Elämme aikaa leimaa hämmästyttävät muutokset, v altava edistys, kun ihmiset saavat vastauksia yhä uusiin kysymyksiin. Elämä kulkee nopeasti eteenpäin, ja se mikä viime aikoihin asti näytti mahdottom alta, alkaa toteutua. On täysin mahdollista, että se, mikä nykyään näyttää tieteisgenren juonelta, saa pian myös todellisuuden piirteitä.
Yksi tärkeimmistä löydöistä 1900-luvun jälkipuoliskolla olivat nukleiinihapot RNA ja DNA, joiden ansiosta ihminen pääsi lähemmäksi luonnon mysteerien selvittämistä.
Nukleiinihapot
Nukleiinihapot ovat orgaanisia yhdisteitä, joilla on makromolekyylisiä ominaisuuksia. Ne koostuvat vedystä, hiilestä, typestä ja fosforista.
Ne löysi vuonna 1869 F. Miescher, joka tutki mätä. Hänen löytölleen ei kuitenkaan tuolloin annettu suurta merkitystä. Vasta myöhemmin, kun näitä happoja löydettiin kaikista eläin- ja kasvisoluista, ymmärrys niiden v altavasta roolista.
Nukleiinihappoja on kahta tyyppiä: RNA ja DNA (ribonukleiini- ja deoksiribonukleiinihappohapot). Tämä artikkeli käsittelee ribonukleiinihappoa, mutta yleisen ymmärryksen vuoksi pohditaan myös mitä DNA on.
Mikä on deoksiribonukleiinihappo?
DNA on nukleiinihappo, joka koostuu kahdesta juosteesta, jotka on yhdistetty komplementaarisuuden lain mukaisesti typpipitoisten emästen vetysidoksilla. Pitkät ketjut on kierretty spiraaliksi, yksi kierros sisältää lähes kymmenen nukleotidia. Kaksoiskierteen halkaisija on kaksi millimetriä, nukleotidien välinen etäisyys on noin puoli nanometriä. Yhden molekyylin pituus saavuttaa joskus useita senttimetrejä. Ihmissolun ytimen DNA:n pituus on lähes kaksi metriä.
DNA:n rakenne sisältää kaiken geneettisen tiedon. DNA:lla on replikaatio, mikä tarkoittaa prosessia, jonka aikana yhdestä molekyylistä muodostuu kaksi täysin identtistä tytärmolekyyliä.
Kuten jo todettiin, ketju koostuu nukleotideista, jotka puolestaan koostuvat typpipitoisista emäksistä (adeniini, guaniini, tymiini ja sytosiini) ja fosforihappojäännöksestä. Kaikki nukleotidit eroavat typpipitoisilta emäksiltä. Vetysidosta ei tapahdu kaikkien emästen välillä, esimerkiksi adeniini voi yhdistyä vain tymiinin tai guaniinin kanssa. Elimistössä on siis yhtä monta adenyylinukleotidiä kuin tymidyylinukleotideja, ja guanyylinukleotidien määrä on yhtä suuri kuin sytidyylinukleotidien määrä (Chargaffin sääntö). Osoittautuu, että yhden ketjun järjestys määrää enn alta toisen ketjun, ja ketjut näyttävät heijastavan toisiaan. Tällaista kuviota, jossa kahden ketjun nukleotidit on järjestetty järjestyksessä ja myös selektiivisesti yhdistetty, kutsutaan ns.täydentävyyden periaatetta. Vetyyhdisteiden lisäksi kaksoiskierre vuorovaikuttaa myös hydrofobisesti.
Kaksi ketjua ovat vastakkaisiin suuntiin, eli ne sijaitsevat vastakkaisiin suuntiin. Siksi yhden ketjun kolmen'-päätä vastapäätä on toisen ketjun viisi'-pää.
DNA-molekyyli muistuttaa ulkoapäin kierreportaita, joiden kaide on sokeri-fosfaattirunko ja portaat ovat komplementaarisia typpiemäksiä.
Mikä on ribonukleiinihappo?
RNA on nukleiinihappo, jossa on monomeereja, joita kutsutaan ribonukleotideiksi.
Kemiallisilta ominaisuuksiltaan se on hyvin samanlainen kuin DNA, koska molemmat ovat nukleotidien polymeerejä, jotka ovat fosforyloitua N-glykosidia, joka rakentuu pentoosijäännökselle (viiden hiilen sokeri) ja jossa on fosfaattiryhmä. viides hiiliatomi ja typpiemäs ensimmäisessä hiiliatomissa.
Se on yksi polynukleotidiketju (viruksia lukuun ottamatta), joka on paljon lyhyempi kuin DNA:n.
Yksi RNA-monomeeri on seuraavien aineiden jäännökset:
- typpiemäkset;
- viiden hiilen monosakkaridi;
- fosforihapot.
RNA:issa on pyrimidiiniemäksiä (urasiili ja sytosiini) ja puriiniemäksiä (adeniini, guaniini). Riboosi on RNA-nukleotidin monosakkaridi.
RNA:n ja DNA:n erot
Nukleiinihapot eroavat toisistaan seuraavilla tavoilla:
- sen määrä solussa riippuu fysiologisesta tilasta, iästä ja elinten kuulumisesta;
- DNA sisältää hiilihydraattiadeoksiriboosi ja RNA - riboosi;
- DNA:n typpiemäs on tymiini ja RNA:ssa urasiili;
- luokat suorittavat erilaisia tehtäviä, mutta ne syntetisoidaan DNA-matriisissa;
- DNA on kaksoiskierre, RNA on yksijuosteinen;
- ei tyypillistä hänen DNA Chargaff -säännöilleen;
- RNA:ssa on enemmän pieniä emäksiä;
- ketjujen pituus vaihtelee huomattavasti.
Opiskeluhistoria
RNA-solun löysi ensimmäisenä saksalainen biokemisti R. Altman tutkiessaan hiivasoluja. 1900-luvun puolivälissä DNA:n rooli genetiikassa todistettiin. Vasta sitten kuvattiin RNA-tyyppejä, toimintoja ja niin edelleen. Jopa 80-90 % solun massasta putoaa rRNA:lle, joka yhdessä proteiinien kanssa muodostaa ribosomin ja osallistuu proteiinien biosynteesiin.
Viime vuosisadan 60-luvulla ehdotettiin ensimmäisen kerran, että on oltava tietty laji, joka kuljettaa geneettistä tietoa proteiinisynteesiä varten. Sen jälkeen todettiin tieteellisesti, että on olemassa sellaisia informaatioribonukleiinihappoja, jotka edustavat geenien komplementaarisia kopioita. Niitä kutsutaan myös lähetti-RNA:iksi.
Niin sanotut kuljetushapot osallistuvat niihin tallennetun tiedon purkamiseen.
Myöhemmin alettiin kehittää menetelmiä nukleotidisekvenssin tunnistamiseksi ja RNA:n rakenteen määrittämiseksi happotilassa. Joten havaittiin, että jotkut niistä, joita kutsuttiin ribotsyymeiksi, voivat katkaista polyribonukleotidiketjuja. Tämän seurauksena alettiin olettaa, että aikana, jolloin planeetalle syntyi elämää,RNA toimi ilman DNA:ta ja proteiineja. Lisäksi kaikki muutokset tehtiin hänen osallistumisellaan.
Ribonukleiinihappomolekyylin rakenne
Lähes kaikki RNA:t ovat yksittäisiä polynukleotidien ketjuja, jotka puolestaan koostuvat monoribonukleotideista - puriini- ja pyrimidiiniemäksistä.
Nukleotidit on merkitty emästen alkukirjaimilla:
- adeniini (A), A;
- guaniini (G), G;
- sytosiini (C), C;
- urasiili (U), U.
Ne on yhdistetty kolmen ja viiden fosfodiesterisidoksella.
RNA:n rakenteeseen sisältyy mitä moninaisin määrä nukleotideja (muutamista kymmenistä kymmeniin tuhansiin). Ne voivat muodostaa toissijaisen rakenteen, joka koostuu pääasiassa lyhyistä kaksisäikeisistä säikeistä, jotka muodostuvat toisiaan täydentävistä emäksistä.
Ribnukleiinihappomolekyylin rakenne
Kuten jo mainittiin, molekyylillä on yksijuosteinen rakenne. RNA saa sekundaarirakenteensa ja muotonsa nukleotidien keskinäisen vuorovaikutuksen seurauksena. Se on polymeeri, jonka monomeeri on nukleotidi, joka koostuu sokerista, fosforihappojäännöksestä ja typpiemäksestä. Ulkoisesti molekyyli on samanlainen kuin yksi DNA-ketjuista. Nukleotidit adeniini ja guaniini, jotka ovat osa RNA:ta, ovat puriineja. Sytosiini ja urasiili ovat pyrimidiiniemäksiä.
Synteesiprosessi
Syntetisoitavan RNA-molekyylin templaatti on DNA-molekyyli. Totta, myös käänteinen prosessi tapahtuu, kun ribonukleiinihappomatriisiin muodostuu uusia deoksiribonukleiinihappomolekyylejä. Sellainenesiintyy tietyntyyppisten virusten replikaation aikana.
Biosynteesin perusta voi toimia myös muina ribonukleiinihapon molekyyleinä. Sen solun tumassa tapahtuvaan transkriptioon osallistuu monia entsyymejä, mutta merkittävin niistä on RNA-polymeraasi.
Näkymät
RNA:n tyypistä riippuen myös sen toiminnot vaihtelevat. On olemassa useita tyyppejä:
- informational i-RNA;
- ribosomin rRNA;
- kuljetus t-RNA:ta;
- alaikäinen;
- ribotsyymit;
- virus.
Informatiivinen ribonukleiinihappo
Tällaisia molekyylejä kutsutaan myös matriiseiksi. Ne muodostavat noin kaksi prosenttia solun kokonaismäärästä. Eukaryoottisoluissa ne syntetisoituvat DNA-templaattien ytimissä, siirtyvät sitten sytoplasmaan ja sitoutuvat ribosomeihin. Lisäksi niistä tulee templaatteja proteiinisynteesiä varten: niihin liittyvät aminohappoja kuljettavat siirto-RNA:t. Näin tapahtuu informaation muunnosprosessi, joka toteutuu proteiinin ainutlaatuisessa rakenteessa. Joissakin virus-RNA:issa se on myös kromosomi.
Jakob ja Mano ovat tämän lajin löytäjiä. Koska sillä ei ole jäykkää rakennetta, sen ketju muodostaa kaarevia silmukoita. Ei toimi, i-RNA kerääntyy laskoksiin ja taittuu palloksi ja avautuu toimintakunnossa.
i-RNA sisältää tietoa syntetisoitavan proteiinin aminohapposekvenssistä. Jokainen aminohappo on koodattu tietyssä paikassa käyttämällä geneettisiä koodeja, jotka ovat:
- kolmiollisuus - neljästä mononukleotidistä on mahdollista rakentaa kuusikymmentäneljä kodonia (geneettinen koodi);
- ei-risteys - tiedot liikkuvat yhteen suuntaan;
- jatkuvuus - toimintaperiaate on, että yksi mRNA on yksi proteiini;
- universaalisuus - yksi tai toinen aminohappotyyppi on koodattu kaikkiin eläviin organismeihin samalla tavalla;
- degeneraatio - tunnetaan kaksikymmentä aminohappoa ja kuusikymmentäyksi kodonia, eli niitä koodaavat useat geneettiset koodit.
Ribosomaalinen ribonukleiinihappo
Tällaiset molekyylit muodostavat suurimman osan solun RNA:sta, nimittäin 80-90 prosenttia kokonaismäärästä. Ne yhdistyvät proteiineihin ja muodostavat ribosomeja - nämä ovat organelleja, jotka suorittavat proteiinisynteesiä.
Ribosomit ovat kuusikymmentäviisi prosenttia rRNA:ta ja 35 prosenttia proteiinia. Tämä polynukleotidiketju taittuu helposti proteiinin mukana.
Ribosomi koostuu aminohappo- ja peptidialueista. Ne sijaitsevat kosketuspinnoilla.
Ribosomit liikkuvat vapaasti solussa ja syntetisoivat proteiineja oikeissa paikoissa. Ne eivät ole kovin spesifisiä eivätkä pysty ainoastaan lukemaan tietoa mRNA:sta, vaan myös muodostamaan niiden kanssa matriisin.
Kuljetusribonukleiinihappo
t-RNA on tutkituin. Ne muodostavat kymmenen prosenttia solun ribonukleiinihaposta. Tämäntyyppiset RNA:t sitoutuvat aminohappoihin erityisen entsyymin ansiosta ja toimitetaan ribosomeihin. Samaan aikaan aminohapot kuljetetaan kuljetuksissamolekyylejä. Kuitenkin tapahtuu, että eri kodonit koodaavat aminohappoa. Sitten useat kuljetus-RNA:t kuljettavat niitä.
Se käpristyy palloksi, kun se ei ole aktiivinen, mutta toimii kuin apilanlehti.
Seuraavat osiot erotetaan siinä:
- akseptorin kanta, jonka nukleotidisekvenssi on ACC;
- ribosomiin kiinnittymispaikka;
- antikodoni, joka koodaa tähän tRNA:han kiinnittynyttä aminohappoa.
Pienet ribonukleiinihappolajit
Viime aikoina RNA-lajeja on täydennetty uudella luokalla, niin sanotulla pienellä RNA:lla. Ne ovat todennäköisimmin universaaleja säätelijöitä, jotka kytkevät geenit päälle tai pois päältä alkionkehityksessä sekä säätelevät prosesseja soluissa.
Ribotsyymit on myös tunnistettu hiljattain, ne ovat aktiivisesti mukana RNA-hapon fermentoinnissa ja toimivat katalyyttinä.
Virustyyppiset hapot
Virus voi sisältää joko ribonukleiinihappoa tai deoksiribonukleiinihappoa. Siksi niitä kutsutaan vastaavien molekyylien kanssa RNA:ta sisältäviksi. Kun tällainen virus saapuu soluun, tapahtuu käänteiskopiointi - uusi DNA ilmestyy ribonukleiinihapon perusteella, joka integroituu soluihin, mikä varmistaa viruksen olemassaolon ja lisääntymisen. Toisessa tapauksessa komplementaarisen RNA:n muodostuminen tapahtuu saapuvassa RNA:ssa. Virukset ovat proteiineja, elintoiminto ja lisääntyminen tapahtuu ilman DNA:ta, mutta vain viruksen RNA:n sisältämän tiedon perusteella.
Replikaatio
Yhteisymmärryksen parantamiseksi se on välttämätöntäTarkastellaan replikaatioprosessia, joka tuottaa kaksi identtistä nukleiinihappomolekyyliä. Näin solun jakautuminen alkaa.
Se sisältää DNA-polymeraaseja, DNA-riippuvaisia, RNA-polymeraaseja ja DNA-ligaaseja.
Replikointiprosessi koostuu seuraavista vaiheista:
- despiralisaatio - tapahtuu peräkkäinen äidin DNA:n purkautuminen, jolloin koko molekyyli vangitaan;
- vetysidosten katkeaminen, jossa ketjut hajaantuvat ja replikaatiohaarukka ilmestyy;
- dNTP:iden säätö emoketjujen vapautettuihin emäksiin;
- pyrofosfaattien pilkkoutuminen dNTP-molekyyleistä ja fosforodiesterisidosten muodostuminen vapautuneen energian vuoksi;
- hengitys.
Tytärmolekyylin muodostumisen jälkeen ydin, sytoplasma ja loput jakautuvat. Näin muodostuu kaksi tytärsolua, jotka ovat täysin vastaanottaneet kaiken geneettisen tiedon.
Lisäksi solussa syntetisoitujen proteiinien primäärirakenne on koodattu. DNA osallistuu tähän prosessiin epäsuorasti, ei suoraan, mikä koostuu siitä, että DNA:lla tapahtuu proteiinien, muodostumiseen osallistuvan RNA:n, synteesi. Tätä prosessia kutsutaan transkriptioksi.
Transkriptio
Kaikkien molekyylien synteesi tapahtuu transkription aikana, eli geneettisen tiedon uudelleenkirjoittamisessa tietystä DNA-operonista. Prosessi on jollain tapaa samanlainen kuin replikointi ja toisilla hyvin erilainen.
Yhteisuudet ovat seuraavat:
- alkaa DNA-despiralisaatiolla;
- vetyrepeämä tapahtuuketjujen jalkojen väliset liitännät;
- NTF:t täydentävät niitä;
- vetysidoksia muodostuu.
Erot replikaatiosta:
- transkription aikana vain transkriptonia vastaava osa DNA:sta kiertyy, kun taas replikaation aikana koko molekyyli kiertyy;
- transkriptoitaessa viritettävät NTF:t sisältävät riboosia ja urasiilia tymiinin sijaan;
- tiedot kirjataan pois vain tietystä alueesta;
- molekyylin muodostumisen jälkeen vetysidokset ja syntetisoitu ketju katkeavat ja ketju liukuu pois DNA:sta.
Normaalin toiminnan kann alta RNA:n primaarirakenteen tulisi koostua vain eksoneista kopioiduista DNA-osista.
Kypsytysprosessi alkaa vasta muodostuneessa RNA:ssa. Hiljaiset alueet leikataan pois ja informatiiviset alueet fuusioidaan muodostamaan polynukleotidiketju. Lisäksi jokaisella lajilla on omat muunnoksensa.
i-RNA:ssa tapahtuu kiinnittyminen alkupäähän. Polyadenylaatti on kiinnitetty lopulliseen kohtaan.
TRNA-emäkset on muunnettu muodostamaan vähäisiä lajeja.
rRNA:ssa myös yksittäiset emäkset metyloituvat.
Suojaa proteiineja tuhoutumiselta ja parantaa niiden kulkeutumista sytoplasmaan. Kypsä RNA sitoutuu niihin.
Deoksiribonukleiini- ja ribonukleiinihappojen merkitys
Nukleiinihapoilla on suuri merkitys organismien elämässä. Se varastoidaan niihin, siirretään sytoplasmaan ja periytyy tytärsolujen kauttatietoa kussakin solussa syntetisoiduista proteiineista. Niitä on kaikissa elävissä organismeissa, näiden happojen stabiiliudella on tärkeä rooli sekä solujen että koko organismin normaalille toiminnalle. Kaikki muutokset niiden rakenteessa johtavat solumuutoksiin.
