Den tid, vi lever i, er præget af fantastiske forandringer, store fremskridt, når folk får svar på flere og flere nye spørgsmål. Livet går hurtigt fremad, og det, der indtil for nylig syntes umuligt, begynder at gå i opfyldelse. Det er meget muligt, at det, der i dag ser ud til at være et plot fra science fiction-genren, snart også vil få virkelighedens træk.
En af de vigtigste opdagelser i anden halvdel af det tyvende århundrede var nukleinsyrerne RNA og DNA, takket være hvilke mennesket kom tættere på at opklare naturens mysterier.
Nukleinsyrer
Nukleinsyrer er organiske forbindelser med makromolekylære egenskaber. De er sammensat af brint, kulstof, nitrogen og fosfor.
De blev opdaget i 1869 af F. Miescher, som undersøgte pus. Men på det tidspunkt blev hans opdagelse ikke tillagt stor betydning. Først senere, da disse syrer blev fundet i alle dyre- og planteceller, kom forståelsen af deres enorme rolle.
Der er to typer nukleinsyrer: RNA og DNA (ribonuklein og deoxyribonukleinsyresyrer). Denne artikel handler om ribonukleinsyre, men for en generel forståelse, lad os også overveje, hvad DNA er.
Hvad er deoxyribonukleinsyre?
DNA er en nukleinsyre, der består af to strenge, der er forbundet i henhold til loven om komplementaritet med hydrogenbindinger af nitrogenholdige baser. Lange kæder er snoet til en spiral, en omgang indeholder næsten ti nukleotider. Diameteren af den dobbelte helix er to millimeter, afstanden mellem nukleotider er omkring en halv nanometer. Længden af et molekyle når nogle gange flere centimeter. Længden af DNA'et i kernen i en menneskelig celle er næsten to meter.
DNA's struktur indeholder al genetisk information. DNA har replikation, hvilket betyder den proces, hvor to absolut identiske dattermolekyler dannes ud fra et molekyle.
Som allerede nævnt består kæden af nukleotider, som igen består af nitrogenholdige baser (adenin, guanin, thymin og cytosin) og en phosphorsyrerest. Alle nukleotider er forskellige i nitrogenholdige baser. Hydrogenbinding forekommer ikke mellem alle baser; adenin kan for eksempel kun kombineres med thymin eller guanin. Der er således lige så mange adenylnukleotider i kroppen som thymidylnukleotider, og antallet af guanylnukleotider er lig med cytidylnukleotider (Chargaffs regel). Det viser sig, at sekvensen af en kæde forudbestemmer sekvensen af en anden, og kæderne ser ud til at spejle hinanden. Et sådant mønster, hvor nukleotiderne i to kæder er arrangeret på en ordnet måde, og også er forbundet selektivt, kaldesprincippet om komplementaritet. Ud over hydrogenforbindelser interagerer dobbelthelixen også hydrofobt.
To kæder er i modsatte retninger, det vil sige, at de er placeret i modsatte retninger. Derfor, modsat tre'-enden af den ene er fem'-enden af den anden kæde.
Udvendigt ligner DNA-molekylet en vindeltrappe, hvis rækværk er en sukkerfosfat-rygrad, og trinene er komplementære nitrogenbaser.
Hvad er ribonukleinsyre?
RNA er en nukleinsyre med monomerer kaldet ribonukleotider.
I kemiske egenskaber minder det meget om DNA, da begge er polymerer af nukleotider, som er et phosphoryleret N-glykosid, som er bygget på en pentose (fem-carbon sukker) rest, med en fosfatgruppe på det femte carbonatom og en nitrogenbase ved det første carbonatom.
Det er en enkelt polynukleotidkæde (bortset fra vira), som er meget kortere end DNA's.
Én RNA-monomer er resterne af følgende stoffer:
- nitrogenbaser;
- fem-carbon monosaccharid;
- phosphorsyrer.
RNA'er har pyrimidin (uracil og cytosin) og purin (adenin, guanin) baser. Ribose er monosaccharidet af RNA-nukleotidet.
Forskelle mellem RNA og DNA
Nukleinsyrer adskiller sig fra hinanden på følgende måder:
- dets mængde i en celle afhænger af den fysiologiske tilstand, alder og organtilhørsforhold;
- DNA indeholder kulhydratdeoxyribose og RNA - ribose;
- Nitrogenbasen i DNA er thymin, og i RNA er det uracil;
- klasser udfører forskellige funktioner, men syntetiseres på DNA-matrixen;
- DNA er dobbelt helix, RNA er enkeltstrenget;
- ikke typisk for hendes DNA Chargaff-regler;
- RNA har flere mindre baser;
- kæder varierer betydeligt i længden.
Studiehistorik
RNA-cellen blev først opdaget af den tyske biokemiker R. Altman, mens han studerede gærceller. I midten af det tyvende århundrede blev DNA's rolle i genetik bevist. Først derefter blev RNA-typer, funktioner og så videre beskrevet. Op til 80-90 % af massen i cellen falder på rRNA, som sammen med proteiner danner ribosomet og deltager i proteinbiosyntesen.
I tresserne af forrige århundrede blev det første gang foreslået, at der måtte være en bestemt art, der bærer den genetiske information til proteinsyntese. Derefter blev det videnskabeligt fastslået, at der er sådanne informationsmæssige ribonukleinsyrer, der repræsenterer komplementære kopier af gener. De kaldes også messenger-RNA'er.
De såkaldte transportsyrer er involveret i at afkode informationen, der er registreret i dem.
Senere begyndte man at udvikle metoder til at identificere sekvensen af nukleotider og etablere strukturen af RNA i det sure rum. Så det blev fundet, at nogle af dem, som blev kaldt ribozymer, kan sp alte polyribonukleotidkæder. Som et resultat begyndte man at antage, at på det tidspunkt, hvor liv opstod på planeten,RNA virkede uden DNA og proteiner. Desuden blev alle transformationerne foretaget med hendes deltagelse.
Strukturen af ribonukleinsyremolekylet
Næsten alle RNA'er er enkelte kæder af polynukleotider, som igen består af monoribonukleotider - purin- og pyrimidinbaser.
Nukleotider er angivet med begyndelsesbogstaverne i baserne:
- adenin (A), A;
- guanine (G), G;
- cytosin (C), C;
- uracil (U), U.
De er forbundet med tre- og fem-phosphodiester-bindinger.
Det mest varierede antal nukleotider (fra flere titusinder til titusinder) er inkluderet i strukturen af RNA. De kan danne en sekundær struktur, der hovedsageligt består af korte dobbeltstrengede strenge, der er dannet af komplementære baser.
Struktur af et ribnukleinsyremolekyle
Som allerede nævnt har molekylet en enkeltstrenget struktur. RNA modtager sin sekundære struktur og form som et resultat af interaktionen af nukleotider med hinanden. Det er en polymer, hvis monomer er et nukleotid, der består af et sukker, en phosphorsyrerest og en nitrogenbase. Udadtil ligner molekylet en af DNA-kæderne. Nukleotiderne adenin og guanin, som er en del af RNA, er purin. Cytosin og uracil er pyrimidinbaser.
Synteseproces
For at et RNA-molekyle skal syntetiseres, er skabelonen et DNA-molekyle. Sandt nok sker den omvendte proces også, når nye molekyler af deoxyribonukleinsyre dannes på ribonukleinsyrematrixen. Sådanopstår under replikation af visse typer vira.
Grundlaget for biosyntese kan også tjene som andre molekyler af ribonukleinsyre. Dens transkription, som forekommer i cellekernen, involverer mange enzymer, men den mest betydningsfulde af dem er RNA-polymerase.
Visninger
Afhængigt af typen af RNA er dets funktioner også forskellige. Der er flere typer:
- informations-i-RNA;
- ribosom alt rRNA;
- transport t-RNA;
- minor;
- ribozymes;
- viral.
Informationel ribonukleinsyre
Sådanne molekyler kaldes også matrix. De udgør omkring to procent af det samlede antal i cellen. I eukaryote celler syntetiseres de i kernerne på DNA-skabeloner, hvorefter de passerer ind i cytoplasmaet og binder til ribosomer. Yderligere bliver de skabeloner for proteinsyntese: de forbindes af overførsels-RNA'er, der bærer aminosyrer. Sådan foregår informationstransformationsprocessen, som realiseres i proteinets unikke struktur. I nogle virale RNA'er er det også et kromosom.
Jacob og Mano er opdagerne af denne art. Uden en stiv struktur danner dens kæde buede løkker. Virker ikke, i-RNA samler sig i folder og folder til en kugle og folder sig ud i fungerende tilstand.
i-RNA bærer information om sekvensen af aminosyrer i det protein, der syntetiseres. Hver aminosyre er kodet på et bestemt sted ved hjælp af genetiske koder, der er:
- tripletity - ud fra fire mononukleotider er det muligt at bygge 64 kodoner (genetisk kode);
- ikke krydsende - information bevæger sig i én retning;
- kontinuitet - funktionsprincippet er, at ét mRNA er ét protein;
- universalitet - en eller anden type aminosyre er kodet i alle levende organismer på samme måde;
- degeneration - tyve aminosyrer er kendt, og enogtres kodoner, det vil sige, de er kodet af flere genetiske koder.
Ribosomal ribonukleinsyre
Sådanne molekyler udgør langt størstedelen af cellulært RNA, nemlig firs til halvfems procent af det samlede antal. De kombineres med proteiner og danner ribosomer - det er organeller, der udfører proteinsyntese.
Ribosomer er femogtres procent rRNA og femogtredive procent protein. Denne polynukleotidkæde foldes let sammen med proteinet.
Ribosomet består af aminosyre- og peptidregioner. De er placeret på kontaktfladerne.
Ribosomer bevæger sig frit i cellen og syntetiserer proteiner de rigtige steder. De er ikke særlig specifikke og kan ikke kun læse information fra mRNA, men også danne en matrix med dem.
Transport ribonukleinsyre
t-RNA er det mest undersøgte. De udgør ti procent af cellulær ribonukleinsyre. Disse typer RNA binder til aminosyrer takket være et særligt enzym og afgives til ribosomer. Samtidig transporteres aminosyrer ved transportmolekyler. Det sker dog, at forskellige kodoner koder for en aminosyre. Så vil flere transport-RNA'er bære dem.
Den krøller sig sammen til en kugle, når den er inaktiv, men fungerer som et kløverblad.
Der skelnes mellem følgende sektioner:
- acceptorstamme med nukleotidsekvensen af ACC;
- sted til fastgørelse til ribosomet;
- en antikodon, der koder for aminosyren knyttet til dette tRNA.
Mindre arter af ribonukleinsyre
For nylig er RNA-arter blevet genopfyldt med en ny klasse, det såkaldte lille RNA. De er højst sandsynligt universelle regulatorer, der tænder eller slukker gener i embryonal udvikling, såvel som kontrolprocesser i celler.
Ribozymer er også for nylig identificeret, de er aktivt involveret, når RNA-syre fermenteres, og fungerer som en katalysator.
Virale typer syrer
Virusen kan indeholde enten ribonukleinsyre eller deoxyribonukleinsyre. Derfor kaldes de med de tilsvarende molekyler RNA-holdige. Når en sådan virus kommer ind i en celle, sker der omvendt transkription - nyt DNA opstår på basis af ribonukleinsyre, som er integreret i celler, hvilket sikrer virussens eksistens og reproduktion. I et andet tilfælde sker dannelsen af komplementært RNA på det indkommende RNA. Vira er proteiner, vital aktivitet og reproduktion foregår uden DNA, men kun på basis af informationen indeholdt i virussens RNA.
replikering
For at forbedre den fælles forståelse er det nødvendigtOvervej replikationsprocessen, der producerer to identiske nukleinsyremolekyler. Sådan begynder celledeling.
Det involverer DNA-polymeraser, DNA-afhængige, RNA-polymeraser og DNA-ligaser.
Replikeringsprocessen består af følgende trin:
- despiralisering - der er en sekventiel afvikling af moderens DNA, der fanger hele molekylet;
- brud af hydrogenbindinger, hvori kæderne divergerer, og en replikationsgaffel vises;
- justering af dNTP'er til de frigivne baser for moderkæderne;
- sp altning af pyrophosphater fra dNTP-molekyler og dannelse af phosphorodiesterbindinger på grund af frigivet energi;
- respiralisering.
Efter dannelsen af dattermolekylet deles kernen, cytoplasmaet og resten. Der dannes således to datterceller, der fuldstændigt har modtaget al den genetiske information.
Derudover er den primære struktur af proteiner, der syntetiseres i cellen, kodet. DNA tager en indirekte del i denne proces, og ikke direkte, som består i, at det er på DNA, at syntesen af proteiner, RNA involveret i dannelsen, finder sted. Denne proces kaldes transskription.
Transskription
Syntesen af alle molekyler sker under transkription, det vil sige omskrivning af genetisk information fra en specifik DNA-operon. Processen ligner replikering på nogle måder og meget anderledes på andre.
Lighederne er følgende dele:
- starter med DNA-despiralisering;
- brintbrud forekommerforbindelser mellem bundene af kæderne;
- NTF'er, der supplerer dem;
- hydrogenbindinger dannes.
Forskelle fra replikering:
- under transkription er det kun den del af DNA, der svarer til transkriptonet, der ikke snoes, mens hele molekylet under replikation ikke snoes;
- når de transskriberes, indeholder justerbare NTF'er ribose og uracil i stedet for thymin;
- information afskrives kun fra et bestemt område;
- efter dannelsen af molekylet brydes hydrogenbindingerne og den syntetiserede kæde, og kæden glider af DNA'et.
For normal funktion bør den primære struktur af RNA kun bestå af DNA-sektioner kopieret fra exoner.
Modningsprocessen begynder i det nydannede RNA. Tavse regioner udskæres, og informative regioner fusioneres til dannelse af en polynukleotidkæde. Desuden har hver art sine egne transformationer.
I i-RNA sker tilknytning til den indledende ende. Polyadenylat er knyttet til det endelige sted.
TRNA-baser er modificeret til at danne mindre arter.
I rRNA er individuelle baser også methyleret.
Beskyt proteiner mod ødelæggelse og forbedre transporten til cytoplasmaet. Modent RNA binder til dem.
Betydningen af deoxyribonuklein- og ribonukleinsyrer
Nukleinsyrer er af stor betydning i organismers liv. Det lagres i dem, overføres til cytoplasmaet og nedarves af dattercellerinformation om de proteiner, der syntetiseres i hver celle. De er til stede i alle levende organismer, stabiliteten af disse syrer spiller en vigtig rolle for den normale funktion af både celler og hele organismen. Enhver ændring i deres struktur vil føre til cellulære ændringer.
