Molekylärbiologi handlar om studiet av strukturen och funktionerna hos molekyler av organiska ämnen som utgör de levande cellerna hos växter, djur och människor. En speciell plats bland dem ges till en grupp föreningar som kallas nukleinsyror (kärnsyror).
Det finns två typer: deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra. Den senare har flera modifieringar: i-RNA, t-RNA och r-RNA, som skiljer sig åt i sina funktioner och placering i cellen. Den här artikeln ägnas åt att studera följande frågor: var syntetiseras rRNA i prokaryota och eukaryota celler, vad är dess struktur och betydelse.
Historisk bakgrund
Det första vetenskapliga omnämnandet av ribosomsyra kan hittas i studier av R. Weinberg och S. Penman på 60-talet av XX-talet, som beskrev korta polynukleotidmolekyler relaterade till ribonukleinsyror, men som skilde sig i rumslig struktur och sedimentationskoefficient från informations- och transport-RNA. Oftast deras molekylerfinns i kärnan, såväl som i cellorganeller - ribosomer som är ansvariga för syntesen av cellulärt protein. De kallades ribosomala (ribosomala ribonukleinsyror).
RNA-karakteristik
Ribonukleinsyra, liksom DNA, är en polymer, vars monomerer är nukleotider av 4 typer: adenin, guanin, uracil och cytidin, sammankopplade med fosfodiesterbindningar till långa enkelsträngade molekyler, tvinnade i form av en spiral eller har mer komplexa konformationer. Det finns också dubbelsträngade ribosomala ribonukleinsyror som finns i RNA-innehållande virus och duplicerar DNA:s funktioner: bevarande och överföring av ärftliga egenskaper.
Tre typer av syror är vanligast i cellen, dessa är: matrix, eller informations-RNA, transportribosomal ribonukleinsyra, till vilken aminosyror är fästa, samt ribosomsyra, lokaliserad i nukleolen och cellen cytoplasma.
Ribosom alt RNA utgör cirka 80 % av den totala mängden ribonukleinsyror i cellen och 60 % av ribosomens massa, en organoid som syntetiserar cellulärt protein. Alla ovanstående arter syntetiseras (transkriberas) vid vissa delar av DNA, som kallas RNA-gener. I syntesprocessen är molekyler av ett speciellt enzym, RNA-polymeras, involverade. Platsen i cellen där rRNA syntetiseras är nukleolus, belägen i karyoplasmankärnor.
Nucleolus, dess roll i syntes
I en cells liv, kallad cellcykeln, finns det en period mellan dess delningar - interfas. Vid denna tidpunkt är täta kroppar med en granulär struktur, kallade nukleoler, tydligt synliga i cellkärnan, som är en oumbärlig komponent i både växt- och djurceller.
Inom molekylärbiologi har det konstaterats att nukleolerna är organellerna där rRNA syntetiseras. Ytterligare forskning av cytologer ledde till upptäckten av sektioner av cellulärt DNA, i vilka gener som var ansvariga för strukturen och syntesen av ribosomala syror hittades. De kallades nukleolarorganisatören.
Kärnkraftsarrangör
Fram till 60-talet av XX-talet fanns det en åsikt inom biologin att den nukleolära organisatören, belägen på platsen för den sekundära förträngningen i 13:e, 14:e, 15:e, 21:a och 22:a kromosomparen, har formen av en enda webbplats. Forskare som är involverade i studien av kromosomskador, kallade aberrationer, har funnit att i ögonblicket för kromosombrott på platsen för den sekundära förträngningen sker bildandet av nukleoler på var och en av dess delar.
Vi kan alltså konstatera följande: den nukleolära organisatören består inte av en, utan av flera loci (gener) som ansvarar för bildandet av kärnan. Det är i den som ribosomala ribonukleinsyror rRNA syntetiseras, som bildar subenheter av proteinsyntetiserande cellorganeller - ribosomer.
Vad är ribosomer?
Som nämnts tidigare, alla tre huvudtypernaRNA finns i cellen, där de syntetiseras på vissa platser - DNA-gener. Det ribosomala RNA som bildas som ett resultat av transkription bildar komplex med proteiner - ribonukleoproteiner, från vilka de beståndsdelar av den framtida organellen, de så kallade subenheterna, bildas. Genom porerna i kärnmembranet passerar de in i cytoplasman och bildar i den de kombinerade strukturerna, som även inkluderar molekyler av i-RNA och t-RNA, kallade polysomer.
Ribosomerna själva kan separeras under inverkan av kalciumjoner och existerar separat som underenheter. Den omvända processen inträffar i cellcytoplasmans fack, där translationsprocesserna äger rum - sammansättningen av cellulära proteinmolekyler. Ju mer aktiv cellen är, desto intensivare är metaboliska processer i den, desto fler ribosomer innehåller den. Till exempel kännetecknas celler i den röda benmärgen, hepatocyter från ryggradsdjur och människor av ett stort antal av dessa organeller i cytoplasman.
Hur kodas rRNA-gener?
Baserat på ovanstående beror strukturen, typerna och funktionen av rRNA-gener på nukleolära organisatörer. De innehåller loci som innehåller gener som kodar för ribosom alt RNA. O. Miller, som bedriver forskning om oogenes i salamanderceller, etablerade mekanismen för dessa geners funktion. Kopior av rRNA (de så kallade primära transkriptanterna) syntetiserades från dem, innehållande cirka 13x103 nukleotider och med en sedimenteringskoefficient på 45 S. Därefter genomgick denna kedja en mognadsprocess som slutade med bildandet av trerRNA-molekyler med sedimentationskoefficienter på 5, 8 S, 28 S och 18 S.
Mekanism för rRNA-bildning
Låt oss återgå till experimenten från Miller, som undersökte syntesen av ribosom alt RNA och bevisade att nukleolärt DNA fungerar som en mall (matris) för bildandet av rRNA - en transkriptant. Han fastställde också att antalet omogna ribosomala syror (pre-r-RNA) som bildas beror på antalet molekyler av RNA-polymerasenzymet. Sedan sker deras mognad (bearbetning) och rRNA-molekyler börjar omedelbart binda till peptider, vilket resulterar i bildandet av ett ribonukleoprotein, ribosomens byggmaterial.
Funktioner hos ribosomala syror i eukaryota celler
Med samma principer för struktur och gemensamma funktionella mekanismer har ribosomer av prokaryota och nukleära organismer fortfarande cytomolekylära skillnader. För att ta reda på det använde forskare en forskningsmetod som kallas röntgendiffraktionsanalys. Det visade sig att storleken på den eukaryota ribosomen, och därmed rRNA som ingår i den, är större och sedimentationskoefficienten är 80 S. Organellen, som förlorar magnesiumjoner, kan delas in i två underenheter med indikatorer på 60 S och 40 S En liten partikel innehåller en syramolekyl och en stor en-tre, det vill säga kärnceller innehåller ribosomer som består av 4 polynukleotidspiraler av syra med följande egenskaper: 28 S RNA - 5 tusen nukleotider, 18 S - 2 tusen 5 S - 120 nukleotider, 5, 8 S - 160. Platsen där rRNA syntetiseras i eukaryota celler är kärnan, belägen i karyoplasman i kärnan.
Ribosom alt RNA från prokaryoter
Till skillnad från r-RNA,När de kommer in i kärncellerna, transkriberas de ribosomala ribonukleinsyrorna från bakterier i ett komprimerat område av cytoplasman som innehåller DNA och kallas nukleoiden. Den innehåller rRNA-gener. Transkription, vars allmänna karaktär kan representeras som en process för att skriva om information från rRNA av DNA-gener till en nukleotidsekvens av ribosomal ribonukleinsyra, med hänsyn tagen till regeln om komplementaritet för den genetiska koden: adeninnukleoitid motsvarar uracil och guanin till cytosin.
R-RNA-bakterier har en lägre molekylvikt och mindre storlek än kärnceller. Deras sedimentationskoefficient är 70 S, och de två underenheterna har värden på 50 S och 30 S. Den mindre partikeln innehåller en rRNA-molekyl och den större innehåller två.
Ribonukleinsyrans roll i översättningsprocessen
R-RNAs huvudsakliga funktion är att säkerställa processen för cellulär proteinbiosyntes - translation. Det utförs endast i närvaro av ribosomer som innehåller r-RNA. Genom att kombineras i grupper binder de till informations-DNA-molekylen och bildar en polysom. Molekyler av transportribosomala ribonukleinsyra, som bär aminosyror, som en gång i polysomen binder till varandra genom peptidbindningar, bildar en polymer - protein. Det är den viktigaste organiska föreningen i cellen, som utför många viktiga funktioner: bygga, transportera, energi, enzymatiska, skyddande och signalerande.
Denna artikel undersökte egenskaperna, strukturen och beskrivningen av ribosomala nukleinsyror, som ärorganiska biopolymerer av växt-, djur- och mänskliga celler.
