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 ribonukleinsav (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 hogyan függ össze a tRNS szerkezete és a fehérjeszintézisben betöltött szerepe?
Mi a tRNS, hogyan működik?
A szállítási ribonukleinsav részt vesz az új fehérjék felépítésében. Az összes ribonukleinsav közel 10%-a transzport. Hogy egyértelmű legyen, milyen kémiai elemekből képződik egy molekula, leírjuk a tRNS másodlagos szerkezetének felépítését. A másodlagos szerkezet figyelembe veszi az elemek közötti összes főbb kémiai kötést.
Ez egy polinukleotid láncból álló makromolekula. 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 nukleotidon ribo- előtag? 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 molekulaszerkezet legmélyebb rétegeit. Ezek a nukleotidok 3 komponensből állnak:
- A szacharóz, a ribóz minden típusú RNS-ben részt vesz.
- Foszforsav.
- Nitrogéntartalmú bázisok. Ezek purinok és pirimidinek.
A nitrogéntartalmú bázisokat erős kötések kötik össze. A bázisokat szokás purinra és pirimidinre osztani.
A purinok az adenin és a guanin. Az adenin 2 egymáshoz kapcsolódó gyűrűből álló adenil-nukleotidnak felel meg. És a guanin ugyanazon "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.
RNS-típusok
Amint látja, a TRNA 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 3a molekulák szorosan együttműködnek egymással a sejtben, így a szervezet megfelelő szerkezetű fehérjegömböket kap.
Lehetetlen elképzelni egy polimer munkáját 2 másik polimer segítsége nélkül. A tRNS-ek szerkezeti jellemzői érthetőbbé válnak, ha olyan funkciókkal együtt nézzük, amelyek közvetlenül kapcsolódnak a riboszómák munkájához.
Az IRNA, 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.
A TRNS a fehérjeszintézisben működik
Maga a név – transzfer RNS – a molekula fő funkciójáról beszél. 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. Egy enzim, például az aminocil-tRNS-szintatáz segít ennek az aminosavnak a „megkötésében”.
Hogyan kapcsolódik a tRNS szerkezete annakfunkciókat? 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 - az elemek fordított halmazát, amely a komplementaritás elve szerint kölcsönhatásba lép a kodonnal.
A tRNS ezen fontos szerkezeti jellemzője biztosítja, hogy a templát nukleinsav dekódolása során ne legyenek hibák. Hiszen az aminosavak pontos sorrendjétől függ, hogy az a fehérje, amelyre a szervezetnek jelenleg szüksége van, megfelelően szintetizálódik-e.
Épületi jellemzők
Melyek a tRNS szerkezeti jellemzői és biológiai szerepe? Ez egy nagyon ősi szerkezet. Mérete valahol 73-93 nukleotid körül van. Egy anyag molekulatömege 25 000–30 000.
A tRNS másodlagos szerkezetének szerkezete szétszedhető a molekula 5 fő elemének tanulmányozásával. Tehát ez a nukleinsav a következő elemekből áll:
- enzim érintkezési hurok;
- hurok a riboszómával való érintkezéshez;
- antikodon hurok;
- elfogadó tő;
- maga az antikodon.
És egy kis változó hurkot is rendeljen a másodlagos struktúrában. Az egyik váll 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 aminosavnak külön enzime van – saját aminoacil-tRNS-e.
Minden információ, amely titkosítja az összes szerkezetéta nukleinsavak magában a DNS-ben találhatók. A tRNS szerkezete a bolygó összes élőlényében szinte azonos. 2D-ben nézve úgy fog kinézni, mint egy levél.
Ha azonban térfogatban nézzük, a molekula egy 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.
Egy nukleotid jellemző tulajdonsága, hogy nagyszámú nukleozidot tartalmaz. Ezeknek a kisebb nukleozidoknak több mint 60 típusa létezik.
A tRNS szerkezete és az aminosavak kódolása
Tudjuk, hogy a tRNS antikodon 3 molekula hosszú. 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. A tRNS szerkezete és funkciói így kapcsolódnak egymáshoz.
A sejtben 61 típusú ilyen molekula található. 64 matematikai variáció lehet, azonban 3 fajta tRNS hiányzik, mivel az IRNS-ben pontosan ennyi stopkodon nem rendelkezik antikodonnal.
IRNA és TRNA kölcsönhatása
Vegyük figyelembe egy anyag kölcsönhatását MRNS-sel és RRNS-sel, valamint a TRNS szerkezeti jellemzőit. Felépítés és céla makromolekulák összekapcsolódnak.
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 szükség van egy közvetítő RNS-re – információs.
Az RNS által másolt molekulák szekvenciája alapján a riboszóma fehérjét épít fel. A riboszóma egy különálló polinukleotid szerkezet, amelynek szerkezetét meg kell magyarázni.
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.
Elfogja 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 egymással összefügg. A ribonukleinsav egyik oldalán elhelyezkedő antikodon a maga formájában alkalmas a fő funkcióra - az aminosavak riboszómába való eljuttatására, ahol a fehérje fokozatos igazodása megtörténik. Lényegében a TRNA közvetítőként működik. Feladata csak a szükséges aminosav bevitele.
Amikor információt olvasnak ki az IRNA egyik részéből, a riboszóma tovább mozog a lánc mentén. A mátrix csak az átvitelhez szükségeskódolt információ egyetlen fehérje konfigurációjáról és működéséről. Ezután egy másik tRNS közelíti meg a riboszómát nitrogéntartalmú bázisaival. Dekódolja az RNC 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 új lineáris makromolekula jön létre, amely a szintézis befejeztével gömbölyűvé (golyóvá) csavarodik. A felhasznált tRNS-ek és IRNS-ek, miután betöltötték funkciójukat, kikerülnek a fehérje "gyárból".
Amikor a kodon első része csatlakozik az antikodonhoz, a rendszer meghatározza az olvasási keretet. 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 104 aminosavhoz 1 hiba tartozik. Minden 25 már összeállított fehérje után legalább 1 replikációs hiba biztosan előfordul.
TRNA mint ereklyemolekulák
Mivel a tRNS létezhetett a földi élet keletkezésének idején, ereklyemolekulának nevezik. Úgy gondolják, hogy az RNS az első olyan szerkezet, amely a DNS előtt létezett, majd kialakult. Az RNS-világ hipotézise – a díjazott W alter Gilbert fogalmazta meg 1986-ban. Azonban bizonyítanimég mindig nehéz. Az elméletet nyilvánvaló tények védik – a tRNS-molekulák képesek információblokkokat tárolni, és ezeket az információkat valamilyen módon megvalósítani, azaz működni.
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. Ezenkívül a tRNS szerkezete és funkciói túl bonyolultak ahhoz, hogy egy molekula a Föld bioszférájának elsődleges elemévé váljon.
