Tiden vi lever i präglas av fantastiska förändringar, enorma framsteg, när människor får svar på fler och fler nya frågor. Livet går snabbt framåt, och det som tills nyligen verkade omöjligt börjar bli verklighet. Det är mycket möjligt att det som idag verkar vara en intrig från science fiction-genren snart också kommer att få verklighetens drag.
En av de viktigaste upptäckterna under andra hälften av 1900-talet var nukleinsyrorna RNA och DNA, tack vare vilka människan kom närmare att reda ut naturens mysterier.
Nukleinsyror
Nukleinsyror är organiska föreningar med makromolekylära egenskaper. De består av väte, kol, kväve och fosfor.
De upptäcktes 1869 av F. Miescher, som undersökte pus. Men vid den tiden gavs hans upptäckt inte stor betydelse. Först senare, när dessa syror hittades i alla djur- och växtceller, kom förståelsen för deras enorma roll.
Det finns två typer av nukleinsyror: RNA och DNA (ribonuklein och deoxiribonukleinsyrasyror). Den här artikeln handlar om ribonukleinsyra, men för en allmän förståelse, låt oss också överväga vad DNA är.
Vad är deoxiribonukleinsyra?
DNA är en nukleinsyra som består av två strängar som är sammankopplade enligt komplementaritetslagen genom vätebindningar av kväveh altiga baser. Långa kedjor vrids till en spiral, ett varv innehåller nästan tio nukleotider. Dubbelhelixens diameter är två millimeter, avståndet mellan nukleotiderna är ungefär en halv nanometer. Längden på en molekyl når ibland flera centimeter. Längden på DNA från kärnan i en mänsklig cell är nästan två meter.
DNA:s struktur innehåller all genetisk information. DNA har replikation, vilket innebär den process under vilken två absolut identiska dottermolekyler bildas från en molekyl.
Som redan nämnts består kedjan av nukleotider, som i sin tur består av kväveh altiga baser (adenin, guanin, tymin och cytosin) och en fosforsyrarest. Alla nukleotider skiljer sig i kväveh altiga baser. Vätebindning sker inte mellan alla baser, adenin kan till exempel bara kombineras med tymin eller guanin. Det finns alltså lika många adenylnukleotider i kroppen som tymidylnukleotider, och antalet guanylnukleotider är lika med cytidylnukleotider (Chargaffs regel). Det visar sig att sekvensen av en kedja förutbestämmer sekvensen av en annan, och kedjorna verkar spegla varandra. Ett sådant mönster, där nukleotiderna i två kedjor är ordnade på ett ordnat sätt, och även är kopplade selektivt, kallasprincipen om komplementaritet. Förutom väteföreningar interagerar dubbelspiralen också hydrofobt.
Två kedjor är i motsatta riktningar, det vill säga de är placerade i motsatta riktningar. Därför, mittemot tre'-änden av en är fem'-änden av den andra kedjan.
Utåt liknar DNA-molekylen en spir altrappa, vars räcke är en sockerfosfatryggrad, och stegen är komplementära kvävebaser.
Vad är ribonukleinsyra?
RNA är en nukleinsyra med monomerer som kallas ribonukleotider.
I kemiska egenskaper är det mycket likt DNA, eftersom båda är polymerer av nukleotider, som är en fosforylerad N-glykosid, som är uppbyggd på en rest av pentos (fem kolsocker), med en fosfatgrupp på den femte kolatomen och en kvävebas vid den första kolatomen.
Det är en enkel polynukleotidkedja (förutom virus), som är mycket kortare än DNA.
En RNA-monomer är resterna av följande ämnen:
- kvävebaser;
- fem-kolmonosackarid;
- fosforsyror.
RNA har pyrimidin (uracil och cytosin) och purin (adenin, guanin) baser. Ribos är monosackariden i RNA-nukleotiden.
Skillnader mellan RNA och DNA
Nukleinsyror skiljer sig från varandra på följande sätt:
- dess kvantitet i en cell beror på fysiologiskt tillstånd, ålder och organtillhörighet;
- DNA innehåller kolhydraterdeoxiribos och RNA - ribos;
- Kvävebasen i DNA är tymin och i RNA är den uracil;
- klasser utför olika funktioner, men syntetiseras på DNA-matrisen;
- DNA är dubbelhelix, RNA är enkelsträngat;
- inte typiskt för hennes DNA Chargaff-regler;
- RNA har fler mindre baser;
- kedjor varierar avsevärt i längd.
Studiehistorik
RNA-cellen upptäcktes först av den tyske biokemisten R. Altman när han studerade jästceller. I mitten av 1900-talet bevisades DNA:s roll i genetiken. Först då beskrevs RNA-typer, funktioner och så vidare. Upp till 80-90 % av massan i cellen faller på rRNA, som tillsammans med proteiner bildar ribosomen och deltar i proteinbiosyntesen.
På sextiotalet av förra seklet antyddes det först att det måste finnas en viss art som bär den genetiska informationen för proteinsyntes. Efter det var det vetenskapligt fastställt att det finns sådana informationsribonukleinsyror som representerar komplementära kopior av gener. De kallas också budbärar-RNA.
De så kallade transportsyrorna är inblandade i att avkoda informationen som registreras i dem.
Senare började metoder utvecklas för att identifiera sekvensen av nukleotider och fastställa strukturen av RNA i det sura rummet. Så det visade sig att några av dem, som kallades ribozymer, kan klyva polyribonukleotidkedjor. Som ett resultat började man anta att vid den tidpunkt då liv växte fram på planeten,RNA fungerade utan DNA och proteiner. Dessutom gjordes alla förvandlingar med hennes deltagande.
Strukturen av ribonukleinsyramolekylen
Nästan alla RNA är enkla kedjor av polynukleotider, som i sin tur består av monoribonukleotider - purin- och pyrimidinbaser.
Nukleotider betecknas med initialbokstäverna i baserna:
- adenin (A), A;
- guanine (G), G;
- cytosin (C), C;
- uracil (U), U.
De är sammanlänkade med tre- och femfosfodiesterbindningar.
Det mest varierande antalet nukleotider (från flera tiotals till tiotusentals) ingår i strukturen för RNA. De kan bilda en sekundär struktur som huvudsakligen består av korta dubbelsträngade strängar som bildas av komplementära baser.
Struktur av en ribnukleinsyramolekyl
Som redan nämnts har molekylen en enkelsträngad struktur. RNA får sin sekundära struktur och form som ett resultat av interaktionen av nukleotider med varandra. Det är en polymer vars monomer är en nukleotid bestående av ett socker, en fosforsyrarest och en kvävebas. Utåt liknar molekylen en av DNA-kedjorna. Nukleotiderna adenin och guanin, som ingår i RNA, är purin. Cytosin och uracil är pyrimidinbaser.
Syntesprocess
För att en RNA-molekyl ska syntetiseras är mallen en DNA-molekyl. Det är sant att den omvända processen också händer när nya molekyler av deoxiribonukleinsyra bildas på ribonukleinsyramatrisen. Sådaninträffar under replikering av vissa typer av virus.
Basen för biosyntes kan också fungera som andra molekyler av ribonukleinsyra. Dess transkription, som sker i cellkärnan, involverar många enzymer, men den viktigaste av dem är RNA-polymeras.
Visningar
Beroende på typen av RNA skiljer sig dess funktioner också. Det finns flera typer:
- informations-i-RNA;
- ribosom alt rRNA;
- transport t-RNA;
- minor;
- ribozymes;
- viral.
Informationsribonukleinsyra
Sådana molekyler kallas också matris. De utgör cirka två procent av det totala antalet i cellen. I eukaryota celler syntetiseras de i kärnorna på DNA-mallar, passerar sedan in i cytoplasman och binder till ribosomer. Vidare blir de mallar för proteinsyntes: de förenas av överförings-RNA som bär aminosyror. Det är så processen för informationstransformation sker, vilket förverkligas i proteinets unika struktur. I vissa virala RNA är det också en kromosom.
Jacob och Mano är upptäckarna av denna art. Utan en stel struktur, dess kedja bildar böjda öglor. Fungerar inte, i-RNA samlas i veck och veck till en boll och vecklas ut i fungerande skick.
i-RNA innehåller information om sekvensen av aminosyror i proteinet som syntetiseras. Varje aminosyra kodas på en specifik plats med hjälp av genetiska koder som är:
- tripletity - från fyra mononukleotider är det möjligt att bygga sextiofyra kodon (genetisk kod);
- icke-korsande - information rör sig i en riktning;
- kontinuitet - funktionsprincipen är att ett mRNA är ett protein;
- universalitet - en eller annan typ av aminosyra kodas i alla levande organismer på samma sätt;
- degeneration - tjugo aminosyror är kända, och sextioen kodon, det vill säga de kodas av flera genetiska koder.
Ribosomal ribonukleinsyra
Sådana molekyler utgör den stora majoriteten av cellulärt RNA, nämligen åttio till nittio procent av det totala. De kombineras med proteiner och bildar ribosomer – det här är organeller som utför proteinsyntes.
Ribosomer är sextiofem procent rRNA och trettiofem procent protein. Denna polynukleotidkedja viks lätt ihop med proteinet.
Ribosomen består av aminosyra- och peptidregioner. De är placerade på kontaktytorna.
Ribosomer rör sig fritt i cellen och syntetiserar proteiner på rätt ställen. De är inte särskilt specifika och kan inte bara läsa information från mRNA, utan även bilda en matris med dem.
Transport ribonukleinsyra
t-RNA är det mest studerade. De utgör tio procent av cellulär ribonukleinsyra. Dessa typer av RNA binder till aminosyror tack vare ett speciellt enzym och levereras till ribosomer. Samtidigt transporteras aminosyror med transportmolekyler. Det händer dock att olika kodon kodar för en aminosyra. Sedan kommer flera transport-RNA att bära dem.
Den kryper ihop sig till en boll när den är inaktiv, men fungerar som ett klöverblad.
Följande avsnitt skiljer sig åt i den:
- acceptorstam som har nukleotidsekvensen för ACC;
- plats för att fästa på ribosomen;
- ett antikodon som kodar för aminosyran kopplad till detta tRNA.
Mindre arter av ribonukleinsyra
Nyligen har RNA-arter fyllts på med en ny klass, det så kallade lilla RNA. De är med största sannolikhet universella regulatorer som slår på eller av gener i embryonal utveckling, såväl som styrprocesser i celler.
Ribozymer har också nyligen identifierats, de är aktivt involverade när RNA-syra fermenteras och fungerar som en katalysator.
virala typer av syror
Viruset kan innehålla antingen ribonukleinsyra eller deoxiribonukleinsyra. Därför, med motsvarande molekyler, kallas de RNA-innehållande. När ett sådant virus kommer in i en cell sker omvänd transkription - nytt DNA uppstår på basis av ribonukleinsyra, som integreras i celler, vilket säkerställer existensen och reproduktionen av viruset. I ett annat fall sker bildningen av komplementärt RNA på det inkommande RNA:t. Virus är proteiner, vital aktivitet och reproduktion pågår utan DNA, men bara på basis av informationen som finns i virusets RNA.
Replication
För att förbättra den gemensamma förståelsen är det nödvändigtBetrakta replikationsprocessen som producerar två identiska nukleinsyramolekyler. Så här börjar celldelningen.
Det involverar DNA-polymeraser, DNA-beroende, RNA-polymeraser och DNA-ligaser.
Replikeringsprocessen består av följande steg:
- despiralisering - det sker en sekventiell avveckling av moderns DNA, som fångar hela molekylen;
- brytning av vätebindningar, där kedjorna divergerar, och en replikationsgaffel uppträder;
- justering av dNTP:er till de frigivna baserna för moderkedjorna;
- klyvning av pyrofosfater från dNTP-molekyler och bildning av fosforodiesterbindningar på grund av frigjord energi;
- respiralisering.
Efter bildandet av dottermolekylen delas kärnan, cytoplasman och resten. Det bildas alltså två dotterceller som helt har fått all genetisk information.
Dessutom är den primära strukturen för proteiner som syntetiseras i cellen kodad. DNA tar en indirekt del i denna process, och inte direkt, som består i att det är på DNA som syntesen av proteiner, RNA involverat i bildningen, sker. Denna process kallas transkription.
Transcription
Syntesen av alla molekyler sker under transkription, det vill säga omskrivning av genetisk information från ett specifikt DNA-operon. Processen liknar replikering på vissa sätt och mycket annorlunda på andra.
Likheterna är följande delar:
- börjar med DNA-despiralisering;
- vätebrott inträffaranslutningar mellan kedjornas baser;
- NTF:er som kompletterar dem;
- vätebindningar bildas.
Skillnader från replikering:
- under transkription är endast den del av DNA som motsvarar transkriptonet tvinnad, medan hela molekylen under replikation tvinnas;
- när de transkriberas innehåller inställbara NTF:er ribos och uracil istället för tymin;
- information skrivs endast av från ett visst område;
- efter bildningen av molekylen bryts vätebindningarna och den syntetiserade kedjan, och kedjan glider av DNA:t.
För normal funktion bör den primära strukturen av RNA endast bestå av DNA-sektioner kopierade från exoner.
Mognadsprocessen börjar i det nybildade RNA:t. Tysta regioner skärs ut och informativa regioner sammansmälts för att bilda en polynukleotidkedja. Dessutom har varje art sina egna transformationer.
I i-RNA sker bindning till den initiala änden. Polyadenylat är fäst på den slutliga platsen.
TRNA-baser modifieras för att bilda mindre arter.
I rRNA är individuella baser också metylerade.
Skydda proteiner från förstörelse och förbättra transporten till cytoplasman. Moget RNA binder till dem.
Vikten av deoxiribonuklein- och ribonukleinsyror
Nukleinsyror är av stor betydelse i organismers liv. Det lagras i dem, överförs till cytoplasman och ärvs av dottercellerinformation om proteinerna som syntetiseras i varje cell. De finns i alla levande organismer, stabiliteten hos dessa syror spelar en viktig roll för den normala funktionen av både celler och hela organismen. Alla förändringar i deras struktur kommer att leda till cellulära förändringar.
