Az aminosav melyik vége kapcsolódik a tRNS-hez. Transzport RNS-ek, szerkezet és működési mechanizmus

A sejtek citoplazmája az RNS három fő funkcionális típusát tartalmazza:

• hírvivő RNS (mRNS), amely templátként működik a fehérjeszintézisben;
• riboszómális RNS (rRNS), amely a riboszómák szerkezeti összetevőjeként működik;
• az mRNS információ transzlációjában (transzlációjában) részt vevő RNS-eket (tRNS-eket) egy fehérjemolekula aminosavszekvenciájába szállítják.

A sejtmagban nukleáris RNS található, amely a teljes sejt RNS 4-10%-át teszi ki. A nukleáris RNS nagy részét a riboszómális és transzfer RNS nagy molekulájú prekurzorai képviselik. A nagy molekulatömegű rRNS-ek (28S, 18S és 5S RNS) prekurzorai főként a sejtmagban lokalizálódnak.

Az RNS az fő genetikai anyag egyes állatok és növények vírusaiban (genomiális RNS). A legtöbb RNS-vírust RNS-genomjuk reverz transzkripciója jellemzi, amelyet reverz transzkriptáz irányít.

Minden ribonukleinsav ribonukleotid polimerek, DNS-molekulához hasonlóan 3",5"-foszfor-diészter kötésekkel kapcsolódik. Ellentétben a DNS-sel, amelynek kétszálú szerkezete van, az RNS az egyszálú lineáris polimer molekulák.

mRNS szerkezete. Az mRNS az RNS legheterogénebb osztálya méretét és stabilitását tekintve. Az mRNS tartalma a sejtekben az RNS teljes mennyiségének 2-6%-a. Az mRNS-ek szakaszokból – cisztronokból – állnak, amelyek meghatározzák az általuk kódolt fehérjékben az aminosavak sorrendjét.

tRNS szerkezete . A transzfer RNS-ek mediátorként (adapterként) működnek az mRNS transzláció során. A teljes sejt RNS körülbelül 15%-át teszik ki. A 20 proteinogén aminosav mindegyikének megvan a maga tRNS-e. Egyes, két vagy több kodon által kódolt aminosavak esetében több tRNS is létezik. A tRNS-ek viszonylag kicsi, egyszálú molekulák, amelyek 70-93 nukleotidból állnak. Molekulatömegük (2,4-3,1) ,104 kDa.

A tRNS másodlagos szerkezete Az intramolekuláris komplementer nitrogénbázispárok közötti maximális számú hidrogénkötés kialakulása miatt jön létre. Ezen kötések kialakulása következtében a tRNS polinukleotid lánc elcsavarodik, és spirális elágazások képződnek, amelyek párosítatlan nukleotid hurkokban végződnek. Az összes tRNS másodlagos struktúráinak térbeli képe megvan a formája lóherelevél.

A "lóherelevél" megkülönböztetni négy szükséges ág, a hosszabb tRNS-ek is tartalmaznak rövid ötödik (kiegészítő) ág. A tRNS adapter funkcióját egy akceptor ág biztosítja, melynek 3" végéhez éterkötéssel egy aminosav kapcsolódik, és az akceptor ággal szemben lévő antikodon ág, amelynek tetején egy hurok található Az antikodon egy specifikus nukleotidhármas, amely antiparallel irányban komplementer az mRNS kodonnal, és a megfelelő aminosavat kódolja.

A pszeudouridin hurkot (TyC-hurkot) hordozó T-ág biztosítja a tRNS és a riboszómák kölcsönhatását.

A dehidrouridin hurkot hordozó D-ág biztosítja a tRNS kölcsönhatását a megfelelő aminoacil-tRNS szintetázzal.

A tRNS másodlagos szerkezete

Az ötödik további ág funkciói még mindig kevéssé ismertek, valószínűleg kiegyenlíti a különböző tRNS-molekulák hosszát.

A tRNS harmadlagos szerkezete nagyon kompakt, és a lóhere levél egyes ágainak összehozásával jön létre a további hidrogénkötéseknek köszönhetően, hogy L-alakú szerkezetet alakítsanak ki "könyökhajlítás". Ebben az esetben az aminosavat megkötő akceptor kar a molekula egyik végén, az antikodon pedig a másik végén található.

A tRNS harmadlagos szerkezete (A.S. Spirin szerint)

Az rRNS és a riboszómák szerkezete . A riboszómális RNS-ek alkotják azt a vázat, amelyhez specifikus fehérjék kötődnek, és riboszómákat alkotnak. Riboszómák nukleoprotein organellumok, amelyek fehérjeszintézist biztosítanak az mRNS-ből. A riboszómák száma egy sejtben nagyon nagy: a prokariótákban található 104-től az eukariótákban lévő 106-ig. A riboszómák elsősorban a citoplazmában, az eukariótákban, ezen kívül a sejtmagban, a mitokondriumok mátrixában és a kloroplasztiszok sztrómájában találhatók. A riboszómák két alegységből állnak: nagy és kicsi. Méret és molekulatömeg szerint az összes vizsgált riboszómát 3 csoportra osztják - prokarióták 70S riboszómái (S-ülepedési együttható), amelyek kis 30S és nagy 50S szubrészecskékből állnak; 80S eukarióta riboszómák, amelyek 40S kis és 60S nagy alegységből állnak.

Kis részecske A 80S riboszóma egy rRNS-molekulából (18S) és 33 különböző fehérjemolekulából áll. Nagy szubrészecske három rRNS-molekula (5S, 5,8S és 28S) és körülbelül 50 fehérje alkotja.

Az rRNS másodlagos szerkezete a molekula rövid, kétszálú szakaszai - hajtűk (az rRNS kb. 2/3-a), 1/3-a - miatt jön létre egyszálú szakaszok purin nukleotidokban gazdag.

Ez a cikk az automatikus közzététel sorozatának második része, amelyet az első cikk elolvasása után kell elolvasni.A genetikai kód tulajdonságai - előfordulásának nyoma . Nagyon kívánatos, hogy azok, akik még nem ismerik a molekuláris biológia alapjait, elolvassák O.O. Favorova" ". Fontos megérteni, hogy megértsük, HOGYAN genetikai kód, meg kell értenünk, HOGYAN működik a modern szervezetekben. Ehhez pedig el kell mélyedni a kódolt fehérjeszintézis molekuláris mechanizmusaiban. A cikk megértéséhez fontos megérteni, hogyan van elrendezve az RNS-molekula, miben különbözik a DNS-molekulától.

Az élet keletkezésének témája általában, és különösen a genetikai kód megjelenése egyszerűen lehetetlen az élő szervezetek alapvető molekuláris mechanizmusainak megértése nélkül, elsősorban két szempont - az örökletes molekulák (nukleinsavak) és a fehérje szaporodása. szintézis. Ezért ezt a cikket elsősorban annak az ismeretminimumnak a bemutatására szánjuk, amelynek segítségével megérthetjük a genetikai kód (GC) eredetével kapcsolatos gazdag és meglehetősen érdekes anyagot.

A legjobb, ha a fehérjeszintézis molekuláris mechanizmusaival való ismerkedést az egyik kulcsfontosságú komponens és az élő szervezetek egyik legősibb szerkezetének, a transzfer RNS (vagy tRNS) molekulának a szerkezetének tanulmányozásával kezdi. A tRNS-molekula szokatlanul konzervált szerkezettel rendelkezik, amely minden élő szervezetben hasonló. Ez a szerkezet az evolúció során olyan lassan változik, hogy rengeteg információt nyerhetünk ki arról, hogyan is nézhettek ki a legrégebbi fehérjeszintetizáló rendszerek kezdeti kialakulásuk során. Ezért a tRNS-molekuláról azt mondják, hogy azmolekuláris ereklye.

Molekuláris ereklye, vagy molekuláris kövület egy absztrakció, amely a modern szervezetekben megtalálható ősi mechanizmusokat, molekuláris és szupramolekuláris struktúrákat jelöli, amely lehetővé teszi, hogy információkat nyerjünk ki a legrégebbi élő rendszerek szerkezetéről. A molekuláris relikviák közé tartoznak a riboszómális és transzfer RNS molekulái, az aminoacil-tRNS szintetázok, a DNS és az RNS polimerázok, és genetikai kód, mint a kódolás módja, valamint számos más molekuláris szerkezet és mechanizmus. Elemzésük kulcsfontosságú információforrás arról, hogyan keletkezhetett az élet, és genetikai kód, különösen. Vizsgáljuk meg részletesebben a tRNS szerkezetét és azon részeit, amelyek olyan lassan változnak az evolúció során, hogy még mindig sok információt tartalmaznak a több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt létezett ősi tRNS-ekről.

A tRNS molekula viszonylag kicsi, hossza 74 és 95 nukleotid között változik, leggyakrabban 76 nukleotid (lásd 1. ábra).A tRNS szekvenciában az únkonzervatív A nukleotid-maradékok szigorúan meghatározott szekvenciákban szinte minden tRNS-molekulában található nukleotid-maradékok. Ezen kívül kitűnjönfélig konzervatív A nukleotidmaradékok olyan maradékok, amelyeket csak purin- vagy pirimidinbázisok képviselnek szigorúan meghatározott tRNS-szekvenciákban. Ezenkívül a tRNS különböző régiói jelentősen eltérő sebességgel változnak.

Az összes nukleotidmaradék akár 25%-a módosított nukleozid, amelyet gyakran ún. kiskorú . Már több mint 60 kisebb maradványt írtak le. A közönséges nukleozid-maradékok speciális enzimek segítségével történő módosítása eredményeként jönnek létre.

Pszeudouridin (5-ribofuranoziluracil, Ψ), 5,6-dihidrouridin (D), 4-tiouridil és inozin. Néhány módosított bázis szerkezetét és részben szerepét a cikk ismerteti

Az elsődleges szerkezettel együtt (ez csak egy nukleotidszekvencia) a tRNS-molekula másodlagos és harmadlagos szerkezettel is rendelkezik.

A másodlagos szerkezet a nukleotidok közötti hidrogénkötések kialakulásának köszönhető. Még az iskolában is tanítanak a hidrogénkötésekről a nukleotidok közötti komplementer párosítás során (A-U és G-C az ilyen típusú nukleotidpárosítást kanonikusnak nevezik), de jelentős számú nem kanonikus kötés is képződik a tRNS molekulákban, különösen a G között. és U, amely valamivel gyengébb és energetikailag kevésbé előnyös lesz).

Rizs. 1. A tRNS általánosított másodlagos szerkezete (balra) és általánosan elfogadott nukleotid számozás a tRNS-ben (jobbra). Szinte minden élő szervezetben így néz ki. A jobb oldali ábrán a konzervatív nukleotidok félkövér körökkel vannak kiemelve.

Megnevezések:N - bármilyen nukleotid, T - timin, D - dihidrouridin, Ψ - pszeudouridin, R - purin nukleotid.

Ennek eredményeként kialakul az úgynevezett lóherelevél szerkezet.A lóherelevél szerkezetében van: egy akceptor szár és három ág, vagy tartomány (fegyver): antikodon (egy antikodon kétszálú szárból áll (származik) és antikodon hurok (hurok), dihidrouridin, vagyD- ág, illD-domain, (a dihidrouridin hurokból és szárból is) ésTΨC-ág, vagy egyszerűen T-ág, vagy T-domain, (T-hurok és T-szár). A három lóherelevél hurok mellett van egy úgynevezett kiegészítő vagy változó hurok is. A változó hurok hossza 4 és 24 nukleotid között változik.

Miért van a tRNS másodlagos szerkezete lóhere alakú? Erre a kérdésre M. Eigen adta meg a választ [Eigen M, Winkler R.1979] . A tény az, hogy80 nukleotid hosszúságú RNS-láncnál véletlenszerű szekvenciával a 3-4 szirmú másodlagos szerkezet a legvalószínűbb. Bár egy csak egy hurkot tartalmazó hajtű rendelkezik a maximális számú bázispárral, ez a véletlenszerű szekvenciákban lévő struktúra nem valószínű. Éppen ezért indokolt azt gondolni, hogy az RNS és az RNS-fehérje életszakaszában a tRNS-szerű struktúrák (vagyis a 3-4 hurkos szerkezetek) voltak a leggyakoribb molekulák. A következő cikkekben további érveket adunk e kijelentés mellett.

A tRNS harmadlagos szerkezete.

A tRNS harmadlagos szerkezete megfelel a valós térszerkezetnek. Megkapta a nevetL-formák, a harmadlagos szerkezet hasonlósága miatt a latin nagybetű formájáhozL". A harmadlagos szerkezet a másodlagos szerkezet elemeinek kölcsönhatása következtében jön létre. Vegyen részt annak kialakításában kockáztató interakciók okokból. A bázisok egymásra halmozódása miatt a lóhere akceptorja és T-szára egy folytonos kettős hélixet alkot, az egyik "rudat" alkotvaL-formák. Antikodon ésD- a tövek ennek a betűnek egy másik "pálcáját" alkotják,D- ésTAz ilyen szerkezetben lévő hurkok szorosnak bizonyulnak, és további, gyakran szokatlan bázispárok kialakításával vannak rögzítve, amelyeket általában konzervatív vagy félig konzervatív maradványok képeznek. Ennek fényében a konzervatív és félkonzervatív alapítványok bevonása az oktatásbaL-a formákban világossá válik jelenlétükT- ésD- hurkok. Az L-alakú szerkezet kialakulását és az APCázzal való kölcsönhatását sematikusan az 1. ábra mutatja. 2.

Rizs. 2.Területi oktatási rendszerLA tRNS -alakú szerkezete és kölcsönhatása az ARSase oh.

A nyíl jelzi az aminosav kapcsolódási helyét a tRNS-szintetáz aminoacilezése során. A tRNS akceptor domén pirossal, az antikodon domén kékkel van kiemelve. Az oválisok az APCáz doméneket jelzik: a zöld a tRNS akceptor régió kötő és aminoacilációs doménjét tartalmazó katalitikus domén, a sárga és narancssárga pedig az APCáz variábilis doménje. A domén méretétől függően az APCase a az antikodon régiót variábilis doménként ismeri fel (a domént sárga színnel jelöljük), vagy nem ismeri fel (a domént narancssárgával jelöljük).

Az antikodon alapjai fordítottakbelül L- alakú molekula.

A transzfer RNS-ek minden élő szervezetben egymás után három, a fehérjeszintézishez szükséges funkciót látnak el:

1) elfogadó - fehérje enzimek (aminoacil-tRNS-szintatáz) segítségével kovalensen köt egy szigorúan meghatározott aminosavat az aminoacil-maradékhoz (minden aminosavhoz szigorúan a saját egy vagy néha több különböző tRNS);2) szállítás - aminosavat szállít a riboszóma meghatározott helyére;3) alkalmazkodó - a riboszómával kombinálva képes specifikusan felismerni a genetikai kód hármasát a mátrix RNS-en, ami után a tRNS-hez kapcsolódó aminosav bekerül a riboszómán lévő növekvő polipeptidláncba.

A témához kapcsolódó cikkek:

A transzfer RNS-ek szerkezete és funkciójuk a fehérjebioszintézis első (pre-riboszómális) szakaszában

Az aminoacil-tRNS szintetáz (ARSase) egy szintetáz enzim, amely katalizálja az aminoacil-tRNS képződését egy bizonyos aminosav és a megfelelő tRNS molekula észterezési reakciójában. Minden aminosavnak megvan a maga aminoacil-tRNS-szintetáza. Az ARSázok biztosítják, hogy a genetikai kód (tRNS antikodon) nukleotidhármasai megfeleljenek a fehérjébe inszertált aminosavaknak, így biztosítva a genetikai információ helyes kiolvasását az mRNS-ből a riboszómák fehérjeszintézise során. A legtöbb APC-áz 1, 2 vagy 4 azonos polipeptid láncból áll. A polipeptid láncok molekulatömege 30-140 ezer.. Sok APC-áz két aktív centrumot tartalmaz. 3 telek van. Az 1. hely nem rendelkezik specificitással, minden enzimre ugyanaz, ez az ATP kötődési helye. Az n-edik hely szigorú specificitású, ide kötődik egy bizonyos AK, ami szerint ARSáznak nevezik, ha például metionint köt, akkor metionil-t-RNS szintetáznak nevezik. Az sh-th hely is szigorúan specifikus hely, csak egy bizonyos t-RNS-hez tud kapcsolódni. Így az enzim szükséges az aminosavak és a tRNS felismeréséhez.

Az APCázok által katalizált reakciók specifitása nagyon magas, ami meghatározza a fehérjeszintézis pontosságát egy élő sejtben. Ha az A. a tRNS hibás aminoacilezését hajtja végre hasonló szerkezetű aminosavval, akkor korrekció történik a hibás AK-tRNS azonos APC-áz hidrolízisével AA-vá és tRNS-vé történő katalizálásával. A citoplazma az APCázok teljes készletét tartalmazza, míg a kloroplasztiszoknak és a mitokondriumoknak saját APCázaik vannak.

transzport RNS. Felépítés, funkciók. A riboszóma szerkezete.

Minden tRNS-nek közös jellemzői vannak mind az elsődleges szerkezetében, mind abban, ahogy a polinukleotid lánc másodlagos szerkezetté hajtódik a nukleotid-maradékok bázisai közötti kölcsönhatások következtében.

A tRNS elsődleges szerkezete

A tRNS-ek viszonylag kis molekulák, lánchosszuk 74 és 95 nukleotid között változik. Minden tRNS-nek ugyanaz a 3'-vége, amely két citozinból és egy adenozinból épül fel (CCA-terminális), amely a 3'-terminális adenozin kötődik az aminosavhoz az aminoacil-tRNS képződése során. A CCA vég számos tRNS-hez kapcsolódik egy speciális enzim segítségével. Az aminosav kodonjával komplementer nukleotidhármas (antikodon) körülbelül a tRNS-lánc közepén található. Ugyanazok a (konzervatív) nukleotid-maradékok találhatók a szekvencia bizonyos pozícióiban szinte minden tRNS-típusban. Egyes pozíciók csak purint vagy csak pirimidinbázist tartalmazhatnak (ezeket félkonzervatív csoportoknak nevezzük).

Minden tRNS-molekulát nagyszámú (az összes maradék akár 25%-a) különböző módosított nukleozidok jelenléte jellemez, amelyeket gyakran kisebbnek neveznek. A molekulák különböző helyein, sok esetben jól meghatározott helyeken jönnek létre, a közönséges nukleozid-maradékok speciális enzimek segítségével történő módosítása eredményeként.

A tRNS másodlagos szerkezete

a lánc másodlagos szerkezetté való felhajtása a láncszakaszok kölcsönös komplementaritása miatt következik be. A lánc három töredéke kiegészíti egymást, ha magukra hajtják őket, és hajtűszerkezeteket alkotnak. Ezenkívül az 5"-es vége kiegészíti a lánc 3"-os végéhez közeli helyet, antiparallel elrendezésével; ezek alkotják az úgynevezett akceptor szárat. Az eredmény egy olyan szerkezet, amelyet négy szár és három hurok jelenléte jellemez, és amelyet "lóherelevélnek" neveznek. A hurokkal ellátott szár ágat alkot. Alul van egy antikodon ág, amely a hurkja részeként egy antikodonhármast tartalmaz. Tőle balra és jobbra a D- és T-ágak találhatók, amelyeket a szokatlan konzervált nukleozidok, a dihidrouridin (D) és a timidin (T) hurkokban való jelenlétéről neveztek el. Az összes vizsgált tRNS nukleotidszekvenciája hasonló szerkezetekké hajtogatható. A három lóherelevél hurkon kívül egy további, vagy változó hurkot (V-hurkot) is izolálnak a tRNS szerkezetében. Méretük a különböző tRNS-ekben élesen eltér, 4-21 nukleotid, a legújabb adatok szerint pedig akár 24 nukleotid is.

A tRNS térbeli (tercier) szerkezete

A másodlagos szerkezet elemeinek kölcsönhatása következtében harmadlagos szerkezet jön létre, amelyet a latin L betűvel való hasonlóság miatt L-alaknak nevezünk (2. és 3. ábra). Az alaphalmozás révén az akceptor szár és a lóherelevél T szár egy folytonos kettős hélixet alkot, a másik két szár pedig az antikodont, a D szár pedig egy újabb folyamatos kettős hélixet. Ebben az esetben a D- és T-hurkok szorosnak bizonyulnak, és további, gyakran szokatlan alappárokat képezve rögzítik egymáshoz. Ezeknek a pároknak a kialakításában általában konzervatív vagy félig konzervatív maradványok vesznek részt. Hasonló tercier kölcsönhatások tartják össze az L-struktúra néhány más részét is

A transzfer RNS (tRNS) fő célja, hogy a mátrixban található genetikai kód, vagy információ, RNS (mRNS) által megírt program szerint aktivált aminosavmaradékokat juttatjon a riboszómába, és biztosítsa beépülésüket a szintetizált fehérjeláncba.

A riboszóma szerkezete.

A riboszómák ribonukleoprotein képződmények - egyfajta "gyár", amelyben az aminosavak fehérjékké állnak össze. Az eukarióta riboszómák ülepedési állandója 80S, és 40S (kis) és 60S (nagy) alegységekből állnak. Mindegyik alegység rRNS-t és fehérjét tartalmaz.

A fehérjék egy példányban a riboszóma alegységeinek részét képezik, és szerkezeti funkciót töltenek be, kölcsönhatást biztosítva az mRNS és az aminosavhoz vagy peptidhez kapcsolódó tRNS között.

Az mRNS jelenlétében a 40S és 60S alegységek egyesülve egy teljes riboszómát alkotnak, amelynek tömege körülbelül 650-szerese a hemoglobin molekuláénak.

Úgy tűnik, az rRNS meghatározza a riboszómák fő szerkezeti és funkcionális tulajdonságait, különösen biztosítja a riboszómális alegységek integritását, meghatározza alakjukat és számos szerkezeti jellemzőt.

A nagy és a kis alegység egyesülése hírvivő (messenger) RNS (mRNS) jelenlétében történik. Egy mRNS-molekula általában több riboszómát egyesít, mint egy gyöngysor. Az ilyen szerkezetet poliszómának nevezzük. A poliszómák szabadon helyezkednek el a citoplazma alapanyagában, vagy a durva citoplazmatikus retikulum membránjaihoz kapcsolódnak. Mindkét esetben az aktív fehérjeszintézis helyszínéül szolgálnak.

Az endoplazmatikus retikulumhoz hasonlóan a riboszómákat is csak elektronmikroszkóppal fedezték fel. A riboszómák a sejtszervecskék közül a legkisebbek.

A riboszómának 2 központja van a tRNS molekulák rögzítésére: aminoacil (A) és peptidil (P) központja, amelyek kialakításában mindkét alegység részt vesz. Az A és P központok együtt egy 2 kodonból álló mRNS régiót tartalmaznak. A transzláció során az A központ az aa-tRNS-hez kötődik, melynek szerkezetét ennek a központnak a régiójában található kodon határozza meg. Ennek a kodonnak a szerkezete a növekvő polipeptidláncba beépülő aminosav természetét kódolja. A P-központot a peptidil-tRNS foglalja el; tRNS egy már szintetizált peptidlánchoz kapcsolódik.

Az eukariótákban kétféle riboszóma létezik: "szabad", a sejtek citoplazmájában található, és az endoplazmatikus retikulummal (ER) kapcsolódik. Az ER-hez kapcsolódó riboszómák felelősek az „exportra szánt” fehérjék szintéziséért, amelyek belépnek a vérplazmába, és részt vesznek az ER fehérjék, a Golgi apparátus membránja, a mitokondriumok vagy a lizoszómák megújulásában.

Polipeptid molekula szintézise. iniciáció és megnyúlás.

A fehérjeszintézis egy ciklikus, többlépéses, energiafüggő folyamat, melynek során a szabad aminosavak egy genetikailag meghatározott szekvenciába polimerizálódnak polipeptidekké.

A mátrix fehérjeszintézis második szakasza, a riboszómában végbemenő tényleges transzláció hagyományosan három szakaszra oszlik: iniciációra, elongációra és terminációra.

Megindítás, inicializálás.

Az egyetlen mRNS-sé átírt DNS-szekvencia, amely az 5'-végen letapogatással kezdődik, és a 3'-végen terminátorral végződik, egy transzkripciós egység, és megfelel a "gén" fogalmának. A génexpresszió szabályozása a transzláció - iniciáció szakaszában végezhető. Ebben a szakaszban az RNS polimeráz felismeri a promotert, egy 41-44 bp fragmentumot. Az átírás 5`-3` irányban vagy balról jobbra történik. A kiinduló nukleotidtól jobbra fekvő szekvenciákat, amelyektől a tRNS szintézis megindul, + (+1,+2..) előjelű számok, a bal oldaliakat pedig - (-1,-2) előjellel jelölik. . Így a DNS azon régiója, amelyhez a DNS-polimeráz kapcsolódik, körülbelül -20 és +20 közötti koordinátákkal rendelkező területet foglal el. Minden promoter ugyanazokat a nukleotidszekvenciákat tartalmazza, amelyeket konzervatívnak nevezünk. Az ilyen szekvenciák az RNS-polimerázok által felismert szignálként szolgálnak. A kiindulási pontot általában a purin jelenti. Közvetlenül tőle balra 6-9 bp, Pribnov-szekvenciaként (vagy dobozként) ismert: TATAAT. Ez némileg változhat, de az első két bázis a legtöbb promóterben előfordul. Feltételezzük, hogy mivel egy AT-párokban gazdag, két hidrogénkötéssel összekapcsolt hely alkotja, ezen a helyen a DNS könnyebben osztható külön szálakra. Ez megteremti a feltételeket az RNS-polimeráz működéséhez. Ezzel együtt a Pribnov-doboz szükséges az orientációhoz oly módon, hogy az mRNS szintézise balról jobbra, azaz 5`-3` felől haladjon. A Pribnow-doboz közepe a -10-es nukleotidnál van. Hasonló összetételű szekvencia található egy másik régióban, amelynek központja a 35. pozícióban van. Ezt a 9 bp-os régiót 35. szekvenciának vagy felismerési régiónak nevezzük. Ez az a hely, amelyhez a faktor kötődik, és ezáltal meghatározza azt a hatékonyságot, amellyel az RNS-polimeráz nem tudja megkezdeni a transzkripciót speciális fehérjék nélkül. Ezek egyike a CAP vagy CRP faktor.

Eukariótákban az RNS-polimeráz II-vel kölcsönhatásba lépő promotereket részletesebben tanulmányozták. Három homológ régiót tartalmaznak olyan régiókban, amelyek koordinátái a -25, -27 pontokban és a kiindulási pontban vannak. A kiindulási bázisok adeninek, amelyeket mindkét oldalon pirimidinek szegélyeznek. 19-25 b.p távolságban. a helyszíntől balra 7 b.p. A TATAA-t, amelyet TATA-szekvenciaként vagy Hogness-dobozként ismernek, gyakran GC-párokban gazdag területek veszik körül. Tovább balra, a -70 és -80 közötti pozíciókban található a GTZ vagy CAATCT szekvencia, amelyet CAAT doboznak neveznek. Feltételezzük, hogy a TATA szekvencia szabályozza a kiindulási nukleotid kiválasztását, míg a CAAT szabályozza az RNS polimeráz elsődleges kötődését a DNS-templáthoz.

Megnyúlás. Az mRNS meghosszabbítási lépése hasonló a DNS elongációhoz. Prekurzorként ribonukleotid-trifoszfátokat igényel. A transzkripciós elongáció szakasza, vagyis az mRNS-lánc növekedése úgy történik, hogy a ribonukleotid-monofoszfátok a lánc 3'-végéhez kapcsolódnak pirofoszfát felszabadulásával. A másolás eukariótákban általában egy korlátozott DNS-régióban (gén) történik, bár a prokariótákban bizonyos esetekben a transzkripció egymás után több kapcsolt génen keresztül mehet végbe, amelyek egyetlen operont és egy közös promotert alkotnak. Ebben az esetben policisztron mRNS képződik.

A génaktivitás szabályozása a laktóz operon példáján.

A laktóz operon egy bakteriális policisztronos operon, amely a laktóz metabolizmus génjeit kódolja.

A laktóz metabolizmus génexpressziójának szabályozását Escherichia coliban először F. Jacob és J. Monod tudósok írták le 1961-ben. A baktériumsejt csak akkor szintetizálja a laktóz metabolizmusában részt vevő enzimeket, ha laktóz jelen van a környezetben, és a sejtben nincs glükóz.

A laktóz operon három szerkezeti génből áll, egy promoterből, egy operátorból és egy terminátorból. Feltételezzük, hogy az operon egy szabályozó gént is tartalmaz, amely egy represszor fehérjét kódol.

A laktóz operon szerkezeti génjei - lacZ, lacY és lacA:

A lacZ a β-galaktozidáz enzimet kódolja, amely a diszacharid laktózt glükózra és galaktózra bontja,

A lacY a β-galaktozid permeázt kódolja, egy membrán transzport fehérjét, amely a laktózt a sejtbe szállítja.

A lacA a β-galaktozid transzacetilázt kódolja, egy olyan enzimet, amely acetilcsoportot visz át az acetil-CoA-ról a béta-galaktozidokra.

Az elején minden operon egy speciális gén - az operátor gén. Egy operon szerkezeti génjein általában egy mRNS képződik, és ezek a gének egyszerre vagy aktívak vagy inaktívak. Általános szabály, hogy az operonban lévő szerkezeti gének elnyomott állapotban vannak.

A promoter az RNS-polimeráz enzim által felismert DNS-régió, amely az mRNS szintézisét biztosítja az operonban, előtte egy DNS-régió, amelyhez a Sar fehérje, egy aktivátor fehérje kapcsolódik. A DNS két szakasza 85 bázispár hosszú. A promoter után az operonban található a 21 nukleotidpárból álló operátor gén, amely általában a regulátor gén által termelt represszor fehérjéhez kapcsolódik, az operátor gén mögött pedig spacer (space-gap) található. A távtartók a DNS-molekula különböző hosszúságú (néha 20 000 bázispárig) nem informatív szakaszai, amelyek nyilvánvalóan a szomszédos gén transzkripciós folyamatának szabályozásában vesznek részt.

Az operon egy terminátorral végződik - egy kis DNS-szakasszal, amely az mRNS szintézisének stop jeleként szolgál ezen az operonon.

Az akceptor gének különböző fehérjék kapcsolódási helyeiként szolgálnak, amelyek szabályozzák a szerkezeti gének működését. Ha a sejtbe behatoló laktóz (ebben az esetben induktornak nevezzük) blokkolja a szabályozó gén által kódolt fehérjéket, akkor azok elveszítik az operátor génhez való kötődési képességüket. A génoperátor aktív állapotba kerül, és bekapcsolja a szerkezeti géneket.

Az RNS polimeráz a Cap fehérje (aktivátor fehérje) felhasználásával a promoterhez kötődik, és az operon mentén haladva pro-mRNS-t szintetizál. A transzkripció során az mRNS beolvassa a genetikai információkat az összes szerkezeti génről egy operonban. A transzláció során több különböző polipeptid lánc szintetizálódik a riboszómán, az mRNS-ben található kodonoknak megfelelően - nukleotid szekvenciák, amelyek biztosítják az egyes láncok transzlációjának beindítását és befejezését. A gének működésének szabályozását a laktóz operon példáján tekintve a fehérjeszintézis negatív indukciójának nevezzük.

A génaktivitás szabályozása a triptofán operon példáján.

A génszabályozás másik típusa a negatív represszió, amelyet E.coU-ban egy olyan operon példáján keresztül vizsgáltak, amely a triptofon aminosav szintézisét szabályozza. Ez az operon 6700 bázispárból áll, és 5 szerkezeti gént, egy operátorgént és két promotert tartalmaz. A szabályozó gén biztosítja a szabályozó fehérje állandó szintézisét, amely nem befolyásolja a trp operon működését. Ha a sejtben feleslegben van triptofán, az utóbbi egyesül a szabályozó fehérjével, és oly módon változtatja meg, hogy az operonhoz kötődjön, és elnyomja a megfelelő mRNS szintézisét.

A genetikai aktivitás negatív és pozitív kontrollja.

Ismeretes az úgynevezett pozitív indukció is, amikor a szabályozó gén fehérjeterméke aktiválja az operon munkáját, azaz. nem represszor, hanem aktivátor Ez a felosztás feltételes, és az operon akceptor részének szerkezete, a regulátor gén hatása prokariótákban igen változatos.

Az operonban lévő szerkezeti gének száma prokariótákban egytől tizenkétig terjed; Egy operonnak lehet egy vagy két promotere és egy terminátora. Az egy operonban lokalizált összes szerkezeti gén általában olyan enzimrendszert irányít, amely egy biokémiai reakcióláncot biztosít. A sejtben kétségtelenül vannak olyan rendszerek, amelyek több operon munkájának szabályozását koordinálják.

A génakceptor első részéhez - operátorhoz - az mRNS szintézist aktiváló fehérjék, a végéhez pedig az mRNS szintézist elnyomó fehérjék - represszorok kapcsolódnak. Egy gént számos fehérje egyike szabályoz, amelyek mindegyike a megfelelő akceptor helyhez kapcsolódik. A különböző géneknek közös szabályozói és azonos operátorrégiói lehetnek. A szabályozó gének nem egyidejűleg hatnak. Először is, az egyik azonnal magában foglalja a gének egyik csoportját, majd egy idő után a másik - egy másik csoport, azaz. a génaktivitás szabályozása "kaszkádokban" megy végbe, és az egyik szakaszban szintetizált fehérje a következő szakaszban a fehérjeszintézis szabályozója lehet.

A kromoszómák szerkezete. Kariotípus. Idiogram. A kromoszómák szerkezetének modelljei.

Az eukarióta kromoszómák összetettek. A kromoszóma alapja egy lineáris (nem gyűrűbe zárt) dezoxiribonukleinsav (DNS) makromolekula, amely jelentős hosszúságú (például az emberi kromoszómák DNS-molekuláiban 50-245 millió pár nitrogénbázis található). Nyújtott formában az emberi kromoszóma hossza elérheti az 5 cm-t, ezen kívül a kromoszómában öt speciális fehérje - H1, H2A, H2B, H3 és H4 (ún. hisztonok) és számos nem fehérje található. hiszton fehérjék. A hisztonok aminosav-szekvenciája erősen konzervált, és gyakorlatilag nem különbözik a különböző szervezetcsoportokban. Az interfázisban a kromatin nem kondenzálódik, de fonalai még ebben az időben is DNS és fehérjék komplexei. A kromatin egy dezoxiribonukleoprotein, amely fénymikroszkóp alatt vékony filamentumok és szemcsék formájában látható. A DNS-makromolekula a H2A, H2B, H3 és H4 hisztonfehérjék oktomerjei (nyolc fehérjegömbből álló szerkezetek) körül veszi körül, és nukleoszómáknak nevezett struktúrákat képez.

Általánosságban elmondható, hogy az egész design némileg gyöngyökre emlékeztet. Az ilyen, H1 fehérjével összekapcsolt nukleoszómák szekvenciáját nukleofilamentumnak vagy nukleoszómális filamentumnak nevezik, amelynek átmérője körülbelül 10 nm.

A kondenzált kromoszóma úgy néz ki, mint egy X (gyakran egyenlőtlen karokkal), mivel a replikáció eredményeként létrejövő két kromatid még mindig a centromérán kapcsolódik egymáshoz. Az emberi test minden sejtje pontosan 46 kromoszómát tartalmaz. A kromoszómák mindig párban vannak. Egy sejtnek mindig 2 kromoszómája van minden fajból, a párok hosszukban, alakjukban és megvastagodások vagy szűkületek jelenlétében különböznek egymástól.

Centromere - a kromoszóma egy speciálisan szervezett része, amely mindkét testvérkromatidára jellemző. A centromer a kromoszóma testét két karra osztja. Az elsődleges szűkület helyétől függően a következő típusú kromoszómákat különböztetjük meg: egyenlő karú (metacentrikus), amikor a centroméra középen helyezkedik el, és a karok körülbelül egyenlő hosszúságúak; egyenlőtlen karok (szubmetacentrikusak), amikor a centromer a kromoszóma közepétől elmozdul, és a karok nem egyenlő hosszúak; rúd alakú (akrocentrikus), amikor a centromer a kromoszóma egyik végére tolódik el, és az egyik kar nagyon rövid. Egyes kromoszómákban lehetnek másodlagos szűkületek, amelyek elválasztják a műholdnak nevezett régiót a kromoszóma testétől.

Az eukarióta sejtek kromoszómáinak kémiai szerveződésének vizsgálata kimutatta, hogy ezek főként DNS-ből és fehérjékből állnak. Amint azt számos tanulmány bebizonyította, a DNS az öröklődés és a változékonyság tulajdonságainak anyagi hordozója, és biológiai információkat tartalmaz - egy sejt, szervezet fejlesztésére szolgáló programot, amelyet egy speciális kóddal írnak meg. A fehérjék a kromoszómák anyagának jelentős részét teszik ki (e szerkezetek tömegének körülbelül 65%-át). A kromoszóma, mint gének komplexuma, egy evolúciósan kialakult szerkezet, amely egy adott faj minden egyedére jellemző. A gének kölcsönös elrendeződése a kromoszómában fontos szerepet játszik működésük természetében.

A kariotípus szerkezeti jellemzőit bemutató grafikus ábrázolását idiogramnak nevezzük.

Egy bizonyos fajra számban és szerkezetben specifikus kromoszómák halmazát kariotípusnak nevezzük.

Hisztonok. A nukleoszómák szerkezete.

A hisztonok a nukleoproteinek fő osztálya, a DNS-szálak kromoszómákba való összeállításához és csomagolásához szükséges magfehérjék. Öt különböző típusú hiszton létezik, ezek neve H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. Az aminosavak sorrendje ezekben a fehérjékben gyakorlatilag nem különbözik a különböző szintű szervezettségű szervezetekben. A hisztonok kicsi, erősen bázikus fehérjék, amelyek közvetlenül kötődnek a DNS-hez. A hisztonok részt vesznek a kromatin szerkezeti szerveződésében, semlegesítik a DNS negatív töltésű foszfátcsoportjait az aminosavmaradékok pozitív töltése miatt, ami lehetővé teszi a DNS sűrű betömődését a sejtmagban.

A H2A, H2B, H3 és H4 hisztonok két-két molekulája egy 146 bp hosszúságú DNS-szegmenssel összefonódó oktamert alkot, és a hélix 1,8 fordulatát képezi a fehérjeszerkezet felett. Ezt a 7 nm átmérőjű részecskét nukleoszómának nevezzük. A DNS egy szakasza (linker DNS), amely nem érintkezik közvetlenül a hisztonoktamerrel, kölcsönhatásba lép a H1 hisztonnal.

A nem hiszton fehérjék csoportja rendkívül heterogén, és strukturális magfehérjéket, számos enzimet és transzkripciós faktort foglal magában, amelyek bizonyos DNS-régiókhoz kapcsolódnak, és szabályozzák a génexpressziót és más folyamatokat.

Az oktamerben lévő hisztonoknak van egy 20 aminosavból álló mobil N-terminális fragmense ("farok"), amely kinyúlik a nukleoszómákból, és fontos a kromatin szerkezetének fenntartásához és a génexpresszió szabályozásához. Így például a kromoszómák képződése (kondenzációja) a hisztonok foszforilációjával, a transzkripció fokozódása pedig a bennük lévő lizin-maradékok acetilezésével jár. A szabályozás mechanizmusának részletei még nem teljesen tisztázottak.

A nukleoszóma egy kromatin alegység, amely DNS-ből és egy hiszton H1 molekula négy pár H2A, H2B, H3 és H4 hisztonfehérjéből áll. A H1 hiszton a linker DNS-hez kötődik két nukleoszóma között.

A nukleoszóma a kromatin csomagolás alapegysége. Ez egy DNS kettős hélixből áll, amely nyolc nukleoszóma hisztonból álló specifikus komplexum (a hisztonoktamer) köré tekered. A nukleoszóma egy körülbelül 11 nm átmérőjű korong alakú részecske, amely a nukleoszomális hisztonok (H2A, H2B, H3, H4) két-két kópiáját tartalmazza. A hisztonoktamer fehérjemagot képez, amely körül kettős szálú DNS (146 nukleotidpár DNS hisztonoktamerenként).

A fibrillumot alkotó nukleoszómák többé-kevésbé egyenletesen helyezkednek el a DNS-molekula mentén, egymástól 10-20 nm távolságra.

Az eukarióta kromoszómák csomagolási szintjei. kromatin kondenzáció.

Így a DNS-csomagolási szintek a következők:

1) Nukleoszomális (2,5 fordulat kétszálú DNS nyolc hisztonfehérje molekula körül).

2) Szupernukleoszomális - kromatin hélix (kromonéma).

3) Chromatid – spiralizált kromonéma.

4) Kromoszóma - a DNS spermalizáció negyedik foka.

Az interfázisú magban a kromoszómák dekondenzálódnak, és kromatin képviseli őket. A géneket tartalmazó despiralizált régiót euchromatinnak (laza, rostos kromatin) nevezik. Ez az átírás szükséges feltétele. Az osztódások közötti pihenés során a kromoszómák bizonyos szakaszai és a teljes kromoszómák tömörek maradnak.

Ezeket a spiralizált, erősen festett területeket heterokromatinnak nevezik. Inaktívak az átíráshoz. Van fakultatív és konstitutív heterokromatin.

A fakultatív heterokromatin tájékoztató jellegű, mert géneket tartalmaz, és átjuthat az euchromatinba. A két homológ kromoszóma közül az egyik lehet heterokromatikus. A konstitutív heterokromatin mindig heterokromatikus, nem informatív (géneket nem tartalmaz), ezért a transzkripció szempontjából mindig inaktív.

A kromoszómális DNS több mint 108 bázispárból áll, amelyekből informatív blokkok - lineárisan elrendezett gének - jönnek létre. A DNS legfeljebb 25%-át teszik ki. A gén a DNS funkcionális egysége, amely információt tartalmaz a polipeptidek vagy az összes RNS szintéziséhez. A gének között távtartók vannak - a DNS különböző hosszúságú nem informatív szegmensei. A felesleges géneket nagyszámú - 104 azonos másolat - képviseli. Ilyenek például a t-RNS, r-RNS és hisztonok génjei. A DNS-ben ugyanazon nukleotidok szekvenciái vannak. Lehetnek közepesen ismétlődő és erősen ismétlődő sorozatok. A mérsékelten ismétlődő szekvenciák elérik a 300 bázispárt 102-104 ismétlődéssel, és leggyakrabban spacereket, redundáns géneket képviselnek.

Az erősen ismétlődő szekvenciák (105-106) konstitutív heterokromatint képeznek. Az összes kromatin körülbelül 75%-a nem vesz részt a transzkripcióban, erősen ismétlődő szekvenciákra és nem átírt spacerekre esik.

Kromoszóma preparátumok készítése. A kolhicin alkalmazása. Hipotónia, rögzítés és festés.

A különböző szövetek sejtjeinek in vivo és in vitro proliferációs aktivitásának mértékétől függően megkülönböztetik a kromoszómapreparátumok előállításának közvetlen és közvetett módszereit.

1) Közvetlen módszereket alkalmaznak a nagy mitotikus aktivitású szövetek (csontvelő, chorion és placenta, nyirokcsomók sejtjei, korai fejlődési stádiumban lévő embriószövetek) vizsgálatára. A kromoszómakészítményeket speciális feldolgozás után közvetlenül frissen nyert anyagból állítják elő.

2) A közvetett módszerek közé tartozik a kromoszómakészítmények kinyerése bármely szövetből annak eltérő időtartamú előzetes tenyésztése után.

A kromoszómapreparátumok direkt és közvetett módszereinek számos módosítása létezik, azonban a metafázis lemezek előállításának fő lépései változatlanok maradnak:

1. A kolhicin (colcemid) alkalmazása - a mitotikus orsó kialakulásának gátlója, amely megállítja a sejtosztódást a metafázis szakaszában.

2. Hipotóniás sokk kálium- vagy nátriumsók oldatának alkalmazásával, amely a sejteken belüli és kívüli ozmotikus nyomáskülönbség miatt megduzzad, és megszakítja az interkromoszómális kötéseket. Ez az eljárás a kromoszómák egymástól való elválasztásához vezet, hozzájárulva a metafázis lemezekben való nagyobb elterjedéséhez.

3. Sejtek rögzítése jégecet és etanol (metanol) felhasználásával 3:1 arányban (Carnoy-féle fixáló), amely hozzájárul a kromoszómaszerkezet megőrzéséhez.

4. A sejtszuszpenzió lecsepegtetése tárgylemezekre.

5. Kromoszómakészítmények festése.

Számos festési (sávozási) módszert fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik a keresztirányú jelek (sávok, sávok) komplexének azonosítását a kromoszómán. Minden kromoszómát meghatározott sávok jellemeznek. A homológ kromoszómák azonosan festődnek, kivéve a polimorf régiókat, ahol a gének különböző allélváltozatai lokalizálódnak. Az allél polimorfizmus számos génre jellemző, és a legtöbb populációban megtalálható. A polimorfizmusok citogenetikai szintű kimutatásának nincs diagnosztikus értéke.

A. Q-festés. A kromoszómák differenciális festésének első módszerét Kaspersson svéd citológus dolgozta ki, aki erre a célra az acrichin mustár fluoreszcens festéket használta. Fluoreszcens mikroszkóp alatt a kromoszómákon egyenlőtlen fluoreszcencia intenzitású területek láthatók - Q-szegmensek. A módszer a legalkalmasabb az Y kromoszómák vizsgálatára, ezért a genetikai nem gyors meghatározására, az X és Y kromoszómák vagy az Y kromoszóma és az autoszómák közötti transzlokációk (helycsere) azonosítására, valamint nagyszámú sejteket, amikor ki kell deríteni, hogy a nemi kromoszómákon mozaikosan szenvedő betegnek van-e Y kromoszómát hordozó sejtklónja.

B. G-festés. Kiterjedt előkezelés után, gyakran tripszinnel, a kromoszómák Giemsa festéssel festődnek. Fénymikroszkóp alatt világos és sötét csíkok láthatók a kromoszómákon - G-szegmenseken. Bár a Q szegmensek elrendezése megegyezik a G szegmensekével, a G festés érzékenyebbnek bizonyult, és átvette a Q festést, mint a citogenetikai elemzés standard módszerét. A G-festés adja a legjobb eredményeket kis aberrációk és marker kromoszómák kimutatásában (a normál homológ kromoszómáktól eltérően szegmentálva).

B. Az R-festés a G-festéssel ellentétes képet ad. Általában Giemsa festéket vagy akridinnarancssárga fluoreszcens festéket használnak. Ez a módszer különbségeket tár fel a testvérkromatidák vagy homológ kromoszómák homológ G- vagy Q-negatív régióinak festődésében.

D. A C-festést a kromoszómák centromer régióinak (ezek a régiók konstitutív heterokromatint tartalmaznak) és az Y kromoszóma változó, fényesen fluoreszkáló disztális részének elemzésére használjuk.

E. A T-festést a kromoszómák telomer régióinak elemzésére használják. Ezt a technikát, valamint a nukleoláris szervezők régióinak ezüst-nitráttal történő festését (AgNOR-festés) használják a kromoszómák standard festésével kapott eredmények finomítására.

Egy fehérje molekula szintézise hírvivő RNS-en (transzláció) alapul. A transzkripcióval ellentétben azonban a nukleotidszekvencia nem fordítható le közvetlenül aminosavvá, mivel ezek a vegyületek eltérő kémiai természetűek. Ezért a transzlációhoz szükség van egy közvetítőre transzfer RNS (tRNS) formájában, amelynek feladata a genetikai kód lefordítása az aminosavak „nyelvére”.

A transzfer RNS általános jellemzői

A transzfer RNS-ek vagy tRNS-ek kis molekulák, amelyek aminosavakat szállítanak a fehérjeszintézis helyére (riboszómákba). Az ilyen típusú ribonukleinsav mennyisége a sejtben a teljes RNS-készlet körülbelül 10%-a.

A többi tRNS-hez hasonlóan ribonukleozid-trifoszfátok láncából áll. A nukleotidszekvencia hossza 70-90 egység, és a molekula összetételének körülbelül 10%-a kisebb komponensekre esik.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy minden aminosavnak saját hordozója van tRNS formájában, a sejt ennek a molekulának számos változatát szintetizálja. Az élő szervezet típusától függően ez a mutató 80 és 100 között változik.

tRNS funkciók

A transzfer RNS a fehérjeszintézis szubsztrátjának szállítója, amely a riboszómákban fordul elő. Az aminosavakhoz és a templátszekvenciához való egyedi kötődési képessége miatt a tRNS szemantikai adapterként működik a genetikai információ RNS-formájából fehérje formájába történő átvitelében. Egy ilyen közvetítő kölcsönhatása egy kódoló mátrixszal, mint a transzkripciónál, a nitrogénbázisok komplementaritásának elvén alapul.

A tRNS fő funkciója az aminosav egységek befogadása és a fehérjeszintézis apparátusába történő szállítása. E technikai folyamat mögött egy hatalmas biológiai jelentés – a genetikai kód megvalósítása – áll. Ennek a folyamatnak a megvalósítása a következő jellemzőken alapul:

• az összes aminosavat nukleotidhármasok kódolják;
• minden tripletthez (vagy kodonhoz) van egy antikodon, amely a tRNS része;
• minden tRNS csak egy meghatározott aminosavhoz tud kötődni.

Így egy fehérje aminosavszekvenciáját az határozza meg, hogy a transzláció során mely tRNS-ek és milyen sorrendben lépnek komplementer kölcsönhatásba a hírvivő RNS-sel. Ez a transzfer RNS-ben található funkcionális centrumok miatt lehetséges, amelyek közül az egyik egy aminosav szelektív kapcsolódásáért, a másik pedig a kodonhoz való kötődésért felelős. Ezért a funkciók és szorosan összefüggenek.

A transzfer RNS szerkezete

A tRNS egyedisége abban rejlik, hogy molekulaszerkezete nem lineáris. Tartalmaz spirális kétszálú szakaszokat, amelyeket szárnak neveznek, és 3 egyszálú hurkot. Alakjában ez a felépítés egy lóherelevélre emlékeztet.

A tRNS szerkezetében a következő szárakat különböztetjük meg:

• elfogadó;
• antikodon;
• dihidrouridil-;
• pszeudouridil;
• további.

A kettős spirális szárak 5-7 Watson-Crickson párt tartalmaznak. Az akceptor szár végén párosítatlan nukleotidokból álló kis lánc található, melynek 3-hidroxilcsoportja a megfelelő aminosavmolekula kapcsolódási helye.

Az mRNS-hez való kapcsolódás szerkezeti régiója a tRNS hurkok egyike. A szemantikai hármassal komplementer antikodont tartalmaz, amely az antikodon és az elfogadó vég biztosítja a tRNS adapter funkcióját.

Molekula harmadlagos szerkezete

A "lóherelevél" a tRNS másodlagos szerkezete, azonban a feltekeredés következtében a molekula L-alakú konformációt kap, amit további hidrogénkötések tartanak össze.

Az L-forma a tRNS harmadlagos szerkezete, és két közel merőleges A-RNS hélixből áll, amelyek hossza 7 nm és vastagsága 2 nm. A molekula ezen formájának csak 2 vége van, amelyek közül az egyiknek antikodonja, a másiknak akceptor központja van.

A tRNS aminosavhoz való kötődésének jellemzői

Az aminosavak aktiválását (a transzfer RNS-hez való kapcsolódásukat) az aminoacil-tRNS szintetáz végzi. Ez az enzim egyidejűleg két fontos funkciót lát el:

• katalizálja a kovalens kötés kialakulását az akceptor szár 3'-hidroxil csoportja és az aminosav között;
• biztosítja a szelektív megfelelőség elvét.

Mindegyiknek megvan a maga aminoacil-tRNS-szintetáza. Csak a megfelelő típusú szállítómolekulával tud kölcsönhatásba lépni. Ez azt jelenti, hogy az utóbbi antikodonjának komplementernek kell lennie az adott aminosavat kódoló triplettel. Például a leucin-szintetáz csak a leucinnak szánt tRNS-hez kötődik.

Az aminoacil-tRNS szintetáz molekulának három nukleotidkötő zsebe van, amelyek konformációja és töltése komplementer a tRNS megfelelő antikodonjának nukleotidjaival. Így az enzim határozza meg a kívánt transzportmolekulát. Sokkal ritkábban az akceptor szár nukleotidszekvenciája szolgál felismerő fragmentumként.

Az IRNS, a tRNS, az RRNS - a három fő nukleinsav - kölcsönhatását és szerkezetét egy olyan tudomány, mint a citológia, tekinti. Segít kideríteni, mi a transzport (tRNS) szerepe a sejtekben. Ez a nagyon kicsi, de ugyanakkor tagadhatatlanul fontos molekula részt vesz a szervezetet alkotó fehérjék egyesülési folyamatában.

Mi a tRNS szerkezete? Nagyon érdekes ezt az anyagot "belülről" megvizsgálni, megtudni biokémiáját és biológiai szerepét. És azt is, hogyan függ össze a tRNS szerkezete és a fehérjeszintézisben betöltött szerepe?

Mi az a TRNA, hogyan van elrendezve?

A transzport ribonukleinsav részt vesz az új fehérjék felépítésében. Az összes ribonukleinsav közel 10%-a transzport. Hogy egyértelmű legyen, milyen kémiai elemekből keletkezik egy molekula, leírjuk a tRNS másodlagos szerkezetének felépítését. A másodlagos szerkezet figyelembe veszi az elemek közötti összes főbb kémiai kötést.

Polinukleotid láncból áll. A benne lévő nitrogénbázisokat hidrogénkötések kötik össze. A DNS-hez hasonlóan az RNS-nek is 4 nitrogénbázisa van: adenin, citozin, guanin és uracil. Ezekben a vegyületekben az adenint mindig az uracillal, a guanint pedig, mint általában, a citozinnal társítják.

Miért van egy nukleotidnak ribo- előtagja? Egyszerűen minden olyan lineáris polimert, amelynek a nukleotid alján pentóz helyett ribóz van, ribonukleinsavnak nevezzük. A transzfer RNS pedig az ilyen ribonukleinsav polimerek három típusának egyike.

A tRNS szerkezete: biokémia

Nézzük meg a molekula szerkezetének legmélyebb rétegeit. Ezek a nukleotidok három összetevőből állnak:

1. A szacharóz, a ribóz minden típusú RNS-ben részt vesz.
2. Foszforsav.
3. nitrogéntartalmú és pirimidinek.

A nitrogéntartalmú bázisok erős kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A bázisokat szokás purinra és pirimidinre osztani.

A purinok adenin és guanin. Az adenin 2 egymáshoz kapcsolódó gyűrűből álló adenil-nukleotidnak felel meg. A guanin pedig ugyanannak az „egygyűrűs” guanin-nukleotidnak felel meg.

A piramidinek a citozin és az uracil. A pirimidinek egygyűrűs szerkezetűek. Az RNS-ben nincs timin, mivel azt egy elem, például uracil helyettesíti. Ezt fontos megérteni, mielőtt megvizsgálnánk a tRNS egyéb szerkezeti jellemzőit.

Az RNS típusai

Mint látható, a tRNS szerkezetét nem lehet röviden leírni. El kell mélyednie a biokémiában, hogy megértse a molekula célját és valódi szerkezetét. Milyen egyéb riboszómális nukleotidok ismertek? Vannak mátrix- vagy információs és riboszómális nukleinsavak is. RNS és RNS rövidítése. Mind a 3 molekula szorosan együttműködik egymással a sejtben, így a szervezet megfelelő szerkezetű fehérjegömböket kap.

Lehetetlen elképzelni egy polimer munkáját 2 másik segítsége nélkül. A tRNS-ek szerkezeti jellemzői érthetőbbé válnak, ha a riboszómák munkájához közvetlenül kapcsolódó funkciókkal összefüggésben tekintjük.

Az RNS, tRNS, rRNS szerkezete sok tekintetben hasonló. Mindegyiknek van ribózbázisa. Felépítésük és funkcióik azonban eltérőek.

Nukleinsavak felfedezése

A svájci Johann Miescher 1868-ban makromolekulákat talált a sejtmagban, amelyeket később nukleineknek neveztek. A "nukleinok" elnevezés a (nucleus) szóból származik - a mag. Bár egy kicsit később kiderült, hogy az egysejtű lényekben, amelyeknek nincs sejtmagjuk, ezek az anyagok is jelen vannak. A 20. század közepén Nobel-díjat kapott a nukleinsavak szintézisének felfedezéséért.

fehérjeszintézisben

Maga a név - transzfer RNS - jelzi a molekula fő funkcióját. Ez a nukleinsav "hozza" azt az esszenciális aminosavat, amelyre a riboszomális RNS-nek szüksége van egy adott fehérje előállításához.

A tRNS molekulának kevés funkciója van. Az első az IRNS kodon felismerése, a második funkció az építőelemek - aminosavak - szállítása a fehérjeszintézishez. Néhány szakértő megkülönbözteti az akceptor funkciót. Azaz aminosavak hozzáadása kovalens elv szerint. Segít „kapcsolni” ezt az aminosavat egy enzimhez, például az aminocil-tRNS-szintatázhoz.

Hogyan kapcsolódik a tRNS szerkezete funkcióihoz? Ez a speciális ribonukleinsav úgy van elrendezve, hogy az egyik oldalán nitrogéntartalmú bázisok vannak, amelyek mindig páronként kapcsolódnak össze. Ezek az általunk ismert elemek - A, U, C, G. Pontosan 3 "betű" vagy nitrogéntartalmú bázis alkotja az antikodont - egy fordított elemkészletet, amely a komplementaritás elve szerint kölcsönhatásba lép a kodonnal.

A tRNS ezen fontos szerkezeti jellemzője biztosítja, hogy a templát nukleinsav dekódolása során ne legyen hiba. Végül is az aminosavak pontos sorrendje határozza meg, hogy a szervezetnek jelenleg szükséges fehérje megfelelően szintetizálódik-e.

Szerkezeti jellemzők

Melyek a tRNS szerkezeti jellemzői és biológiai szerepe? Ez egy nagyon ősi szerkezet. Mérete valahol 73-93 nukleotid körül van. Az anyag molekulatömege 25 000-30 000.

A tRNS másodlagos szerkezetének szerkezete a molekula 5 fő elemének vizsgálatával szétszedhető. Tehát ez a nukleinsav a következő elemekből áll:

• hurok az enzimmel való érintkezéshez;
• hurok a riboszómával való érintkezéshez;
• antikodon hurok;
• akceptor szár;
• maga az antikodon.

És a másodlagos struktúrában is foglaljon egy kis változó hurkot. Az egyik kar minden típusú tRNS-ben ugyanaz – két citozin és egy adenozin oldalláncból áll. Ezen a helyen jön létre a kapcsolat a 20 elérhető aminosav közül 1-vel. Minden aminosavhoz külön enzimet szánnak - saját aminoacil-tRNS-t.

Minden olyan információ, amely mindennek a szerkezetét titkosítja, magában a DNS-ben található. A tRNS szerkezete a bolygó összes élőlényében szinte azonos. 2D-ben nézve úgy fog kinézni, mint egy levél.

Ha azonban a térfogatot nézzük, a molekula L-alakú geometriai szerkezetre hasonlít. Ezt tekintik a tRNS harmadlagos szerkezetének. A tanulás kényelme érdekében azonban szokás vizuálisan „kicsavarni”. A harmadlagos szerkezet a másodlagos szerkezet elemeinek kölcsönhatása eredményeként jön létre, azok a részek, amelyek egymást kiegészítik.

A tRNS karok vagy gyűrűk fontos szerepet játszanak. Például egy karra van szükség egy bizonyos enzimmel való kémiai kötéshez.

A nukleotidok jellemző tulajdonsága a nagyszámú nukleozid jelenléte. Ezeknek a kisebb nukleozidoknak több mint 60 típusa létezik.

tRNS szerkezete és aminosav kódolása

Tudjuk, hogy a tRNS antikodon 3 molekula hosszúságú. Minden antikodon egy specifikus, „személyes” aminosavnak felel meg. Ez az aminosav egy speciális enzim segítségével kapcsolódik a tRNS-molekulához. Amint a 2 aminosav összeér, a tRNS-hez fűződő kötések megszakadnak. Minden kémiai vegyületre és enzimre szükség van a szükséges ideig. Így kapcsolódnak össze a tRNS szerkezete és funkciói.

Összesen 61 féle ilyen molekula található a sejtben. 64 matematikai variáció lehet, azonban 3 fajta tRNS hiányzik, mivel az IRNS-ben pontosan ennyi stopkodon nem rendelkezik antikodonnal.

Kölcsönhatás az RNS és a tRNS között

Tekintsük egy anyag kölcsönhatását RNS-sel és RRNS-sel, valamint a tRNS szerkezeti jellemzőit. A makromolekulák szerkezete és célja összefügg egymással.

Az IRNA szerkezete a DNS egy külön szakaszából másolja az információkat. A DNS önmagában túl nagy molekulakapcsolat, és soha nem hagyja el a sejtmagot. Ezért egy közvetítő RNS-re van szükség - információs.

Az RNS által másolt molekulák szekvenciája alapján a riboszóma fehérjét épít fel. A riboszóma egy különálló polinukleotid szerkezet, melynek felépítése magyarázatra szorul.

Riboszomális tRNS: kölcsönhatás

A riboszómális RNS egy hatalmas organellum. Molekulatömege 1 000 000 - 1 500 000. Az RNS teljes mennyiségének csaknem 80%-a riboszómális nukleotid.

Úgy tűnik, hogy befogja az IRNS-láncot, és várja az antikodonokat, amelyek tRNS-molekulákat hoznak magukkal. A riboszómális RNS 2 alegységből áll: kicsi és nagy.

A riboszómát "gyárnak" nevezik, mert ebben az organellumában megy végbe a mindennapi élethez szükséges anyagok összes szintézise. Ez is egy nagyon ősi sejtszerkezet.

Hogyan megy végbe a fehérjeszintézis a riboszómában?

A tRNS szerkezete és a fehérjeszintézisben betöltött szerepe összefügg egymással. A ribonukleinsav egyik oldalán elhelyezkedő antikodon a maga formájában alkalmas a fő funkcióra - az aminosavak riboszómába való eljuttatására, ahol a fehérje fázisos egymáshoz illesztése történik. Lényegében a TRNA közvetítőként működik. Feladata csak a szükséges aminosav bevitele.

Amikor az RNS egyik részéből információt olvasnak ki, a riboszóma tovább mozog a lánc mentén. A templátra csak egyetlen fehérje konfigurációjáról és funkciójáról kódolt információ továbbítására van szükség. Ezután egy másik tRNS közelíti meg a riboszómát nitrogéntartalmú bázisaival. Dekódolja az MRNS következő részét is.

A dekódolás a következőképpen történik. A nitrogénbázisok ugyanúgy kombinálódnak a komplementaritás elve szerint, mint magában a DNS-ben. Ennek megfelelően a TRNA látja, hol kell "kikötni", és melyik "hangárba" kell küldenie az aminosavat.

Ezután a riboszómában az így kiválasztott aminosavak kémiailag megkötődnek, lépésről lépésre egy új lineáris makromolekula jön létre, amely a szintézis befejeztével gömbölyűvé (golyóvá) csavarodik. A felhasznált tRNS és RNS, miután betöltötték funkciójukat, kikerülnek a fehérje "gyárból".

Amikor a kodon első része csatlakozik az antikodonhoz, a leolvasási keretet meghatározzuk. Ezt követően, ha valamilyen okból kereteltolódás következik be, akkor a fehérje bizonyos jelei elutasításra kerülnek. A riboszóma nem tud beavatkozni ebbe a folyamatba, és nem tudja megoldani a problémát. A 2 rRNS alegységet csak a folyamat befejezése után egyesítik újra. Átlagosan minden 10 4 aminosavhoz 1 hiba tartozik. Minden 25 már összeállított fehérjéhez legalább 1 replikációs hiba biztosan előfordul.

tRNS mint reliktummolekulák

Mivel a tRNS létezhetett a földi élet születése idején, ereklye-molekulának nevezik. Úgy gondolják, hogy az RNS az első olyan szerkezet, amely a DNS előtt létezett, majd kialakult. Az RNS-világ hipotézise – a díjazott Walter Gilbert fogalmazta meg 1986-ban. Ezt azonban még mindig nehéz bizonyítani. Az elméletet nyilvánvaló tények védik - a tRNS-molekulák képesek információblokkokat tárolni, és valamilyen módon megvalósítani ezt az információt, azaz munkát végezni.

Az elmélet ellenzői azonban azzal érvelnek, hogy egy anyag rövid élettartama nem garantálja, hogy a tRNS jó hordozója bármilyen biológiai információnak. Ezek a nukleotidok gyorsan lebomlanak. A tRNS élettartama az emberi sejtekben néhány perctől több óráig terjed. Egyes fajok akár egy napig is eltarthatnak. És ha ugyanazokról a nukleotidokról beszélünk a baktériumokban, akkor a kifejezések sokkal rövidebbek - akár több óráig is. Ráadásul a tRNS szerkezete és funkciói túl bonyolultak ahhoz, hogy egy molekula a Föld bioszférájának elsődleges elemévé váljon.