Az idő, amelyben élünk, elképesztő változások, hatalmas fejlődés jellemzi, amikor az emberek egyre több új kérdésre kapnak választ. Az élet rohamosan halad előre, és ami egészen a közelmúltig lehetetlennek tűnt, az kezd valóra válni. Lehetséges, hogy ami ma a sci-fi műfajának cselekményének tűnik, hamarosan a valóság jegyeit is elnyeri.
A huszadik század második felében az egyik legfontosabb felfedezés az RNS és a DNS nukleinsavak voltak, amelyeknek köszönhetően az ember közelebb került a természet titkainak megfejtéséhez.
Nukleinsavak
A nukleinsavak makromolekuláris tulajdonságokkal rendelkező szerves vegyületek. Hidrogénből, szénből, nitrogénből és foszforból állnak.
1869-ben fedezte fel F. Miescher, aki megvizsgálta a gennyet. Akkoriban azonban felfedezésének nem tulajdonítottak nagy jelentőséget. Csak később, amikor ezeket a savakat minden állati és növényi sejtben megtalálták, akkor érthető meg óriási szerepük.
Kétféle nukleinsav létezik: RNS és DNS (ribonukleinsav és dezoxiribonukleinsavsavak). Ez a cikk a ribonukleinsavról szól, de az általános megértés érdekében nézzük meg azt is, hogy mi is az a DNS.
Mi az a dezoxiribonukleinsav?
A DNS egy nukleinsav, amely két szálból áll, amelyek a komplementaritás törvénye szerint nitrogéntartalmú bázisok hidrogénkötéseivel kapcsolódnak össze. A hosszú láncok spirálba csavarodnak, egy fordulat csaknem tíz nukleotidot tartalmaz. A kettős hélix átmérője két milliméter, a nukleotidok közötti távolság körülbelül fél nanométer. Egy molekula hossza néha eléri a több centimétert is. Az emberi sejt magjának DNS-ének hossza közel két méter.
A DNS szerkezete tartalmazza az összes genetikai információt. A DNS-nek van replikációja, ami azt a folyamatot jelenti, amelynek során egy molekulából két teljesen egyforma leánymolekula keletkezik.
Mint már említettük, a lánc nukleotidokból áll, amelyek viszont nitrogénbázisokból (adenin, guanin, timin és citozin) és egy foszforsav-maradékból állnak. Az összes nukleotid nitrogénbázisban különbözik. Hidrogénkötés nem jön létre minden bázis között, az adenin például csak timinnel vagy guaninnal tud egyesülni. Így annyi adenil-nukleotid van a szervezetben, mint timidil-nukleotid, és a guanil-nukleotidok száma megegyezik a citidil-nukleotidok számával (Chargaff-szabály). Kiderült, hogy az egyik lánc sorrendje előre meghatározza egy másik lánc sorrendjét, és úgy tűnik, hogy a láncok tükrözik egymást. Az ilyen mintázatot, ahol két lánc nukleotidjai rendezetten helyezkednek el, és szelektíven is kapcsolódnak egymáshoz, az ún.a komplementaritás elve. A hidrogénvegyületeken kívül a kettős hélix hidrofób kölcsönhatásba is lép.
Két lánc ellentétes irányú, azaz ellentétes irányban helyezkednek el. Ezért az egyik három végével szemben van a másik lánc ötvége.
Külsőleg a DNS-molekula egy csigalépcsőhöz hasonlít, amelynek korlátja cukor-foszfát gerinc, a lépcsőfokok pedig komplementer nitrogénbázisok.
Mi az a ribonukleinsav?
RNS egy nukleinsav monomerekkel, amelyeket ribonukleotidoknak neveznek.
Kémiai tulajdonságaiban nagyon hasonlít a DNS-hez, mivel mindkettő nukleotidok polimerje, amelyek egy foszforilált N-glikozid, amely egy pentóz (öt szénatomos cukor) maradékra épül, és egy foszfátcsoportot tartalmaz. az ötödik szénatom és egy nitrogénbázis az első szénatomnál.
Egyetlen polinukleotid lánc (a vírusok kivételével), amely sokkal rövidebb, mint a DNS-é.
Egy RNS monomer a következő anyagok maradékai:
- nitrogénbázisok;
- öt szénatomos monoszacharid;
- foszforsavak.
Az RNS-ek pirimidin (uracil és citozin) és purin (adenin, guanin) bázisokat tartalmaznak. A ribóz az RNS-nukleotid monoszacharidja.
Az RNS és a DNS közötti különbségek
A nukleinsavak a következő módokon különböznek egymástól:
- mennyisége a sejtben függ a fiziológiai állapottól, életkortól és szervi hovatartozástól;
- A DNS szénhidrátot tartalmazdezoxiribóz és RNS - ribóz;
- A DNS nitrogénbázisa a timin, az RNS-ben pedig az uracil;
- az osztályok különböző funkciókat látnak el, de a DNS-mátrixon szintetizálódnak;
- DNS kettős hélix, RNS egyszálú;
- nem jellemző a DNS Chargaff-szabályaira;
- RNS-nek több kisebb bázisa van;
- a láncok hossza jelentősen eltér.
Tanulmányi előzmények
Az RNS-sejtet először R. Altman német biokémikus fedezte fel élesztősejtek tanulmányozása közben. A huszadik század közepén bebizonyosodott a DNS szerepe a genetikában. Csak ezután írták le az RNS típusait, funkcióit stb. A sejt tömegének 80-90%-a az rRNS-re esik, amely a fehérjékkel együtt riboszómát alkot, és részt vesz a fehérje bioszintézisében.
A múlt század hatvanas éveiben először merült fel, hogy léteznie kell egy bizonyos fajnak, amely hordozza a fehérjeszintézis genetikai információit. Ezt követően tudományosan megállapították, hogy léteznek ilyen információs ribonukleinsavak, amelyek a gének komplementer másolatait képviselik. Messenger RNS-eknek is nevezik őket.
Az úgynevezett szállító savak részt vesznek a bennük rögzített információk dekódolásában.
Később elkezdtek módszereket fejleszteni a nukleotidok szekvenciájának azonosítására és az RNS szerkezetének megállapítására a savtérben. Így azt találták, hogy néhány közülük, amelyeket ribozimeknek neveztek, képesek poliribonukleotid láncokat hasítani. Ennek eredményeként kezdték azt feltételezni, hogy abban az időben, amikor az élet megjelent a bolygón,Az RNS DNS és fehérjék nélkül működött. Ráadásul minden átalakítás az ő részvételével történt.
A ribonukleinsav molekula szerkezete
Majdnem minden RNS egyláncú polinukleotid, amely viszont monoribonukleotidokból – purin- és pirimidinbázisokból – áll.
A nukleotidokat a bázisok kezdőbetűi jelölik:
- adenin (A), A;
- guanin (G), G;
- citozin (C), C;
- uracil (U), U.
Három és öt foszfodiészter kötések kötik össze őket.
A legváltozatosabb számú nukleotid (több tíztől tízezerig) szerepel az RNS szerkezetében. Másodlagos szerkezetet alkothatnak, amely főleg rövid, kétszálú szálakból áll, amelyeket komplementer bázisok alkotnak.
A ribnukleinsav molekula szerkezete
Amint már említettük, a molekula egyszálú szerkezettel rendelkezik. Az RNS másodlagos szerkezetét és alakját a nukleotidok egymással való kölcsönhatása eredményeként kapja meg. Ez egy polimer, amelynek monomerje egy cukorból, egy foszforsav-maradékból és egy nitrogénbázisból álló nukleotid. Külsőleg a molekula hasonló az egyik DNS-lánchoz. Az adenin és guanin nukleotidok, amelyek az RNS részét képezik, purinok. A citozin és az uracil pirimidinbázisok.
Szintézis folyamat
A szintetizálandó RNS-molekula templátja egy DNS-molekula. Igaz, a fordított folyamat is megtörténik, amikor a ribonukleinsavmátrixon új dezoxiribonukleinsavmolekulák képződnek. Ilyenbizonyos típusú vírusok replikációja során fordul elő.
A bioszintézis alapja más ribonukleinsavmolekulákként is szolgálhat. A sejtmagban végbemenő transzkripciója számos enzimet érint, de ezek közül a legjelentősebb az RNS polimeráz.
Megtekintések
Az RNS típusától függően funkciói is eltérőek. Többféle típus létezik:
- információs i-RNA;
- riboszomális rRNS;
- transzport t-RNS;
- kiskorú;
- ribozimek;
- vírus.
Információs ribonukleinsav
Az ilyen molekulákat mátrixnak is nevezik. Körülbelül két százalékot tesznek ki a sejtben. Az eukarióta sejtekben a DNS-templátokon lévő magokban szintetizálódnak, majd átjutnak a citoplazmába, és riboszómákhoz kötődnek. Továbbá a fehérjeszintézis templátjává válnak: aminosavakat hordozó transzfer RNS-ek kapcsolódnak hozzájuk. Így megy végbe az információ átalakulás folyamata, amely a fehérje egyedi szerkezetében valósul meg. Egyes vírus RNS-ekben ez is kromoszóma.
Jacob és Mano ennek a fajnak a felfedezői. Nem merev szerkezetű, lánca ívelt hurkokat képez. Nem működik, az i-RNS gyűrődésekké gyűlik össze, majd labdává gyűlik össze, és működőképes állapotban bontakozik ki.
Az
i-RNS információt hordoz a szintetizálandó fehérje aminosav-szekvenciájáról. Minden aminosavat egy meghatározott helyen kódolnak a következő genetikai kódok segítségével:
- tripletitás - négy mononukleotidból hatvannégy kodon építhető (genetikai kód);
- nem átkelő - az információ egy irányba mozog;
- folytonosság - a működési elv az, hogy egy mRNS egy fehérje;
- univerzális - az aminosavak egyik vagy másik típusa minden élő szervezetben azonos módon kódolódik;
- degeneráció - húsz aminosav ismert, és hatvanegy kodon, vagyis többféle genetikai kód kódolja őket.
Riboszomális ribonukleinsav
Ezek a molekulák teszik ki a sejt RNS-ének túlnyomó részét, nevezetesen a teljes mennyiség nyolcvan-kilencven százalékát. A fehérjékkel egyesülve riboszómákat képeznek – ezek olyan organellumok, amelyek fehérjeszintézist hajtanak végre.
A riboszómák hatvanöt százalékban rRNS-ből és harmincöt százalékban fehérjékből állnak. Ez a polinukleotid lánc könnyen összehajt a fehérjével együtt.
A riboszóma aminosav- és peptidrégiókból áll. Az érintkezési felületeken találhatók.
A riboszómák szabadon mozognak a sejtben, és a megfelelő helyeken szintetizálják a fehérjéket. Nem túl specifikusak, és nem csak információt tudnak olvasni az mRNS-ből, hanem mátrixot is alkotnak velük.
Ribonukleinsav szállítása
A
t-RNS a leginkább tanulmányozott. A sejt ribonukleinsavának tíz százalékát teszik ki. Az ilyen típusú RNS egy speciális enzimnek köszönhetően aminosavakhoz kötődik, és a riboszómákba kerül. Ugyanakkor az aminosavak szállítása is történikmolekulák. Előfordul azonban, hogy egy aminosavat különböző kodonok kódolnak. Ezután több transzport RNS hordozza őket.
Inaktív állapotban labdává gömbölyödik, de úgy működik, mint egy lóhere.
A következő szakaszokat különböztetjük meg benne:
- ACC nukleotidszekvenciájú akceptor törzs;
- a riboszómához való kapcsolódás helye;
- egy antikodon, amely a tRNS-hez kapcsolódó aminosavat kódolja.
Ribonukleinsav kisebb fajtái
A közelmúltban az RNS-fajok egy új osztállyal, az úgynevezett kis RNS-sel bővültek. Valószínűleg univerzális szabályozók, amelyek be- vagy kikapcsolják a géneket az embrionális fejlődés során, valamint a sejten belüli folyamatokat.
A ribozimeket is nemrégiben azonosították, aktívan részt vesznek az RNS-sav fermentációjában, katalizátorként működnek.
Vírusos savak
A vírus ribonukleinsavat vagy dezoxiribonukleinsavat tartalmazhat. Ezért a megfelelő molekulákkal együtt RNS-tartalmúnak nevezik őket. Amikor egy ilyen vírus belép a sejtbe, reverz transzkripció történik - ribonukleinsav alapján új DNS jelenik meg, amelyek beépülnek a sejtekbe, biztosítva a vírus létezését és szaporodását. Egy másik esetben komplementer RNS képződése megy végbe a beérkező RNS-en. A vírusok fehérjék, a létfontosságú tevékenység és a szaporodás DNS nélkül megy végbe, de csak a vírus RNS-ében található információk alapján.
Replikáció
A közmegértés javítása érdekében szükségesTekintsük azt a replikációs folyamatot, amely két azonos nukleinsavmolekulát eredményez. Így kezdődik a sejtosztódás.
DNS-polimerázokat, DNS-függőket, RNS-polimerázokat és DNS-ligázokat foglal magában.
A replikációs folyamat a következő lépésekből áll:
- despiralizáció – az anyai DNS szekvenciális feltekercselése történik, ami a teljes molekulát befogja;
- hidrogénkötések felszakadása, amelyben a láncok szétválnak, és megjelenik egy replikációs villa;
- a dNTP-k igazítása a szülőláncok felszabadított bázisaihoz;
- pirofoszfátok lehasadása dNTP molekulákból és foszfor-diészter kötések kialakulása a felszabaduló energia miatt;
- respiralizáció.
A leánymolekula kialakulása után a sejtmag, a citoplazma és a többi feloszlik. Így két leánysejt képződik, amelyek teljesen megkapták az összes genetikai információt.
Ezenkívül a sejtben szintetizálódó fehérjék elsődleges szerkezete is kódolva van. Ebben a folyamatban a DNS közvetetten vesz részt, és nem közvetlen, ami abból áll, hogy a DNS-en megy végbe a fehérjék, a képződésben részt vevő RNS szintézise. Ezt a folyamatot transzkripciónak nevezik.
Átírás
Az összes molekula szintézise a transzkripció során megy végbe, vagyis egy adott DNS-operonból származó genetikai információ átírása során. A folyamat bizonyos tekintetben hasonlít a replikációhoz, másokban nagyon eltérő.
A hasonlóságok a következők:
- DNS despiralizációval kezdődik;
- hidrogénrepedés következik bekapcsolatok a láncok alapjai között;
- NTF-ek kiegészítik őket;
- hidrogénkötések jönnek létre.
Különbségek a replikációtól:
- átírás közben a DNS-nek csak a transzkripciónak megfelelő része csavarodik ki, míg a replikáció során a teljes molekula csavarodik ki;
- átíráskor a hangolható NTF-ek ribózt és uracilt tartalmaznak timin helyett;
- információkat csak egy bizonyos területről írnak le;
- a molekula kialakulása után a hidrogénkötések és a szintetizált lánc megszakad, és a lánc lecsúszik a DNS-ről.
A normál működés érdekében az RNS elsődleges szerkezete csak exonokból másolt DNS-szakaszokból állhat.
Az érési folyamat az újonnan képződött RNS-ben kezdődik. A csendes régiók kivágásra kerülnek, és az informatív régiók fuzionálva polinukleotid láncot alkotnak. Továbbá minden fajnak megvannak a maga átalakulásai.
Az i-RNS-ben a kezdeti véghez kötődik. A poliadenilát a végső helyhez kapcsolódik.
A TRNS-bázisok úgy módosulnak, hogy kisebb fajokat képezzenek.
Az rRNS-ben az egyes bázisok is metiláltak.
Védje meg a fehérjéket a pusztulástól, és javítja a citoplazmába való szállítását. Az érett RNS kötődik hozzájuk.
A dezoxiribonukleinsavak és ribonukleinsavak jelentősége
A nukleinsavak nagy jelentőséggel bírnak az élőlények életében. Ezekben tárolódik, átkerül a citoplazmába, és a leánysejtek öröklikinformációkat az egyes sejtekben szintetizált fehérjékről. Minden élő szervezetben jelen vannak, ezeknek a savaknak a stabilitása fontos szerepet játszik mind a sejtek, mind az egész szervezet normális működésében. A szerkezetükben bekövetkezett bármilyen változás sejtelváltozásokhoz vezet.
