Jeśli wcześniej dominowała opinia o drugorzędnej roli RNA, teraz jest jasne, że jest to niezbędny i najważniejszy element życiowej aktywności komórki. Mechanizmy wielu...

Przez Masterweb

09.04.2018 14:00

Różne rodzaje DNA i RNA - kwasy nukleinowe - to jeden z przedmiotów badań biologii molekularnej. Jednym z najbardziej obiecujących i szybko rozwijających się obszarów tej nauki w ostatnich latach jest badanie RNA.

Krótko o strukturze RNA

Tak więc RNA, kwas rybonukleinowy, jest biopolimerem, którego cząsteczką jest łańcuch utworzony przez cztery rodzaje nukleotydów. Każdy nukleotyd z kolei składa się z zasady azotowej (adeniny A, guaniny G, uracylu U lub cytozyny C) połączonej z cukrem rybozowym i resztą kwasu fosforowego. Reszty fosforanowe, łączące się z rybozami sąsiednich nukleotydów, „szyją” bloki składowe RNA w makrocząsteczkę - polinukleotyd. W ten sposób powstaje pierwotna struktura RNA.

Struktura drugorzędowa - tworzenie podwójnego łańcucha - powstaje w niektórych częściach cząsteczki zgodnie z zasadą komplementarności zasad azotowych: adenina tworzy parę z uracylem przez podwójne, a guanina z cytozyną - potrójne wiązanie wodorowe.

W formie roboczej cząsteczka RNA tworzy również strukturę trzeciorzędową - specjalną strukturę przestrzenną, konformację.

Synteza RNA

Wszystkie rodzaje RNA są syntetyzowane przy użyciu enzymu polimerazy RNA. Może być zależny od DNA i RNA, co oznacza, że ​​może katalizować syntezę zarówno na matrycach DNA, jak i RNA.

Synteza opiera się na komplementarności podstaw i antyrównoległości kierunku czytania kodu genetycznego i przebiega w kilku etapach.

Najpierw polimeraza RNA jest rozpoznawana i wiązana ze specjalną sekwencją nukleotydową na DNA - promotorze, po czym podwójna helisa DNA rozwija się na niewielkim obszarze i zaczyna się składanie cząsteczki RNA nad jednym z łańcuchów, zwanym matrycą (drugi Łańcuch DNA nazywany jest kodowaniem - to jego kopia jest syntetyzowanym RNA). Asymetria promotora określa, która z nici DNA będzie służyć jako matryca, a tym samym umożliwia polimerazie RNA rozpoczęcie syntezy we właściwym kierunku.

Następny etap to wydłużenie. Kompleks transkrypcyjny, który obejmuje polimerazę RNA i nieskręcony region z hybrydą DNA-RNA, zaczyna się poruszać. W miarę postępu tego ruchu rosnąca nić RNA stopniowo oddziela się, a podwójna helisa DNA rozwija się przed kompleksem i ponownie składa za nim.

Końcowy etap syntezy następuje, gdy polimeraza RNA dociera do określonego regionu macierzy zwanego terminatorem. Zakończenie (koniec) procesu można osiągnąć na różne sposoby.

Główne typy RNA i ich funkcje w komórce

Są to:

• Matryca lub informacja (mRNA). Za jego pośrednictwem odbywa się transkrypcja - transfer informacji genetycznej z DNA.
• Rybosomalny (rRNA), który zapewnia proces translacji - syntezy białek na matrycy mRNA.
• Transport (tRNA). Wytwarza rozpoznawanie i transport aminokwasów do rybosomu, gdzie zachodzi synteza białek, a także bierze udział w translacji.
• Małe RNA to obszerna klasa małych cząsteczek, które pełnią różne funkcje podczas procesów transkrypcji, dojrzewania RNA i translacji.
• Genomy RNA to sekwencje kodujące, które zawierają informację genetyczną niektórych wirusów i wiroidów.

W latach 80. odkryto aktywność katalityczną RNA. Cząsteczki o tej właściwości nazywane są rybozymami. Jak dotąd niewiele jest znanych naturalnych rybozymów, ich zdolność katalityczna jest mniejsza niż białek, ale pełnią w komórce niezwykle ważne funkcje. Obecnie trwają pomyślne prace nad syntezą rybozymów, które między innymi mają znaczenie aplikacyjne.

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo różnym typom cząsteczek RNA.

Matryca (informacja) RNA

Ta cząsteczka jest syntetyzowana na nieskręconym odcinku DNA, kopiując w ten sposób gen kodujący określone białko.

RNA komórek eukariotycznych, zanim stanie się z kolei matrycą do syntezy białek, musi dojrzeć, czyli przejść przez kompleks różnych modyfikacji – przetwarzania.

Przede wszystkim, nawet na etapie transkrypcji, cząsteczka ulega cappingowi: do jej końca dołączana jest specjalna struktura jednego lub więcej zmodyfikowanych nukleotydów, cap. Odgrywa ważną rolę w wielu dalszych procesach i zwiększa stabilność mRNA. Tak zwany ogon poli(A), sekwencja nukleotydów adeninowych, jest dołączony do drugiego końca pierwotnego transkryptu.

Pre-mRNA jest następnie składany. Jest to usunięcie z cząsteczki niekodujących regionów - intronów, które są liczne w eukariotycznym DNA. Następnie następuje procedura edycji mRNA, w której jego skład jest chemicznie modyfikowany, a także metylacja, po której dojrzałe mRNA opuszcza jądro komórkowe.

Rybosomalny RNA

Podstawa rybosomu, kompleksu, który zapewnia syntezę białek, składa się z dwóch długich rRNA, które tworzą subcząstki rybosomu. Są one syntetyzowane razem jako pojedynczy pre-rRNA, który jest następnie rozdzielany podczas przetwarzania. Duża podjednostka obejmuje również rRNA o niskiej masie cząsteczkowej zsyntetyzowane z oddzielnego genu. Rybosomalne RNA mają gęsto upakowaną strukturę trzeciorzędową, która służy jako rusztowanie dla białek obecnych w rybosomach i pełniących funkcje pomocnicze.

W fazie niepracującej podjednostki rybosomów są rozdzielone; na początku procesu translacji rRNA małej podjednostki łączy się z informacyjnym RNA, po czym elementy rybosomu są całkowicie połączone. Kiedy RNA małej podjednostki wchodzi w interakcję z mRNA, ten ostatni niejako rozciąga się przez rybosom (co jest równoważne ruchowi rybosomu wzdłuż mRNA). Rybosomalny RNA dużej podjednostki jest rybozymem, to znaczy ma właściwości enzymatyczne. Katalizuje tworzenie wiązań peptydowych między aminokwasami podczas syntezy białek.

Należy zauważyć, że największa część całego RNA w komórce to rybosom - 70-80%. DNA posiada dużą liczbę genów kodujących rRNA, co zapewnia jego bardzo intensywną transkrypcję.

Przenieś RNA

Cząsteczka ta jest rozpoznawana przez pewien aminokwas za pomocą specjalnego enzymu i łącząc się z nim transportuje aminokwas do rybosomu, gdzie służy jako pośrednik w procesie translacji - syntezy białek. Transfer odbywa się przez dyfuzję w cytoplazmie komórki.

Nowo zsyntetyzowane cząsteczki tRNA, podobnie jak inne rodzaje RNA, są przetwarzane. Dojrzałe tRNA w swojej aktywnej formie ma konformację przypominającą koniczynę. Na „ogonki” liścia – miejscu akceptorowym – znajduje się sekwencja CCA z grupą hydroksylową, która wiąże się z aminokwasem. Na przeciwległym końcu „liścia” znajduje się pętla antykodonowa, która łączy się z komplementarnym kodonem na mRNA. Pętla D służy do wiązania transferowego RNA z enzymem podczas interakcji z aminokwasem, a pętla T służy do wiązania dużej podjednostki rybosomu.

Małe RNA

Te typy RNA odgrywają ważną rolę w procesach komórkowych i są obecnie aktywnie badane.

Na przykład małe jądrowe RNA w komórkach eukariotycznych biorą udział w splicingu mRNA i prawdopodobnie mają właściwości katalityczne wraz z białkami spliceosomu. Małe jąderkowe RNA biorą udział w przetwarzaniu rybosomalnego i transferowego RNA.

Drobne cząsteczki interferujące i mikroRNA są najważniejszymi elementami systemu regulacji ekspresji genów, niezbędnej komórce do kontrolowania własnej struktury i aktywności życiowej. System ten jest ważną częścią przeciwwirusowej odpowiedzi immunologicznej komórki.

Istnieje również klasa małych RNA, które działają w kompleksie z białkami Piwi. Kompleksy te odgrywają ogromną rolę w rozwoju komórek germinalnych, w spermatogenezie oraz w tłumieniu transpozycyjnych elementów genetycznych.

genom RNA

Cząsteczka RNA może być używana jako genom przez większość wirusów. Genomy wirusowe są różne - jedno- i dwuniciowe, kołowe lub liniowe. Ponadto genomy RNA wirusów są często segmentowane i na ogół krótsze niż genomy zawierające DNA.

Istnieje rodzina wirusów, których informacja genetyczna, zakodowana w RNA, po zakażeniu komórki przez odwrotną transkrypcję jest przepisana do DNA, który jest następnie wprowadzany do genomu komórki ofiary. Są to tak zwane retrowirusy. Należą do nich w szczególności ludzki wirus niedoboru odporności.

Znaczenie badań nad RNA we współczesnej nauce

Jeśli wcześniej dominowała opinia o drugorzędnej roli RNA, to teraz jest jasne, że jest to niezbędny i najważniejszy element wewnątrzkomórkowej aktywności życiowej. Wiele procesów o pierwszorzędnym znaczeniu nie może obejść się bez aktywnego udziału RNA. Mechanizmy takich procesów przez długi czas pozostawały nieznane, ale dzięki badaniu różnych typów RNA i ich funkcji wiele szczegółów stopniowo staje się klarownych.

Możliwe, że RNA odegrało decydującą rolę w powstaniu i rozwoju życia u zarania dziejów Ziemi. Wyniki ostatnich badań przemawiają na korzyść tej hipotezy, świadcząc o niezwykłej starożytności wielu mechanizmów funkcjonowania komórek z udziałem określonych typów RNA. Na przykład niedawno odkryte ryboprzełączniki jako część mRNA (systemu bezbiałkowej regulacji aktywności genów na etapie transkrypcji), zdaniem wielu badaczy, są echem epoki, w której prymitywne życie budowano na bazie RNA, bez udział DNA i białek. MikroRNA są również uważane za bardzo stary element systemu regulacyjnego. Cechy strukturalne katalitycznie aktywnego rRNA wskazują na jego stopniową ewolucję poprzez dodawanie nowych fragmentów do starożytnego protorybosomu.

Dokładne badanie, jakie rodzaje RNA i jak są zaangażowane w określone procesy, jest również niezwykle ważne dla teoretycznych i stosowanych dziedzin medycyny.

ulica Kievyan, 16 0016 Armenia, Erewan +374 11 233 255

Transfer RNA, tRNA-kwas rybonukleinowy, którego funkcją jest transport AA do miejsca syntezy białek. Ma typową długość od 73 do 93 nukleotydów i rozmiar około 5 nm. tRNA są również bezpośrednio zaangażowane we wzrost łańcucha polipeptydowego, łącząc - będąc w kompleksie z aminokwasem - z kodonem mRNA i zapewniając konformację kompleksu niezbędną do utworzenia nowego wiązania peptydowego. Każdy aminokwas ma swój własny tRNA. tRNA jest jednoniciowym RNA, ale w swojej funkcjonalnej postaci ma konformację koniczyny. AA jest kowalencyjnie przyłączone do 3" końca cząsteczki za pomocą enzymu syntetazy aminoacylo-tRNA, który jest specyficzny dla każdego typu tRNA. W miejscu C znajduje się antykodon odpowiadający AA-te. tRNA są syntetyzowane przez zwykłą polimerazę RNA w przypadku prokariotów oraz przez polimerazę RNA III w przypadku eukariotów Transkrypty genów tRNA podlegają wieloetapowej obróbce, co prowadzi do powstania struktury przestrzennej typowej dla tRNA.

Przetwarzanie tRNA obejmuje 5 kluczowych etapów:

usunięcie sekwencji nukleotydowej lidera 5";

usunięcie 3"-końcowej sekwencji;

dodanie sekwencji CCA na końcu 3";

wycięcie intronów (u eukariotów i archeonów);

modyfikacje poszczególnych nukleotydów.

Transport tRNA odbywa się szlakiem zależnym od Ran z udziałem czynnika transportującego exportin t, który rozpoznaje charakterystyczne drugorzędowe i trzeciorzędowe str-ru dojrzałego tRNA: krótkie dwuniciowe odcinki i prawidłowo przetworzone 5"- i 3" kończy się. Ten mechanizm zapewnia, że ​​tylko dojrzałe tRNA są eksportowane z jądra.

62. Translacja – rozpoznawanie kodonów mRNA
Translacja to synteza białek przeprowadzana przez rybosomy z aminokwasów na matrycy mRNA (lub i RNA). Elementy składowe procesu translacji: aminokwasy, tRNA, rybosomy, mRNA, enzymy aminoacylacji tRNA, białkowe czynniki translacji (białkowe czynniki inicjacji, elongacji, terminacji – specyficzne białka pozarybosomalne niezbędne w procesach translacji), źródła energii ATP i GTP , jony magnezu (stabilizują strukturę rybosomów). W syntezę białek bierze udział 20 aminokwasów. Aby aminokwas „rozpoznał” swoje miejsce w przyszłym łańcuchu polipeptydowym, musi związać się z transferowym RNA (tRNA), które pełni funkcję adaptacyjną. tRNA, które wiąże się z aminokwasem, rozpoznaje następnie odpowiedni kodon na mRNA. Rozpoznawanie kodonów mRNA:

Interakcja kodon-antykodon opiera się na zasadach komplementarności i antyrównoległości:

3'----C - G-A*------5' Antykodon tRNA

5'-----G-C-Y*------3' kodon mRNA

Hipotezę chybotania zaproponował F. Crick:

3'-zasada kodonu mRNA ma nieścisłe parowanie z 5'-zasadą antykodonu tRNA: na przykład Y (mRNA) może oddziaływać z A i G (tRNA)

Niektóre tRNA mogą łączyć się z więcej niż jednym kodonem.

63. Charakterystyka elementów składowych procesu tłumaczeniowego. Translacja (translatio-translacja) to proces syntezy białek z aminokwasów na matrycy informacyjnego (macierzy) RNA (mRNA, mRNA) realizowany przez rybosom.

Synteza białek jest podstawą życia komórki. Aby przeprowadzić ten proces w komórkach wszystkich organizmów, istnieją specjalne organelle - rybosomy- kompleksy rybonukleoproteinowe zbudowane z 2 podjednostek: dużej i małej. Funkcją rybosomów jest rozpoznawanie trzyliterowego (trzynukleotydowego) kodony mRNA, porównując je z odpowiednimi antykodonami tRNA niosącymi aminokwasy i dodanie tych aminokwasów do rosnącego łańcucha białkowego. Poruszając się wzdłuż cząsteczki mRNA, rybosom syntetyzuje białko zgodnie z informacją zawartą w cząsteczce mRNA.

Do rozpoznawania AK-t w komórce służą specjalne „adaptery”, przenieść cząsteczki RNA(tRNA). Te cząsteczki w kształcie liścia koniczyny mają miejsce (antykodon) komplementarne do kodonu mRNA, a także inne miejsce, do którego przyłączony jest aminokwas odpowiadający temu kodonowi. Przyłączenie aminokwasów do tRNA odbywa się w zależnej od energii reakcji przez enzymy syntetazy aminoacylo-tRNA, a powstała w ten sposób cząsteczka nazywana jest aminoacylo-tRNA. Tak więc specyficzność translacji jest determinowana przez interakcję między kodonem mRNA i antykodonem tRNA, a także specyficzność syntetaz aminoacylo-tRNA, które wiążą aminokwasy ściśle z odpowiadającymi im tRNA (na przykład kodon GGU będzie odpowiadał tRNA zawierający antykodon CCA i tylko glicynę AK).

rybosom prokariotyczny

5S i 23S rRNA 16S rRNA

34 wiewiórki 21 wiewiórek

Rybosomy prokariotów mają stałą sedymentacji 70S, dlatego nazywa się je cząstkami 70S. Zbudowane są z dwóch różnych podjednostek: podjednostek 30S i 50S. Każda podjednostka to kompleks rRNA i białek rybosomalnych.

Cząstka 30S zawiera jedną cząsteczkę 16S rRNA iw większości przypadków jedną cząsteczkę białka z ponad 20 gatunków (21). Podjednostka 50S składa się z dwóch cząsteczek rRNA (23S i 5S). Składa się z ponad 30 różnych białek (34), również reprezentowanych z reguły przez jedną kopię. Większość białek rybosomalnych pełni funkcję strukturalną.

rybosom eukariotyczny

5S; 5,8S i 28S rRNA 18S rRNA

co najmniej 50 białek co najmniej 33 białka

Rybosom składa się z dużych i małych podjednostek. Podstawą budowy każdej podjednostki jest złożony rRNA. Białka przyłączono do rusztowania rRNA.

Współczynnik sedymentacji kompletnego rybosomu eukariotycznego wynosi około 80 jednostek Svedberga (80S), a współczynnik sedymentacji jego podcząstek to 40S i 60S.

Mniejsza podjednostka 40S składa się z jednej cząsteczki 18S rRNA i 30-40 cząsteczek białka. Duża podjednostka 60S zawiera trzy typy rRNA o współczynnikach sedymentacji białek 5S, 5,8S i 28S oraz 40-50 (na przykład rybosomy szczurzych hepatocytów zawierają 49 białek).

Funkcjonalne regiony rybosomów

P - miejsce peptydylowe dla peptydylowego tRNA

A - miejsce aminoacylowe dla aminoacylo tRNA

E - miejsce uwalniania tRNA z rybosomu

Rybosom zawiera 2 funkcjonalne miejsca interakcji z tRNA: aminoacylo (akceptor) i peptydyl (donor). Aminoacylo-tRNA wchodzi w miejsce akceptorowe rybosomu i oddziałuje, tworząc wiązania wodorowe między tripletami kodonów i antykodonów. Po utworzeniu wiązań wodorowych system przesuwa się o 1 kodon i kończy w miejscu dawcy. W tym samym czasie w zwolnionym miejscu akceptorowym pojawia się nowy kodon, do którego przyłącza się odpowiedni aminoacylo-t-RNA.

Rybosomy: struktura, funkcja

Rybosomy są cytoplazmatycznymi centrami biosyntezy białek. Składają się z dużych i małych podjednostek, różniących się współczynnikami sedymentacji (szybkość sedymentacji podczas wirowania), wyrażonymi w jednostkach Svedberg - S.

Rybosomy są obecne zarówno w komórkach eukariotycznych, jak i prokariotycznych, ponieważ pełnią ważną funkcję w: biosynteza białek. Każda komórka zawiera dziesiątki, setki tysięcy (do kilku milionów) tych małych okrągłych organelli. Jest to zaokrąglona cząsteczka rybonukleoproteinowa. Jego średnica to 20-30 nm. Rybosom składa się z dużych i małych podjednostek, różniących się współczynnikami sedymentacji (szybkość sedymentacji podczas wirowania), wyrażonymi w jednostkach Svedberga - S. Podjednostki te są łączone w obecności nici m-RNA (macierzowy lub informacyjny RNA). Nazywa się kompleks grupy rybosomów połączonych pojedynczą cząsteczką mRNA, taką jak sznur koralików polisom. Struktury te są albo swobodnie zlokalizowane w cytoplazmie, albo przyłączone do błon ziarnistego ER (w obu przypadkach aktywnie przebiega na nich synteza białek).

Polisomy granulowanego ER tworzą białka wydalane z komórki i wykorzystywane na potrzeby całego organizmu (np. enzymy trawienne, białka mleka kobiecego). Ponadto rybosomy znajdują się na wewnętrznej powierzchni błon mitochondrialnych, gdzie również biorą czynny udział w syntezie cząsteczek białek.

Cytoplazma komórek zawiera trzy główne funkcjonalne typy RNA:

• informacyjne RNA (mRNA), które działają jako matryce do syntezy białek;
• rybosomalne RNA (rRNA), które działają jako składniki strukturalne rybosomów;
• transferowe RNA (tRNA) zaangażowane w translację (translację) informacji o mRNA na sekwencję aminokwasową cząsteczki białka.

W jądrze komórkowym znajduje się jądrowy RNA, stanowiący od 4 do 10% całkowitego komórkowego RNA. Większość jądrowego RNA jest reprezentowana przez wielkocząsteczkowe prekursory rybosomalnego i transferowego RNA. Prekursory rRNA o dużej masie cząsteczkowej (28 S, 18 S i 5 S RNA) są zlokalizowane głównie w jąderku.

RNA to główny materiał genetyczny w niektórych wirusach zwierząt i roślin (genomowy RNA). Większość wirusów RNA charakteryzuje się odwrotną transkrypcją ich genomu RNA, kierowaną przez odwrotną transkryptazę.

Wszystkie kwasy rybonukleinowe są polimery rybonukleotydowe, połączone, jak w cząsteczce DNA, wiązaniami 3”,5”-fosforodiestrowymi. W przeciwieństwie do DNA, który ma strukturę dwuniciową, RNA to jednoniciowe cząsteczki polimeru liniowego.

Struktura mRNA. mRNA jest najbardziej niejednorodną klasą RNA pod względem wielkości i stabilności. Zawartość mRNA w komórkach wynosi 2-6% całkowitej ilości RNA. mRNA składają się z odcinków – cistronów, które określają sekwencję aminokwasów w kodowanych przez nie białkach.

struktura tRNA . Transferowe RNA pełnią rolę mediatorów (adapterów) w procesie translacji mRNA. Stanowią one około 15% całkowitego komórkowego RNA. Każdy z 20 aminokwasów proteinogennych ma swój własny tRNA. W przypadku niektórych aminokwasów kodowanych przez dwa lub więcej kodonów istnieje wiele tRNA. tRNA to stosunkowo małe jednoniciowe cząsteczki składające się z 70-93 nukleotydów. Ich masa cząsteczkowa wynosi (2,4-3,1) 0,104 kDa.

Drugorzędowa struktura tRNA powstaje w wyniku tworzenia maksymalnej liczby wiązań wodorowych między wewnątrzcząsteczkowymi komplementarnymi parami zasad azotowych. W wyniku tworzenia tych wiązań łańcuch polinukleotydowy tRNA skręca się, tworząc spiralne odgałęzienia zakończone pętlami niesparowanych nukleotydów. Przestrzenny obraz struktur drugorzędowych wszystkich tRNA ma postać liść koniczyny.

W "koniczynie" rozróżnij cztery wymagane gałęzie, dłuższe tRNA zawierają również krótka piąta (dodatkowa) gałąź. Funkcję adaptorową tRNA zapewnia odgałęzienie akceptorowe, do którego końca 3” przyłączona jest reszta aminokwasowa wiązaniem eterowym oraz odgałęzienie antykodonu przeciwstawne do odgałęzienia akceptorowego, na szczycie którego znajduje się pętla zawierająca Antykodon Antykodon to specyficzna trójka nukleotydów, która jest komplementarna w kierunku antyrównoległym do kodonu mRNA, kodującego odpowiedni aminokwas.

Gałąź T niosąca pętlę pseudourydyny (pętla TyC) zapewnia interakcję tRNA z rybosomami.

Gałąź D, niosąca pętlę dehydrourydynową, zapewnia oddziaływanie tRNA z odpowiednią syntetazą aminoacylo-tRNA.

Drugorzędowa struktura tRNA

Funkcje piątej dodatkowej gałęzi są nadal słabo poznane, prawdopodobnie wyrównuje ona długość różnych cząsteczek tRNA.

Trzeciorzędowa struktura tRNA bardzo zwarty i powstaje przez połączenie poszczególnych gałęzi liścia koniczyny dzięki dodatkowym wiązaniom wodorowym w strukturę w kształcie litery L "zgięcie łokcia". W tym przypadku ramię akceptorowe, które wiąże aminokwas, znajduje się na jednym końcu cząsteczki, a antykodon na drugim.

Trzeciorzędowa struktura tRNA (wg A.S. Spirin)

Struktura rRNA i rybosomów . Rybosomalne RNA tworzą rusztowanie, do którego wiążą się specyficzne białka, tworząc rybosomy. Rybosomy to organelle nukleoproteinowe, które zapewniają syntezę białek z mRNA. Liczba rybosomów w komórce jest bardzo duża: od 104 u prokariontów do 106 u eukariontów. Rybosomy zlokalizowane są głównie w cytoplazmie, u eukariontów, ponadto w jąderku, w macierzy mitochondriów oraz w zrębie chloroplastów. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek: dużej i małej. Pod względem wielkości i masy cząsteczkowej wszystkie badane rybosomy są podzielone na 3 grupy - rybosomy prokariotów 70S (współczynnik sedymentacji S), składające się z małych podcząstek 30S i dużych 50S; Rybosomy eukariotyczne 80S, składające się z 40S małych i 60S dużych podjednostek.

Mała podcząsteczka Rybosom 80S składa się z jednej cząsteczki rRNA (18S) i 33 cząsteczek różnych białek. Duża podcząsteczka tworzą trzy cząsteczki rRNA (5S, 5,8S i 28S) i około 50 białek.

Drugorzędowa struktura rRNA powstaje z powodu krótkich dwuniciowych odcinków cząsteczki - spinek do włosów (około 2/3 rRNA), 1/3 - jest reprezentowana sekcje jednoniciowe bogaty w nukleotydy purynowe.

Kwasy nukleinowe to wysokocząsteczkowe substancje składające się z mononukleotydów, które są połączone ze sobą w łańcuch polimerowy za pomocą wiązań 3”,5”-fosfodiestrowych i upakowane w komórki w określony sposób.

Kwasy nukleinowe to biopolimery dwóch odmian: kwasu rybonukleinowego (RNA) i kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Każdy biopolimer składa się z nukleotydów różniących się resztą węglowodanową (ryboza, dezoksyryboza) i jedną z zasad azotowych (uracyl, tymina). W związku z tym kwasy nukleinowe otrzymały swoją nazwę.

Struktura kwasu rybonukleinowego

Pierwotna struktura RNA

cząsteczka RNA są liniowymi (tj. nierozgałęzionymi) polinukleotydami o podobnej zasadzie organizacji do DNA. Monomery RNA to nukleotydy składające się z kwasu fosforowego, węglowodanu (rybozy) i zasady azotowej połączonej wiązaniami fosfodiestrowymi 3", 5". Łańcuchy polinukleotydowe cząsteczki RNA są polarne, tj. mają rozróżnialne końce 5' i 3". Jednocześnie, w przeciwieństwie do DNA, RNA jest cząsteczką jednoniciową. Powodem tej różnicy są trzy cechy struktury pierwszorzędowej:

1. RNA, w przeciwieństwie do DNA, zawiera rybozę zamiast dezoksyrybozy, która ma dodatkową grupę hydroksylową. Grupa hydroksylowa sprawia, że ​​dwuniciowa struktura jest mniej zwarta
2. Wśród czterech głównych lub głównych zasad azotowych (A, G, C i U) zamiast tyminy zawarty jest uracyl, który różni się od tyminy tylko brakiem grupy metylowej w piątej pozycji. Z tego powodu zmniejsza się siła oddziaływania hydrofobowego w komplementarnej parze A-U, co również zmniejsza prawdopodobieństwo powstania stabilnych dwuniciowych cząsteczek.
3. Wreszcie RNA (zwłaszcza tRNA) ma wysoką zawartość tzw. drugorzędne zasady i nukleozydy. Wśród nich są dihydrourydyna (nie ma pojedynczego wiązania podwójnego w uracylu), pseudourydyna (uracyl wiąże się z rybozą inaczej niż zwykle), dimetyloadenina i dimetyloguanina (dwie dodatkowe grupy metylowe w zasadach azotowych) i wiele innych. Prawie wszystkie te bazy nie mogą uczestniczyć w komplementarnych interakcjach. Tak więc grupy metylowe w dimetyloadeninie (w przeciwieństwie do tyminy i 5-metylocytozyny) znajdują się przy atomie, który tworzy wiązanie wodorowe w parze A-U; dlatego teraz tego połączenia nie można zamknąć. Zapobiega to również tworzeniu się cząsteczek dwuniciowych.

Tak więc dobrze znane różnice w składzie RNA z DNA mają ogromne znaczenie biologiczne: w końcu cząsteczki RNA mogą pełnić swoją funkcję tylko w stanie jednoniciowym, co jest najbardziej oczywiste dla mRNA: trudno sobie wyobrazić, jak dwuniciowa cząsteczka może ulegać translacji na rybosomach.

Jednocześnie, pozostając pojedynczym, w niektórych obszarach łańcuch RNA może tworzyć pętle, występy lub „szpilki do włosów”, o strukturze dwuniciowej (ryc. 1.). Struktura ta jest stabilizowana przez oddziaływanie zasad w parach A::U i G:::C. Jednak mogą również powstawać „nieprawidłowe” pary (na przykład GU), aw niektórych miejscach występują „szpilki do włosów” i w ogóle nie dochodzi do interakcji. Takie pętle mogą zawierać (zwłaszcza w tRNA i rRNA) do 50% wszystkich nukleotydów. Całkowita zawartość nukleotydów w RNA waha się od 75 jednostek do wielu tysięcy. Ale nawet największe RNA są o kilka rzędów wielkości krótsze niż chromosomalne DNA.

Pierwotna struktura mRNA została skopiowana z regionu DNA zawierającego informacje o pierwszorzędowej strukturze łańcucha polipeptydowego. Pierwotna struktura pozostałych typów RNA (tRNA, rRNA, rzadkie RNA) jest ostateczną kopią programu genetycznego odpowiednich genów DNA.

Struktury drugorzędowe i trzeciorzędowe RNA

Kwasy rybonukleinowe (RNA) są cząsteczkami jednoniciowymi, dlatego w przeciwieństwie do DNA ich struktury drugorzędowe i trzeciorzędowe są nieregularne. Struktury te, określane jako konformacja przestrzenna łańcucha polinukleotydowego, są tworzone głównie przez wiązania wodorowe i oddziaływania hydrofobowe między zasadami azotowymi. Jeśli stabilna helisa jest charakterystyczna dla natywnej cząsteczki DNA, to struktura RNA jest bardziej zróżnicowana i niestabilna. Analiza dyfrakcji rentgenowskiej wykazała, że ​​poszczególne odcinki łańcucha polinukleotydowego RNA, pochylając się, nawijają się na siebie, tworząc struktury wewnątrzśrubowe. Stabilizację struktur uzyskuje się poprzez komplementarne pary zasad azotowych antyrównoległych odcinków łańcucha; konkretne pary to A-U, G-C i rzadziej G-U. Z tego powodu w cząsteczce RNA pojawiają się zarówno krótkie, jak i wydłużone, zwinięte odcinki należące do tego samego łańcucha; obszary te nazywane są spinkami do włosów. Model struktury drugorzędowej RNA z elementami spinki do włosów został opracowany na przełomie lat 50. i 60. XX wieku. XX wiek w laboratoriach A. S. Spirin (Rosja) i P. Doty (USA).

Niektóre rodzaje RNA
Rodzaje RNA	Rozmiar w nukleotydach	Funkcjonować
gRNA - genomowy RNA	10000-100000
mRNA - informacyjny (macierzowy) RNA	100-100000	przekazuje informacje o budowie białka z cząsteczki DNA
tRNA - transfer RNA	70-90	transportuje aminokwasy do miejsca syntezy białek
rRNA - rybosomalny RNA	kilka dyskretnych klas od 100 do 500 000	zawarty w rybosomach uczestniczy w utrzymaniu struktury rybosomu
sn-RNA - mały jądrowy RNA	100	usuwa introny i enzymatycznie łączy eksony w mRNA
sno-RNA - mały jąderkowy RNA		zaangażowany w kierowanie lub przeprowadzanie modyfikacji zasad w rRNA i małych jądrowych RNA, takich jak np. metylacja i pseudourydynyzacja. Większość małych jąderkowych RNA znajduje się w intronach innych genów.
srp-RNA - rozpoznawanie sygnału RNA		rozpoznaje sekwencję sygnałową białek przeznaczonych do ekspresji i uczestniczy w ich przenoszeniu przez błonę cytoplazmatyczną
mi-RNA - mikro-RNA	22	kontrolować translację genów strukturalnych poprzez komplementarne wiązanie z końcami 3' nieulegających translacji regionów mRNA

Powstawaniu struktur helikalnych towarzyszy efekt hipochromiczny – spadek gęstości optycznej próbek RNA przy długości fali 260 nm. Zniszczenie tych struktur następuje, gdy siła jonowa roztworu RNA spada lub gdy jest podgrzewany do 60-70 °C; nazywa się to również topnieniem i tłumaczy się to przejściem strukturalnym helisy - zwojem chaotycznym, któremu towarzyszy wzrost gęstości optycznej roztworu kwasu nukleinowego.

W komórkach występuje kilka rodzajów RNA:

1. informacja (lub matryca) RNA (mRNA lub mRNA) i jego poprzednik - heterogeniczny jądrowy RNA (g-n-RNA)
2. transferowe RNA (t-RNA) i jego prekursor
3. rybosom (r-RNA) i jego poprzednik
4. małe jądrowe RNA (sn-RNA)
5. małe jąderkowe RNA (sno-RNA)
6. rozpoznawanie sygnału RNA (srp-RNA)
7. miRNA (mi-RNA)
8. mitochondrialny RNA (t+ RNA).

Heterogeniczne jądrowe i informacyjne (macierzowe) RNA

Heterogeniczny jądrowy RNA jest unikalny dla eukariontów. Jest prekursorem informacyjnego RNA (i-RNA), który przenosi informację genetyczną z jądrowego DNA do cytoplazmy. Heterogeniczny jądrowy RNA (pre-mRNA) został odkryty przez sowieckiego biochemika GP Georgiewa. Liczba typów g-RNA jest równa liczbie genów, ponieważ służy jako bezpośrednia kopia sekwencji kodujących genomu, dzięki czemu ma kopie palindromów DNA, dlatego jego struktura drugorzędowa zawiera spinki do włosów i odcinki liniowe . Enzym polimeraza RNA II odgrywa kluczową rolę w transkrypcji RNA z DNA.

Komunikator RNA powstaje w wyniku przetwarzania (dojrzewania) rn-RNA, podczas którego odcina się spinki do włosów, wycinane są regiony niekodujące (introny) i sklejane są kodujące egzony.

Komunikator RNA (i-RNA) jest kopią pewnego odcinka DNA i działa jako nośnik informacji genetycznej z DNA do miejsca syntezy białka (rybosom) i jest bezpośrednio zaangażowany w składanie jego cząsteczek.

Dojrzały informacyjny RNA ma kilka regionów o różnych rolach funkcjonalnych (ryc.)

• na końcu 5" znajduje się tak zwany "czap" lub czapka - odcinek od jednego do czterech zmodyfikowanych nukleotydów. Struktura ta chroni koniec 5" mRNA przed endonukleazami
• za „czapką” znajduje się nieulegający translacji region 5” - sekwencja kilkudziesięciu nukleotydów. Jest komplementarna do jednego z odcinków r-RNA, który jest częścią małej podjednostki rybosomu. Dzięki temu służy do pierwotnego wiązania m-RNA z rybosomem, ale sam nie nadawany
• kodon inicjujący - AUG kodujący metioninę. Wszystkie mRNA mają ten sam kodon start. Od tego zaczyna się translacja (odczyt) mRNA. Jeśli metionina nie jest potrzebna po syntezie łańcucha peptydowego, to z reguły jest odcinana od N-końca.
• Po kodonie start następuje część kodująca, która zawiera informacje o sekwencji aminokwasów w białku. U eukariontów dojrzałe mRNA są monocistronowe; każdy z nich niesie informacje o budowie tylko jednego łańcucha polipeptydowego.

  Inną rzeczą jest to, że czasami łańcuch peptydowy krótko po utworzeniu na rybosomie jest cięty na kilka mniejszych łańcuchów. Dzieje się tak np. przy syntezie insuliny i szeregu hormonów oligopeptydowych.

  Kodująca część dojrzałego eukariotycznego mRNA jest pozbawiona intronów - jakichkolwiek interkalowanych niekodujących sekwencji. Innymi słowy, istnieje ciągła sekwencja kodonów sensu, które muszą być odczytywane w kierunku 5" -> 3".

• Na końcu tej sekwencji znajduje się kodon terminacyjny - jeden z trzech „bezsensownych” kodonów: UAA, UAG lub UGA (patrz tabela kodu genetycznego poniżej).
• Po tym kodonie może następować inny nieulegający translacji region 3', który jest znacznie dłuższy niż nieulegający translacji region 5'.
• Wreszcie, prawie wszystkie dojrzałe eukariotyczne mRNA (z wyjątkiem mRNA histonów) zawierają na końcu 3' fragment poli(A) złożony z 150-200 nukleotydów adenylowych.

Region 3'-nieulegający translacji i fragment poli(A) są związane z regulacją długości życia mRNA, ponieważ niszczenie mRNA jest dokonywane przez 3'-egzonukleazy. Po zakończeniu translacji mRNA z fragmentu poli(A) odcina się 10–15 nukleotydów. Kiedy ten fragment zostanie wyczerpany, znaczna część mRNA zaczyna ulegać degradacji (jeśli brakuje nieulegającego translacji regionu 3').

Całkowita liczba nukleotydów w mRNA zwykle waha się w granicach kilku tysięcy. W takim przypadku część kodująca może czasami stanowić tylko 60-70% nukleotydów.

W komórkach cząsteczki mRNA są prawie zawsze związane z białkami. Te ostatnie prawdopodobnie stabilizują liniową strukturę mRNA, tj. zapobiegają tworzeniu się „szpilek do włosów” w części kodującej. Ponadto białka mogą chronić mRNA przed przedwczesną degradacją. Takie kompleksy mRNA z białkami są czasami nazywane informosomami.

Transfer RNA w cytoplazmie komórki przenosi aminokwasy w postaci aktywowanej do rybosomów, gdzie łączą się one w łańcuchy peptydowe w określonej sekwencji, która jest ustalana przez matrycę RNA (mRNA). Obecnie znane są dane dotyczące sekwencji nukleotydowej ponad 1700 typów tRNA z organizmów prokariotycznych i eukariotycznych. Wszystkie z nich mają wspólne cechy zarówno pod względem struktury pierwotnej, jak i sposobu składania łańcucha polinukleotydowego w strukturę drugorzędową dzięki komplementarnemu oddziaływaniu nukleotydów zawartych w ich strukturze.

Transfer RNA w swoim składzie zawiera nie więcej niż 100 nukleotydów, wśród których występuje duża zawartość drugorzędnych lub zmodyfikowanych nukleotydów. Pierwszym w pełni zdekodowanym transferowym RNA był alaninowy RNA wyizolowany z drożdży. Analiza wykazała, że ​​RNA alaniny składa się z 77 nukleotydów ułożonych w ściśle określonej sekwencji; należą do nich tzw. drugorzędne nukleotydy, reprezentowane przez nietypowe nukleozydy dihydrourydyna (dgU) i pseudourydyna (Ψ); inozyna (I): w porównaniu z adenozyną, grupa aminowa jest zastąpiona przez grupę ketonową; metyloinozyna (ml), metylo- i dimetyloguanozyna (mG i m2G); metylourydyna (mU): tak samo jak rybotymidyna. Alaninowe tRNA zawiera 9 niezwykłych zasad z jedną lub większą liczbą grup metylowych, które są do nich enzymatycznie przyłączone po utworzeniu wiązań fosfodiestrowych między nukleotydami. Te bazy nie są w stanie tworzyć zwykłych par; być może służą one zapobieganiu parowaniu zasad w niektórych częściach cząsteczki, a tym samym eksponują określone grupy chemiczne, które tworzą wtórne wiązania z informacyjnym RNA, rybosomem lub być może z enzymem niezbędnym do przyłączenia określonego aminokwasu do odpowiedniego transferowego RNA. Znana sekwencja nukleotydów w tRNA zasadniczo oznacza, że ​​znana jest również jej sekwencja w genach, na których syntetyzowane jest to tRNA. Sekwencję tę można wyprowadzić na podstawie określonych zasad parowania zasad ustanowionych przez Watsona i Cricka. W 1970 roku zsyntetyzowano kompletną dwuniciową cząsteczkę DNA z odpowiednią sekwencją 77 nukleotydów i okazało się, że może ona służyć jako matryca do konstrukcji RNA transferowego alaniny. Był to pierwszy sztucznie zsyntetyzowany gen.

transkrypcja tRNA

Transkrypcja cząsteczek tRNA zachodzi z sekwencji kodujących DNA przy udziale enzymu polimerazy III RNA. Podczas transkrypcji pierwotna struktura tRNA powstaje w postaci cząsteczki liniowej. Tworzenie rozpoczyna się od kompilacji sekwencji nukleotydowej przez polimerazę RNA zgodnie z genem zawierającym informacje o tym transferowym RNA. Ta sekwencja jest liniowym łańcuchem polinukleotydowym, w którym nukleotydy następują po sobie. Liniowy łańcuch polinukleotydowy to pierwotny RNA, prekursor tRNA, który obejmuje introny - nieinformacyjne nadmiary nukleotydów. Na tym poziomie organizacji pre-tRNA nie działa. Powstający w różnych miejscach DNA chromosomów pre-tRNA zawiera nadmiar około 40 nukleotydów w porównaniu z dojrzałym tRNA.

W drugim etapie nowo zsyntetyzowany prekursor tRNA podlega dojrzewaniu lub obróbce potranskrypcyjnej. Podczas przetwarzania nieinformacyjne nadmiary pre-RNA są usuwane i powstają dojrzałe, funkcjonalne cząsteczki RNA.

przetwarzanie pre-tRNA

Przetwarzanie rozpoczyna się od utworzenia wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych w transkrypcie, a cząsteczka tRNA przyjmuje postać koniczyny. Jest to drugorzędny poziom organizacji tRNA, na którym cząsteczka tRNA nie jest jeszcze funkcjonalna. Następnie regiony nieinformacyjne są wycinane z pre-RNA, regiony informacyjne „uszkodzonych genów” są łączone – splicing i modyfikacja 5'- i 3'-końcowych regionów RNA.

Wycięcie nieinformacyjnych regionów pre-RNA odbywa się za pomocą rybonukleaz (egzo- i endonukleaz). Po usunięciu nadmiaru nukleotydów następuje metylacja zasad tRNA. Reakcja jest prowadzona przez metylotransferazy. S-adenozylometionina działa jako donor grupy metylowej. Metylacja zapobiega niszczeniu tRNA przez nukleazy. W końcu dojrzałe tRNA powstaje poprzez przyłączenie specyficznego trio nukleotydów (koniec akceptorowy) – CCA, co jest realizowane przez specjalną polimerazę RNA.

Po zakończeniu przetwarzania w strukturze drugorzędowej ponownie tworzą się dodatkowe wiązania wodorowe, dzięki czemu tRNA przechodzi na trzeciorzędny poziom organizacji i przyjmuje postać tzw. formy L. W tej formie tRNA trafia do hialoplazmy.

struktura tRNA

Struktura transferowego RNA oparta jest na łańcuchu nukleotydów. Jednak ze względu na fakt, że dowolny łańcuch nukleotydów ma części naładowane dodatnio i ujemnie, nie może on znajdować się w komórce w stanie rozłożonym. Te naładowane części, przyciągane do siebie, łatwo tworzą ze sobą wiązania wodorowe zgodnie z zasadą komplementarności. Wiązania wodorowe dziwacznie skręcają nić tRNA i utrzymują ją w tej pozycji. W rezultacie struktura drugorzędowa t-RNA ma postać „liścia koniczyny” (ryc.), zawierającego w swojej strukturze 4 regiony dwuniciowe. Wysoka zawartość mniejszych lub zmodyfikowanych nukleotydów odnotowanych w łańcuchu tRNA i niezdolnych do komplementarnych oddziaływań tworzy 5 jednoniciowych regionów.

To. drugorzędowa struktura tRNA powstaje w wyniku wewnątrzniciowego parowania komplementarnych nukleotydów poszczególnych odcinków tRNA. Regiony tRNA nie biorące udziału w tworzeniu wiązań wodorowych między nukleotydami tworzą pętle lub połączenia liniowe. W tRNA wyróżnia się następujące regiony strukturalne:

1. Witryna akceptanta (koniec), składający się z czterech liniowo ułożonych nukleotydów, z których trzy mają taką samą sekwencję we wszystkich typach tRNA - CCA. Hydroksyl 3"-OH adenozyny jest wolny. Do niego przyłączany jest aminokwas z grupą karboksylową, stąd nazwa tego odcinka tRNA to akceptor. Aminokwas tRNA związany z grupą 3"-hydroksylową adenozyny dostarcza aminokwas do rybosomów, gdzie zachodzi synteza białek.
2. Pętla antykodonu, zwykle tworzony przez siedem nukleotydów. Zawiera trójkę nukleotydów specyficznych dla każdego tRNA, zwaną antykodonem. Antykodon tRNA paruje z kodonem mRNA zgodnie z zasadą komplementarności. Oddziaływanie kodon-antykodon określa kolejność, w jakiej aminokwasy są ułożone w łańcuchu polipeptydowym podczas jego składania w rybosomach.
3. Pseudourydylowa pętla (lub pętla TΨC), składający się z siedmiu nukleotydów i koniecznie zawierający resztę kwasu pseudourydylowego. Zakłada się, że pętla pseudourydylowa bierze udział w wiązaniu tRNA do rybosomu.
4. Dihydrourydyna lub D-loop, zwykle składający się z 8-12 reszt nukleotydowych, wśród których koniecznie jest kilka reszt dihydrourydynowych. Uważa się, że pętla D jest niezbędna do wiązania się z syntetazą aminoacylo-tRNA, która bierze udział w rozpoznawaniu jego tRNA przez aminokwas (patrz „Biosynteza białka”),
5. Dodatkowa pętla, który różni się wielkością i składem nukleotydów w różnych tRNA.

Trzeciorzędowa struktura tRNA nie ma już kształtu koniczyny. Ze względu na tworzenie się wiązań wodorowych pomiędzy nukleotydami z różnych części „liścia koniczyny”, jego płatki owijają się wokół korpusu cząsteczki i dodatkowo utrzymywane są w tej pozycji przez wiązania van der Waalsa, przypominające kształtem literę G lub L Obecność stabilnej struktury trzeciorzędowej jest kolejną cechą t-RNA, w przeciwieństwie do długich liniowych polinukleotydów mRNA. Możesz dokładnie zrozumieć, w jaki sposób różne części struktury drugorzędowej t-RNA są wyginane podczas tworzenia struktury trzeciorzędowej, porównując kolory schematu struktury drugorzędowej i trzeciorzędowej t-RNA.

Transferowe RNA (tRNA) przenoszą aminokwasy z cytoplazmy do rybosomów podczas syntezy białek. Z tabeli z kodem genetycznym widać, że każdy aminokwas jest kodowany przez kilka sekwencji nukleotydowych, dlatego każdy aminokwas ma swój własny transferowy RNA. W rezultacie istnieje wiele różnych tRNA, od jednego do sześciu gatunków na każdy z 20 aminokwasów. Rodzaje tRNA, które mogą wiązać ten sam aminokwas, nazywane są izoakceptorami (na przykład alanina może być przyłączona do tRNA, którego antykodon będzie komplementarny do kodonów GCU, GCC, GCA, GCG). Swoistość tRNA wskazuje indeks górny, na przykład: tRNA Ala.

W procesie syntezy białek głównymi funkcjonalnymi częściami t-RNA są: antykodon - sekwencja nukleotydów zlokalizowana na pętli antykodonowej, komplementarna do kodonu informacyjnego RNA (i-RNA) oraz część akceptorowa - koniec t -RNA przeciwstawne do antykodonu, do którego przyłączony jest aminokwas. Sekwencja zasad w antykodonie zależy bezpośrednio od rodzaju aminokwasu dołączonego do końca 3". Na przykład tRNA, którego antykodon ma sekwencję 5"-CCA-3", może przenosić tylko aminokwas tryptofan. Należy zauważyć, że ta zależność leży u podstaw przekazywania informacji genetycznej, której nośnikiem jest t-RNA.

W procesie syntezy białek antykodon tRNA rozpoznaje trzyliterową sekwencję kodu genetycznego (kodonu) i-RNA, dopasowując ją do jedynego odpowiadającego aminokwasu związanego z drugim końcem tRNA. Tylko jeśli antykodon jest komplementarny do regionu mRNA, przenoszący RNA może do niego dołączyć i przekazać przeniesiony aminokwas w celu utworzenia łańcucha białkowego. Interakcja między t-RNA i i-RNA zachodzi w rybosomie, który jest również aktywnym uczestnikiem translacji.

Rozpoznanie tRNA jego aminokwasu i kodonu i-RNA odbywa się w określony sposób:

• Wiązanie „własnego” aminokwasu z tRNA następuje za pomocą enzymu – swoistej syntetazy aminoacylo-tRNA

  Istnieje wiele różnych syntetaz aminoacylo-tRNA, w zależności od liczby tRNA użytych przez aminokwasy. Nazywają się w skrócie ARSases. Syntetazy aminoacylo-tRNA to duże cząsteczki (masa cząsteczkowa 100 000 - 240 000) o strukturze czwartorzędowej. Specyficznie rozpoznają tRNA i aminokwasy oraz katalizują ich połączenie. Proces ten wymaga ATP, którego energia jest wykorzystywana do aktywacji aminokwasu z końca karboksylowego i przyłączenia go do hydroksylu (3”-OH) końca akceptora adenozyny (CCA) tRNA. Uważa się, że w cząsteczce z każdej syntetazy aminoacylo-tRNA znajdują się centra wiążące co najmniej trzy centra wiążące: dla aminokwasów, izoakceptorowe tRNA i ATP. W centrach wiążących powstaje wiązanie kowalencyjne, gdy pasuje aminokwas tRNA i takie wiązanie ulega hydrolizie w przypadku ich niedopasowania (przyłączenia się do tRNA „niewłaściwego” aminokwasu).

  ARSazy mają zdolność do selektywnego wykorzystywania asortymentu tRNA dla każdego aminokwasu po rozpoznaniu, tj. wiodącym ogniwem w rozpoznawaniu jest aminokwas, do którego jest dostosowywane jego własne tRNA. Ponadto tRNA, poprzez prostą dyfuzję, przenosi dołączony do niego aminokwas do rybosomów, gdzie białko składa się z aminokwasów dostarczonych w postaci różnych aminoacylo-tRNA.

  

  Wiązanie aminokwasu z tRNA

  Wiązanie tRNA i aminokwasu zachodzi w następujący sposób (rys.): aminokwas i cząsteczka ATP są przyłączone do syntetazy aminoacylo-tRNA. W celu późniejszej aminoacetylacji cząsteczka ATP uwalnia energię poprzez odszczepienie dwóch grup fosforanowych. Pozostały AMP (monofosforan adenozyny) przyłącza się do aminokwasu, przygotowując go do połączenia z akceptorowym miejscem tRNA - akceptorową spinką do włosów. Następnie syntetaza przyłącza pokrewny tRNA do odpowiedniego aminokwasu. Na tym etapie sprawdzana jest zgodność tRNA z syntetazą. W przypadku dopasowania tRNA ściśle łączy się z syntetazą, zmieniając jej strukturę, co prowadzi do uruchomienia procesu aminoacylacji – przyłączenia aminokwasu do tRNA.

  Aminoacylacja występuje, gdy cząsteczka AMP przyłączona do aminokwasu zostaje zastąpiona cząsteczką tRNA. Po tym zastąpieniu AMP opuszcza syntetazę, a tRNA jest zatrzymywane do ostatniej kontroli aminokwasów.

  Sprawdzanie zgodności tRNA z dołączonym aminokwasem

  Model syntetazy do sprawdzania korespondencji tRNA z dołączonym aminokwasem zakłada obecność dwóch centrów aktywnych: syntetycznego i korekcyjnego. W centrum syntetycznym tRNA jest przyłączone do aminokwasu. Miejsce akceptorowe tRNA wychwycone przez syntetazę najpierw styka się z centrum syntetycznym, które zawiera już aminokwas związany z AMP. Ten kontakt z miejscem akceptora tRNA nadaje mu nienaturalny skręt aż do przyłączenia aminokwasu. Po przyłączeniu aminokwasu do miejsca akceptorowego tRNA, potrzeba, aby to miejsce znajdowało się w centrum syntetycznym, znika, tRNA prostuje się i przenosi dołączony do niego aminokwas do centrum korekcji. Jeśli rozmiar cząsteczki aminokwasu przyłączonej do tRNA i rozmiar centrum korekcji nie zgadzają się, aminokwas jest rozpoznawany jako nieprawidłowy i odłączony od tRNA. Syntetaza jest gotowa do następnego cyklu. Kiedy rozmiar cząsteczki aminokwasu przyłączonej do tRNA i rozmiar centrum korekcji są zgodne, tRNA naładowane aminokwasem jest uwalniane: jest gotowe do odegrania swojej roli w translacji białek. A syntetaza jest gotowa do przyłączenia nowych aminokwasów i tRNA i ponownego rozpoczęcia cyklu.

  Połączenie niewłaściwego aminokwasu z syntetazą występuje średnio w 1 przypadku na 50 tys., a z błędnym tRNA tylko raz na 100 tys. przyłączeń.

• Oddziaływanie kodonu mRNA i antykodonu tRNA zachodzi zgodnie z zasadą komplementarności i antyrównoległości

  Oddziaływanie tRNA z kodonem mRNA zgodnie z zasadą komplementarności i antyrównoległości oznacza: skoro znaczenie kodonu mRNA jest odczytywane w kierunku 5 „->3”, to antykodon w tRNA należy czytać w kierunku 3” -> 5". W tym przypadku pierwsze dwie zasady kodonu i antykodonu są sparowane ściśle komplementarne, to znaczy tworzą się tylko pary A U i G C. Sparowanie trzecich zasad może odbiegać od tej zasady. Prawidłowe pary są określone przez schemat:

  Ze schematu wynika co następuje.

  • Cząsteczka tRNA wiąże się tylko z kodonem typu 1, jeśli trzecim nukleotydem w jego antykodonie jest C lub A
  • tRNA wiąże się z 2 rodzajami kodonów, jeśli antykodon kończy się na U lub G.
  • I wreszcie, tRNA wiąże się z 3 rodzajami kodonów, jeśli antykodon kończy się na I (nukleotyd inozynowy); taka sytuacja, w szczególności w tRNA alaniny.

    Z tego z kolei wynika, że ​​rozpoznanie 61 kodonów sensownych wymaga w zasadzie nie tych samych, ale mniejszej liczby różnych tRNA.

  Rybosomalny RNA

  

  Rybosomalne RNA są podstawą do tworzenia podjednostek rybosomów. Rybosomy zapewniają przestrzenny układ mRNA i tRNA podczas syntezy białek.

  Każdy rybosom składa się z dużej i małej podjednostki. Podjednostki obejmują dużą liczbę białek i rybosomalnych RNA, które nie podlegają translacji. Rybosomy, podobnie jak rybosomalny RNA, różnią się współczynnikiem sedymentacji (sedymentacji), mierzonym w jednostkach Svedberga (S). Współczynnik ten zależy od szybkości sedymentacji podjednostek podczas wirowania w nasyconym środowisku wodnym.

  Każdy eukariotyczny rybosom ma współczynnik sedymentacji 80S i jest powszechnie określany jako cząstka 80S. Obejmuje

  • mała podjednostka (40S) zawierająca rybosomalne RNA o współczynniku sedymentacji 18S rRNA i 30 cząsteczek różnych białek,
  • duża podjednostka (60S), w skład której wchodzą 3 różne cząsteczki rRNA (jedna długa i dwie krótkie – 5S, 5,8S i 28S), a także 45 cząsteczek białka.

    Podjednostki tworzą „szkielet” rybosomu, każdy otoczony własnymi białkami. Współczynnik sedymentacji pełnego rybosomu nie pokrywa się z sumą współczynników jego dwóch podjednostek, co jest związane z przestrzenną konfiguracją cząsteczki.

  Struktura rybosomów u prokariontów i eukariontów jest w przybliżeniu taka sama. Różnią się tylko masą cząsteczkową. Rybosom bakteryjny ma współczynnik sedymentacji 70S i jest oznaczony jako cząstka 70S, co wskazuje na mniejszą szybkość sedymentacji; zawiera

  • mała (30S) podjednostka - 16S rRNA + białka
  • duża podjednostka (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + białka dużej podjednostki (ryc.)

  W rRNA, wśród zasad azotowych, zawartość guaniny i cytozyny jest wyższa niż zwykle. Znajdują się również mniejsze nukleozydy, ale nie tak często jak w tRNA: około 1%. Są to głównie nukleozydy metylowane rybozą. Drugorzędowa struktura rRNA ma wiele dwuniciowych regionów i pętli (ryc.). Taka jest struktura cząsteczek RNA powstających w dwóch następujących po sobie procesach - transkrypcji DNA i dojrzewaniu (przetwarzaniu) RNA.

  Transkrypcja rRNA z DNA i przetwarzanie rRNA

  Pre-rRNA jest produkowany w jąderku, gdzie znajdują się transkrypcje rRNA. Transkrypcja rRNA z DNA zachodzi za pomocą dwóch dodatkowych polimeraz RNA. Polimeraza RNA I dokonuje transkrypcji 5S, 5.8S i 28S jako jednego długiego transkryptu 45S, który jest następnie dzielony na wymagane części. Zapewnia to równą liczbę cząsteczek. W organizmie człowieka każdy genom haploidalny zawiera około 250 kopii sekwencji DNA kodującej transkrypt 45S. Znajdują się one w pięciu skupionych powtórzeniach tandemowych (tj. w parach jeden za drugim) na krótkich ramionach chromosomów 13, 14, 15, 21 i 22. Regiony te są znane jako organizatorzy jąder, ponieważ ich transkrypcja i późniejsze przetwarzanie transkrypt 45S występuje wewnątrz jąderka.

  Istnieje 2000 kopii genu 5S-pRNA w co najmniej trzech klastrach chromosomu 1. Ich transkrypcja przebiega w obecności polimerazy RNA III poza jąderkiem.

  Podczas przetwarzania pozostaje nieco ponad połowa pre-rRNA, a dojrzałe rRNA zostaje uwolnione. Część nukleotydów rRNA ulega modyfikacji, która polega na metylacji zasady. Reakcja jest prowadzona przez metylotransferazy. S-adenozylometionina działa jako donor grupy metylowej. Dojrzałe rRNA łączą się w jądrze z białkami rybosomów, które pochodzą tu z cytoplazmy i tworzą małe i duże podjednostki rybosomów. Dojrzałe rRNA transportowane są z jądra komórkowego do cytoplazmy w kompleksie z białkiem, co dodatkowo chroni je przed zniszczeniem i ułatwia ich transfer.

  Centra rybosomów

  Rybosomy znacznie różnią się od innych organelli komórkowych. W cytoplazmie występują w dwóch stanach: nieaktywnym, gdy duża i mała podjednostka są od siebie oddzielone, oraz aktywnym - podczas pełnienia swojej funkcji - syntezie białek, gdy podjednostki są ze sobą połączone.

  Proces łączenia podjednostek rybosomu lub składania aktywnego rybosomu nazywany jest inicjacją translacji. To połączenie odbywa się w ściśle uporządkowany sposób, co zapewniają centra funkcjonalne rybosomów. Wszystkie te ośrodki znajdują się na powierzchniach styku obu podjednostek rybosomu. Obejmują one:

  1. Centrum wiązania mRNA (centrum M). Jest tworzony przez region 18S rRNA, który jest komplementarny dla 5-9 nukleotydów do nieulegającego translacji fragmentu 5' mRNA.
  2. Centrum peptydylowe (centrum P). Na początku procesu translacji wiąże się z nim inicjujący aa-tRNA. U eukariontów kodon inicjujący wszystkich mRNA zawsze koduje metioninę, więc inicjujący aa-tRNA jest jednym z dwóch metioninowych aa-tRNA, oznaczonych dolnym indeksem i: Met-tRNA i Met . Na kolejnych etapach translacji peptydyl-tRNA zawierający już zsyntetyzowany fragment łańcucha peptydowego znajduje się w centrum P.

     Czasami mówią również o centrum E (od „wyjścia” - wyjścia), gdzie tRNA, które utraciło połączenie z peptydylem, porusza się przed opuszczeniem rybosomu. Centrum to można jednak uznać za integralną część P-centrum.

  3. Centrum aminokwasowe (A-center) - miejsce wiązania kolejnego aa-tRNA.
  4. Centrum peptydylotransferazy (centrum PTF) - katalizuje przeniesienie peptydylu z kompozycji peptydylo-tRNA do następnego aa-tRNA, który wszedł do centrum A. W tym przypadku tworzy się kolejne wiązanie peptydowe, a peptydyl zostaje przedłużony o jeden aminokwas.

  Zarówno w centrum aminokwasowym, jak i centrum peptydylowym, pętla antykodonowa odpowiedniego tRNA (aa-tRNA lub peptydyl-tRNA) jest oczywiście skierowana w stronę centrum M - centrum wiążącego informacyjnego RNA (oddziałującego z mRNA) i akceptora pętla z centrum aminoacylowym lub peptydylowym PTF.

  Podział centrów pomiędzy podjednostki

  Rozkład centrów między podjednostkami rybosomu wygląda następująco:

  • Mała podjednostka. Ponieważ to ta podjednostka zawiera 18S-rRNA, z miejscem, w którym wiąże się mRNA, centrum M znajduje się na tej podjednostce. Ponadto znajduje się tutaj również główna część A-center i niewielka część P-center.
  • Duża podjednostka. Pozostałe części centrów P i A znajdują się na jego powierzchni styku. W przypadku centrum P jest to jego główna część, aw przypadku centrum A miejsce wiązania pętli akceptorowej aa-tRNA z rodnikiem aminokwasowym (aminoacyl); reszta i większość aa-tRNA wiąże się z małą podjednostką. Centrum PTF również należy do dużej pododdziału.
  Wszystkie te okoliczności determinują kolejność składania rybosomu na etapie inicjacji translacji.

  Inicjacja rybosomu (przygotowanie rybosomu do syntezy białek)

  Synteza białek, czyli sama translacja, zwykle dzieli się na trzy fazy: inicjację (początek), elongację (wydłużenie łańcucha polipeptydowego) i zakończenie (koniec). W fazie inicjacji rybosom jest przygotowywany do pracy: połączenie jego podjednostek. W rybosomach bakteryjnych i eukariotycznych połączenie podjednostek i początek translacji przebiegają na różne sposoby.

  Rozpoczęcie transmisji to najwolniejszy proces. Oprócz podjednostek rybosomu biorą w nim udział mRNA i tRNA, GTP oraz trzy czynniki inicjacji białek (IF-1, IF-2 i IF-3), które nie są integralnymi składnikami rybosomu. Czynniki inicjacji ułatwiają wiązanie mRNA z małą podjednostką i GTP. GTP poprzez hydrolizę dostarcza energię do zamykania podjednostek rybosomów.

  

  1. Inicjacja rozpoczyna się, gdy mała podjednostka (40S) wiąże się z czynnikiem inicjacji IF-3, co powoduje przeszkodę w przedwczesnym wiązaniu dużej podjednostki i możliwości przyłączenia się do niej mRNA.
  2. Ponadto mRNA (z jego nieulegającym translacji regionem 5') łączy się z kompleksem „mała podjednostka (40S) + IF-3". W tym przypadku kodon inicjujący (AUG) znajduje się na poziomie centrum peptydylowego przyszłego rybosomu .
  3. Co więcej, do kompleksu „mała podjednostka + IF-3 + mRNA” dołączają jeszcze dwa czynniki: IF-1 i IF-2, przy czym ten ostatni niesie ze sobą specjalny transferowy RNA, zwany inicjującym aa-tRNA. W skład kompleksu wchodzi również GTP.

     Mała podjednostka wiąże się z mRNA i prezentuje do odczytu dwa kodony. W pierwszym etapie białko IF-2 zakotwicza inicjator aa-tRNA. Drugi kodon zamyka białko IF-1, co blokuje je i nie pozwala na łączenie się następnego tRNA, dopóki rybosom nie zostanie w pełni złożony.

  4. Po związaniu inicjującego aa-tRNA, tj. Met-tRNA i Met, w wyniku komplementarnej interakcji z mRNA (kodon inicjujący AUG) i ustawieniu go w jego miejscu w centrum P następuje wiązanie podjednostek rybosomów. GTP jest hydrolizowany do GDP i nieorganicznego fosforanu, a energia uwalniana, gdy to wysokoenergetyczne wiązanie zostaje zerwane, tworzy bodziec termodynamiczny, aby proces przebiegał we właściwym kierunku. Jednocześnie czynniki inicjujące opuszczają rybosom.

  W ten sposób powstaje rodzaj „kanapki” czterech głównych składników. Jednocześnie kodon inicjujący mRNA (AUG) i związany z nim inicjujący aa-tRNA znajdują się w centrum P złożonego rybosomu. Ten ostatni, w tworzeniu pierwszego wiązania peptydowego, pełni rolę peptydylo-tRNA.

  

  Transkrypty RNA syntetyzowane przez polimerazę RNA zwykle ulegają dalszym przemianom enzymatycznym, zwanym przetwarzaniem potranskrypcyjnym, a dopiero po tym nabierają aktywności funkcjonalnej. Transkrypcje niedojrzałego informacyjnego RNA nazywane są heterogenicznym jądrowym RNA (hnRNA). Składają się z mieszaniny bardzo długich cząsteczek RNA zawierających introny i eksony. Dojrzewanie (przetwarzanie) hnRNA u eukariontów obejmuje kilka etapów, z których jednym jest usuwanie intronów – nieulegających translacji sekwencji insercji i fuzja eksonów. Proces przebiega w taki sposób, że kolejne egzony, czyli kodujące fragmenty mRNA, nigdy fizycznie się nie rozdzielają. Egzony są bardzo precyzyjnie połączone ze sobą przez cząsteczki zwane małymi jądrowymi RNA (snRNA). Funkcja tych krótkich jądrowych RNA, składających się z około stu nukleotydów, przez długi czas pozostawała niejasna. Ustalono po odkryciu, że ich sekwencja nukleotydowa jest komplementarna do sekwencji na końcach każdego z intronów. W wyniku parowania zasad zawartych w snRNA i na końcach zapętlonego intronu sekwencje dwóch egzonów zbliżają się do siebie w taki sposób, że możliwe staje się usunięcie rozdzielającego je intronu i enzymatyczne połączenie (splicing) fragmentów kodujących (egzony). Tak więc cząsteczki snRNA pełnią rolę tymczasowych szablonów, które utrzymują końce dwóch eksonów blisko siebie, aby splicing zaszedł we właściwym miejscu (ryc.).

  Przekształcenie hnRNA w mRNA poprzez usunięcie intronów zachodzi w jądrowym kompleksie RNA-białko zwanym splicesomem. Każdy spliceom ma jądro składające się z trzech małych (o małej masie cząsteczkowej) jądrowych rybonukleoprotein lub snurpów. Każdy snurp zawiera co najmniej jeden mały jądrowy RNA i kilka białek. Istnieje kilkaset różnych małych jądrowych RNA podlegających transkrypcji głównie przez polimerazę RNA II. Uważa się, że ich główną funkcją jest rozpoznawanie określonych sekwencji rybonukleinowych poprzez parowanie zasad zgodnie z typem RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 i U5 są najważniejsze dla przetwarzania hnRNA.

  mitochondrialny RNA

  Mitochondrialny DNA jest ciągłą pętlą i koduje 13 polipeptydów, 22 tRNA i 2 rRNA (16S i 23S). Większość genów znajduje się w tym samym (ciężkim) łańcuchu, ale niektóre z nich znajdują się również w komplementarnym łańcuchu lekkim. W tym przypadku oba łańcuchy są transkrybowane jako ciągłe transkrypty przy użyciu polimerazy RNA specyficznej dla mitochondriów. Enzym ten jest kodowany przez gen jądrowy. Cząsteczki długiego RNA są następnie cięte na 37 oddzielnych gatunków, a mRNA, rRNA i tRNA razem tłumaczą 13 mRNA. Duża liczba dodatkowych białek, które dostają się do mitochondriów z cytoplazmy, podlega translacji z genów jądrowych. Pacjenci z toczniem rumieniowatym układowym mają przeciwciała przeciwko własnym białkom snurp. Ponadto uważa się, że pewien zestaw małych genów jądrowego RNA chromosomu 15q odgrywa ważną rolę w patogenezie zespołu Pradera-Williego (dziedzicznej kombinacji upośledzenia umysłowego, niskiego wzrostu, otyłości, niedociśnienia mięśniowego).

  
  

Interakcja i struktura IRNA, tRNA, RRNA - trzech głównych kwasów nukleinowych, jest uważana przez taką naukę, jak cytologia. Pomoże to dowiedzieć się, jaka jest rola transportu (tRNA) w komórkach. Ta bardzo mała, ale jednocześnie niezaprzeczalnie ważna cząsteczka bierze udział w procesie łączenia białek tworzących organizm.

Jaka jest struktura tRNA? Bardzo interesujące jest przyjrzenie się tej substancji „od środka”, poznanie jej biochemii i roli biologicznej. A także, w jaki sposób struktura tRNA i jego rola w syntezie białek są ze sobą powiązane?

Co to jest TRNA, jak jest zorganizowane?

Transportowy kwas rybonukleinowy bierze udział w budowie nowych białek. Prawie 10% wszystkich kwasów rybonukleinowych to transport. Aby wyjaśnić, z jakich pierwiastków chemicznych powstaje cząsteczka, opiszemy strukturę drugorzędowej struktury tRNA. Struktura drugorzędowa uwzględnia wszystkie główne wiązania chemiczne między pierwiastkami.

Składa się z łańcucha polinukleotydowego. Znajdujące się w nim zasady azotowe są połączone wiązaniami wodorowymi. Podobnie jak DNA, RNA ma 4 zasady azotowe: adeninę, cytozynę, guaninę i uracyl. W tych związkach adenina jest zawsze powiązana z uracylem, a guanina, jak zwykle, z cytozyną.

Dlaczego nukleotyd ma przedrostek rybo-? Po prostu, wszystkie liniowe polimery, które mają rybozę zamiast pentozy u podstawy nukleotydu, nazywane są rybonukleinami. Transferowy RNA jest jednym z 3 rodzajów właśnie takiego polimeru rybonukleinowego.

Struktura tRNA: biochemia

Przyjrzyjmy się najgłębszym warstwom struktury cząsteczki. Te nukleotydy mają 3 składniki:

1. Sacharoza, ryboza bierze udział we wszystkich typach RNA.
2. Kwas fosforowy.
3. azotowe i pirymidyny.

Zasady azotowe są połączone silnymi wiązaniami. Zwyczajowo zasady dzieli się na purynę i pirymidynę.

Puryny to adenina i guanina. Adenina odpowiada nukleotydowi adenylowemu dwóch połączonych ze sobą pierścieni. A guanina odpowiada temu samemu „jednopierścieniowemu” nukleotydowi guaninowemu.

Piramidyny to cytozyna i uracyl. Pirymidyny mają strukturę jednopierścieniową. W RNA nie ma tyminy, ponieważ jest ona zastępowana przez pierwiastek, taki jak uracyl. Ważne jest, aby to zrozumieć, zanim przyjrzymy się innym cechom strukturalnym tRNA.

Rodzaje RNA

Jak widać, struktury tRNA nie da się krótko opisać. Musisz zagłębić się w biochemię, aby zrozumieć cel cząsteczki i jej prawdziwą strukturę. Jakie inne nukleotydy rybosomalne są znane? Istnieją również kwasy nukleinowe matrycowe lub informacyjne i rybosomalne. W skrócie RNA i RNA. Wszystkie 3 cząsteczki ściśle ze sobą współpracują w komórce, dzięki czemu organizm otrzymuje prawidłowo ustrukturyzowane globulki białkowe.

Nie sposób wyobrazić sobie pracy jednego polimeru bez pomocy dwóch innych. Cechy strukturalne tRNA stają się bardziej zrozumiałe, gdy rozważa się je w połączeniu z funkcjami, które są bezpośrednio związane z pracą rybosomów.

Struktura RNA, tRNA, rRNA jest pod wieloma względami podobna. Wszystkie mają bazę rybozy. Jednak ich struktura i funkcje są inne.

Odkrycie kwasów nukleinowych

Szwajcar Johann Miescher znalazł makrocząsteczki w jądrze komórkowym w 1868 roku, nazwane później nukleinami. Nazwa „nukleiny” pochodzi od słowa (jądro) – jądro. Chociaż nieco później odkryto, że u jednokomórkowych stworzeń, które nie mają jądra, substancje te są również obecne. W połowie XX wieku za odkrycie syntezy kwasów nukleinowych przyznano Nagrodę Nobla.

w syntezie białek

Sama nazwa - transfer RNA - wskazuje na główną funkcję cząsteczki. Ten kwas nukleinowy „przynosi” ze sobą niezbędny aminokwas wymagany przez rybosomalny RNA do wytworzenia określonego białka.

Cząsteczka tRNA pełni kilka funkcji. Pierwsza to rozpoznanie kodonu IRNA, druga funkcja to dostarczanie elementów budulcowych – aminokwasów do syntezy białek. Kilku więcej ekspertów wyróżnia funkcję akceptora. To znaczy dodawanie aminokwasów zgodnie z zasadą kowalencyjną. Pomaga „przyłączyć” ten aminokwas do enzymu, takiego jak syntaza aminocyl-tRNA.

Jak struktura tRNA jest powiązana z jego funkcjami? Ten specjalny kwas rybonukleinowy jest zaprojektowany w taki sposób, że po jednej jego stronie znajdują się zasady azotowe, które zawsze są połączone parami. Są to znane nam elementy - A, U, C, G. Na antykodon składają się dokładnie 3 "litery" lub zasady azotowe - odwrotny zestaw elementów, które oddziałują z kodonem na zasadzie komplementarności.

Ta ważna cecha strukturalna tRNA zapewnia brak błędów w dekodowaniu matrycowego kwasu nukleinowego. W końcu to od dokładnej sekwencji aminokwasów zależy, czy białko, którego organizm w danym momencie potrzebuje, jest syntetyzowane prawidłowo.

Cechy konstrukcyjne

Jakie są cechy strukturalne tRNA i jego biologiczna rola? To bardzo stara konstrukcja. Jego rozmiar to około 73 - 93 nukleotydów. Masa cząsteczkowa substancji wynosi 25 000-30 000.

Strukturę drugorzędowej struktury tRNA można rozłożyć, badając 5 głównych elementów cząsteczki. Tak więc ten kwas nukleinowy składa się z następujących elementów:

• pętla do kontaktu z enzymem;
• pętla do kontaktu z rybosomem;
• pętla antykodonu;
• łodyga akceptora;
• sam antykodon.

A także przydziel małą zmienną pętlę w strukturze drugorzędowej. Jedno ramię we wszystkich typach tRNA jest takie samo - pień składający się z dwóch reszt cytozyny i jednej adenozyny. To w tym miejscu dochodzi do połączenia z 1 z 20 dostępnych aminokwasów. Dla każdego aminokwasu przeznaczony jest osobny enzym – własny aminoacylo-tRNA.

Wszystkie informacje, które szyfrują strukturę wszystkiego, są zawarte w samym DNA. Struktura tRNA we wszystkich żywych istotach na planecie jest prawie identyczna. Będzie wyglądać jak liść podczas oglądania w 2D.

Jeśli jednak spojrzysz na objętość, cząsteczka przypomina strukturę geometryczną w kształcie litery L. Jest to uważane za trzeciorzędową strukturę tRNA. Ale dla wygody studiowania zwyczajowo się wizualnie „rozkręca”. Struktura trzeciorzędowa powstaje w wyniku interakcji elementów struktury drugorzędowej, tych części, które wzajemnie się uzupełniają.

Ważną rolę odgrywają ramiona lub pierścienie tRNA. Na przykład jedno ramię jest wymagane do wiązania chemicznego z określonym enzymem.

Cechą charakterystyczną nukleotydu jest obecność ogromnej liczby nukleozydów. Istnieje ponad 60 rodzajów tych drugorzędnych nukleozydów.

Struktura tRNA i kodowanie aminokwasów

Wiemy, że antykodon tRNA ma długość 3 cząsteczek. Każdy antykodon odpowiada określonemu, „osobowemu” aminokwasowi. Ten aminokwas jest połączony z cząsteczką tRNA za pomocą specjalnego enzymu. Gdy tylko 2 aminokwasy się połączą, wiązania z tRNA zostają zerwane. Wszystkie związki chemiczne i enzymy są potrzebne do wymaganego czasu. W ten sposób struktura i funkcje tRNA są ze sobą powiązane.

Łącznie w komórce występuje 61 rodzajów takich cząsteczek. Odmiany matematyczne mogą być 64. Jednak 3 rodzaje tRNA są nieobecne, ponieważ dokładnie taka liczba kodonów stop w IRNA nie ma antykodonów.

Interakcja między RNA i tRNA

Rozważmy oddziaływanie substancji z RNA i RRNA, a także cechy strukturalne tRNA. Struktura i cel makrocząsteczki są ze sobą powiązane.

Struktura IRNA kopiuje informacje z oddzielnej sekcji DNA. Samo DNA jest zbyt dużym połączeniem cząsteczek i nigdy nie opuszcza jądra. Dlatego potrzebny jest pośredniczący RNA - informacyjny.

Rybosom buduje białko na podstawie sekwencji cząsteczek skopiowanych przez RNA. Rybosom to odrębna struktura polinukleotydowa, której budowę należy wyjaśnić.

Rybosomalne tRNA: interakcja

Rybosomalny RNA to ogromna organella. Jego masa cząsteczkowa wynosi 1 000 000 - 1 500 000. Prawie 80% całkowitej ilości RNA to nukleotydy rybosomalne.

Wydaje się, że wychwytuje łańcuch IRNA i czeka na antykodony, które przyniosą ze sobą cząsteczki tRNA. Rybosomalne RNA składa się z 2 podjednostek: małej i dużej.

Rybosom nazywany jest „fabryką”, ponieważ w tej organelli zachodzi cała synteza substancji niezbędnych do codziennego życia. Jest to również bardzo stara struktura komórkowa.

Jak zachodzi synteza białek w rybosomie?

Struktura tRNA i jego rola w syntezie białek są ze sobą powiązane. Antykodon znajdujący się po jednej ze stron kwasu rybonukleinowego nadaje się w swojej postaci do głównej funkcji - dostarczania aminokwasów do rybosomu, gdzie następuje fazowe dopasowanie białka. Zasadniczo TRNA działa jako pośrednik. Jego zadaniem jest jedynie doprowadzenie niezbędnego aminokwasu.

Gdy informacje są odczytywane z jednej części RNA, rybosom przesuwa się dalej wzdłuż łańcucha. Szablon jest potrzebny tylko do przekazania zakodowanych informacji o konfiguracji i funkcji pojedynczego białka. Następnie kolejne tRNA zbliża się do rybosomu z jego zasadami azotowymi. Dekoduje również kolejną część MRNA.

Dekodowanie przebiega w następujący sposób. Zasady azotowe łączą się na zasadzie komplementarności w taki sam sposób, jak w samym DNA. W związku z tym TRNA widzi, gdzie musi „zacumować” i do którego „hangaru” wysłać aminokwas.

Następnie w rybosomie tak wyselekcjonowane aminokwasy wiążą się chemicznie, krok po kroku powstaje nowa liniowa makrocząsteczka, która po zakończeniu syntezy skręca się w kulkę (kulkę). Zużyte tRNA i RNA, które spełniły swoją funkcję, są usuwane z „fabryki” białka.

Ramka odczytu jest określana, gdy pierwsza część kodonu łączy się z antykodonem. Następnie, jeśli z jakiegoś powodu nastąpi przesunięcie ramki, jakiś znak białka zostanie odrzucony. Rybosom nie może interweniować w ten proces i rozwiązać problemu. Dopiero po zakończeniu procesu 2 podjednostki rRNA są ponownie łączone. Średnio na każde 10 4 aminokwasów występuje 1 błąd. Na każde 25 już zmontowanych białek, z pewnością wystąpi co najmniej 1 błąd replikacji.

tRNA jako cząsteczki reliktowe

Ponieważ tRNA mogło istnieć w czasie narodzin życia na ziemi, nazywa się je cząsteczką reliktu. Uważa się, że RNA jest pierwszą strukturą, która istniała przed DNA, a następnie ewoluowała. Hipoteza świata RNA - sformułowana w 1986 roku przez laureata Waltera Gilberta. Jednak nadal trudno to udowodnić. Teorii bronią oczywiste fakty – cząsteczki tRNA są w stanie przechowywać bloki informacji i jakoś tę informację implementować, czyli wykonywać pracę.

Jednak przeciwnicy tej teorii twierdzą, że krótki okres życia substancji nie może zagwarantować, że tRNA jest dobrym nośnikiem jakiejkolwiek informacji biologicznej. Te nukleotydy ulegają szybkiej degradacji. Czas życia tRNA w komórkach ludzkich wynosi od kilku minut do kilku godzin. Niektóre gatunki mogą trwać do jednego dnia. A jeśli mówimy o tych samych nukleotydach w bakteriach, to terminy są znacznie krótsze - do kilku godzin. Ponadto struktura i funkcje tRNA są zbyt złożone, aby cząsteczka mogła stać się podstawowym elementem biosfery Ziemi.