domov
Črpalke za vodnjake
Kateri konec aminokisline je vezan na tRNA. Transportne RNA, zgradba in funkcionalni mehanizem

Kateri konec aminokisline je vezan na tRNA. Transportne RNA, zgradba in funkcionalni mehanizem

Citoplazma celic vsebuje tri glavne funkcionalne vrste RNA:

  • messenger RNA (mRNA), ki deluje kot predloga za sintezo beljakovin;
  • ribosomska RNA (rRNA), ki delujejo kot strukturne komponente ribosomov;
  • prenosne RNA (tRNA), ki sodelujejo pri translaciji (translaciji) informacij mRNA v aminokislinsko zaporedje proteinske molekule.

V jedru celic se nahaja jedrska RNA, ki predstavlja od 4 do 10% celotne celične RNA. Glavnino jedrske RNA predstavljajo visokomolekularni prekurzorji ribosomske in prenosne RNA. Prekurzorji rRNA z visoko molekulsko maso (28 S, 18 S in 5 S RNA) so večinoma lokalizirani v nukleolu.

RNA je glavni genetski material v nekaterih virusih živali in rastlin (genomska RNA). Za večino virusov RNA je značilna reverzna transkripcija njihovega genoma RNA, ki jo usmerja reverzna transkriptaza.

Vse ribonukleinske kisline so ribonukleotidni polimeri, povezani, kot v molekuli DNA, s 3,5"-fosforodiestrskimi vezmi. Za razliko od DNA, ki ima dvoverižno strukturo, je RNA enoverižne linearne polimerne molekule.

struktura mRNA. mRNA je najbolj heterogen razred RNA v smislu velikosti in stabilnosti. Vsebnost mRNA v celicah je 2-6% celotne količine RNA. mRNA so sestavljene iz odsekov – cistronov, ki določajo zaporedje aminokislin v proteinih, ki jih kodirajo.

struktura tRNA . Prenosne RNA delujejo kot mediatorji (adapterji) med prevajanjem mRNA. Predstavljajo približno 15 % celotne celične RNK. Vsaka od 20 proteinogenih aminokislin ima svojo tRNA. Za nekatere aminokisline, kodirane z dvema ali več kodoni, obstaja več tRNA. tRNA so relativno majhne enoverižne molekule, sestavljene iz 70-93 nukleotidov. Njihova molekulska masa je (2,4-3,1) .104 kDa.

Sekundarna struktura tRNA nastane zaradi tvorbe največjega števila vodikovih vezi med intramolekularnimi komplementarnimi pari dušikovih baz. Zaradi tvorbe teh vezi se polinukleotidna veriga tRNA zvije s tvorbo spiraliziranih vej, ki se končajo z zankami neparnih nukleotidov. Prostorska slika sekundarnih struktur vseh tRNA ima obliko list detelje.

V "deteljici" razlikujemo štiri zahtevane veje, vsebujejo tudi daljše tRNA kratka peta (dodatna) veja. Adaptersko funkcijo tRNA zagotavlja akceptorska veja, na 3" konec katere je aminokislinski ostanek pritrjen z etrsko vezjo, in antikodonska veja nasproti akceptorski veji, na vrhu katere je zanka, ki vsebuje antikodon Antikodon je specifičen triplet nukleotidov, ki je v antiparalelni smeri komplementaren kodonu mRNA, ki kodira ustrezno aminokislino.

T-veja, ki nosi psevdouridinsko zanko (TyC-zanka), zagotavlja interakcijo tRNA z ribosomi.

D-veja, ki nosi dehidrouridinsko zanko, zagotavlja interakcijo tRNA z ustrezno aminoacil-tRNA sintetazo.

Sekundarna struktura tRNA

Funkcije pete dodatne veje so še vedno slabo razumljene, najverjetneje izenačuje dolžino različnih molekul tRNA.

Terciarna struktura tRNA zelo kompakten in nastane s spajanjem posameznih vej lista detelje zaradi dodatnih vodikovih vezi v strukturo v obliki črke L "upogib komolca". V tem primeru se akceptorska roka, ki veže aminokislino, nahaja na enem koncu molekule, antikodon pa na drugem.

Terciarna struktura tRNA (po A.S. Spirinu)

Struktura rRNA in ribosomov . Ribosomske RNA tvorijo ogrodje, na katerega se vežejo specifični proteini in tvorijo ribosome. Ribosomi so nukleoproteinski organeli, ki zagotavljajo sintezo beljakovin iz mRNA. Število ribosomov v celici je zelo veliko: od 104 pri prokariontih do 106 pri evkariontih. Ribosomi so lokalizirani predvsem v citoplazmi, pri evkariontih, poleg tega v nukleolu, v matriksu mitohondrijev in v stromi kloroplastov. Ribosomi so sestavljeni iz dveh podenot: velike in majhne. Po velikosti in molekulski masi so vsi raziskani ribosomi razdeljeni v 3 skupine - 70S ribosome prokariontov (S-sedimentacijski koeficient), sestavljene iz majhnih 30S in velikih 50S poddelcev; 80S evkariontskih ribosomov, sestavljenih iz 40S malih in 60S velikih podenot.

Majhen poddelec Ribosom 80S je sestavljen iz ene molekule rRNA (18S) in 33 molekul različnih proteinov. Velik poddelec tvorijo tri molekule rRNA (5S, 5.8S in 28S) in približno 50 proteinov.

Sekundarna struktura rRNA nastane zaradi kratkih dvoverižnih odsekov molekule - lasnic (približno 2/3 rRNA), 1/3 - je zastopana odseki z enim pramenom bogata s purinskimi nukleotidi.

Ta članek je drugi v seriji samodejnih objav, ki jih morate prebrati po branju prvega članka.Lastnosti genetske kode - sled njenega nastanka . Zelo zaželeno je, da ljudje, ki se prvič spoznajo z osnovami molekularne biologije, preberejo članek O.O. Favorova" ". Pomembno je razumeti, da bi razumeli KAKO genetski kod, je treba razumeti, KAKO deluje v sodobnih organizmih. In za to se je treba poglobiti v molekularne mehanizme kodirane sinteze beljakovin. Za razumevanje tega članka je pomembno razumeti, kako je urejena molekula RNA, kako se razlikuje od molekule DNA.

Razumevanje teme nastanka življenja nasploh in še posebej nastanka genetske kode je preprosto nemogoče brez razumevanja osnovnih molekularnih mehanizmov v živih organizmih, predvsem dveh vidikov – razmnoževanja dednih molekul (nukleinskih kislin) in beljakovin. sinteza. Zato je ta članek namenjen predvsem predstavitvi tistega minimuma znanja, s katerim je mogoče razumeti bogato in precej zanimivo gradivo, povezano z izvorom genetske kode (GC).

Spoznavanje molekularnih mehanizmov sinteze beljakovin je najbolje začeti s preučevanjem strukture ene od ključnih komponent in ene najstarejših struktur v živih organizmih - molekule prenosne RNA (ali tRNA). Molekula tRNA ima nenavadno ohranjeno strukturo, ki je podobna pri vseh živih organizmih. Ta struktura se med evolucijo spreminja tako počasi, da nam omogoča, da izluščimo veliko informacij o tem, kako bi lahko izgledali najstarejši sistemi za sintezo beljakovin med prvotnim nastankom. Zato naj bi bila molekula tRNAmolekularni relikt.

Molekularna relikvija, ali molekularni fosil je abstrakcija, ki označuje starodavne mehanizme ter molekularne in supramolekularne strukture, ki jih najdemo v sodobnih organizmih, kar nam omogoča pridobivanje informacij o zgradbi najstarejših živih sistemov. Molekularni relikti vključujejo molekule ribosomske in prenosne RNA, aminoacil-tRNA sintetaze, DNA in RNA polimeraze in genetski kod, kot način kodiranja, kot tudi številne druge molekularne strukture in mehanizme. Njihova analiza je ključni vir informacij o tem, kako bi življenje lahko nastalo, in genetski kod, še posebej. Oglejmo si podrobneje strukturo tRNA in tiste njene dele, ki se med evolucijo spreminjajo tako počasi, da še vedno vsebujejo veliko informacij o starodavnih tRNA, ki so obstajale pred več kot 3,5 milijardami let.

Molekula tRNA je razmeroma majhna, njena dolžina se giblje od 74 do 95 nukleotidnih ostankov, največkrat 76 nukleotidov (glej sliko 1).V zaporedju tRNA je t.ikonzervativen nukleotidni ostanki so nukleotidni ostanki, ki se nahajajo v strogo določenih zaporedjih v skoraj vseh molekulah tRNA. Poleg tega izstopajtepolkonzervativen nukleotidni ostanki so ostanki, ki jih predstavljajo samo purinske ali pirimidinske baze v strogo določenih zaporedjih tRNA. Poleg tega se različne regije tRNA spreminjajo z bistveno različnimi stopnjami.

Do 25 % vseh nukleotidnih ostankov je modificiranih nukleozidov, ki jih pogosto imenujemo manjše . Opisanih je že več kot 60 manjših ostankov. Nastanejo kot posledica modifikacije navadnih nukleozidnih ostankov s pomočjo posebnih encimov.

Psevdouridin (5-ribofuranosiluracil, Ψ), 5,6-dihidrouridin (D), 4-tiouridil in inozin. V članku je opisana struktura nekaterih spremenjenih baz in delno njihova vloga

Poleg primarne strukture (to je samo zaporedje nukleotidov) ima molekula tRNA še sekundarno in terciarno strukturo.

Sekundarna struktura je posledica tvorbe vodikovih vezi med nukleotidi. Tudi v šoli poučujejo o vodikovih vezeh pri komplementarnem združevanju nukleotidov (A-U in G-C to vrsto združevanja nukleotidov imenujemo kanonično), vendar se v molekulah tRNA tvori precejšnje število nekanoničnih vezi, predvsem med G in U, ki bo nekoliko šibkejši in energijsko manj ugoden).

riž. 1. Posplošena sekundarna struktura tRNA (levo) in splošno sprejeto številčenje nukleotidov v tRNA (desno). Tako je videti v skoraj vseh živih organizmih. Na desni sliki so konzervativni nukleotidi označeni s krepkimi krogi.

Oznake:N - poljuben nukleotid, T - timin, D - dihidrouridin, Ψ - psevdouridin, R - purinski nukleotid.

Posledično nastane tako imenovana deteljna struktura.V strukturi lista detelje so: akceptorsko steblo in tri veje ali domene (roke): antikokodon (sestoji iz antikodonskega dvoverižnega stebla (steblo) in antikodonska zanka (zanka), dihidrouridin, ozD- podružnica, ozD-domena, (tudi iz dihidrouridinske zanke in stebla) inTΨC-veja ali preprosto T-veja ali T-domena (T-zanka in T-deblo). Poleg treh deteljnih zank obstaja še tako imenovana dodatna ali spremenljiva zanka. Dolžina spremenljive zanke se spreminja od 4 do 24 nukleotidov.

Zakaj ima sekundarna struktura tRNA obliko deteljice? Odgovor na to vprašanje je podal M. Eigen [Eigen M, Winkler R.1979] . Dejstvo je, daz dolžino verige RNA 80 nukleotidov z naključnim zaporedjem je najverjetnejša sekundarna struktura s 3-4 cvetnimi listi. Čeprav ima lasnica s samo eno zanko največje število baznih parov, je ta struktura v naključnih zaporedjih malo verjetna. Zato je smiselno domnevati, da so bile tRNA podobne strukture (tj. strukture s 3-4 zankami) najpogostejše molekule na stopnji življenja RNA in RNA-proteina. Dodatni argumenti v prid tej trditvi bodo podani v naslednjih člankih.

Terciarna struktura tRNA.

Terciarna struktura tRNA ustreza realni prostorski strukturi. Dobila je imeL-oblike, zaradi podobnosti terciarne strukture z obliko latinske velike začetnice "L". Terciarna struktura nastane zaradi interakcije elementov sekundarne strukture. Sodelujte pri njegovem oblikovanju staking interakcije razlogov. Zaradi zlaganja baz akceptor in T-steblo deteljice tvorita eno neprekinjeno dvojno vijačnico, ki tvori eno od "palic"L- obrazci. Antikodon inD- stebla tvorijo drugo "palico" te črke,D- inT-zanke v takšni strukturi se izkažejo za tesne in so pritrjene skupaj z tvorbo dodatnih, pogosto nenavadnih baznih parov, ki jih praviloma tvorijo konzervativni ali polkonzervativni ostanki. V luči te vpletenosti konservativnih in polkonservativnih temeljev v izobraževanjeL-oblike postanejo jasne v svoji prisotnostiT- inD- zanke. Tvorba strukture v obliki črke L in njena interakcija z APCase je shematično prikazana na sl. 2.


riž. 2.Prostorsko vzgojna shemaL-oblikovana struktura tRNA in njena interakcija z ARSazo oh.

Puščica označuje mesto pritrditve aminokisline med aminoacilacijo tRNA sintetaze. Akceptorska domena tRNA je označena z rdečo, domena antikodona je označena z modro. Ovali označujejo domene APCase: zelena je katalitična domena, ki vsebuje vezavno in aminoacilacijsko domeno akceptorske regije tRNA, rumena in oranžna sta variabilna domena APCase. Odvisno od velikosti te domene APCase a prepozna antikodonsko regijo kot variabilno domeno (domena je označena z rumeno) ali je ne prepozna (domena je označena z oranžno).

Baze antikodona so obrnjeneznotraj L-oblikovana molekula.

Prenosne RNA v vseh živih organizmih zaporedno opravljajo tri funkcije, potrebne za sintezo beljakovin:

1) akceptor - s pomočjo proteinskih encimov (aminoacil-tRNA sintaze) kovalentno veže strogo določeno aminokislino na aminoacilni ostanek (za vsako aminokislino - strogo svojo ali včasih več različnih tRNA);2) transport - prenaša aminokislino na določeno mesto na ribosomu;3) prilagodljivo - v kombinaciji z ribosomom je sposoben specifično prepoznati triplet genetske kode na matrični RNA, nakar se aminokislina, vezana na tRNA, vključi v rastočo polipeptidno verigo na ribosomu.

Članki, povezani s temo:

Struktura prenosnih RNA in njihova funkcija na prvi (predribosomski) stopnji biosinteze beljakovin

Aminoacil-tRNA sintetaza (ARSase) je encim sintetaza, ki katalizira tvorbo aminoacil-tRNA v reakciji esterifikacije določene aminokisline z njeno ustrezno molekulo tRNA. Vsaka aminokislina ima svojo aminoacil-tRNA sintetazo. ARSaze poskrbijo, da nukleotidni trojčki genetske kode (antikodon tRNA) ustrezajo aminokislinam, vstavljenim v protein, in tako zagotovijo pravilno branje genetske informacije iz mRNA med sintezo proteinov na ribosomih. Večina APC-az je sestavljena iz 1, 2 ali 4 enakih polipeptidnih verig. Molekulska masa polipeptidnih verig je 30-140 tisoč, številne APC-aze vsebujejo dva aktivna centra. Obstajajo 3 parcele. 1. mesto nima specifičnosti, enako je za vse encime, to je mesto vezave ATP. N-to mesto ima strogo specifičnost, tukaj je pritrjena določena AK, po kateri se imenuje ARSaza, na primer, če veže metionin, potem se imenuje metionil-t-RNA sintetaza. Tudi mesto sh-th je strogo specifično mesto, lahko se poveže le z določeno t-RNA. Tako je encim potreben za prepoznavanje aminokislin in tRNA.

Specifičnost reakcij, ki jih katalizirajo APCaze, je zelo visoka, kar določa natančnost sinteze beljakovin v živi celici. Če A. izvede napačno aminoacilacijo tRNA z aminokislino, podobno strukturi, bo prišlo do popravka s katalizirano hidrolizo napačne AK-tRNA v AA in tRNA, ki jo katalizira ista APC-aza. Citoplazma vsebuje celoten nabor APCaze, medtem ko imajo kloroplasti in mitohondriji svoje lastne APCaze.

    transportna RNA. Zgradba, funkcije. Struktura ribosoma.

Vse tRNA imajo skupne lastnosti tako v primarni strukturi kot v načinu zvijanja polinukleotidne verige v sekundarno strukturo zaradi interakcij med bazami nukleotidnih ostankov.

Primarna struktura tRNA

tRNA so razmeroma majhne molekule, njihova dolžina verige se giblje od 74 do 95 nukleotidnih ostankov. Vse tRNA imajo enak 3'-konec, zgrajen iz dveh citozinskih in enega adenozinskega ostanka (CCA-end).To je 3'-terminalni adenozin, ki se veže na aminokislinski ostanek med tvorbo aminoacil-tRNA. Konec CCA je vezan na številne tRNA s posebnim encimom. Nukleotidni triplet, komplementaren aminokislinskemu kodonu (antikodon), se nahaja približno na sredini verige tRNA. Enake (konzervativne) nukleotidne ostanke najdemo na določenih mestih zaporedja v skoraj vseh vrstah tRNA. Nekateri položaji lahko vsebujejo samo purinske ali samo pirimidinske baze (ti se imenujejo polkonzervativni ostanki).

Za vse molekule tRNA je značilna prisotnost velikega števila (do 25% vseh ostankov) različnih modificiranih nukleozidov, ki jih pogosto imenujemo manjši. Nastanejo na različnih mestih v molekulah, v mnogih primerih dobro definiranih, kot posledica modifikacije navadnih nukleozidnih ostankov s pomočjo posebnih encimov.

Sekundarna struktura tRNA

zvijanje verige v sekundarno strukturo nastane zaradi medsebojnega dopolnjevanja odsekov verige. Trije fragmenti verige so komplementarni, ko so prepognjeni nase in tvorijo lasne strukture. Poleg tega je 5" konec komplementaren mestu blizu 3" konca verige, z njihovo antiparalelno razporeditvijo; tvorijo tako imenovano akceptorsko steblo. Rezultat je struktura, za katero je značilna prisotnost štirih stebel in treh zank, ki se imenuje "list deteljice". Steblo z zanko tvori vejo. Na dnu je veja antikodona, ki vsebuje triplet antikodona kot del svoje zanke. Na njegovi levi in ​​desni strani sta veji D oziroma T, poimenovani po prisotnosti nenavadnih ohranjenih nukleozidov dihidrouridina (D) in timidina (T) v njunih zankah. Nukleotidna zaporedja vseh proučevanih tRNA je mogoče zložiti v podobne strukture. Poleg treh deteljnih zank je v strukturi tRNK izolirana še dodatna oziroma variabilna zanka (V-zanka). Njegova velikost se pri različnih tRNK močno razlikuje in se giblje od 4 do 21 nukleotidov, po zadnjih podatkih pa do 24 nukleotidov.

Prostorska (terciarna) struktura tRNA

Zaradi interakcije elementov sekundarne strukture nastane terciarna struktura, ki jo zaradi podobnosti z latinsko črko L imenujemo L-oblika (sl. 2 in 3). Skozi zlaganje baz akceptorsko steblo in steblo T deteljice tvorita eno neprekinjeno dvojno vijačnico, drugi dve stebli pa tvorita antikodon in stebla D še eno neprekinjeno dvojno vijačnico. V tem primeru se izkaže, da sta D- in T-zanki blizu in sta pritrjeni skupaj z oblikovanjem dodatnih, pogosto nenavadnih baznih parov. Pri tvorbi teh parov praviloma sodelujejo konzervativni ali polkonzervativni ostanki. Podobne terciarne interakcije držijo skupaj tudi nekatere druge dele L-strukture

Glavni namen prenosne RNA (tRNA) je dostaviti aktivirane aminokislinske ostanke v ribosome in zagotoviti njihovo vključitev v sintetizirano proteinsko verigo v skladu s programom, ki ga je zapisala genetska koda v matrični ali informacijski RNA (mRNA).

Struktura ribosoma.

Ribosomi so ribonukleoproteinske tvorbe – nekakšne »tovarne«, v katerih se aminokisline sestavljajo v beljakovine. Evkariontski ribosomi imajo sedimentacijsko konstanto 80S in so sestavljeni iz 40S (majhnih) in 60S (velikih) podenot. Vsaka podenota vključuje rRNA in beljakovine.

Proteini so del podenot ribosoma v količini ene kopije in opravljajo strukturno funkcijo, ki zagotavlja interakcijo med mRNA in tRNA, povezanimi z aminokislino ali peptidom.

V prisotnosti mRNA se podenoti 40S in 60S združita in tvorita popoln ribosom, katerega masa je približno 650-krat večja od mase molekule hemoglobina.

Očitno rRNA določa glavne strukturne in funkcionalne lastnosti ribosomov, zlasti zagotavlja celovitost ribosomskih podenot, določa njihovo obliko in številne strukturne značilnosti.

Združitev velike in male podenote se zgodi v prisotnosti sporočilne (messenger) RNA (mRNA). Ena molekula mRNA običajno združuje več ribosomov kot niz kroglic. Takšno strukturo imenujemo polisom. Polisomi se prosto nahajajo v osnovni snovi citoplazme ali pa so pritrjeni na membrane hrapavega citoplazemskega retikuluma. V obeh primerih služijo kot mesto za aktivno sintezo beljakovin.

Tako kot endoplazmatski retikulum so tudi ribosome odkrili le z elektronskim mikroskopom. Ribosomi so najmanjši celični organeli.

Ribosom ima 2 centra za pritrjevanje molekul tRNA: aminoacil (A) in peptidil (P) center, pri tvorbi katerih sodelujeta obe podenoti. Centri A in P skupaj sestavljajo regijo mRNA z 2 kodonoma. Med prevajanjem center A veže aa-tRNA, katere strukturo določa kodon, ki se nahaja v območju tega centra. Struktura tega kodona kodira naravo aminokisline, ki bo vključena v rastočo polipeptidno verigo. Center P zaseda peptidil-tRNA; tRNA, povezana s peptidno verigo, ki je že bila sintetizirana.

Pri evkariontih obstajata dve vrsti ribosomov: "prosti", ki se nahajajo v citoplazmi celic in povezani z endoplazmatskim retikulumom (ER). Ribosomi, povezani z ER, so odgovorni za sintezo proteinov "za izvoz", ki vstopajo v krvno plazmo in sodelujejo pri obnavljanju proteinov ER, membrane Golgijevega aparata, mitohondrijev ali lizosomov.

    Sinteza polipeptidne molekule. začetek in raztezek.

Sinteza beljakovin je cikličen, večstopenjski, od energije odvisen proces, v katerem se proste aminokisline polimerizirajo v gensko določeno zaporedje, da se tvorijo polipeptidi.

Druga stopnja sinteze matričnega proteina, dejanski prevod, ki se pojavi v ribosomu, je običajno razdeljen na tri stopnje: iniciacijo, raztezek in terminacijo.

Iniciacija.

Zaporedje DNA, ki je prepisano v eno samo mRNA, ki se začne s skeniranjem na 5' koncu in konča s terminatorjem na 3' koncu, je transkripcijska enota in ustreza konceptu "gena". Nadzor izražanja genov se lahko izvaja v fazi prevajanja - iniciacije. Na tej stopnji RNA polimeraza prepozna promotor, fragment 41–44 bp. Transkripcija poteka v smeri 5`-3` ali od leve proti desni. Zaporedja, ki ležijo desno od začetnega nukleotida, iz katerega se začne sinteza tRNA, so označena s številkami z znakom + (+1,+2..), tista levo pa z znakom - (-1,-2). . Tako območje DNA, na katero se pritrdi DNA polimeraza, zavzema območje s koordinatami približno od -20 do +20. Vsi promotorji vsebujejo enaka nukleotidna zaporedja, ki jih imenujemo konzervativna. Takšna zaporedja služijo kot signali, ki jih prepoznajo RNA polimeraze. Izhodišče običajno predstavlja purin. Takoj levo od njega je 6-9 bp, znano kot Pribnovo zaporedje (ali polje): TATAAT. Lahko se nekoliko razlikuje, vendar se prvi dve bazi pojavita pri večini promotorjev. Domneva se, da se DNK na tem mestu lažje razdeli na ločene verige, ker jo tvori mesto, bogato s pari AT, ki jih povezujeta dve vodikovi vezi. To ustvarja pogoje za delovanje RNA polimeraze. Poleg tega je Pribnov box potreben za orientacijo, tako da gre sinteza mRNA od leve proti desni, to je od 5`-3`. Središče Pribnowove škatle je pri nukleotidu -10. Zaporedje podobne sestave se nahaja v drugem območju s središčem na položaju 35. To 9 bp območje se imenuje zaporedje 35 ali prepoznavno območje. To je mesto, na katerega se faktor veže in s tem določa učinkovitost, s katero RNA polimeraza ne more začeti prepisovanja brez posebnih proteinov. Eden od njih je faktor CAP ali CRP.

Pri evkariontih so bili promotorji, ki medsebojno delujejo z RNA polimerazo II, podrobneje raziskani. Vsebujejo tri homologne regije v regijah s koordinatami v točkah -25, -27 in tudi na začetni točki. Izhodiščne baze so adenini, ki jih na obeh straneh spremljajo pirimidini. Na razdalji 19-25 b.p. na levi strani mesta so 7 b.p. TATAA, znan kot zaporedje TATA ali Hognessova škatla, je pogosto obdan z območji, bogatimi s pari GC. Bolj levo, na položaju -70 do -80, je zaporedje GTZ ali CAATCT, imenovano polje CAAT. Predpostavlja se, da zaporedje TATA nadzoruje izbiro začetnega nukleotida, medtem ko CAAT nadzoruje primarno vezavo RNA polimeraze na predlogo DNA.

Raztezek. Korak elongacije mRNA je podoben elongaciji DNA. Potrebuje ribonukleotidne trifosfate kot prekurzorje. Stopnja podaljšanja transkripcije, to je rast verige mRNA, se pojavi s pritrjevanjem ribonukleotid monofosfatov na 3'-konec verige s sproščanjem pirofosfata. Kopiranje pri evkariontih se običajno pojavi na omejeni regiji DNA (genu), čeprav lahko pri prokariontih v nekaterih primerih poteka prepisovanje zaporedno prek več povezanih genov, ki tvorijo en operon in en skupni promotor. V tem primeru nastane policistronska mRNA.

    Regulacija genske aktivnosti na primeru laktoznega operona.

Laktozni operon je bakterijski policistronski operon, ki kodira gene za presnovo laktoze.

Regulacijo izražanja genov za presnovo laktoze pri bakteriji Escherichia coli sta leta 1961 prvič opisala znanstvenika F. Jacob in J. Monod. Bakterijska celica sintetizira encime, ki sodelujejo pri presnovi laktoze le, če je laktoza prisotna v okolju in celici primanjkuje glukoze.

Laktozni operon je sestavljen iz treh strukturnih genov, promotorja, operaterja in terminatorja. Predvideva se, da operon vključuje tudi regulatorni gen, ki kodira represorski protein.

Strukturni geni laktoznega operona - lacZ, lacY in lacA:

lacZ kodira encim β-galaktozidazo, ki razgradi disaharid laktozo v glukozo in galaktozo,

lacY kodira β-galaktozid permeazo, membranski transportni protein, ki prenaša laktozo v celico.

lacA kodira β-galaktozid transacetilazo, encim, ki prenaša acetilno skupino iz acetil-CoA v beta-galaktozide.

Na začetku vsakega operona je poseben gen – operatorski gen. Na strukturnih genih enega operona običajno nastane ena mRNK, ti geni pa so bodisi aktivni bodisi neaktivni hkrati. Strukturni geni v operonu so praviloma v stanju represije.

Promotor je regija DNA, ki jo prepozna encim RNA polimeraza, ki zagotavlja sintezo mRNA v operonu, pred njim je regija DNA, na katero je vezan protein Sar, aktivatorski protein. Ta dva dela DNK sta dolga 85 baznih parov. Za promotorjem operon gosti operatorski gen, sestavljen iz 21 parov nukleotidov. Običajno je povezan z represorskim proteinom, ki ga proizvaja regulatorni gen. Za operatorskim genom je distančnik (space-gap). Distančniki so neinformativni odseki molekule DNA različnih dolžin (včasih do 20.000 baznih parov), ki so očitno vključeni v regulacijo procesa transkripcije sosednjega gena.

Operon se konča s terminatorjem – majhnim odsekom DNA, ki služi kot stop signal za sintezo mRNA na tem operonu.

Akceptorski geni služijo kot mesta za pritrditev različnih proteinov, ki uravnavajo delovanje strukturnih genov. Če laktoza, ki prodre v celico (v tem primeru se imenuje induktor), blokira beljakovine, ki jih kodira regulatorni gen, potem izgubijo sposobnost pritrditve na operaterski gen. Genski operater preide v aktivno stanje in vklopi strukturne gene.

RNA polimeraza se z uporabo proteina Cap (protein aktivatorja) pritrdi na promotor in, ki se premika vzdolž operona, sintetizira pro-mRNA. Med transkripcijo mRNA prebere genetske informacije iz vseh strukturnih genov v enem operonu. Med prevajanjem na ribosomu pride do sinteze več različnih polipeptidnih verig, v skladu s kodoni, ki jih vsebujejo mRNA – nukleotidna zaporedja, ki zagotavljajo začetek in zaključek prevajanja posamezne verige. Vrsta regulacije dela genov, obravnavana na primeru laktoznega operona, se imenuje negativna indukcija sinteze beljakovin.

    Regulacija genske aktivnosti na primeru operona triptofana.

Druga vrsta genske regulacije je negativna represija, ki so jo preučevali v E.coU na primeru operona, ki nadzoruje sintezo triptofonske aminokisline. Ta operon je sestavljen iz 6700 baznih parov in vsebuje 5 strukturnih genov, operatorski gen in dva promotorja. Regulatorni gen zagotavlja konstantno sintezo regulatornega proteina, ki ne vpliva na delovanje trp operona. S presežkom triptofana v celici se slednji poveže z regulatornim proteinom in ga spremeni tako, da se veže na operon in zavre sintezo ustrezne mRNA.

    Negativna in pozitivna kontrola genetske aktivnosti.

Poznana je tudi tako imenovana pozitivna indukcija, ko proteinski produkt gena regulatorja aktivira delo operona, t.j. ni represor, ampak aktivator.Ta delitev je pogojna in struktura akceptorskega dela operona, delovanje regulatornega gena pri prokariontih je zelo raznolika.

Število strukturnih genov v operonu pri prokariontih se giblje od enega do dvanajst; Operon ima lahko enega ali dva promotorja in terminator. Vsi strukturni geni, lokalizirani v enem operonu, praviloma nadzorujejo sistem encimov, ki zagotavljajo eno verigo biokemičnih reakcij. Nedvomno v celici obstajajo sistemi, ki usklajujejo regulacijo dela več operonov.

Na prvi del genskega akceptorja - operaterja so pritrjeni proteini, ki aktivirajo sintezo mRNA, na njegov konec pa proteini - represorji, ki zavirajo sintezo mRNA. En gen uravnava eden od več proteinov, od katerih se vsak pritrdi na ustrezno akceptorsko mesto. Različni geni imajo lahko skupne regulatorje in enake operaterske regije. Regulatorni geni ne delujejo hkrati. Prvič, eden takoj vključuje eno skupino genov, nato čez nekaj časa drugi - drugo skupino, tj. regulacija genske aktivnosti poteka v "kaskadah", beljakovina, sintetizirana v eni fazi, pa je lahko regulator sinteze beljakovin v naslednji fazi.

    Zgradba kromosomov. Kariotip. Idiogram. Modeli zgradbe kromosomov.

Evkariontski kromosomi so kompleksni. Osnova kromosoma je linearna (ne zaprta v obroču) makromolekula deoksiribonukleinske kisline (DNA) velike dolžine (na primer v molekulah DNA človeških kromosomov je od 50 do 245 milijonov parov dušikovih baz). V raztegnjeni obliki lahko dolžina človeškega kromosoma doseže 5 cm, poleg tega pa kromosom vključuje pet specializiranih proteinov - H1, H2A, H2B, H3 in H4 (tako imenovani histoni) in številne ne- histonske beljakovine. Aminokislinsko zaporedje histonov je zelo ohranjeno in se pri različnih skupinah organizmov praktično ne razlikuje. V interfazi kromatin ni kondenziran, vendar so tudi v tem času njegove niti kompleks DNK in proteinov. Kromatin je deoksiribonukleoprotein, ki ga lahko vidimo pod svetlobnim mikroskopom v obliki tankih filamentov in zrnc. Makromolekula DNK se ovije okoli oktomerov (strukture, sestavljene iz osmih beljakovinskih globul) histonskih proteinov H2A, H2B, H3 in H4, pri čemer tvori strukture, imenovane nukleosomi.

Na splošno celoten dizajn nekoliko spominja na kroglice. Zaporedje takšnih nukleosomov, povezanih s proteinom H1, se imenuje nukleofilament ali nukleosomski filament s premerom približno 10 nm.

Kondenzirani kromosom je videti kot X (pogosto z neenakima krakoma), ker sta kromatidi, ki nastaneta pri replikaciji, še vedno med seboj povezani na centromeri. Vsaka celica človeškega telesa vsebuje natančno 46 kromosomov. Kromosomi so vedno v parih. Celica ima vedno 2 kromosoma vsake vrste, pari se med seboj razlikujejo po dolžini, obliki in prisotnosti zgostitev ali zožitev.

Centromere - posebej organiziran odsek kromosoma, skupen obema sestrskima kromatidama. Centromera deli telo kromosoma na dva kraka. Glede na lokacijo primarne zožitve ločimo naslednje vrste kromosomov: enakokraki (metacentrični), ko se centromera nahaja na sredini, roke pa so približno enake dolžine; neenaki kraki (submetacentrični), ko je centromera premaknjena iz sredine kromosoma in so kraki neenake dolžine; paličasto (akrocentrično), ko je centromera premaknjena na en konec kromosoma in je en krak zelo kratek. V nekaterih kromosomih so lahko sekundarne zožitve, ki ločujejo regijo, imenovano satelit, od telesa kromosoma.

Študija kemijske organizacije kromosomov evkariontskih celic je pokazala, da so sestavljeni predvsem iz DNK in beljakovin. Kot so dokazale številne študije, je DNK materialni nosilec lastnosti dednosti in variabilnosti in vsebuje biološko informacijo - program za razvoj celice, organizma, zapisan s posebno kodo. Beljakovine predstavljajo pomemben del snovi kromosomov (približno 65% mase teh struktur). Kromosom kot kompleks genov je evolucijsko uveljavljena struktura, ki je značilna za vse osebke določene vrste. Medsebojna razporeditev genov v kromosomu ima pomembno vlogo pri naravi njihovega delovanja.

Grafični prikaz kariotipa, ki prikazuje njegove strukturne značilnosti, se imenuje idiogram.

Nabor kromosomov, ki je po številu in zgradbi specifičen za določeno vrsto, se imenuje kariotip.

    Histoni. Zgradba nukleosomov.

Histoni so glavni razred nukleoproteinov, jedrskih proteinov, potrebnih za sestavljanje in pakiranje verig DNK v kromosome. Obstaja pet različnih vrst histonov, imenovanih H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. Zaporedje aminokislin v teh proteinih se praktično ne razlikuje v organizmih različnih ravni organizacije. Histoni so majhni, močno bazični proteini, ki se vežejo neposredno na DNK. Histoni sodelujejo pri strukturni organizaciji kromatina, nevtralizirajo negativno nabite fosfatne skupine DNK zaradi pozitivnih nabojev aminokislinskih ostankov, kar omogoča gosto pakiranje DNK v jedru.

Dve molekuli vsakega od histonov H2A, H2B, H3 in H4 sestavljata oktamer, prepleten s 146 bp segmentom DNA, ki tvori 1,8 zavoja vijačnice nad proteinsko strukturo. Ta delec s premerom 7 nm se imenuje nukleosom. Del DNK (povezovalna DNK), ki ni neposredno v stiku s histonskim oktamerom, interagira s histonom H1.

Skupina nehistonskih proteinov je zelo heterogena in vključuje strukturne jedrske proteine, številne encime in transkripcijske faktorje, povezane z določenimi regijami DNA in uravnavajo izražanje genov in druge procese.

Histoni v oktameru imajo mobilni N-terminalni fragment ("rep") iz 20 aminokislin, ki štrli iz nukleosomov in je pomemben za ohranjanje strukture kromatina in nadzor izražanja genov. Tako je na primer tvorba (kondenzacija) kromosomov povezana s fosforilacijo histonov, povečanje transkripcije pa z acetilacijo lizinskih ostankov v njih. Podrobnosti mehanizma regulacije niso povsem pojasnjene.

Nukleosom je kromatinska podenota, sestavljena iz DNK in niza štirih parov histonskih proteinov H2A, H2B, H3 in H4 ene molekule histona H1. Histon H1 se veže na povezovalno DNA med dvema nukleosomoma.

Nukleosom je osnovna enota pakiranja kromatina. Sestavljen je iz dvojne vijačnice DNA, ovite okoli specifičnega kompleksa osmih nukleosomskih histonov (histonski oktamer). Nukleosom je delec v obliki diska s premerom približno 11 nm, ki vsebuje dve kopiji vsakega od nukleosomskih histonov (H2A, H2B, H3, H4). Histonski oktamer tvori proteinsko jedro, okoli katerega je dvoverižna DNK (146 nukleotidnih parov DNK na histonski oktamer).

Nukleosomi, ki sestavljajo fibrile, so bolj ali manj enakomerno nameščeni vzdolž molekule DNA na razdalji 10–20 nm drug od drugega.

    Ravni pakiranja evkariontskih kromosomov. kondenzacija kromatina.

Tako so ravni pakiranja DNK naslednje:

1) Nukleosomski (2,5 obrata dvoverižne DNA okoli osmih molekul histonskih proteinov).

2) Supernukleosomska - kromatinska vijačnica (kromonema).

3) Kromatid - spiraliziran kromonem.

4) Kromosom - četrta stopnja spermalizacije DNA.

V interfaznem jedru so kromosomi dekondenzirani in jih predstavlja kromatin. Despiralizirano območje, ki vsebuje gene, se imenuje evhromatin (ohlapen, vlaknast kromatin). To je nujen pogoj za prepis. Med počitkom med delitvami nekateri deli kromosomov in celotni kromosomi ostanejo kompaktni.

Te spiralizirane, močno obarvane površine imenujemo heterokromatin. Niso aktivni za prepis. Obstaja fakultativni in konstitutivni heterokromatin.

Fakultativni heterokromatin je informativen, ker vsebuje gene in lahko prehaja v evhromatin. Od dveh homolognih kromosomov je lahko eden heterokromatičen. Konstitutivni heterokromatin je vedno heterokromatičen, neinformativen (ne vsebuje genov), zato je vedno neaktiven v zvezi s transkripcijo.

Kromosomska DNK je sestavljena iz več kot 108 baznih parov, iz katerih nastanejo informativni bloki - linearno razporejeni geni. Predstavljajo do 25 % DNK. Gen je funkcionalna enota DNK, ki vsebuje informacije za sintezo polipeptidov ali celotne RNK. Med geni so presledki - neinformativni segmenti DNK različnih dolžin. Odvečni geni so predstavljeni z velikim številom - 104 enakimi kopijami. Primer so geni za t-RNA, r-RNA, histone. V DNK so zaporedja enakih nukleotidov. Lahko so zmerno ponavljajoče se in močno ponavljajoče se sekvence. Zmerno ponavljajoče se sekvence dosežejo 300 baznih parov s ponovitvami 102 - 104 in največkrat predstavljajo distančnike, redundantne gene.

Zelo ponavljajoče se sekvence (105 - 106) tvorijo konstitutivni heterokromatin. Približno 75% vsega kromatina ni vključeno v transkripcijo, pade na zelo ponavljajoče se sekvence in neprepisane presledke.

    Priprava kromosomskih preparatov. Uporaba kolhicina. Hipotonija, fiksacija in barvanje.

Glede na stopnjo proliferativne aktivnosti celic različnih tkiv in vivo in in vitro ločimo neposredne in posredne metode za pridobivanje kromosomskih pripravkov.

1) Neposredne metode se uporabljajo pri preučevanju tkiv z visoko mitotično aktivnostjo (kostni mozeg, horion in placenta, celice bezgavk, tkiva zarodka v zgodnji fazi razvoja). Kromosomski preparati so pripravljeni neposredno iz sveže pridobljenega materiala po posebni obdelavi.

2) Posredne metode vključujejo pridobivanje kromosomskih pripravkov iz katerega koli tkiva po njegovem predhodnem gojenju za različno časovno obdobje.

Obstaja veliko modifikacij neposrednih in posrednih metod za pripravo kromosomskih pripravkov, vendar glavni koraki za pridobivanje metafaznih plošč ostajajo nespremenjeni:

1. Uporaba kolhicina (kolcemida) - zaviralca tvorbe mitotskega vretena, ki ustavi delitev celic v fazi metafaze.

2. Hipotonični šok z uporabo raztopin kalijevih ali natrijevih soli, ki zaradi razlike v osmotskem tlaku znotraj in zunaj celic povzročijo njihovo nabrekanje in pretrganje medkromosomskih vezi. Ta postopek vodi do ločitve kromosomov drug od drugega, kar prispeva k njihovemu večjemu širjenju v metafaznih ploščah.

3. Fiksacija celic z uporabo ledocetne kisline in etanola (metanola) v razmerju 3:1 (Carnoyev fiksativ), kar prispeva k ohranjanju strukture kromosoma.

4. Spustite celično suspenzijo na stekelca.

5. Barvanje kromosomskih preparatov.

Razvite so bile številne metode barvanja (trakov), ki omogočajo identifikacijo kompleksa prečnih oznak (trakov, trakov) na kromosomu. Za vsak kromosom je značilen poseben nabor trakov. Homologni kromosomi se obarvajo enako, z izjemo polimorfnih regij, kjer so lokalizirane različne alelne variante genov. Alelni polimorfizem je značilen za številne gene in ga najdemo v večini populacij. Odkrivanje polimorfizmov na citogenetskem nivoju nima diagnostične vrednosti.

A. Q-obarvanje. Prvo metodo diferencialnega barvanja kromosomov je razvil švedski citolog Kaspersson, ki je v ta namen uporabil fluorescentno barvilo akrihin iperit. Pod fluorescenčnim mikroskopom so na kromosomih vidna območja z neenakomerno intenzivnostjo fluorescence - Q-segmenti. Metoda je najprimernejša za preučevanje kromosomov Y in se zato uporablja za hitro določanje genetskega spola, prepoznavanje translokacij (izmenjav mest) med kromosomoma X in Y ali med kromosomom Y in avtosomi ter za ogled velikega števila celic, ko je treba ugotoviti, ali ima bolnik z mozaicizmom na spolnih kromosomih klon celice, ki nosi kromosom Y.

B. G-barvanje. Po obsežni predobdelavi, pogosto s tripsinom, se kromosomi obarvajo z barvilom Giemsa. Pod svetlobnim mikroskopom so na kromosomih vidne svetle in temne proge – segmenti G. Čeprav razporeditev segmentov Q ustreza razporeditvi segmentov G, se je barvanje G izkazalo za bolj občutljivo in je prevzelo mesto barvanja Q kot standardne metode citogenetske analize. G-barvanje daje najboljše rezultate pri odkrivanju majhnih aberacij in markerskih kromosomov (segmentiranih drugače kot običajni homologni kromosomi).

B. R-barvanje daje sliko nasprotno G-barvanju. Običajno se uporablja barvanje po Giemsi ali akridin oranžno fluorescentno barvanje. Ta metoda razkrije razlike v obarvanju homolognih G- ali Q-negativnih regij sestrskih kromatid ali homolognih kromosomov.

D. C-barvanje se uporablja za analizo centromernih regij kromosomov (te regije vsebujejo konstitutivni heterokromatin) in variabilnega, svetlo fluorescenčnega distalnega dela kromosoma Y.

E. T-barvanje se uporablja za analizo telomernih regij kromosomov. Ta tehnika, kot tudi barvanje regij nukleolarnih organizatorjev s srebrovim nitratom (AgNOR-barvanje), se uporablja za izboljšanje rezultatov, dobljenih s standardnim barvanjem kromosomov.

Je sinteza beljakovinske molekule na podlagi messenger RNA (translacija). Vendar pa za razliko od transkripcije nukleotidnega zaporedja ni mogoče neposredno prevesti v aminokislino, ker imajo te spojine drugačno kemijsko naravo. Zato je za prevajanje potreben posrednik v obliki prenosne RNK (tRNK), katere funkcija je prevajanje genetske kode v »jezik« aminokislin.

Splošne značilnosti prenosne RNA

Prenosne RNA ali tRNA so majhne molekule, ki prenašajo aminokisline na mesto sinteze beljakovin (v ribosome). Količina te vrste ribonukleinske kisline v celici je približno 10% celotnega bazena RNA.

Tako kot druge vrste tRNA je sestavljena iz verige ribonukleozid trifosfatov. Dolžina nukleotidnega zaporedja je 70-90 enot, približno 10% sestave molekule pade na manjše komponente.

Zaradi dejstva, da ima vsaka aminokislina svoj nosilec v obliki tRNA, celica sintetizira veliko število vrst te molekule. Odvisno od vrste živega organizma se ta indikator giblje od 80 do 100.

funkcije tRNA

Prenosna RNA je dobavitelj substrata za sintezo beljakovin, ki se pojavi v ribosomih. Zaradi edinstvene sposobnosti vezave tako na aminokisline kot na vzorčno zaporedje tRNA deluje kot semantični adapter pri prenosu genetske informacije iz oblike RNA v obliko proteina. Interakcija takega mediatorja s kodirno matriko, kot pri transkripciji, temelji na principu komplementarnosti dušikovih baz.

Glavna funkcija tRNA je sprejemanje enot aminokislin in njihov transport do aparata za sintezo beljakovin. Za tem tehničnim procesom je ogromen biološki pomen - implementacija genetske kode. Izvedba tega postopka temelji na naslednjih značilnostih:

  • vse aminokisline so kodirane z nukleotidnimi trojčki;
  • za vsak triplet (ali kodon) obstaja antikodon, ki je del tRNA;
  • vsaka tRNA se lahko veže le na določeno aminokislino.

Tako je aminokislinsko zaporedje proteina določeno s tem, katere tRNA in v kakšnem vrstnem redu bodo med prevajanjem komplementarno delovale s sporočilno RNA. To je mogoče zaradi prisotnosti funkcionalnih centrov v prenosni RNA, od katerih je eden odgovoren za selektivno pritrditev aminokisline, drugi pa za vezavo na kodon. Zato sta funkciji in tesno povezani.

Zgradba prenosne RNA

Edinstvenost tRNA je v tem, da njena molekularna struktura ni linearna. Vključuje vijačne dvoverižne odseke, ki se imenujejo stebla, in 3 enoverižne zanke. Po obliki ta konformacija spominja na list detelje.

V strukturi tRNA ločimo naslednja stebla:

  • akceptor;
  • antikodon;
  • dihidrouridil;
  • psevdoridil;
  • dodatno.

Dvojna spiralna stebla vsebujejo 5 do 7 Watson-Cricksonovih parov. Na koncu akceptorskega stebla je majhna veriga neparnih nukleotidov, katerih 3-hidroksil je mesto pritrditve ustrezne molekule aminokisline.

Strukturna regija za povezavo z mRNA je ena od zank tRNA. Vsebuje antikodon, ki je komplementaren semantičnemu tripletu.To je antikodon in prevzemni konec, ki zagotavljata funkcijo adapterja tRNA.

Terciarna zgradba molekule

»List detelje« je sekundarna struktura tRNA, vendar zaradi zvijanja molekula pridobi konformacijo v obliki črke L, ki jo držijo skupaj dodatne vodikove vezi.

L-oblika je terciarna struktura tRNA in je sestavljena iz dveh skoraj pravokotnih vijačnic A-RNA, ki imata dolžino 7 nm in debelino 2 nm. Ta oblika molekule ima samo 2 konca, od katerih ima eden antikodon, drugi pa akceptorsko središče.

Značilnosti vezave tRNA na aminokislino

Aktivacijo aminokislin (njihovo vezavo na prenosno RNA) izvaja aminoacil-tRNA sintetaza. Ta encim hkrati opravlja 2 pomembni funkciji:

  • katalizira tvorbo kovalentne vezi med 3'-hidroksilno skupino akceptorskega stebla in aminokislino;
  • zagotavlja načelo selektivne skladnosti.

Vsak od njih ima svojo aminoacil-tRNA sintetazo. Lahko sodeluje samo z ustrezno vrsto transportne molekule. To pomeni, da mora biti antikodon slednjega komplementaren tripletu, ki kodira to posebno aminokislino. Na primer, levcin sintetaza se bo vezala le na tRNA, ki je namenjena levcinu.

V molekuli aminoacil-tRNA sintetaze obstajajo trije žepi za vezavo nukleotidov, katerih konformacija in naboj sta komplementarna nukleotidom ustreznega antikodona v tRNA. Tako encim določi želeno transportno molekulo. Mnogo redkeje nukleotidno zaporedje akceptorskega stebla služi kot prepoznavni fragment.

Interakcija in struktura IRNA, tRNA, RRNA - treh glavnih nukleinskih kislin, obravnava tako znanost, kot je citologija. Pomagal bo ugotoviti, kakšna je vloga transporta (tRNA) v celicah. Ta zelo majhna, a hkrati nedvomno pomembna molekula sodeluje pri procesu združevanja beljakovin, ki sestavljajo telo.

Kakšna je struktura tRNA? Zelo zanimivo je obravnavati to snov "od znotraj", ugotoviti njeno biokemijo in biološko vlogo. In tudi, kako sta struktura tRNA in njena vloga pri sintezi beljakovin med seboj povezani?

Kaj je TRNA, kako je urejena?

Transportna ribonukleinska kislina sodeluje pri gradnji novih proteinov. Skoraj 10 % vseh ribonukleinskih kislin je transportnih. Da bo jasno, iz katerih kemijskih elementov je sestavljena molekula, bomo opisali zgradbo sekundarne strukture tRNA. Sekundarna struktura upošteva vse glavne kemične vezi med elementi.

Sestavljen iz polinukleotidne verige. Dušikove baze v njem so povezane z vodikovimi vezmi. Tako kot DNK ima tudi RNK 4 dušikove baze: adenin, citozin, gvanin in uracil. V teh spojinah je adenin vedno povezan z uracilom, gvanin pa kot običajno s citozinom.

Zakaj ima nukleotid predpono ribo-? Preprosto, vsi linearni polimeri, ki imajo ribozo namesto pentoze na dnu nukleotida, se imenujejo ribonukleinski. In prenosna RNA je ena od 3 vrst prav takšnega ribonukleinskega polimera.

Struktura tRNA: biokemija

Poglejmo v najgloblje plasti strukture molekule. Ti nukleotidi imajo 3 komponente:

  1. Saharoza, riboza je vključena v vse vrste RNA.
  2. Fosforna kislina.
  3. dušikovi in ​​pirimidini.

Dušikove baze so med seboj povezane z močnimi vezmi. Baze je običajno razdeliti na purinske in pirimidinske.

Purini so adenin in gvanin. Adenin ustreza adenilnemu nukleotidu iz 2 med seboj povezanih obročev. In gvanin ustreza istemu gvaninskemu nukleotidu z enim obročem.

Piramidini so citozin in uracil. Pirimidini imajo strukturo enega obroča. V RNA ni timina, saj ga nadomesti element, kot je uracil. To je pomembno razumeti, preden pogledamo druge strukturne značilnosti tRNA.

Vrste RNA

Kot lahko vidite, strukture tRNA ni mogoče na kratko opisati. Morate se poglobiti v biokemijo, da bi razumeli namen molekule in njeno pravo strukturo. Kateri drugi ribosomski nukleotidi so znani? Obstajajo tudi matrične ali informacijske in ribosomske nukleinske kisline. Skrajšano kot RNA in RNA. Vse 3 molekule med seboj tesno sodelujejo v celici, tako da telo prejme pravilno strukturirane beljakovinske kroglice.

Nemogoče si je predstavljati delo enega polimera brez pomoči dveh drugih. Strukturne značilnosti tRNA postanejo bolj razumljive, če jih obravnavamo v povezavi s funkcijami, ki so neposredno povezane z delom ribosomov.

Struktura RNA, tRNA, rRNA je v marsičem podobna. Vsi imajo bazo riboze. Vendar se njihova struktura in funkcije razlikujejo.

Odkritje nukleinskih kislin

Švicar Johann Miescher je leta 1868 v celičnem jedru našel makromolekule, pozneje imenovane nukleini. Ime "nukleini" izhaja iz besede (nucleus) - jedro. Čeprav je bilo malo kasneje ugotovljeno, da so te snovi prisotne tudi v enoceličnih bitjih, ki nimajo jedra. Sredi 20. stoletja so Nobelovo nagrado prejeli za odkritje sinteze nukleinskih kislin.

pri sintezi beljakovin

Že samo ime - prenosna RNA - označuje glavno funkcijo molekule. Ta nukleinska kislina "prinaša" s seboj esencialno aminokislino, ki jo potrebuje ribosomska RNA za izdelavo določenega proteina.

Molekula tRNA ima malo funkcij. Prva je prepoznavanje kodona IRNA, druga funkcija je dostava gradnikov – aminokislin za sintezo beljakovin. Nekateri strokovnjaki razlikujejo akceptorsko funkcijo. Se pravi dodajanje aminokislin po kovalentnem principu. Pomaga "pripeti" to aminokislino na encim, kot je aminocil-tRNA sintataza.

Kako je struktura tRNA povezana z njenimi funkcijami? Ta posebna ribonukleinska kislina je zasnovana tako, da so na eni strani dušikove baze, ki so vedno povezane v parih. To so nam znani elementi - A, U, C, G. Točno 3 "črke" ali dušikove baze sestavljajo antikodon - obratni niz elementov, ki medsebojno deluje s kodonom po principu komplementarnosti.

Ta pomembna strukturna lastnost tRNA zagotavlja, da ne bo napak pri dekodiranju vzorčne nukleinske kisline. Navsezadnje je od natančnega zaporedja aminokislin odvisno, ali se beljakovina, ki jo telo trenutno potrebuje, pravilno sintetizira.

Strukturne značilnosti

Kakšne so strukturne značilnosti tRNA in njena biološka vloga? To je zelo starodavna struktura. Njegova velikost je nekje 73 - 93 nukleotidov. Molekulska masa snovi je 25.000-30.000.

Strukturo sekundarne strukture tRNA je mogoče razstaviti s preučevanjem 5 glavnih elementov molekule. Torej je ta nukleinska kislina sestavljena iz naslednjih elementov:

  • zanka za stik z encimom;
  • zanka za stik z ribosomom;
  • antikodonska zanka;
  • akceptorsko steblo;
  • sam antikodon.

In tudi dodelite majhno spremenljivo zanko v sekundarni strukturi. En krak pri vseh vrstah tRNA je enak – steblo dveh citozinskih in enega adenozinskih ostankov. Na tem mestu pride do povezave z 1 od 20 razpoložljivih aminokislin. Za vsako aminokislino je namenjen ločen encim - lastna aminoacil-tRNA.

Vse informacije, ki šifrirajo strukturo vseh, so vsebovane v sami DNK. Struktura tRNA pri vseh živih bitjih na planetu je skoraj enaka. Če ga gledate v 2-D, bo videti kot list.

Če pa pogledate prostornino, je molekula podobna geometrijski strukturi v obliki črke L. To velja za terciarno strukturo tRNA. Toda za udobje študija je običajno vizualno "odviti". Terciarna struktura nastane kot posledica interakcije elementov sekundarne strukture, tistih delov, ki se med seboj dopolnjujejo.

Roki ali obroči tRNA igrajo pomembno vlogo. Ena roka je na primer potrebna za kemično vez z določenim encimom.

Značilnost nukleotida je prisotnost velikega števila nukleozidov. Obstaja več kot 60 vrst teh manjših nukleozidov.

Struktura tRNA in kodiranje aminokislin

Vemo, da je antikodon tRNA dolg 3 molekule. Vsak antikodon ustreza določeni, "osebni" aminokislini. Ta aminokislina je s posebnim encimom povezana z molekulo tRNA. Takoj ko se 2 aminokislini združita, se vezi s tRNA prekinejo. Vse kemične spojine in encimi so potrebni do zahtevanega časa. Tako sta struktura in funkcije tRNA med seboj povezani.

Skupno je v celici 61 vrst takšnih molekul. Matematičnih variacij je lahko 64. Vendar 3 vrste tRNA manjkajo zaradi dejstva, da točno to število stop kodonov v IRNA nima antikodonov.

Interakcija med RNA in tRNA

Razmislimo o interakciji snovi z RNA in RRNA, pa tudi o strukturnih značilnostih tRNA. Zgradba in namen makromolekule sta med seboj povezana.

Struktura IRNA kopira informacije iz ločenega dela DNK. Sama DNK je prevelika povezava molekul in nikoli ne zapusti jedra. Zato je potrebna vmesna RNA - informacijska.

Na podlagi zaporedja molekul, ki jih kopira RNA, ribosom zgradi beljakovino. Ribosom je ločena polinukleotidna struktura, katere strukturo je treba pojasniti.

Ribosomska tRNA: interakcija

Ribosomska RNA je ogromen organel. Njegova molekulska masa je 1 000 000 - 1 500 000. Skoraj 80% celotne količine RNA so ribosomski nukleotidi.

Zdi se, da zajame verigo IRNA in čaka na antikodone, ki bodo s seboj prinesli molekule tRNA. Ribosomska RNA je sestavljena iz 2 podenot: majhne in velike.

Ribosom se imenuje "tovarna", ker v tem organelu poteka vsa sinteza snovi, potrebnih za vsakdanje življenje. Je tudi zelo starodavna celična struktura.

Kako poteka sinteza beljakovin v ribosomu?

Struktura tRNA in njena vloga pri sintezi beljakovin sta med seboj povezani. Antikodon, ki se nahaja na eni od strani ribonukleinske kisline, je v svoji obliki primeren za glavno funkcijo - dostavo aminokislin v ribosom, kjer poteka postopna poravnava proteina. V bistvu TRNA deluje kot posrednik. Njegova naloga je le, da prinese potrebne aminokisline.

Ko se informacija prebere iz enega dela RNA, se ribosom premakne naprej po verigi. Predloga je potrebna le za posredovanje kodiranih informacij o konfiguraciji in funkciji posameznega proteina. Nato se druga tRNA približa ribosomu s svojimi dušikovimi bazami. Prav tako dekodira naslednji del MRNA.

Dekodiranje poteka na naslednji način. Dušikove baze se združujejo po principu komplementarnosti na enak način kot v sami DNK. V skladu s tem TRNA vidi, kje mora "privezati" in v kateri "hangar" poslati aminokislino.

Nato se v ribosomu tako izbrane aminokisline kemično vežejo, korak za korakom nastane nova linearna makromolekula, ki se po končani sintezi zvije v globulo (kroglo). Uporabljena tRNA in RNA, ko sta izpolnili svojo funkcijo, se odstranita iz "tovarne" beljakovin.

Ko se prvi del kodona združi z antikodonom, se določi bralni okvir. Pozneje, če iz nekega razloga pride do premika okvirja, bo kakšen znak proteina zavrnjen. Ribosom v ta proces ne more poseči in rešiti problema. Šele po končanem procesu se 2 podenoti rRNA ponovno združita. V povprečju je na vsakih 10 4 aminokislin 1 napaka. Za vsakih 25 že sestavljenih proteinov se zagotovo pojavi vsaj 1 napaka pri replikaciji.

tRNA kot reliktne molekule

Ker je tRNA morda obstajala v času rojstva življenja na zemlji, jo imenujemo reliktna molekula. Menijo, da je RNA prva struktura, ki je obstajala pred DNK in se je nato razvila. Svetovna hipoteza RNA - leta 1986 jo je oblikoval nagrajenec Walter Gilbert. Vendar je to še vedno težko dokazati. Teorijo zagovarjajo očitna dejstva - molekule tRNA so sposobne shraniti bloke informacij in te informacije nekako implementirati, torej opravljati delo.

Toda nasprotniki teorije trdijo, da kratka življenjska doba snovi ne more zagotoviti, da je tRNA dober nosilec kakršne koli biološke informacije. Ti nukleotidi se hitro razgradijo. Življenjska doba tRNA v človeških celicah se giblje od nekaj minut do nekaj ur. Nekatere vrste lahko trajajo do en dan. In če govorimo o istih nukleotidih v bakterijah, potem so pogoji veliko krajši - do nekaj ur. Poleg tega so struktura in funkcije tRNA preveč zapletene, da bi molekula postala primarni element zemeljske biosfere.



Oddelki