Zgradba in funkcije RNA. Vrste RNA

Ri-bo-well-kle-in-no-vaya acid-lo-ta (RNA) - polimer, mo-no-me-ra-mi nekdo-roj je-la-yut-sya ri -bo-well -to-leo-ti-dy. Nastanek poli-me-ra pro-is-ho-dit na enak način kot v DNK, zaradi fosfo-di-eterne vezi med fosforjevim ostankom -noy sour-lo-you in ri-bo-zoy .

Mo-no-meri RNA v sestavi nukleo-ti-dov vsebujejo sladkor s petimi ogljikovimi atomi (pent-to-za), fosfor-nuyu acid-lo-tu (ostanek fosforne kisline-lo-you) in azo- ti-stoy os-no-va-nie.

Azo-ty-stye baze RNA - ura-cil, cito-to-zin, adenin in gu-a-nin. Mo-no-sa-harid nuc-leo-ti-da RNA predstavlja ri-bo-zoy

RNA je ena-vendar-verižna-poch-naya mo-le-ku-la bistveno manjših velikosti kot mo-le-ku-la DNA.

Mo-le-ku-la RNA vsebuje od 75 do 10.000 nukleotidov.

Virusi, ki vsebujejo RNA

Številni virusi, na primer virus gripe, vsebujejo kot edino nuc-le-in-new-acid-lo-lahko -le-ku-lu RNA. Virusi, ki vsebujejo RNK in niso ustvarjalni za ljudi, vsebujejo več kot DNK. Oni vy-zy-va-yut in-lyo-mi-e-lit, he-pa-tit A, akutni pro-študent za-bo-le-va-nia.

Ar-bo-vi-ru-sy - vi-ru-sy, nekdo-rž pe-re-no-syat-sya člani-no-sto-no-gi-mi. Yav-la-yut-sya voz-bu-di-te-la-mi kle-sche-vo-go in Japanese-ko-go en-tse-fa-li-ta, pa tudi rumena igrača li-ho - vesel.

Reo-vi-ru-sy, redki air-boo-di-te-ali re-spi-ra-tor-ny in črevesni for-bo-le-va-ny man-lo-ve-ka, so postali predmet posebnega-bo-go on-uch-no-go in-te-re-sa zaradi dejstva, da je njihov gen-not-ti-che-ma-te-ri-al predstavljen v obliki dvo- navijačna molekula RNA.

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

Glede na strukturo in delovanje moje funkcije obstajajo tri glavne vrste RNA: ri-bo-some -nuyu, trans-port-nuyu in in-for-ma-zi-on-nuyu (matrix-nuyu).

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

Kako-za-ali raziskave-do-va-tion, in-form-ma-ci-on-naya RNA je 3-5% celotne co-der -zh-niya RNA v celici. To je ena-but-tse-poch-naya mo-le-ku-la, nekakšen raj o-ra-zo-you-va-et-sya v procesu trans-kripcije na eni od verig mo -le-ku-ly DNK. To je posledica dejstva, da je DNK jedrskih organizmov v jedru in da sinteza beljakovin poteka na ri-bo-so -max v qi-to-plazmi, zato obstaja potreba po ho-di -most v “srednjem”. Funkcijo "srednje" opravlja matrična RNA, prenaša informacije o strukturi proteina iz jedra celice, kjer se nahaja DNA, do ri-bo-so-mum, kjer se te informacije re-a-li -zu-et-sya.

Odvisno od količine co-pi-ru-e-my informacij ima lahko matrična RNA mo-le-ku-la različno osebno dolžino.

Večina messenger RNA obstaja v celici kratek čas. V tank-te-ri-al-ny celicah je obstoj takšnih RNA opredeljen-de-la-et-xia mi-well-ta-mi in v celicah sesalcev pi-ta-yu-shchih (v eryth-ro-qi-tah) se sinteza he-mo-glo-bi-na (beljakovine) nadaljuje po jutranjih jedrcih erit-ro-qi -ta-mi v teh nekaj dneh.

2. Ribosomalna RNA

Ribo-somalne RNA predstavljajo 80 % vseh ri-bo-somov, prisotnih v celici. Te RNA so sin-te-zi-ru-yut-xia v venom-rysh-ke, v celici pa so v qi-to-plazmi, kjer skupaj z beljakovino -mi ob-ra-zu- yut ri-bo-so-we. O sintezi beljakovin ri-bo-so-max pro-is-ho-dit. Tukaj je "koda", zaprta v matrični RNA, trans-li-ru-et-xia v amino-kislinsko-zaporedje-do-va-tel-ness mo-le-ku-ly protein.

3. Prenosna RNA

Transportne RNA (glej sliko 7) nastanejo v jedru na DNA in nato preidejo v citoplazmo.

Delež takih RNA predstavlja približno 10% celotne vsebnosti RNA v celici. Imajo najkrajši mo-le-ku-ly od 80-100 nuk-leo-ti-dov.

Transportne RNA vežejo aminokislino nase in jo transportirajo do mesta sinteze beljakovin, do ri-bo -z-mamo.

Vse znane transportne RNA zaradi komplementarne interakcije med azo-ti-sta-mi i-mi about-ra-zo-you-va-yut drugo bogato strukturo-tu-ru, v obliki a- by-mi-on-s-shchy list lepila-ve-ra. V mo-le-ku-le tRNA sta dve aktivni mesti - trojček an-ti-ko-don na enem koncu in acc-tep-tor-drain, pritrjen -nya-yu-schi ami-no-kis -lo-tu, na drugi strani.

Vsak ami-no-kis-lo-te co-ot-vet-stu-e-com-bi-on-tion treh nuk-leo-ti-dov, nekdo-raj nosi ime trojček.

Ko-di-ru-yu-schi ami-no-kis-lo-you three-ple-you - do-nam DNA - re-re-da-yut-sya v obliki informacije tri-pletov (co-do-nov) mRNA. Na vrhu kle-ver-no-go-lista tRNA dis-la-ha-et-sya triplet nuk-leo-ti-dov, some-ry comp-tri-men-ta-ren co-ot- ve-stvo-yu-sche-mu to-to-well mRNA. Ta triplet je drugačen za tRNA, ki nosijo različne aminokisline, in ko-di-ru-et točno to amino-no-sour-lo-tu, nekaj raja per-re-no-syat-sya te tRNA. Dobil je ime an-ti-ko-dong.

Ak-tsep-tor-ny konec je y-la-et-sya "na-s-doch-noy kvadrat" za določeno de-len-noy ami-no-sour-lo-you.

Tako različne vrste RNA predstavljajo en sam funkcionalni sistem, usmerjen v ponovno analizo dednih informacij s sintezo beljakovin.

Koncept RNA sveta je v tem, da je nekoč mo-le-ku-la RNA lahko opravljala funkcijo mo-le-ku-ly DNA in proteinov.

V življenju ali-ha-niz-mah prak-ti-che-ski vsi procesi pro-is-ho-dyat bla-go-da-rya fer-men-tam je belo-ko-jokanje na-ro- dy. Beljakovine pa ne morejo sa-mo-rep-li-qi-ro-va-sya in syn-te-zi-ru-yut-sya v celicah na os-no-va-nii v -for-ma-tion , za-lo-female-noy v DNK. Toda podvojitev DNK poteka tudi samo zaradi sodelovanja beljakovin in RNK. Naslednji-va-tel-ampak, o-ra-zu-et-sya za zaprt krog, zaradi nekoga-ro-go v okviru teorije vzpon-nick-no-ve -niya življenja spontan nastanek tako zapletenega sistema ste-we ma-lo-ve-ro-yat-but.

V na-cha-le osemdesetih let prejšnjega stoletja, v la-bo-ra-to-rii znanstvenikov Cheka in Ol-t-me-na (ob-la-da-te-li but-be-lev- sky pre -Mii v kemiji) v ZDA so odkrili kata-li-ti-che-s-sposobnost RNA. Imenovali so se RNA-ka-ta-li-for-that-ry ri-bo-zi-ma-mi(

Izkazalo se je, da aktivno središče ribo-somov vsebuje tudi veliko število ri-bo-somalnih RNA. Poleg tega je RNA sposobna ustvariti dvojno verigo in samorep-li-qi-ro-vat-sya. To pomeni, da bi RNA lahko obstajala popolnoma samodejno-nom-ampak, ka-ta-li-zi-ruya meta-bo-li-che-reakcije, na primer sin-te-za nove ri-bo-nu-kle -a-ti-dov, in sa-mo-vos-pro-od-to-dyas, ohranjanje od-to- le-niya in-ko-le-ni-ka-ta-li-ti-che-lastnosti. Kopičenje naključnih mutacij je privedlo do pojava RNA, ca-ta-li-zi-ru-yu-shy sinteza določa de-len-nyh proteinov, ki so-la-yu-shchih-sya bolj učinkoviti-fek-tiv-us -mi ka-ta-li-za-to-ra-mi, v zvezi s katerimi se ti mu-ta -tion za-moč-la-lis med potekom naravnega iz-bo-ra. Tudi rise-nick-ali sp-tsi-a-li-zi-ro-van-nye-storage-ni-li-scha ge-not-ti-che-in-for-ma-tion - mo-le-ku -la DNA, RNA pa je postala posrednik med DNA in proteini.

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

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

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

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

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

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

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

tri glavne vrste RNA: informativni(mRNA), oz matrica(mRNA), ribosomski(rRNA) in transport(tRNA). Razlikujejo se po velikosti in funkciji molekul. Vse vrste RNA se sintetizirajo na DNA s sodelovanjem encimov - RNA polimeraz. Messenger RNA predstavlja 2-3% vse celične RNA, ribosomska - 80-85, transportna - približno 15%.

mRNA. z delčka DNK prebere dedno informacijo in jo v obliki kopiranega zaporedja dušikovih baz prenese v ribosome, kjer se sintetizira specifična beljakovina. Vsaka molekula mRNK po vrstnem redu in velikosti nukleotidov ustreza genu v DNK, iz katerega je bila prepisana. V povprečju mRNA vsebuje 1500 nukleotidov (75-3000). Vsak triplet (trije nukleotidi) na mRNA imenujemo kodon. Od kodona je odvisno, katera aminokislina se bo med sintezo beljakovin pojavila na določenem mestu.

(tRNA) ima relativno nizko molekulsko maso približno 24-29 tisoč D in vsebuje od 75 do 90 nukleotidov v molekuli. Do 10% vseh nukleotidov tRNK so minorne baze, kar jo očitno varuje pred delovanjem hidrolitičnih encimov.Vloga tRNK je, da prenašajo aminokisline v ribosome in sodelujejo v procesu sinteze beljakovin. Vsaka aminokislina se veže na specifično tRNA. Nekatere aminokisline imajo več kot eno tRNA. Do danes je bilo odkritih več kot 60 tRNA, ki se razlikujejo po svoji primarni strukturi (bazno zaporedje). Sekundarna struktura vseh tRNA je predstavljena v obliki deteljice z dvoverižnim steblom in tremi enoverižnimi). Na koncu ene od verig se nahaja akceptorsko mesto - triplet CCA, na katerega adenin je vezana določena aminokislina.

(rRNA). Vsebujejo 120-3100 nukleotidov. Ribosomska RNA se kopiči v jedru, v nukleolih. Ribosomski proteini se transportirajo v nukleole iz citoplazme in tam pride do spontane tvorbe ribosomskih poddelcev s kombinacijo proteinov z ustrezno rRNA. Poddelci ribosoma se skupaj ali ločeno prenašajo skozi pore jedrske membrane v citoplazmo. Ribosomi so organeli velikosti 20-30 nm. Zgrajeni so iz dveh poddelcev različnih velikosti in oblik. Na določenih stopnjah sinteze beljakovin v celici se ribosomi razdelijo na poddelce. Ribosomska RNA služi kot okvir za ribosome in olajša začetno vezavo mRNA na ribosom med biosintezo beljakovin.

Genska koda je način kodiranja aminokislinskega zaporedja beljakovin z uporabo zaporedja nukleotidov, značilnega za vse žive organizme.

Lastnosti: 1) genetski kod trojček(vsaka aminokislina je kodirana s tremi nukleotidi); 2) brez prekrivanja(sosednji trojčki nimajo skupnih nukleotidov); 3) degeneriran(z izjemo metionina in triptofana imajo vse aminokisline več kot en kodon); 4) univerzalni(večinoma enako za vse žive organizme); 5) v kodonih za eno aminokislino sta prva dva nukleotida običajno enaka, tretji pa se razlikuje; 6) ima linearni vrstni red branja in je značilen kolinearnost, t.j. sovpadanje vrstnega reda razporeditve kodonov v mRNA z vrstnim redom razporeditve aminokislin v sintetizirani polipeptidni verigi.

Nukleinske kisline so makromolekularne snovi, sestavljene iz mononukleotidov, ki so med seboj povezani v polimerno verigo s 3,5" - fosfodiestrskimi vezmi in na določen način zapakirani v celice.

Nukleinske kisline so biopolimeri dveh vrst: ribonukleinske kisline (RNA) in deoksiribonukleinske kisline (DNA). Vsak biopolimer je sestavljen iz nukleotidov, ki se razlikujejo po ostanku ogljikovih hidratov (riboza, deoksiriboza) in eni od dušikovih baz (uracil, timin). V skladu s tem so nukleinske kisline dobile svoje ime.

Zgradba ribonukleinske kisline

Primarna struktura RNA

molekula RNA so linearni (tj. nerazvejeni) polinukleotidi s podobnim organizacijskim principom kot DNA. Monomeri RNA so nukleotidi, sestavljeni iz fosforne kisline, ogljikovih hidratov (riboze) in dušikove baze, ki so povezani s 3", 5" fosfodiestrskimi vezmi. Polinukleotidne verige molekule RNK so polarne, tj. imajo razločljiva 5'- in 3"-konca. Hkrati je za razliko od DNK RNA enoverižna molekula. Razlog za to razliko so tri značilnosti primarne strukture:
  1. RNK za razliko od DNK vsebuje ribozo namesto deoksiriboze, ki ima dodatno hidroksilno skupino. Zaradi hidroksi skupine je dvoverižna struktura manj kompaktna
  2. Med štirimi glavnimi ali glavnimi dušikovimi bazami (A, G, C in U) je namesto timina uracil, ki se od timina razlikuje le po odsotnosti metilne skupine na 5. mestu. Zaradi tega se zmanjša moč hidrofobne interakcije v komplementarnem paru A-U, kar zmanjša tudi verjetnost nastanka stabilnih dvoverižnih molekul.
  3. Končno ima RNA (zlasti tRNA) visoko vsebnost t.i. manjše baze in nukleozidi. Med njimi so dihidrouridin (v uracilu ni enojne dvojne vezi), psevdouridin (uracil je z ribozo povezan na drugačen način kot običajno), dimetiladenin in dimetilgvanin (dve dodatni metilni skupini v dušikovih bazah) in številni drugi. Skoraj vse te baze ne morejo sodelovati v komplementarnih interakcijah. Tako se metilne skupine v dimetiladeninu (za razliko od timina in 5-metilcitozina) nahajajo pri atomu, ki tvori vodikovo vez v paru A-U; zato zdaj te povezave ni mogoče zapreti. To tudi preprečuje nastanek dvoverižnih molekul.

Tako so dobro znane razlike v sestavi RNA od DNA velikega biološkega pomena: navsezadnje lahko molekule RNA opravljajo svojo funkcijo le v enoverižnem stanju, kar je najbolj očitno pri mRNA: težko si je predstavljati, kako dvoverižno molekulo bi lahko prevedli na ribosome.

Hkrati lahko veriga RNA, ostane enojna, na nekaterih področjih tvori zanke, izbokline ali "lasne sponke" z dvoverižno strukturo (slika 1.). To strukturo stabilizira interakcija baz v parih A::U in G:::C. Lahko pa nastanejo tudi "nepravilni" pari (npr. GU), ponekod pa so "lasnice" in do interakcije sploh ne pride. Takšne zanke lahko vsebujejo (zlasti v tRNA in rRNA) do 50 % vseh nukleotidov. Skupna vsebnost nukleotidov v RNA se giblje od 75 enot do več tisoč. Toda tudi največje RNA so za več vrst velikosti krajše od kromosomskih DNA.

Primarna struktura mRNA je bila kopirana iz regije DNA, ki vsebuje informacije o primarni strukturi polipeptidne verige. Primarna struktura preostalih tipov RNA (tRNA, rRNA, redka RNA) je končna kopija genetskega programa ustreznih genov DNA.

Sekundarne in terciarne strukture RNA

Ribonukleinske kisline (RNK) so enoverižne molekule, zato so za razliko od DNK njihove sekundarne in terciarne strukture nepravilne. Te strukture, definirane kot prostorska konformacija polinukleotidne verige, tvorijo predvsem vodikove vezi in hidrofobne interakcije med dušikovimi bazami. Če je stabilna vijačnica značilna za nativno molekulo DNK, potem je struktura RNK bolj raznolika in labilna. Rentgenska difrakcijska analiza je pokazala, da se posamezni odseki polinukleotidne verige RNA, ki se upognejo, zvijejo sami nase s tvorbo intraheličnih struktur. Stabilizacijo struktur dosežemo s komplementarnim parjenjem dušikovih baz antiparalelnih odsekov verige; posebni pari tukaj so A-U, G-C in redkeje G-U. Zaradi tega se v molekuli RNA pojavijo kratki in podaljšani zviti odseki, ki pripadajo isti verigi; ti predeli se imenujejo lasnice. Model sekundarne strukture RNA z lasnimi elementi je bil razvit v poznih petdesetih in zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja. 20. stoletje v laboratorijih A. S. Spirina (Rusija) in P. Dotyja (ZDA).

Nekatere vrste RNA
Vrste RNA Velikost v nukleotidih funkcija
gRNA - genomska RNA10000-100000
mRNA - informacijska (matrična) RNA100-100000 prenaša informacije o strukturi proteina iz molekule DNA
tRNA - prenosna RNA70-90 prenaša aminokisline na mesto sinteze beljakovin
rRNA - ribosomska RNAveč ločenih razredov od 100 do 500.000ki ga vsebujejo ribosomi, sodeluje pri ohranjanju strukture ribosoma
sn-RNA - majhna jedrska RNA100 odstranjuje introne in encimsko povezuje eksone v mRNA
sno-RNA - majhna nukleolarna RNA vključeni v usmerjanje ali izvajanje baznih modifikacij v rRNA in majhni jedrski RNA, kot sta na primer metilacija in psevdouridinizacija. Večino majhnih nukleolarnih RNA najdemo v intronih drugih genov.
srp-RNA - RNK za prepoznavanje signala prepozna signalno zaporedje proteinov, namenjenih izražanju, in sodeluje pri njihovem prenosu skozi citoplazmatsko membrano
mi-RNA - mikro-RNA22 nadzorujejo prevajanje strukturnih genov s komplementarno vezavo na 3' konce neprevedenih regij mRNA

Tvorbo spiralnih struktur spremlja hipokromni učinek - zmanjšanje optične gostote vzorcev RNA pri 260 nm. Do uničenja teh struktur pride, ko se ionska moč raztopine RNA zmanjša ali ko se segreje na 60-70 °C; imenujemo ga tudi taljenje in ga pojasnjujemo s strukturno prehodno vijačnico - kaotično tuljavo, ki jo spremlja povečanje optične gostote raztopine nukleinske kisline.

V celicah obstaja več vrst RNA:

  1. informacijska (ali predloga) RNA (mRNA ali mRNA) in njen predhodnik - heterogena jedrska RNA (g-n-RNA)
  2. prenosna RNA (t-RNA) in njen prekurzor
  3. ribosomska (r-RNA) in njen predhodnik
  4. mala jedrska RNA (sn-RNA)
  5. mala nukleolarna RNA (sno-RNA)
  6. RNA za prepoznavanje signala (srp-RNA)
  7. miRNA (mi-RNA)
  8. mitohondrijska RNA (t+ RNA).

Heterogena jedrska in informacijska (matrična) RNA

Heterogena jedrska RNA je edinstvena za evkarionte. Je predhodnik messenger RNA (i-RNA), ki prenaša genetske informacije iz jedrske DNA v citoplazmo. Heterogeno jedrno RNA (pre-mRNA) je odkril sovjetski biokemik G. P. Georgiev. Število vrst g-RNA je enako številu genov, saj služi kot neposredna kopija kodirnih sekvenc genoma, zaradi česar ima kopije palindromov DNK, zato njena sekundarna struktura vsebuje lasnice in linearne odseke. . Encim RNA polimeraza II ima ključno vlogo pri prepisu RNA iz DNA.

Messenger RNA nastane kot rezultat procesiranja (zorenja) rn-RNA, med katerim se odrežejo lasnice, izrežejo nekodirajoče regije (introni) in zlepijo kodirni eksoni.

Messenger RNA (i-RNA) je kopija določenega odseka DNA in deluje kot nosilec genetske informacije od DNK do mesta sinteze beljakovin (ribosoma) in neposredno sodeluje pri sestavljanju njenih molekul.

Zrela messenger RNA ima več regij z različnimi funkcionalnimi vlogami (slika)

  • na 5" koncu je tako imenovana "cap" ali kapica - odsek enega do štirih modificiranih nukleotidov. Ta struktura ščiti 5" konec mRNA pred endonukleazami
  • za "pokrovčkom" je 5 "neprevedena regija - zaporedje več deset nukleotidov. Komplementaren je enemu od odsekov r-RNA, ki je vključen v majhno podenoto ribosoma. Zaradi tega služi za primarno vezavo m-RNA na ribosom, vendar se sama ne oddaja
  • iniciacijski kodon - AUG, ki kodira metionin. Vse mRNA imajo enak začetni kodon. Z njo se začne prevajanje (branje) mRNA. Če metionin po sintezi peptidne verige ni potreben, se praviloma odcepi od svojega N-konca.
  • Začetnemu kodonu sledi kodirni del, ki vsebuje podatke o zaporedju aminokislin v proteinu. Pri evkariontih so zrele mRNA monocistronske; vsak od njih nosi informacijo o strukturi samo ene polipeptidne verige.

    Druga stvar je, da se včasih peptidna veriga kmalu po nastanku na ribosomu razreže na več manjših verig. To se zgodi na primer pri sintezi insulina in številnih oligopeptidnih hormonov.

    Kodirni del zrele evkariontske mRNA je brez intronov – kakršnih koli interkaliranih nekodirajočih sekvenc. Z drugimi besedami, obstaja neprekinjeno zaporedje smiselnih kodonov, ki jih je treba brati v smeri 5" -> 3".

  • Na koncu tega zaporedja je terminacijski kodon – eden od treh »nesmiselnih« kodonov: UAA, UAG ali UGA (glej tabelo genetske kode spodaj).
  • Temu kodonu lahko sledi še ena 3'-neprevedena regija, ki je veliko daljša od 5'-neprevedene regije.
  • Končno, skoraj vse zrele evkariontske mRNA (razen histonskih mRNA) vsebujejo poli(A) fragment 150–200 adenilnih nukleotidov na 3' koncu.

3'-neprevedena regija in poli(A)-fragment sta povezana z uravnavanjem življenjske dobe mRNA, saj uničenje mRNA izvajajo 3'-eksonukleaze. Po končanem prevajanju mRNA se od poli(A) fragmenta odcepi 10–15 nukleotidov. Ko se ta fragment izčrpa, se pomemben del mRNA začne razgrajevati (če manjka 3'-neprevedena regija).

Skupno število nukleotidov v mRNA običajno variira znotraj nekaj tisoč. V tem primeru lahko kodirni del včasih predstavlja le 60-70% nukleotidov.

V celicah so molekule mRNA skoraj vedno povezane z beljakovinami. Slednje verjetno stabilizirajo linearno strukturo mRNK, torej preprečujejo nastanek »lasnic« v kodirnem delu. Poleg tega lahko proteini zaščitijo mRNA pred prezgodnjo razgradnjo. Takšni kompleksi mRNA z beljakovinami se včasih imenujejo informosomi.

Prenosna RNA v citoplazmi celice prenaša aminokisline v aktivirani obliki do ribosomov, kjer se povežejo v peptidne verige v določenem zaporedju, ki ga določa RNA šablona (mRNA). Trenutno so znani podatki o nukleotidnem zaporedju več kot 1700 tipov tRNA iz prokariontskih in evkariontskih organizmov. Vsi imajo skupne značilnosti tako v primarni strukturi kot v načinu zvijanja polinukleotidne verige v sekundarno strukturo zaradi komplementarne interakcije nukleotidov, ki so vključeni v njihovo strukturo.

Prenosna RNA v svoji sestavi ne vsebuje več kot 100 nukleotidov, med katerimi je visoka vsebnost manjših ali modificiranih nukleotidov.

Prva popolnoma dekodirana prenosna RNA je bila alaninska RNA, izolirana iz kvasovk. Analiza je pokazala, da je alaninska RNA sestavljena iz 77 nukleotidov, razporejenih v strogo določenem zaporedju; vključujejo tako imenovane manjše nukleotide, ki jih predstavljajo atipični nukleozidi

  • dihidrouridin (dgU) in psevdouridin (Ψ);
  • inozin (I): v primerjavi z adenozinom je amino skupina nadomeščena s keto skupino;
  • metilinozin (mI), metil- in dimetilgvanozin (mG in m 2 G);
  • metiluridin (mU): enako kot ribotimidin.

Alaninska tRNA vsebuje 9 nenavadnih baz z eno ali več metilnimi skupinami, ki so encimsko vezane nanje po nastanku fosfodiestrskih vezi med nukleotidi. Te baze ne morejo oblikovati običajnih parov; morda služijo za preprečevanje združevanja baz v določenih delih molekule in tako izpostavijo specifične kemične skupine, ki tvorijo sekundarne vezi z messenger RNA, ribosomom ali morda z encimom, ki je potreben za pritrditev določene aminokisline na ustrezno prenosno RNA.

Znano zaporedje nukleotidov v tRNA v bistvu pomeni, da je znano tudi njegovo zaporedje v genih, na katerih se ta tRNA sintetizira. To zaporedje je mogoče izpeljati na podlagi posebnih pravil za združevanje baz, ki sta jih določila Watson in Crick. Leta 1970 je bila sintetizirana popolna dvoverižna molekula DNA z ustreznim zaporedjem 77 nukleotidov in izkazalo se je, da bi lahko služila kot matrica za konstrukcijo alaninske prenosne RNA. To je bil prvi umetno sintetiziran gen.

transkripcija tRNA

Transkripcija molekul tRNA poteka iz zaporedij, ki kodirajo DNA, s sodelovanjem encima RNA polimeraze III. Pri transkripciji nastane primarna struktura tRNA v obliki linearne molekule. Tvorba se začne s sestavljanjem nukleotidnega zaporedja s polimerazo RNA v skladu z genom, ki vsebuje informacije o tej prenosni RNA. To zaporedje je linearna polinukleotidna veriga, v kateri si nukleotidi sledijo. Linearna polinukleotidna veriga je primarna RNA, prekurzor tRNA, ki vključuje introne - neinformativne presežke nukleotidov. Na tej ravni organizacije pre-tRNA ni funkcionalna. Pre-tRNA, ki nastane na različnih mestih v DNK kromosomov, vsebuje presežek približno 40 nukleotidov v primerjavi z zrelo tRNA.

V drugem koraku je na novo sintetizirani prekurzor tRNA podvržen posttranskripcijskemu zorenju ali obdelavi. Med procesiranjem se neinformativni presežki v pre-RNA odstranijo in nastanejo zrele, funkcionalne molekule RNA.

obdelavo pred tRNA

Obdelava se začne s tvorbo intramolekularnih vodikovih vezi v zapisu in molekula tRNA dobi obliko deteljice. To je sekundarna raven organizacije tRNA, na kateri molekula tRNA še ni funkcionalna. Nato so neinformativne regije izrezane iz pre-RNA, informativne regije "zlomljenih genov" so spojene - spajanje in modifikacija 5'- in 3'-terminalnih regij RNA.

Izrezovanje neinformativnih regij pre-RNA se izvaja s pomočjo ribonukleaz (ekso- in endonukleaze). Po odstranitvi odvečnih nukleotidov pride do metilacije baz tRNA. Reakcijo izvajajo metiltransferaze. S-adenozilmetionin deluje kot donor metilne skupine. Metilacija prepreči uničenje tRNA z nukleazami. Končno dozorela tRNK nastane z vezavo specifičnega tria nukleotidov (akceptorskega konca) – CCA, ki ga izvaja posebna RNK polimeraza.

Po končani obdelavi se v sekundarni strukturi ponovno tvorijo dodatne vodikove vezi, zaradi česar tRNA preide na terciarni nivo organizacije in prevzame obliko tako imenovane L-oblike. V tej obliki gre tRNA v hialoplazmo.

struktura tRNA

Struktura prenosne RNA temelji na verigi nukleotidov. Vendar pa zaradi dejstva, da ima katera koli veriga nukleotidov pozitivno in negativno nabite dele, ne more biti v celici v nerazvitem stanju. Ti nabiti deli, ki se med seboj privlačijo, zlahka tvorijo vodikove vezi med seboj po principu komplementarnosti. Vodikove vezi bizarno zvijajo verigo tRNA in jo držijo v tem položaju. Posledično ima sekundarna struktura t-RNA obliko "lista detelje" (sl.), ki v svoji strukturi vsebuje 4 dvoverižne regije. Visoka vsebnost manjših ali modificiranih nukleotidov, opaženih v verigi tRNA in nesposobnih komplementarnih interakcij, tvori 5 enoverižnih regij.

to. sekundarna struktura tRNA nastane kot posledica znotrajverižnega združevanja komplementarnih nukleotidov posameznih odsekov tRNA. Območja tRNA, ki niso vključena v tvorbo vodikovih vezi med nukleotidi, tvorijo zanke ali linearne povezave. V tRNA ločimo naslednje strukturne regije:

  1. Akceptorsko mesto (konec), sestavljen iz štirih linearno razporejenih nukleotidov, od katerih imajo trije enako zaporedje v vseh vrstah tRNA – CCA. Hidroksil 3"-OH adenozina je prost. Aminokislina je nanj vezana s karboksilno skupino, zato je ime tega mesta tRNA akceptor. Aminokislina tRNA, vezana na 3"-hidroksilno skupino adenozina, prenaša amino kisline do ribosomov, kjer pride do sinteze beljakovin.
  2. Antikodonska zanka, običajno sestavljen iz sedmih nukleotidov. Vsebuje triplet nukleotidov, specifičnih za vsako tRNA, imenovan antikodon. Antikodon tRNA se spari s kodonom mRNA po principu komplementarnosti. Interakcija kodon-antikodon določa vrstni red, v katerem so aminokisline razporejene v polipeptidni verigi med njenim sestavljanjem v ribosome.
  3. Psevdouridilna zanka (ali TΨC zanka), ki je sestavljen iz sedmih nukleotidov in nujno vsebuje ostanek psevdouridilne kisline. Predpostavlja se, da je psevdouridilna zanka vključena v vezavo tRNA na ribosom.
  4. Dihidrouridin ali D-zanka, običajno sestavljen iz 8-12 nukleotidnih ostankov, med katerimi je nujno več dihidrouridinskih ostankov. Domneva se, da je D-zanka potrebna za vezavo na aminoacil-tRNA sintetazo, ki je vključena v prepoznavanje svoje tRNA z aminokislino (glejte "Biosinteza beljakovin"),
  5. Dodatna zanka, ki se razlikuje po velikosti in sestavi nukleotidov v različnih tRNA.

Terciarna struktura tRNA nima več oblike deteljice. Zaradi tvorbe vodikovih vezi med nukleotidi iz različnih delov »listne deteljice« se njeni cvetni lističi ovijejo okoli telesa molekule in jih v tem položaju dodatno držijo van der Waalsove vezi, ki spominjajo na obliko črke G ali L. Prisotnost stabilne terciarne strukture je še ena značilnost t-RNA, v nasprotju z dolgimi linearnimi polinukleotidi mRNA. Če primerjate barve sheme sekundarne in terciarne strukture t-RNA, lahko natančno razumete, kako so različni deli sekundarne strukture t-RNA upognjeni med nastajanjem terciarne strukture.

Prenosne RNA (tRNA) prenašajo aminokisline iz citoplazme v ribosome med sintezo beljakovin. Iz tabele z genetsko kodo je razvidno, da je vsaka aminokislina kodirana z več nukleotidnimi zaporedji, zato ima vsaka aminokislina svojo prenosno RNA. Posledično obstaja široka paleta tRNA, od ene do šest vrst za vsako od 20 aminokislin. Vrste tRNA, ki lahko vežejo isto aminokislino, imenujemo izoakceptor (na primer, alanin je lahko vezan na tRNA, katerega antikodon bo komplementaren kodonom GCU, GCC, GCA, GCG). Specifičnost tRNA je označena z nadnapisom, na primer: tRNA Ala.

Za proces sinteze beljakovin sta glavna funkcionalna dela tRNA: antikodon - zaporedje nukleotidov, ki se nahajajo na zanki antikodona, komplementarno kodonu informacijske RNA (i-RNA) in akceptorski del - konec t-RNA. nasproti antikodonu, na katerega je pritrjena aminokislina. Bazno zaporedje v antikodonu je neposredno odvisno od vrste aminokisline, vezane na 3"-terminal. Na primer, tRNA, katere antikodon ima zaporedje 5"-CCA-3, lahko nosi samo aminokislino triptofan. Treba je opozoriti, da je ta odvisnost v središču prenosa genetske informacije, katere nosilec je t-RNA.

V procesu sinteze beljakovin antikodon tRNA prepozna tričrkovno zaporedje genetske kode (kodona) i-RNA in ga poveže z edino ustrezno aminokislino, fiksirano na drugem koncu tRNA. Le če je antikodon komplementaren regiji mRNA, se ji lahko pridruži prenosna RNA in prenese preneseno aminokislino za tvorbo proteinske verige. Interakcija med t-RNA in i-RNA poteka v ribosomu, ki je prav tako aktiven udeleženec prevajanja.

Prepoznavanje tRNA njene aminokisline in kodona i-RNA poteka na določen način:

  • Vezava "lastne" aminokisline na tRNA se pojavi s pomočjo encima - specifične aminoacil-tRNA sintetaze

    Glede na število tRNA, ki jih uporabljajo aminokisline, obstaja veliko različnih sintetaz aminoacil-tRNA. Na kratko se imenujejo ARSaze. Aminoacil-tRNA sintetaze so velike molekule (molekulska masa 100.000 - 240.000) s kvartarno strukturo. Specifično prepoznajo tRNA in aminokisline ter katalizirajo njihovo kombinacijo. Ta proces zahteva ATP, katerega energija se porabi za aktiviranje aminokisline s karboksilnega konca in njeno pritrditev na hidroksil (3 "-OH) akceptorskega konca adenozina (CCA) tRNA. Menijo, da v molekuli vsake aminoacil-tRNK sintetaze obstajajo vezni centri vsaj trije vezni centri: za aminokisline, izoakceptorske tRNK in ATP.Na veznih centrih nastane kovalentna vez, ko se aminokislina tRNK ujame in taka vez se hidrolizira v primeru njihove neusklajenosti (pritrjevanje na tRNA "napačne" aminokisline).

    ARSaze imajo sposobnost selektivne uporabe nabora tRNA za vsako aminokislino po prepoznavanju, tj. vodilni člen pri prepoznavanju je aminokislina, nanjo se prilagodi lastna tRNA. Nadalje tRNA s preprosto difuzijo prenese nanjo vezano aminokislino do ribosomov, kjer se beljakovina sestavi iz aminokislin, dobavljenih v obliki različnih aminoacil-tRNA.

    Vezava aminokisline na tRNA

    Vezava tRNA in aminokisline poteka na naslednji način (slika): aminokislina in molekula ATP sta pritrjeni na aminoacil-tRNA sintetazo. Za kasnejšo aminoacetilacijo molekula ATP sprosti energijo tako, da odcepi dve fosfatni skupini. Preostali AMP (adenozin monofosfat) se veže na aminokislino in jo pripravi za povezavo z akceptorskim mestom tRNA – akceptorsko lasnico. Po tem sintetaza pritrdi sorodno tRNA na ustrezno aminokislino. Na tej stopnji se preveri skladnost tRNA s sintetazo. V primeru ujemanja se tRNA tesno veže na sintetazo, spremeni svojo strukturo, kar vodi do sprožitve procesa aminoacilacije - vezave aminokisline na tRNA.

    Aminoacilacija se zgodi, ko se molekula AMP, vezana na aminokislino, nadomesti z molekulo tRNA. Po tej zamenjavi AMP zapusti sintetazo in tRNA se zadrži za zadnji pregled aminokislin.

    Preverjanje ujemanja tRNA s pritrjeno aminokislino

    Sintetazni model za preverjanje ujemanja tRNA s pritrjeno aminokislino predvideva prisotnost dveh aktivnih centrov: sintetičnega in korektivnega. V sintetičnem središču je tRNA pritrjena na aminokislino. Akceptorsko mesto tRNA, ki ga ujame sintetaza, najprej pride v stik s sintetičnim centrom, ki že vsebuje aminokislino, vezano na AMP. Ta stik akceptorskega mesta tRNA mu daje nenaraven zasuk, dokler se aminokislina ne pritrdi. Ko je aminokislina pritrjena na akceptorsko mesto tRNA, potreba, da je to mesto v sintetičnem središču, izgine, tRNA se zravna in premakne aminokislino, ki je pritrjena nanjo, v korekcijski center. Če se velikost molekule aminokisline, pritrjene na tRNA, in velikost korekcijskega centra ne ujemata, je aminokislina prepoznana kot nepravilna in ločena od tRNA. Sintetaza je pripravljena za naslednji cikel. Ko se velikost molekule aminokisline, pritrjene na tRNA, in velikost korekcijskega centra ujemata, se tRNA, napolnjena z aminokislino, sprosti: pripravljena je odigrati svojo vlogo pri prevajanju beljakovin. In sintetaza je pripravljena za pritrditev novih aminokislin in tRNA ter zagon cikla znova.

    Povezava neustrezne aminokisline s sintetazo se pojavi v povprečju v 1 primeru od 50 tisoč, z napačno tRNA pa le enkrat na 100 tisoč prilog.

  • Interakcija kodona mRNA in antikodona tRNA poteka po principu komplementarnosti in antiparalelizma

    Interakcija tRNA s kodonom mRNA po principu komplementarnosti in antiparalelnosti pomeni: ker se pomen kodona mRNA bere v smeri 5"->3", mora biti antikodon v tRNA prebran v 3"- >5" smer. V tem primeru sta prvi dve bazi kodona in antikodona seznanjeni strogo komplementarno, to pomeni, da nastanejo samo pari A U in G C. Seznanjanje tretjih baz lahko odstopa od tega načela. Veljavni pari so opredeljeni s shemo:

    Iz sheme izhaja naslednje.

    • Molekula tRNA se veže le na kodon tipa 1, če je tretji nukleotid v njenem antikodonu C ali A
    • tRNA se veže na 2 vrsti kodonov, če se antikodon konča z U ali G.
    • In končno, tRNA se veže na 3 vrste kodonov, če se antikodon konča na I (inozin nukleotid); taka situacija je zlasti v alaninski tRNA.

      Iz tega pa sledi, da prepoznavanje 61 čutnih kodonov načeloma ne zahteva enakih, ampak manjše število različnih tRNA.

    Ribosomska RNA

    Ribosomske RNA so osnova za nastanek ribosomskih podenot. Ribosomi zagotavljajo prostorsko razporeditev mRNA in tRNA med sintezo beljakovin.

    Vsak ribosom je sestavljen iz velike in majhne podenote. Podenote vključujejo veliko število beljakovin in ribosomskih RNA, ki niso podvržene translaciji. Ribosomi se tako kot ribosomska RNA razlikujejo po koeficientu sedimentacije (sedimentacije), merjeno v Svedbergovih enotah (S). Ta koeficient je odvisen od hitrosti sedimentacije podenot med centrifugiranjem v nasičenem vodnem mediju.

    Vsak evkariontski ribosom ima sedimentacijski koeficient 80S in ga običajno imenujemo delec 80S. Vključuje

    • majhna podenota (40S), ki vsebuje ribosomsko RNA s sedimentacijskim koeficientom 18S rRNA in 30 molekul različnih proteinov,
    • velika podenota (60S), ki vključuje 3 različne molekule rRNA (eno dolgo in dve kratki - 5S, 5,8S in 28S), ter 45 beljakovinskih molekul.

      Podenote tvorijo "okostje" ribosoma, vsaka je obdana s svojimi beljakovinami. Sedimentacijski koeficient celotnega ribosoma ne sovpada z vsoto koeficientov njegovih dveh podenot, kar je povezano s prostorsko konfiguracijo molekule.

    Struktura ribosomov pri prokariontih in evkariontih je približno enaka. Razlikujeta se le po molekulski masi. Bakterijski ribosom ima koeficient sedimentacije 70S in je označen kot delec 70S, kar kaže na nižjo hitrost sedimentacije; vsebuje

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

    V rRNA je med dušikovimi bazami vsebnost gvanina in citozina večja kot običajno. Najdemo tudi manjše nukleozide, vendar ne tako pogosto kot v tRNA: približno 1 %. To so predvsem z ribozo metilirani nukleozidi. Sekundarna struktura rRNA ima veliko dvoverižnih regij in zank (slika). Takšna je zgradba molekul RNK, ki nastanejo v dveh zaporednih procesih – prepisovanju DNK in zorenju (procesiranju) RNK.

    Transkripcija rRNA iz DNA in procesiranje rRNA

    Pre-rRNA se proizvaja v nukleolu, kjer se nahajajo transkriptoni rRNA. Transkripcija rRNA iz DNA poteka s pomočjo dveh dodatnih RNA polimeraz. RNA polimeraza I prepisuje 5S, 5.8S in 28S kot en dolg zapis 45S, ki se nato razdeli na zahtevane dele. To zagotavlja enako število molekul. V človeškem telesu vsak haploidni genom vsebuje približno 250 kopij zaporedja DNK, ki kodira transkript 45S. Nahajajo se v petih zbranih tandemskih ponovitvah (tj. v parih drug za drugim) na kratkih krakih kromosomov 13, 14, 15, 21 in 22. Te regije so znane kot nukleolarni organizatorji, saj njihovo prepisovanje in kasnejša obdelava prepis 45S se pojavi znotraj nukleolusa.

    V vsaj treh skupinah kromosoma 1 je 2000 kopij gena 5S-pRNA. Njihova transkripcija poteka v prisotnosti RNA polimeraze III zunaj nukleolusa.

    Med procesiranjem ostane nekaj več kot polovica pre-rRNA in sprosti se zrela rRNA. Del nukleotidov rRNA je podvržen modifikaciji, ki je sestavljena iz bazne metilacije. Reakcijo izvajajo metiltransferaze. S-adenozilmetionin deluje kot donor metilne skupine. Zrele rRNA se v jedru združijo z beljakovinami ribosomov, ki pridejo sem iz citoplazme in tvorijo majhne in velike ribosomske podenote. Zrele rRNA se transportirajo iz jedra v citoplazmo v kompleksu z beljakovino, ki jih dodatno ščiti pred uničenjem in olajša njihov prenos.

    Ribosomski centri

    Ribosomi se bistveno razlikujejo od drugih celičnih organelov. V citoplazmi se pojavljajo v dveh stanjih: neaktivni, ko sta velika in mala podenota med seboj ločeni, in aktivni – med opravljanjem svoje funkcije – sintezo beljakovin, ko sta podenoti med seboj povezani.

    Postopek spajanja ribosomskih podenot ali sestavljanje aktivnega ribosoma se imenuje začetek prevajanja. To sestavljanje poteka na strogo urejen način, ki ga zagotavljajo funkcionalni centri ribosomov. Vsi ti centri se nahajajo na stičnih površinah obeh podenot ribosoma. Tej vključujejo:

    1. mRNA vezavni center (M center). Tvori ga regija 18S rRNA, ki je za 5-9 nukleotidov komplementarna 5'-netranslatiranemu fragmentu mRNA.
    2. Peptidilni center (P-center). Na začetku procesa prevajanja se nanj veže iniciacijska aa-tRNA. Pri evkariontih iniciacijski kodon vseh mRNA vedno kodira metionin, zato je iniciacijska aa-tRNA ena od dveh metioninskih aa-tRNA, označenih z indeksom i: Met-tRNA i Met . Na naslednjih stopnjah prevajanja se peptidil-tRNA, ki vsebuje že sintetiziran del peptidne verige, nahaja v P-centru.

      Včasih govorijo tudi o E-centru (iz "exit" - izhod), kamor se premakne tRNA, ki je izgubila povezavo s peptidilom, preden zapusti ribosom. Vendar pa lahko to središče obravnavamo kot sestavni del P-centra.

    3. Center aminokislin (A-center) - mesto vezave naslednje aa-tRNA.
    4. Peptidil transferazni center (PTF center) - katalizira prenos peptidila iz sestave peptidil-tRNA v naslednjo aa-tRNA, ki je vstopila v A center. V tem primeru nastane še ena peptidna vez in peptidil se podaljša za eno aminokislino.

    Tako v aminokislinskem kot v peptidilnem središču je antikodonska zanka ustrezne tRNA (aa-tRNA ali peptidil-tRNA) očitno obrnjena proti M-centru - veznemu centru messenger RNA (v interakciji z mRNA) in akceptorju zanka z aminoacilnim ali peptidilnim središčem PTF.

    Porazdelitev centrov med podenotami

    Porazdelitev centrov med podenotami ribosoma poteka na naslednji način:

    • Majhna podenota. Ker prav ta podenota vsebuje 18S-rRNA, na mesto katere se veže mRNA, se M-center nahaja na tej podenoti. Poleg tega se tu nahaja tudi glavni del A-centra in manjši del P-centra.
    • Velika podenota. Preostali deli P- in A-centrov se nahajajo na njegovi kontaktni površini. Pri P-centru je to njegov glavni del, pri A-centru pa mesto vezave akceptorske zanke α-tRNA z aminokislinskim radikalom (aminoacil); preostanek in večina aa-tRNA se veže na majhno podenoto. V veliko podenoto spada tudi center PTF.
    Vse te okoliščine določajo vrstni red sestavljanja ribosoma na stopnji iniciacije prevajanja.

    Začetek ribosoma (priprava ribosoma za sintezo beljakovin)

    Sintezo beljakovin oziroma samo prevajanje običajno delimo na tri faze: iniciacijo (začetek), elongacijo (podaljšanje polipeptidne verige) in terminacijo (konec). V začetni fazi se ribosom pripravi na delo: povezava njegovih podenot. V bakterijskih in evkariontskih ribosomih povezava podenot in začetek prevajanja potekata na različne načine.

    Začetek oddajanja je najpočasnejši postopek. Poleg podenot ribosoma, mRNA in tRNA, sodelujejo še GTP in trije proteinski iniciacijski faktorji (IF-1, IF-2 in IF-3), ki niso sestavni del ribosoma. Iniciacijski faktorji olajšajo vezavo mRNA na malo podenoto in GTP. GTP s hidrolizo zagotavlja energijo za zapiranje ribosomskih podenot.

    1. Iniciacija se začne, ko se mala podenota (40S) veže na iniciacijski faktor IF-3, kar povzroči oviro za prezgodnjo vezavo velike podenote in možnost pritrditve mRNA nanjo.
    2. Nadalje se mRNA (s svojo 5'-neprevedeno regijo) pridruži kompleksu "majhna podenota (40S) + IF-3". V tem primeru se iniciacijski kodon (AUG) nahaja na ravni peptidilnega centra bodočega ribosoma. .
    3. Nadalje se kompleksu "mala podenota + IF-3 + mRNA" pridružita še dva iniciacijska faktorja: IF-1 in IF-2, pri čemer slednji nosi s seboj posebno prenosno RNA, ki jo imenujemo iniciacijska aa-tRNA. Kompleks vključuje tudi GTP.

      Majhna podenota se veže na mRNA in predstavi dva kodona za branje. Na prvi stopnji protein IF-2 zasidra iniciatorsko aa-tRNA. Drugi kodon zapre protein IF-1, ki ga blokira in ne dovoli priključitve naslednje tRNA, dokler ribosom ni popolnoma sestavljen.

    4. Po vezavi iniciacijske aa-tRNA, tj. Met-tRNA i Met, zaradi komplementarne interakcije z mRNA (iniciacijski kodon AUG) in njene postavitve na svoje mesto v P-centru, pride do vezave ribosomskih podenot. GTP se hidrolizira v GDP in anorganski fosfat, energija, ki se sprosti, ko se ta visokoenergetska vez prekine, pa ustvari termodinamično spodbudo za nadaljevanje procesa v pravo smer. Hkrati iniciacijski faktorji zapustijo ribosom.

    Tako nastane nekakšen "sendvič" štirih glavnih komponent. Istočasno se iniciacijski kodon mRNA (AUG) in z njim povezana iniciacijska aa-tRNA nahajata v P-centru sestavljenega ribosoma. Slednji pri tvorbi prve peptidne vezi igra vlogo peptidil-tRNA.

    Transkripti RNA, ki jih sintetizira RNA polimeraza, so običajno podvrženi nadaljnjim encimskim transformacijam, imenovanim posttranskripcijska obdelava, in šele po tem pridobijo svojo funkcionalno aktivnost. Transkripte nezrele messenger RNA imenujemo heterogena jedrska RNA (hnRNA). Sestavljeni so iz mešanice zelo dolgih molekul RNA, ki vsebujejo introne in eksone. Zorenje (procesiranje) hnRNA pri evkariontih vključuje več stopenj, ena od njih je odstranitev intronov – neprevedenih insercijskih sekvenc in zlitje eksonov. Proces poteka tako, da se zaporedni eksoni, tj. kodirni fragmenti mRNA, nikoli fizično ne ločijo. Eksoni so med seboj zelo natančno povezani z molekulami, imenovanimi male jedrske RNA (snRNA). Funkcija teh kratkih jedrnih RNA, sestavljenih iz približno sto nukleotidov, je ostala dolgo časa nejasna. Ugotovljeno je bilo potem, ko je bilo ugotovljeno, da je njihovo nukleotidno zaporedje komplementarno zaporedjem na koncih vsakega od intronov. Kot rezultat združevanja baz, ki jih vsebuje snRNA in na koncih zankastega introna, se zaporedja dveh eksonov približata na tak način, da postane mogoče odstraniti intron, ki ju ločuje, in encimsko povezavo (spajanje) kodirnih fragmentov ( eksoni). Tako imajo molekule snRNA vlogo začasnih predlog, ki držijo konce dveh eksonov blizu drug drugega, da se spajanje zgodi na pravem mestu (slika).

    Pretvorba hnRNA v mRNA z odstranitvijo intronov poteka v jedrnem kompleksu RNA-protein, imenovanem splicesome. Vsak spliceome ima jedro, sestavljeno iz treh majhnih (z nizko molekulsko maso) jedrnih ribonukleoproteinov ali snurpov. Vsak snurp vsebuje vsaj eno majhno jedrno RNA in več proteinov. Obstaja več sto različnih majhnih jedrnih RNA, ki jih prepisuje predvsem RNA polimeraza II. Domneva se, da je njihova glavna funkcija prepoznavanje specifičnih ribonukleinskih zaporedij prek združevanja baz glede na tip RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 in U5 so najpomembnejši za obdelavo hnRNA.

    Mitohondrijska RNA

    Mitohondrijska DNA je neprekinjena zanka in kodira 13 polipeptidov, 22 tRNA in 2 rRNA (16S in 23S). Večina genov se nahaja na isti (težki) verigi, nekaj pa jih je tudi na komplementarni lahki verigi. V tem primeru sta obe verigi prepisani kot neprekinjeni transkripti z uporabo za mitohondrije specifične RNA polimeraze. Ta encim je kodiran z jedrnim genom. Dolge molekule RNA se nato razcepijo na 37 ločenih vrst, mRNA, rRNA in tRNA pa skupaj prevedejo 13 mRNA. Veliko število dodatnih proteinov, ki vstopajo v mitohondrije iz citoplazme, se prevede iz jedrnih genov. Bolniki s sistemskim eritematoznim lupusom imajo protitelesa proti lastnim telesnim beljakovinam. Poleg tega se domneva, da ima določen niz genov za majhno jedrno RNA kromosoma 15q pomembno vlogo pri patogenezi Prader-Willijevega sindroma (dedna kombinacija duševne zaostalosti, nizke rasti, debelosti, mišične hipotenzije).


Čas, v katerem živimo, zaznamujejo neverjetne spremembe, ogromen napredek, ko ljudje dobivamo odgovore na vedno več novih vprašanj. Življenje gre hitro naprej in kar se je do nedavnega zdelo nemogoče, se začenja uresničevati. Povsem možno je, da bo tisto, kar se danes zdi zaplet iz žanra znanstvene fantastike, kmalu dobilo tudi lastnosti resničnosti.

Eno najpomembnejših odkritij v drugi polovici dvajsetega stoletja sta bili nukleinski kislini RNK in DNK, s katerima se je človek približal razvozlavanju skrivnosti narave.

Nukleinska kislina

Nukleinske kisline so organske spojine z lastnostmi visoke molekulske mase. Vključujejo vodik, ogljik, dušik in fosfor.

Leta 1869 jih je odkril F. Misher, ki je raziskoval gnoj. Vendar takrat njegovemu odkritju niso pripisovali velikega pomena. Šele kasneje, ko so te kisline našli v vseh živalskih in rastlinskih celicah, je prišlo do razumevanja njihove ogromne vloge.

Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: RNA in DNA (ribonukleinska in deoksiribonukleinska kislina). Ta članek je posvečen ribonukleinski kislini, a za splošno razumevanje bomo razmislili tudi o tem, kaj je DNK.

Kaj se je zgodilo

DNK je sestavljena iz dveh verig, ki sta povezani po zakonu komplementarnosti z vodikovimi vezmi med dušikovimi bazami. Dolge verige so zavite v spiralo, en obrat vsebuje skoraj deset nukleotidov. Premer dvojne vijačnice je dva milimetra, razdalja med nukleotidi je približno pol nanometra. Dolžina ene molekule včasih doseže nekaj centimetrov. Dolžina DNK v jedru človeške celice je skoraj dva metra.

Struktura DNK vsebuje vso DNK replikacijo, kar pomeni proces, med katerim iz ene molekule nastaneta dve povsem enaki hčerinski molekuli.

Kot smo že omenili, je veriga sestavljena iz nukleotidov, ki so sestavljeni iz dušikovih baz (adenin, gvanin, timin in citozin) in ostanka fosforjeve kisline. Vsi nukleotidi se razlikujejo po dušikovih bazah. Vodikova vez ne nastane med vsemi bazami; adenin se lahko na primer poveže le s timinom ali gvaninom. Tako je v telesu toliko adenilnih nukleotidov kot timidilnih nukleotidov, gvanilnih nukleotidov pa je enako citidilnim nukleotidom (Chargaffovo pravilo). Izkazalo se je, da zaporedje ene verige vnaprej določa zaporedje druge in zdi se, da verige zrcalijo druga drugo. Takšen vzorec, kjer so nukleotidi dveh verig razporejeni urejeno in so tudi povezani selektivno, imenujemo princip komplementarnosti. Poleg vodikovih spojin dvojna vijačnica deluje tudi hidrofobno.

Dve verigi sta v nasprotnih smereh, to pomeni, da se nahajata v nasprotnih smereh. Zato je nasproti treh "-koncev ene" pet"-konec druge verige.

Navzven spominja na spiralno stopnišče, katerega ograja je sladkorno-fosfatna hrbtenica, stopnice pa komplementarne dušikove baze.

Kaj je ribonukleinska kislina?

RNA je nukleinska kislina z monomeri, imenovanimi ribonukleotidi.

Po kemijskih lastnostih je zelo podoben DNK, saj sta oba polimera nukleotidov, ki so fosforiliran N-glikozid, zgrajen na ostanku pentoze (sladkor s petimi ogljikovimi atomi), s fosfatno skupino na petem atomu ogljika in dušikova baza pri prvem ogljikovem atomu.

Gre za enojno polinukleotidno verigo (razen pri virusih), ki je veliko krajša od verige DNK.

En monomer RNA so ostanki naslednjih snovi:

  • dušikove baze;
  • petogljikov monosaharid;
  • fosforjeve kisline.

RNA imajo pirimidinske (uracil in citozin) in purinske (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid nukleotida RNA.

Razlike med RNA in DNA

Nukleinske kisline se med seboj razlikujejo po naslednjih lastnostih:

  • njegova količina v celici je odvisna od fiziološkega stanja, starosti in organske pripadnosti;
  • DNK vsebuje ogljikov hidrat deoksiribozo, RNK pa ribozo;
  • dušikova baza v DNA je timin, v RNA pa uracil;
  • razredi opravljajo različne funkcije, vendar so sintetizirani na matriki DNA;
  • DNA je sestavljena iz dvojne vijačnice, medtem ko je RNA sestavljena iz ene verige;
  • ni značilno za delovanje v DNK;
  • RNA ima več manjših baz;
  • verige se zelo razlikujejo po dolžini.

Zgodovina študija

Celico RNA je prvi odkril nemški biokemik R. Altman med preučevanjem celic kvasovk. Sredi dvajsetega stoletja je bila dokazana vloga DNK v genetiki. Šele nato so bile opisane vrste RNA, funkcije itd. Do 80-90% mase v celici pade na rRNA, ki skupaj z beljakovinami tvori ribosom in sodeluje pri biosintezi beljakovin.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo prvič predlagano, da mora obstajati določena vrsta, ki nosi genetsko informacijo za sintezo beljakovin. Po tem je bilo znanstveno ugotovljeno, da obstajajo takšne informacijske ribonukleinske kisline, ki predstavljajo komplementarne kopije genov. Imenujejo se tudi messenger RNA.

Tako imenovane transportne kisline sodelujejo pri dekodiranju informacij, zapisanih v njih.

Kasneje so začeli razvijati metode za identifikacijo nukleotidnega zaporedja in ugotavljanje strukture RNA v kislinskem prostoru. Tako je bilo ugotovljeno, da nekateri od njih, ki so jih imenovali ribozimi, lahko cepijo poliribonukleotidne verige. Posledično so začeli domnevati, da je v času, ko se je na planetu rodilo življenje, RNK delovala brez DNK in beljakovin. Poleg tega so bile vse preobrazbe izvedene z njeno udeležbo.

Zgradba molekule ribonukleinske kisline

Skoraj vse RNA so enojne verige polinukleotidov, ki so sestavljeni iz monoribonukleotidov - purinskih in pirimidinskih baz.

Nukleotidi so označeni z začetnimi črkami baz:

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

Med seboj so povezani s tri- in petfosfodiestrskimi vezmi.

V strukturi RNA je vključenih zelo različno število nukleotidov (od nekaj deset do deset tisoč). Lahko tvorijo sekundarno strukturo, sestavljeno predvsem iz kratkih dvoverižnih pramenov, ki jih tvorijo komplementarne baze.

Zgradba molekule ribnukleinske kisline

Kot smo že omenili, ima molekula enoverižno strukturo. RNA dobi svojo sekundarno strukturo in obliko kot rezultat interakcije nukleotidov med seboj. Je polimer, katerega monomer je nukleotid, sestavljen iz sladkorja, ostanka fosforjeve kisline in dušikove baze. Navzven je molekula podobna eni od verig DNK. Nukleotida adenin in gvanin, ki sta del RNA, sta purina. Citozin in uracil sta pirimidinski bazi.

Sintezni proces

Da se lahko molekula RNA sintetizira, je matrica molekula DNA. Res je, dogaja se tudi obraten proces, ko na matrici ribonukleinske kisline nastanejo nove molekule deoksiribonukleinske kisline. To se zgodi med razmnoževanjem nekaterih vrst virusov.

Tudi druge molekule ribonukleinske kisline lahko služijo kot osnova za biosintezo. Njegovo prepisovanje, ki poteka v celičnem jedru, vključuje številne encime, vendar je najpomembnejši med njimi RNA polimeraza.

Vrste

Glede na vrsto RNA se razlikujejo tudi njene funkcije. Obstaja več vrst:

  • informacijska i-RNA;
  • ribosomska r-RNA;
  • transportna t-RNA;
  • mladoletni;
  • ribozimi;
  • virusno.

Informacije ribonukleinska kislina

Take molekule imenujemo tudi matrične. V celici predstavljajo približno dva odstotka vseh. V evkariontskih celicah se sintetizirajo v jedrih na predlogah DNK, nato preidejo v citoplazmo in se vežejo na ribosome. Nadalje postanejo matrice za sintezo beljakovin: pridružijo se jim prenosne RNA, ki prenašajo aminokisline. Tako poteka proces transformacije informacij, ki se realizira v edinstveni strukturi proteina. V nekaterih virusnih RNA je tudi kromosom.

Jacob in Mano sta odkritelja te vrste. Nima toge strukture, njegova veriga tvori ukrivljene zanke. Ne deluje, i-RNA se zbere v gube in zloži v kroglico ter se razvije v delovnem stanju.

MRNA nosi informacije o zaporedju aminokislin v proteinu, ki se sintetizira. Vsaka aminokislina je kodirana na določenem mestu z uporabo genetskih kod, za katere je značilno:

  • triplet - iz štirih mononukleotidov je mogoče zgraditi štiriinšestdeset kodonov (genetski kod);
  • nekrižanje - informacije se premikajo v eno smer;
  • kontinuiteta – princip delovanja je ena mRNK en protein;
  • univerzalnost - ena ali druga vrsta aminokislin je kodirana v vseh živih organizmih na enak način;
  • degeneracija - znanih je dvajset aminokislin in enainšestdeset kodonov, to pomeni, da jih kodira več genetskih kod.

Ribosomska ribonukleinska kislina

Takšne molekule sestavljajo veliko večino celične RNA, in sicer od osemdeset do devetdeset odstotkov vseh. Spajajo se z beljakovinami in tvorijo ribosome – to so organeli, ki opravljajo sintezo beljakovin.

Ribosomi so petinšestdeset odstotkov rRNA in petintrideset odstotkov beljakovin. Ta polinukleotidna veriga se zlahka upogne skupaj z beljakovino.

Ribosom je sestavljen iz aminokislinskih in peptidnih regij. Nahajajo se na kontaktnih površinah.

Ribosomi se prosto premikajo na prava mesta. Niso zelo specifični in ne morejo le prebrati informacij iz mRNA, ampak z njimi tvorijo tudi matriko.

Transportna ribonukleinska kislina

tRNA so najbolj raziskane. Sestavljajo deset odstotkov celične ribonukleinske kisline. Te vrste RNA se vežejo na aminokisline zahvaljujoč posebnemu encimu in se dostavijo ribosomom. V tem primeru aminokisline prenašajo transportne molekule. Vendar se zgodi, da aminokislino kodirajo različni kodoni. Nato jih bo nosilo več transportnih RNA.

Ko je neaktiven, se zvije v klobčič, ko deluje, pa ima videz lista detelje.

Vsebuje naslednje razdelke:

  • akceptorsko steblo, ki ima nukleotidno sekvenco ACC;
  • mesto za pritrditev na ribosom;
  • antikodon, ki kodira aminokislino, ki je pritrjena na to tRNA.

Manjše vrste ribonukleinske kisline

V zadnjem času so bile vrste RNA dopolnjene z novim razredom, tako imenovanimi majhnimi RNA. Najverjetneje gre za univerzalne regulatorje, ki vklapljajo ali izklapljajo gene v embrionalnem razvoju in nadzorujejo procese znotraj celic.

Nedavno so bili identificirani tudi ribozimi, ki aktivno sodelujejo pri fermentaciji kisline RNA in delujejo kot katalizator.

Virusne vrste kislin

Virus lahko vsebuje ribonukleinsko ali deoksiribonukleinsko kislino. Zato se z ustreznimi molekulami imenujejo RNK-vsebujoče. Ko tak virus vstopi v celico, pride do reverzne transkripcije - na osnovi ribonukleinske kisline se pojavi nova DNK, ki se integrira v celice in zagotavlja obstoj in razmnoževanje virusa. V drugem primeru pride do tvorbe komplementarne RNA na prihajajoči RNA. Virusi so beljakovine, vitalna aktivnost in razmnoževanje potekata brez DNK, ampak le na podlagi informacij, ki jih vsebuje RNK virusa.

podvajanje

Za izboljšanje splošnega razumevanja je potrebno upoštevati proces replikacije, pri katerem nastaneta dve enaki molekuli nukleinske kisline. Tako se začne delitev celic.

Vključuje DNA polimeraze, od DNA odvisne, RNA polimeraze in DNA ligaze.

Postopek replikacije je sestavljen iz naslednjih korakov:

  • despiralizacija - pride do zaporednega odvijanja materine DNK, ki zajame celotno molekulo;
  • prekinitev vodikovih vezi, pri kateri se verige razhajajo in se pojavijo replikacijske vilice;
  • prilagoditev dNTP na sproščene baze materinskih verig;
  • cepitev pirofosfatov iz molekul dNTP in tvorba fosforodiestrskih vezi zaradi sproščene energije;
  • dihanje.

Po nastanku hčerinske molekule se razdelijo jedro, citoplazma in ostalo. Tako nastaneta dve hčerinski celici, ki sta v celoti prejeli vse genetske informacije.

Poleg tega je kodirana primarna struktura beljakovin, ki se sintetizirajo v celici. DNK v tem procesu sodeluje posredno in ne neposredno, kar je sestavljeno iz dejstva, da na DNK poteka sinteza beljakovin, RNA, ki sodeluje pri nastanku. Ta proces se imenuje transkripcija.

Transkripcija

Sinteza vseh molekul se pojavi med prepisovanjem, to je prepisovanjem genetske informacije iz specifičnega operona DNK. Postopek je v nekaterih pogledih podoben replikaciji, v drugih pa je zelo drugačen.

Podobnosti so naslednji deli:

  • začetek izvira iz despiralizacije DNK;
  • pride do prekinitve vodikovih vezi med bazami verig;
  • NTF-ji so jim komplementarno prilagojeni;
  • nastanejo vodikove vezi.

Razlike od replikacije:

  • pri transkripciji se odvije samo tisti odsek DNA, ki ustreza prepisu, pri replikaciji pa se odvije celotna molekula;
  • med prepisovanjem nastavljivi NTP vsebujejo ribozo in namesto timina uracil;
  • informacije se odpisujejo samo z določenega območja;
  • po nastanku molekule se vodikove vezi in sintetizirana veriga prekinejo, veriga pa zdrsne z DNA.

Za normalno delovanje mora biti primarna struktura RNA sestavljena samo iz odsekov DNA, odpisanih iz eksonov.

Novo oblikovana RNA začne proces zorenja. Tihe regije so izrezane, informativne regije pa spojene v polinukleotidno verigo. Poleg tega ima vsaka vrsta transformacije, ki so lastne samo njej.

V mRNA pride do pritrditve na začetni konec. Poliadenilat se pridruži končnemu mestu.

Baze so modificirane v tRNA, da tvorijo manjše vrste.

V r-RNA so posamezne baze tudi metilirane.

Ščiti pred uničenjem in izboljša transport beljakovin v citoplazmo. Z njimi so povezane RNA v zrelem stanju.

Pomen deoksiribonukleinske in ribonukleinske kisline

Nukleinske kisline so zelo pomembne v življenju organizmov. Shranjujejo, prenašajo v citoplazmo in podedujejo hčerinskim celicam informacije o beljakovinah, sintetiziranih v vsaki celici. Prisotne so v vseh živih organizmih, stabilnost teh kislin igra pomembno vlogo za normalno delovanje tako celic kot celotnega organizma. Kakršne koli spremembe v njihovi strukturi bodo povzročile celične spremembe.

Beljakovine so osnova življenja. Njihove funkcije v celici so zelo raznolike. Vendar se beljakovine "ne morejo" razmnoževati. In vse informacije o strukturi beljakovin so v genih (DNK).

V višjih organizmih se beljakovine sintetizirajo v citoplazmi celice, DNK pa je skrita za lupino jedra. Zato DNK ne more neposredno služiti kot predloga za sintezo beljakovin. To vlogo opravlja druga nukleinska kislina - RNA.

molekula RNA je nerazvejen polinukleotid z terciarna struktura. Tvori ga ena polinukleotidna veriga in čeprav so komplementarni nukleotidi, ki so v njej, sposobni tvoriti tudi vodikove vezi med seboj, se te vezi pojavijo med nukleotidi ene verige. Verige RNK so veliko krajše od verig DNK. Če je vsebnost DNK v celici relativno konstantna, potem vsebnost RNK močno niha. Največjo količino RNA v celicah opazimo med sintezo beljakovin.

RNA ima pomembno vlogo pri prenosu in izvajanju dednih informacij. V skladu s funkcijo in strukturnimi značilnostmi ločimo več razredov celične RNA.

Obstajajo trije glavni razredi celične RNA.

  1. Informacijska (mRNA) ali matrična (mRNA). Njegove molekule so najbolj raznolike po velikosti, molekulski masi (od 0,05x106 do 4x106) in stabilnosti. Sestavljajo približno 2% celotne količine RNA v celici. Vse mRNA so nosilci genetske informacije od jedra do citoplazme, do mesta sinteze beljakovin. Služijo kot matrika (delovna risba) za sintezo proteinske molekule, saj določajo aminokislinsko zaporedje (primarno strukturo) proteinske molekule.
  1. Ribosomska RNA (rRNA). Predstavljajo 80–85 % celotne vsebnosti RNA v celici. Ribosomska RNA je sestavljena iz 3–5 tisoč nukleotidov. Sintetizira se v nukleolih jedra. V kompleksu z ribosomskimi proteini rRNA tvori ribosome - organele, na katerih so sestavljene beljakovinske molekule. Glavni pomen rRNA je v tem, da zagotavlja začetno vezavo mRNA in ribosoma ter tvori aktivno središče ribosoma, v katerem med sintezo polipeptidne verige nastajajo peptidne vezi med aminokislinami.
  2. Prenosne RNA (tRNA). Molekule tRNA običajno vsebujejo 75-86 nukleotidov. Molekulska masa molekul tRNA je približno 25 tisoč.Molekule tRNA igrajo vlogo posrednikov v biosintezi beljakovin - dostavljajo aminokisline na mesto sinteze beljakovin, to je v ribosome. Celica vsebuje več kot 30 vrst tRNA. Vsak tip tRNA ima svoje edinstveno nukleotidno zaporedje. Vendar pa imajo vse molekule več intramolekularnih komplementarnih regij, zaradi prisotnosti katerih imajo vse tRNA terciarno strukturo, ki po obliki spominja na list detelje.

Sekundarna struktura RNA - značilnost tRNA, enoverižna, oblikovana kot "list deteljice". Vključuje:

  • relativno kratke dvojne vijačnice - stebla,
  • enoverižni odseki - zanke.

Obstajajo 4 stebla (akceptor, antikodon, dihidrouridil, psevdouridil) in 3 zanke.

"Psevdoknot" - element sekundarne strukture RNA, shematično

Akceptorsko steblo vsebuje 3'- in 5'-konca polinukleotidne verige, 5'-konec se konča z ostankom gvanilne kisline, 3'-konec je triplet CCA in služi za tvorbo estrske vezi z AA.

Deblo antikodona prepozna svoj kodon na mRNA v ribosomih po principu komplementarnosti.

Psevdouridilno steblo služi za pritrditev na ribosom.

Dihidrouridilno steblo služi za vezavo na aminoacil-tRNA sintetazo.