Laikas, kuriuo gyvename, pasižymi nuostabiais pokyčiais, didžiuliu progresu, kai žmonės gauna atsakymus į vis naujus klausimus. Gyvenimas sparčiai juda į priekį, o tai, kas dar neseniai atrodė neįmanoma, pradeda išsipildyti. Gali būti, kad tai, kas šiandien atrodo kaip mokslinės fantastikos žanro siužetas, netrukus įgis ir tikrovės bruožų.
Vienas svarbiausių XX amžiaus antrosios pusės atradimų buvo nukleino rūgštys RNR ir DNR, kurių dėka žmogus priartėjo prie gamtos paslapčių išaiškinimo.
Nukleinorūgštys
Nukleino rūgštys yra organiniai junginiai, turintys makromolekulinių savybių. Jie sudaryti iš vandenilio, anglies, azoto ir fosforo.
Juos 1869 m. atrado F. Miescheris, ištyręs pūlius. Tačiau tuo metu jo atradimui nebuvo suteikta didelė reikšmė. Tik vėliau, kai šios rūgštys buvo aptiktos visose gyvūnų ir augalų ląstelėse, supratau apie jų didžiulį vaidmenį.
Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: RNR ir DNR (ribonukleino ir dezoksiribonukleinorūgštys). Šis straipsnis yra apie ribonukleino rūgštį, tačiau, kad suprastume bendrą, pasvarstykime, kas yra DNR.
Kas yra dezoksiribonukleorūgštis?
DNR yra nukleorūgštis, susidedanti iš dviejų grandžių, kurios pagal komplementarumo dėsnį yra sujungtos azotinių bazių vandeniliniais ryšiais. Ilgos grandinės susuktos į spiralę, viename posūkyje yra beveik dešimt nukleotidų. Dvigubos spiralės skersmuo yra du milimetrai, atstumas tarp nukleotidų yra apie pusė nanometro. Vienos molekulės ilgis kartais siekia kelis centimetrus. Žmogaus ląstelės branduolio DNR ilgis yra beveik du metrai.
DNR struktūroje yra visa genetinė informacija. DNR turi replikaciją, o tai reiškia procesą, kurio metu iš vienos molekulės susidaro dvi visiškai identiškos dukterinės molekulės.
Kaip jau minėta, grandinė sudaryta iš nukleotidų, kurie savo ruožtu susideda iš azoto bazių (adenino, guanino, timino ir citozino) ir fosforo rūgšties liekanos. Visi nukleotidai skiriasi azotinėmis bazėmis. Vandenilio jungtis vyksta ne tarp visų bazių; pavyzdžiui, adeninas gali jungtis tik su timinu arba guaninu. Taigi adenilo nukleotidų organizme yra tiek pat, kiek timidilo nukleotidų, o guanilo nukleotidų skaičius lygus citidilo nukleotidams (Chargaffo taisyklė). Pasirodo, vienos grandinės seka iš anksto nulemia kitos seką, o grandinės tarsi atspindi viena kitą. Toks modelis, kai dviejų grandinių nukleotidai išsidėstę tvarkingai, taip pat yra sujungti pasirinktinai, vadinamaspapildomumo principas. Be vandenilio junginių, dviguba spiralė taip pat sąveikauja hidrofobiškai.
Dvi grandinės yra priešingomis kryptimis, tai yra, jos yra priešingomis kryptimis. Todėl priešais vienos grandinės trijų galą yra kitos grandinės penkių galas.
Išoriškai DNR molekulė primena spiralinius laiptus, kurių turėklai yra cukraus ir fosfato pagrindas, o pakopos yra viena kitą papildančios azoto bazės.
Kas yra ribonukleorūgštis?
RNR yra nukleorūgštis su monomerais, vadinamais ribonukleotidais.
Cheminėmis savybėmis jis labai panašus į DNR, nes abu yra nukleotidų polimerai, kurie yra fosforilintas N-glikozidas, sudarytas ant pentozės (penkių anglies cukraus) liekanos su fosfato grupe. penktasis anglies atomas ir azoto bazė prie pirmojo anglies atomo.
Tai viena polinukleotidų grandinė (išskyrus virusus), kuri yra daug trumpesnė nei DNR.
Vienas RNR monomeras yra šių medžiagų likučiai:
- azoto bazės;
- penkių anglies monosacharidas;
- fosforo rūgštys.
RNR turi pirimidino (uracilo ir citozino) ir purino (adenino, guanino) bazes. Ribozė yra RNR nukleotido monosacharidas.
RNR ir DNR skirtumai
Nukleino rūgštys skiriasi viena nuo kitos šiais būdais:
- jo kiekis ląstelėje priklauso nuo fiziologinės būklės, amžiaus ir organų priklausomybės;
- DNR yra angliavandeniųdezoksiribozė ir RNR – ribozė;
- Azoto bazė DNR yra timinas, o RNR - uracilas;
- klasės atlieka skirtingas funkcijas, bet yra sintezuojamos DNR matricoje;
- DNR yra dviguba spiralė, RNR yra viena grandinė;
- nebūdinga jos DNR Chargaff taisyklėms;
- RNR turi daugiau smulkių bazių;
- grandinės labai skiriasi ilgiu.
Studijų istorija
RNR ląstelę pirmasis atrado vokiečių biochemikas R. Altmanas, tyrinėdamas mielių ląsteles. Dvidešimtojo amžiaus viduryje buvo įrodytas DNR vaidmuo genetikoje. Tik tada buvo aprašyti RNR tipai, funkcijos ir pan. Iki 80–90 % ląstelės masės patenka ant rRNR, kuri kartu su b altymais sudaro ribosomą ir dalyvauja b altymų biosintezėje.
Praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje pirmą kartą buvo pasiūlyta, kad turi būti tam tikra rūšis, kuri neša genetinę informaciją b altymų sintezei. Po to buvo moksliškai nustatyta, kad yra tokių informacinių ribonukleino rūgščių, atstovaujančių komplementarias genų kopijas. Jie taip pat vadinami pasiuntinio RNR.
Vadinamosios transportinės rūgštys dalyvauja iššifruojant jose įrašytą informaciją.
Vėliau pradėti kurti metodai, leidžiantys nustatyti nukleotidų seką ir nustatyti RNR struktūrą rūgšties erdvėje. Taigi buvo nustatyta, kad kai kurie iš jų, kurie buvo vadinami ribozimais, gali suskaidyti poliribonukleotidų grandines. Dėl to imta manyti, kad tuo metu, kai planetoje atsirado gyvybė,RNR veikė be DNR ir b altymų. Be to, visi pokyčiai buvo atlikti jai dalyvaujant.
Ribonukleino rūgšties molekulės struktūra
Beveik visos RNR yra vienos polinukleotidų grandinės, kurios savo ruožtu susideda iš monoribonukleotidų – purino ir pirimidino bazių.
Nukleotidai žymimi pradinėmis bazių raidėmis:
- adeninas (A), A;
- guaninas (G), G;
- citozinas (C), C;
- uracilas (U), U.
Jos yra sujungtos trijų ir penkių fosfodiesterių jungtimis.
Į RNR struktūrą įtrauktas pats įvairiausias nukleotidų skaičius (nuo kelių dešimčių iki dešimčių tūkstančių). Jie gali sudaryti antrinę struktūrą, daugiausia sudarytą iš trumpų dvigrandžių gijų, kurias sudaro vienas kitą papildantys pagrindai.
Ribnukleino rūgšties molekulės struktūra
Kaip jau minėta, molekulė turi viengrandę struktūrą. RNR įgyja savo antrinę struktūrą ir formą dėl nukleotidų sąveikos tarpusavyje. Tai polimeras, kurio monomeras yra nukleotidas, susidedantis iš cukraus, fosforo rūgšties liekanos ir azoto bazės. Išoriškai molekulė yra panaši į vieną iš DNR grandinių. Nukleotidai adeninas ir guaninas, kurie yra RNR dalis, yra purinai. Citozinas ir uracilas yra pirimidino bazės.
Sintezės procesas
Norint susintetinti RNR molekulę, šablonas yra DNR molekulė. Tiesa, vyksta ir atvirkštinis procesas, kai ant ribonukleino rūgšties matricos susidaro naujos dezoksiribonukleino rūgšties molekulės. Toksatsiranda kai kurių tipų virusų replikacijos metu.
Biosintezės pagrindas taip pat gali būti kitos ribonukleino rūgšties molekulės. Jo transkripcija, kuri vyksta ląstelės branduolyje, apima daug fermentų, tačiau svarbiausia iš jų yra RNR polimerazė.
Peržiūros
Priklausomai nuo RNR tipo, skiriasi ir jos funkcijos. Yra keletas tipų:
- informacinė i-RNA;
- ribosomų rRNR;
- transportuoti t-RNR;
- nepilnametis;
- ribozimai;
- virusinė.
Informacinė ribonukleino rūgštis
Tokios molekulės dar vadinamos matricomis. Jie sudaro apie du procentus viso ląstelėje. Eukariotinėse ląstelėse jie sintetinami DNR šablonuose esančiuose branduoliuose, tada patenka į citoplazmą ir prisijungia prie ribosomų. Be to, jie tampa b altymų sintezės šablonais: juos jungia pernešančios RNR, pernešančios aminorūgštis. Taip vyksta informacijos transformacijos procesas, kuris realizuojamas unikalioje b altymo struktūroje. Kai kuriose viruso RNR tai taip pat yra chromosoma.
Jokūbas ir Mano yra šios rūšies atradėjai. Neturėdamas standžios struktūros, jos grandinė sudaro lenktas kilpas. Neveikia, i-RNR susirenka į raukšles ir susilanksto į rutulį ir išsiskleidžia darbinėje būsenoje.
i-RNR neša informaciją apie aminorūgščių seką sintetinamame b altyme. Kiekviena aminorūgštis yra užkoduota konkrečioje vietoje naudojant genetinius kodus, kurie yra:
- tripletiškumas - iš keturių mononukleotidų galima sukurti šešiasdešimt keturis kodonus (genetinis kodas);
- nepervažiuojama – informacija juda viena kryptimi;
- nepertraukiamumas – veikimo principas toks, kad viena mRNR yra vienas b altymas;
- universalumas – vienokios ar kitokios rūšies aminorūgštys visuose gyvuose organizmuose užkoduotos vienodai;
- degeneracija – žinoma dvidešimt aminorūgščių ir šešiasdešimt vienas kodonas, tai yra, jie yra užkoduoti kelių genetinių kodų.
Ribosomų ribonukleorūgštis
Tokios molekulės sudaro didžiąją dalį ląstelių RNR, ty aštuoniasdešimt iki devyniasdešimt procentų visos. Jie jungiasi su b altymais ir sudaro ribosomas – tai organelės, kurios atlieka b altymų sintezę.
Ribosomos yra šešiasdešimt penki procentai rRNR ir trisdešimt penki procentai b altymų. Ši polinukleotidų grandinė lengvai susilanksto kartu su b altymu.
Ribosoma susideda iš aminorūgščių ir peptidų sričių. Jie yra ant kontaktinių paviršių.
Ribosomos laisvai juda ląstelėje, sintetindamos b altymus tinkamose vietose. Jie nėra labai specifiniai ir gali ne tik nuskaityti informaciją iš mRNR, bet ir sudaryti su jais matricą.
Ribonukleino rūgšties transportavimas
t-RNR yra labiausiai ištirta. Jie sudaro dešimt procentų ląstelių ribonukleino rūgšties. Šios RNR rūšys specialaus fermento dėka prisijungia prie aminorūgščių ir patenka į ribosomas. Tuo pačiu metu aminorūgštys pernešamos transportumolekules. Tačiau pasitaiko, kad aminorūgštį koduoja skirtingi kodonai. Tada kelios transportavimo RNR juos neša.
Neaktyvus susisuka į kamuoliuką, bet veikia kaip dobilo lapas.
Jame išskiriami šie skyriai:
- akceptoriaus kamienas, turintis ACC nukleotidų seką;
- svetainė, skirta prisijungti prie ribosomos;
- antikodonas, koduojantis aminorūgštį, prijungtą prie šios tRNR.
Nedidelės ribonukleino rūgšties rūšys
Neseniai RNR rūšys buvo papildytos nauja klase, vadinamąja mažąja RNR. Greičiausiai jie yra universalūs reguliatoriai, kurie įjungia arba išjungia genus embriono vystymosi metu, taip pat kontroliuoja procesus ląstelėse.
Ribozimai taip pat neseniai nustatyti, jie aktyviai dalyvauja fermentuojant RNR rūgštį ir veikia kaip katalizatorius.
Virusinės rūgščių rūšys
Virusas gali turėti arba ribonukleino rūgšties, arba dezoksiribonukleino rūgšties. Todėl su atitinkamomis molekulėmis jos vadinamos turinčiomis RNR. Tokiam virusui patekus į ląstelę, vyksta atvirkštinė transkripcija – ribonukleino rūgšties pagrindu atsiranda nauja DNR, kurios integruojamos į ląsteles, užtikrinančios viruso egzistavimą ir dauginimąsi. Kitu atveju ant gaunamos RNR susidaro papildomos RNR. Virusai yra b altymai, gyvybinė veikla ir dauginimasis vyksta be DNR, bet tik remiantis informacija, esančia viruso RNR.
Replikacija
Siekiant pagerinti bendrą supratimą, būtinaApsvarstykite replikacijos procesą, kai susidaro dvi identiškos nukleino rūgšties molekulės. Taip prasideda ląstelių dalijimasis.
Tai apima DNR polimerazes, priklausomas nuo DNR, RNR polimerazes ir DNR ligazes.
Replikacijos procesą sudaro šie veiksmai:
- despiralizacija – vyksta nuoseklus motinos DNR išsivyniojimas, užfiksuojant visą molekulę;
- vandenilinių ryšių nutrūkimas, kurio metu grandinės išsiskiria ir atsiranda replikacijos šakutė;
- dNTP koregavimas pagal išleistas pirminių grandinių bazes;
- pirofosfatų skilimas iš dNTP molekulių ir fosforodiesterinių jungčių susidarymas dėl išsiskiriančios energijos;
- respiralizacija.
Suformavus dukterinę molekulę, branduolys, citoplazma ir likusi dalis yra padalyta. Taigi susidaro dvi dukterinės ląstelės, kurios visiškai gavo visą genetinę informaciją.
Be to, užkoduota pirminė ląstelėje sintetinamų b altymų struktūra. DNR šiame procese dalyvauja netiesiogiai, o ne tiesiogiai, o tai susideda iš to, kad būtent ant DNR vyksta b altymų, RNR, dalyvaujančių susidaryme, sintezė. Šis procesas vadinamas transkripcija.
Transkripcija
Visų molekulių sintezė vyksta transkripcijos metu, tai yra, genetinės informacijos perrašymas iš konkretaus DNR operono. Procesas kai kuriais atžvilgiais panašus į replikaciją, o kitais – labai skirtingas.
Panašumai yra šios dalys:
- prasideda nuo DNR despiralizacijos;
- atsiranda vandenilio plyšimasjungtys tarp grandinių pagrindų;
- NTF juos papildo;
- susidaro vandeniliniai ryšiai.
Skirtumai nuo replikacijos:
- transkripcijos metu nesusukama tik DNR dalis, atitinkanti transkripciją, o replikacijos metu nesusukama visa molekulė;
- transkribuojant derinamus NTF, vietoj timino yra ribozės ir uracilo;
- informacija nurašoma tik iš tam tikros srities;
- susiformavus molekulei, vandenilio ryšiai ir susintetinta grandinė nutrūksta, o grandinė nuslysta nuo DNR.
Norint normaliai funkcionuoti, pirminę RNR struktūrą turėtų sudaryti tik DNR dalys, nukopijuotos iš egzonų.
Brendimo procesas prasideda naujai susidariusioje RNR. Tyliosios sritys išpjaunamos, o informacinės sritys sujungiamos, kad susidarytų polinukleotidų grandinė. Be to, kiekviena rūšis turi savo transformacijų.
I-RNR prisijungia prie pradinio galo. Poliadenilatas pridedamas prie galutinės vietos.
TRNR bazės modifikuojamos, kad susidarytų nedidelės rūšys.
rRNR atskiros bazės taip pat yra metilintos.
Apsaugokite b altymus nuo sunaikinimo ir pagerinkite transportavimą į citoplazmą. Prie jų jungiasi subrendusi RNR.
Dezoksiribonukleino ir ribonukleino rūgščių svarba
Nukleino rūgštys turi didelę reikšmę organizmų gyvenime. Juose jis kaupiamas, pernešamas į citoplazmą ir paveldimas dukterinių ląsteliųinformacija apie kiekvienoje ląstelėje sintetinamus b altymus. Jų yra visuose gyvuose organizmuose, šių rūgščių stabilumas vaidina svarbų vaidmenį normaliai tiek ląstelių, tiek viso organizmo veiklai. Bet kokie jų struktūros pokyčiai lems ląstelių pokyčius.
