RNR molekulių tipai ir funkcijos. Kokie RNR tipai egzistuoja ląstelėje, kur jie sintetinami?

Yra RNR molekulėje vietoj timino. RNR nukleotiduose vietoj dezoksiribozės yra ribozės. RNR grandinėje nukleotidai yra sujungti kovalentiniais ryšiais tarp vieno nukleotido ribozės ir kito nukleotido fosforo rūgšties liekanos.

Organizme RNR randama kompleksų su baltymais – ribonukleoproteinų – pavidalu.

Yra 2 RNR molekulių tipai:

1) Kai kuriems virusams būdingos dvigrandės RNR – jos tarnauja paveldimos informacijos saugojimui ir atkūrimui (atlieka chromosomų funkcijas).

2) Daugumoje ląstelių vienos grandinės RNR vykdo informacijos apie aminorūgščių seką baltymuose perdavimą iš chromosomos į ribosomą.

Viengrandžiai RNR turi erdvinė organizacija: dėl azoto bazių sąveikos tarpusavyje, taip pat su fosfatais ir cukraus-fosfato pagrindo hidroksilais grandinė susilanksto į kompaktišką struktūrą, pavyzdžiui, rutuliuką. Funkcija: perkelia iš chromosomos į ribosomą informaciją apie AA seką sintezuojamuose baltymuose.

Yra keletas vienos grandinės RNR tipų, atsižvelgiant į jų funkciją arba vietą ląstelėje:

1. Ribosominė RNR (rRNR) sudaro didžiąją dalį citoplazminės RNR (80-90%). Matmenys 3000-5000 bazinių porų. Antrinė struktūra dvigubos spiralės plaukų segtukų pavidalu. rRNR yra struktūrinis ribosomų komponentas – ląstelių organelių, kuriose vyksta baltymų sintezė. Ribosomos yra lokalizuotos citoplazmoje, branduolyje, mitochondrijose ir chloroplastuose. Susideda iš dviejų subvienetų – didelio ir mažo. Mažasis subvienetas susideda iš vienos rRNR molekulės ir 33 baltymų molekulių, didysis subvienetas susideda iš 3 rRNR molekulių ir 50 baltymų. Ribosomų baltymai atlieka fermentines ir struktūrines funkcijas.

rRNR funkcijos:

1) konstrukcinis komponentas ribosomos- jų vientisumas būtinas baltymų biosintezei;

2) užtikrinti teisingą ribosomos prisijungimą prie mRNR;

3) užtikrinti teisingą ribosomos prisijungimą prie t-RNR;

2. Matrica (mRNR) - 2-6% viso RNR kiekio.

Susideda iš sričių:

1) cistronai - nustato AK seką jų koduojamuose baltymuose, turi unikalią nukleotidų seką;

2) neišverstos sritys yra molekulės galuose, turi bendrus nukleotidų sudėties modelius.

Kepurėlė – speciali struktūra iRNR 5’ gale – tai 7-metilguanozintrifosfatas, kuris susidaro fermentiniu būdu transkripcijos metu.

Dangtelio funkcijos:

1) apsaugo 5' galą nuo skilimo egzonukleazėmis,

2) naudojamas specifiniam mRNR atpažinimui vertimo metu.

Precistroninė netransliuota sritis – 3-15 nukleotidų. Funkcija: užtikrina teisingą mRNR 5' galo sąveiką su ribosoma.

Cistron: yra inicijuojantys ir baigiamieji kodonai – specialios nukleotidų sekos, atsakingos už informacijos perdavimo iš tam tikro cistrono pradžią ir pabaigą.

Postcistronic netransliuota sritis - esanti 3' gale, turi heksanukleotidą (dažnai AAUAAAA) ir 20-250 adenilo nukleotidų grandinę. Funkcija yra išlaikyti tarpląstelinį mRNR stabilumą.

3. Perneškite RNR (tRNR) - 15% visos RNR, susideda iš 70-93 bazių porų. Funkcija: aminorūgšties perkėlimas į baltymų sintezės vietą, „atpažinti“ (pagal komplementarumo principą) mRNR sritį, atitinkančią perkeltą aminorūgštį. Kiekvienai iš 20 AA yra specifinės tRNR (paprastai daugiau nei viena). Visos tRNR turi sudėtingą dobilo lapų struktūrą.

Dobilo lapą sudaro 5 skyriai:

1) 3′ galas – akceptoriaus šaka (AA liekana čia prijungta eterio jungtimi),

2) antikidono šaka – esanti priešais akceptoriaus vietą, susideda iš trijų nesuporuotų (turinčių laisvus ryšius) nukleotidų (antikodono) ir specifinių porų (antilygiagrečių, komplementarių) su mRNR kodonu.

kodonas- mRNR 3 nukleotidų rinkinys (tripletas), kuris nustato tam tikros aminorūgšties vietą susintetintoje polipeptidinėje grandinėje. Tai genetinio kodo vienetas, kurio pagalba visa genetinė informacija „įrašoma“ į DNR ir RNR molekules.

3) T-šaka (pseudouredino kilpa – yra pseudouredino) – vieta, kuri prisitvirtina prie ribosomos.

4) D-šaka (dehidrouredino kilpa – yra dehidrouredino) – vieta, kuri užtikrina sąveiką su aminorūgštį atitinkančiu fermentu aminoacil-tRNR sintetaze.

5) Papildoma nedidelė šaka. Funkcijos dar neištirtos.

6) Branduolinė RNR (nRNR) – ląstelės branduolio komponentas. Mažas polimeras, stabilus, kurio vaidmuo vis dar neaiškus.

Visų tipų RNR sintetinama DNR matricos ląstelės branduolyje, veikiant fermentams. polimerazės. Tokiu atveju susidaro ribonukleotidų seka, kuri yra komplementari su dezoksiribonukleotidų seka DNR – tai yra transkripcijos procesas.

Įvairių tipų DNR ir RNR – nukleino rūgštys – yra vienas iš molekulinės biologijos tyrimo objektų. Viena iš perspektyviausių ir sparčiausiai besivystančių šio mokslo sričių pastaraisiais metais buvo RNR tyrimai.

Trumpai apie RNR struktūrą

Taigi, RNR, ribonukleorūgštis, yra biopolimeras, kurio molekulė yra grandinė, sudaryta iš keturių tipų nukleotidų. Kiekvienas nukleotidas savo ruožtu susideda iš azoto bazės (adenino A, guanino G, uracilo U arba citozino C) kartu su ribozės cukrumi ir fosforo rūgšties liekana. Fosfato liekanos, jungdamosi su gretimų nukleotidų ribozėmis, „susiuva“ sudedamuosius RNR blokus į makromolekulę – polinukleotidą. Taip susidaro pirminė RNR struktūra.

Antrinė struktūra - dvigubos grandinės susidarymas - susidaro kai kuriose molekulės dalyse pagal azotinių bazių komplementarumo principą: adeninas poruojasi su uracilu per dvigubą, o guaninas su citozinu - trigubu vandenilio ryšiu.

Darbinėje formoje RNR molekulė taip pat formuoja tretinę struktūrą – ypatingą erdvinę struktūrą, konformaciją.

RNR sintezė

Visų tipų RNR sintetinama naudojant fermentą RNR polimerazę. Jis gali priklausyti nuo DNR ir RNR, tai yra, gali katalizuoti tiek DNR, tiek RNR šablonų sintezę.

Sintezė remiasi bazių papildomumu ir genetinio kodo skaitymo krypties antiparaleliškumu ir vyksta keliais etapais.

Pirma, RNR polimerazė atpažįstama ir sujungiama su specialia DNR nukleotidų seka – promotoriumi, po kurio DNR dviguba spiralė išsivynioja nedideliame plote ir RNR molekulės surinkimas prasideda per vieną iš grandinių, vadinamų šablonu (kita). DNR grandinė vadinama kodavimu – būtent jos kopija yra susintetinta RNR). Protoriaus asimetrija lemia, kuri iš DNR grandinių bus šablonas, todėl RNR polimerazė gali inicijuoti sintezę teisinga kryptimi.

Kitas žingsnis vadinamas pailgėjimu. Transkripcijos kompleksas, apimantis RNR polimerazę ir nesusuktą sritį su DNR-RNR hibridu, pradeda judėti. Vykstant šiam judėjimui, auganti RNR grandinė palaipsniui atsiskiria, o DNR dviguba spiralė išsivynioja priešais kompleksą ir vėl susirenka už jo.

Paskutinis sintezės etapas įvyksta, kai RNR polimerazė pasiekia tam tikrą matricos sritį, vadinamą terminatoriumi. Proceso nutraukimas (pabaiga) gali būti pasiektas įvairiais būdais.

Pagrindiniai RNR tipai ir jų funkcijos ląstelėje

Jie yra šie:

• Matrica arba informacinė (mRNR). Per ją vykdoma transkripcija – genetinės informacijos perkėlimas iš DNR.
• Ribosominė (rRNR), kuri užtikrina vertimo procesą - baltymų sintezę mRNR šablone.
• Transportas (tRNR). Atpažįsta ir perneša aminorūgštis į ribosomą, kur vyksta baltymų sintezė, taip pat dalyvauja transliacijoje.
• Mažos RNR yra didelė mažų molekulių klasė, kuri atlieka įvairias funkcijas transkripcijos, RNR brendimo ir vertimo metu.
• RNR genomai yra koduojančios sekos, kuriose yra kai kurių virusų ir viroidų genetinė informacija.

Devintajame dešimtmetyje buvo atrastas RNR katalizinis aktyvumas. Šią savybę turinčios molekulės vadinamos ribozimais. Natūralių ribozimų dar nėra žinoma tiek daug, jų katalizinis gebėjimas yra mažesnis nei baltymų, tačiau ląstelėje jie atlieka itin svarbias funkcijas. Šiuo metu sėkmingai vyksta ribozimų sintezės darbai, kurie, be kita ko, turi taikomąją reikšmę.

Išsamiau pakalbėkime apie skirtingus RNR molekulių tipus.

Matricinė (informacinė) RNR

Ši molekulė sintetinama per nesusuktą DNR dalį, taip nukopijuojant geną, koduojantį tam tikrą baltymą.

Eukariotinių ląstelių RNR, prieš tapdama savo ruožtu baltymų sintezės matrica, turi subręsti, tai yra, pereiti įvairių modifikacijų kompleksą – apdorojimą.

Visų pirma, net ir transkripcijos stadijoje, molekulėje vyksta dangtelis: prie jos galo pritvirtinama speciali vieno ar kelių modifikuotų nukleotidų struktūra – dangtelis. Jis vaidina svarbų vaidmenį daugelyje tolesnių procesų ir padidina mRNR stabilumą. Vadinamoji poli(A) uodega, adenino nukleotidų seka, yra pritvirtinta prie kito pirminio transkripto galo.

Tada pre-mRNR sujungiama. Tai nekoduojančių sričių pašalinimas iš molekulės – intronai, kurių gausu eukariotų DNR. Toliau vyksta mRNR redagavimo procedūra, kurios metu jos sudėtis yra chemiškai modifikuojama, taip pat metilinimas, po kurio subrendusi mRNR palieka ląstelės branduolį.

Ribosominė RNR

Ribosomos, komplekso, užtikrinančio baltymų sintezę, pagrindą sudaro dvi ilgos rRNR, kurios sudaro ribosomos daleles. Jie sintetinami kartu kaip viena pre-rRNR, kuri vėliau yra atskiriama apdorojimo metu. Į didelį subvienetą taip pat įeina mažos molekulinės masės rRNR, susintetinta iš atskiro geno. Ribosominės RNR turi tankiai supakuotą tretinę struktūrą, kuri tarnauja kaip ribosomoje esančių ir pagalbines funkcijas atliekančių baltymų karkasas.

Nedarbinėje fazėje ribosomų subvienetai yra atskirti; prasidėjus transliacijos procesui, mažojo subvieneto rRNR susijungia su pasiuntinio RNR, po to visiškai susijungia ribosomos elementai. Kai mažo subvieneto RNR sąveikauja su iRNR, pastaroji tarsi driekiasi per ribosomą (tai prilygsta ribosomos judėjimui išilgai mRNR). Didelio subvieneto ribosominė RNR yra ribozimas, tai yra, ji turi fermentinių savybių. Jis katalizuoja peptidinių jungčių tarp aminorūgščių susidarymą baltymų sintezės metu.

Pažymėtina, kad ląstelėje didžiausia visos RNR dalis yra ribosominė – 70-80 proc. DNR turi daug genų, koduojančių rRNR, o tai užtikrina labai intensyvią jos transkripciją.

Perkelkite RNR

Šią molekulę specialaus fermento pagalba atpažįsta tam tikra aminorūgštis ir, jungdamasi su ja, perneša aminorūgštį į ribosomą, kur ji tarnauja kaip tarpininkas vertimo – baltymų sintezės – procese. Perkėlimas atliekamas difuzijos būdu ląstelės citoplazmoje.

Naujai susintetintos tRNR molekulės, kaip ir kitų tipų RNR, yra apdorojamos. Subrendusi tRNR savo aktyvia forma turi konformaciją, panašią į dobilo lapą. Ant lapo „lapkočio“ – akceptoriaus vietos – yra CCA seka su hidroksilo grupe, kuri jungiasi su aminorūgštimi. Priešingame „lapo“ gale yra antikodono kilpa, kuri jungiasi prie papildomo kodono mRNR. D-kilpa skirta pernešimo RNR surišimui su fermentu, kai sąveikauja su aminorūgštimi, o T-kilpa – prie didelio ribosomos subvieneto.

Maža RNR

Šie RNR tipai atlieka svarbų vaidmenį ląstelių procesuose ir dabar yra aktyviai tiriami.

Pavyzdžiui, mažos branduolinės RNR eukariotinėse ląstelėse dalyvauja mRNR sujungime ir gali turėti katalizinių savybių kartu su spliceosomų baltymais. Mažos nukleolinės RNR dalyvauja ribosomų ir pernešimo RNR apdorojime.

Mažos trukdančios ir mikroRNR yra svarbiausi genų ekspresijos reguliavimo sistemos elementai, reikalingi ląstelei kontroliuoti savo struktūrą ir gyvybinę veiklą. Ši sistema yra svarbi ląstelės imuninio antivirusinio atsako dalis.

Taip pat yra mažų RNR, kurios veikia komplekse su Piwi baltymais, klasė. Šie kompleksai vaidina didžiulį vaidmenį vystantis lytinių ląstelių ląstelėms, spermatogenezei ir perkeliamų genetinių elementų slopinimui.

RNR genomas

Daugumos virusų RNR molekulė gali būti naudojama kaip genomas. Virusų genomai yra skirtingi – viengrandžiai ir dvigrandžiai, žiediniai ar linijiniai. Be to, virusų RNR genomai dažnai yra segmentuoti ir paprastai trumpesni nei DNR turinčių genomų.

Yra virusų šeima, kurių genetinė informacija, užkoduota RNR, užkrėtus ląstelę atvirkštinės transkripcijos būdu, perrašoma DNR, kuri vėliau įvedama į aukos ląstelės genomą. Tai yra vadinamieji retrovirusai. Tai visų pirma apima žmogaus imunodeficito virusą.

RNR tyrimų reikšmė šiuolaikiniame moksle

Jei anksčiau vyravo nuomonė apie antrinį RNR vaidmenį, tai dabar aišku, kad ji yra būtinas ir svarbiausias tarpląstelinės gyvybės elementas. Daugelis itin svarbių procesų negali išsiversti be aktyvaus RNR dalyvavimo. Tokių procesų mechanizmai ilgą laiką liko nežinomi, tačiau dėl įvairių tipų RNR ir jų funkcijų tyrimo pamažu aiškėja daug smulkmenų.

Gali būti, kad RNR suvaidino lemiamą vaidmenį gyvybės atsiradimui ir vystymuisi Žemės istorijos aušroje. Šią hipotezę patvirtina naujausių tyrimų rezultatai, liudijantys apie nepaprastą daugelio ląstelių funkcionavimo mechanizmų, dalyvaujančių tam tikrų tipų RNR, senumą. Pavyzdžiui, neseniai atrasti riboswitches kaip mRNR dalis (genų aktyvumo transkripcijos stadijoje be baltymų reguliavimo sistema), daugelio tyrinėtojų nuomone, yra epochos atgarsiai, kai RNR pagrindu buvo kuriama primityvi gyvybė, be jos. DNR ir baltymų dalyvavimas. MikroRNR taip pat laikomos labai sena reguliavimo sistemos dalimi. Kataliziškai aktyvios rRNR struktūrinės savybės rodo jos laipsnišką evoliuciją, pridedant naujų fragmentų į senovės protoribosomą.

Išsamus tyrimas, kokios RNR rūšys ir kaip dalyvauja tam tikruose procesuose, taip pat yra labai svarbios teorinėms ir taikomosioms medicinos sritims.

Ir uracilas (skirtingai nei DNR, kuriame vietoj uracilo yra timino). Šios molekulės yra visų gyvų organizmų ląstelėse, taip pat kai kuriuose virusuose.

Pagrindinės RNR funkcijos ląsteliniuose organizmuose yra šablonas, skirtas genetinės informacijos pavertimui baltymais ir atitinkamų aminorūgščių tiekimui į ribosomas. Virusuose jis yra genetinės informacijos nešėjas (koduoja apvalkalo baltymus ir virusų fermentus). Viroidai susideda iš apskritos RNR molekulės ir neturi kitų molekulių. Egzistuoja RNR pasaulio hipotezė, pagal kurią RNR atsirado anksčiau nei baltymai ir buvo pirmosios gyvybės formos.

Ląstelių RNR susidaro procese, vadinamame transkripcija, tai yra RNR sintezė ant DNR matricos, kurią atlieka specialūs fermentai - RNR polimerazė. Tada messenger RNR (mRNR) dalyvauja procese, vadinamame vertimu. Transliacija yra baltymo sintezė ant mRNR šablono dalyvaujant ribosomoms. Kitos RNR po transkripcijos patiria chemines modifikacijas, o susidariusios antrines ir tretines struktūras atlieka funkcijas, kurios priklauso nuo RNR tipo.

Vienagrandė RNR pasižymi įvairiomis erdvinėmis struktūromis, kuriose kai kurie tos pačios grandinės nukleotidai yra suporuoti vienas su kitu. Kai kurios labai struktūruotos RNR dalyvauja ląstelių baltymų sintezėje, pavyzdžiui, pernešančios RNR padeda atpažinti kodonus ir tiekti atitinkamas aminorūgštis į baltymų sintezės vietą, o pasiuntinių RNR yra struktūrinis ir katalizinis ribosomų pagrindas.

Tačiau RNR funkcijos šiuolaikinėse ląstelėse neapsiriboja jų vaidmeniu vertime. Taigi mRNR dalyvauja eukariotų pasiuntinių RNR ir kituose procesuose.

Be to, kad RNR molekulės yra kai kurių fermentų (pavyzdžiui, telomerazės) dalis, atskiros RNR turi savo fermentinį aktyvumą, gebėjimą daryti pertraukas kitose RNR molekulėse arba, atvirkščiai, „suklijuoti“ du RNR fragmentus. Tokios RNR vadinamos ribozimai.

Nemažai virusų susideda iš RNR, ty juose ji atlieka DNR vaidmenį aukštesniuosiuose organizmuose. Remiantis RNR funkcijų įvairove ląstelėje, buvo iškelta hipotezė, pagal kurią RNR yra pirmoji molekulė, galinti savaime daugintis prebiologinėse sistemose.

RNR tyrimų istorija

Nukleino rūgštys buvo atrastos m 1868 metaiŠveicarų mokslininkas Johanas Friedrichas Miescheris, kuris šias medžiagas pavadino „nukleinais“, nes jų buvo rasta branduolyje (lot. Nucleus). Vėliau buvo nustatyta, kad bakterijų ląstelėse, kuriose nėra branduolio, yra ir nukleino rūgščių.

Buvo pasiūlyta RNR svarba baltymų sintezei 1939 m Oskaro Kasperssono, Jeano Brachet ir Jacko Schultzo Thorburn kūrinyje. Gerardas Mairbucksas išskyrė pirmąją pasiuntinio RNR, koduojančią triušio hemoglobiną, ir parodė, kad suleidus į oocitus susidaro tas pats baltymas.

Sovietų Sąjungoje m 1956-57 buvo atliktas darbas (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) siekiant nustatyti RNR ląstelių sudėtį, todėl buvo padaryta išvada, kad ląstelėje yra ribosominė RNR.

IN 1959 m Severo Ochoa gavo Nobelio medicinos premiją už RNR sintezės mechanizmo atradimą. Buvo nustatyta vienos iš mielių S. cerevisiae tRNR 77 nukleotidų seka. 1965 m Robert Hall laboratorijoje, kuriai 1968 metai jis gavo Nobelio medicinos premiją.

IN 1967 Carl Wese pasiūlė, kad RNR turi katalizinių savybių. Jis iškėlė vadinamąją RNR pasaulio hipotezę, kurioje proto organizmų RNR tarnavo ir kaip informacijos saugojimo molekulės (dabar šį vaidmenį atlieka DNR), ir kaip molekulės, katalizuojančios medžiagų apykaitos reakcijas (dabar tai atlieka fermentai).

IN 1976 Walteris Firesas ir jo grupė iš Gento universiteto (Olandija) pirmą kartą nustatė RNR genomo seką, esančią viruse, bakteriofage MS2.

Iš pradžių 1990-ieji buvo nustatyta, kad svetimų genų įvedimas į augalo genomą sukelia panašių augalų genų raiškos slopinimą. Maždaug tuo pačiu metu buvo įrodyta, kad maždaug 22 bazių ilgio RNR, dabar vadinamos miRNR, atlieka reguliavimo vaidmenį apvaliųjų kirmėlių ontogenezėje.

Hipotezę apie RNR svarbą baltymų sintezei iškėlė Torbjörn Caspersson, remdamasis moksliniais tyrimais. 1937-1939 m., dėl to buvo įrodyta, kad ląstelėse, kurios aktyviai sintetina baltymus, yra daug RNR. Hipotezės patvirtinimą gavo Hubertas Chantrenne'as.

RNR struktūros ypatumai

RNR nukleotidai susideda iš cukraus – ribozės, prie kurios 1" padėtyje yra prijungta viena iš bazių: adeninas, guaninas, citozinas arba uracilas. Fosfatų grupė sujungia ribozes į grandinę, sudarydama ryšius su vienos ribozės 3" anglies atomu ir 5 "padėtyje kito. Fosfatų grupės esant fiziologiniam pH yra neigiamai įkrautos, todėl RNR galima vadinti polianijonas.

RNR yra transkribuojama kaip keturių bazių (adenino (A), guanino (G), uracilo (U) ir citozino (C) polimeras, tačiau „brendusi“ RNR turi daug modifikuotų bazių ir cukrų. Iš viso RNR yra apie 100 skirtingų modifikuotų nukleozidų tipų, iš kurių:
-2"-O-metilribozė labiausiai paplitusi cukraus modifikacija;
- pseudouridinas- dažniausiai modifikuota bazė, kuri pasitaiko dažniausiai. Pseudouridine (Ψ) ryšys tarp uracilo ir ribozės yra ne C - N, o C - C, šis nukleotidas yra skirtingose ​​RNR molekulių padėtyse. Visų pirma, pseudouridinas yra svarbus tRNR funkcijai.

Dar viena modifikuota bazė, kurią verta paminėti, yra hipoksantinas, deaminintas guaninas, kurio nukleozidas vadinamas inozino. Inozinas atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant genetinio kodo degeneraciją.

Daugelio kitų modifikacijų vaidmuo nėra iki galo suprantamas, tačiau ribosominėje RNR daug potranskripcijos modifikacijų yra ribosomos funkcionavimui svarbiose srityse. Pavyzdžiui, ant vieno iš ribonukleotidų, dalyvaujančių formuojant peptidinį ryšį. Azoto bazės RNR gali sudaryti vandenilinius ryšius tarp citozino ir guanino, adenino ir uracilo, taip pat tarp guanino ir uracilo. Tačiau galimos ir kitos sąveikos, pavyzdžiui, keli adeninai gali sudaryti kilpą arba kilpą, susidedančią iš keturių nukleotidų, kuriuose yra adenino-guanino bazių pora.

Svarbi struktūrinė RNR ypatybė, skirianti ją nuo DNR, yra hidroksilo grupės buvimas 2" ribozės padėtyje, kuri leidžia RNR molekulei egzistuoti A, o ne B konformacijoje, kuri dažniausiai matoma DNR. A forma turi gilų ir siaurą pagrindinį griovelį ir seklią bei platų šalutinį griovelį. Antroji 2 colių hidroksilo grupės pasekmė yra tai, kad konformaciškai plastiškos, ty nedalyvaujančios dvigubos spiralės formavime, RNR molekulė gali chemiškai atakuoti kitus fosfato ryšius ir juos suskaidyti.

„Darbinė“ vienos grandinės RNR molekulės forma, kaip ir baltymuose, dažnai turi tretinė struktūra. Tretinė struktūra susidaro antrinės struktūros elementų pagrindu, susidarančių per vandenilinius ryšius vienoje molekulėje. Yra keletas antrinės struktūros elementų tipų - kamieninės kilpos, kilpos ir pseudoknotai. Dėl didelio galimų bazių porų skaičiaus RNR antrinės struktūros numatymas yra daug sunkesnė užduotis nei baltymų struktūra, tačiau šiuo metu yra veiksmingų programų, pavyzdžiui, mfold.

RNR molekulių funkcijų priklausomybės nuo jų antrinės struktūros pavyzdys yra vidinės ribosomų įėjimo vietos (IRES). IRES – struktūra 5" pasiuntinio RNR gale, užtikrinanti ribosomos prisitvirtinimą apeinant įprastą baltymų sintezės inicijavimo mechanizmą, reikalauja specialios modifikuotos bazės (dangtelio) 5" gale ir baltymų iniciacijos faktorių. . Iš pradžių IRES buvo rasta virusinėse RNR, tačiau dabar kaupiasi vis daugiau įrodymų, kad ląstelių mRNR taip pat naudoja nuo IRES priklausomą inicijavimo mechanizmą streso sąlygomis. Daugelio tipų RNR, pvz., rRNR ir snRNR (snRNR), ląstelėje veikia kaip kompleksai su baltymais, kurie asocijuojasi su RNR molekulėmis po to, kai jie yra susintetinti arba (y) eksportuojami iš branduolio į citoplazmą. Tokie RNR-baltymų kompleksai vadinami ribonukleoproteinų kompleksais arba ribonukleoproteinai.

Matricinė ribonukleorūgštis (mRNR, sinonimas - pasiuntinio RNR, mRNR)- RNR, atsakinga už informacijos apie pirminę baltymų struktūrą perdavimą iš DNR į baltymų sintezės vietas. mRNR yra sintetinama iš DNR transkripcijos metu, o po to ji, savo ruožtu, naudojama vertimo metu kaip baltymų sintezės šablonas. Taigi mRNR vaidina svarbų vaidmenį „pasireiškime“ (išraiškoje).
Tipiškos brandžios mRNR ilgis yra nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių nukleotidų. Ilgiausios mRNR buvo aptiktos (+) ssRNR virusuose, tokiuose kaip pikornavirusai, tačiau reikia atsiminti, kad šiuose virusuose mRNR sudaro visą jų genomą.

Didžioji dauguma RNR nekoduoja baltymų. Šios nekoduojančios RNR gali būti transkribuotos iš atskirų genų (pvz., ribosomų RNR) arba gautos iš intronų. Klasikiniai, gerai ištirti nekoduojančių RNR tipai yra pernešančios RNR (tRNR) ir rRNR, dalyvaujančios vertimo procese. Taip pat yra RNR klasės, atsakingos už genų reguliavimą, mRNR apdorojimą ir kitus vaidmenis. Be to, yra nekoduojančių RNR molekulių, kurios gali katalizuoti chemines reakcijas, tokias kaip RNR molekulių pjaustymas ir susiejimas. Analogiškai su baltymais, galinčiais katalizuoti chemines reakcijas – fermentus (fermentus), katalizinės RNR molekulės vadinamos ribozimais.

Transportas (tRNR)- mažos, susidedančios iš apie 80 nukleotidų, konservatyvios tretinės struktūros molekulės. Jie perneša specifines aminorūgštis į peptidinių jungčių sintezės vietą ribosomoje. Kiekvienoje tRNR yra aminorūgščių prisijungimo vieta ir antikodonas, skirtas atpažinti ir prijungti prie mRNR kodono. Antikodonas sudaro vandenilinius ryšius su kodonu, dėl kurio tRNR yra tokia padėtis, kuri leidžia susidaryti peptidiniam ryšiui tarp paskutinės susidariusio peptido aminorūgšties ir aminorūgšties, prijungtos prie tRNR.

Ribosominė RNR (rRNR)- katalizinis ribosomų komponentas. Eukariotinėse ribosomose yra keturių tipų rRNR molekulės: 18S, 5.8S, 28S ir 5S. Trys iš keturių rRNR tipų yra sintetinami polisomose. Citoplazmoje ribosominės RNR jungiasi su ribosomų baltymais ir sudaro nukleoproteinus, vadinamus ribosomomis. Ribosoma prisijungia prie mRNR ir sintetina baltymą. rRNR sudaro iki 80% RNR, randamos eukariotinių ląstelių citoplazmoje.

Neįprastas RNR tipas, kuris veikia ir kaip tRNR, ir kaip mRNR (tmRNR), randamas daugelyje bakterijų ir plastidų. Kai ribosoma sustoja ant defektinių mRNR be stop kodonų, tmRNR prijungia mažą peptidą, kuris nukreipia baltymą į skaidymą.

Mikro-RNR (21-22 nukleotidų ilgio) randami eukariotuose ir veikia per RNR trukdžių mechanizmą. Tuo pačiu metu mikroRNR ir fermentų kompleksas gali sukelti nukleotidų metilinimą geno promotoriaus DNR, o tai yra signalas sumažinti geno aktyvumą. Kai naudojamas kitas mRNR reguliavimo tipas, komplementari miRNR yra suardoma. Tačiau yra miRNR, kurios didina, o ne mažina genų ekspresiją.

Maža trukdanti RNR (siRNR, 20-25 nukleotidai) dažnai susidaro dėl virusinės RNR skilimo, tačiau egzistuoja ir endogeninės ląstelių miRNR. Mažos trukdančios RNR taip pat veikia per RNR trukdžius panašiuose į miRNR mechanizmus.

Palyginimas su DNR

Yra trys pagrindiniai skirtumai tarp DNR ir RNR:

1 . DNR yra cukraus dezoksiribozės, RNR yra ribozės, kuri, palyginti su dezoksiriboze, turi papildomą hidroksilo grupę. Ši grupė padidina molekulės hidrolizės tikimybę, tai yra, sumažina RNR molekulės stabilumą.

2. Nukleotidas, papildantis adeniną RNR, nėra timinas, kaip DNR, o uracilas yra nemetilinta timino forma.

3. DNR egzistuoja dvigubos spiralės, susidedančios iš dviejų atskirų molekulių, pavidalu. RNR molekulės vidutiniškai yra daug trumpesnės ir daugiausia viengrandinės. Biologiškai aktyvių RNR molekulių, įskaitant tRNR, rRNR snRNR ir kitas baltymų nekoduojančias molekules, struktūrinė analizė parodė, kad jos susideda ne iš vienos ilgos spiralės, o iš daugybės trumpų spiralių, esančių arti viena kitos ir sudaro kažką panašaus į tretinė baltymų struktūra. Dėl to RNR gali katalizuoti chemines reakcijas, pavyzdžiui, ribosomos peptidų transferazės centras, dalyvaujantis formuojant baltymų peptidinį ryšį, susideda tik iš RNR.

Funkcijos ypatybės:

1. Apdorojimas

Daugelis RNR dalyvauja modifikuojant kitas RNR. Intronai yra iškirpti iš spliceosomų pro-mRNR, kuriose, be baltymų, yra keletas mažų branduolinių RNR (snRNR). Be to, intronai gali katalizuoti savo eksciziją. Transkripcijos metu susintetinta RNR taip pat gali būti chemiškai modifikuota. Eukariotuose chemines RNR nukleotidų modifikacijas, pavyzdžiui, jų metilinimą, atlieka mažos branduolinės RNR (snRNR, 60-300 nukleotidų). Šio tipo RNR yra lokalizuota branduolio ir Cajal kūnuose. Po snRNR susiejimo su fermentais, snRNR prisijungia prie tikslinės RNR, sudarydama bazių porą tarp dviejų molekulių, o fermentai modifikuoja tikslinės RNR nukleotidus. Ribosominės ir pernešančios RNR turi daug tokių modifikacijų, kurių specifinė padėtis dažnai išsaugoma evoliucijos eigoje. snRNR ir pačios snRNR taip pat gali būti modifikuotos.

2. Transliacija

tRNR prijungia tam tikras aminorūgštis citoplazmoje ir yra siunčiamos į mRNR baltymų sintezės vietą, kur prisijungia prie kodono ir paaukoja aminorūgštį, kuri naudojama baltymų sintezei.

3. Informacinė funkcija

Kai kuriuose virusuose RNR atlieka tas funkcijas, kurias DNR atlieka eukariotuose. Taip pat informacinę funkciją atlieka mRNR, kuri neša informaciją apie baltymus ir yra jos sintezės vieta.

4. Genų reguliavimas

Kai kurios RNR rūšys dalyvauja reguliuojant genus, didindamos arba mažindamos jų aktyvumą. Tai vadinamosios miRNR (mažos trukdančios RNR) ir mikroRNR.

5. katalizinisfunkcija

Yra vadinamųjų fermentų, kurie priklauso RNR, jie vadinami ribozimais. Šie fermentai atlieka skirtingas funkcijas ir turi savitą struktūrą.

Skirtingai nuo DNR molekulių, ribonukleino rūgštys yra pavaizduotos viena polinukleotidų grandine, kurią sudaro keturių tipų nukleotidai, kuriuose yra cukraus, ribozės, fosfato ir vienos iš keturių azoto bazių – adenino, guanino, uracilo arba citozino. RNR sintetinama ant DNR molekulių, naudojant RNR polimerazės fermentus, laikantis komplementarumo ir antiparaleliškumo principo, o uracilas papildo DNR adeniną RNR. Visą ląstelėje veikiančių RNR įvairovę galima suskirstyti į tris pagrindinius tipus: mRNR, tRNR, rRNR.

Matrica, arba informacija, RNR (mRNR arba mRNR).

Transkripcija. Norint susintetinti norimų savybių turinčius baltymus, į jų konstravimo vietą siunčiama „instrukcija“ tokia tvarka, kokia aminorūgštys įtraukiamos į peptidinę grandinę. Ši instrukcija yra matricos arba informacinės RNR (mRNR, mRNR), susintetintos atitinkamose DNR srityse, nukleotidų sekoje. iRNR sintezės procesas vadinamas transkripcija. MRNR sintezė prasideda nuo to, kad RNR polimerazė aptinka specialią vietą DNR molekulėje, kuri nurodo transkripcijos pradžios vietą – promotorių.

Prisijungusi prie promotoriaus, RNR polimerazė išvynioja gretimą DNR spiralės posūkį. Šiuo metu dvi DNR grandinės išsiskiria, o vienoje iš jų fermentas sintezuoja mRNR. Ribonukleotidų surinkimas į grandinę vyksta laikantis jų komplementarumo su DNR nukleotidais, taip pat antiparaleliškai šabloninei DNR grandinei. Dėl to, kad RNR polimerazė gali surinkti polinukleotidą tik nuo 5' galo iki 3' galo, tik viena iš dviejų DNR grandinių gali būti transkripcijos šablonas, būtent ta, kuri susiduria su fermentu su savo 3. ' galas ( 3 " → 5"). Tokia grandinė vadinama kodogenine. Dviejų polinukleotidinių grandinių DNR molekulėje sujungimo antiparaleliškumas leidžia RNR polimerazei teisingai parinkti šabloną mRNR sintezei. Judant kodogenine DNR grandine, RNR polimerazė atlieka laipsnišką tikslų informacijos perrašymą, kol ji neatitinka konkrečios nukleotidų sekos – transkripcijos terminatoriaus.Šiame regione RNR polimerazė yra atskirta ir nuo DNR šablono, ir nuo naujai susintetintos mRNR.DNR molekulės fragmentas, įskaitant promotorius, transkribuota seka ir terminatorius, sudaro transkripcijos vienetą - transkriptoną. Sintezės procese, kai RNR polimerazė juda išilgai DNR molekulės, vienos grandinės DNR dalys, kurias ji praėjo, vėl sujungiamos į d. karo spiralė. Transkripcijos metu susidariusioje mRNR yra tiksli informacijos, įrašytos atitinkamame DNR skyriuje, kopija. Trys gretimi mRNR nukleotidai, koduojantys aminorūgštis, vadinami kodonais. MRNR kodono seka koduoja aminorūgščių seką peptidinėje grandinėje. mRNR kodonai atitinka specifines aminorūgštis. MRNR transkripcijos šablonas yra kodogeninė DNR grandinė, nukreipta prieš fermentą 3' galu.

Perneškite RNR (tRNR). Transliacija. Pernešimo RNR (tRNR) vaidina svarbų vaidmenį ląstelėje naudojant paveldimą informaciją. Pristačiusi reikalingas aminorūgštis į peptidinių grandinių surinkimo vietą, tRNR veikia kaip transliacijos tarpininkas. tRNR molekulės yra polinukleotidinės grandinės, susintetintos konkrečiose DNR sekose. Jie susideda iš palyginti nedidelio nukleotidų skaičiaus -75-95. Dėl papildomo bazių, esančių skirtingose ​​tRNR polinukleotidų grandinės dalyse, sujungimo, jis įgauna struktūrą, panašią į dobilo lapą. Jį sudaro keturios pagrindinės dalys, kurios atlieka skirtingas funkcijas. Akceptoriaus „stiebelį“ sudaro dvi viena kitą papildančios galinės tRNR dalys. Jį sudaro septynios bazinės poros. Šio kamieno 3" galas yra šiek tiek ilgesnis ir sudaro viengrandę sritį, kuri baigiasi CCA seka su laisva OH grupe. Prie šio galo yra prijungta transportuojama aminorūgštis. Likusios trys šakos yra komplementariai suporuotos nukleotidų sekos, kurios baigiasi nesuporuotose kilpą formuojančiose srityse. Šių šakų vidurį – antikodoną – sudaro penkios nukleotidų poros, o kilpos centre yra antikodonas. Antikodonas yra trys nukleotidai, papildantys mRNR kodoną, kuris koduoja aminorūgštį šios tRNR pernešamos į peptidų sintezės vietą.Tarp akceptoriaus ir antikodono šakų yra dvi šoninės šakos.Jų kilpose yra modifikuotų bazių – dihidrouridinas (D-kilpa) ir TψC tripletas, kur \y yra pseudouriain (T ^C-kilpa).Tarp aitikodono ir T^C šakų yra papildoma kilpa, apimanti nuo 3-5 iki 13-21 nukleotido Apskritai skirtingiems tRNR tipams būdingas tam tikras nukleotidų sekos konsistencija, kuri dažniausiai susideda iš 76 nukleotidų. Jų skaičiaus kitimas daugiausia susijęs su skaičiaus pasikeitimu

nukleotidai papildomoje kilpoje. Papildomi regionai, palaikantys tRNR struktūrą, paprastai yra konservuoti. Pirminė tRNR struktūra, nulemta nukleotidų sekos, sudaro antrinę tRNR struktūrą, kuri turi dobilo lapo formą. Savo ruožtu antrinė struktūra sukelia trimatę tretinę struktūrą, kuriai būdingas dviejų statmenų dvigubų spiralių susidarymas. Vieną jų sudaro akceptoriaus ir TψC šakos, kitą – antikodonas ir D šakos. Vienos iš dvigubų spiralių gale yra pernešama aminorūgštis, kitos – antikodonas. Šios sritys yra labiausiai nutolusios viena nuo kitos. Tretinės tRNR struktūros stabilumas išlaikomas dėl papildomų vandenilio ryšių atsiradimo tarp polinukleotidinės grandinės bazių, esančių skirtingose ​​jos dalyse, tačiau tretinėje struktūroje erdviškai arti. Įvairių tipų tRNR turi panašią tretinę struktūrą, nors ir su tam tikrais variantais. Viena iš tRNR savybių yra neįprastų bazių buvimas joje, atsirandančios dėl cheminės modifikacijos, į polinukleotidų grandinę įtraukus normalią bazę. Šios pakeistos bazės lemia didelę tRNR struktūrinę įvairovę bendrame jų struktūros plane. Didžiausią susidomėjimą kelia antikodoną sudarančių bazių modifikacijos, kurios turi įtakos jo sąveikos su kodonu specifiškumui. Pavyzdžiui, netipinės bazės inozinas, kartais esantis 1-oje tRNR antikodono padėtyje, gali komplementariai jungtis su trimis skirtingomis trečiosiomis mRNR kodono bazėmis – U, C ir A. Yra keletas tRNR tipų, galinčių jungtis. taip pat buvo nustatytas su tuo pačiu kodonu. Dėl to ląstelių citoplazmoje randama ne 61 (pagal kodonų skaičių), o apie 40 skirtingų tRNR molekulių. Šio kiekio pakanka 20 skirtingų aminorūgščių transportuoti į baltymų surinkimo vietą. Kartu su tikslaus tam tikro kodono atpažinimo funkcija mRNR, tRNR molekulė tiekia griežtai apibrėžtą aminorūgštį, užšifruotą šiuo kodonu, į peptidinės grandinės sintezės vietą. Specifinis tRNR ryšys su „jos“ aminorūgštimi vyksta dviem etapais ir veda prie junginio, vadinamo aminoacil-tRNR, susidarymo.

Aminorūgščių prijungimas prie atitinkamos tRNR:

I-1 stadija, aminorūgščių ir ATP sąveika su pirofosfato išsiskyrimu;

II-2 etapas, adeniluojančios aminorūgšties pridėjimas prie RNR 3' galo

Pirmajame etape aminorūgštis aktyvuojama sąveikaujant su jos karboksilo grupe su ATP. Dėl to susidaro adipilinta aminorūgštis. Antrame etape šis junginys sąveikauja su OH grupe, esančia atitinkamos tRNR 3" gale, ir aminorūgštis prie jos prijungia savo karboksilo grupę, išskirdama AMP. Taigi šis procesas vyksta naudojant energiją, gautą ATP hidrolizė į AMP Aminorūgščių ir atitinkamą antikodoną turinčios tRNR jungties specifiškumas pasiekiamas dėl fermento aminoacil-tRNR sintetazės savybių. Citoplazmoje yra visas rinkinys tokių fermentų, kurie gali erdvinio atpažinimo, viena vertus, jų aminorūgšties ir, kita vertus, atitinkamo tRNR antikodono. Paveldima informacija, „įrašyta“ DNR molekulėse ir „perrašyta“ ant mRNR, vertimo metu iššifruojama dėl dviejų specifinių procesų. molekulinių paviršių atpažinimas.mRNR per abipusį antikodono sąveika su kodonu. tRNR sistemos pagalba mRNR nukleotidų grandinės kalba. išversta į peptido aminorūgščių sekos kalbą. Ribosominė RNR (rRNR). Ribosominis baltymų sintezės ciklas. MRNR ir tRNR sąveikos procesas, užtikrinantis informacijos vertimą iš nukleotidų kalbos į aminorūgščių kalbą, atliekamas ribosomose. Pastarieji yra sudėtingi rRNR ir įvairių baltymų kompleksai, kuriuose pirmieji sudaro karkasą. Ribosominės RNR yra ne tik struktūrinis ribosomų komponentas, bet ir užtikrina jų prisijungimą prie specifinės mRNR nukleotidų sekos. Tai nustato peptidinės grandinės formavimo pradžios ir skaitymo rėmus. Be to, jie užtikrina ribosomos ir tRNR sąveiką. Daugybė baltymų, sudarančių ribosomas, kartu su rRNR atlieka ir struktūrinius, ir fermentinius vaidmenis.

1. Messenger RNR perkelia genetinį kodą iš branduolio į citoplazmą, taip nulemdama įvairių baltymų sintezę.

2. Pernešimo RNR perneša aktyvuotas aminorūgštis į ribosomas polipeptidų molekulių sintezei.

3. Ribosominė RNR komplekse su maždaug 75 skirtingais baltymais sudaro ribosomas – ląstelių organelius, ant kurių susirenka polipeptidų molekulės.

4. Mažoji branduolinė RNR (intronai) Dalyvauja sujungime.

5. Mažos citoplazminės RNR

6. snoRNR. Ji taip pat yra maža branduolinė. eukariotinių ląstelių branduoliuose.

7. RNR virusai

8. Viroidinė RNR

Po poliadenilinimo vyksta mRNR susijungimas, kurio metu pašalinami intronai (sritys, kurios nekoduoja baltymų), o egzonai (sritys, koduojančios baltymus) susilieja ir sudaro vieną molekulę. Sujungimą katalizuoja didelis nukleoproteinų kompleksas, spliceosoma, susidedanti iš baltymų ir mažų branduolinių RNR. Daugelis pre-mRNR gali būti sujungtos skirtingais būdais, gaminant skirtingas subrendusias mRNR, koduojančias skirtingas aminorūgščių sekas (alternatyvus sujungimas).

Trumpai tariant: sujungimas yra tada, kai išeina nieko nekoduojantys intronai ir iš egzonų susidaro subrendusi molekulė, galinti koduoti baltymą.

Alternatyvus splaisingas – iš vienos pre-mRNR molekulės galima gauti skirtingus baltymus. Tai yra, mes susiduriame su intronų iškritimo ir skirtingų egzonų susiejimo skirtumais.

Ribozimai

RNR molekulės, turinčios fermentinį aktyvumą (dažniausiai autokatalizės savybė)

Genų ekspresijos reguliavimas antisensine RNR pasižymi dideliu specifiškumu. Taip yra dėl didelio RNR-RNR hibridizacijos proceso tikslumo, pagrįsto viena su kita išplėstų nukleotidų sekų sąveika.

Tačiau antisensinės RNR pačios savaime negrįžtamai inaktyvuoja tikslinių mRNR, o norint slopinti atitinkamų genų ekspresiją, reikia didelės (bent ekvimolinės, palyginti su mRNR) tarpląstelinės antisensinės RNR koncentracijos. Antisensinių RNR efektyvumas smarkiai padidėjo po to, kai į jų sudėtį buvo įtrauktos ribozimo molekulės - trumpos RNR sekos, turinčios endonukleazės aktyvumą. Yra žinoma daug kitų fermentinių veiklų, susijusių su RNR. Todėl ribozimai plačiąja prasme vadinami RNR molekulėmis, kurios turi bet kokį fermentinį aktyvumą.

ŽIV infekcijos slopinimo RNR variantas buvo išbandytas modelių sistemomis. Šiuo tikslu naudojama neįprasta kai kurių RNR molekulių savybė – jų gebėjimas sunaikinti kitų tipų RNR. Amerikiečiai T. Cechas ir S. Altmanas už šį atradimą 1989 metais gavo Nobelio premiją. Buvo tikima, kad visos biocheminės reakcijos organizme vyksta dėl itin efektyvių specifinių katalizatorių, kurie yra baltymai – fermentai. Tačiau paaiškėjo, kad kai kurios RNR rūšys, kaip ir baltymai, turi labai specifinį katalizinį aktyvumą. Šios RNR vadinamos ribozimais.

Ribozimai savyje turi antisensinių vietų ir vietų, kurios vykdo fermentinę reakciją. Tie. jie ne tik prisitvirtina prie mRNR, bet ir ją perpjauna. ŽIV infekcijos slopinimo ribozimais esmė parodyta Fig. 32 . Prisijungdamas prie papildomos tikslinės RNR, ribozimas skaldo šią RNR, todėl nutrūksta tikslinės RNR koduojamo baltymo sintezė. Jei virusinė RNR yra toks ribozimo taikinys, tai ribozimas jį „sugadins“, ir nesusidarys atitinkamas virusinis baltymas. Dėl to virusas nustos daugintis ląstelėje. Šis metodas taikomas kai kurioms kitoms žmogaus patologijoms, pavyzdžiui, vėžio gydymui.

Panaši informacija.

Ribonukleino rūgštis yra purino ir pirimidino ribonukleotidų kopolimeras, sujungtas vienas su kitu, kaip ir DNR, fosfodiesterio tilteliais (37.6 pav.). Nors šios dvi nukleino rūgščių rūšys turi daug bendro, jos skiriasi viena nuo kitos įvairiais būdais.

1. RNR angliavandenių liekana, prie kurios yra prijungtos purino arba pirimidino bazės ir fosfato grupės, yra ribozė, o ne 2-dezoksiribozė (kaip DNR).

2. RNR pirimidino komponentai skiriasi nuo DNR komponentų. RNR, taip pat DNR sudėtis apima adenino, guanino ir citozino nukleotidus. Tuo pačiu metu RNR (išskyrus kai kuriuos specialius atvejus, kuriuos aptarsime toliau) nėra timino, jo vietą RNR molekulėje užima uracilas.

3. RNR yra viengrandė molekulė (skirtingai nei DNR, kurios struktūra yra dvigrandė), tačiau jei RNR grandinėje yra sekcijų su komplementaria seka (priešingu poliškumu), viena RNR grandinė gali susilankstyti ir susiformuoti -vadinamos „plaukų segtukais“, konstrukcijos, turinčios dvisruoges charakteristikas (37.7 pav.).

Ryžiai. 37.6. Ribonukleorūgšties (RNR) molekulės fragmentas, kuriame purino ir pirimidino bazės - adeninas (A), uracilas (U), citozinas (C) ir guaninas (- yra sulaikomos fosfodiesterio pagrindo, jungiančio ribozilo liekanas, sujungtas N- glikozidinis ryšys su atitinkamomis nukleininėmis bazėmis Atkreipkite dėmesį, kad RNR grandinė turi specifinę kryptį, kurią rodo 5 ir 3 galų fosfato liekanos.

4. Kadangi RNR molekulė yra viena grandinė, papildanti tik vieną iš DNR grandinių, guanino kiekis joje nebūtinai yra lygus citozino kiekiui, o adenino kiekis nebūtinai lygus uracilo kiekiui.

5. RNR gali būti hidrolizuojama šarminiais mononukleotidų 2,3-cikliniais diesteriais; 2, Y, 5- triesteris veikia kaip tarpinis hidrolizės produktas, kuris nesusidaro šarminės DNR hidrolizės metu, nes pastarojoje nėra 2-hidroksilo grupių; šarminis RNR labilumas (palyginti su DNR) yra naudinga savybė tiek diagnostikos, tiek analizės tikslais.

Informacija, esanti viengrandėje RNR, realizuojama kaip specifinė polimero grandinės purino ir pirimidino bazių seka (ty pirminėje struktūroje). Ši seka papildo koduojančią geno grandinę, iš kurios „skaitoma“ RNR. Dėl komplementarumo RNR molekulė gali specifiškai susijungti (hibridizuotis) su koduojančia grandine, bet nehibridizuotis su nekoduojančia DNR grandine. RNR seka (išskyrus T pakeitimą U) yra identiška nekoduojančios geno grandinės sekai (37.8 pav.).

Biologinės RNR funkcijos

Yra žinomi keli RNR tipai. Beveik visi jie tiesiogiai dalyvauja baltymų biosintezės procese. Citoplazminės RNR molekulės, kurios veikia kaip baltymų sintezės šablonai, vadinamos pasiuntinio RNR (mRNR). Kitas citoplazminės RNR tipas, ribosominė RNR (rRNR), atlieka struktūrinių ribosomų komponentų (organelių, vaidinančių svarbų vaidmenį baltymų sintezėje) vaidmenį. Transfer RNR (tRNR) adapterio molekulės dalyvauja iRNR informacijos vertime (vertime) į aminorūgščių seką baltymuose.

Didelė dalis RNR pirminių transkriptų, pagamintų eukariotinėse ląstelėse, įskaitant žinduolių ląsteles, suyra branduolyje ir nevaidina jokio struktūrinio ar informacinio vaidmens citoplazmoje. Išaugintame

Ryžiai. 37.7. Antrinė „kilpa su stiebu“ („plaukų segtukas“) tipo RNR molekulės struktūra, atsirandanti dėl intramolekulinio vandenilinių jungčių susidarymo tarp komplementarių nukleino bazių porų.

Žmogaus ląstelėse buvo aptikta mažų branduolinių RNR, kurios tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje, tačiau gali turėti įtakos RNR apdorojimui ir bendrai ląstelės „architektūrai“. Šių palyginti mažų molekulių dydžiai skiriasi, pastarosiose yra nuo 90 iki 300 nukleotidų (37.3 lentelė).

RNR yra pagrindinė kai kurių gyvūnų ir augalų virusų genetinė medžiaga. Kai kurie RNR virusai niekada nevyksta atvirkštinės RNR transkripcijos į DNR. Tačiau daugumai žinomų gyvūnų virusų, tokių kaip retrovirusai, būdinga atvirkštinė jų RNR genomo transkripcija, nukreipta nuo RNR priklausomos DNR polimerazės (atvirkštinės transkriptazės), kad susidarytų dvigrandė DNR kopija. Daugeliu atvejų gautas dvigrandės DNR nuorašas integruojamas į genomą ir toliau užtikrina viruso genų ekspresiją, taip pat naujų viruso RNR genomų kopijų gamybą.

RNR struktūrinė organizacija

Visuose eukariotuose ir prokariotiniuose organizmuose yra trys pagrindinės RNR molekulių klasės: informacinė (matrica arba pasiuntinys) RNR (mRNR), transportinė (tRNR) ir ribosominė (rRNR). Šių klasių atstovai skiriasi vienas nuo kito dydžiu, funkcijomis ir stabilumu.

Informacinė (mRNR) yra pati nevienalyčiausia klasė pagal dydį ir stabilumą. Visi šios klasės atstovai yra informacijos nešėjai iš geno į ląstelės baltymus sintezuojančią sistemą. Jie veikia kaip sintezuojamo polipeptido šablonai, tai yra nustato baltymo aminorūgščių seką (37.9 pav.).

Messenger RNR, ypač eukariotinės, turi keletą unikalių struktūrinių savybių. 5-asis mRNR galas yra „uždengtas“ 7-metilguanozintrifosfatu, prijungtu prie gretimo 2-0-metilribonukleozido 5-hidroksilo per trifosfato liekaną (37.10 pav.). mRNR molekulėse dažnai yra vidinių 6-metiladenino liekanų ir 2-0-metilintų ribonukleotidų. Nors „dangtelio“ reikšmė dar nėra iki galo išaiškinta, galima daryti prielaidą, kad gauta mRNR 5-galo struktūra naudojama specifiniam atpažinimui vertimo sistemoje. Baltymų sintezė prasideda nuo 5" (uždengto) mRNR galo. Kitame daugumos mRNR molekulių gale (3 gale) yra 20-250 nukleotidų poliadenilato grandinė. Konkrečios jos funkcijos nėra galutinai nustatytos. daryti prielaidą, kad ši struktūra yra atsakinga už intraląstelinio stabilumo mRNR palaikymą. Kai kurios mRNR, įskaitant histonines, neturi poli(A). Poli(A) buvimas mRNR struktūroje naudojamas atskirti nuo kitų RNR tipų frakcionuojant bendrą RNR. RNR ant kolonėlių su oligo(T), imobilizuota ant kieto pagrindo, pvz., celiuliozės, su kolonele atsiranda dėl papildomos poli(A) - "uodegos" sąveikos su imobilizuotu oligo (T).

Ryžiai. 37.8. Geno seka ir jo RNR nuorašas. Rodomos koduojančios ir nekoduojančios gijos, pažymimi jų poliškumas. RNR nuorašas, turintis poliškumą, yra papildantis koduojančią grandinę (su poliškumu 3–5) ir identiška savo seka (išskyrus T į U pakaitalus) ir nekoduojančios DNR grandinės poliškumu.

Ryžiai. 37.9. DNR genetinės informacijos ekspresija mRNR nuorašo forma ir vėlesnis vertimas dalyvaujant ribosomoms, kad susidarytų specifinė baltymo molekulė.

(žr. nuskaitymą)

Ryžiai. 37.10. Daugumos eukariotų pasiuntinių RNR 7-metilguanozintrifosfato 5 galuose esanti „dangtelio“ struktūra yra prijungta prie mRNR 5 galo. kuriame paprastai yra 2-O-metilpurino nukleotidas.

Žinduolių ląstelėse, įskaitant žmogaus ląsteles, subrendusios mRNR molekulės, esančios citoplazmoje, nėra visa transkribuotos geno srities kopija. Poliribonukleotidas, susidaręs dėl transkripcijos, yra citoplazminės mRNR pirmtakas; prieš paliekant branduolį, jis yra specialiai apdorojamas. Neapdoroti transkripcijos produktai, randami žinduolių ląstelių branduoliuose, sudaro ketvirtąją RNR molekulių klasę. Tokios branduolinės RNR yra labai nevienalytės ir pasiekia nemažus dydžius. Heterogeninės branduolinės RNR molekulių molekulinė masė gali būti didesnė nei , o iRNR molekulinė masė paprastai neviršija 2106. Jos apdorojamos branduolyje, o susidariusios subrendusios mRNR patenka į citoplazmą, kur tarnauja kaip baltymų matrica. biosintezė.

Pernešančios RNR (tRNR) molekulės paprastai turi apie 75 nukleotidus. Tokių molekulių molekulinė masė yra . tRNR susidaro ir dėl specifinio atitinkamų pirmtakų molekulių apdorojimo (žr. 39 skyrių). Transporto tRNR veikia kaip tarpininkai mRNR transliacijos metu. Bet kurioje ląstelėje yra mažiausiai 20 tipų tRNR molekulių. Kiekvienas tRNR tipas (kartais kelios rūšys) atitinka vieną iš 20 aminorūgščių, reikalingų baltymų sintezei. Nors kiekviena specifinė tRNR skiriasi nuo kitų savo nukleotidų seka, jos visos turi bendrų bruožų. Dėl kelių intrastrandą papildančių sričių visos tRNR turi antrinę struktūrą, vadinamą „dobilo lapeliu“ (37.11 pav.).

Visų tipų tRNR molekulės turi keturias pagrindines šakas. Akceptoriaus šaka susideda iš suporuotų nukleotidų „stiebo“ ir baigiasi CCA seka.Būtent per adenozilo liekanos Y-hidroksilo grupę įvyksta prisijungimas prie aminorūgšties karboksilo grupės. Likusios rankos taip pat susideda iš "stiebelių", sudarytų iš vienas kitą papildančių bazių porų ir nesuporuotų pagrindų kilpų (37.7 pav.). Antikodono grupė mRNR atpažįsta nukleotido tripletą arba kodoną (žr. 40 skyrių). D-šakis taip pavadintas dėl joje esančio dihidrouridino, o -šakis pavadintas pagal T-pseudouridino-C seką. Papildoma ranka yra pati kintamiausia struktūra ir naudojama kaip tRNR klasifikavimo pagrindas. 1 klasės tRNR (75 % viso jų skaičiaus) turi papildomą 3-5 bazinių porų ilgio ranką. Papildoma 2 klasės tRNR molekulių atšaka yra 13-21 bazinės poros ilgio ir dažnai apima nesuporuotą kilpą.

Ryžiai. 37.11. Aminoacil-tRNR molekulės, prie kurios 3-CCA-galo yra prijungta aminorūgštis, struktūra. Nurodomi intramolekuliniai vandenilio ryšiai ir antikodono, TTC ir dihidrouracilo gelių vieta. (Iš J. D. Watson. Molecular biology of the Gene 3rd, red.. Autorių teisės 1976, 1970, 1965, W. A. ​​​​Benjamin, Inc., Menlo Park Calif.)

Antrinė struktūra, nulemta atitinkamų šakų nukleotidų bazių komplementarios sąveikos sistemos, būdinga visoms rūšims.Akceptorinėje šakoje yra septynios bazių poros, - rankoje - penkios bazių poros, D rankoje - trys (arba keturios) bazinės poros.

tRNR molekulės yra labai stabilios prokariotuose ir šiek tiek mažiau stabilios eukariotuose. Atvirkštinė situacija būdinga mRNR, kuri prokariotuose yra gana nestabili, o eukariotų organizmuose ji pasižymi dideliu stabilumu.

Ribosominė RNR. Ribosoma yra citoplazminė nukleoproteino struktūra, skirta baltymų sintezei iš mRNR šablono. Ribosoma suteikia specifinį kontaktą, dėl kurio įvyksta nukleotidų sekos, nuskaitytos iš konkretaus geno, vertimas į atitinkamo baltymo aminorūgščių seką.

Lentelėje. 37.2 pavaizduoti žinduolių ribosomų komponentai, kurių molekulinė masė yra 4,210 6 ir nusėdimo greitis (Swedberg vienetai). Žinduolių ribosomos susideda iš dviejų nukleoproteinų subvienetų, didelių c

37.2 lentelė. Žinduolių ribosomų komponentai

molekulinė masė (60S) ir maža, kurios molekulinė masė (40S). 608 subvienetą sudaro 58-ribosomų RNR (rRNR), 5,8S-pRNR ir 28S-pRNR, taip pat daugiau nei 50 skirtingų polipeptidų. Mažas, 408 subvienetas apima vieną 18S-pRNR ir apie 30 polipeptidinių grandinių. Visos ribosominės RNR, išskyrus 5S-RNR, turi bendrą pirmtaką – 45S-RNR, esantį branduolyje (žr. 40 skyrių). 5S-RNR molekulė turi savo pirmtaką. Branduolėje labai metilintos ribosominės RNR yra supakuotos su ribosominiais baltymais. Citoplazmoje ribosomos yra gana stabilios ir gali atlikti daugybę vertimo ciklų.

Maža stabili RNR. Eukariotinėse ląstelėse rasta daug atskirų, labai konservuotų, mažų ir stabilių RNR molekulių. Dauguma šio tipo RNR yra ribonukleoproteinuose ir yra lokalizuotos branduolyje, citoplazmoje arba vienu metu abiejuose skyriuose. Šių molekulių dydžiai svyruoja nuo 90 iki 300 nukleotidų, jų kiekis yra 100 000-1 000 000 kopijų vienoje ląstelėje.

Mažos branduolinės ribonukleino dalelės (dažnai vadinamos snurps – iš anglų kalbos mažos branduolinės ribonukleino dalelės) tikriausiai vaidina esminį vaidmenį reguliuojant genų ekspresiją. Atrodo, kad U7 tipo nukleoproteinų dalelės dalyvauja formuojant 3-jų histono mRNR galų. Dalelės tikriausiai reikalingos poliadenilinimui, a intronų pašalinimui ir mRNR apdorojimui (žr. 39 skyrių). Skirtukas. 37.3. apibendrina kai kurias mažų stabilių RNR charakteristikas.

37.3 lentelė. Kai kurios mažos stabilios RNR rūšys randamos žinduolių ląstelėse

LITERATŪRA

Darnell J. ir kt. „Molecular Cell Biology“, „Scientific American Books“, 1986 m.

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

Turtingas A. ir kt. Kairiarankių Z-DNR chemija ir biologija, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Kontroliuojantys snurpso vaidmenys, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watsonas J.D., Crickas F.H.C. Nukleino rūgščių molekulinė struktūra. Gamta, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Dvi mažų stabilių RNR grupės, Cell, 1981, 25, 296.