Molekylærbiologi beskæftiger sig med studiet af strukturen og funktionerne af molekyler af organiske stoffer, der udgør de levende celler i planter, dyr og mennesker. En særlig plads blandt dem er givet til en gruppe forbindelser kaldet nukleinsyrer (nuklear).
Der er to typer: deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre. Sidstnævnte har flere modifikationer: i-RNA, t-RNA og r-RNA, som adskiller sig i deres funktioner og placering i cellen. Denne artikel er helliget undersøgelsen af følgende spørgsmål: hvor syntetiseres rRNA i prokaryote og eukaryote celler, hvad er dets struktur og betydning.
Historisk baggrund
Den første videnskabelige omtale af ribosomsyre kan findes i studier af R. Weinberg og S. Penman i 60'erne af det XX århundrede, som beskrev korte polynukleotidmolekyler relateret til ribonukleinsyrer, men forskellige i rumlig struktur og sedimentationskoefficient fra informations- og transport-RNA. Oftest deres molekylerfindes i nucleolus, såvel som i celleorganeller - ribosomer, der er ansvarlige for syntesen af cellulært protein. De blev kaldt ribosomale (ribosomale ribonukleinsyrer).
RNA-karakteristik
Ribonukleinsyre er ligesom DNA en polymer, hvis monomerer er nukleotider af 4 typer: adenin, guanin, uracil og cytidin, forbundet med phosphodiesterbindinger til lange enkeltstrengede molekyler, snoet i form af en spiral eller har mere komplekse konformationer. Der er også dobbeltstrengede ribosomale ribonukleinsyrer, der findes i RNA-holdige vira og duplikerer DNA'ets funktioner: bevarelse og overførsel af arvelige egenskaber.
Tre typer syrer er mest almindelige i cellen, disse er: matrix, eller informations-RNA, transportribosomal ribonukleinsyre, hvortil aminosyrer er knyttet, samt ribosomsyre, placeret i nukleolus og celle cytoplasma.
Ribosom alt RNA udgør omkring 80 % af den samlede mængde ribonukleinsyrer i cellen og 60 % af massen af ribosomet, en organoid, der syntetiserer cellulært protein. Alle de ovennævnte arter syntetiseres (transskriberes) ved visse dele af DNA, kaldet RNA-gener. I synteseprocessen er molekyler af et særligt enzym, RNA-polymerase, involveret. Det sted i cellen, hvor rRNA syntetiseres, er nukleolus, der ligger i karyoplasmaetkerner.
Nucleolus, dens rolle i syntese
I en celles liv, kaldet cellecyklus, er der en periode mellem dens opdelinger - interfase. På dette tidspunkt er tætte legemer med en granulær struktur, kaldet nukleoler, tydeligt synlige i cellekernen, som er en uundværlig bestanddel af både plante- og dyreceller.
I molekylærbiologi er det blevet fastslået, at nukleolerne er de organeller, hvor rRNA syntetiseres. Yderligere forskning udført af cytologer førte til opdagelsen af dele af cellulært DNA, hvor gener, der er ansvarlige for strukturen og syntesen af ribosomale syrer, blev fundet. De blev kaldt den nukleolære organisator.
Atomarrangør
Indtil 60'erne af det XX århundrede var der en opfattelse i biologien, at nukleolarorganisatoren, placeret på stedet for den sekundære indsnævring i det 13., 14., 15., 21. og 22. kromosompar, har formen af et enkelt sted. Forskere, der er involveret i undersøgelsen af kromosomskader, kaldet aberrationer, har fundet ud af, at i det øjeblik, hvor kromosomet går i stykker på stedet for den sekundære indsnævring, sker dannelsen af nukleoler på hver af dens dele.
Således kan vi angive følgende: den nukleolære organisator består ikke af én, men af flere loci (gener), der er ansvarlige for dannelsen af nukleolus. Det er i den, at ribosomale ribonukleinsyrer rRNA syntetiseres, som danner underenheder af proteinsyntetiserende celleorganeller - ribosomer.
Hvad er ribosomer?
Som tidligere nævnt, alle tre hovedtyperRNA findes i cellen, hvor de syntetiseres på bestemte steder - DNA-gener. Det ribosomale RNA dannet som følge af transkription danner komplekser med proteiner - ribonukleoproteiner, hvorfra de bestanddele af den fremtidige organel, de såkaldte underenheder, dannes. Gennem porerne i kernemembranen passerer de ind i cytoplasmaet og danner i det de kombinerede strukturer, som også omfatter molekyler af i-RNA og t-RNA, kaldet polysomer.
Ribosomerne selv kan adskilles under påvirkning af calciumioner og eksisterer separat som underenheder. Den omvendte proces sker i cellens cytoplasma, hvor translationsprocesserne finder sted - samlingen af cellulære proteinmolekyler. Jo mere aktiv cellen er, jo mere intens er metaboliske processer i den, jo flere ribosomer indeholder den. For eksempel er celler i den røde knoglemarv, hepatocytter fra hvirveldyr og mennesker karakteriseret ved et stort antal af disse organeller i cytoplasmaet.
Hvordan kodes rRNA-gener?
Baseret på ovenstående afhænger strukturen, typerne og funktionen af rRNA-gener af nukleolære arrangører. De indeholder loci indeholdende gener, der koder for ribosom alt RNA. O. Miller, der forskede i oogenese i salamanderceller, etablerede mekanismen for disse geners funktion. Kopier af rRNA (de såkaldte primære transkriptanter) blev syntetiseret ud fra dem, indeholdende omkring 13x103 nukleotider og med en sedimentationskoefficient på 45 S. Derefter gennemgik denne kæde en modningsproces, der sluttede med dannelsen af trerRNA-molekyler med sedimentationskoefficienter på 5, 8 S, 28 S og 18 S.
Mekanisme for rRNA-dannelse
Lad os vende tilbage til Millers eksperimenter, som undersøgte syntesen af ribosom alt RNA og beviste, at nukleolært DNA tjener som skabelon (matrix) for dannelsen af rRNA - en transkriptant. Han fastslog også, at antallet af umodne ribosomale syrer (pre-r-RNA), der dannes, afhænger af antallet af molekyler af RNA-polymerase-enzymet. Derefter sker deres modning (bearbejdning), og rRNA-molekyler begynder straks at binde sig til peptider, hvilket resulterer i dannelsen af et ribonukleoprotein, ribosomets byggemateriale.
Funktioner af ribosomale syrer i eukaryote celler
Med de samme principper for struktur og fælles funktionelle mekanismer, har ribosomer af prokaryote og nukleare organismer stadig cytomolekylære forskelle. For at finde ud af det brugte forskere en forskningsmetode kaldet røntgendiffraktionsanalyse. Det viste sig, at størrelsen af det eukaryote ribosom, og dermed det rRNA, der er inkluderet i det, er større, og sedimentationskoefficienten er 80 S. Organellen, der mister magnesiumioner, kan opdeles i to underenheder med indikatorer på 60 S og 40 S En lille partikel indeholder et syremolekyle, og et stort et-tre, det vil sige, kerneceller indeholder ribosomer bestående af 4 polynukleotidspiraler af syre med følgende egenskaber: 28 S RNA - 5 tusinde nukleotider, 18 S - 2 tusinde 5 S - 120 nukleotider, 5, 8 S - 160. Stedet, hvor rRNA syntetiseres i eukaryote celler, er nukleolus, der er placeret i kernens karyoplasma.
Ribosom alt RNA fra prokaryoter
I modsætning til r-RNA,Når de kommer ind i kernecellerne, transskriberes de ribosomale ribonukleinsyrer fra bakterier i et komprimeret område af cytoplasmaet, der indeholder DNA og kaldes nukleoiden. Det indeholder rRNA-gener. Transskription, hvis generelle karakteristika kan repræsenteres som en proces med omskrivning af information fra rRNA af DNA-gener til en nukleotidsekvens af ribosomal ribonukleinsyre under hensyntagen til reglen om komplementaritet af den genetiske kode: adenin-nukleoitid svarer til uracil og guanin til cytosin.
R-RNA-bakterier har en lavere molekylvægt og mindre størrelse end kernecellers. Deres sedimentationskoefficient er 70 S, og de to underenheder har værdier på 50 S og 30 S. Den mindre partikel indeholder et rRNA-molekyle, og den største indeholder to.
Ribonukleinsyrens rolle i oversættelsesprocessen
R-RNA's hovedfunktion er at sikre processen med cellulær proteinbiosyntese - translation. Det udføres kun i nærværelse af ribosomer indeholdende r-RNA. Ved at kombinere i grupper binder de sig til informations-DNA-molekylet og danner et polysom. Molekyler af den transportribosomale ribonukleinsyre, der bærer aminosyrer, som, når de er i polysomet, binder til hinanden ved peptidbindinger, danner en polymer - protein. Det er den vigtigste organiske forbindelse i cellen, som udfører mange vigtige funktioner: opbygning, transport, energi, enzymatisk, beskyttende og signalering.
Denne artikel undersøgte karakteristika, struktur og beskrivelse af ribosomale nukleinsyrer, som erorganiske biopolymerer af plante-, dyre- og menneskeceller.
