Molekulinė biologija tiria organinių medžiagų molekulių, sudarančių gyvas augalų, gyvūnų ir žmonių ląsteles, struktūrą ir funkcijas. Ypatinga vieta tarp jų skiriama junginių grupei, vadinamai nukleino (branduolinėmis) rūgštimis.
Yra dviejų tipų: dezoksiribonukleorūgštis (DNR) ir ribonukleorūgštis. Pastaroji turi keletą modifikacijų: i-RNR, t-RNR ir r-RNR, kurios skiriasi savo funkcijomis ir vieta ląstelėje. Šis straipsnis skirtas šių klausimų tyrimui: kur prokariotinėse ir eukariotinėse ląstelėse sintetinama rRNR, kokia jos struktūra ir reikšmė.
Istorijos fonas
Pirmąjį mokslinį ribosomų rūgšties paminėjimą galima rasti XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje atliktuose R. Weinbergo ir S. Penmano tyrimuose, kurie aprašė trumpas polinukleotidų molekules, susijusias su ribonukleino rūgštimis, tačiau skiriasi erdvine struktūra ir sedimentacijos koeficientas iš informacijos ir transportinės RNR. Dažniausiai jų molekulėsrandama branduolyje, taip pat ląstelės organelėse – ribosomose, atsakingose už ląstelių b altymų sintezę. Jos buvo vadinamos ribosominėmis (ribosominėmis ribonukleorūgštimis).
RNR charakteristika
Ribonukleorūgštis, kaip ir DNR, yra polimeras, kurio monomerai yra 4 tipų nukleotidai: adeninas, guaninas, uracilas ir citidinas, sujungti fosfodiesterio ryšiais į ilgas vienagrandes molekules, susisukusias spiralės formos arba sudėtingesnės konformacijos. Taip pat yra dvigrandžių ribosominių ribonukleino rūgščių, randamų virusuose, kuriuose yra RNR ir kurios dubliuoja DNR funkcijas: paveldimų savybių išsaugojimą ir perdavimą.
Ląstelėje dažniausiai yra trijų tipų rūgštys, tai: matricinė, arba informacinė, RNR, transportuojanti ribosominė ribonukleorūgštis, prie kurios prisijungusios aminorūgštys, taip pat ribosominė rūgštis, esanti branduolyje ir ląstelėje. citoplazma.
Ribosominė RNR sudaro apie 80 % viso ribonukleino rūgščių kiekio ląstelėje ir 60 % ribosomos masės – organoido, sintetinančio ląstelės b altymą. Visos aukščiau nurodytos rūšys yra sintezuojamos (transkribuojamos) tam tikrose DNR dalyse, vadinamose RNR genais. Sintezės procese dalyvauja specialaus fermento – RNR polimerazės – molekulės. Ląstelės vieta, kur sintezuojama rRNR, yra branduolys, esantis karioplazmojebranduoliai.
Nucleolis, jo vaidmuo sintezėje
Ląstelės gyvenime, vadinamoje ląstelės ciklu, tarp jos dalijimosi yra laikotarpis – tarpfazė. Šiuo metu ląstelės branduolyje aiškiai matomi tankūs granuliuotos struktūros kūnai, vadinami branduoliais, kurie yra nepakeičiami augalų ir gyvūnų ląstelių komponentai.
Molekulinėje biologijoje nustatyta, kad branduoliai yra organelės, kuriose sintezuojama rRNR. Tolesni citologų tyrimai leido atrasti ląstelių DNR atkarpas, kuriose buvo rasti genai, atsakingi už ribosomų rūgščių struktūrą ir sintezę. Jie buvo vadinami branduolio organizatoriumi.
Branduolinis organizatorius
Iki XX amžiaus šeštojo dešimtmečio biologijoje buvo nuomonė, kad branduolio organizatorius, esantis antrinio susiaurėjimo vietoje 13, 14, 15, 21 ir 22 chromosomų porose, turi tokią formą. vienos svetainės. Mokslininkai, tiriantys chromosomų pažeidimus, vadinamus aberacijomis, nustatė, kad chromosomų lūžio metu antrinio susiaurėjimo vietoje kiekvienoje jos dalyje susidaro branduoliai.
Taigi galime teigti: branduolio organizatorius susideda ne iš vieno, o iš kelių lokusų (genų), atsakingų už branduolio susidarymą. Būtent jame sintetinamos ribosominės ribonukleino rūgštys rRNR, kurios sudaro b altymus sintezuojančių ląstelių organelių – ribosomų – subvienetus.
Kas yra ribosomos?
Kaip minėta anksčiau, visi trys pagrindiniai tipaiRNR egzistuoja ląstelėje, kur jos susintetina tam tikrose vietose – DNR genuose. Dėl transkripcijos susidariusi ribosominė RNR sudaro kompleksus su b altymais - ribonukleoproteinais, iš kurių susidaro sudedamosios būsimos organelės dalys, vadinamieji subvienetai. Per branduolio membranoje esančias poras jie patenka į citoplazmą ir sudaro joje kombinuotas struktūras, kurios taip pat apima i-RNR ir t-RNR molekules, vadinamas polisomomis.
Pačios ribosomos gali būti atskirtos veikiant kalcio jonams ir egzistuoti atskirai kaip subvienetai. Atvirkštinis procesas vyksta ląstelės citoplazmos skyriuose, kur vyksta transliacijos procesai – ląstelių b altymų molekulių surinkimas. Kuo ląstelė aktyvesnė, tuo intensyvesni joje vykstantys medžiagų apykaitos procesai, tuo daugiau joje yra ribosomų. Pavyzdžiui, raudonųjų kaulų čiulpų ląstelėms, stuburinių gyvūnų hepatocitams ir žmonėms būdingas didelis šių organelių skaičius citoplazmoje.
Kaip koduojami rRNR genai?
Remiantis tuo, kas išdėstyta aukščiau, rRNR genų struktūra, tipai ir veikimas priklauso nuo branduolio organizatorių. Juose yra lokusų, kuriuose yra genų, koduojančių ribosominę RNR. O. Milleris, atlikdamas oogenezės tyrimus tritonų ląstelėse, nustatė šių genų veikimo mechanizmą. Iš jų buvo susintetintos rRNR kopijos (vadinamieji pirminiai transkriptantai), turinčios apie 13x103 nukleotidų ir turinčios 45 S sedimentacijos koeficientą. Tada ši grandinė patyrė brendimo procesą, pasibaigusį trijų formavimu.rRNR molekulės, kurių sedimentacijos koeficientai yra 5, 8 S, 28 S ir 18 S.
RRNR susidarymo mechanizmas
Grįžkime prie Millerio eksperimentų, kurie tyrė ribosomų RNR sintezę ir įrodė, kad nukleolinė DNR tarnauja kaip šablonas (matrica) formuojant rRNR – transkriptantą. Jis taip pat nustatė, kad susidarančių nesubrendusių ribosominių rūgščių (pre-r-RNR) skaičius priklauso nuo RNR polimerazės fermento molekulių skaičiaus. Tada įvyksta jų brendimas (apdorojimas), ir rRNR molekulės iš karto pradeda jungtis prie peptidų, todėl susidaro ribonukleoproteinas, statybinė ribosomos medžiaga.
Ribosomų rūgščių savybės eukariotinėse ląstelėse
Turėdami tuos pačius struktūros principus ir bendrus funkcinius mechanizmus, prokariotinių ir branduolinių organizmų ribosomos vis dar turi citomolekulinių skirtumų. Norėdami tai išsiaiškinti, mokslininkai naudojo tyrimo metodą, vadinamą rentgeno spindulių difrakcijos analize. Nustatyta, kad eukariotinės ribosomos dydis, taigi ir į ją įtraukta rRNR, yra didesnė, o sedimentacijos koeficientas yra 80 S. Magnio jonus netenkančią organelę galima suskirstyti į du subvienetus, kurių rodikliai yra 60 S ir 40 S Mažoje dalelėje yra viena rūgšties molekulė, o didelėje - trys, tai yra, branduolinėse ląstelėse yra ribosomų, susidedančių iš 4 rūgšties polinukleotidų spiralių, turinčių šias charakteristikas: 28 S RNR - 5 tūkst. nukleotidų, 18 S - 2 tūkst. 5 S - 120 nukleotidų, 5, 8 S - 160. Vieta, kur eukariotinėse ląstelėse sintetinamas rRNR, yra branduolys, esantis branduolio karioplazmoje.
Prokariotų ribosominė RNR
Skirtingai nei r-RNR,patekusios į branduolines ląsteles, bakterijų ribosominės ribonukleorūgštys transkribuojamos sutankintoje citoplazmos, kurioje yra DNR, srityje ir vadinamos nukleoidu. Jame yra rRNR genų. Transkripcija, kurios bendroji charakteristika gali būti pavaizduota kaip informacijos perrašymo iš DNR genų rRNR į ribosominės ribonukleino rūgšties nukleotidų seką procesas, atsižvelgiant į genetinio kodo komplementarumo taisyklę: adenino nukleoididas atitinka uracilą, o guaniną. į citoziną.
R-RNR bakterijos turi mažesnę molekulinę masę ir mažesnį dydį nei branduolinių ląstelių. Jų sedimentacijos koeficientas yra 70 S, o dviejų subvienetų reikšmės yra 50 S ir 30 S. Mažesnėje dalelėje yra viena rRNR molekulė, o didesnėje – dvi.
Ribonukleino rūgšties vaidmuo vertimo procese
Pagrindinė r-RNR funkcija yra užtikrinti ląstelių b altymų biosintezės – transliacijos – procesą. Tai atliekama tik esant ribosomoms, kuriose yra r-RNR. Susijungę į grupes, jie prisijungia prie informacinės DNR molekulės, sudarydami polisomą. Transportuojančios ribosominės ribonukleino rūgšties molekulės, nešančios aminorūgštis, kurios, patekusios į polisomą, jungiasi viena su kita peptidiniais ryšiais, sudaro polimerą – b altymą. Tai svarbiausias organinis ląstelės junginys, atliekantis daug svarbių funkcijų: statybos, transportavimo, energijos, fermentų, apsauginės ir signalizacijos.
Šiame straipsnyje buvo nagrinėjamos ribosomų nukleorūgščių savybės, struktūra ir aprašymas.organiniai augalų, gyvūnų ir žmogaus ląstelių biopolimerai.
