úgy gondolták, hogy a szervezetben minden biokémiai reakció a rendkívül hatékony specifikus katalizátoroknak köszönhető, amelyek fehérjék - enzimek. Kiderült azonban, hogy egyes RNS-típusok, például a fehérjék, nagyon specifikus katalitikus aktivitással rendelkeznek. Ezeket az RNS-eket ribozimeknek nevezzük.

A ribozimok magukban tartalmaznak antiszensz helyeket és olyan helyeket, amelyek enzimatikus reakciót hajtanak végre. Azok. nemcsak kötődnek az mRNS-hez, hanem vágják is. A HIV-fertőzés ribozimekkel történő visszaszorításának lényege az 1. ábrán látható. 32 . A komplementer cél-RNS-hez kapcsolódva a ribozim ezt az RNS-t hasítja, ami a cél-RNS által kódolt fehérje szintézisének leállítását eredményezi. Ha a vírus RNS ilyen célpontja egy ribozimnak, akkor a ribozim "elrontja" azt, és a megfelelő vírusfehérje nem képződik. Ennek eredményeként a vírus leállítja a szaporodást a sejtben. Ez a megközelítés más emberi patológiákra is alkalmazható, például a rák kezelésére.

Hasonló információk.

A ribonukleinsav purin és pirimidin ribonukleotidok kopolimerje, amelyek a DNS-hez hasonlóan foszfodiészter hidakkal kapcsolódnak egymáshoz (37.6. ábra). Bár ebben a két nukleinsavtípusban sok közös vonás van, számos dologban különböznek egymástól.

1. Az RNS-ben a szénhidrát, amelyhez purin- vagy pirimidinbázisok és foszfátcsoportok kapcsolódnak, ribóz, nem pedig 2-dezoxiribóz (mint a DNS-ben).

2. Az RNS pirimidin komponensei eltérnek a DNS komponenseitől. Az RNS összetétele, valamint a DNS összetétele magában foglalja az adenin, guanin és citozin nukleotidjait. Ugyanakkor az RNS (néhány speciális eset kivételével, amelyeket alább tárgyalunk) nem tartalmaz timint, helyét az RNS molekulában az uracil foglalja el.

3. Az RNS egyszálú molekula (ellentétben a DNS-sel, amelynek kétszálú szerkezete van), azonban ha az RNS-láncban komplementer szekvenciával (ellentétes polaritású) szakaszok találhatók, akkor egyetlen RNS-lánc összehajtva alakulhat ki. -úgynevezett "hajtűk", olyan szerkezetek, amelyek kétszálú jellemzőkkel rendelkeznek (37.7. ábra).

Rizs. 37.6. Ribonukleinsav (RNS) molekula fragmentuma, amelyben a purin és pirimidin bázisokat - adenint (A), uracilt (U), citozint (C) és guanint (- egy foszfodiészter váz tartja meg, amely ribozil-maradékokat köt össze N-vel glikozidkötés a megfelelő nukleinbázisokhoz Megjegyzendő, hogy az RNS-szál specifikus irányultsággal rendelkezik, amelyet az 5- és 3-terminális foszfátmaradékok jeleznek.

4. Mivel az RNS-molekula egyetlen szál, amely csak az egyik DNS-szálat komplementer, a benne lévő guanintartalom nem feltétlenül egyenlő a citozin-tartalommal, az adenin-tartalom pedig nem feltétlenül egyenlő az uracil-tartalommal.

5. Az RNS lúggal hidrolizálható mononukleotidok 2,3-ciklusos diészterévé; A 2,Y,5-triészter köztes hidrolízistermékként működik, amely a DNS lúgos hidrolízise során nem képződik, mivel az utóbbiban nincsenek 2-hidroxilcsoportok; az RNS lúgos labilitása (a DNS-hez képest) diagnosztikai és analitikai célokra egyaránt hasznos tulajdonság.

Az egyszálú RNS-ben lévő információ a polimer lánc purin- és pirimidinbázisok specifikus szekvenciája formájában valósul meg (azaz az elsődleges szerkezetben). Ez a szekvencia komplementer annak a génnek a kódoló szálával, amelyből az RNS "leolvasott". A komplementaritás miatt az RNS-molekula képes specifikusan kötődni (hibridizálódni) a kódoló szálhoz, de nem hibridizálni a nem kódoló DNS-szálhoz. Az RNS-szekvencia (a T U-val való helyettesítése kivételével) megegyezik a nem kódoló génszál szekvenciájával (37.8. ábra).

Az RNS biológiai funkciói

Az RNS számos típusa ismert. Szinte mindegyik közvetlenül részt vesz a fehérje bioszintézis folyamatában. A fehérjeszintézis templátjaként működő citoplazmatikus RNS-molekulákat hírvivő RNS-nek (mRNS) nevezik. A citoplazmatikus RNS egy másik típusa, a riboszómális RNS (rRNS) a riboszómák (a fehérjeszintézisben fontos szerepet játszó organellumok) szerkezeti komponenseinek szerepét tölti be. A transzfer RNS (tRNS) adaptermolekulák részt vesznek az mRNS információ transzlációjában (transzlációjában) a fehérjék aminosavszekvenciájába.

Az eukarióta sejtekben, köztük az emlőssejtekben termelődő elsődleges RNS-transzkriptumok jelentős része a sejtmagban lebomlik, és nem játszik semmilyen szerkezeti vagy információs szerepet a citoplazmában. A termesztett

Rizs. 37.7. A "szárral hurok" ("hajtű") típusú RNS-molekula másodlagos szerkezete, amely a komplementer nukleinbázispárok közötti hidrogénkötések intramolekuláris képződéséből adódik.

Emberi sejtekben a kis nukleáris RNS-ek egy osztályát fedezték fel, amelyek közvetlenül nem vesznek részt a fehérjeszintézisben, de hatással lehetnek az RNS-feldolgozásra és a sejt általános „architektúrájára”. Ezeknek a viszonylag kis molekuláknak a mérete változó, az utóbbiak 90-300 nukleotidot tartalmaznak (37.3. táblázat).

Az RNS egyes állati és növényi vírusok fő genetikai anyaga. Egyes RNS-vírusok soha nem mennek keresztül az RNS DNS-vé való reverz transzkripcióján. A legtöbb ismert állati vírust, például a retrovírusokat azonban RNS-genomjuk reverz transzkripciója jellemzi, amelyet az RNS-függő DNS-polimeráz (reverz transzkriptáz) irányít, hogy kettős szálú DNS-kópiát hozzon létre. Az így létrejövő kétszálú DNS-transzkriptum sok esetben beépül a genomba, és tovább biztosítja a vírusgének expresszióját, valamint a vírus RNS-genomok új másolatainak előállítását.

Az RNS szerkezeti szerveződése

Minden eukarióta és prokarióta szervezetben az RNS-molekulák három fő osztálya létezik: információs (mátrix vagy hírvivő) RNS (mRNS), transzport (tRNS) és riboszómális (rRNS). Ezen osztályok képviselői méretben, funkcióban és stabilitásban különböznek egymástól.

Az információs (mRNS) a legheterogénebb osztály méretét és stabilitását tekintve. Ennek az osztálynak minden képviselője információhordozóként szolgál a géntől a sejt fehérjeszintetizáló rendszerébe. Templátként működnek a szintetizált polipeptid számára, azaz meghatározzák a fehérje aminosavszekvenciáját (37.9. ábra).

A hírvivő RNS-ek, különösen az eukarióták, egyedi szerkezeti jellemzőkkel rendelkeznek. Az mRNS 5-végét a szomszédos 2-0-metilribonukleozid 5-hidroxilcsoportjához trifoszfát-maradékon keresztül kapcsolódó 7-metil-guanozin-trifoszfát "lezárja" (37.10. ábra). Az mRNS-molekulák gyakran tartalmaznak belső 6-metil-adenint és 2-0-metilezett ribonukleotidokat. Bár a "capping" jelentése még nem teljesen tisztázott, feltételezhető, hogy az mRNS 5-terminálisának eredő szerkezetét specifikus felismerésre használják a transzlációs rendszerben. A fehérjeszintézis az mRNS 5"-os (sapkás) végén kezdődik. A legtöbb mRNS-molekula másik vége (3-vége) egy 20-250 nukleotidból álló poliadenilát láncot tartalmaz. Ennek konkrét funkciói még nem tisztázottak véglegesen. Feltételezzük, hogy ez a szerkezet felelős az intracelluláris stabilitás fenntartásáért mRNS Egyes mRNS-ek, beleértve a hisztonokat is, nem tartalmaznak poli(A)-t. A poli(A) jelenléte az mRNS szerkezetében arra szolgál, hogy az összes RNS frakcionálásával elkülönüljön más típusú RNS-től. A szilárd hordozón, például cellulózon rögzített oligo(T) oszlopokon lévő RNS az oszloppal a poli(A)-"farok" és az immobilizált oligo (T) komplementer kölcsönhatásai miatt következik be.

Rizs. 37.8. Egy gén szekvenciája és RNS-transzkriptuma. A kódoló és nem kódoló szálak láthatók, és polaritásuk fel van tüntetve. A polaritással rendelkező RNS-transzkript komplementer a kódoló szálhoz (3-5 polaritással), és szekvenciáját tekintve azonos (kivéve a T-U szubsztitúciókat) és a nem kódoló DNS-szál polaritását.

Rizs. 37.9. DNS genetikai információ kifejeződése mRNS transzkriptum formájában és ezt követő transzlációja riboszómák részvételével egy specifikus fehérjemolekula kialakítása érdekében.

(lásd szkennelés)

Rizs. 37.10. A legtöbb eukarióta hírvivő RNS 5-terminálisán található "sapka" szerkezet, a 7-metil-guanozin-trifoszfát az mRNS 5-terminálisához kapcsolódik. amely általában 2-O-metilpurin nukleotidot tartalmaz.

Emlőssejtekben, beleértve az emberi sejteket is, a citoplazmában található érett mRNS-molekulák nem a gén átírt régiójának teljes másolatai. A transzkripció eredményeként képződő poliribonukleotid a citoplazmatikus mRNS prekurzora, a sejtmag elhagyása előtt specifikus feldolgozáson megy keresztül. Az emlőssejtek magjában található feldolgozatlan transzkripciós termékek az RNS-molekulák negyedik osztályát alkotják. Az ilyen nukleáris RNS-ek nagyon heterogének és jelentős méretűek. A heterogén nukleáris RNS molekulák molekulatömege nagyobb lehet, mint , míg az mRNS molekulatömege általában nem haladja meg a 2106-ot. A sejtmagban feldolgozódnak, és a keletkező érett mRNS-ek a citoplazmába jutnak, ahol a fehérje mátrixaként szolgálnak. bioszintézis.

A transzfer RNS (tRNS) molekulák általában körülbelül 75 nukleotidot tartalmaznak. Az ilyen molekulák molekulatömege . tRNS-ek is keletkeznek a megfelelő prekurzor molekulák specifikus feldolgozása következtében (lásd 39. fejezet). A transzport tRNS-ek mediátorként működnek az mRNS transzláció során. Minden sejtben legalább 20 típusú tRNS-molekula található. A tRNS minden típusa (néha több típusa) megfelel a fehérjeszintézishez szükséges 20 aminosav egyikének. Bár mindegyik specifikus tRNS nukleotidszekvenciájában különbözik a többitől, mindegyiknek van közös jellemzője. A szálon belüli komplementer régiók miatt minden tRNS másodlagos szerkezettel rendelkezik, amelyet "lóherelevélnek" neveznek (37.11. ábra).

Minden típusú tRNS molekulájának négy fő karja van. Az akceptor kar egy páros nukleotidokból álló „szárból” áll, és a CCA szekvenciával végződik, az adenozil-maradék Y-hidroxilcsoportján keresztül történik a kötődés az aminosav karboxilcsoportjához. A fennmaradó karok szintén komplementer bázispárokból és párosítatlan bázisok hurkából álló "szárakból" állnak (37.7. ábra). Az antikodon kar felismer egy nukleotidhármast vagy kodont (lásd a 40. fejezetet) az mRNS-ben. A D-kar a dihidrouridin jelenléte miatt kapta ezt a nevet, a -kar a T-pszeudouridin-C szekvenciájáról kapta a nevét. Az extra kar a legváltozatosabb szerkezet, és a tRNS-ek osztályozásának alapjául szolgál. Az 1. osztályú tRNS-ek (teljes számuk 75%-a) további 3-5 bázispár hosszúságú karral rendelkeznek. A 2. osztályba tartozó tRNS-molekulák extra karja 13-21 bázispár hosszú, és gyakran tartalmaz párosítatlan hurkot.

Rizs. 37.11. Az aminoacil-tRNS molekula szerkezete, amelynek 3-CCA-terminálisához aminosav kapcsolódik. Az intramolekuláris hidrogénkötések és az antikodon, a TTC és a dihidrouracil karok elhelyezkedése fel van tüntetve. (J. D. Watsontól. Molecular Biology of the Gene 3rd, ed.. Copyright 1976, 1970, 1965, W. A. ​​​​Benjamin, Inc., Menlo Park Calif.)

A megfelelő karok nukleotidbázisainak komplementer kölcsönhatásának rendszere által meghatározott másodlagos szerkezet minden fajra jellemző, az akceptor kar hét bázispárt, a - kar - öt bázispárt, a D kar - három (vagy négy) bázispárt tartalmaz. bázispárok.

A tRNS-molekulák nagyon stabilak prokariótákban, és valamivel kevésbé stabilak eukariótákban. A fordított helyzet jellemző az mRNS-re, amely prokariótákban meglehetősen instabil, míg eukarióta szervezetekben jelentős stabilitású.

Riboszomális RNS. A riboszóma egy citoplazmatikus nukleoprotein szerkezet, amelyet fehérjeszintézisre terveztek egy mRNS-templátból. A riboszóma specifikus kontaktust biztosít, melynek eredményeként egy specifikus génről leolvasott nukleotid szekvencia a megfelelő fehérje aminosav szekvenciájává transzlálódik.

táblázatban. A 37.2. ábra az emlős riboszómák komponenseit mutatja 4,210 6 molekulatömeggel és ülepedési sebességgel (Swedberg-egység). Az emlősök riboszómái két nukleoprotein alegységből állnak, a nagy c

37.2. táblázat. Emlős riboszóma komponensek

molekulatömeg (60S), és kicsi, molekulatömege (40S). A 608-as alegység 58-riboszómális RNS-t (rRNS), 5,8S-pRNS-t és 28S-pRNS-t, valamint több mint 50 különböző polipeptidet tartalmaz. A kicsi, 408 alegységből egyetlen 18S-pRNS és körülbelül 30 polipeptid lánc található. Az 5S-RNS kivételével minden riboszómális RNS-nek van egy közös prekurzora, a 45S-RNS, amely a sejtmagban található (lásd a 40. fejezetet). Az 5S-RNS molekulának saját prekurzora van. A sejtmagban az erősen metilált riboszomális RNS-ek riboszomális fehérjékkel vannak csomagolva. A citoplazmában a riboszómák meglehetősen stabilak, és nagyszámú transzlációs ciklust képesek végrehajtani.

Kicsi stabil RNS. Eukarióta sejtekben nagyszámú diszkrét, erősen konzervált, kicsi és stabil RNS-molekulát találtak. A legtöbb ilyen típusú RNS a ribonukleoproteinekben található, és a sejtmagban, a citoplazmában vagy egyidejűleg mindkét kompartmentben lokalizálódik. Ezeknek a molekuláknak a mérete 90-300 nukleotid között változik, tartalmuk 100 000-1 000 000 kópia sejtenként.

A génexpresszió szabályozásában valószínűleg lényeges szerepet játszanak a kis nukleáris ribonukleinsav részecskék (amit gyakran snurp-nak neveznek - az angol kis nukleáris ribonukleinsav részecskékből). Úgy tűnik, hogy az U7 típusú nukleoprotein részecskék részt vesznek a hiszton mRNS-ek 3-terminálisának kialakításában. A részecskék valószínűleg szükségesek a poliadenilációhoz, az intron eltávolításhoz és az mRNS-feldolgozáshoz (lásd a 39. fejezetet). Tab. 37.3. összefoglalja a kis stabil RNS-ek néhány jellemzőjét.

37.3. táblázat. Az emlőssejtekben található kisméretű, stabil RNS bizonyos típusai

IRODALOM

Darnell J. et al. Molekuláris sejtbiológia, Scientific American Books, 1986.

Hunt T. DNA Makes RNA Makes Protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Genes, 2. kiadás, Wiley, 1985.

Rich A. et al. A balkezes Z-DNS kémiája és biológiája, Annu. Fordulat. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Controlling roles for snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Nukleinsavak molekuláris szerkezete. Természet, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Kis stabil RNS-ek két csoportja, Cell, 1981, 25, 296.