الهيكل الثانوي للحمض النووي الريبي. هيكل ووظائف الأحماض النووية الريبية

جزيء الحمض النووي الريبي هو أيضًا بوليمر ، ومونومراته هي ريبونوكليوتيدات ، والحمض النووي الريبي هو جزيء وحيد الخيط. إنه مبني بنفس طريقة أحد خيوط الحمض النووي. تتشابه نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي مع نيوكليوتيدات الحمض النووي ، على الرغم من عدم تطابقها معها. وهناك أيضًا أربعة منها ، وتتكون من بقايا قاعدة نيتروجينية ، وبنتوز ، وحمض الفوسفوريك. القواعد النيتروجينية الثلاثة هي نفسها تمامًا كما في الحمض النووي: لكن, جيو ج. ومع ذلك ، بدلا من تييحتوي الحمض النووي في الحمض النووي الريبي على قاعدة بيريميدين ذات بنية مماثلة ، اليوراسيل ( في). الفرق الرئيسي بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي هو طبيعة الكربوهيدرات: في نوكليوتيدات الحمض النووي ، السكاريد أحادي هو ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي هو ريبوز. يتم إجراء الاتصال بين النيوكليوتيدات ، كما هو الحال في الحمض النووي ، من خلال السكر وبقايا حمض الفوسفوريك. على عكس الحمض النووي ، الذي يكون محتواه ثابتًا في خلايا بعض الكائنات الحية ، يتقلب محتوى الحمض النووي الريبي فيها. إنه أعلى بشكل ملحوظ حيث يحدث التوليف المكثف.

فيما يتعلق بالوظائف المؤداة ، يتم تمييز عدة أنواع من الحمض النووي الريبي.

نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). جزيئات الحمض الريبي النووي النقال هي الأقصر: فهي تتكون من 80-100 نيوكليوتيد فقط. يتراوح الوزن الجزيئي لهذه الجسيمات من 25 إلى 30 ألفًا ، ويتم احتواء الحمض النووي الريبي للنقل بشكل أساسي في سيتوبلازم الخلية. وظيفتها هي نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات ، إلى موقع تخليق البروتين. من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي للخلايا ، يمثل الحمض النووي الريبي حوالي 10٪.

RNA الريبوسوم (الرنا الريباسي). هذه جزيئات كبيرة: تحتوي على 3-5 آلاف نيوكليوتيدات ، على التوالي ، يصل وزنها الجزيئي إلى 1-1.5 مليون ، وتشكل RNAs الريبوسوم جزءًا أساسيًا من الريبوسوم. من إجمالي محتوى الحمض النووي الريبي في الخلية ، يمثل الرنا الريباسي حوالي 90٪.

رسول RNA (مرنا) ، أو رسول RNA (مرنا) ، الموجود في النواة والسيتوبلازم. وتتمثل مهمتها في نقل المعلومات حول بنية البروتين من الحمض النووي إلى موقع تخليق البروتين في الريبوسومات. تمثل حصة mRNA حوالي 0.5-1 ٪ من إجمالي محتوى RNA للخلية. يختلف حجم الرنا المرسال بشكل كبير - من 100 إلى 10000 نيوكليوتيد.

يتم تصنيع جميع أنواع الحمض النووي الريبي على الحمض النووي ، والذي يعمل كنوع من القالب.

الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الوراثية.

يتم تمثيل كل بروتين من خلال سلسلة واحدة أو أكثر من سلاسل عديد الببتيد. يسمى قسم الحمض النووي الذي يحمل معلومات حول سلسلة بولي ببتيد واحدة الجينوم. يعمل مجموع جزيئات الحمض النووي في الخلية كناقل للمعلومات الجينية. تنتقل المعلومات الجينية من الخلايا الأم إلى الخلايا البنت ومن الآباء إلى الأبناء. الجين هو وحدة الجينات، أو معلومات وراثية.

الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الجينية في الخلية - لا يقوم بدور مباشر في تخليق البروتينات. في الخلايا حقيقية النواة ، توجد جزيئات الحمض النووي في كروموسومات النواة ويتم فصلها بواسطة غشاء نووي من السيتوبلازم ، حيث يتم تصنيع البروتينات. إلى الريبوسومات - مواقع تجميع البروتين - يتم إرسال ناقل معلومات من النواة ، قادر على المرور عبر مسام الغلاف النووي. يعتبر Messenger RNA (mRNA) وسيطًا. وفقًا لمبدأ التكامل ، يتم تصنيعه على الحمض النووي بمشاركة إنزيم يسمى RNA- بوليميراز.

إن Messenger RNA هو جزيء أحادي السلسلة ، والنسخ يأتي من خيط واحد من جزيء DNA مزدوج الشريطة. إنها ليست نسخة من جزيء الحمض النووي بأكمله ، ولكنها جزء منه فقط - جين واحد في حقيقيات النوى أو مجموعة من الجينات المجاورة التي تحمل معلومات حول بنية البروتينات اللازمة لأداء وظيفة واحدة في بدائيات النوى. هذه المجموعة من الجينات تسمى أوبرون. في بداية كل مشغل يسمى موقع هبوط لبوليميراز الحمض النووي الريبي المروجينهذا هو تسلسل محدد من نيوكليوتيدات الدنا التي "يتعرف عليها" الإنزيم بسبب التقارب الكيميائي. فقط عن طريق الارتباط بالمحفز ، يكون بوليميريز الحمض النووي الريبي قادرًا على بدء تخليق الحمض النووي الريبي. بعد الوصول إلى نهاية الأوبون ، يواجه الإنزيم إشارة (في شكل سلسلة معينة من النيوكليوتيدات) تشير إلى نهاية القراءة. يتحرك الرنا المرسال النهائي بعيدًا عن الحمض النووي ويذهب إلى موقع تخليق البروتين.

هناك أربع مراحل في عملية النسخ: 1) ربط الحمض النووي الريبي- بوليميراز مع مروج ؛ 2) المبادرة- بداية التركيب. يتكون من تكوين أول رابطة فوسفوديستر بين ATP أو GTP والنيوكليوتيدات الثانية لجزيء RNA المركب ؛ 3) استطالة- نمو سلسلة الحمض النووي الريبي. أولئك. الإضافة المتسلسلة للنيوكليوتيدات لبعضها البعض بالترتيب الذي توجد به النيوكليوتيدات التكميلية في حبلا DNA المنسوخ. معدل الاستطالة هو 50 نيوكليوتيدات في الثانية. أربعة) نهاية- الانتهاء من تخليق الحمض النووي الريبي.

بعد المرور عبر مسام الغشاء النووي ، يتم إرسال mRNA إلى الريبوسومات ، حيث يتم فك شفرة المعلومات الجينية - يتم ترجمتها من "لغة" النيوكليوتيدات إلى "لغة" الأحماض الأمينية. يُطلق على تخليق سلاسل البولي ببتيد وفقًا لقالب الرنا المرسال ، والذي يحدث في الريبوسومات إذاعة(اللات. ترجمة - ترجمة).

يتم توصيل الأحماض الأمينية ، التي يتم تصنيع البروتينات منها ، إلى الريبوسومات بمساعدة RNAs خاصة تسمى نقل RNAs (tRNAs). يوجد العديد من الحمض الريبي النووي النقال في الخلية بقدر ما يوجد كودونات ترمز للأحماض الأمينية. يوجد في الجزء العلوي من "ورقة" كل الحمض النووي الريبي سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات مكملة لنيوكليوتيدات الكودون في الرنا المرسال. يسمونها أنتيكودون.إنزيم خاص - codase - يتعرف على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) ويرتبط بـ "سويقات الأوراق" وهو حمض أميني - فقط الذي يتم ترميزه بواسطة ثلاثي مكمل لمضاد الكودون. يتم إنفاق طاقة جزيء ATP على تكوين رابطة تساهمية بين الحمض الريبي النووي النقال والحمض الأميني الخاص به.

لكي يتم تضمين الحمض الأميني في سلسلة البولي ببتيد ، يجب أن ينفصل عن الحمض النووي الريبي. يصبح هذا ممكنًا عندما يدخل الحمض النووي الريبي الريبوسوم ويتعرف مضاد الكودون على الكودون الخاص به في الرنا المرسال. يحتوي الريبوسوم على موقعين لربط جزيئين من الحمض النووي الريبي. واحدة من هذه المجالات ، ودعا متقبل، الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) يدخل بحمض أميني ويرتبط بكودونه (I). هل يرتبط هذا الحمض الأميني بنفسه (يقبل) سلسلة نمو البروتين (II)؟ تتشكل رابطة الببتيد بينهما. tRNA ، والذي يتم إرفاقه الآن مع كودون mRNA بتنسيق جهات مانحةقسم الريبوسوم. يأتي الحمض الريبي النووي النقال الجديد إلى موقع المستقبل الذي تم إخلاؤه ، المرتبط بالحمض الأميني ، والذي يتم تشفيره بواسطة الكودون التالي (III). من موقع المتبرع ، يتم نقل سلسلة البولي ببتيد المنفصلة هنا مرة أخرى وتمديدها بواسطة رابط آخر. ترتبط الأحماض الأمينية في السلسلة المتنامية بالتسلسل الذي توجد فيه الكودونات التي ترميزها في mRNA.

عندما يتم العثور على واحد من الثلاثة توائم على الريبوسوم ( UAA ، UAG ، UGA) ، وهي "علامات ترقيم" بين الجينات ، لا يمكن لأي tRNA أن يأخذ مكانًا في موقع المستقبل. الحقيقة هي أنه لا توجد مضادات الكودونات التي تكمل متواليات النيوكليوتيدات من "علامات الترقيم". السلسلة المنفصلة ليس لديها ما تعلق به في موقع المستقبل ، وتترك الريبوسوم. اكتمل تخليق البروتين.

في بدائيات النوى ، يبدأ تخليق البروتين بالكودون أغسطس، الموجود في المقام الأول في النسخة من كل جين ، يحتل مثل هذا الموضع في الريبوسوم بحيث يتفاعل معه anticodon من الحمض الريبي النووي النقال الخاص ، المرتبط به فورميلمينتيونين. يدخل هذا الشكل المعدل من ميثيونين الأحماض الأمينية على الفور إلى موقع المتبرع ويلعب دور الحرف الكبير في العبارة - يبدأ تركيب أي سلسلة بولي ببتيد بها في الخلية البكتيرية. عندما الثلاثي أغسطسليس في المقام الأول ، ولكن داخل نسخة من الجين ، فإنه يشفر الحمض الأميني ميثيونين. بعد الانتهاء من تخليق سلسلة البولي ببتيد ، ينشطر فورميل ميثيونين منه ويغيب عن البروتين النهائي.

لزيادة إنتاج البروتينات ، غالبًا ما يمر الرنا المرسال ليس واحدًا ، بل عدة ريبوسومات في وقت واحد. يسمى الهيكل الذي يوحده جزيء واحد من الرنا المرسال متعدد الروح. في كل ريبوسوم ، يتم تصنيع بروتينات متطابقة في خط التجميع الشبيه بالخرز.

يتم توفير الأحماض الأمينية باستمرار للريبوسومات بواسطة الحمض الريبي النووي النقال. بعد التبرع بالحمض الأميني ، يترك الحمض الريبي النووي النقال الريبوسوم ويرتبط بمساعدة كوداز. يسمح التماسك العالي لجميع "خدمات النبات" لإنتاج البروتينات ، في غضون ثوان قليلة ، بتجميع سلاسل متعددة الببتيد تتكون من مئات الأحماض الأمينية.

خصائص الكود الجيني. من خلال عملية النسخ في الخلية ، يتم نقل المعلومات من الحمض النووي إلى البروتين.

DNA → mRNA → بروتين

المعلومات الوراثية الموجودة في DNA و mRNA موجودة في تسلسل النيوكليوتيدات في الجزيئات.

كيف تتم ترجمة المعلومات من "لغة" النيوكليوتيدات إلى "لغة" الأحماض الأمينية؟ تتم هذه الترجمة باستخدام الشفرة الجينية. رمز أو تشفير، هو نظام من الرموز لترجمة شكل من أشكال المعلومات إلى شكل آخر. الكود الجينيهو نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات باستخدام تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال.

ما هي خصائص الكود الجيني؟

رمز ثلاثي. يحتوي RNA على أربعة نيوكليوتيدات: أ ، ز ، ج ، و.إذا حاولنا تعيين حمض أميني واحد مع نيوكليوتيد واحد ، فسيظل 16 من أصل 20 حمضًا أمينيًا غير مشفر. يقوم رمز مكون من حرفين بتشفير 16 حمضًا أمينيًا. أنشأت الطبيعة رمزًا من ثلاثة أحرف أو ثلاثة توائم. هذا يعني انه يتم ترميز كل من الأحماض الأمينية العشرين بواسطة سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى ثلاثي أو كودون.

الكود متدهور.هذا يعني انه يتم ترميز كل حمض أميني بأكثر من كودون واحد.الاستثناءات: meteonine و tryptophan ، كل منهما مشفر بثلاثية واحدة.

الرمز لا لبس فيه. يرمز كل كودون لحمض أميني واحد فقط.

هناك "علامات ترقيم" بين الجينات.في النص المطبوع ، توجد نقطة في نهاية كل عبارة. العديد من العبارات ذات الصلة تشكل فقرة. في لغة المعلومات الجينية ، مثل هذه الفقرة عبارة عن أوبرا و mRNA التكميلي لها. كل جين في أوبرا بدائية النواة أو جين حقيقي النواة فردي يشفر سلسلة بولي ببتيد واحدة - عبارة. نظرًا لأنه في بعض الحالات يتم إنشاء العديد من سلاسل البولي ببتيد المختلفة بالتتابع على قالب mRNA ، يجب فصلها عن بعضها البعض. لهذا ، هناك ثلاثة توائم خاصة في السنة الوراثية - UAA ، UAG ، UGA ، يشير كل منها إلى توقف تخليق سلسلة بولي ببتيد واحدة. وهكذا ، تؤدي هذه الثلاثة توائم وظيفة علامات الترقيم. هم في نهاية كل جين.

لا توجد "علامات ترقيم" داخل الجين.

الرمز عالمي.الشفرة الجينية هي نفسها لجميع الكائنات الحية على الأرض. في البكتيريا والفطريات ، والقمح والقطن ، والأسماك والديدان ، والضفادع والبشر ، يشفر نفس الثلاثة توائم نفس الأحماض الأمينية.

مبادئ تكرار الحمض النووي. يتم ضمان استمرارية المادة الوراثية في أجيال الخلايا والكائنات الحية من خلال هذه العملية النسخ المتماثل - ازدواجية جزيئات الحمض النووي.يتم تنفيذ هذه العملية المعقدة بواسطة مجموعة من العديد من الإنزيمات والبروتينات التي ليس لها نشاط تحفيزي ، وهي ضرورية لإعطاء سلاسل عديد النوكليوتيد الشكل المطلوب. نتيجة للتكرار ، يتم تشكيل حلزون مزدوج متطابق من الحمض النووي. لا تختلف هذه الجزيئات البنت المزعومة عن بعضها البعض وعن جزيء الحمض النووي الأصلي. يحدث النسخ المتماثل في الخلية قبل الانقسام ، لذلك تتلقى كل خلية ابنة نفس جزيئات الحمض النووي التي كانت تمتلكها الخلية الأم. تستند عملية النسخ إلى عدد من المبادئ:

في هذه الحالة فقط ، تستطيع بوليميرات الحمض النووي التحرك على طول الخيوط الأم واستخدامها كقوالب لتركيب خالي من الأخطاء لخيوط الابنة. لكن الفك الكامل للحلزونات ، التي تتكون من عدة ملايين من أزواج القواعد ، يرتبط بهذا العدد الكبير من الدورات وتكاليف الطاقة هذه التي تكون مستحيلة في ظل ظروف الخلية. لذلك ، يبدأ التكاثر في حقيقيات النوى في وقت واحد في بعض أماكن جزيء الحمض النووي. المنطقة الواقعة بين نقطتين حيث يبدأ تركيب سلاسل الابنة تسمى نسخ. هو وحدة النسخ.

يحتوي كل جزيء DNA في خلية حقيقية النواة على العديد من النسخ المتماثلة. في كل نسخة ، يمكن للمرء أن يرى شوكة النسخ المتماثل - ذلك الجزء من جزيء الحمض النووي الذي تفكك بالفعل تحت تأثير إنزيمات خاصة. تعمل كل خصلة في الشوكة كقالب لتركيب خصلة ابنة تكميلية. أثناء النسخ المتماثل ، تتحرك الشوكة على طول الجزيء الأصلي ، بينما تكون الأجزاء الجديدة من الحمض النووي غير ملتوية. نظرًا لأن بوليميرات الحمض النووي يمكن أن تتحرك فقط في اتجاه واحد على طول خيوط المصفوفة ، وتكون الخيوط موجهة بشكل مضاد للتوازي ، يتم تصنيع مجمعين إنزيميين مختلفين في وقت واحد في كل شوكة. علاوة على ذلك ، في كل شوكة ، تنمو سلسلة ابنة (رائدة) باستمرار ، ويتم تصنيع السلسلة الأخرى (المتأخرة) بواسطة شظايا منفصلة عدة نيوكليوتيدات طويلة. سميت هذه الإنزيمات على اسم العالم الياباني الذي اكتشفها شظايا أوكازاكيمرتبطة بواسطة DNA ligase لتشكيل سلسلة مستمرة. تسمى آلية تكوين سلاسل الابنة لشظايا الحمض النووي بالتوقف.

إن الحاجة إلى بوليميراز الدنا التمهيدي ليست قادرة على بدء تركيب الخيط الرئيسي ، ولا توليف شظايا أوكازاكي من الخيط المتأخر. يمكنه فقط بناء خيط متعدد النوكليوتيد موجود بالفعل عن طريق ربط الديوكسي ريبونوكليوتيدات بالتسلسل بنهايته 3'-OH. من أين تأتي النهاية الخمسة الأولى لشريط الحمض النووي المتنامي؟ يتم تصنيعه على قالب DNA بواسطة بوليميراز RNA خاص يسمى بريماز(الإنجليزية التمهيدي - البذور). حجم التمهيدي الريبونوكليوتيد صغير (أقل من 20 نيوكليوتيد) مقارنة بحجم سلسلة الحمض النووي المكونة من DNA poimerase. وفاء له المهام تتم إزالة RNA التمهيدي بواسطة إنزيم خاص ، ويتم إغلاق الفجوة المتكونة أثناء ذلك بواسطة DNA polymerase ، الذي يستخدم نهاية 3'-OH لجزء Okazaki المجاور كطبقة أولية.

مشكلة النسخ الناقص لنهايات جزيئات الحمض النووي الخطية. إزالة المواد الأولية RNA المتطرفة ، مكمل للنهايات 3'- لكل من خيوط جزيء DNA الأصل الخطي ، يؤدي إلى حقيقة أن خيوط الطفل أقصر من 10-20 نيوكليوتيدات. هذه هي مشكلة النسخ الناقص لنهايات الجزيئات الخطية.

يتم حل مشكلة النسخ الناقص للنهايات الثلاثة لجزيئات الحمض النووي الخطية بواسطة الخلايا حقيقية النواة باستخدام إنزيم خاص - تيلوميراز.

التيلوميراز عبارة عن بوليميراز DNA يكمل جزيئات الحمض النووي ثلاثية الأطراف للكروموسومات بتسلسلات متكررة قصيرة. هم ، يقعون واحدًا تلو الآخر ، يشكلون بنية نهائية منتظمة يصل طولها إلى 10 آلاف نيوكليوتيدات. بالإضافة إلى جزء البروتين ، يحتوي الإنزيم تيلوميراز على الحمض النووي الريبي ، الذي يعمل كقالب لتمديد الحمض النووي مع التكرارات.

مخطط استطالة نهايات جزيئات الحمض النووي. أولاً ، يحدث الارتباط التكميلي لنهاية الحمض النووي البارز بموقع قالب تيلوميراز RNA ، ثم يبني التيلوميراز الحمض النووي باستخدام نهايته 3'-OH كبذرة ، والحمض النووي الريبي ، وهو جزء من الإنزيم ، كقالب. هذه المرحلة تسمى الاستطالة. بعد ذلك يحدث الإزفاء ، أي حركة الحمض النووي ، ممتدة بتكرار واحد ، نسبة إلى الإنزيم. يتبع ذلك استطالة وانتقال آخر.

نتيجة لذلك ، يتم تكوين هياكل نهائية متخصصة للكروموسومات. وهي تتكون من تسلسلات DNA قصيرة متكررة ومتكررة وبروتينات معينة.

تخليق سلائف الرنا الريباسي و الرنا الريباسي مشابه لتخليق ire-mRNA. النسخة الأولية من RNA الريبوسوم لا تحتوي على إنترونات ، وتحت تأثير RNases محددة يتم شقها لتشكيل 28S- ، 18S- ، و 5.8S-pRNA ؛ يتم تصنيع 5S-pRNA بمشاركة RNA polymerase III.

الرنا الريباسي و الرنا الريباسي.

يتم أيضًا تحويل نسخ الحمض النووي الريبي الأولية إلى أشكال ناضجة عن طريق التحلل المائي الجزئي.
تشارك جميع أنواع الحمض النووي الريبي في التخليق الحيوي للبروتينات ، لكن وظائفها في هذه العملية مختلفة. يتم تنفيذ دور المصفوفة التي تحدد البنية الأساسية للبروتينات بواسطة الرنا المرسال (mRNAs) ، واستخدام أنظمة التخليق الحيوي للبروتين الخالي من الخلايا له أهمية كبيرة لدراسة آليات الترجمة. إذا تم تحضين متجانسات الأنسجة بمزيج من الأحماض الأمينية ، تم وضع علامة على واحد منها على الأقل ، فيمكن تسجيل التخليق الحيوي للبروتين عن طريق دمج الملصق في البروتينات. يتم تحديد الهيكل الأساسي للبروتين المركب من خلال الهيكل الأساسي للـ mRNA المضاف إلى النظام. إذا كان النظام الخالي من الخلايا يتكون من غلوبين مرنا (يمكن عزله من الخلايا الشبكية) ، يتم تصنيع الغلوبين (أ- و (3 سلاسل من الغلوبين) ؛ إذا تم تصنيع الألبومين من الألبومين الرنا المرسال المعزول من خلايا الكبد ، إلخ.

14. قيمة النسخ المتماثل:

أ) العملية هي آلية جزيئية مهمة تقوم عليها جميع أنواع انقسام الخلايا بدائية النواة ، ب) توفر جميع أنواع التكاثر لكل من الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا ،

ج) يحافظ على ثبات الخلوية

تكوين الأعضاء والأنسجة والكائن الحي نتيجة التجديد الفسيولوجي

د) يضمن الوجود طويل الأمد للأفراد ؛

هـ) يضمن الوجود طويل الأمد لأنواع الكائنات الحية ؛

هـ) تساهم العملية في المضاعفة الدقيقة للمعلومات ؛

ز) الأخطاء (الطفرات) ممكنة في عملية التكرار ، والتي يمكن أن تؤدي إلى خلل في تخليق البروتين مع تطور التغيرات المرضية.

تسمى الخاصية الفريدة لمضاعفة جزيء الحمض النووي قبل انقسام الخلية بالنسخ المتماثل.

الخصائص الخاصة للحمض النووي الأصلي كحامل للمعلومات الوراثية:

1) التكرار - تكوين سلاسل جديدة مكمل ؛

2) التصحيح الذاتي - يشق بوليميراز الدنا المناطق المكررة بشكل خاطئ (10-6) ؛

3) الجبر - الإصلاح ؛

يحدث تنفيذ هذه العمليات في الخلية بمشاركة إنزيمات خاصة.

كيف يعمل نظام الإصلاح تم إجراء التجارب التي كشفت عن آليات الإصلاح ووجود هذه القدرة بمساعدة كائنات وحيدة الخلية. لكن عمليات الإصلاح متأصلة في الخلايا الحية للحيوانات والبشر. يعاني بعض الأشخاص من جفاف الجلد المصطبغ. ينتج هذا المرض عن عدم قدرة الخلايا على إعادة تصنيع الحمض النووي التالف. Xeroderma وراثي. مما يتكون نظام الجبر؟ الإنزيمات الأربعة التي تدعم عملية الإصلاح هي DNA Helicase و -exonuclease و -polymerase و -ligase. أول هذه المركبات قادر على التعرف على الضرر في سلسلة جزيء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. إنه لا يتعرف فقط ، بل يقطع السلسلة أيضًا في المكان المناسب لإزالة الجزء المتغير من الجزيء. يتم إجراء الإزالة نفسها بمساعدة نوكلياز الحمض النووي الخارجي. بعد ذلك ، يتم تصنيع جزء جديد من جزيء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين من الأحماض الأمينية من أجل استبدال الجزء التالف تمامًا. حسنًا ، يتم تنفيذ الوتر الأخير من هذا الإجراء البيولوجي الأكثر تعقيدًا باستخدام إنزيم ليجاز الحمض النووي. إنها مسؤولة عن ربط الموقع المركب بالجزيء التالف. بعد أن تؤدي الإنزيمات الأربعة وظيفتها ، يتم تجديد جزيء الحمض النووي تمامًا وكل الضرر أصبح شيئًا من الماضي. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الآليات داخل الخلية الحية في وئام.

التصنيف في الوقت الحالي ، يميز العلماء الأنواع التالية من أنظمة الجبر. يتم تنشيطها اعتمادًا على عوامل مختلفة. وتشمل هذه: انتعاش إعادة التركيب. إصلاح الانعكاسات غير المتجانسة. إصلاح الختان. لم شمل الأطراف غير المتجانسة لجزيئات الحمض النووي. تحتوي جميع الكائنات أحادية الخلية على ثلاثة أنظمة إنزيمية على الأقل. كل واحد منهم لديه القدرة على تنفيذ عملية الاسترداد. وتشمل هذه الأنظمة: المباشر ، الاستئصالي وما بعد النسخ. تمتلك بدائيات النوى هذه الأنواع الثلاثة من إصلاح الحمض النووي. أما بالنسبة لحقيقيات النوى ، فلديها آليات إضافية تحت تصرفها ، والتي تسمى Miss-mathe و Sos-repair. لقد درس علم الأحياء بالتفصيل كل هذه الأنواع من الشفاء الذاتي للمادة الوراثية للخلايا.

15. الشيفرة الجينية هي طريقة لتشفير تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات باستخدام سلسلة من النيوكليوتيدات ، وهي خاصية مميزة لجميع الكائنات الحية. يتم تشفير تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين كتسلسل نيوكليوتيد في جزيء DNA ويسمى الكود الجيني.تسمى منطقة جزيء الحمض النووي المسؤولة عن تخليق بروتين واحد الجينوم.

تُستخدم أربعة نيوكليوتيدات في الحمض النووي - الأدينين (A) ، الجوانين (G) ، السيتوزين (C) ، الثايمين (T) ، والتي يُشار إليها في الأدب الروسي بالحروف A و G و C و T. أبجدية الكود الجيني. في الحمض النووي الريبي ، يتم استخدام نفس النيوكليوتيدات ، باستثناء الثايمين ، الذي يتم استبداله بنكليوتيد مشابه - اليوراسيل ، والذي يُشار إليه بالحرف U (U في الأدب الروسي). في جزيئات DNA و RNA ، تصطف النيوكليوتيدات في سلاسل ، وبالتالي يتم الحصول على تسلسل من الحروف الجينية.

هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة المستخدمة في الطبيعة لبناء البروتينات. كل بروتين هو سلسلة أو عدة سلاسل من الأحماض الأمينية في تسلسل محدد بدقة. يحدد هذا التسلسل بنية البروتين ، وبالتالي جميع خصائصه البيولوجية. مجموعة الأحماض الأمينية عالمية أيضًا لجميع الكائنات الحية تقريبًا.

يتم تنفيذ المعلومات الجينية في الخلايا الحية (أي تخليق البروتين المشفر بواسطة الجين) باستخدام عمليتين مصفوفتين: النسخ (أي توليف mRNA على مصفوفة DNA) وترجمة الشفرة الجينية إلى تسلسل الأحماض الأمينية (تخليق سلسلة بولي ببتيد على مصفوفة مرنا). تكفي ثلاثة نيوكليوتيدات متتالية لتشفير 20 من الأحماض الأمينية ، وكذلك إشارة التوقف ، مما يعني نهاية تسلسل البروتين. مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى ثلاثية. الاختصارات المقبولة المقابلة للأحماض الأمينية والكودونات موضحة في الشكل.

خصائص الكود الجيني

التثليث - وحدة مهمة من الكود هي مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات (ثلاثي ، أو كودون).

الاستمرارية - لا توجد علامات ترقيم بين الثلاثة توائم ، أي أن المعلومات تُقرأ باستمرار.

غير متداخلة - لا يمكن أن يكون نفس النيوكليوتيد جزءًا من اثنين أو أكثر من ثلاثة توائم في نفس الوقت. (ليس صحيحًا بالنسبة لبعض الجينات المتداخلة في الفيروسات والميتوكوندريا والبكتيريا التي تشفر عدة بروتينات متغيرة الإطارات).

عدم الغموض - كودون معين يتوافق مع حمض أميني واحد فقط. (الخاصية ليست عالمية. كودون UGA في أكواد Euplotes crassus لاثنين من الأحماض الأمينية ، السيستين وسيلينوسيستين)

الانحلال (التكرار) - يمكن أن تتوافق العديد من الكودونات مع نفس الحمض الأميني.

العالمية - تعمل الشفرة الجينية بنفس الطريقة في الكائنات الحية ذات المستويات المختلفة من التعقيد - من الفيروسات إلى البشر (تعتمد أساليب الهندسة الوراثية على هذا) (هناك أيضًا عدد من الاستثناءات لهذه الخاصية ، انظر الجدول في "الاختلافات في الكود الجيني القياسي "في هذه المقالة).

16.شروط التخليق الحيوي

يتطلب التخليق الحيوي للبروتين المعلومات الجينية لجزيء الحمض النووي ؛ RNA إعلامي - ناقل هذه المعلومات من النواة إلى موقع التوليف ؛ الريبوسومات - عضيات حيث يحدث تخليق البروتين الفعلي ؛ مجموعة من الأحماض الأمينية في السيتوبلازم. نقل الحمض النووي الريبي الذي يشفر الأحماض الأمينية ويحملها إلى موقع التوليف على الريبوسومات ؛ ATP عبارة عن مادة توفر الطاقة لعملية الترميز والتخليق الحيوي.

مراحل

النسخ- عملية التخليق الحيوي لجميع أنواع الحمض النووي الريبي على مصفوفة الحمض النووي ، والتي تحدث في النواة.

يتم فصل جزء معين من جزيء الحمض النووي ، ويتم تدمير الروابط الهيدروجينية بين السلسلتين تحت تأثير الإنزيمات. على أحد خيوط الحمض النووي ، كما هو الحال في المصفوفة ، يتم تصنيع نسخة RNA من النيوكليوتيدات وفقًا للمبدأ التكميلي. اعتمادًا على منطقة الحمض النووي ، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي الريبوسومي ، والنقل ، والمعلوماتية بهذه الطريقة.

بعد تخليق mRNA ، يترك النواة ويذهب إلى السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين على الريبوسومات.

إذاعة- عملية تخليق سلاسل البولي ببتيد ، التي تتم على الريبوسومات ، حيث يكون mRNA وسيطًا في نقل المعلومات حول التركيب الأساسي للبروتين.

يتكون التخليق الحيوي للبروتين من سلسلة من التفاعلات.

1. تفعيل وترميز الأحماض الأمينية. يحتوي الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على شكل ورقة البرسيم ، يوجد في الحلقة المركزية منها ثلاثي أنتيكودون مطابق لرمز حمض أميني معين وكودون على mRNA. يرتبط كل حمض أميني بـ tRNA المقابل باستخدام طاقة ATP. يتكون مركب الحمض الأميني tRNA الذي يدخل الريبوسومات.

2. تشكيل مجمع mRNA- الريبوسوم. يرتبط mRNA في السيتوبلازم بواسطة الريبوسومات على ER الحبيبي.

3. تجميع سلسلة البولي ببتيد. الحمض الريبي النووي النقال مع الأحماض الأمينية ، وفقًا لمبدأ تكامل مضاد الكودون مع الكودون ، يتحد مع الرنا المرسال ويدخل الريبوسوم. في مركز الببتيد للريبوسوم ، تتشكل رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية ، ويترك الحمض الريبي النووي النقال المنطلق الريبوسوم. في الوقت نفسه ، يتقدم mRNA واحدًا ثلاثيًا في كل مرة ، مقدمًا الحمض النووي الريبي الجديد - وهو حمض أميني ويزيل الحمض النووي الريبي المنطلق من الريبوسوم. يتم تشغيل العملية برمتها بواسطة ATP. يمكن أن يتحد mRNA واحد مع العديد من الريبوسومات ، مما يؤدي إلى تكوين polysome ، حيث يتم تصنيع العديد من جزيئات بروتين واحد في وقت واحد. ينتهي التوليف عندما تبدأ الكودونات التي لا معنى لها (رموز التوقف) على mRNA. يتم فصل الريبوسومات عن الرنا المرسال ، وإزالة سلاسل البولي ببتيد منها. نظرًا لأن عملية التوليف بأكملها تحدث على الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية ، فإن سلاسل البولي ببتيد الناتجة تدخل أنابيب EPS ، حيث تكتسب البنية النهائية وتتحول إلى جزيئات بروتينية.

يتم تحفيز جميع التفاعلات التخليقية بواسطة إنزيمات خاصة باستخدام طاقة ATP. معدل التوليف مرتفع للغاية ويعتمد على طول عديد الببتيد. على سبيل المثال ، في ريبوسوم الإشريكية القولونية ، يتم تصنيع بروتين مكون من 300 حمض أميني في حوالي 15-20 ثانية.

يعتبر تفاعل وهيكل IRNA و tRNA و RRNA - الأحماض النووية الرئيسية الثلاثة ، من قبل علم مثل علم الخلايا. سيساعد ذلك في معرفة دور نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) في الخلايا. هذا الجزيء الصغير جدًا ، ولكنه في نفس الوقت مهم بشكل لا يمكن إنكاره ، يشارك في عملية الجمع بين البروتينات التي يتكون منها الجسم.

ما هو هيكل الحمض الريبي النووي النقال؟ من المثير للاهتمام اعتبار هذه المادة "من الداخل" لمعرفة دورها في الكيمياء الحيوية والبيولوجية. وأيضًا ، كيف ترتبط بنية الحمض النووي الريبي ودوره في تخليق البروتين؟

ما هو TRNA وكيف يتم ترتيبه؟

يشارك حمض الريبونوكلييك في بناء بروتينات جديدة. ما يقرب من 10 ٪ من جميع الأحماض النووية الريبية هي وسيلة نقل. لتوضيح العناصر الكيميائية التي يتكون منها الجزيء ، سنصف بنية الهيكل الثانوي للـ tRNA. يعتبر الهيكل الثانوي جميع الروابط الكيميائية الرئيسية بين العناصر.

إنه جزيء ضخم يتكون من سلسلة عديد النوكليوتيد. ترتبط القواعد النيتروجينية فيه بروابط هيدروجينية. مثل الحمض النووي ، يحتوي الحمض النووي الريبي على 4 قواعد نيتروجينية: الأدينين والسيتوزين والجوانين واليوراسيل. في هذه المركبات ، يرتبط الأدينين دائمًا باليوراسيل ، والجوانين ، كالعادة ، بالسيتوزين.

لماذا النوكليوتيدات لها البادئة ribo-؟ ببساطة ، تسمى جميع البوليمرات الخطية التي تحتوي على ريبوز بدلاً من بنتوز في قاعدة النيوكليوتيدات. ونقل الحمض النووي الريبي هو واحد من ثلاثة أنواع من البوليمر الريبي النووي.

هيكل الحمض الريبي النووي النقال: الكيمياء الحيوية

دعونا نلقي نظرة على أعمق طبقات بنية الجزيء. تحتوي هذه النيوكليوتيدات على 3 مكونات:

1. ويشارك السكروز والريبوز في جميع أنواع الحمض النووي الريبي.
2. حمض الفسفوريك.
3. قواعد النيتروجين. هذه هي البيورينات والبيريميدين.

ترتبط القواعد النيتروجينية ببعضها البعض بواسطة روابط قوية. من المعتاد تقسيم القواعد إلى بورين وبيريميدين.

البيورينات هي الأدينين والجوانين. الأدينين يتوافق مع نوكليوتيد أدينيل من حلقتين مترابطتين. والجوانين يتوافق مع نفس نيوكليوتيدات الجوانين ذات "الحلقة المفردة".

الأهرامات هي السيتوزين واليوراسيل. Pyrimidines لها هيكل حلقة واحدة. لا يوجد ثايمين في الحمض النووي الريبي ، حيث يتم استبداله بعنصر مثل اليوراسيل. هذا أمر مهم لفهمه قبل النظر في السمات الهيكلية الأخرى للحمض الريبي النووي النقال.

أنواع الحمض النووي الريبي

كما ترى ، لا يمكن وصف بنية الحمض النووي الريبي بإيجاز. أنت بحاجة إلى الخوض في الكيمياء الحيوية لفهم الغرض من الجزيء وبنيته الحقيقية. ما هي النيوكليوتيدات الريباسية الأخرى المعروفة؟ هناك أيضًا مصفوفة أو أحماض نووية ريبوزومية أو معلوماتية. يُختصر باسم RNA و RNA. تعمل جميع الجزيئات الثلاثة بشكل وثيق مع بعضها البعض في الخلية بحيث يتلقى الجسم كريات بروتينية منظمة بشكل صحيح.

من المستحيل تخيل عمل بوليمر واحد دون مساعدة 2 آخرين. تصبح السمات الهيكلية للـ tRNAs أكثر قابلية للفهم عند النظر إليها بالاقتران مع الوظائف التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بعمل الريبوسومات.

إن بنية RNA و tRNA و rRNA متشابهة من نواح كثيرة. جميعها لها قاعدة ريبوز. ومع ذلك ، فإن هيكلها ووظائفها مختلفة.

اكتشاف الأحماض النووية

وجد السويسري يوهان ميشر جزيئات كبيرة في نواة الخلية في عام 1868 ، سميت فيما بعد بالنوكلي. يأتي اسم "nucleins" من كلمة (nucleus) - النواة. على الرغم من أنه بعد ذلك بقليل وجد أنه في الكائنات أحادية الخلية التي لا تحتوي على نواة ، فإن هذه المواد موجودة أيضًا. في منتصف القرن العشرين ، تم استلام جائزة نوبل لاكتشاف تخليق الأحماض النووية.

وظائف الحمض الريبي النووي النقال في تخليق البروتين

يشير الاسم نفسه - نقل الحمض النووي الريبي - إلى الوظيفة الرئيسية للجزيء. هذا الحمض النووي "يجلب" معه الحمض الأميني الأساسي الذي يتطلبه الحمض النووي الريبي الريبوسومي لصنع بروتين معين.

جزيء الحمض الريبي النووي النقال له وظائف قليلة. الأول هو التعرف على كودون IRNA ، والوظيفة الثانية هي توصيل اللبنات الأساسية - الأحماض الأمينية لتخليق البروتين. بعض الخبراء يميزون وظيفة المتقبل. أي إضافة الأحماض الأمينية وفقًا لمبدأ التساهمية. إنه يساعد على "ربط" هذا الحمض الأميني بإنزيم مثل الأمينوسيل- tRNA synthatase.

كيف ترتبط بنية الحمض الريبي النووي النقال بوظائفها؟ تم تصميم هذا الحمض النووي الريبي الخاص بطريقة توجد على جانب واحد منه قواعد نيتروجينية ، والتي ترتبط دائمًا في أزواج. هذه هي العناصر المعروفة لدينا - A ، U ، C ، G. بالضبط 3 "أحرف" أو القواعد النيتروجينية تشكل anticodon - مجموعة عكسية من العناصر التي تتفاعل مع الكودون وفقًا لمبدأ التكامل.

تضمن هذه الميزة الهيكلية الهامة لـ tRNA عدم وجود أخطاء في فك تشفير الحمض النووي للقالب. بعد كل شيء ، يعتمد الأمر على التسلسل الدقيق للأحماض الأمينية فيما إذا كان البروتين الذي يحتاجه الجسم في الوقت الحالي قد تم تصنيعه بشكل صحيح.

السمات الهيكلية

ما هي السمات الهيكلية للحمض الريبي النووي النقال ودوره البيولوجي؟ هذا هيكل قديم جدا. حجمه في مكان ما حوالي 73 - 93 نيوكليوتيد. الوزن الجزيئي للمادة 25000-30000.

يمكن تفكيك بنية الهيكل الثانوي للـ tRNA عن طريق فحص العناصر الخمسة الرئيسية للجزيء. لذلك ، يتكون هذا الحمض النووي من العناصر التالية:

• حلقة للتلامس مع الانزيم.
• حلقة للتلامس مع الريبوسوم.
• حلقة أنتيكودون
• جذع متقبل
• Anticodon نفسها.

وأيضًا تخصيص حلقة متغيرة صغيرة في البنية الثانوية. ذراع واحدة في جميع أنواع الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) هي نفسها - جذع اثنين من السيتوزين وواحد من بقايا الأدينوزين. في هذا المكان يحدث الاتصال بواحد من الأحماض الأمينية العشرين المتاحة. لكل حمض أميني ، يقصد به إنزيم منفصل - aminoacyl-tRNA الخاص به.

جميع المعلومات التي تشفر بنية جميع الأحماض النووية موجودة في الحمض النووي نفسه. بنية الحمض النووي الريبي في جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب متطابقة تقريبًا. سيبدو وكأنه ورقة شجر عند عرضها في 2-D.

ومع ذلك ، إذا نظرت في الحجم ، فإن الجزيء يشبه بنية هندسية على شكل حرف L. يعتبر هذا الهيكل الثالث من الحمض الريبي النووي النقال. ولكن لتسهيل الدراسة ، من المعتاد "فك الالتواء" بصريًا. يتكون الهيكل الثالث نتيجة لتفاعل عناصر البنية الثانوية ، تلك الأجزاء التي يكمل بعضها بعضًا.

تلعب أذرع أو حلقات الحمض الريبي النووي النقال دورًا مهمًا. ذراع واحدة ، على سبيل المثال ، مطلوبة للارتباط الكيميائي بإنزيم معين.

السمة المميزة للنيوكليوتيدات هي وجود عدد كبير من النيوكليوسيدات. يوجد أكثر من 60 نوعًا من هذه النيوكليوسيدات الثانوية.

هيكل الحمض الريبي النووي النقال وترميز الأحماض الأمينية

نعلم أن مضاد كودون tRNA يبلغ طوله 3 جزيئات. كل أنتيكودون يتوافق مع حمض أميني "شخصي" محدد. يرتبط هذا الحمض الأميني بجزيء الحمض الريبي النووي النقال باستخدام إنزيم خاص. بمجرد أن يجتمع الأحماض الأمينية 2 ، تنكسر الروابط مع الحمض النووي الريبي. جميع المركبات والأنزيمات الكيميائية مطلوبة حتى الوقت المطلوب. هذه هي الطريقة التي تترابط بها بنية ووظائف الحمض الريبي النووي النقال.

في المجموع ، هناك 61 نوعًا من هذه الجزيئات في الخلية. يمكن أن يكون هناك 64 اختلافًا رياضيًا ، ومع ذلك ، هناك 3 أنواع من الحمض النووي الريبي (tRNA) غائبة بسبب حقيقة أن هذا العدد بالضبط من أكواد الإيقاف في IRNA لا يحتوي على مضادات الكودونات.

التفاعل بين RNA و tRNA

دعونا نفكر في تفاعل مادة مع RNA و RRNA ، وكذلك السمات الهيكلية للـ tRNA. هيكل وغرض الجزيء مترابطان.

يقوم هيكل IRNA بنسخ المعلومات من قسم منفصل من الحمض النووي. الحمض النووي بحد ذاته كبير جدًا لوصل الجزيئات ، ولا يترك النواة أبدًا. لذلك ، هناك حاجة إلى RNA وسيط - إعلامي.

بناءً على تسلسل الجزيئات المنسوخة بواسطة RNA ، يبني الريبوسوم بروتينًا. الريبوسوم عبارة عن هيكل منفصل متعدد النوكليوتيد ، يحتاج هيكله إلى شرح.

الحمض الريبي النووي الريبوزي: التفاعل

RNA الريبوسوم عضية ضخمة. وزنه الجزيئي هو 1.000.000 - 1.500.000. ما يقرب من 80٪ من الكمية الإجمالية للحمض النووي الريبي هي نيوكليوتيدات ريبوزومية.

يبدو أنها تلتقط سلسلة IRNA وتنتظر مضادات الكودونات التي ستحضر جزيئات الحمض النووي الريبي معها. يتكون RNA الريبوسوم من وحدتين فرعيتين: صغيرة وكبيرة.

يُطلق على الريبوسوم اسم "المصنع" ، لأنه في هذه العضية ، يتم تصنيع جميع المواد الضرورية للحياة اليومية. وهي أيضًا بنية خلوية قديمة جدًا.

كيف يحدث تخليق البروتين في الريبوسوم؟

هيكل الحمض النووي الريبي ودوره في تخليق البروتين مترابطان. المضاد الموجود على أحد جوانب الحمض النووي الريبي مناسب في شكله للوظيفة الرئيسية - توصيل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم ، حيث تتم المحاذاة المرحلية للبروتين. في الأساس ، يعمل جهاز TRNA كوسيط. مهمتها هي فقط إحضار الأحماض الأمينية الضرورية.

عندما تُقرأ المعلومات من جزء واحد من الحمض النووي الريبي ، يتحرك الريبوسوم أكثر على طول السلسلة. القالب مطلوب فقط لنقل المعلومات المشفرة حول تكوين ووظيفة بروتين واحد. بعد ذلك ، يقترب الحمض الريبي النووي النقال آخر من الريبوسوم بقواعده النيتروجينية. يقوم أيضًا بفك تشفير الجزء التالي من MRNA.

تتم عملية فك التشفير على النحو التالي. تتحد القواعد النيتروجينية وفقًا لمبدأ التكامل بنفس الطريقة كما في الحمض النووي نفسه. وفقًا لذلك ، ترى TRNA أين يجب أن "ترسو" وإلى أي "حظيرة" لإرسال الأحماض الأمينية.

بعد ذلك ، في الريبوسوم ، يتم ربط الأحماض الأمينية المختارة بهذه الطريقة كيميائيًا ، خطوة بخطوة يتم تشكيل جزيء خطي جديد ، والذي ، بعد نهاية التوليف ، يتحول إلى كرة (كرة). يتم إزالة الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي المستخدم ، بعد أن قاما بوظيفتهما ، من "مصنع" البروتين.

عندما ينضم الجزء الأول من الكودون إلى anticodon ، يتم تحديد إطار القراءة. بعد ذلك ، إذا حدث تحول في الإطار لسبب ما ، فسيتم رفض بعض علامات البروتين. لا يستطيع الريبوسوم التدخل في هذه العملية وحل المشكلة. فقط بعد اكتمال العملية ، يتم دمج وحدتين فرعيتين من الرنا الريباسي مرة أخرى. في المتوسط ​​، يوجد خطأ واحد لكل 10 4 أحماض أمينية. لكل 25 بروتينًا تم تجميعها بالفعل ، من المؤكد حدوث خطأ واحد على الأقل في النسخ المتماثل.

الحمض الريبي النووي النقال كجزيئات بقايا

نظرًا لأن الحمض النووي الريبي قد يكون موجودًا في وقت ولادة الحياة على الأرض ، فإنه يطلق عليه جزيء البقايا. يُعتقد أن الحمض النووي الريبي هو أول بنية كانت موجودة قبل الحمض النووي ثم تطور. فرضية RNA World - صاغها الحائز على الجائزة والتر جيلبرت في عام 1986. ومع ذلك ، لا يزال من الصعب إثبات ذلك. يتم الدفاع عن النظرية من خلال حقائق واضحة - جزيئات الحمض النووي الريبي قادرة على تخزين كتل من المعلومات وتنفيذ هذه المعلومات بطريقة أو بأخرى ، أي أداء العمل.

لكن معارضي النظرية يجادلون بأن فترة قصيرة من عمر المادة لا يمكن أن تضمن أن الحمض الريبي النووي النقال هو ناقل جيد لأي معلومات بيولوجية. تتحلل هذه النيوكليوتيدات بسرعة. يتراوح عمر الحمض الريبي النووي النقال في الخلايا البشرية من عدة دقائق إلى عدة ساعات. يمكن أن تستمر بعض الأنواع حتى يوم واحد. وإذا تحدثنا عن نفس النيوكليوتيدات في البكتيريا ، فإن الشروط تكون أقصر بكثير - تصل إلى عدة ساعات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بنية ووظائف الحمض النووي الريبي (tRNA) معقدة للغاية بحيث لا يصبح الجزيء العنصر الأساسي في الغلاف الحيوي للأرض.

تتمتع جميع الحمض النووي الريبي (tRNAs) بسمات مشتركة في هيكلها الأساسي وفي الطريقة التي يتم بها طي سلسلة البولينوكليوتيد في بنية ثانوية بسبب التفاعلات بين قواعد بقايا النوكليوتيدات.

الهيكل الأساسي للـ tRNA

الحمض النووي الريبي عبارة عن جزيئات صغيرة نسبيًا ، يتراوح طول سلسلتها من 74 إلى 95 من بقايا النوكليوتيدات. جميع الحمض النووي الريبي (tRNAs) لها نفس الطرف 3'، مبنية من اثنين من بقايا السيتوزين وواحد أدينوزين (CCA-terminus) وهو الأدينوزين 3'-terminal الذي يرتبط ببقايا الأحماض الأمينية أثناء تكوين aminoacyl-tRNA. ترتبط نهاية CCA بالعديد من الحمض النووي الريبي بواسطة إنزيم خاص. يقع ثلاثي النوكليوتيدات المكمل لكودون الأحماض الأمينية (anticodon) تقريبًا في منتصف سلسلة الحمض الريبي النووي النقال. تم العثور على نفس بقايا النوكليوتيدات (المحافظة) في مواضع معينة من التسلسل في جميع أنواع الحمض النووي الريبي تقريبًا. قد تحتوي بعض المواضع إما على قواعد البيورين فقط أو قواعد بيريميدين فقط (تسمى هذه المخلفات شبه المحافظة).

تتميز جميع جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) بوجود عدد كبير (يصل إلى 25٪ من جميع المخلفات) من النيوكليوسيدات المعدلة المختلفة ، وغالبًا ما تسمى الجزيئات الثانوية. تتشكل في مواقع مختلفة في الجزيئات ، وفي كثير من الحالات محددة جيدًا ، نتيجة لتعديل بقايا النوكليوزيدات العادية بمساعدة إنزيمات خاصة.

الهيكل الثانوي للحمض الريبي النووي النقال

يحدث طي السلسلة في هيكل ثانوي بسبب التكامل المتبادل لأقسام السلسلة. تكون ثلاث أجزاء من السلسلة مكملة عندما يتم طيها على نفسها ، وتشكل هياكل دبوس الشعر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطرف 5 "مكمل للموقع القريب من الطرف 3" من السلسلة ، بترتيبها المضاد للتوازي ؛ أنها تشكل ما يسمى الجذعية المستقبلة. والنتيجة هي بنية تتميز بوجود أربع سيقان وثلاث حلقات تسمى "ورقة البرسيم". يشكل الجذع ذو الحلقة فرعًا. يوجد في الجزء السفلي فرع من أنتيكودون يحتوي على ثلاثي أنتي كودون كجزء من حلقته. إلى اليسار واليمين يوجد الفرعان D و T ، المسمى على التوالي لوجود النيوكليوسيدات المحفوظة بشكل غير عادي ديهيدروريدين (D) وثيميدين (T) في حلقاتهما. يمكن طي متواليات النوكليوتيدات لجميع الحمض النووي الريبوزي المدروسة إلى هياكل متشابهة. بالإضافة إلى حلقات البرسيم الثلاث ، يتم أيضًا عزل حلقة إضافية أو متغيرة (حلقة V) في بنية الحمض الريبي النووي النقال. يختلف حجمه بشكل حاد في مختلف الحمض النووي الريبي ، حيث يتراوح من 4 إلى 21 نيوكليوتيد ، ووفقًا للبيانات الحديثة ، يصل إلى 24 نيوكليوتيد.

الهيكل المكاني (العالي) للـ tRNA

بسبب تفاعل عناصر البنية الثانوية ، يتم تكوين هيكل ثلاثي ، والذي يسمى الشكل L بسبب التشابه مع الحرف اللاتيني L (الشكل 2 و 3). من خلال التكديس الأساسي ، يشكل الجذع المستقبِل وساق البرسيم T حلزونًا مزدوجًا مستمرًا ، والسيقان الآخران يشكلان anticodon و D ينبع اللولب المزدوج المستمر الآخر. في هذه الحالة ، تكون الحلقات D- و T- قريبة ويتم تثبيتها معًا عن طريق تكوين أزواج قاعدة إضافية ، وغالبًا ما تكون غير عادية. كقاعدة عامة ، تشارك المخلفات المحافظة أو شبه المحافظة في تكوين هذه الأزواج. التفاعلات الثلاثية المماثلة تجمع أيضًا بعض الأجزاء الأخرى من الهيكل L.

RNA الريبوسوم

الأحماض الريبوسومية الريبية (rRNA) هي عدة جزيئات من الحمض النووي الريبي (RNA) تشكل أساس الريبوسوم. تتمثل الوظيفة الرئيسية للرنا الريباسي في تنفيذ عملية الترجمة - قراءة المعلومات من الرنا المرسال باستخدام جزيئات الحمض الريبي النووي الريبي المحول وتحفيز تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية المرتبطة بـ الحمض الريبي النووي النقال. يشكل RNA الريبوزومي حوالي 80٪ من جميع الخلايا RNA. يتم ترميزه بواسطة الجينات الموجودة في الحمض النووي للعديد من الكروموسومات الموجودة في منطقة النواة المعروفة بالمنظم النووي.

يتشابه التسلسل الأساسي في الرنا الريباسي في جميع الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى الحيوانات. تم العثور على الرنا الريباسي في السيتوبلازم ، حيث يرتبط بجزيئات البروتين ، ويشكل معها عضيات خلوية تسمى الريبوسومات. يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات. هنا ، يتم ترجمة "الكود" الموجود في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد.

نقل الحمض النووي الريبي

نقل الحمض النووي الريبي ، الحمض النووي الريبي - الحمض النووي الريبي ، وظيفته نقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين. تشارك الحمض النووي الريبي أيضًا بشكل مباشر في نمو سلسلة البولي ببتيد ، حيث تنضم - في مجمع مع حمض أميني - إلى كودون mRNA وتوفر تشكيل المعقد الضروري لتشكيل رابطة ببتيد جديدة.

كل حمض أميني له الحمض الريبي النووي النقال الخاص به.

الحمض النووي الريبي هو الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة ، ولكن في شكله الوظيفي له شكل "ورقة البرسيم". يتكون من أربعة أجزاء رئيسية تؤدي وظائف مختلفة. يتكون "الساق" المتلقي من جزأين طرفيين متصلين متصلين من الحمض الريبي النووي النقال. يتكون من سبعة أزواج أساسية. الطرف 3 بوصات من هذا الجذع أطول إلى حد ما ويشكل منطقة أحادية الجديلة تنتهي في تسلسل CCA مع مجموعة OH حرة. ويرتبط حمض أميني قابل للنقل بهذه النهاية. والفروع الثلاثة المتبقية هي متواليات نيوكليوتيد مقترنة تكميلية والتي تنتهي في مناطق تشكيل حلقة غير زوجية. يتكون منتصف هذه الفروع - anticodon - من خمسة أزواج من النيوكليوتيدات وتحتوي على anticodon في وسط حلقتها. بواسطة هذا الحمض الريبي النووي النقال إلى موقع تخليق الببتيد.

بين الفروع المستقبلة و anticodon فرعين جانبيين. في حلقاتها ، تحتوي على قواعد معدلة - dihydrouridine (D-loop) وثلاثي T؟ C ، أين؟ - pseudouriain (T؟ C- حلقة). هناك حلقة إضافية بين فروع aiticodon و T ؟C ، والتي تشمل 3-5 إلى 13-21 نيوكليوتيدات.

يرتبط الحمض الأميني تساهميًا بطرف 3 'من الجزيء بواسطة إنزيم aminoacyl-tRNA synthetase ، والذي يكون محددًا لكل نوع من أنواع الحمض الريبي النووي النقال.

يعمل الحمض الريبي النووي النقال كجزيء وسيط بين الكودون الثلاثي في ​​mRNA وتسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد. تمثل الحمض النووي الريبي حوالي 15٪ من جميع الحمض النووي الريبي الخلوي ؛ هذه الحمض النووي الريبي لديها أقصر سلسلة من عديد النوكليوتيدات - فهي تحتوي في المتوسط ​​على 80 نيوكليوتيد. تحتوي كل خلية فردية على أكثر من 20 جزيءًا مختلفًا من جزيئات الحمض الريبي النووي النقال. جميع جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) لها بنية أساسية مماثلة. في الطرف 5'-نهاية جزيء الحمض الريبي النووي النقال يوجد دائمًا الجوانين ، وفي النهاية 3'- تسلسل قاعدة CCA.

يختلف تسلسل النوكليوتيدات في باقي الجزيء وقد يحتوي على قواعد "غير عادية" مثل إينوزين وسيودويوراسيل.

يتوافق التسلسل الأساسي في ثلاثي الأضداد المضاد بدقة مع الحمض الأميني الذي يحمله جزيء الحمض النووي الريبي المعطى.

أرز. 3.

يرتبط كل حمض أميني بواحد من الحمض النووي الريبي (tRNAs) الخاص به بمساعدة الإنزيم aminoacyl-tRNA synthase. والنتيجة هي مركب animacid-tRNA ، والمعروف باسم animoacyl-tRNA ، حيث تكون طاقة الربط بين النوكليوتيدات الطرفية A لثلاثية CCA والحمض الأميني كافية للسماح بمزيد من الترابط مع الحمض الأميني المجاور. وهكذا ، يتم تصنيع سلسلة بولي ببتيد.

تتمثل إحدى ميزات الحمض النووي الريبي في وجود قواعد غير عادية فيه والتي تنشأ نتيجة التعديل الكيميائي بعد إدراج قاعدة عادية في سلسلة عديد النوكليوتيد. تحدد هذه القواعد المتغيرة التنوع الهيكلي الكبير للـ tRNAs في الخطة العامة لهيكلها. من الأهمية بمكان إجراء تعديلات على القواعد التي تشكل الكودون ، والتي تؤثر على خصوصية تفاعلها مع الكودون. على سبيل المثال ، الإينوزين الأساسي غير النمطي ، في بعض الأحيان في الموضع الأول من الحمض الريبي النووي النقال anticodon ، قادر على الاندماج بشكل متكامل مع ثلاث قواعد ثالثة مختلفة لكودون mRNA - U و C و A. نظرًا لأن إحدى ميزات الكود الجيني هي الانحلال ، يتم تشفير العديد من الأحماض الأمينية بعدة أكواد ، والتي ، كقاعدة عامة ، تختلف في قاعدتها الثالثة. نظرًا للارتباط غير المحدد لقاعدة anticodon المعدلة ، يتعرف الحمض الريبي النووي النقال واحد على العديد من الكودونات المترادفة.