Molekulaarbioloogia tegeleb taimede, loomade ja inimeste elusrakke moodustavate orgaaniliste ainete molekulide ehituse ja funktsioonide uurimisega. Nende hulgas on eriline koht ühendite rühmal, mida nimetatakse nukleiin(tuuma)hapeteks.
On kahte tüüpi: desoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape. Viimasel on mitmeid modifikatsioone: i-RNA, t-RNA ja r-RNA, mis erinevad oma funktsioonide ja asukoha poolest rakus. See artikkel on pühendatud järgmiste küsimuste uurimisele: kus prokarüootsetes ja eukarüootsetes rakkudes sünteesitakse rRNA-d, mis on selle struktuur ja tähtsus.
Ajalooline taust
Esimese teadusliku mainimise ribosoomhappe kohta võib leida R. Weinbergi ja S. Penmani uuringutes XX sajandi 60ndatel, kes kirjeldasid lühikesi polünukleotiidmolekule, mis on seotud ribonukleiinhapetega, kuid erinevad ruumilise struktuuri ja settimiskoefitsient informatsioonist ja transpordi-RNA-st. Enamasti nende molekulidleidub nii tuumas kui ka raku organellides - ribosoomides, mis vastutavad rakuvalgu sünteesi eest. Neid nimetati ribosomaalseteks (ribosomaalseteks ribonukleiinhapeteks).
RNA tunnusjoon
Ribonukleiinhape, nagu DNA, on polümeer, mille monomeerideks on nelja tüüpi nukleotiidid: adeniin, guaniin, uratsiil ja tsütidiin, mis on fosfodiestersidemetega ühendatud pikkadeks üheahelalisteks molekulideks, mis on keerdunud ahela kujul. spiraalne või keerukamate konformatsioonidega. Samuti leidub RNA-d sisaldavates viirustes kaheahelalisi ribosomaalseid ribonukleiinhappeid, mis dubleerivad DNA funktsioone: pärilike tunnuste säilimist ja edasikandumist.
Rakus on enim levinud kolme tüüpi happeid, need on: maatriks ehk informatiivne RNA, transport ribosomaalne ribonukleiinhape, millele on kinnitunud aminohapped, samuti ribosomaalne hape, mis paikneb nukleoolis ja rakus tsütoplasma.
Ribosomaalne RNA moodustab umbes 80% ribonukleiinhapete koguhulgast rakus ja 60% ribosoomi massist, organoidist, mis sünteesib raku valke. Kõik ül altoodud liigid sünteesitakse (transkribeeritakse) DNA teatud osades, mida nimetatakse RNA geenideks. Sünteesiprotsessis osalevad spetsiaalse ensüümi, RNA polümeraasi, molekulid. Koht rakus, kus rRNA sünteesitakse, on tuum, mis asub karioplasmastuumad.
Nucleolus, selle roll sünteesis
Raku elus, mida nimetatakse rakutsükliks, on selle jagunemise vahel periood – interfaas. Sel ajal on raku tuumas selgelt nähtavad tihedad granulaarse struktuuriga kehad, mida nimetatakse tuumadeks ja mis on nii taime- kui ka loomarakkude asendamatu komponent.
Molekulaarbioloogias on kindlaks tehtud, et nukleoolid on organellid, kus sünteesitakse rRNA-d. Tsütoloogide edasised uuringud viisid raku DNA lõikude avastamiseni, milles leiti geene, mis vastutavad ribosomaalsete hapete struktuuri ja sünteesi eest. Neid nimetati tuumaorganisaatoriteks.
Tuumakorraldaja
Kuni XX sajandi 60. aastateni oli bioloogias arvamus, et 13., 14., 15., 21. ja 22. kromosoomipaari sekundaarse ahenemise kohas paiknev nukleolaarne organisaator on kujul ühest saidist. Kromosomaalsete kahjustuste, mida nimetatakse aberratsioonideks, uurimisega seotud teadlased on leidnud, et kromosoomi katkemise hetkel sekundaarse ahenemise kohas moodustuvad nukleoolid selle igas osas.
Seega võime väita järgmist: tuumaorganisaator ei koosne mitte ühest, vaid mitmest lookusest (geenist), mis vastutavad nukleooli moodustumise eest. Just selles sünteesitakse ribosomaalsed ribonukleiinhapped rRNA, mis moodustavad valke sünteesivate rakuorganellide - ribosoomide - subühikud.
Mis on ribosoomid?
Nagu varem mainitud, kõik kolm peamist tüüpiRNA eksisteerib rakus, kus neid sünteesitakse teatud kohtades – DNA geenides. Transkriptsiooni tulemusena moodustunud ribosomaalne RNA moodustab valkudega komplekse - ribonukleoproteiine, millest moodustuvad tulevase organelli koostisosad ehk nn subühikud. Tuumamembraanis olevate pooride kaudu lähevad nad tsütoplasmasse ja moodustavad selles kombineeritud struktuurid, mis sisaldavad ka i-RNA ja t-RNA molekule, mida nimetatakse polüsoomideks.
Ribosoomid võivad eralduda k altsiumiioonide toimel ja eksisteerida eraldi subühikutena. Pöördprotsess toimub raku tsütoplasma sektsioonides, kus toimuvad translatsiooni protsessid – rakuvalgu molekulide kokkupanek. Mida aktiivsem on rakk, seda intensiivsemad on selles toimuvad ainevahetusprotsessid, seda rohkem sisaldab see ribosoome. Näiteks punase luuüdi rakke, selgroogsete ja inimeste hepatotsüüte iseloomustab suur hulk neid organelle tsütoplasmas.
Kuidas rRNA geene kodeeritakse?
Eelnevast lähtudes sõltuvad rRNA geenide struktuur, tüübid ja toimimine nukleolaarsetest organisaatoritest. Need sisaldavad lookusi, mis sisaldavad ribosomaalset RNA-d kodeerivaid geene. O. Miller, kes tegi uurimustööd oogeneesi kohta tuulikurakkudes, tegi kindlaks nende geenide toimimise mehhanismi. Nendest sünteesiti rRNA koopiad (nn primaarsed transkriptandid), mis sisaldasid umbes 13x103 nukleotiidi ja mille settimiskoefitsient oli 45 S. Seejärel läbis see ahel küpsemisprotsessi, mis lõppes kolme moodustumisega.rRNA molekulid settimiskoefitsientidega 5, 8 S, 28 S ja 18 S.
rRNA moodustumise mehhanism
Tuleme tagasi Milleri eksperimentide juurde, kes uuris ribosomaalse RNA sünteesi ja tõestas, et nukleolaarne DNA toimib matriitsina (maatriksina) rRNA – transkriptandi – moodustamisel. Samuti tegi ta kindlaks, et moodustunud ebaküpsete ribosomaalsete hapete (pre-r-RNA) arv sõltub RNA polümeraasi ensüümi molekulide arvust. Seejärel toimub nende küpsemine (töötlemine) ja rRNA molekulid hakkavad kohe peptiididega seonduma, mille tulemusena moodustub ribonukleoproteiin, ribosoomi ehitusmaterjal.
Ribosomaalsete hapete omadused eukarüootsetes rakkudes
Samade struktuuripõhimõtete ja ühiste funktsionaalsete mehhanismidega prokarüootsete ja tuumaorganismide ribosoomidel on endiselt tsütomolekulaarseid erinevusi. Selle väljaselgitamiseks kasutasid teadlased uurimismeetodit, mida nimetatakse röntgendifraktsioonianalüüsiks. Leiti, et eukarüootse ribosoomi suurus ja seega ka selles sisalduv rRNA on suurem ja settimistegur on 80 S. Magneesiumiioone kaotava organelli saab jagada kaheks alaühikuks, mille indikaatorid on 60 S ja 40 S Väike osake sisaldab ühte happemolekuli ja suur üks kuni kolm, see tähendab, et tuumarakud sisaldavad ribosoome, mis koosnevad 4 happe polünukleotiidheeliksist, millel on järgmised omadused: 28 S RNA - 5 tuhat nukleotiidi, 18 S - 2 tuhat 5 S - 120 nukleotiidi, 5, 8 S - 160. Koht, kus rRNA sünteesitakse eukarüootsetes rakkudes, on nukleool, mis asub tuuma karüoplasmas.
Prokarüootide ribosomaalne RNA
Erinev alt r-RNA-st,Tuumarakkudesse sisenedes transkribeeritakse bakterite ribosomaalsed ribonukleiinhapped DNA-d sisaldava tsütoplasma tihendatud alal ja nimetatakse nukleoidiks. See sisaldab rRNA geene. Transkriptsioon, mille üldist omadust saab kujutada protsessina DNA geenide rRNA-st teabe ümberkirjutamiseks ribosomaalse ribonukleiinhappe nukleotiidjärjestuseks, võttes arvesse geneetilise koodi komplementaarsuse reeglit: adeniini nukleotiid vastab uratsiilile ja guaniin. tsütosiiniks.
R-RNA bakteritel on väiksem molekulmass ja väiksem suurus kui tuumarakkudel. Nende settimistegur on 70 S ja kahe alaühiku väärtused on 50 S ja 30 S. Väiksem osake sisaldab ühte rRNA molekuli ja suurem osake sisaldab kahte.
Ribonukleiinhappe roll translatsiooniprotsessis
R-RNA põhiülesanne on tagada rakuvalgu biosünteesi protsess – translatsioon. Seda tehakse ainult r-RNA-d sisaldavate ribosoomide juuresolekul. Rühmadeks ühinedes seostuvad nad informatsioonilise DNA molekuliga, moodustades polüsoomi. Transpordi ribosomaalse ribonukleiinhappe molekulid, mis kannavad aminohappeid, mis polüsoomi sattudes omavahel peptiidsidemetega seonduvad, moodustavad polümeeri - valgu. See on raku kõige olulisem orgaaniline ühend, mis täidab paljusid olulisi funktsioone: ehitamine, transport, energia, ensümaatiline, kaitsev ja signaalimine.
Selles artiklis uuriti ribosomaalsete nukleiinhapete omadusi, struktuuri ja kirjeldust.taimede, loomade ja inimrakkude orgaanilised biopolümeerid.
