Aega, milles me elame, iseloomustavad hämmastavad muutused, tohutud edusammud, kui inimesed saavad vastuseid üha uutele ja uutele küsimustele. Elu liigub kiiresti edasi ja see, mis veel hiljuti võimatuna näis, hakkab teoks saama. On täiesti võimalik, et see, mis täna näib olevat ulmežanri süžee, omandab peagi ka reaalsuse jooni.
Kahekümnenda sajandi teise poole üks olulisemaid avastusi olid nukleiinhapped RNA ja DNA, tänu millele jõudis inimene looduse saladuste lahtiharutamisele lähemale.
Nukleiinhapped
Nukleiinhapped on makromolekulaarsete omadustega orgaanilised ühendid. Need koosnevad vesinikust, süsinikust, lämmastikust ja fosforist.
Need avastas 1869. aastal F. Miescher, kes uuris mäda. Kuid tol ajal ei peetud tema avastust eriti tähtsaks. Alles hiljem, kui neid happeid leiti kõigist looma- ja taimerakkudest, saadi aru nende tohutust rollist.
Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: RNA ja DNA (ribonukleiin- ja desoksüribonukleiinhapehapped). See artikkel käsitleb ribonukleiinhapet, kuid üldise arusaamise huvides mõelgem ka sellele, mis on DNA.
Mis on desoksüribonukleiinhape?
DNA on nukleiinhape, mis koosneb kahest ahelast, mis on vastav alt komplementaarsuse seadusele ühendatud lämmastikualuste vesiniksidemetega. Pikad ahelad on keerdunud spiraaliks, üks pööre sisaldab ligi kümmet nukleotiidi. Topeltheeliksi läbimõõt on kaks millimeetrit, nukleotiidide vaheline kaugus on umbes pool nanomeetrit. Ühe molekuli pikkus ulatub mõnikord mitme sentimeetrini. Inimese raku tuuma DNA pikkus on peaaegu kaks meetrit.
DNA struktuur sisaldab kogu geneetilist teavet. DNA-l on replikatsioon, mis tähendab protsessi, mille käigus ühest molekulist moodustub kaks absoluutselt identset tütarmolekuli.
Nagu juba märgitud, koosneb ahel nukleotiididest, mis omakorda koosnevad lämmastiku alustest (adeniin, guaniin, tümiin ja tsütosiin) ja fosforhappejäägist. Kõik nukleotiidid erinevad lämmastikualuste poolest. Kõigi aluste vahel ei teki vesiniksidemeid, näiteks adeniin võib ühineda ainult tümiini või guaniiniga. Seega on kehas sama palju adenüülnukleotiide kui tümidüülnukleotiide ja guanüülnukleotiidide arv on võrdne tsütidüülnukleotiididega (Chargaffi reegel). Selgub, et ühe ahela järjestus määrab teise ahela jada ja ahelad näivad üksteist peegeldavat. Sellist mustrit, kus kahe ahela nukleotiidid on korrapäraselt paigutatud ja ka valikuliselt ühendatud, nimetataksetäiendavuse põhimõtet. Lisaks vesinikuühenditele interakteerub kaksikheeliks ka hüdrofoobselt.
Kaks ketti on vastassuunas, st asuvad vastassuundades. Seetõttu on ühe kolme'-otsa vastas teise ahela viie'-ots.
Väliselt meenutab DNA molekul keerdtreppi, mille piirdeks on suhkur-fosfaatkarkass ja astmed on üksteist täiendavad lämmastiku alused.
Mis on ribonukleiinhape?
RNA on nukleiinhape monomeeridega, mida nimetatakse ribonukleotiidideks.
Keemiliste omaduste poolest on see väga sarnane DNA-ga, kuna mõlemad on nukleotiidide polümeerid, mis on fosforüülitud N-glükosiid, mis on üles ehitatud pentoosi (viie süsinikuga suhkru) jäägile ja millel on fosfaatrühm. viies süsinikuaatom ja lämmastikualus esimese süsinikuaatomi juures.
See on üks polünukleotiidahel (välja arvatud viirused), mis on palju lühem kui DNA oma.
Üks RNA monomeer on järgmiste ainete jäägid:
- lämmastiku alused;
- viie süsiniku monosahhariid;
- fosforhapped.
RNA-del on pürimidiini (uratsiil ja tsütosiin) ja puriini (adeniin, guaniin) alused. Riboos on RNA nukleotiidi monosahhariid.
Erinevused RNA ja DNA vahel
Nukleiinhapped erinevad üksteisest järgmistel viisidel:
- selle kogus rakus oleneb füsioloogilisest seisundist, vanusest ja elundikuuluvusest;
- DNA sisaldab süsivesikuiddesoksüriboos ja RNA - riboos;
- DNA lämmastikalus on tümiin ja RNA-s on see uratsiil;
- klassid täidavad erinevaid funktsioone, kuid sünteesitakse DNA maatriksil;
- DNA on topeltheeliks, RNA on üheahelaline;
- ei ole tüüpiline tema DNA Chargaffi reeglitele;
- RNA-l on rohkem väiksemaid aluseid;
- kettide pikkus on märkimisväärselt erinev.
Õpingute ajalugu
RNA raku avastas esmakordselt saksa biokeemik R. Altman pärmirakke uurides. Kahekümnenda sajandi keskel tõestati DNA roll geneetikas. Alles seejärel kirjeldati RNA tüüpe, funktsioone jne. Kuni 80-90% raku massist langeb rRNA-le, mis koos valkudega moodustavad ribosoomi ja osalevad valkude biosünteesis.
Eelmise sajandi kuuekümnendatel väideti esmakordselt, et peab olema teatud liik, mis kannab endas valgusünteesi geneetilist teavet. Pärast seda tehti teaduslikult kindlaks, et on olemas sellised informatiivsed ribonukleiinhapped, mis esindavad geenide komplementaarseid koopiaid. Neid nimetatakse ka messenger-RNA-deks.
Nendesse salvestatud teabe dekodeerimisel osalevad niinimetatud transpordihapped.
Hiljem hakati välja töötama meetodeid nukleotiidide järjestuse tuvastamiseks ja RNA struktuuri kindlakstegemiseks happeruumis. Nii leiti, et mõned neist, mida nimetati ribosüümideks, suudavad lõhustada polüribonukleotiidahelaid. Selle tulemusena hakati oletama, et ajal, mil planeedile tekkis elu,RNA töötas ilma DNA ja valkudeta. Pealegi tehti kõik muudatused tema osalusel.
Ribonukleiinhappemolekuli struktuur
Peaaegu kõik RNA-d on üksikud polünukleotiidide ahelad, mis omakorda koosnevad monoribonukleotiididest – puriin- ja pürimidiinalustest.
Nukleotiidid on tähistatud aluste algustähtedega:
- adeniin (A), A;
- guaniin (G), G;
- tsütosiin (C), C;
- uratsiil (U), U.
Need on ühendatud kolme- ja viiefosfodiestersidemetega.
RNA struktuuris on kõige erinevam arv nukleotiide (mitu kümneid kuni kümneid tuhandeid). Need võivad moodustada sekundaarse struktuuri, mis koosneb peamiselt lühikestest kaheahelalistest kiududest, mille moodustavad üksteist täiendavad alused.
Ribnukleiinhappemolekuli struktuur
Nagu juba mainitud, on molekulil üheahelaline struktuur. RNA saab oma sekundaarse struktuuri ja kuju nukleotiidide omavahelise interaktsiooni tulemusena. See on polümeer, mille monomeeriks on nukleotiid, mis koosneb suhkrust, fosforhappejäägist ja lämmastikalusest. Väliselt on molekul sarnane ühe DNA ahelaga. Nukleotiidid adeniin ja guaniin, mis on osa RNA-st, on puriinid. Tsütosiin ja uratsiil on pürimidiini alused.
Sünteesiprotsess
Sünteesitava RNA molekuli jaoks on matriitsiks DNA molekul. Tõsi, toimub ka vastupidine protsess, kui ribonukleiinhappe maatriksile moodustuvad uued desoksüribonukleiinhappe molekulid. Sellisedesineb teatud tüüpi viiruste replikatsiooni ajal.
Biosünteesi aluseks võivad olla ka teised ribonukleiinhappe molekulid. Selle transkriptsioon, mis toimub raku tuumas, hõlmab paljusid ensüüme, kuid kõige olulisem neist on RNA polümeraas.
Vaatused
Sõltuv alt RNA tüübist erinevad ka selle funktsioonid. Neid on mitut tüüpi:
- informatiivne i-RNA;
- ribosomaalne rRNA;
- transpordi t-RNA;
- alaealine;
- ribosüümid;
- viiruslik.
Informatsiooniline ribonukleiinhape
Selliseid molekule nimetatakse ka maatriksiks. Need moodustavad umbes kaks protsenti raku kogumahust. Eukarüootsetes rakkudes sünteesitakse need DNA mallidel olevates tuumades, seejärel lähevad nad tsütoplasmasse ja seonduvad ribosoomidega. Lisaks muutuvad nad valkude sünteesi mallideks: neid ühendavad aminohappeid kandvad ülekande-RNA-d. Nii toimubki info transformatsiooni protsess, mis realiseerub valgu ainulaadses struktuuris. Mõnes viiruse RNA-s on see ka kromosoom.
Jakob ja Mano on selle liigi avastajad. Selle ahel, millel pole jäik struktuur, moodustab kumerad silmused. Ei tööta, i-RNA koguneb voltideks ja voldib palliks ning rullub töökorras lahti.
i-RNA kannab teavet sünteesitava valgu aminohapete järjestuse kohta. Iga aminohape kodeeritakse kindlas kohas, kasutades geneetilisi koode, mis on:
- kolmiksus - neljast mononukleotiidist on võimalik ehitada kuuskümmend neli koodonit (geneetiline kood);
- mitteületus - teave liigub ühes suunas;
- järjepidevus – tööpõhimõte on, et üks mRNA on üks valk;
- universaalsus - üht või teist tüüpi aminohappeid kodeeritakse kõigis elusorganismides ühtemoodi;
- degeneratsioon – on teada kakskümmend aminohapet ja kuuskümmend üks koodonit, see tähendab, et neid kodeerivad mitmed geneetilised koodid.
Ribosomaalne ribonukleiinhape
Sellised molekulid moodustavad valdava enamuse raku RNA-st, nimelt kaheksakümmend kuni üheksakümmend protsenti koguarvust. Nad ühinevad valkudega ja moodustavad ribosoome – need on organellid, mis teostavad valgusünteesi.
Ribosoomid on kuuskümmend viis protsenti rRNA-st ja kolmkümmend viis protsenti valku. See polünukleotiidahel voldib kergesti koos valguga.
Ribosoom koosneb aminohapete ja peptiidide piirkondadest. Need asuvad kontaktpindadel.
Ribosoomid liiguvad rakus vab alt, sünteesides valke õigetes kohtades. Need ei ole väga spetsiifilised ega suuda mitte ainult lugeda mRNA-st teavet, vaid moodustavad nendega ka maatriksi.
Ribonukleiinhappe transport
t-RNA on enim uuritud. Need moodustavad kümme protsenti raku ribonukleiinhappest. Seda tüüpi RNA-d seonduvad aminohapetega tänu spetsiaalsele ensüümile ja viiakse ribosoomidesse. Samal ajal transporditakse aminohappeid transpordigamolekulid. Siiski juhtub, et aminohapet kodeerivad erinevad koodonid. Siis kannavad neid mitu transpordi-RNA-d.
See kõverdub passiivsena palliks, kuid toimib nagu ristikuleht.
Selles eristatakse järgmisi jaotisi:
- aktseptori tüvi, mille nukleotiidjärjestus on ACC;
- ribosoomi külge kinnitamise sait;
- Antikoodon, mis kodeerib selle tRNA-ga seotud aminohapet.
Ribonukleiinhappe väiksemad liigid
Hiljuti on RNA liigid täienenud uue klassiga, nn väikese RNA-ga. Tõenäoliselt on need universaalsed regulaatorid, mis lülitavad embrüonaalses arengus geenid sisse või välja, samuti kontrollivad rakkudes toimuvaid protsesse.
Ribosüümid on samuti hiljuti tuvastatud, nad osalevad aktiivselt RNA happe kääritamisel, toimides katalüsaatorina.
Viiruslikud happed
Viirus võib sisaldada kas ribonukleiinhapet või desoksüribonukleiinhapet. Seetõttu nimetatakse neid koos vastavate molekulidega RNA-d sisaldavateks. Sellise viiruse sattumisel rakku toimub pöördtranskriptsioon – ribonukleiinhappe baasil ilmub uus DNA, mis integreeritakse rakkudesse, tagades viiruse olemasolu ja paljunemise. Teisel juhul toimub komplementaarse RNA moodustumine sissetuleval RNA-l. Viirused on valgud, elutegevus ja paljunemine toimub ilma DNAta, kuid ainult viiruse RNA-s sisalduva teabe põhjal.
Replikatsioon
Ühise arusaamise parandamiseks on see vajalikMõelge replikatsiooniprotsessile, mille käigus saadakse kaks identset nukleiinhappemolekuli. Nii algab rakkude jagunemine.
See hõlmab DNA polümeraase, DNA-sõltuvaid, RNA polümeraase ja DNA ligaase.
Replikatsiooniprotsess koosneb järgmistest sammudest:
- despiralisatsioon – toimub ema DNA järjestikune lahtikerimine, haarates kinni kogu molekuli;
- vesiniksidemete katkemine, mille käigus ahelad lahknevad ja ilmub replikatsioonikahvel;
- dNTP-de kohandamine vanemahelate vabastatud aluste järgi;
- pürofosfaatide lõhustumine dNTP molekulidest ja fosforodiestersidemete moodustumine vabanenud energia tõttu;
- respiraliseerimine.
Pärast tütarmolekuli moodustumist jagunevad tuum, tsütoplasma ja ülejäänu. Seega moodustuvad kaks tütarrakku, mis on täielikult saanud kogu geneetilise teabe.
Lisaks on kodeeritud rakus sünteesitavate valkude esmane struktuur. DNA osaleb selles protsessis kaudselt, mitte otse, mis seisneb selles, et DNA-l toimub valkude, moodustumisel osaleva RNA süntees. Seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks.
Transkriptsioon
Kõigi molekulide süntees toimub transkriptsiooni ajal, st geneetilise informatsiooni ümberkirjutamisel konkreetsest DNA operonist. Protsess sarnaneb mõnes mõttes replikatsiooniga ja mõnes mõttes väga erinev.
Sarnasused on järgmised:
- algab DNA despiraliseerimisega;
- esineb vesiniku rebendühendused kettide aluste vahel;
- NTF-id täiendavad neid;
- Tekivad vesiniksidemed.
Erinevused replikatsioonist:
- transkriptsiooni ajal keeratakse lahti ainult see osa DNA-st, mis vastab transkriptsioonile, samas kui replikatsiooni ajal on kogu molekul lahti;
- transkribeerimisel sisaldavad häälestatavad NTF-id tümiini asemel riboosi ja uratsiili;
- infot kantakse maha ainult teatud piirkonnast;
- pärast molekuli moodustumist katkevad vesiniksidemed ja sünteesitud ahel ning ahel libiseb DNA-lt maha.
Tavaliseks funktsioneerimiseks peaks RNA esmane struktuur koosnema ainult eksonitest kopeeritud DNA lõikudest.
Laagerdumisprotsess algab vastloodud RNA-s. Vaiksed piirkonnad lõigatakse välja ja informatiivsed piirkonnad liidetakse polünukleotiidahela moodustamiseks. Lisaks on igal liigil oma teisendused.
I-RNA puhul toimub kinnitumine esialgse otsa külge. Polüadenülaat on kinnitatud lõplikule kohale.
TRNA aluseid muudetakse, et moodustada vähemtähtsaid liike.
rRNA-s on ka üksikud alused metüülitud.
Kaitske valke hävimise eest ja parandage transportimist tsütoplasmasse. Küps RNA seondub nendega.
Desoksüribonukleiin- ja ribonukleiinhapete tähtsus
Nukleiinhapetel on organismide elus suur tähtsus. Seda hoitakse neis, kantakse tsütoplasmasse ja pärivad tütarrakudteave igas rakus sünteesitud valkude kohta. Neid leidub kõigis elusorganismides, nende hapete stabiilsus mängib olulist rolli nii rakkude kui ka kogu organismi normaalseks funktsioneerimiseks. Kõik muutused nende struktuuris põhjustavad muutusi rakus.
