Секундарна структура на РНК. Структура и функција на рибонуклеинските киселини
Молекулата на РНК е исто така полимер чии мономери се рибонуклеотиди; РНК е едноверижна молекула. Таа е изградена на ист начин како една од нишките на ДНК. Нуклеотидите на РНК се слични на нуклеотидите на ДНК, иако не се идентични со нив. Ги има и четири, а се состојат од азотни базни остатоци, пентоза и фосфорна киселина. Трите азотни бази се сосема исти како во ДНК: А, ГИ В. Меѓутоа, наместо тоа ТДНК во РНК содржи пиримидинска база со слична структура - урацил ( У). Главната разлика помеѓу ДНК и РНК е природата на јаглехидратите: во ДНК нуклеотидите моносахаридот е деоксирибоза, а во РНК е рибоза. Врската помеѓу нуклеотидите се врши, како во ДНК, преку шеќер и остаток на фосфорна киселина. За разлика од ДНК, чија содржина е константна во клетките на одредени организми, содржината на РНК во нив флуктуира. Забележливо е повисоко таму каде што се јавува интензивна синтеза.
Во однос на функциите што ги извршуваат, се разликуваат неколку видови на РНК.
Трансфер на РНК (tRNA). tRNA молекулите се најкратки: тие се состојат од само 80-100 нуклеотиди. Молекуларната тежина на таквите честички е 25-30 илјади.Трансферните РНК главно се содржани во цитоплазмата на клетката. Нивната функција е да ги пренесат амино киселините во рибозомите, до местото на синтеза на протеини. Од вкупната содржина на РНК во клетките, tRNA учествува со околу 10%.
Рибозомална РНК (rRNA). Ова се големи молекули: тие содржат 3-5 илјади нуклеотиди, соодветно, нивната молекуларна тежина достигнува 1-1,5 милиони Рибозомални РНК сочинуваат значителен дел од рибозомот. Од вкупната содржина на РНК во клетката, rRNA сочинува околу 90%.
Гласник РНК (mRNA), или гласник РНК (mRNA) се наоѓа во јадрото и цитоплазмата. Неговата функција е да пренесува информации за структурата на протеинот од ДНК до местото на синтеза на протеини во рибозомите. mRNA сочинува приближно 0,5-1% од вкупната содржина на РНК во клетката. Големината на mRNA варира во голема мера - од 100 до 10.000 нуклеотиди.
Сите видови на РНК се синтетизираат на ДНК, која служи како еден вид шаблон.
ДНК е носител на наследни информации.
Секој протеин е претставен со еден или повеќе полипептидни синџири. Се нарекува дел од ДНК што носи информации за еден полипептиден синџир геном. Севкупноста на молекулите на ДНК во клетката делува како носител на генетски информации. Генетските информации се пренесуваат и од мајчините клетки на ќерките и од родителите на децата. Генот е генетска единица, или наследни информации.
ДНК е носител на генетски информации во клетката - не учествува директно во синтезата на протеините. Во еукариотските клетки, молекулите на ДНК се содржани во хромозомите на јадрото и се одделени со нуклеарната обвивка од цитоплазмата, каде што се јавува синтеза на протеини. Гласник кој носи информации се испраќа од јадрото до рибозомите, местото на склопување на протеините, и е во состојба да помине низ порите на нуклеарната мембрана. Овој гласник е гласник РНК (mRNA). Според принципот на комплементарност, тој се синтетизира на ДНК со учество на ензим наречен РНК полимераза.
Месинџер РНК е едноверижна молекула, а транскрипцијата се јавува од една нишка на двоверижна молекула на ДНК. Тоа не е копија на целата молекула на ДНК, туку само дел од неа - еден ген кај еукариотите или група соседни гени кои носат информации за структурата на протеините неопходни за извршување на една функција кај прокариотите. Оваа група на гени се нарекува оперон. На почетокот на секој оперон има еден вид рампа за слетување за РНК полимераза наречена промотор.ова е специфична низа на ДНК нуклеотиди кои ензимот ги „препознава“ поради хемискиот афинитет. Само со прикачување на промоторот РНК полимеразата може да започне со синтеза на РНК. Откако стигна до крајот на оперонот, ензимот наидува на сигнал (во форма на одредена нуклеотидна низа) што укажува на крајот на читањето. Завршената mRNA ја напушта ДНК и оди на местото на синтеза на протеини.
Постојат четири фази во процесот на транскрипција: 1) РНК врзување-полимераза со промотор; 2) иницијација– почеток на синтеза. Се состои во формирање на првата фосфодиестерска врска помеѓу ATP или GTP и вториот нуклеотид од синтетизираната молекула на РНК; 3) издолжување– раст на синџирот на РНК; тие. секвенцијално додавање на нуклеотиди едни на други по редоследот по кој нивните комплементарни нуклеотиди се појавуваат во транскрибираната ДНК низа. Стапката на издолжување е 50 нуклеотиди во секунда; 4) раскинување– завршување на синтезата на РНК.
Поминувајќи низ порите на нуклеарната мембрана, mRNA се испраќа до рибозомите, каде што се дешифрираат генетските информации - преведени од „јазикот“ на нуклеотидите на „јазикот“ на амино киселините. Синтезата на полипептидни синџири со помош на mRNA матрица, која се јавува во рибозомите, се нарекува. емитува(латински превод - превод).
Амино киселините, од кои се синтетизираат протеините, се доставуваат до рибозомите со помош на специјални РНК наречени трансферни РНК (тРНК). Има толку различни tRNA во една клетка колку што има и кодони кои кодираат за амино киселини. На врвот на „листот“ на секоја tRNA има низа од три нуклеотиди кои се комплементарни со нуклеотидите на кодонот во mRNA. Ја викаат антикодон.Специјален ензим, кодаза, ја препознава tRNA и прикачува аминокиселина на „листот на листот“ - само онаа што е кодирана од тројката комплементарна на антикодонот. Формирањето на ковалентна врска помеѓу tRNA и нејзината „сопствена“ аминокиселина бара енергија од една молекула на АТП.
За да може аминокиселината да биде вклучена во полипептидниот синџир, таа мора да се отцепи од tRNA. Ова станува возможно кога tRNA ќе влезе во рибозомот и антикодонот го препознава својот кодон во mRNA. Рибозомот има две места за врзување на две tRNA молекули. Во една од овие области, наречена акцептор, tRNA пристигнува со амино киселина и се прикачува на нејзиниот кодон (I). Дали оваа аминокиселина се прикачува за себе (го прифаќа) растечкиот протеински синџир (II)? Помеѓу нив се формира пептидна врска. tRNA, која сега е прикачена заедно со кодонот на mRNA во донатордел од рибозомот. Нова tRNA доаѓа во испразнетиот акцептор, врзан за амино киселина, која е шифрирана од следниот кодон (III). Откачениот полипептиден синџир повторно се пренесува овде од донорската локација и се продолжува за уште една врска. Амино киселините во растечкиот синџир се поврзани во низата во која кодоните што ги кодираат се наоѓаат во mRNA.
Кога една од трите тројки ќе се појави на рибозомот ( UAA, UAG, UGA), кои се „интерпункциски знаци“ помеѓу гените, ниту една tRNA не може да заземе место во акцепторното место. Факт е дека не постојат антикодони комплементарни на нуклеотидните секвенци на „интерпункциски знаци“. Откаченото влакно нема за што да се закачи на местото на приемот и го напушта рибозомот. Синтезата на протеините е завршена.
Кај прокариотите, синтезата на протеини започнува со кодонот АВГ, кој се наоѓа на прво место во копијата на секој ген, зазема таква позиција во рибозомот што антикодонот на специјалната tRNA поврзана со него комуницира со формалментионин. Оваа модифицирана форма на аминокиселината метионин веднаш влегува во местото на донорот и делува како голема буква во фразата - синтезата на кој било полипептиден синџир започнува со него во бактериската клетка. Кога тројка АВГне е на прво место, туку во копија на генот; тој ја кодира аминокиселината метионин. По завршувањето на синтезата на полипептидниот синџир, формалметионин се отцепува од него и отсуствува од готовиот протеин.
За да се зголеми производството на протеини, mRNA често поминува не низ еден туку неколку рибозоми во исто време. Оваа структура, обединета со една mRNA молекула, се нарекува полисом. Секој рибозом во оваа подвижна лента слична на монистра ги синтетизира истите протеини.
Амино киселините постојано се доставуваат до рибозомите користејќи tRNA. Откако ја донирала амино киселината, tRNA го напушта рибозомот и се спојува со помош на кодаза. Високата кохерентност на сите „услуги на растението“ за производство на протеини овозможува синтетизирање на полипептидни синџири што се состојат од стотици амино киселини во рок од неколку секунди.
Својства на генетскиот код. Благодарение на процесот на транскрипција во клетката, информациите се пренесуваат од ДНК на протеин
ДНК → mRNA → протеин
Генетските информации содржани во ДНК и mRNA се содржани во низата нуклеотиди во молекулите.
Како се пренесуваат информациите од „јазикот“ на нуклеотидите на „јазикот“ на аминокиселините? Овој превод се врши со користење на генетскиот код. Код или шифра, е систем на симболи за преведување на една форма на информации во друга. Генетски коде систем за запишување информации за низата на амино киселини во протеините користејќи ја низата нуклеотиди во mRNA.
Какви својства има генетскиот код?
Шифрата е тројна. РНК содржи четири нуклеотиди: А, Г, Ц, У.Ако се обидеме да назначиме една амино киселина со еден нуклеотид, тогаш 16 од 20 амино киселини ќе останат некодирани. Код со две букви би шифрирал 16 аминокиселини. Природата создаде шифра со три букви или тројка. Тоа значи дека Секоја од 20-те аминокиселини е кодирана со низа од три нуклеотиди наречени тројка или кодон.
Кодот е дегенериран.Тоа значи дека Секоја аминокиселина е кодирана со повеќе од еден кодон.Исклучоци: метеонин и триптофан, од кои секоја е кодирана со една тројка.
Кодот е јасен. Секој кодон шифрира само една аминокиселина.
Помеѓу гените има „интерпункциски знаци“.Во печатениот текст има точка на крајот од секоја фраза. Неколку поврзани фрази сочинуваат параграф. Во јазикот на генетските информации, таков параграф е оперон и неговата комплементарна mRNA. Секој ген во прокариотски оперон или посебен еукариотски ген кодира еден полипептиден синџир - фраза. Бидејќи во некои случаи неколку различни полипептидни синџири се секвенцијално создадени од шаблонот на mRNA, тие мора да се одвојат еден од друг. За таа цел, постојат три посебни тројки во генетската година - UAA, UAG, UGA, од кои секоја укажува на прекин на синтезата на еден полипептиден синџир. Така, овие тројки функционираат како интерпункциски знаци. Тие се наоѓаат на крајот на секој ген.
Нема „интерпункциски знаци“ во генот.
Кодот е универзален.Генетскиот код е ист за сите суштества кои живеат на Земјата. Кај бактериите и габите, пченицата и памукот, рибите и црвите, жабите и луѓето, истите тројки кодираат исти амино киселини.
Принципи на репликација на ДНК. Континуитетот на генетскиот материјал во генерации клетки и организми е обезбеден со процесот репликација - удвојување на молекулите на ДНК.Овој комплексен процес го спроведува комплекс од неколку ензими и протеини кои немаат каталитичка активност, кои се неопходни за да им се даде на полинуклеотидните синџири посакуваната конформација. Како резултат на репликацијата, се формираат два идентични ДНК двојни спирали. Овие таканаречени молекули ќерка не се разликуваат една од друга или од оригиналната матична молекула на ДНК. Репликацијата се јавува во клетката пред поделбата, така што секоја клетка ќерка ги добива токму истите ДНК молекули што ги имала матичната клетка. Процесот на репликација се заснова на голем број принципи:
Само во овој случај ДНК полимеразите можат да се движат по мајчините нишки и да ги користат како шаблони за синтеза без грешки на ќерките нишки. Но, целосното одмотување на спирали кои се состојат од многу милиони нуклеотидни парови е поврзано со толку значителен број ротации и такви енергетски трошоци што се невозможни во клеточни услови. Затоа, репликацијата кај еукариотите започнува истовремено во некои места на молекулата на ДНК. Областа помеѓу двете точки во кои започнува синтезата на синџирите ќерки се нарекува реплика. Тој е единица за репликација.
Секоја молекула на ДНК на еукариотска клетка содржи многу репликони. Во секој репликон можете да видите вилушка за репликација - тој дел од молекулата на ДНК што веќе се расплетка под влијание на специјални ензими. Секое праменче во вилушката служи како шаблон за синтеза на дополнителна ќерка. За време на репликацијата, вилушката се движи по мајчината молекула и се одмотуваат нови делови од ДНК. Бидејќи ДНК полимеразите можат да се движат само во една насока по должината на жиците на шаблонот, а нишките се ориентирани антипаралелно, во секоја вилушка истовремено се синтетизираат два различни ензимски комплекси. Покрај тоа, во секоја вилушка, една ќерка (водечка) синџир расте континуирано, додека другата (заостаната) синтеза се синтетизира во посебни фрагменти долги неколку нуклеотиди. Таквите ензими, именувани по јапонскиот научник кој ги открил фрагменти од Оказаки, се вкрстено поврзани со ДНК лигаза за да формираат континуиран синџир. Механизмот на формирање на ќерки ДНК нишки од фрагменти се нарекува дисконтинуиран.
Потребата за прајминг на ДНК полимеразата не е во состојба да ја иницира синтезата на водечката нишка, ниту синтезата на фрагментите на Оказаки од заостанатата нишка. Може да ја прошири постоечката полинуклеотидна нишка само со последователно додавање деоксирибонуклеотиди на нејзиниот 3'-OH крај. Од каде потекнува почетната 5'-крајна област на растечкиот синџир на ДНК? Се синтетизира на шаблон ДНК од специјална РНК полимераза наречена примаза(Англиски прајмер - семе). Големината на рибонуклеотидниот прајмер е мала (помалку од 20 нуклеотиди) во споредба со големината на синџирот на ДНК формиран од ДНК поимераза. Откако ја завршив Функција РНК прајмерот се отстранува со посебен ензим, а јазот формиран за време на овој процес е затворен со ДНК полимераза, која го користи крајот на 3'-OH на соседниот фрагмент Оказаки како прајмер.
Проблемот на недоволно репликација на краевите на линеарните молекули на ДНК. Отстранување на екстремни РНК прајмери, комплементарни на 3' краеви на двете нишки на линеарната матична молекула на ДНК, води до фактот дека нишките ќерки се пократки од 10-20 нуклеотиди. Ова е проблемот на недоволна репликација на краевите на линеарните молекули.
Проблемот со недоволно репликација на 3' краевите на линеарните молекули на ДНК го решаваат еукариотските клетки со помош на специјален ензим - теломераза.
Теломеразата е ДНК полимераза која ги комплетира 3'-терминалните ДНК молекули на хромозомите со кратки секвенци кои се повторуваат. Тие, лоцирани еден зад друг, формираат редовна терминална структура долга до 10 илјади нуклеотиди. Покрај протеинскиот дел, теломеразата содржи РНК, која делува како шаблон за продолжување на повторувањата на ДНК.
Шема на издолжување на краевите на молекулите на ДНК. Прво, настанува комплементарно врзување на испакнатиот крај на ДНК за шаблонот на теломеразната РНК, потоа теломеразата ја проширува ДНК користејќи го нејзиниот 3'-OH крај како прајмер, а РНК вклучена во ензимот како шаблон. Оваа фаза се нарекува издолжување. По ова се случува транслокација, т.е. движење на ДНК продолжено за едно повторување во однос на ензимот. Потоа следи издолжување и уште една транслокација.
Како резултат на тоа, се формираат специјализирани терминални структури на хромозомите. Тие се состојат од постојано повторувани кратки ДНК секвенци и специфични протеини.
Синтезата на rRNA и tRNA прекурсори е слична на синтезата на ire-mRNA. Примарниот транскрипт на рибозомалната РНК не содржи интрони и под дејство на специфични RNase се расцепува за да се формираат 28S-, 18S- и 5,8S-rRNA; 5S-pRNA се синтетизира со учество на RNA полимераза III.
rRNA и tRNA.
Примарните транскрипти на tRNA исто така се претвораат во зрели форми со делумна хидролиза.
Сите видови на РНК се вклучени во биосинтезата на протеините, но нивните функции во овој процес се различни. Улогата на матрицата која ја одредува примарната структура на протеините ја врши гласничката РНК (мРНК) Употребата на системи за биосинтеза на протеини без клетки е важна за проучување на механизмите на транслација. Ако ткивните хомогенати се инкубираат со мешавина од амино киселини, од кои барем една е означена, тогаш биосинтезата на протеините може да се открие со вклучување на ознаката во протеините. Примарната структура на протеинот што се синтетизира е одредена од примарната структура на mRNA додадена во системот. Ако системот без клетки е составен од глобинска mRNA (може да се изолира од ретикулоцити), се синтетизира глобинот (а- и 3-глобински синџири); ако албуминот се синтетизира со албуминска mRNA изолирана од хепатоцитите итн.
14. Значење на репликација:
а) процесот е важен молекуларен механизам кој лежи во основата на сите видови клеточна делба кај проеукариотите, б) обезбедува сите видови на репродукција и на едноклеточни и на повеќеклеточни организми,
в) ја одржува константноста на клеточната
составот на органите, ткивата и телото како резултат на физиолошка регенерација
г) обезбедува долгорочно постоење на одредени поединци;
д) обезбедува долгорочно постоење на видови организми;
ѓ) процесот промовира точно удвојување на информациите;
е) можни се грешки (мутации) за време на процесот на репликација, што може да доведе до нарушувања во синтезата на протеините со развојот на патолошки промени.
Единственото својство на молекулата на ДНК да се дуплира пред клеточната делба се нарекува репликација.
Посебни својства на домашната ДНК како носител на наследни информации:
1) репликација - формирањето на нови синџири е комплементарно;
2) само-корекција - ДНК полимеразата ги отцепува погрешно реплицираните делови (10-6);
3) репарација - реставрација;
Овие процеси се случуваат во клетката со учество на специјални ензими.
Како функционира системот за поправка Експериментите што овозможија да се идентификуваат механизмите на реставрација и самото постоење на оваа способност беа спроведени со помош на едноклеточни организми. Но, процесите на поправка се својствени за живите клетки на животните и луѓето. Некои луѓе страдаат од ксеродерма пигментозум. Оваа болест е предизвикана од недостаток на способност на клетките да ја ресинтетизираат оштетената ДНК. Ксеродермата е наследна. Од што се состои системот за репарација? Четирите ензими кои го поддржуваат процесот на поправка се ДНК хеликаза, -егзонуклеаза, -полимераза и -лигаза. Првото од овие соединенија може да препознае оштетување во синџирот на молекулата на деоксирибонуклеинската киселина. Не само што го препознава, туку и го пресекува ланецот на вистинското место за да го отстрани изменетиот сегмент од молекулата. Самата елиминација се врши со користење на ДНК егзонуклеаза. Следно, нов дел од молекулата на деоксирибонуклеинската киселина се синтетизира од аминокиселините со цел целосно да се замени оштетениот дел. Па, последниот акорд на оваа најсложена биолошка процедура се изведува со користење на ензимот ДНК лигаза. Тој е одговорен за прицврстување на синтетизираното место на оштетената молекула. Откако сите четири ензими ќе ја завршат својата работа, молекулата на ДНК е целосно обновена и сите оштетувања се минато. Така хармонично функционираат механизмите во живата клетка.
Класификација Во моментов, научниците ги разликуваат следните типови системи за репарација. Тие се активираат во зависност од различни фактори. Тие вклучуваат: Реактивирање. Рекомбинација реставрација. Хетеродуплекс поправка. Поправка на ексцизија. Повторно обединување на нехомологни краеви на молекулите на ДНК. Сите едноклеточни организми имаат најмалку три ензимски системи. Секој од нив има способност да го спроведе процесот на закрепнување. Овие системи вклучуваат: директна, ексцизија и пост-репликативна. Прокариотите ги поседуваат овие три типа на поправка на ДНК. Што се однесува до еукариотите, тие имаат на располагање дополнителни механизми наречени Miss-mathe и Sos-repair. Биологијата детално ги проучувала сите овие видови на само-заздравување на генетскиот материјал на клетките.
15. Генетскиот код е метод за кодирање на аминокиселинската низа на протеини со помош на низа нуклеотиди, карактеристични за сите живи организми. Амино киселинската низа во протеинската молекула е шифрирана како нуклеотидна низа во молекулата на ДНК и се нарекува генетски код.Се нарекува делот на молекулата на ДНК одговорен за синтеза на еден протеин геном.
ДНК користи четири нуклеотиди - аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т), кои во руската литература се означени со буквите А, Г, Ц и Т. Овие букви ја сочинуваат азбуката на генетски код. РНК ги користи истите нуклеотиди, со исклучок на тимин, кој е заменет со сличен нуклеотид - урацил, кој е означен со буквата У (У во литературата на руски јазик). Во молекулите на ДНК и РНК, нуклеотидите се распоредени во синџири и, на тој начин, се добиваат секвенци од генетски букви.
За изградба на протеини во природата, се користат 20 различни амино киселини. Секој протеин е синџир или неколку синџири на амино киселини во строго дефинирана низа. Оваа низа ја одредува структурата на протеинот, а со тоа и сите негови биолошки својства. Збирот на амино киселини е исто така универзален за речиси сите живи организми.
Имплементацијата на генетските информации во живите клетки (т.е. синтеза на протеин кодиран од ген) се врши со помош на два матрични процеси: транскрипција (т.е. синтеза на mRNA на ДНК матрица) и превод на генетскиот код. во амино киселинска секвенца (синтеза на полипептиден синџир на mRNA матрица). Три последователни нуклеотиди се доволни за кодирање на 20 аминокиселини, како и сигналот за стоп што укажува на крајот на протеинската низа. Збир од три нуклеотиди се нарекува тројка. Прифатените кратенки што одговараат на аминокиселините и кодоните се прикажани на сликата.
Својства на генетскиот код
Тројка - значајна единица на код е комбинација од три нуклеотиди (тројка или кодон).
Континуитет - нема интерпункција помеѓу тројки, односно информациите се читаат континуирано.
Непреклопување - истиот нуклеотид не може истовремено да биде дел од две или повеќе тројки. (Не е точно за некои преклопувачки гени во вирусите, митохондриите и бактериите кои кодираат повеќе протеини со промена на рамката.)
Уникатност - одреден кодон одговара само на една аминокиселина. (Својството не е универзално. Кодонот UGA во Euplotes crassus шифрира две амино киселини - цистеин и селеноцистеин)
Дегенерација (вишок) - неколку кодони може да одговараат на иста аминокиселина.
Универзалност - генетскиот код работи исто кај организми со различни нивоа на сложеност - од вируси до луѓе (методите на генетскиот инженеринг се засноваат на ова) (Исто така, постојат голем број исклучоци од ова својство, видете ја табелата во „Варијации на стандарден генетски код“ дел во овој член).
16.Услови за биосинтеза
Биосинтезата на протеини бара генетски информации од молекулата на ДНК; гласник РНК - носител на оваа информација од јадрото до местото на синтеза; рибозоми - органели каде што се јавува самата синтеза на протеини; збир на амино киселини во цитоплазмата; трансфер на РНК кои ги кодираат амино киселините и ги пренесуваат на местото на синтеза на рибозомите; АТП е супстанца која обезбедува енергија за процесот на кодирање и биосинтеза.
Фази
Транскрипција- процес на биосинтеза на сите видови РНК на ДНК матрица, што се јавува во јадрото.
Одреден дел од молекулата на ДНК се деспира, водородните врски помеѓу двата синџири се уништуваат под дејство на ензими. На една нишка на ДНК, како на шаблон, копија на РНК се синтетизира од нуклеотиди според комплементарниот принцип. Во зависност од делот на ДНК, на овој начин се синтетизираат рибозомалните, транспортните и гласниците РНК.
По синтезата на mRNA, таа го напушта јадрото и се испраќа во цитоплазмата до местото на синтеза на протеини на рибозомите.
Емитување- процес на синтеза на полипептидни синџири спроведен на рибозоми, каде што mRNA е посредник во пренесувањето на информации за примарната структура на протеинот.
Биосинтезата на протеините се состои од низа реакции.
1. Активирање и кодирање на амино киселини. tRNA има облик на лист од детелина, во чија централна јамка има троен антикодон, што одговара на кодот за специфична амино киселина и кодонот на mRNA. Секоја аминокиселина е поврзана со соодветната tRNA користејќи ја енергијата на АТП. Се формира тРНК-аминокиселински комплекс, кој влегува во рибозомите.
2. Формирање на комплекс mRNA-рибозом. mRNA во цитоплазмата е поврзана со рибозоми на зрнестиот ER.
3. Склопување на полипептидниот синџир. tRNA со амино киселини, според принципот на комплементарност на антикодон-кодон, се комбинира со mRNA и влегува во рибозомот. Во пептидниот центар на рибозомот, се формира пептидна врска помеѓу две амино киселини, а ослободената tRNA го напушта рибозомот. Во овој случај, mRNA напредува по една тројка секој пат, воведувајќи нова tRNA - амино киселина и отстранувајќи ја ослободената tRNA од рибозомот. Целиот процес е обезбеден со АТП енергија. Една mRNA може да се комбинира со неколку рибозоми, формирајќи полисом, каде што истовремено се синтетизираат многу молекули на еден протеин. Синтезата завршува кога бесмислените кодони (стоп кодови) почнуваат на mRNA. Рибозомите се одвоени од mRNA, а полипептидните синџири се отстранети од нив. Бидејќи целиот процес на синтеза се одвива на зрнестиот ендоплазматичен ретикулум, добиените полипептидни синџири влегуваат во тубулите на ЕР, каде што ја стекнуваат својата конечна структура и се претвораат во протеински молекули.
Сите синтезни реакции се катализираат од специјални ензими со трошење на енергијата на АТП. Стапката на синтеза е многу висока и зависи од должината на полипептидот. На пример, во рибозомот на Escherichia coli, протеин од 300 амино киселини се синтетизира за приближно 15-20 секунди.
Интеракцијата и структурата на mRNA, tRNA, RRNA - трите главни нуклеински киселини - се разгледуваат од науката за цитологија. Тоа ќе помогне да се разјасни улогата на транспортната рибонуклеинска киселина (tRNA) во клетките. Оваа многу мала, но во исто време несомнено важна молекула учествува во процесот на комбинирање на протеините што го сочинуваат телото.
Каква е структурата на tRNA? Многу е интересно да се погледне оваа супстанца „однатре“, за да се дознае нејзината биохемија и биолошката улога. И, исто така, како структурата на tRNA и нејзината улога во синтезата на протеините се меѓусебно поврзани?
Што е tRNA, како е структурирана?
Транспортната рибонуклеинска киселина е вклучена во изградбата на нови протеини. Речиси 10% од сите рибонуклеински киселини се транспортни. За да биде јасно од кои хемиски елементи е формирана молекулата, ќе ја опишеме структурата на секундарната структура на tRNA. Секундарната структура ги зема предвид сите основни хемиски врски помеѓу елементите.
Тоа е макромолекула која се состои од полинуклеотиден ланец. Азотните бази во него се поврзани со водородни врски. Како и ДНК, РНК има 4 азотни бази: аденин, цитозин, гванин и урацил. Во овие соединенија, аденинот е секогаш поврзан со урацил, а гванин, како и обично, со цитозин.
Зошто нуклеотидот има префикс рибо-? Едноставно, сите линеарни полимери кои имаат рибоза наместо пентоза во основата на нуклеотидот се нарекуваат рибонуклеични. И трансферната РНК е еден од 3-те типа на токму таков рибонуклеичен полимер.
Структура на tRNA: биохемија
Ајде да погледнеме во најдлабоките слоеви на структурата на молекулата. Овие нуклеотиди имаат 3 компоненти:
- Сахароза, сите видови на РНК вклучуваат рибоза.
- Фосфорна киселина.
- Азотни бази. Тоа се пурини и пиримидини.
Азотните бази се поврзани една со друга со силни врски. Вообичаено е да се делат базите на пурин и пиримидин.
Пурините се аденин и гванин. Аденин одговара на аденил нуклеотид од 2 меѓусебно поврзани прстени. И гванин одговара на истиот гванин нуклеотид со „еден прстен“.
Пирамидините се цитозин и урацил. Пиримидините имаат структура на еден прстен. Нема тимин во РНК, бидејќи се заменува со елемент како што е урацил. Ова е важно да се разбере пред да се обрне внимание на другите структурни карактеристики на tRNA.
Видови на РНК
Како што можете да видите, структурата на tRNA не може да се опише накратко. Мора да се навлезе во биохемијата за да се разбере целта на молекулата и нејзината вистинска структура. Кои други рибозомални нуклеотиди се познати? Исто така, постојат матрикс или информации и рибозомални нуклеински киселини. Скратено како mRNA и RRNA. Сите 3 молекули тесно соработуваат во клетката за да се осигураат дека телото добива правилно структурирани протеински глобули.
Невозможно е да се замисли работата на еден полимер без помош на 2 други. Структурните карактеристики на tRNA стануваат појасни кога се разгледуваат заедно со функции кои се директно поврзани со работата на рибозомите.
Структурата на mRNA, tRNA и RRNA се слични на многу начини. Сите имаат рибоза во нивната основа. Сепак, нивната структура и функции се различни.
Откривање на нуклеински киселини
Швајцарецот Јохан Мишер открил макромолекули во клеточното јадро во 1868 година, подоцна наречени нуклеини. Името „нуклеин“ доаѓа од зборот (јадро) - јадро. Иако малку подоцна беше откриено дека кај едноклеточните суштества кои немаат јадро, овие супстанции се исто така присутни. Во средината на 20 век ја добил Нобеловата награда за откривање на синтезата на нуклеинските киселини.
Функции на tRNA во синтезата на протеини
Самото име - трансферна РНК - зборува за главната функција на молекулата. Оваа нуклеинска киселина „ја носи“ со себе есенцијалната аминокиселина што ја бара рибозомалната РНК за да создаде специфичен протеин.
ТРНК молекулата има малку функции. Првата е препознавање на кодони на mRNA, втората функција е испорака на градежни блокови - амино киселини за синтеза на протеини. Некои други експерти ја истакнуваат функцијата на прифаќачот. Односно додавање на аминокиселини според ковалентен принцип. Ензимот како што е аминоцил-ТРНК синтатаза помага да се „закачи“ оваа аминокиселина.
Како структурата на tRNA е поврзана со нејзините функции? Оваа специјална рибонуклеинска киселина е дизајнирана на таков начин што од едната страна има азотни бази кои секогаш се поврзани во парови. Ова се елементите што ни се познати - A, U, C, G. Точно 3 „букви“ или азотни бази сочинуваат антикодон - обратен сет на елементи што комуницираат со кодонот според принципот на комплементарност.
Оваа важна карактеристика на структурата на tRNA гарантира дека нема да има грешки при декодирање на шаблонот нуклеинска киселина. На крајот на краиштата, точната секвенца на амино киселини одредува дали протеинот што моментално му е потребен на телото е правилно синтетизиран.
Структурни карактеристики
Кои се структурните карактеристики на tRNA и нејзината биолошка улога? Ова е многу древна структура. Неговите димензии се некаде помеѓу 73 и 93 нуклеотиди. Молекуларната тежина на супстанцијата е 25.000-30.000.
Структурата на секундарната структура на tRNA може да се анализира со проучување на 5-те главни елементи на молекулата. Значи, оваа нуклеинска киселина се состои од следниве елементи:
- јамка за контакт со ензим;
- јамка за контакт со рибозомот;
- антикодонска јамка;
- акцепторско стебло;
- самиот антикодон.
И тие исто така изолираат мала променлива јамка во секундарната структура. Едниот крак од сите типови tRNA е иста - стебло од два цитозински остатоци и еден остаток на аденозин. Во овој момент доаѓа до поврзување со 1 од 20-те достапни амино киселини. Секоја аминокиселина има свој ензим, своја аминоацил-тРНК.
Сите информации кои ја шифрираат структурата на сите нуклеински киселини се содржани во самата ДНК. Структурата на ТРНК е речиси идентична кај сите живи суштества на планетата. Ќе изгледа како лист кога се гледа во 2-Д.
Меѓутоа, ако земете тродимензионален изглед, молекулата наликува на геометриска структура во облик на L. Ова се смета за терциерна структура на tRNA. Но, за полесно проучување, вообичаено е визуелно да се „одмотува“. Терциерната структура е формирана како резултат на интеракцијата на елементите на секундарната структура, оние делови кои меѓусебно се надополнуваат.
ТРНК краци или прстени играат важна улога. Едната рака, на пример, е потребна за хемиско поврзување со одреден ензим.
Карактеристична карактеристика на нуклеотидот е присуството на огромен број нуклеозиди. Постојат повеќе од 60 видови на овие помали нуклеозиди.
Структура на ТРНК и кодирање на аминокиселини
Знаеме дека антикодонот на ТРНК е долг 3 молекули. Секој антикодон одговара на специфична, „лична“ амино киселина. Оваа амино киселина е поврзана со tRNA молекула со помош на специјален ензим. Штом се спојат 2 аминокиселини, врските со tRNA се прекинуваат. Сите хемиски соединенија и ензими се потребни пред потребното време. Ова е начинот на кој структурата и функциите на tRNA се меѓусебно поврзани.
Вкупно, има 61 тип на такви молекули присутни во клетката. Може да има 64 математички варијации.Меѓутоа, недостасуваат 3 типа на tRNA поради фактот што точно ист број на стоп-кодони во mRNA немаат антикодони.
Интеракција на mRNA и tRNA
Да ја разгледаме интеракцијата на супстанцијата со mRNA и RRNA, како и структурните карактеристики на tRNA. Структурата и целта на макромолекулата се меѓусебно поврзани.
Структурата на mRNA ги копира информациите од посебен дел од ДНК. Самата ДНК е преголема соединение од молекули и никогаш не го напушта јадрото. Затоа, потребна ни е посредничка РНК-информативна РНК.
Врз основа на низата молекули што ги копирала mRNA, рибозомот гради протеин. Рибозомот е посебна полинуклеотидна структура, чија структура треба да се разјасни.
Рибозомална tRNA: интеракција
Рибозомалната РНК е огромна органела. Неговата молекуларна тежина е 1.000.000 - 1.500.000. Речиси 80% од вкупната количина на РНК се рибозомални нуклеотиди.
Се чини дека го фаќа синџирот на mRNA и чека антикодони, кои со себе ќе донесат молекули на tRNA. Рибозомалната РНК се состои од 2 подединици: мала и голема.
Рибозомот се нарекува „фабрика“ затоа што целата синтеза на супстанции неопходни за секојдневниот живот се одвива во оваа органела. Ова е исто така многу древна клеточна структура.
Како се јавува синтезата на протеини во рибозомот?
Структурата на tRNA и нејзината улога во синтезата на протеините се меѓусебно поврзани. Антикодонот лоциран на едната страна од рибонуклеинската киселина е погоден по форма за неговата главна функција - испорака на аминокиселини до рибозомот, каде што се јавува постепена градба на протеинот. Во суштина, tRNA делува како посредник. Неговата задача е само да ја донесе потребната аминокиселина.
Кога информациите се читаат од еден дел од mRNA, рибозомот се движи понатаму по синџирот. Матрицата е потребна само за да се пренесат кодирани информации за конфигурацијата и функцијата на поединечен протеин. Следно, друга tRNA со своите азотни бази се приближува до рибозомот. Исто така, го декодира следниот дел од mRNA.
Декодирањето се случува на следниов начин. Азотните бази се комбинираат според принципот на комплементарност на ист начин како и во самата ДНК. Соодветно на тоа, ТРНК гледа каде треба да „закотви“ и до кој „хангар“ да ја испрати аминокиселината.
Потоа, во рибозомот, вака избраните амино киселини се хемиски врзани, чекор по чекор се формира нова линеарна макромолекула, која по завршувањето на синтезата се извиткува во топка (топка). Употребените tRNA и mRNA, откако ја исполнија својата функција, се отстранети од протеинската „фабрика“.
Кога првиот дел од кодонот се спарува со антикодон, се одредува рамка за читање. Последователно, ако поради некоја причина се случи поместување на рамката, тогаш некоја протеинска карактеристика ќе биде отфрлена. Рибозомот не може да интервенира во овој процес и да го реши проблемот. Само откако ќе заврши процесот, 2-те RRNA подединици повторно се спојуваат. Во просек, има 1 грешка на секои 10 4 аминокиселини. За секои 25 веќе собрани протеини, сигурно ќе има најмалку 1 грешка во репликацијата.
ТРНК како реликтни молекули
Бидејќи tRNA можеби постоела во времето на настанокот на животот на земјата, таа се нарекува молекула на реликвија. Се верува дека РНК е првата структура која постоела пред ДНК, а потоа еволуирала. Светската хипотеза за РНК беше формулирана во 1986 година од лауреатот Волтер Гилберт. Сепак, ова е сè уште тешко да се докаже. Теоријата е поддржана од очигледни факти - молекулите на tRNA се способни да складираат блокови од информации и некако да ја имплементираат оваа информација, односно да вршат работа.
Но, противниците на теоријата тврдат дека краток период на живот на супстанцијата не може да гарантира дека tRNA е добар носител на какви било биолошки информации. Овие нуклеотиди брзо се распаѓаат. Животниот век на tRNA во човечките клетки се движи од неколку минути до неколку часа. Некои видови може да траат и до еден ден. И ако зборуваме за истите нуклеотиди во бактериите, тогаш временската рамка е многу пократка - до неколку часа. Покрај тоа, структурата и функциите на tRNA се премногу сложени за молекулата да стане примарен елемент на биосферата на Земјата.
Сите tRNA имаат заеднички карактеристики и во нивната примарна структура и во начинот на кој полинуклеотидниот синџир е преклопен во секундарна структура поради интеракциите помеѓу базите на нуклеотидните остатоци.
Примарна структура на tRNA
tRNA се релативно мали молекули, должината на нивните синџири варира од 74 до 95 нуклеотидни остатоци. Сите tRNA имаат ист 3" крај, изграден од два цитозински остатоци и еден остаток на аденозин (CCA крај). Крајот на CCA е прикачен на многу tRNA со посебен ензим. Нуклеотидната тројка комплементарна на кодонот за амино киселина (антикодон) се наоѓа приближно во средината на ланецот tRNA. На одредени позиции во низата, речиси сите типови на tRNA ги содржат истите (конзервирани) нуклеотидни остатоци. Некои позиции може да содржат или само пурински или само пиримидински бази (тие се нарекуваат полуконзервативни остатоци).
Сите tRNA молекули се карактеризираат со присуство на голем број (до 25% од сите остатоци) на различни модифицирани нуклеозиди, често наречени минорни. Тие се формираат на различни места во молекулите, во многу случаи добро дефинирани, како резултат на модификација на обичните нуклеозидни остатоци од специјални ензими.
Секундарна структура на tRNA
преклопувањето на ланецот во секундарна структура се јавува поради меѓусебната комплементарност на деловите на синџирот. Трите фрагменти од синџирот стануваат комплементарни кога ќе се преклопат на себе, формирајќи структури слични на фиба. Покрај тоа, 5" крајот е комплементарен на регионот блиску до 3" крајот на синџирот, со нивниот антипаралелен распоред; тие го формираат таканареченото акцепторско стебло. Резултатот е структура која се карактеризира со присуство на четири стебла и три јамки, што се нарекува „лист од детелина“. Стеблото и јамката формираат гранка. На дното е антикодонската гранка, која содржи антикодонска тројка како дел од својата јамка. Лево и десно од ова се гранките D и T, соодветно именувани поради присуството на невообичаените конзервирани нуклеозиди дихидроуридин (D) и тимидин (T) во нивните јамки. Нуклеотидните секвенци на сите проучувани tRNA може да се преклопат во слични структури. Покрај трите јамки од детелина, tRNA има и дополнителна, или променлива, јамка (V-јамка). Неговите големини варираат нагло меѓу различните tRNA, кои варираат од 4 до 21 нуклеотиди, а според најновите податоци, до 24 нуклеотиди.
Просторна (терциерна) структура на tRNA
Поради интеракцијата на елементите на секундарната структура, се формира терцијарна структура, која се нарекува L-форма поради нејзината сличност со латинската буква L (сл. 2 и 3). Со редење на основата, стеблото на акцепторот и стеблото на детелина Т формираат една континуирана двојна спирала, а другите две стебла, антикодонот и D, формираат друга континуирана двојна спирала. Во овој случај, Д- и Т-петелките се приближуваат и се прицврстени заедно со формирање на дополнителни, често невообичаени, базни парови. Конзервативните или полуконзервативните остатоци, по правило, учествуваат во формирањето на овие парови. Слични терциерни интеракции држат заедно некои други делови од L-структурата
Рибозомална РНК
Рибозомалните рибонуклеински киселини (rRNA) се неколку молекули на РНК кои ја формираат основата на рибозомот. Главната функција на rRNA е да го спроведе процесот на преведување - читање информации од mRNA со помош на молекули на tRNA адаптер и катализирање на формирањето на пептидни врски помеѓу амино киселините прикачени на tRNA. Рибозомалната РНК сочинува приближно 80% од вкупната РНК на клетката. Тој е кодиран од гени пронајдени на ДНК на неколку хромозоми лоцирани во регионот на јадрото познат како нуклеоларен организатор.
Редоследот на базите во rRNA е сличен кај сите организми, од бактерии до животни. rRNA се наоѓа во цитоплазмата, каде што се врзува за протеинските молекули, формирајќи заедно клеточни органели наречени рибозоми. Синтезата на протеините се јавува на рибозомите. Овде „кодот“ содржан во mRNA е преведен во амино киселинската секвенца на полипептидниот синџир.
Трансфер на РНК
Трансферна РНК, tRNA, е рибонуклеинска киселина чија функција е да транспортира амино киселини до местото на синтеза на протеини. tRNA, исто така, земаат директно учество во продолжувањето на полипептидниот синџир со спојување - во комплекс со амино киселина - со кодонот на mRNA и обезбедувајќи сложена конформација неопходна за формирање на нова пептидна врска.
Секоја аминокиселина има своја tRNA.
tRNA е едноверижна РНК, но во својата функционална форма има конформација на детелина. Има четири главни делови кои вршат различни функции. Акцепторното „стебло“ е формирано од два комплементарни поврзани терминални делови на tRNA. Се состои од седум базни парови. Крајот од 3" на ова стебло е малку подолг и формира едноверижен регион кој завршува со CCA секвенца со слободна OH група. Транспортираната амино киселина е прикачена на овој крај. Останатите три гранки се комплементарни спарени нуклеотидни секвенци кои завршуваат во неспарени региони кои формираат јамки Средната од овие гранки - антикодон - се состои од пет пара нуклеотиди и содржи антикодон во центарот на неговата јамка. од оваа tRNA до местото на синтеза на пептиди.
Помеѓу акцепторната и антикодонската гранка има две странични гранки. Во нивните јамки тие содржат модифицирани бази -дихидроуридин (D-јамка) и T?C тројка, каде? - псевдурен (T?C-јамка). Помеѓу гранките аитикодон и T?C постои дополнителна јамка, вклучувајќи од 3-5 до 13-21 нуклеотиди.
Амино киселината е ковалентно прикачена на 3" крајот на молекулата со користење на ензимот аминоацил-tRNA синтетаза, специфичен за секој тип на tRNA.
tRNA служи како средна молекула помеѓу тројниот кодон во mRNA и амино киселинската секвенца на полипептидниот синџир. tRNA сочинува приближно 15% од целата клеточна РНК; овие РНК имаат најкраток полинуклеотиден синџир - содржи во просек 80 нуклеотиди. Секоја поединечна клетка содржи повеќе од 20 различни tRNA молекули. Сите tRNA молекули имаат слична основна структура. На 5' крајот на tRNA молекулата секогаш има гванин, а на 3' крајот има низа CCA бази.
Нуклеотидната низа во остатокот од молекулата варира и може да содржи „невообичаени“ бази како што се инозин и псеудурацил.
Редоследот на базите во антикодонската тројка строго одговара на аминокиселината што ја носи оваа tRNA молекула.
Ориз. 3.
Секоја амино киселина е прикачена на една од нејзините специфични tRNA со учество на ензимот аминоацил-tRNA синтаза. Ова резултира со формирање на комплекс animoacid-tRNA, познат како animoacyl-tRNA, во кој енергијата на врската помеѓу терминалниот нуклеотид А во тројката CCA и аминокиселината е доволна за да овозможи последователно поврзување со соседната амино киселина. Така, се синтетизира полипептиден синџир.
Една од карактеристиките на tRNA е присуството на необични бази во неа, кои произлегуваат како резултат на хемиска модификација по вклучувањето на нормална база во полинуклеотидниот синџир. Овие изменети бази ја одредуваат големата структурна разновидност на tRNA во генералниот план на нивната структура. Од најголем интерес се модификациите на базите кои го формираат антикодонот, кои влијаат на специфичноста на неговата интеракција со кодонот. На пример, атипичната база инозин, која понекогаш се наоѓа на првата позиција на tRNA антикодонот, е способна комплементарно да се комбинира со три различни трети бази на mRNA кодонот - U, C и A. Бидејќи една од карактеристиките на генетскиот код е неговата дегенерација, многу аминокиселини се шифрирани со неколку кодони, кои обично се разликуваат во нивната трета база. Поради неспецифичното врзување на модифицираната антикодонска база, една tRNA препознава неколку синонимни кодони.