IRNA, tRNA, RRNA – kolme peamise nukleiinhappe – koostoimet ja struktuuri käsitleb selline teadus nagu tsütoloogia. See aitab välja selgitada, milline on transportribonukleiinhappe (tRNA) roll rakkudes. See väga väike, kuid samas vaieldamatult oluline molekul osaleb keha moodustavate valkude ühendamise protsessis.
Mis on tRNA struktuur? Väga huvitav on vaadelda seda ainet "seestpoolt", välja selgitada selle biokeemia ja bioloogiline roll. Ja kuidas on tRNA struktuur ja selle roll valgusünteesis omavahel seotud?
Mis on tRNA, kuidas see töötab?
Transport ribonukleiinhape osaleb uute valkude ehituses. Peaaegu 10% kõigist ribonukleiinhapetest on transpordiks. Et oleks selge, millistest keemilistest elementidest molekul moodustub, kirjeldame tRNA sekundaarstruktuuri struktuuri. Sekundaarne struktuur võtab arvesse kõiki peamisi keemilisi sidemeid elementide vahel.
See on makromolekul, mis koosneb polünukleotiidahelast. Selles sisalduvad lämmastikku sisaldavad alused on ühendatud vesiniksidemetega. Nagu DNA-s, on RNA-l 4 lämmastiku alust: adeniin,tsütosiin, guaniin ja uratsiil. Nendes ühendites on adeniin alati seotud uratsiiliga ja guaniin, nagu tavaliselt, tsütosiiniga.
Miks on nukleotiidil eesliide ribo-? Lihtsam alt nimetatakse kõiki lineaarseid polümeere, mille nukleotiidi aluses on pentoosi asemel riboos, ribonukleiinseks. Ja ülekande-RNA on üks kolmest sellise ribonukleiinse polümeeri tüübist.
tRNA struktuur: biokeemia
Vaatleme molekulaarstruktuuri sügavaimaid kihte. Nendel nukleotiididel on 3 komponenti:
- Sahharoos, riboos on seotud igat tüüpi RNA-ga.
- Fosforhape.
- Lämmastikku sisaldavad alused. Need on puriinid ja pürimidiinid.
Lämmastikku sisaldavad alused on omavahel ühendatud tugevate sidemetega. Aluseid on tavaks jagada puriiniks ja pürimidiiniks.
Puriinid on adeniin ja guaniin. Adeniin vastab kahest omavahel ühendatud tsüklist koosnevale adenüülnukleotiidile. Ja guaniin vastab samale "ühetsüklilisele" guaniini nukleotiidile.
Püramidiinid on tsütosiin ja uratsiil. Pürimidiinidel on üks ringstruktuur. RNA-s ei ole tümiini, kuna see on asendatud elemendiga nagu uratsiil. Seda on oluline mõista enne tRNA muude struktuuriliste tunnuste vaatamist.
RNA tüübid
Nagu näete, ei saa TRNA struktuuri lühid alt kirjeldada. Peate süvenema biokeemiasse, et mõista molekuli eesmärki ja selle tegelikku struktuuri. Milliseid teisi ribosomaalseid nukleotiide on teada? Samuti on maatriks- ehk info- ja ribosomaalsed nukleiinhapped. Lühendatult RNA ja RNA. Kõik 3molekulid teevad rakus üksteisega tihedat koostööd, nii et keha saab õige struktuuriga valgugloobuleid.
On võimatu ette kujutada ühe polümeeri tööd ilma kahe teise polümeeri abita. tRNA-de struktuuriomadused muutuvad arusaadavamaks, kui neid vaadata koos funktsioonidega, mis on otseselt seotud ribosoomide tööga.
IRNA, tRNA, RRNA struktuur on mitmes mõttes sarnane. Kõigil on riboosi alus. Nende struktuur ja funktsioonid on aga erinevad.
Nukleiinhapete avastamine
Šveitslane Johann Miescher leidis 1868. aastal raku tuumast makromolekulid, mida hiljem nimetati nukleiinideks. Nimetus "nukleiinid" tuleneb sõnast (tuum) - tuum. Kuigi veidi hiljem leiti, et ainuraksetes olendites, kellel pole tuuma, on need ained samuti olemas. 20. sajandi keskel saadi Nobeli preemia nukleiinhapete sünteesi avastamise eest.
TRNA toimib valgusünteesis
Nimi ise – ülekande-RNA räägib molekuli põhifunktsioonist. See nukleiinhape "toob" endaga kaasa asendamatu aminohappe, mida ribosomaalne RNA vajab teatud valgu valmistamiseks.
tRNA molekulil on vähe funktsioone. Esimene on IRNA koodoni äratundmine, teine funktsioon on ehitusplokkide – aminohapete kohaletoimetamine valgusünteesiks. Veel mõned eksperdid eristavad aktseptori funktsiooni. See tähendab, et aminohapete lisamine kovalentsel põhimõttel. Ensüüm, nagu aminotsiil-tRNA süntataas, aitab seda aminohapet "kinnitada".
Kuidas on tRNA struktuur seotud sellegafunktsioonid? See eriline ribonukleiinhape on paigutatud nii, et selle ühel küljel on lämmastiku alused, mis on alati paarikaupa ühendatud. Need on meile teadaolevad elemendid – A, U, C, G. Täpselt 3 "tähte" ehk lämmastikualust moodustavad antikoodoni – vastupidise elementide komplekti, mis interakteerub koodoniga vastav alt komplementaarsuse põhimõttele.
See tRNA oluline struktuurne omadus tagab, et matriitsi nukleiinhappe dekodeerimisel ei esine vigu. Sõltub ju aminohapete täpsest järjestusest, kas see valk, mida organism hetkel vajab, sünteesitakse õigesti.
Hoone funktsioonid
Millised on tRNA struktuurilised tunnused ja selle bioloogiline roll? See on väga iidne struktuur. Selle suurus on kuskil 73–93 nukleotiidi. Aine molekulmass on 25 000–30 000.
TRNA sekundaarstruktuuri struktuuri saab lahti võtta, uurides molekuli 5 põhielementi. Niisiis koosneb see nukleiinhape järgmistest elementidest:
- ensüümi kontaktsilmus;
- silmus kontakti loomiseks ribosoomiga;
- antikoodonsilmus;
- aktseptortüvi;
- antikoodon ise.
Ja eraldage sekundaarstruktuuris ka väike muutujasilmus. Üks õlg kõigis tRNA tüüpides on sama - kahe tsütosiini ja ühe adenosiini jäägi tüvi. Just selles kohas tekib ühendus ühega 20 saadaolevast aminohappest. Igal aminohappel on eraldi ensüüm – oma aminoatsüül-tRNA.
Kogu teave, mis krüpteerib kõigi struktuurinukleiinhappeid leidub DNA-s endas. Kõigi planeedi elusolendite tRNA struktuur on peaaegu identne. Kahemõõtmelises vaates näeb see välja nagu leht.
Kui aga vaadata mahu järgi, meenutab molekul L-kujulist geomeetrilist struktuuri. Seda peetakse tRNA tertsiaarseks struktuuriks. Kuid õppimise mugavuse huvides on tavaks visuaalselt "lahti keerata". Tertsiaarne struktuur moodustub sekundaarstruktuuri elementide vastastikuse mõju tulemusena, need osad, mis täiendavad üksteist.
tRNA käed või rõngad mängivad olulist rolli. Näiteks on teatud ensüümiga keemilise sideme jaoks vaja ühte kätt.
Nukleotiidi iseloomulik tunnus on tohutu hulga nukleosiidide olemasolu. Neid vähemtähtsaid nukleosiide on rohkem kui 60 tüüpi.
tRNA struktuur ja aminohapete kodeerimine
Me teame, et tRNA antikoodon on 3 molekuli pikk. Iga antikoodon vastab konkreetsele, "isiklikule" aminohappele. See aminohape ühendatakse spetsiaalse ensüümi abil tRNA molekuliga. Niipea, kui kaks aminohapet ühinevad, katkevad sidemed tRNA-ga. Kõik keemilised ühendid ja ensüümid on vajalikud kuni vajaliku ajani. Nii on tRNA struktuur ja funktsioonid omavahel seotud.
Rakus on 61 tüüpi selliseid molekule. Matemaatilisi variatsioone võib olla 64. Siiski on puudu 3 tüüpi tRNA-d, kuna täpselt nii palju IRNA-s stoppkoodoneid ei ole antikoodoneid.
IRNA ja TRNA interaktsioon
Vaatleme aine koostoimet MRNA ja RRNA-ga, samuti TRNA struktuurseid iseärasusi. Struktuur ja eesmärkmakromolekulid on omavahel seotud.
IRNA struktuur kopeerib informatsiooni DNA eraldi osast. DNA ise on liiga suur molekulide ühendus ja see ei lahku kunagi tuumast. Seetõttu on vaja vahe-RNA-d – informatiivne.
Tuginedes RNA poolt kopeeritud molekulide järjestusele, ehitab ribosoom valku. Ribosoom on eraldiseisev polünukleotiidstruktuur, mille struktuur vajab selgitamist.
Ribosomaalne tRNA interaktsioon
Ribosomaalne RNA on tohutu organell. Selle molekulmass on 1 000 000 - 1 500 000. Peaaegu 80% RNA koguhulgast moodustavad ribosomaalsed nukleotiidid.
See püüab kinni IRNA ahela ja ootab antikoodoneid, mis toovad endaga kaasa tRNA molekulid. Ribosomaalne RNA koosneb kahest alaühikust: väikesed ja suured.
Ribosoomi nimetatakse “tehaseks”, kuna selles organellis toimub kogu igapäevaeluks vajalike ainete süntees. See on ka väga iidne rakustruktuur.
Kuidas toimub valkude süntees ribosoomides?
TRNA struktuur ja selle roll valgusünteesis on omavahel seotud. Ribonukleiinhappe ühel küljel paiknev antikoodon sobib oma kujul põhifunktsiooniks - aminohapete toimetamiseks ribosoomi, kus toimub valgu järkjärguline joondamine. Põhimõtteliselt toimib TRNA vahendajana. Selle ülesanne on ainult vajalik aminohape tuua.
Kui infot loetakse ühest IRNA osast, liigub ribosoom mööda ahelat edasi. Maatriksit on vaja ainult edastamisekskodeeritud teave ühe valgu konfiguratsiooni ja funktsiooni kohta. Järgmisena läheneb ribosoomile teine tRNA oma lämmastikualustega. See dekodeerib ka RNC järgmise osa.
Dekodeerimine toimub järgmiselt. Lämmastikku sisaldavad alused ühinevad komplementaarsuse põhimõttel samamoodi nagu DNA-s endas. Vastav alt sellele näeb TRNA, kuhu ta peab "silduma" ja millisesse "angaari" aminohappe saata.
Seejärel seotakse ribosoomis sel viisil valitud aminohapped keemiliselt, samm-sammult moodustub uus lineaarne makromolekul, mis pärast sünteesi lõppu keerdub kerakeseks (palliks). Kasutatud tRNA-d ja IRNA-d, olles täitnud oma funktsiooni, eemaldatakse valgu "tehasest".
Kui koodoni esimene osa ühendub antikoodoniga, määratakse lugemisraam. Seejärel, kui mingil põhjusel toimub kaadri nihe, lükatakse mõni valgu märk tagasi. Ribosoom ei saa sellesse protsessi sekkuda ja probleemi lahendada. Alles pärast protsessi lõppu ühendatakse 2 rRNA subühikut uuesti. Keskmiselt on iga 104 aminohappe kohta 1 viga. Iga 25 juba kokkupandud valgu kohta ilmneb kindlasti vähem alt 1 replikatsiooniviga.
TRNA kui reliikviamolekulid
Kuna tRNA võis eksisteerida ajal, mil elu Maal tekkis, nimetatakse seda reliikvia molekuliks. Arvatakse, et RNA on esimene struktuur, mis eksisteeris enne DNA-d ja seejärel arenes. RNA maailma hüpotees – sõnastas 1986. aastal laureaat W alter Gilbert. Siiski, et tõestadasee on ikka raske. Teooriat kaitsevad ilmsed faktid – tRNA molekulid on võimelised salvestama infoplokke ja seda infot kuidagi realiseerima ehk tegema tööd.
Kuid teooria vastased väidavad, et aine lühike eluiga ei saa garanteerida, et tRNA on hea igasuguse bioloogilise teabe kandja. Need nukleotiidid lagunevad kiiresti. tRNA eluiga inimese rakkudes ulatub mõnest minutist mitme tunnini. Mõned liigid võivad kesta kuni päeva. Ja kui me räägime samadest nukleotiididest bakterites, siis on terminid palju lühemad - kuni mitu tundi. Lisaks on tRNA struktuur ja funktsioonid liiga keerulised, et molekulist saaks Maa biosfääri esmane element.
