Molekyyli ei ole yhtä tärkeä komponentti missä tahansa organismissa, se on läsnä prokaryoottisoluissa ja soluissa ja joissakin (RNA:ta sisältävissä viruksissa).

Tutkimme molekyylin yleistä rakennetta ja koostumusta luennossa "", tässä tarkastelemme seuraavia asioita:

• RNA:n muodostuminen ja komplementaarisuus
• transkriptio
• lähetys (synteesi)

RNA-molekyylit ovat pienempiä kuin DNA-molekyylit. tRNA:n molekyylipaino on 20-30 tuhatta c.u., rRNA:n jopa 1,5 miljoonaa c.u.

RNA:n rakenne

Joten RNA-molekyylin rakenne on yksijuosteinen molekyyli ja sisältää 4 tyyppiä typpipitoisia emäksiä:

MUTTA, klo, C ja G

RNA:ssa olevat nukleotidit liittyvät polynukleotidiketjuun johtuen yhden nukleotidin pentoosisokerin ja toisen fosforihappotähteen vuorovaikutuksesta.

Niitä on 3 RNA:n tyyppi:

Transkriptio ja lähetys

RNA:n transkriptio

Joten, kuten tiedämme, jokainen organismi on ainutlaatuinen.

Transkriptio- RNA-synteesiprosessi, jossa käytetään DNA:ta templaattina ja joka esiintyy kaikissa elävissä soluissa. Toisin sanoen se on geneettisen tiedon siirtoa DNA:sta RNA:han.

Vastaavasti jokaisen organismin RNA on myös ainutlaatuinen. Tuloksena oleva m- (matriisi tai informaatio) RNA on komplementaarinen yhdelle DNA-juosteelle. Kuten DNA:n kanssa, "auttaa" transkriptiota RNA-polymeraasientsyymi. Kuten kohdassa , prosessi alkaa aloitus(=alku), sitten menee jatkaminen(= pidennys, jatko) ja päättyy irtisanominen(= tauko, loppu).

Prosessin lopussa mRNA vapautuu sytoplasmasta.

Lähettää

Yleisesti ottaen kääntäminen on hyvin monimutkainen prosessi ja muistuttaa vakiintunutta automaattista kirurgista toimenpidettä. Harkitsemme "yksinkertaistettua versiota" - vain ymmärtääksemme tämän mekanismin perusprosessit, joiden päätarkoitus on tarjota keholle proteiinia.

• mRNA-molekyyli poistuu ytimestä sytoplasmaan ja sitoutuu ribosomiin.
• Tällä hetkellä sytoplasman aminohapot aktivoituvat, mutta on yksi "mutta" - suoraan mRNA ja aminohapot eivät voi olla vuorovaikutuksessa. He tarvitsevat sovittimen
• Tällainen sovitin tulee t- (siirto)RNA. Jokaisella aminohapolla on oma tRNA. tRNA:ssa on erityinen nukleotidikolmio (antikodoni), joka on komplementaarinen tietylle mRNA:n alueelle, ja se "kiinnittää" aminohapon tälle spesifiselle alueelle.
• , puolestaan ​​muodostaa erityisten entsyymien avulla sidoksen näiden välille - ribosomi liikkuu mRNA:ta pitkin kuin liukusäädin vetoketjua pitkin. Polypeptidiketju kasvaa, kunnes ribosomi saavuttaa kodonin (3 aminohappoa), joka vastaa STOP-signaalia. Sitten ketju katkeaa, proteiini poistuu ribosomista.

Geneettinen koodi

Geneettinen koodi- menetelmä, joka on luontainen kaikille eläville organismeille proteiinien aminohapposekvenssin koodaamiseksi käyttämällä nukleotidisekvenssiä.

Kuinka käyttää pöytää:

• Etsi ensimmäinen typpipitoinen emäs vasemmasta sarakkeesta;
• Etsi toinen pohja ylhäältä;
• Määritä oikeanpuoleisen sarakkeen kolmas kanta.

Kaikkien kolmen leikkauspiste on syntyvän proteiinin aminohappo, jota tarvitset.

Geneettisen koodin ominaisuudet

1. Kolmiosaisuus- merkittävä koodiyksikkö on kolmen nukleotidin yhdistelmä (tripletti tai kodoni).
2. Jatkuvuus- kolmosten välillä ei ole välimerkkejä, eli tietoa luetaan jatkuvasti.
3. ei-limittäinen- sama nukleotidi ei voi olla samanaikaisesti osa kahta tai useampaa triplettiä.
4. Yksiselitteisyys (spesifisyys) Tietty kodoni vastaa vain yhtä aminohappoa.
5. Degeneraatio (redundanssi) Useat kodonit voivat vastata samaa aminohappoa.
6. Monipuolisuus- geneettinen koodi toimii samalla tavalla eri monimutkaisuustason organismeissa - viruksista ihmisiin

Näitä ominaisuuksia ei tarvitse muistaa. On tärkeää ymmärtää, että geneettinen koodi on universaali kaikille eläville organismeille! Miksi? Kyllä, koska se perustuu

Ribonukleiinihappo on puriini- ja pyrimidiiniribonukleotidien kopolymeeri, jotka on liitetty toisiinsa, kuten DNA:ssa, fosfodiesterisiltojen avulla (kuva 37.6). Vaikka näillä kahdella nukleiinihapotyypillä on paljon yhteistä, ne eroavat toisistaan ​​useilla tavoilla.

1. RNA:ssa hiilihydraattitähde, johon puriini- tai pyrimidiiniemäkset ja fosfaattiryhmät on kiinnittynyt, on riboosi, ei 2-deoksiriboosi (kuten DNA:ssa).

2. RNA:n pyrimidiinikomponentit ovat erilaisia ​​kuin DNA:n. RNA:n koostumus, samoin kuin DNA:n koostumus, sisältää adeniinin, guaniinin ja sytosiinin nukleotidit. Samanaikaisesti RNA (joitakin erityistapauksia lukuun ottamatta, joista keskustelemme alla) ei sisällä tymiiniä, sen paikka RNA-molekyylissä on urasiili.

3. RNA on yksijuosteinen molekyyli (toisin kuin DNA, jolla on kaksijuosteinen rakenne), mutta jos RNA-ketjussa on komplementaarisen sekvenssin (vastakkaista polariteettia) sisältäviä osia, yksi RNA-ketju voi laskostua muodostaen -kutsutaan "hiusneuloja", rakenteita, joilla on kaksisäikeiset ominaisuudet (kuva 37.7).

Riisi. 37.6. Fragmentti ribonukleiinihappo (RNA) molekyylistä, jossa puriini- ja pyrimidiiniemäkset - adeniini (A), urasiili (U), sytosiini (C) ja guaniini (- on pidätetty fosfodiesterirungossa, joka yhdistää ribosyylitähteet, jotka on liitetty N- Glykosidinen sidos vastaaviin nukleiiniemäksiin Huomaa, että RNA-juosteella on spesifinen suuntaus, jonka osoittavat 5- ja 3-terminaaliset fosfaattitähteet.

4. Koska RNA-molekyyli on yksijuosteinen komplementaarinen vain yhdelle DNA-juosteesta, guaniinipitoisuus ei välttämättä ole sama kuin sytosiinipitoisuus, eikä adeniinipitoisuus välttämättä vastaa urasiilin pitoisuutta.

5. RNA voidaan hydrolysoida alkalilla mononukleotidien 2,3-syklisiksi diestereiksi; 2,Y,5-triesteri toimii välituotteena hydrolyysituotteena, jota ei muodostu DNA:n alkalisen hydrolyysin aikana, koska DNA:ssa ei ole 2-hydroksyyliryhmiä; RNA:n alkalinen labilisuus (DNA:han verrattuna) on hyödyllinen omaisuus sekä diagnostisiin että analyyttisiin tarkoituksiin.

Yksijuosteisen RNA:n sisältämä informaatio toteutuu polymeeriketjun puriini- ja pyrimidiiniemästen spesifisen sekvenssin muodossa (eli primäärirakenteessa). Tämä sekvenssi on komplementaarinen sen geenin koodaavalle juosteelle, josta RNA "luetaan". Komplementaarisuuden vuoksi RNA-molekyyli pystyy spesifisesti sitoutumaan (hybridisoitumaan) koodaavan juosteen kanssa, mutta ei hybridisoitumaan koodaamattoman DNA-juosteen kanssa. RNA-sekvenssi (lukuun ottamatta T:n korvaamista U:lla) on identtinen ei-koodaavan geenijuosteen sekvenssin kanssa (kuva 37.8).

RNA:n biologiset toiminnot

Useita RNA-tyyppejä tunnetaan. Lähes kaikki niistä ovat suoraan mukana proteiinien biosynteesin prosessissa. Sytoplasmisia RNA-molekyylejä, jotka toimivat templaatteina proteiinisynteesiin, kutsutaan lähetti-RNA:ksi (mRNA). Toinen sytoplasmisen RNA:n tyyppi, ribosomaalisella RNA:lla (rRNA), on ribosomien rakennekomponenttien rooli (organellit, joilla on tärkeä rooli proteiinisynteesissä). Transfer RNA (tRNA) -adapterimolekyylit osallistuvat mRNA-informaation translaatioon (translaatioon) proteiinien aminohapposekvenssiksi.

Merkittävä osa eukaryoottisoluissa, mukaan lukien nisäkässoluissa, tuotetuista RNA:n primäärisistä transkripteistä hajoaa tumassa, eikä sillä ole rakenteellista tai informaatiota sytoplasmassa. Viljelyssä

Riisi. 37.7. "Varren sisältävä silmukka" ("hiusneula") -tyyppisen RNA-molekyylin sekundäärinen rakenne, joka johtuu vetysidosten molekyylinsisäisestä muodostumisesta komplementaaristen nukleiiniemäsparien välillä.

Ihmissoluista on löydetty luokka pieniä tuman RNA:ita, jotka eivät ole suoraan mukana proteiinisynteesissä, mutta voivat vaikuttaa RNA:n prosessointiin ja solun yleiseen "arkkitehtuuriin". Näiden suhteellisen pienten molekyylien koot vaihtelevat, jälkimmäiset sisältävät 90-300 nukleotidia (taulukko 37.3).

RNA on joidenkin eläin- ja kasvivirusten tärkein geneettinen materiaali. Jotkut RNA-virukset eivät koskaan käy läpi RNA:n käänteistranskriptiota DNA:ksi. Useimmille tunnetuille eläinviruksille, kuten retroviruksille, on kuitenkin tunnusomaista niiden RNA-genomin käänteistranskriptio, jota RNA-riippuvainen DNA-polymeraasi (käänteistranskriptaasi) ohjaa muodostamaan kaksijuosteisen DNA-kopion. Monissa tapauksissa tuloksena oleva kaksijuosteinen DNA-transkripti integroituu genomiin ja varmistaa edelleen virusgeenien ilmentymisen sekä uusien kopioiden tuotannon viruksen RNA-genomeista.

RNA:n rakenteellinen organisaatio

Kaikissa eukaryoottisissa ja prokaryoottisissa organismeissa on kolme RNA-molekyylien pääluokkaa: informaatio (matriisi tai lähetti-RNA) (mRNA), kuljetus (tRNA) ja ribosomaalinen (rRNA). Näiden luokkien edustajat eroavat toisistaan ​​koon, toiminnan ja vakauden suhteen.

Informaatio (mRNA) on koon ja stabiilisuuden suhteen heterogeenisin luokka. Kaikki tämän luokan edustajat toimivat tiedon kantajina geenistä solun proteiinisyntetisointijärjestelmään. Ne toimivat syntetisoidun polypeptidin templaatteina, eli ne määrittävät proteiinin aminohapposekvenssin (kuva 37.9).

Viesti-RNA:illa, erityisesti eukaryoottisilla, on joitain ainutlaatuisia rakenteellisia ominaisuuksia. mRNA:n 5-pää on "suljettu" 7-metyyliguanosiinitrifosfaatilla, joka on kiinnittynyt viereisen 2-0-metyyliribonukleosidin 5-hydroksyyliin trifosfaattitähteen kautta (kuva 37.10). mRNA-molekyylit sisältävät usein sisäisiä 6-metyyliadeniinitähteitä ja 2-0-metyloituja ribonukleotideja. Vaikka "korkinnan" merkitystä ei ole vielä täysin selvitetty, voidaan olettaa, että tuloksena olevaa mRNA:n 5-pään rakennetta käytetään spesifiseen tunnistamiseen translaatiojärjestelmässä. Proteiinisynteesi alkaa mRNA:n 5" (suojus) päästä. Useimpien mRNA-molekyylien toinen pää (3-pää) sisältää 20-250 nukleotidin polyadenylaattiketjun. Tämän spesifisiä toimintoja ei ole lopullisesti selvitetty. Se voi oletetaan, että tämä rakenne on vastuussa solunsisäisen stabiilisuuden ylläpitämisestä mRNA Jotkin mRNA:t, mukaan lukien histonit, eivät sisällä poly(A) Poly(A):n läsnäoloa mRNA:n rakenteessa käytetään erottamiseen muista RNA-tyypeistä fraktioimalla kokonaismäärä. RNA pylväissä, joissa oligo(T) on immobilisoitu kiinteälle alustalle, kuten selluloosalle, pylvään kanssa tapahtuu poly(A) - "häntä" komplementaarisista vuorovaikutuksista immobilisoidun oligon (T) kanssa.

Riisi. 37.8. Geenin sekvenssi ja sen RNA-transkripti. Koodaavat ja ei-koodaavat säikeet on esitetty ja niiden polariteetit on merkitty muistiin. Polaarisuuden omaava RNA-transkripti on komplementaarinen koodaavalle juosteelle (polariteetti 3–5) ja sekvenssiltään identtinen (paitsi T-U-substituutioita) ja polariteetti ei-koodaavalla DNA-juosteella.

Riisi. 37.9. DNA:n geneettisen tiedon ilmentäminen mRNA-transkriptin muodossa ja sen jälkeinen translaatio ribosomien osallistuessa spesifisen proteiinimolekyylin muodostamiseksi.

(katso skannaus)

Riisi. 37.10. Useimpien eukaryoottisten lähetti-RNA:iden 7-metyyliguanosiinitrifosfaatin 5-päästä löydetty "cap"-rakenne on kiinnittynyt mRNA:n 5-päähän. joka sisältää tavallisesti 2-O-metyylipuriininukleotidin.

Nisäkässoluissa, mukaan lukien ihmissolut, sytoplasmassa sijaitsevat kypsät mRNA-molekyylit eivät ole täydellinen kopio geenin transkriptoidusta alueesta. Transkription tuloksena muodostunut polyribonukleotidi on sytoplasmisen mRNA:n esiaste; ennen kuin se lähtee ytimestä, se käy läpi spesifisen prosessoinnin. Nisäkässolujen ytimistä löytyvät käsittelemättömät transkriptiotuotteet muodostavat neljännen RNA-molekyylien luokan. Tällaiset tuman RNA:t ovat hyvin heterogeenisiä ja saavuttavat huomattavia kokoja. Heterogeenisen tuma-RNA:n molekyylien molekyylipaino voi olla suurempi kuin , kun taas mRNA:n molekyylipaino ei yleensä ylitä 2106:ta. Ne prosessoidaan ytimessä, ja tuloksena saadut kypsät mRNA:t pääsevät sytoplasmaan, jossa ne toimivat proteiinin matriisina. biosynteesi.

Transfer RNA (tRNA) -molekyylit sisältävät yleensä noin 75 nukleotidia. Tällaisten molekyylien molekyylipaino on . tRNA:ita muodostuu myös vastaavien esiastemolekyylien spesifisen prosessoinnin seurauksena (katso luku 39). Kuljetus-tRNA:t toimivat välittäjinä mRNA:n translaation aikana. Jokaisessa solussa on vähintään 20 tyyppiä tRNA-molekyylejä. Jokainen tRNA-tyyppi (joskus useita tyyppejä) vastaa yhtä 20 aminohaposta, jotka tarvitaan proteiinisynteesiin. Vaikka jokainen spesifinen tRNA eroaa muista nukleotidisekvenssiltään, niillä kaikilla on ja yleiset piirteet. Useista juosteensisäisistä komplementaarisista alueista johtuen kaikilla tRNA:illa on sekundäärinen rakenne, jota kutsutaan "apilanlehdeksi" (kuva 37.11).

Kaikentyyppisten tRNA-molekyylillä on neljä päähaaraa. Akseptorivarsi koostuu "varresta" parillisista nukleotideista ja päättyy CCA-sekvenssiin.Adenosyylitähteen Y-hydroksyyliryhmän kautta tapahtuu sitoutuminen aminohapon karboksyyliryhmään. Loput käsivarret koostuvat myös "varreista", jotka muodostuvat toisiaan täydentävistä emäspareista ja parittomien emästen silmukoista (kuva 37.7). Antikodonihaara tunnistaa nukleotiditripletin tai -kodonin (katso luku 40) mRNA:sta. D-käsivarsi on nimetty näin sen dihydrouridiinin läsnäolon vuoksi, ja -haara on nimetty T-pseudouridiini-C:n sekvenssin mukaan. Ylimääräinen käsivarsi on vaihtelevin rakenne ja toimii perustana tRNA:iden luokittelulle. Luokan 1 tRNA:illa (75 % niiden kokonaismäärästä) on 3-5 emäsparia pitkä lisävarsi. Luokan 2 tRNA-molekyylien ylimääräinen haara on 13-21 emäsparia pitkä ja sisältää usein parittoman silmukan.

Riisi. 37.11. Aminoasyyli-tRNA-molekyylin rakenne, jonka 3-CCA-päähän on kiinnittynyt aminohappo. Molekyylisisäiset vetysidokset ja antikodonin, TTC:n ja dihydrourasiilin haarojen sijainti on osoitettu. (J. D. Watson. Molecular biology of the Gene 3rd, toim.. Copyright 1976, 1970, 1965, W. A. ​​​​Benjamin, Inc., Menlo Park Calif.)

Sekundäärinen rakenne, jonka määrittää vastaavien käsivarsien nukleotidiemästen komplementaarinen vuorovaikutusjärjestelmä, on tyypillinen kaikille lajeille. Akseptorivarsi sisältää seitsemän emäsparia, - käsi - viisi emäsparia, D-haara - kolme (tai neljä) peruspareja.

tRNA-molekyylit ovat hyvin stabiileja prokaryooteissa ja jonkin verran vähemmän stabiileja eukaryooteissa. Käänteinen tilanne on tyypillinen mRNA:lle, joka on melko epästabiili prokaryooteissa, kun taas eukaryoottisissa organismeissa sillä on merkittävä stabiilisuus.

Ribosomaalinen RNA. Ribosomi on sytoplasminen nukleoproteiinirakenne, joka on suunniteltu proteiinisynteesiin mRNA-templaatista. Ribosomi tarjoaa spesifisen kontaktin, jonka seurauksena tapahtuu tietystä geenistä luetun nukleotidisekvenssin translaatio vastaavan proteiinin aminohapposekvenssiksi.

Taulukossa. 37.2 esittää nisäkkään ribosomien komponentteja, joiden molekyylipaino on 4,210 6 ja sedimentaationopeus (Swedberg-yksiköt). Nisäkkään ribosomit koostuvat kahdesta nukleoproteiinialayksiköstä, suuresta c

Taulukko 37.2. Nisäkkään ribosomikomponentit

molekyylipaino (60S) ja pieni, jonka molekyylipaino (40S). Alayksikkö 608 sisältää 58-ribosomaalisen RNA:n (rRNA), 5,8S-pRNA:n ja 28S-pRNA:n sekä yli 50 erilaista polypeptidiä. Pieni, 408-alayksikkö sisältää yhden 18S-pRNA:n ja noin 30 polypeptidiketjua. Kaikilla ribosomaalisilla RNA:illa, 5S-RNA:ta lukuun ottamatta, on yhteinen esiaste, 45S-RNA, joka sijaitsee tumassa (katso luku 40). 5S-RNA-molekyylillä on oma esiaste. Tumassa erittäin metyloituneet ribosomaaliset RNA:t on pakattu ribosomaalisten proteiinien kanssa. Sytoplasmassa ribosomit ovat melko stabiileja ja pystyvät suorittamaan suuren määrän translaatiosyklejä.

Pieni stabiili RNA. Eukaryoottisoluista on löydetty suuri määrä erillisiä, erittäin konservoituneita, pieniä ja stabiileja RNA-molekyylejä. Useimmat tämän tyyppiset RNA:t löytyvät ribonukleoproteiineista ja ne sijaitsevat tumassa, sytoplasmassa tai samanaikaisesti molemmissa osastoissa. Näiden molekyylien koot vaihtelevat 90 - 300 nukleotidin välillä, niiden pitoisuus on 100 000 - 1 000 000 kopiota per solu.

Pienillä ydinribonukleiinihiukkasilla (kutsutaan usein snurpeiksi - englannin kielestä pienet ydinribonukleiinipartikkelit) on luultavasti olennainen rooli geenin ilmentymisen säätelyssä. U7-tyypin nukleoproteiinipartikkelit näyttävät olevan mukana histoni-mRNA:iden 3-pään muodostumisessa. Partikkeleita tarvitaan luultavasti polyadenylaatioon, a intronien poistoon ja mRNA:n käsittelyyn (katso luku 39). Tab. 37.3. tiivistää joitakin pienten stabiilien RNA:iden ominaisuuksia.

Taulukko 37.3. Joitakin pieniä stabiileja RNA-tyyppejä löytyy nisäkässoluista

KIRJALLISUUS

Darnell J. et ai. Molecular Cell Biology, Scientific American Books, 1986.

Hunt T. DNA Makes RNA Makes Protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Genes, 2. painos, Wiley, 1985.

Rich A. et ai. Vasenkätisen Z-DNA:n kemia ja biologia, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Turner P. Controlling roles for snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Nukleiinihappojen molekyylirakenne. Luonto, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Kaksi pienten stabiilien RNA:iden ryhmää, Cell, 1981, 25, 296.

RNA, kuten DNA, on polynukleotidi. RNA-nukleotidien rakenne DNA:n kanssa, mutta niissä on seuraavat erot:

• Deoksiriboosin sijasta RNA-nukleotidit sisältävät viiden hiilen sokerin, riboosin;
• Tymiinin typpipitoisen emäksen sijaan urasiili;
• RNA-molekyyliä edustaa yleensä yksi ketju (joissakin viruksissa kaksi);

Niitä on soluissa kolme RNA-tyyppiä: informaatio-, kuljetus- ja ribosomaaliset.

Tiedollinen RNA (i-RNA) on kopio tietystä DNA-osasta ja toimii geneettisen tiedon kantajana DNA:sta proteiinisynteesikohtaan (ribosomiin) ja osallistuu suoraan sen molekyylien kokoamiseen.

Kuljetus RNA (tRNA) kuljettaa aminohappoja sytoplasmasta ribosomeihin.

Ribosomaalinen RNA (rRNA) on osa ribosomeja. Uskotaan, että r-RNA tarjoaa tietyn spatiaalisen suhteen i-RNA ja t-RNA.

RNA:n rooli perinnöllisen tiedon toteutumisprosessissa.

Geneettisen koodin avulla kirjoitettu perinnöllinen tieto tallentuu DNA-molekyyleihin ja lisääntyy, jotta vasta muodostuneet solut saavat tarvittavat "ohjeet" niiden normaalia kehitystä ja toimintaa varten. Samaan aikaan DNA ei osallistu suoraan solujen elämän ylläpitämiseen. Välittäjänä, jonka tehtävänä on kääntää DNA:han tallennettu perinnöllinen tieto toimivaan muotoon, on ribonukleiinihapot - RNA.

Toisin kuin DNA-molekyylejä, ribonukleiinihappoja edustaa yksi polynukleotidiketju, joka koostuu neljästä nukleotidityypistä, jotka sisältävät sokeria, riboosia, fosfaattia ja yhtä neljästä typpipitoisesta emäksestä - adeniinia, guaniinia, urasiilia tai sytosiinia. RNA syntetisoidaan DNA-molekyyleille käyttämällä RNA-polymeraasientsyymejä komplementaarisuuden ja antiparallelismin periaatteen mukaisesti, ja urasiili on komplementaarinen DNA-adeniinin kanssa RNA:ssa. Kaikki solussa toimivat RNA:t voidaan jakaa kolmeen päätyyppiin: mRNA, tRNA, rRNA.

Perinnöllisyyden ja vaihtelevuuden materiaalin kemiallisen järjestyksen mukaan eukaryootti- ja prokaryoottisolut eivät pohjimmiltaan eroa toisistaan. Niiden geneettistä materiaalia edustaa DNA. Yhteistä niille on geneettisen tiedon tallentamisen periaate sekä geneettinen koodi. Samat aminohapot on salattu pro- ja eukaryooteissa samoilla kodoneilla. Periaatteessa DNA:han tallennetun perinnöllisen tiedon käyttö tapahtuu tämän tyyppisissä soluissa samalla tavalla. Ensin se transkriptoidaan mRNA-molekyylin nukleotidisekvenssiksi ja sitten transloidaan peptidin aminohapposekvenssiksi ribosomeissa tRNA:n osallistuessa. Jotkut perinnöllisen materiaalin järjestäytymisen piirteet, jotka erottavat eukaryoottiset solut prokaryoottisista soluista, aiheuttavat kuitenkin eroja niiden geneettisen tiedon käytössä.

Prokaryoottisolun perinnöllinen materiaali sisältyy pääasiassa yhteen pyöreään DNA-molekyyliin. Se sijaitsee suoraan solun sytoplasmassa, jossa on myös geeniekspressioon tarvittavia tRNA:ita ja entsyymejä, joista osa on ribosomeissa. Prokaryoottigeenit koostuvat kokonaan koodaavista nukleotidisekvensseistä, jotka toteutuvat proteiinien, tRNA:n tai rRNA:n synteesin aikana.

Eukaryoottien perinnöllinen materiaali on tilavuudeltaan suurempi kuin prokaryoottien. Se sijaitsee pääasiassa erityisissä ydinrakenteissa - kromosomit jotka on erotettu sytoplasmasta ydinvaipan avulla. Proteiinisynteesiin tarvittava laite, joka koostuu ribosomeista, tRNA:sta, sarjasta aminohappoja ja entsyymejä, sijaitsee solun sytoplasmassa.

Eukaryoottisolujen geenien molekyyliorganisaatiossa on merkittäviä eroja. Useimmilla niistä on koodaussekvenssejä eksonit keskeytettiin intron kohdat, joita ei käytetä t-RNA:n, r-RNA:n tai peptidien synteesissä. Tällaisten alueiden määrä vaihtelee eri geeneissä, ja nämä alueet poistetaan primaarisesta transkriptoidusta RNA:sta ja siksi geneettisen tiedon käyttö eukaryoottisolussa tapahtuu hieman eri tavalla. Prokaryoottisolussa, jossa perinnöllinen materiaali ja proteiinibiosynteesin laitteisto eivät ole spatiaalisesti erotettuja, transkriptio ja translaatio tapahtuvat lähes samanaikaisesti. Eukaryoottisolussa nämä kaksi vaihetta eivät ole ainoastaan ​​avaruudellisesti erotettu tuman vaipan avulla, vaan ne erotetaan myös ajallisesti mRNA:n kypsymisprosessien avulla, joista ei-informatiiviset sekvenssit on poistettava.

Näiden erojen lisäksi kussakin geneettisen tiedon ilmentymisvaiheessa voidaan havaita joitain piirteitä näiden prosessien kulusta pro- ja eukaryooteissa.

RNA:n toiminnot vaihtelevat ribonukleiinihapon tyypistä riippuen.

1) Lähetti-RNA (i-RNA).

2) Ribosomaalinen RNA (r-RNA).

3) Siirto-RNA (t-RNA).

4) Pieni (pieni) RNA. Nämä ovat RNA-molekyylejä, useimmiten pienellä molekyylipainolla, jotka sijaitsevat solun eri osissa (kalvo, sytoplasma, organellit, tuma jne.). Niiden roolia ei täysin ymmärretä. On osoitettu, että ne voivat auttaa ribosomaalisen RNA:n kypsymisessä, osallistua proteiinien siirtoon solukalvon läpi, edistää DNA-molekyylien lisääntymistä jne.

5) Ribotsyymit. Äskettäin tunnistettu RNA-tyyppi, joka osallistuu aktiivisesti solun entsymaattisiin prosesseihin entsyyminä (katalyyttinä).

6) Viruksen RNA. Mikä tahansa virus voi sisältää vain yhdenlaista nukleiinihappoa: joko DNA:ta tai RNA:ta. Sen mukaisesti viruksia, joiden koostumuksessa on RNA-molekyyli, kutsutaan RNA:ta sisältäviksi. Kun tämän tyyppinen virus pääsee soluun, voi tapahtua käänteiskopiointiprosessi (uuden DNA:n muodostuminen RNA:n perusteella), ja vasta muodostunut virus-DNA integroituu solun genomiin ja varmistaa patogeenin olemassaolon ja lisääntymisen. Skenaarion toinen variantti on komplementaarisen RNA:n muodostuminen saapuvan virus-RNA:n matriisiin. Tässä tapauksessa uusien virusproteiinien muodostuminen, viruksen elintärkeä aktiivisuus ja lisääntyminen tapahtuu ilman deoksiribonukleiinihapon osallistumista, vain viruksen RNA:han tallennettujen geneettisten tietojen perusteella. ribonukleiinihapot. RNA, rakenne, rakenteet, tyypit, rooli. Geneettinen koodi. Mekanismit geneettisen tiedon siirtämiseksi. Replikointi. Transkriptio

Ribosomaalinen RNA.

rRNA muodostaa 90 % kaikesta solun RNA:sta ja sille on tunnusomaista metabolinen stabiilisuus. Prokaryooteilla on kolme erilaisia ​​tyyppejä rRNA, jonka sedimentaatiokertoimet 23S, 16S ja 5S; eukaryootteja on neljä tyyppiä: -28S, 18S, 5S ja 5.8S.

Tämän tyyppiset RNA:t sijaitsevat ribosomeissa ja osallistuvat spesifisiin vuorovaikutuksiin ribosomaalisten proteiinien kanssa.

Ribosomaalisilla RNA:illa on sekundäärisen rakenteen muoto, joka on kaksijuosteisia osia, jotka on yhdistetty kaarevalla yksiketjuisella ketjulla. Ribosomin proteiinit liittyvät pääasiassa molekyylin yksijuosteisiin osiin.

rRNA:lle on tunnusomaista modifioitujen emästen läsnäolo, kuitenkin paljon pienempi määrä kuin tRNA:ssa. rRNA:ssa on pääasiassa metyloituja nukleotideja, joissa metyyliryhmät ovat kiinnittyneet joko riboosin emäkseen tai 2/-OH-ryhmään.

kuljetus-RNA.

tRNA-molekyylit ovat yksiketjuinen, joka koostuu 70-90 nukleotidista, molekyylipainoltaan 23000-28000 ja sedimentaatiovakion 4S. Solun RNA:ssa siirto-RNA:ta on 10-20 %. tRNA-molekyylillä on kyky sitoutua kovalenttisesti tiettyyn aminohappoon ja liittyä vetysidosjärjestelmän kautta yhteen mRNA-molekyylin nukleotiditripletistä. Siten tRNA:t toteuttavat koodaavan vastaavuuden aminohapon ja vastaavan mRNA-kodonin välillä. Adapteritoiminnon suorittamiseksi tRNA:illa on oltava hyvin määritelty toissijainen ja tertiaarinen rakenne.

Jokaisella tRNA-molekyylillä on vakio sekundaarinen rakenne, se on kaksiulotteisen apilanlehden muotoinen ja koostuu saman ketjun nukleotidien muodostamista kierteisistä osista ja niiden välissä olevista yksijuosteisista silmukoista. Kierteisten alueiden määrä saavuttaa puolet molekyylistä. Parittamattomat sekvenssit muodostavat tyypillisiä rakenneosia (haaroja), joilla on tyypillisiä haarautumia:

A) akseptorivarsi, jonka 3/-OH-päässä on useimmiten CCA-tripletti. Vastaava aminohappo kiinnitetään terminaalisen adenosiinin karboksyyliryhmään spesifisen entsyymin avulla;

B) pseudouridiini tai T C-silmukka, koostuu seitsemästä nukleotidista, joiden pakollinen sekvenssi on 5 / -T TsG-3 / , joka sisältää pseudouridiinia; oletetaan, että T-silmukkaa käytetään tRNA:n sitomiseen ribosomiin;

C) lisäsilmukka - kooltaan ja koostumukseltaan erilainen eri tRNA:issa;

D) antikodonisilmukka koostuu seitsemästä nukleotidistä ja sisältää kolmen emäksen ryhmän (antikodoni), joka on komplementaarinen mRNA-molekyylissä olevalle tripletille (kodonille);

E) dihydrouridyylisilmukka (D-silmukka), joka koostuu 8-12 nukleotidista ja sisältää yhdestä neljään dihydrouridyylitähdettä; uskotaan, että D-silmukkaa käytetään tRNA:n sitomiseen tiettyyn entsyymiin (aminoasyyli-tRNA-syntetaasi).

tRNA-molekyylien tertiäärinen laskos on erittäin kompakti ja L-muotoinen. Samankaltaisen rakenteen kulman muodostavat dihydrouridiinijäännös ja T C-silmukka, pitkä polvi muodostaa akseptorivarren ja T C-silmukan ja lyhyt muodostaa D-silmukan ja antikodonisilmukan.

Moniarvoiset kationit (Mg 2+, polyamiinit) sekä vetysidokset emästen ja fosfodiesterirungon välillä ovat mukana tRNA:n tertiaarisen rakenteen stabiloinnissa.

tRNA-molekyylin monimutkainen spatiaalinen laskostuminen johtuu useista erittäin spesifisistä vuorovaikutuksista sekä proteiinien että muiden nukleiinihappojen (rRNA) kanssa.

Siirto-RNA eroaa muista RNA-tyypeistä vähäisten emästen suurella pitoisuudella - keskimäärin 10-12 emästä per molekyyli, mutta niiden kokonaismäärä tRNA:na kasvaa organismien edetessä evoluutioportailla. Erilaisia ​​metyloituja puriini (adeniini, guaniini) ja pyrimidiini (5-metyylisytosiini ja ribosyylitymiini) emäksiä, rikkiä sisältäviä emäksiä (6-tiourasiili), mutta yleisin (6-tiourasiili), mutta yleisin sivukomponentti on pseudouridiini. tRNA. Epätavallisten nukleotidien rooli tRNA-molekyyleissä ei ole vielä selvä, mutta uskotaan, että mitä alhaisempi tRNA:n mytilisaatio on, sitä vähemmän aktiivinen ja spesifinen se on.

Modifioitujen nukleotidien sijainti on tiukasti kiinteä. Pienten emästen läsnäolo tRNA:n koostumuksessa määrittää molekyylien vastustuskyvyn nukleaasien vaikutukselle ja lisäksi ne ovat mukana tietyn rakenteen ylläpitämisessä, koska tällaiset emäkset eivät pysty pariutumaan normaalisti ja estävät kaksoiskappaleen muodostumisen. helix. Siten modifioitujen emästen läsnäolo tRNA:n koostumuksessa ei määrää vain sen rakennetta, vaan myös monia tRNA-molekyylin erityistoimintoja.

Useimmat eukaryoottisolut sisältävät erilaisia ​​tRNA:ita. Jokaista aminohappoa kohden on vähintään yksi spesifinen tRNA. Samaa aminohappoa sitovia tRNA:ita kutsutaan isoakseptoreiksi. Jokaisella kehon solutyypillä on erilainen isoakseptori-tRNA:iden suhde.

Matriisi (tiedot)

Messenger-RNA sisältää geneettisen tiedon emäksisten entsyymien ja muiden proteiinien aminohapposekvenssistä, ts. toimii templaattina polypeptidiketjujen biosynteesille. mRNA:n osuus solussa on 5 % RNA:n kokonaismäärästä. Toisin kuin rRNA ja tRNA, mRNA on kooltaan heterogeeninen, sen molekyylipaino vaihtelee välillä 25 10 3 - 1 10 6; mRNA:lle on tunnusomaista laaja valikoima sedimentaatiovakioita (6-25S). Vaihtelevan pituisen mRNA-ketjun läsnäolo solussa heijastaa niiden proteiinien molekyylipainojen monimuotoisuutta, jota ne tarjoavat synteesiä varten.

Nukleotidikoostumuksensa mukaan mRNA vastaa DNA:ta samasta solusta, ts. on komplementaarinen jollekin DNA-juosteesta. mRNA:n nukleotidisekvenssi (primäärirakenne) sisältää tietoa paitsi proteiinin rakenteesta, myös itse mRNA-molekyylien sekundaarirakenteesta. mRNA:n sekundaarirakenne muodostuu komplementaarisista sekvensseistä, joiden pitoisuus eri alkuperää olevassa RNA:ssa on samanlainen ja vaihtelee välillä 40-50 %. Merkittävä määrä parillisia alueita voidaan muodostaa mRNA:n 3/- ja 5/-vyöhykkeille.

18s-rRNA-alueiden 5/-päiden analyysi osoitti, että ne sisältävät komplementaarisia sekvenssejä.

mRNA:n tertiäärinen rakenne muodostuu pääasiassa vetysidosten, hydrofobisen vuorovaikutuksen, geometrisen ja steerisen rajoituksen sekä sähkövoimien vuoksi.

Viesti-RNA on metabolisesti aktiivinen ja suhteellisen epästabiili, lyhytikäinen muoto. Siten mikro-organismien mRNA:lle on ominaista nopea uusiutuminen ja sen elinikä on useita minuutteja. Samaan aikaan organismeilla, joiden solut sisältävät todellisia kalvoon sitoutuneita ytimiä, mRNA:n elinikä voi olla useita tunteja ja jopa useita päiviä.

mRNA:n stabiilius voidaan määrittää sen molekyylin erilaisilla modifikaatioilla. Siten havaittiin, että virusten ja eukaryoottien 5/-terminaalinen mRNA-sekvenssi on metyloitunut tai "estetty". Ensimmäinen nukleotidi korkin 5/-terminaalisessa rakenteessa on 7-metyyliguaniini, joka on kytketty seuraavaan nukleotidiin 5/-5/-pyrofosfaattisidoksella. Toinen nukleotidi on metyloitunut C-2/-riboositähteestä, kun taas kolmannessa nukleotidissa ei välttämättä ole metyyliryhmää.

Toinen mRNA:n kyky on, että monien eukaryoottisolujen mRNA-molekyylien 3/-päissä on suhteellisen pitkiä adenyylinukleotidisekvenssejä, jotka synteesin päätyttyä kiinnittyvät mRNA-molekyyleihin erityisten entsyymien avulla. Reaktio tapahtuu solun tumassa ja sytoplasmassa.

mRNA:n 3/- ja 5/- päissä modifioidut sekvenssit muodostavat noin 25 % molekyylin kokonaispituudesta. Uskotaan, että 5/-cap- ja 3/-poly-A-sekvenssit ovat välttämättömiä joko stabiloimaan mRNA:ta, joka suojaa sitä nukleaasien vaikutukselta, tai säätelemään translaatioprosessia.

RNA:n häiriö

Elävistä soluista on löydetty useita RNA-tyyppejä, jotka voivat vähentää geenin ilmentymisen astetta, kun ne ovat komplementaarisia mRNA:lle tai itse geenille. Mikro-RNA:ita (pituudeltaan 21-22 nukleotidia) löytyy eukaryooteista ja ne toimivat RNA:n häiriömekanismin kautta. Tässä tapauksessa mikroRNA:n ja entsyymien kompleksi voi johtaa geenipromoottorin DNA:ssa olevien nukleotidien metylaatioon, mikä toimii signaalina geenin aktiivisuuden vähentämiseksi. Kun käytetään erityyppistä mRNA-säätelyä, komplementaarinen miRNA hajoaa. On kuitenkin olemassa miRNA:ita, jotka lisäävät geenin ilmentymisen vähentämisen sijaan. Pieniä häiritseviä RNA:ita (siRNA:ita, 20-25 nukleotidia) muodostuu usein virus-RNA:iden pilkkomisen seurauksena, mutta myös endogeenisiä solumiRNA:ita on olemassa. Pienet häiritsevät RNA:t toimivat myös RNA-interferenssin kautta samanlaisissa mekanismeissa kuin miRNA:iden. Piwin kanssa vuorovaikutuksessa olevista eläimistä on löydetty niin kutsuttuja RNA:ita (piRNA, 29-30 nukleotidia), jotka vaikuttavat sukusoluissa transpositiota vastaan ​​ja osallistuvat sukusolujen muodostumiseen. Lisäksi piRNA:t voivat periytyä epigeneettisesti emon linjan kautta siirtäen jälkeläisille heidän kykynsä estää transposonien ilmentymistä.

Antisense-RNA:t ovat laajalti jakautuneita bakteereissa, monet niistä estävät geeniekspressiota, mutta jotkut lisäävät ekspressiota. Antisense-RNA:t toimivat kiinnittymällä mRNA:han, mikä johtaa kaksijuosteisten RNA-molekyylien muodostumiseen, jotka entsyymit hajottavat.Eukaryooteista on löydetty suurimolekyylisiä, mRNA:n kaltaisia ​​RNA-molekyylejä. Nämä molekyylit säätelevät myös geenien ilmentymistä.

Yksittäisten molekyylien roolin geenisäätelyssä lisäksi säätelyelementtejä voidaan muodostaa mRNA:n 5'- ja 3'-transloitumattomille alueille. Nämä elementit voivat toimia itsestään estämään translaation alkamista tai ne voivat kiinnittää proteiineja, kuten ferritiiniä, tai pieniä molekyylejä, kuten biotiinia.

Monet RNA:t osallistuvat muiden RNA:iden modifiointiin. Intronit leikataan pois pre-mRNA:sta silmukointiosomeilla, jotka sisältävät proteiinien lisäksi useita pieniä tuman RNA:ita (snRNA:ita). Lisäksi intronit voivat katalysoida omaa poistumistaan. Transkription tuloksena syntetisoitua RNA:ta voidaan myös modifioida kemiallisesti. Eukaryooteissa RNA-nukleotidien kemialliset modifikaatiot, kuten niiden metylaatio, suoritetaan pienillä tuman RNA:illa (snRNA:t, 60-300 nukleotidia). Tämän tyyppinen RNA sijaitsee nukleolus- ja Cajal-kappaleissa. Sen jälkeen kun snRNA:t on liitetty entsyymeihin, snRNA:t sitoutuvat kohde-RNA:han muodostamalla emäspariutumisen kahden molekyylin välillä, ja entsyymit modifioivat kohde-RNA:n nukleotideja. Ribosomaaliset ja siirto-RNA:t sisältävät monia tällaisia ​​modifikaatioita, joiden spesifinen asema säilyy usein evoluution aikana. snRNA:t ja itse snRNA:t voidaan myös modifioida. Ohjaavat RNA:t suorittavat RNA:n muokkausprosessin kinetoplastissa, kinetoplastidiprotistien mitokondrioiden erityisessä osassa (esimerkiksi trypanosomit).

RNA:sta koostuvat genomit

Kuten DNA, RNA voi tallentaa tietoa biologisia prosesseja. RNA:ta voidaan käyttää virusten ja viruksen kaltaisten hiukkasten genomina. RNA-genomit voidaan jakaa sellaisiin, joilla ei ole DNA-välivaihetta, ja sellaisiin, jotka kopioidaan DNA-kopioon ja takaisin RNA:han lisääntymistä varten (retrovirukset).

Monet virukset, kuten influenssavirus, sisältävät kaikissa vaiheissa genomin, joka koostuu kokonaan RNA:sta. RNA sisältyy normaalisti proteiinikuoreen, ja sen sisällä koodaamat RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit replikoivat sitä. RNA:sta koostuvat virusgenomit jaetaan:

"negatiivisäikeinen RNA", joka toimii vain genomina ja sen komplementaarista molekyyliä käytetään mRNA:na;

kaksijuosteiset virukset.

Viroidit ovat toinen patogeenien ryhmä, joka sisältää RNA-genomin eikä proteiinia. RNA-polymeraasit replikoivat ne isäntäorganismissa.

Retrovirukset ja retrotransposonit

Muilla viruksilla on RNA-genomi vain yhdessä vaiheessa elinkaari. Ns. retrovirusten virionit sisältävät RNA-molekyylejä, jotka isäntäsoluihin joutuessaan toimivat templaattina DNA-kopion synteesille. RNA-genomi puolestaan ​​lukee DNA-templaatista. Käänteistranskriptiovirusten lisäksi käytetään myös genomin liikkuvien elementtien luokkaa, retrotransposoneja.

Nukleiinihapot ovat makromolekyylisiä aineita, jotka koostuvat mononukleotideista, jotka on liitetty toisiinsa polymeeriketjussa käyttäen 3",5" -fosfodiesterisidoksia ja pakattuja soluihin tietyllä tavalla.

Nukleiinihapot ovat biopolymeerejä kahdesta lajikkeesta: ribonukleiinihaposta (RNA) ja deoksiribonukleiinihaposta (DNA). Jokainen biopolymeeri koostuu nukleotideista, jotka eroavat toisistaan ​​hiilihydraattijäännöksen (riboosi, deoksiriboosi) ja yhden typpipitoisen emäksen (urasiili, tymiini) suhteen. Näin ollen nukleiinihapot saivat nimensä.

Ribonukleiinihapon rakenne

RNA:n primaarirakenne

RNA-molekyyli ovat lineaarisia (eli haaroittumattomia) polynukleotideja, joilla on samanlainen järjestäytymisperiaate kuin DNA:lla. RNA-monomeerit ovat nukleotideja, jotka koostuvat fosforihaposta, hiilihydraatista (riboosista) ja typpipitoisesta emäksestä, jotka on yhdistetty 3", 5" fosfodiesterisidoksilla. RNA-molekyylin polynukleotidiketjut ovat polaarisia, ts. Niissä on erotettavissa olevat 5'- ja 3"-päät. Samanaikaisesti, toisin kuin DNA, RNA on yksijuosteinen molekyyli. Syynä tähän eroon on primäärirakenteen kolme ominaisuutta:

1. RNA, toisin kuin DNA, sisältää riboosia deoksiriboosin sijasta, jolla on ylimääräinen hydroksyyliryhmä. Hydroksiryhmä tekee kaksijuosteisesta rakenteesta vähemmän tiiviin
2. Neljän tärkeimmän eli päätyppipitoisen emäksen (A, G, C ja U) joukossa on tymiinin sijasta urasiili, joka eroaa tymiinistä vain siten, että 5. asemassa ei ole metyyliryhmää. Tämä vähentää komplementaarisen hydrofobisen vuorovaikutuksen voimakkuutta pari A-U, mikä myös vähentää stabiilien kaksijuosteisten molekyylien muodostumisen todennäköisyyttä.
3. Lopuksi RNA:ssa (erityisesti tRNA:ssa) on korkea ns. pienet emäkset ja nukleosidit. Niitä ovat dihydrouridiini (urasiilissa ei ole yksittäistä kaksoissidosta), pseudouridiini (urasiili liittyy riboosiin eri tavalla kuin tavallisesti), dimetyyliadeniini ja dimetyyliguaniini (kaksi muuta metyyliryhmää typpipitoisissa emäksissä) ja monet muut. Lähes kaikki nämä emäkset eivät voi osallistua toisiaan täydentäviin vuorovaikutuksiin. Siten dimetyyliadeniinin metyyliryhmät (toisin kuin tymiini ja 5-metyylisytosiini) sijaitsevat atomissa, joka muodostaa vetysidoksen A-U-parissa; joten nyt tätä yhteyttä ei voida sulkea. Tämä estää myös kaksijuosteisten molekyylien muodostumisen.

Siten laajalti tunnetuilla eroilla RNA:n koostumuksessa DNA:sta on suuri merkitys. biologinen merkitys: loppujen lopuksi RNA-molekyylit voivat suorittaa tehtävänsä vain yksijuosteisessa tilassa, mikä on ilmeisintä mRNA:lle: on vaikea kuvitella, kuinka kaksijuosteinen molekyyli voisi transloitua ribosomeissa.

Samaan aikaan yksittäisenä RNA-ketju voi joissakin paikoissa muodostaa silmukoita, ulkonemia tai "hiusneuloja", joilla on kaksijuosteinen rakenne (kuva 1.). Tätä rakennetta stabiloi emästen vuorovaikutus pareissa A::U ja G:::C. Kuitenkin voidaan muodostaa myös "virheellisiä" pareja (esim. GU), ja joissain paikoissa on "hiusneuloja" eikä vuorovaikutusta tapahdu ollenkaan. Tällaiset silmukat voivat sisältää (erityisesti tRNA:ssa ja rRNA:ssa) jopa 50 % kaikista nukleotideista. Nukleotidien kokonaispitoisuus RNA:ssa vaihtelee 75 yksiköstä useisiin tuhansiin. Mutta jopa suurimmat RNA:t ovat useita suuruusluokkia lyhyempiä kuin kromosomaaliset DNA:t.

mRNA:n primäärirakenne kopioitiin DNA-alueelta, joka sisälsi tietoa polypeptidiketjun primäärirakenteesta. Muiden RNA-tyyppien (tRNA, rRNA, harvinainen RNA) ensisijainen rakenne on viimeinen kopio vastaavien DNA-geenien geneettisestä ohjelmasta.

RNA:n toissijaiset ja tertiaariset rakenteet

Ribonukleiinihapot (RNA) ovat yksijuosteisia molekyylejä, joten toisin kuin DNA, niiden sekundaari- ja tertiaarirakenteet ovat epäsäännöllisiä. Nämä rakenteet, jotka määritellään polynukleotidiketjun avaruudelliseksi konformaatioksi, muodostuvat pääasiassa vetysidoksista ja typpipitoisten emästen välisistä hydrofobisista vuorovaikutuksista. Jos vakaa heliksi on ominaista natiiville DNA-molekyylille, niin RNA:n rakenne on monipuolisempi ja labiilimpi. Röntgendiffraktioanalyysi osoitti, että RNA-polynukleotidiketjun yksittäiset osat taipuvat ympärilleen ja muodostuvat intrahelkaalisia rakenteita. Rakenteiden stabilointi saavutetaan ketjun vastakkaisten osien typpipitoisten emästen komplementaarisilla pareilla; tietyt parit tässä ovat A-U, G-C ja harvemmin G-U. Tästä johtuen RNA-molekyylissä esiintyy sekä lyhyitä että pitkiä kierrettyjä osia, jotka kuuluvat samaan ketjuun; näitä alueita kutsutaan hiusneuloilla. Malli RNA:n toissijaisesta rakenteesta hiusneulaelementeillä kehitettiin 1950-luvun lopulla ja 1960-luvun alussa. 20. vuosisata A. S. Spirinin (Venäjä) ja P. Dotyn (USA) laboratorioissa.

Jotkut RNA-tyypit
RNA:n tyypit	Koko nukleotideina	Toiminto
gRNA - genominen RNA	10000-100000
mRNA - informaatio (matriisi) RNA	100-100000	siirtää tietoa proteiinin rakenteesta DNA-molekyylistä
tRNA - siirto-RNA	70-90	kuljettaa aminohappoja proteiinisynteesikohtaan
rRNA - ribosomin RNA	useita erillisiä luokkia 100 - 500 000	ribosomien sisältämä, osallistuu ribosomin rakenteen ylläpitämiseen
sn-RNA - pieni tuma-RNA	100	poistaa intronit ja liittää entsymaattisesti eksonit mRNA:ksi
sno-RNA - pieni nukleolaarinen RNA		osallistuvat rRNA:n ja pienen tuman RNA:n emäsmuunnosten ohjaamiseen tai suorittamiseen, kuten esimerkiksi metylaatioon ja pseudouridinisaatioon. Useimmat pienet nukleolaariset RNA:t löytyvät muiden geenien introneista.
srp-RNA - signaalintunnistus-RNA		tunnistaa ilmentymiseen tarkoitettujen proteiinien signaalisekvenssin ja osallistuu niiden siirtoon sytoplasmisen kalvon läpi
mi-RNA - mikro-RNA	22	kontrolloi rakennegeenien translaatiota komplementaarisella sitoutumisella transloimattomien mRNA-alueiden 3'-päihin

Kierteisten rakenteiden muodostumiseen liittyy hypokrominen vaikutus - RNA-näytteiden optisen tiheyden lasku 260 nm:ssä. Näiden rakenteiden tuhoutuminen tapahtuu, kun RNA-liuoksen ionivahvuus laskee tai kun se kuumennetaan 60-70 °C:seen; sitä kutsutaan myös sulamiseksi ja selittyy rakenteellisella siirtymäkierteellä - kaoottisella kelalla, johon liittyy nukleiinihappoliuoksen optisen tiheyden kasvu.

Soluissa on useita RNA-tyyppejä:

1. informaatio (tai templaatti) RNA (mRNA tai mRNA) ja sen edeltäjä - heterogeeninen tuma-RNA (g-n-RNA)
2. siirtää RNA:ta (t-RNA) ja sen esiastetta
3. ribosomaalinen (r-RNA) ja sen edeltäjä
4. pieni tuma-RNA (sn-RNA)
5. pieni nukleolaarinen RNA (sno-RNA)
6. signaalintunnistus-RNA (srp-RNA)
7. miRNA (mi-RNA)
8. mitokondriaalinen RNA (t+ RNA).

Heterogeeninen ydin- ja informaatio (matriisi) RNA

Heterogeeninen tuman RNA on ainutlaatuinen eukaryooteille. Se on lähetti-RNA:n (i-RNA) esiaste, joka kuljettaa geneettistä tietoa ydin-DNA:sta sytoplasmaan. Heterogeenisen ydin-RNA:n (pre-mRNA) löysi Neuvostoliiton biokemisti G. P. Georgiev. G-RNA:n tyyppien lukumäärä on yhtä suuri kuin geenien lukumäärä, koska se toimii suorana kopiona genomin koodaavista sekvensseistä, minkä vuoksi sillä on kopioita DNA-palindromeista, joten sen sekundaarinen rakenne sisältää hiusneuloja ja lineaarisia osia . Entsyymi RNA-polymeraasi II näyttelee avainroolia RNA:n transkriptiossa DNA:sta.

Viesti-RNA muodostuu rn-RNA:n prosessoinnin (kypsymisen) seurauksena, jonka aikana hiusneulat leikataan pois, ei-koodaavat alueet (intronit) leikataan pois ja koodaavat eksonit liimataan yhteen.

Viesti-RNA (i-RNA) on kopio tietystä DNA-osasta ja toimii geneettisen tiedon kantajana DNA:sta proteiinisynteesikohtaan (ribosomiin) ja osallistuu suoraan sen molekyylien kokoamiseen.

Kypsässä lähetti-RNA:ssa on useita alueita, joilla on erilaiset toiminnalliset roolit (kuva).

• 5 "päässä on niin kutsuttu "cap" tai cap - yhdestä neljään modifioidun nukleotidin osa. Tämä rakenne suojaa mRNA:n 5" päätä endonukleaaseilta
• "Cap":n takana on 5 "transloitumaton alue - useiden kymmenien nukleotidien sekvenssi. Se on komplementaarinen yhdelle ribosomin pieneen alayksikköön kuuluvan r-RNA:n osista. Tästä johtuen se palvelee m-RNA:n ensisijaiseen sitoutumiseen ribosomiin, mutta itseään ei lähetetä
• aloituskodoni - metioniinia koodaava AUG. Kaikilla mRNA:illa on sama aloituskodoni. mRNA:n translaatio (luku) alkaa siitä. Jos metioniinia ei tarvita peptidiketjun synteesin jälkeen, se yleensä katkaistaan ​​N-päästään.
• Aloituskodonia seuraa koodaava osa, joka sisältää tietoa proteiinin aminohapposekvenssistä. Eukaryooteissa kypsät mRNA:t ovat monokistronisia; jokainen niistä sisältää tietoa vain yhden polypeptidiketjun rakenteesta.

  Toinen asia on, että joskus peptidiketju leikataan pian ribosomiin muodostumisen jälkeen useiksi pienemmiksi ketjuiksi. Tämä tapahtuu esimerkiksi insuliinin ja useiden oligopeptidihormonien synteesissä.

  Kypsän eukaryoottisen mRNA:n koodaava osa on vailla introneja - mitään interkaloituneita ei-koodaavia sekvenssejä. Toisin sanoen on olemassa jatkuva sense-kodonisekvenssi, joka on luettava 5" -> 3" suunnassa.

• Tämän sekvenssin lopussa on lopetuskodoni - yksi kolmesta "merkityksettömästä" kodonista: UAA, UAG tai UGA (katso geneettisen koodin taulukko alla).
• Tätä kodonia voi seurata toinen transloimaton 3'-alue, joka on paljon pidempi kuin 5'-transloitumaton alue.
• Lopuksi lähes kaikki kypsät eukaryoottiset mRNA:t (paitsi histoni-mRNA:t) sisältävät 150–200 adenyylinukleotidin poly(A)-fragmentin 3'-päässä.

3'-transloitumaton alue ja poly(A)-fragmentti liittyvät mRNA:n eliniän säätelyyn, koska mRNA:n tuhoaminen tapahtuu 3'-eksonukleaasien toimesta. Kun mRNA:n translaatio on suoritettu loppuun, poly(A)-fragmentista katkaistaan ​​10–15 nukleotidiä. Kun tämä fragmentti on käytetty loppuun, merkittävä osa mRNA:sta alkaa hajota (jos 3'-transloitumaton alue puuttuu).

Nukleotidien kokonaismäärä mRNA:ssa vaihtelee yleensä muutaman tuhannen sisällä. Tässä tapauksessa koodaava osa voi joskus olla vain 60-70 % nukleotideista.

Soluissa mRNA-molekyylit liittyvät lähes aina proteiineihin. Jälkimmäiset todennäköisesti stabiloivat mRNA:n lineaarista rakennetta, ts. estävät "hiusneulojen" muodostumisen koodaavassa osassa. Lisäksi proteiinit voivat suojata mRNA:ta ennenaikaiselta hajoamiselta. Tällaisia ​​mRNA:n komplekseja proteiinien kanssa kutsutaan joskus informosomeiksi.

Siirto-RNA solun sytoplasmassa kuljettaa aminohapot aktivoidussa muodossa ribosomeihin, joissa ne yhdistetään peptidiketjuiksi tietyssä sekvenssissä, jonka määrittää RNA-templaatti (mRNA). Tällä hetkellä tunnetaan tietoja prokaryoottisista ja eukaryoottisista organismeista peräisin olevan yli 1700 tRNA-tyypin nukleotidisekvenssistä. Kaikilla niillä on yhteisiä piirteitä sekä primäärirakenteessa että tavassa, jolla polynukleotidiketju laskostuu sekundaarirakenteeksi niiden rakenteeseen sisältyvien nukleotidien komplementaarisen vuorovaikutuksen vuoksi.

Siirto-RNA sisältää koostumuksessaan korkeintaan 100 nukleotidia, joiden joukossa on suuri määrä vähäisiä tai modifioituja nukleotideja. Ensimmäinen täysin dekoodattu siirto-RNA oli hiivasta eristetty alaniini-RNA. Analyysi osoitti, että alaniini-RNA koostuu 77 nukleotidista, jotka on järjestetty tiukasti määriteltyyn sekvenssiin; ne sisältävät niin kutsutut pienet nukleotidit, joita edustavat epätyypilliset nukleosidit dihydrouridiini (dgU) ja pseudouridiini (Ψ); inosiini (I): adenosiiniin verrattuna aminoryhmä on korvattu ketoryhmällä; metyyliinosiini (ml), metyyli- ja dimetyyliguanosiini (mG ja m2G); metyyliuridiini (mU): sama kuin ribotymidiini. Alaniini-tRNA sisältää 9 epätavallista emästä, joissa on yksi tai useampi metyyliryhmä, jotka ovat entsymaattisesti kiinnittyneet niihin sen jälkeen, kun nukleotidien välille on muodostunut fosfodiesterisidoksia. Nämä emäkset eivät pysty muodostamaan tavallisia pareja; ehkä ne estävät perusparin muodostumisen tiettyjä osia molekyylejä ja siten paljastaa spesifisiä kemiallisia ryhmiä, jotka muodostavat toissijaisia ​​sidoksia lähetti-RNA:n, ribosomin tai ehkä entsyymin kanssa, joka on tarpeen tietyn aminohapon kiinnittämiseksi vastaavaan siirto-RNA:han. Tunnettu nukleotidisekvenssi tRNA:ssa tarkoittaa olennaisesti sitä, että sen sekvenssi geeneissä, joissa tämä tRNA syntetisoidaan, tunnetaan myös. Tämä sekvenssi voidaan johtaa Watsonin ja Crickin määrittämien erityisten emäsparisääntöjen perusteella. Vuonna 1970 syntetisoitiin täydellinen kaksijuosteinen DNA-molekyyli, jossa oli vastaava 77 nukleotidin sekvenssi, ja kävi ilmi, että se voisi toimia templaattina alaniininsiirto-RNA:n rakentamisessa. Se oli ensimmäinen keinotekoisesti syntetisoitu geeni.

tRNA:n transkriptio

tRNA-molekyylien transkriptio tapahtuu DNA:ta koodaavista sekvensseistä RNA-polymeraasi III -entsyymin osallistuessa. Transkription aikana tRNA:n primäärirakenne muodostuu lineaarisen molekyylin muodossa. Muodostaminen alkaa nukleotidisekvenssin kokoamisesta RNA-polymeraasin avulla geenin mukaisesti, joka sisältää tietoa tästä siirto-RNA:sta. Tämä sekvenssi on lineaarinen polynukleotidiketju, jossa nukleotidit seuraavat toisiaan. Lineaarinen polynukleotidiketju on primaarinen RNA, tRNA:n esiaste, joka sisältää introneita - ei-informatiivisia nukleotidiylimääriä. Tällä organisaatiotasolla pre-tRNA ei toimi. Kromosomien DNA:n eri paikkoihin muodostunut pre-tRNA sisältää noin 40 nukleotidin ylimäärän kypsään tRNA:han verrattuna.

Toisessa vaiheessa vasta syntetisoitu tRNA-prekursori käy läpi transkription jälkeisen kypsymisen tai prosessoinnin. Prosessoinnin aikana pre-RNA:n ei-informatiiviset ylimäärät poistetaan ja kypsiä, toiminnallisia RNA-molekyylejä muodostuu.

pre-tRNA-käsittely

Prosessointi alkaa molekyylin sisäisten vetysidosten muodostumisella transkriptiin ja tRNA-molekyyli saa apilanlehden muodon. Tämä on tRNA-organisaation toissijainen taso, jolla tRNA-molekyyli ei ole vielä toimiva. Seuraavaksi ei-informatiiviset alueet leikataan pois pre-RNA:sta, "rikkoutuneiden geenien" informatiiviset alueet silmukoidaan - RNA:n 5'- ja 3'-terminaalisten alueiden silmukointi ja modifiointi.

Pre-RNA:n ei-informatiivisten alueiden leikkaus suoritetaan ribonukleaasien (ekso- ja endonukleaasien) avulla. Ylimääräisten nukleotidien poistamisen jälkeen tapahtuu tRNA-emästen metylaatio. Reaktio suoritetaan metyylitransferaasien avulla. S-adenosyylimetioniini toimii metyyliryhmän luovuttajana. Metylaatio estää tRNA:n tuhoutumisen nukleaasien toimesta. Lopulta kypsä tRNA muodostuu kiinnittämällä spesifinen nukleotiditrio (akseptoripää) - CCA, jonka suorittaa erityinen RNA-polymeraasi.

Prosessoinnin päätyttyä sekundaarirakenteeseen muodostuu jälleen lisää vetysidoksia, minkä ansiosta tRNA siirtyy organisaation tertiääriselle tasolle ja saa ns. L-muodon. Tässä muodossa tRNA menee hyaloplasmaan.

tRNA:n rakenne

Siirto-RNA:n rakenne perustuu nukleotidiketjuun. Kuitenkin johtuen siitä, että missä tahansa nukleotidiketjussa on positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita osia, se ei voi olla solussa laskostumattomassa tilassa. Nämä varautuneet osat vetäytyessään toisiinsa muodostavat helposti vetysidoksia keskenään komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti. Vetysidokset vääntävät oudolla tavalla tRNA-juostetta ja pitävät sitä siinä asennossa. Tämän seurauksena t-RNA:n sekundaarirakenne on "apilan lehden" muotoinen (kuvio), jonka rakenteessa on 4 kaksijuosteista aluetta. tRNA-ketjussa havaittujen vähäisten tai modifioitujen nukleotidien korkea pitoisuus, jotka eivät kykene komplementaarisiin vuorovaikutuksiin, muodostaa 5 yksijuosteista aluetta.

Että. tRNA:n sekundaarinen rakenne muodostuu yksittäisten tRNA-osien komplementaaristen nukleotidien pariutumisen tuloksena. Ne tRNA:n alueet, jotka eivät osallistu vetysidosten muodostumiseen nukleotidien välillä, muodostavat silmukoita tai lineaarisia linkkejä. tRNA:ssa erotetaan seuraavat rakenteelliset alueet:

1. Hyväksyjäsivusto (loppu), joka koostuu neljästä lineaarisesti järjestetystä nukleotidista, joista kolmella on sama sekvenssi kaikissa tRNA-tyypeissä - CCA. Adenosiinin hydroksyyli-3"-OH on vapaa. Aminohappo on kiinnittynyt siihen karboksyyliryhmällä, joten tämän tRNA-kohdan nimi on akseptori. Adenosiinin 3"-hydroksyyliryhmään sitoutunut tRNA-aminohappo toimittaa aminon happo ribosomeihin, joissa tapahtuu proteiinisynteesi.
2. Antikodonisilmukka, muodostuu yleensä seitsemästä nukleotidista. Se sisältää kullekin tRNA:lle spesifisen nukleotiditripletin, jota kutsutaan antikodoniksi. tRNA-antikodoni pariutuu mRNA-kodonin kanssa komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti. Kodoni-antikodoni-vuorovaikutus määrittää järjestyksen, jossa aminohapot järjestetään polypeptidiketjussa sen koontuessa ribosomeihin.
3. Pseudouridyylisilmukka (tai TΨC-silmukka), joka koostuu seitsemästä nukleotidista ja sisältää välttämättä pseudouridyylihappotähteen. Oletetaan, että pseudouridyylisilmukka osallistuu tRNA:n sitoutumiseen ribosomiin.
4. Dihydrouridiini tai D-silmukka, joka koostuu tavallisesti 8-12 nukleotiditähteestä, joiden joukossa on välttämättä useita dihydrouridiinitähteitä. Uskotaan, että D-silmukka on välttämätön sitoutumiseen aminoasyyli-tRNA-syntetaasiin, joka osallistuu sen tRNA:n tunnistamiseen aminohapolla (katso "Proteiinin biosynteesi"),
5. Lisäsilmukka, joka vaihtelee kooltaan ja nukleotidien koostumukseltaan eri tRNA:issa.

tRNA:n tertiäärirakenne ei ole enää apilanlehden muotoinen. Koska "apilan lehden" eri osista peräisin olevien nukleotidien välille muodostuu vetysidoksia, sen terälehdet kietoutuvat molekyylin rungon ympärille ja pitävät niitä lisäksi tässä asennossa van der Waalsin sidoksilla, jotka muistuttavat G- tai L-kirjaimen muotoa. Stabiilin tertiäärisen rakenteen läsnäolo on toinen t-RNA:n piirre, toisin kuin pitkät lineaariset mRNA-polynukleotidit. Voit ymmärtää tarkalleen kuinka t-RNA:n sekundaarirakenteen eri osat taipuvat tertiaarisen rakenteen muodostumisen aikana vertaamalla t-RNA:n sekundaari- ja tertiaarirakenteen kaavion värejä.

Transfer RNA:t (tRNA:t) kuljettavat aminohappoja sytoplasmasta ribosomeihin proteiinisynteesin aikana. Geneettisen koodin taulukosta voidaan nähdä, että jokaista aminohappoa koodaavat useat nukleotidisekvenssit, joten jokaisella aminohapolla on oma siirto-RNA. Tämän seurauksena on olemassa laaja valikoima tRNA:ita, yhdestä kuuteen lajia kutakin 20 aminohappoa kohti. TRNA-tyyppejä, jotka voivat sitoa saman aminohapon, kutsutaan isoakseptoreiksi (esim. alaniini voidaan kiinnittää tRNA:han, jonka antikodoni on komplementaarinen kodoneille GCU, GCC, GCA, GCG). tRNA:n spesifisyys osoitetaan yläindeksillä, esimerkiksi: tRNA Ala.

Proteiinisynteesin prosessille tärkein toimivia osia tRNA ovat: antikodoni - antikodonisilmukassa sijaitseva nukleotidisekvenssi, joka on komplementaarinen informaatio-RNA:n kodonille (i-RNA) ja akseptoriosa - t-RNA:n antikodonia vastapäätä oleva pää, johon aminohappo on liitteenä. Antikodonin emässekvenssi riippuu suoraan 3"-päähän kiinnittyneen aminohapon tyypistä. Esimerkiksi tRNA, jonka antikodonilla on sekvenssi 5"-CCA-3", voi sisältää vain aminohappo tryptofaania. On huomattava, että tämä riippuvuus on geneettisen tiedon siirron ytimessä, jonka kantaja on t-RNA.

Proteiinisynteesin prosessissa tRNA-antikodoni tunnistaa i-RNA:n geneettisen koodin (kodonin) kolmikirjaimisen sekvenssin ja sovittaa sen yhteen ainoaan vastaavaan aminohappoon, joka on kiinnitetty tRNA:n toiseen päähän. Vain jos antikodoni on komplementaarinen mRNA-alueelle, voi siirto-RNA liittyä siihen ja luovuttaa siirretyn aminohapon proteiiniketjun muodostamiseksi. Vuorovaikutus t-RNA:n ja i-RNA:n välillä tapahtuu ribosomissa, joka on myös aktiivinen osallistuja translaatioon.

TRNA:n tunnistaminen aminohaposta ja i-RNA:n kodonista tapahtuu tietyllä tavalla:

• "Oman" aminohapon sitoutuminen tRNA:han tapahtuu entsyymin - spesifisen aminoasyyli-tRNA-syntetaasin - avulla

  Aminoasyyli-tRNA-syntetaaseja on laaja valikoima aminohappojen käyttämien tRNA:iden lukumäärän mukaan. Niitä kutsutaan lyhyesti ARSaseiksi. Aminoasyyli-tRNA-syntetaasit ovat suuria molekyylejä (molekyylipaino 100 000 - 240 000), joilla on kvaternäärinen rakenne. Ne tunnistavat spesifisesti tRNA:n ja aminohapot ja katalysoivat niiden yhdistelmää. Tämä prosessi vaatii ATP:tä, jonka energiaa käytetään aminohapon aktivoimiseen karboksyylipäästä ja sen kiinnittämiseen tRNA:n adenosiiniakseptoripään (CCA) hydroksyyliin (3"-OH). Uskotaan, että molekyylissä Jokaisessa aminoasyyli-tRNA-syntetaasissa on sitoutumiskeskuksia vähintään kolme sitoutumiskohtaa: aminohappoja varten, isoakseptori-tRNA:t ja ATP. kovalenttisidos, jos tRNA:n aminohappo täsmää, ja tällaisen sidoksen hydrolyysi niiden yhteensopimattomuuden tapauksessa ("väärän" aminohapon kiinnittyminen tRNA:han).

  ARSaasit pystyvät käyttämään selektiivisesti tRNA:iden valikoimaa kullekin aminohapolle tunnistuksen yhteydessä, ts. Johtava linkki tunnistuksessa on aminohappo, ja sen oma tRNA on sovitettu siihen. Lisäksi tRNA siirtää yksinkertaisella diffuusiolla siihen kiinnittyneen aminohapon ribosomeihin, joissa proteiini kootaan aminohapoista, jotka toimitetaan erilaisten aminoasyyli-tRNA:iden muodossa.

  

  Aminohapon sitoutuminen tRNA:han

  tRNA:n ja aminohapon sitoutuminen tapahtuu seuraavasti (kuvio): aminohappo ja ATP-molekyyli ovat kiinnittyneet aminoasyyli-tRNA-syntetaasiin. Myöhempää aminoasetylaatiota varten ATP-molekyyli vapauttaa energiaa pilkkomalla kaksi fosfaattiryhmää. Jäljelle jäävä AMP (adenosiinimonofosfaatti) kiinnittyy aminohappoon valmistaen sen kytkeytymään tRNA:n akseptorikohtaan - akseptorin hiusneulaan. Sen jälkeen syntetaasi kiinnittää vastaavan tRNA:n vastaavaan aminohappoon. Tässä vaiheessa tRNA:n yhteensopivuus syntetaasin kanssa tarkistetaan. Yhteensopivuuden tapauksessa tRNA kiinnittyy tiukasti syntetaasiin muuttaen sen rakennetta, mikä johtaa aminoasylaatioprosessin käynnistämiseen - aminohapon kiinnittymiseen tRNA:han.

  Aminoasylaatio tapahtuu, kun aminohappoon kiinnittynyt AMP-molekyyli korvataan tRNA-molekyylillä. Tämän korvauksen jälkeen AMP poistuu syntetaasista ja tRNA:ta pidetään yllä viimeistä aminohappotarkistusta varten.

  tRNA:n vastaavuuden tarkistaminen kiinnitetyn aminohapon kanssa

  Syntetaasimalli, jolla tarkistetaan tRNA:n vastaavuus kiinnittyneen aminohapon kanssa, olettaa kahden aktiivisen keskuksen läsnäolon: synteettisen ja korjaavan. Synteettisessä keskustassa tRNA on kiinnittynyt aminohappoon. Syntetaasin vangitseman tRNA:n akseptorikohta koskettaa ensin synteettistä keskustaa, joka sisältää jo AMP:hen sitoutuneen aminohapon. Tämä tRNA-akseptorikohdan kosketus antaa sille epäluonnollisen kierteen, kunnes aminohappo on kiinnittynyt. Kun aminohappo on kiinnittynyt tRNA:n akseptorikohtaan, tämän kohdan tarve olla synteettisessä keskustassa häviää, tRNA suoristuu ja siirtää siihen kiinnittyneen aminohapon korjauskeskukseen. Jos tRNA:han kiinnittyneen aminohappomolekyylin koko ja korjauskeskuksen koko eivät täsmää, aminohappo tunnistetaan vääräksi ja irrotetaan tRNA:sta. Syntetaasi on valmis seuraavaa sykliä varten. Kun tRNA:han kiinnittyneen aminohappomolekyylin koko ja korjauskeskuksen koko täsmäävät, aminohapolla varautunut tRNA vapautuu: se on valmis toimimaan proteiinin translaatiossa. Ja syntetaasi on valmis kiinnittämään uusia aminohappoja ja tRNA:ita ja aloittamaan syklin uudelleen.

  Sopimattoman aminohapon kytkentä syntetaasiin tapahtuu keskimäärin 1 tapauksessa 50 tuhannesta ja virheellisen tRNA:n kanssa vain kerran 100 000 kiinnitystä kohti.

• mRNA-kodonin ja tRNA-antikodonin vuorovaikutus tapahtuu komplementaarisuuden ja antiparallelismin periaatteen mukaisesti

  tRNA:n vuorovaikutus mRNA-kodonin kanssa komplementaarisuuden ja antiparallelismin periaatteen mukaisesti tarkoittaa: koska mRNA-kodonin merkitys luetaan 5"->3" suunnassa, tRNA:ssa oleva antikodoni on luettava 3"-suunnassa. >5" suuntaan. Tässä tapauksessa kodonin ja antikodonin kaksi ensimmäistä emästä pariutuvat tiukasti komplementaarisesti, eli muodostuu vain parit A U ja G C. Kolmansien emästen parittelu voi poiketa tästä periaatteesta. Kelvolliset parit määritellään kaavassa:

  Kaavasta seuraa seuraavaa.

  • tRNA-molekyyli sitoutuu vain tyypin 1 kodoniin, jos sen antikodonin kolmas nukleotidi on C tai A
  • tRNA sitoutuu kahteen kodonityyppiin, jos antikodoni päättyy U- tai G-kirjaimeen.
  • Ja lopuksi, tRNA sitoutuu 3 tyyppiseen kodoniin, jos antikodoni päättyy I:een (inosiininukleotidi); tällainen tilanne, erityisesti alaniinin tRNA:ssa.

    Tästä puolestaan ​​seuraa, että 61 sense-kodonin tunnistaminen ei periaatteessa vaadi samaa, vaan pienempi määrä erilaisia ​​tRNA:ita.

  Ribosomaalinen RNA

  

  Ribosomaaliset RNA:t ovat perusta ribosomien alayksiköiden muodostumiselle. Ribosomit tarjoavat mRNA:n ja tRNA:n tilajärjestelyn proteiinisynteesin aikana.

  Jokainen ribosomi koostuu suuresta ja pienestä alayksiköstä. Alayksiköt sisältävät suuren määrän proteiineja ja ribosomaalisia RNA:ita, jotka eivät käy läpi translaatiota. Ribosomit, kuten ribosomin RNA, eroavat Svedberg-yksiköissä (S) mitatun sedimentaatiokertoimen (sedimentaatio) suhteen. Tämä kerroin riippuu alayksiköiden sedimentaationopeudesta sentrifugoinnin aikana kyllästetyssä vesipitoisessa väliaineessa.

  Jokaisen eukaryoottisen ribosomin sedimentaatiokerroin on 80S, ja sitä kutsutaan yleisesti 80S-partikkeliksi. Se sisältää

  • pieni alayksikkö (40S), joka sisältää ribosomaalista RNA:ta, jonka sedimentaatiokerroin on 18S rRNA ja 30 molekyyliä erilaisia ​​proteiineja,
  • suuri alayksikkö (60S), joka sisältää 3 erilaista rRNA-molekyyliä (yksi pitkä ja kaksi lyhyttä - 5S, 5.8S ja 28S) sekä 45 proteiinimolekyyliä.

    Alayksiköt muodostavat ribosomin "luurangan", joista jokainen on omien proteiiniensa ympäröimä. Täydellisen ribosomin sedimentaatiokerroin ei ole sama kuin sen kahden alayksikön kertoimien summa, mikä liittyy molekyylin avaruudelliseen konfiguraatioon.

  Prokaryoottien ja eukaryoottien ribosomien rakenne on suunnilleen sama. Ne eroavat toisistaan ​​vain molekyylipainoltaan. Bakteeriribosomin sedimentaatiokerroin on 70S, ja se on nimetty 70S-partikkeliksi, mikä osoittaa alhaisempaa sedimentaationopeutta; sisältää

  • pieni (30S) alayksikkö - 16S rRNA + proteiinit
  • suuri alayksikkö (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + suuren alayksikön proteiinit (kuva)

  rRNA:ssa, typpipitoisista emäksistä, guaniinin ja sytosiinin pitoisuus on tavallista korkeampi. Pieniä nukleosideja löytyy myös, mutta ei niin usein kuin tRNA:ssa: noin 1 %. Nämä ovat pääasiassa riboosimetyloituja nukleosideja. rRNA:n sekundaarirakenteessa on monia kaksijuosteisia alueita ja silmukoita (kuvio). Tällainen on kahdessa peräkkäisessä prosessissa muodostuneiden RNA-molekyylien rakenne - DNA:n transkriptio ja RNA:n kypsyminen (prosessointi).

  rRNA:n transkriptio DNA:sta ja rRNA:n prosessointi

  Pre-rRNA:ta tuotetaan tumassa, jossa rRNA-transkriptonit sijaitsevat. rRNA:n transkriptio DNA:sta tapahtuu kahden ylimääräisen RNA-polymeraasin avulla. RNA-polymeraasi I kopioi 5S:n, 5.8S:n ja 28S:n yhdeksi pitkäksi 45S-transkriptiksi, joka sitten jaetaan tarvittaviin osiin. Tämä varmistaa saman määrän molekyylejä. Ihmiskehossa jokainen haploidinen genomi sisältää noin 250 kopiota 45S-transkriptia koodaavasta DNA-sekvenssistä. Ne sijaitsevat viidessä klusteroidussa tandemtoistossa (eli pareittain toistensa takana) kromosomien 13, 14, 15, 21 ja 22 lyhyissä käsivarsissa. Nämä alueet tunnetaan nukleolaarisina organisoijina, koska niiden transkriptio ja myöhempi prosessointi ovat 45S-transkripti esiintyy nukleoluksen sisällä.

  5S-pRNA-geenistä on 2000 kopiota vähintään kolmessa kromosomin 1 klusterissa. Niiden transkriptio etenee RNA-polymeraasi III:n läsnä ollessa nukleoluksen ulkopuolella.

  Prosessoinnin aikana hieman yli puolet pre-rRNA:sta jää jäljelle ja kypsä rRNA vapautuu. Osa rRNA-nukleotideista käy läpi modifikaatiota, joka koostuu emäsmetylaatiosta. Reaktio suoritetaan metyylitransferaasien avulla. S-adenosyylimetioniini toimii metyyliryhmän luovuttajana. Kypsät rRNA:t yhdistyvät tumassa ribosomien proteiineihin, jotka tulevat tänne sytoplasmasta ja muodostavat pieniä ja suuria ribosomaalisia alayksiköitä. Kypsät rRNA:t kuljetetaan ytimestä sytoplasmaan kompleksina proteiinin kanssa, mikä lisäksi suojaa niitä tuhoutumiselta ja helpottaa niiden siirtymistä.

  Ribosomikeskukset

  Ribosomit eroavat merkittävästi muista soluorganelleista. Sytoplasmassa ne esiintyvät kahdessa tilassa: inaktiivisina, kun suuret ja pienet alayksiköt ovat erotettu toisistaan, ja aktiivisia - toimintonsa suorittamisen aikana - proteiinisynteesiä, kun alayksiköt ovat yhteydessä toisiinsa.

  Prosessia, jossa ribosomialayksiköitä yhdistetään tai aktiivisen ribosomin kokoaminen tapahtuu, kutsutaan translaation aloitukseksi. Tämä kokoonpano tapahtuu tiukasti määrätyllä tavalla, jonka tarjoavat ribosomien toiminnalliset keskukset. Kaikki nämä keskukset sijaitsevat ribosomin molempien alayksiköiden kosketuspinnoilla. Nämä sisältävät:

  1. mRNA:n sitoutumiskeskus (M-keskus). Sen muodostaa 18S-rRNA-alue, joka on 5-9 nukleotidin verran komplementaarinen 5'-transloitumattomalle mRNA-fragmentille.
  2. Peptidyylikeskus (P-keskus). Translaatioprosessin alussa aloittava aa-tRNA sitoutuu siihen. Eukaryooteissa kaikkien mRNA:iden aloituskodoni koodaa aina metioniinia, joten aloittava aa-tRNA on toinen kahdesta metioniinin aa-tRNA:sta, joka on merkitty alaindeksillä i: Met-tRNA i Met. Translaation myöhemmissä vaiheissa peptidyyli-tRNA, joka sisältää jo syntetisoidun peptidiketjun osan, sijaitsee P-keskuksessa.

     Joskus puhutaan myös E-keskuksesta ("exit" - exit), jossa tRNA, joka on menettänyt yhteyden peptidyyliin, liikkuu ennen kuin poistuu ribosomista. Tätä keskustaa voidaan kuitenkin pitää kiinteänä osana P-keskusta.

  3. Aminohappokeskus (A-keskus) - seuraavan aa-tRNA:n sitoutumiskohta.
  4. Peptidyylitransferaasikeskus (PTF-keskus) - se katalysoi peptidyylin siirtymistä peptidyyli-tRNA:n koostumuksesta seuraavaan A-keskukseen saapuneeseen aa-tRNA:han. Tässä tapauksessa muodostuu toinen peptidisidos ja peptidyyli laajenee yhdellä aminohapolla.

  Sekä aminohappokeskuksessa että peptidyylikeskuksessa vastaavan tRNA:n (aa-tRNA tai peptidyyli-tRNA) antikodonisilmukka on ilmeisesti vastapäätä M-keskusta - lähetti-RNA:n sitoutumiskeskusta (vuorovaikutuksessa mRNA:n kanssa) ja vastaanottajaa. silmukka, jossa on aminoasyyli- tai peptidyyli-PTF-keskus.

  Keskusten jakautuminen alayksiköiden kesken

  Keskusten jakautuminen ribosomin alayksiköiden välillä tapahtuu seuraavasti:

  • Pieni alayksikkö. Koska tämä alayksikkö sisältää 18S-rRNA:n, johon mRNA sitoutuu, M-keskus sijaitsee tässä alayksikössä. Lisäksi täällä sijaitsee myös pääosa A-keskuksesta ja pieni osa P-keskuksesta.
  • Suuri alayksikkö. Loput P- ja A-keskuksien osat sijaitsevat sen kosketuspinnalla. P-keskuksen tapauksessa tämä on sen pääosa, ja A-keskuksen tapauksessa a-tRNA-akseptorisilmukan sitoutumiskohta aminohapporadikaalin (aminoasyyli) kanssa; loput ja suurin osa aa-tRNA:sta sitoutuu pieneen alayksikköön. PTF-keskus kuuluu myös suureen alayksikköön.
  Kaikki nämä olosuhteet määräävät ribosomin kokoamisjärjestyksen translaation aloitusvaiheessa.

  Ribosomin aloitus (ribosomin valmistaminen proteiinisynteesiä varten)

  Proteiinisynteesi eli itse translaatio jaetaan yleensä kolmeen vaiheeseen: aloitus (alku), elongaatio (polypeptidiketjun pidentyminen) ja lopetus (loppu). Alkuvaiheessa ribosomi valmistetaan työhön: sen alayksiköiden yhdistämiseen. Bakteeri- ja eukaryoottiribosomeissa alayksiköiden yhdistäminen ja translaation alkaminen etenevät eri tavoin.

  Lähetyksen aloittaminen on hitain prosessi. Ribosomin alayksiköiden, mRNA:n ja tRNA:n lisäksi siihen osallistuvat GTP ja kolme proteiinin aloitustekijää (IF-1, IF-2 ja IF-3), jotka eivät ole ribosomin olennaisia ​​komponentteja. Aloitustekijät helpottavat mRNA:n sitoutumista pieneen alayksikköön ja GTP:hen. GTP tarjoaa hydrolyysin kautta energiaa ribosomien alayksiköiden sulkemiseen.

  

  1. Alku alkaa, kun pieni alayksikkö (40S) sitoutuu aloitustekijään IF-3, mikä estää suuren alayksikön ennenaikaisen sitoutumisen ja mahdollisuuden mRNA:n kiinnittymiseen siihen.
  2. Lisäksi mRNA (sen 5'-transloitumaton alue) liittyy "pieni alayksikkö (40S) + IF-3" -kompleksiin. Tässä tapauksessa aloituskodoni (AUG) sijaitsee tulevan ribosomin peptidyylikeskuksen tasolla. .
  3. Lisäksi kaksi muuta aloitustekijää liittyy "pieni alayksikkö + IF-3 + mRNA" -kompleksiin: IF-1 ja IF-2, kun taas jälkimmäinen kuljettaa mukanaan erityistä siirto-RNA:ta, jota kutsutaan aloittavaksi aa-tRNA:ksi. Kompleksi sisältää myös GTP:n.

     Pieni alayksikkö sitoutuu mRNA:han ja esittää kaksi kodonia luettavaksi. Ensimmäisessä vaiheessa IF-2-proteiini ankkuroi initiaattori-aa-tRNA:n. Toinen kodoni sulkee IF-1-proteiinin, joka estää sen eikä anna seuraavan tRNA:n liittyä ennen kuin ribosomi on koottu kokonaan.

  4. Aloittavan aa-tRNA:n eli Met-tRNA i Met:n sitoutumisen jälkeen komplementaarisesta vuorovaikutuksesta mRNA:n kanssa (aloituskodoni AUG) ja sen asettamisen jälkeen P-keskukseen ribosomialayksiköiden sitoutuminen tapahtuu. GTP hydrolysoituu bruttokansantuotteeksi ja epäorgaaniseksi fosfaatiksi, ja tämän korkeaenergisen sidoksen katkeamisesta vapautuva energia luo termodynaamisen ärsykkeen prosessille edetä oikeaan suuntaan. Samanaikaisesti aloitustekijät poistuvat ribosomista.

  Näin muodostuu eräänlainen neljän pääkomponentin "sandwich". Samanaikaisesti aloitus-mRNA-kodoni (AUG) ja siihen liittyvä aloittava aa-tRNA sijaitsevat kootun ribosomin P-keskuksessa. Jälkimmäinen, ensimmäisen peptidisidoksen muodostuksessa, näyttelee peptidyyli-tRNA:n roolia.

  

  RNA-polymeraasin syntetisoimat RNA-transkriptit käyvät yleensä läpi muita entsymaattisia transformaatioita, joita kutsutaan transkription jälkeiseksi prosessoinniksi, ja vasta sen jälkeen ne saavuttavat toiminnallisen aktiivisuutensa. Epäkypsän lähetti-RNA:n transkriptejä kutsutaan heterogeeniseksi tuman RNA:ksi (hnRNA). Ne koostuvat erittäin pitkien RNA-molekyylien seoksesta, jotka sisältävät introneita ja eksoneja. HnRNA:n kypsyminen (prosessointi) eukaryooteissa sisältää useita vaiheita, joista yksi on intronien poistaminen - ei-transloituneet insertiosekvenssit ja eksonien fuusio. Prosessi etenee siten, että peräkkäiset eksonit, eli mRNA-fragmentteja koodaavat, eivät koskaan eroa fyysisesti. Eksonit ovat erittäin tarkasti yhteydessä toisiinsa molekyyleillä, joita kutsutaan pieniksi ydin-RNA:iksi (snRNA:iksi). Näiden lyhyiden, noin sadasta nukleotidistä koostuvien tuma-RNA:iden toiminta pysyi epäselvänä pitkään. Se todettiin sen jälkeen, kun havaittiin, että niiden nukleotidisekvenssi on komplementaarinen kunkin intronin päissä oleville sekvensseille. SnRNA:ssa ja silmukan intronin päissä olevien emästen pariutumisen seurauksena kahden eksonin sekvenssit lähestyvät niin, että on mahdollista poistaa niitä erottava introni ja koodaavien fragmenttien entsymaattinen yhteys (silmukointi) eksonit). Siten snRNA-molekyylit toimivat väliaikaisina templaatteina, jotka pitävät kahden eksonin päät lähellä toisiaan, jotta silmukointi tapahtuisi oikeaan paikkaan (kuva).

  hnRNA:n muuntaminen mRNA:ksi poistamalla introneja tapahtuu tuman RNA-proteiinikompleksissa, jota kutsutaan silmukointiksi. Jokaisella silmukoituksella on ydin, joka koostuu kolmesta pienestä (pienimolekyylipainoisesta) ydinribonukleoproteiinista tai snurpsista. Jokainen snurp sisältää vähintään yhden pienen tuman RNA:n ja useita proteiineja. On olemassa useita satoja erilaisia ​​pieniä tuman RNA:ita, jotka transkriptoi pääasiassa RNA-polymeraasi II. Uskotaan, että niiden päätehtävä on spesifisten ribonukleiinisekvenssien tunnistaminen emäspariutumisen kautta RNA-RNA-tyypin mukaan. Ul, U2, U4/U6 ja U5 ovat tärkeimpiä hnRNA:n prosessoinnissa.

  Mitokondrioiden RNA

  Mitokondrio-DNA on jatkuva silmukka ja se koodaa 13 polypeptidiä, 22 tRNA:ta ja 2 rRNA:ta (16S ja 23S). Suurin osa geeneistä sijaitsee samassa (raskas) ketjussa, mutta osa niistä sijaitsee myös komplementaarisessa kevyessä ketjussa. Tässä tapauksessa molemmat ketjut transkriptoidaan jatkuvina transkripteina käyttämällä mitokondrio-spesifistä RNA-polymeraasia. Tätä entsyymiä koodaa tumageeni. Pitkät RNA-molekyylit pilkotaan sitten 37 erilliseksi lajiksi, ja mRNA, rRNA ja tRNA yhdessä kääntävät 13 mRNA:ta. Suuri määrä muita proteiineja, jotka tulevat mitokondrioihin sytoplasmasta, transloidaan ydingeeneistä. Potilailla, joilla on systeeminen lupus erythematosus, on vasta-aineita omalle kehonsa snurp-proteiineille. Lisäksi uskotaan, että tietyllä geenijoukolla kromosomin 15q pienelle tuma-RNA:lle on tärkeä rooli Prader-Willin oireyhtymän patogeneesissä (perinnöllinen yhdistelmä henkistä jälkeenjääneisyyttä, lyhytkasvuisuutta, lihavuutta, lihasten hypotensiota).