RNA in DNA. Kaj je RNA? RNA: struktura, funkcije, vrste

Čas, v katerem živimo, zaznamujejo izjemne spremembe, izjemen napredek, ko ljudje dobijo odgovore na vedno več novih vprašanj. Življenje se hitro premika naprej, in kar se je nedavno zdelo nemogoče, se začne uresničevati. Možno je, da se danes zdi, da je plota iz fantazijskega žanra in kmalu bo dobila tudi značilnosti realnosti.

Eden od najpomembnejših odkritij v drugi polovici dvajsetega stoletja je postal nukleinskih kislin RNK in DNK, ki bi ljudem približali parajo skrivnosti narave.

Nukleinske kisline

Nukleinske kisline - so organske spojine z visoko molekularnimi lastnostmi. Vključujejo vodik, ogljik, dušik in fosfor.

Odkril jih je leta 1869 F. Micher, ki je pregledal gnoj. Vendar pa njegovemu odkritju ni bilo veliko pomena. Šele kasneje, ko so bile te kisline odkrite v vseh živalskih in rastlinskih celicah, je prišlo do razumevanja njihove ogromne vloge.

Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: RNA in DNA (deoksiribonukleinska in ribonukleinska kislina). Ta članek je namenjen ribonukleinski kislini, vendar bomo za splošno razumevanje upoštevali tudi to, kaj je DNK sama.

Kaj je deoksiribonukleinska kislina?

DNA je nukleinska kislina, sestavljena iz dveh pramenov, ki sta v skladu z zakonom o komplementarnosti povezani z vodikovimi vezmi dušikovih baz. Dolge verige so zasukane v spiralo, en zavoj vsebuje skoraj deset nukleotidov. Premer dvojne vijačnice je dva milimetra, razdalja med nukleotidi je približno polovica nanometra. Dolžina ene molekule včasih doseže nekaj centimetrov. Dolžina DNA jedra človeške celice je skoraj dva metra.

Struktura DNA vsebuje vse genetske informacije. DNA ima replikacijo, kar pomeni proces, v katerem se iz ene molekule oblikujeta dva popolnoma identična otroka.

Kot smo že omenili, je vezje sestoji iz nukleotidov vsebovanih v zameno dušikove baze (adenin, gvanin, timin in citozinskih) ter ostanka fosforne kisline. Vsi nukleotidi se razlikujejo v dušikovih bazah. Vodikova vez ne nastane med vsemi bazami, na primer adenin se lahko kombinira samo s timinom ali gvaninom. Tako so adenilni nukleotidi v telesu toliko kot timidni nukleotidi, število gvanijev pa je enako citidilu (Pravilo Chargaff). Izkazalo se je, da zaporedje ene verige predhodno določa zaporedje drugega, verige pa se med seboj zrcalijo. Ta vzorec, kjer so nukleotidi dveh verig urejeni na urejen način in so tudi selektivno povezani, se imenuje načelo komplementarnosti. Poleg vodikovih spojin dvojna vijačnica interagira in hidrofobna.

Obe verigi sta večsmerna, to je, da sta v nasprotnih smereh. Zato je nasproti trinajstega petega konca druge verige.

Zunaj Molekula DNA spominja na spiralno stopnišče s ogrodjem ogrodja sladkorja-fosfata, koraki pa so dopolnilne dušikove baze.

Kaj je ribonukleinska kislina?

RNA je nukleinska kislina z monomeri, imenovani ribonukleotidi.

Z kemijskih lastnostih je zelo podobna DNK, saj sta obe polimeri nukleotidi predstavljajo fosfolirovanny N-glikozid ostanek, ki je zgrajen na pentoze (pet ogljika sladkorja), fosfatna skupina peta ogljikovega atoma in baze dušika pri prvem ogljikovem atomu.

Je ena polinukleotidna veriga (razen virusov), ki je veliko krajša od DNK.

En monomer RNK je ostanek naslednjih snovi:

• dušikove baze;
• pet-ogljikov monosaharid;
• kislinski fosfor.

RNA so pirimidina (citozin in uracil) in purin (adenin, gvanin) baza. Riboza je monosaharid nukleotidne RNK.

Razlike med RNA in DNA

Nukleinske kisline se med seboj razlikujejo v naslednjih lastnostih:

• njegova količina v celici je odvisna od fiziološkega stanja, starosti in organa;
• DNA vsebuje ogljikovodik deoksiriboza in RNA-ribozo;
• dušikova baza v DNA - timin in v RNA - uracil;
• razredi opravljajo različne funkcije, vendar se sintetizirajo na matrici DNA;
• DNA je sestavljena iz dvojne vijačnice in RNA - iz ene verige;
• Za njo so pravila Chargaffa, ki delujejo na DNA, nejasna;
• v RNA bolj manjših bazah;
• verige se bistveno razlikujejo po dolžini.

Zgodovina študija

Celico RNA je prvič odkril biohemičar iz Nemčije R. Altman pri študiji celic kvasovk. Sredi dvajsetega stoletja je bila dokazana vloga DNA v genetiki. Šele takrat so opisali vrste RNA, funkcije in tako naprej. Do 80-90% mase v celici predstavlja r-RNA, ki tvori skupaj z ribosomskimi beljakovinami in sodeluje v biosintezi proteinov.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo najprej predlagano, da obstaja vrsta, ki nosi genetske podatke za sintezo proteinov. Po tem je bilo znanstveno ugotovljeno, da obstajajo takšne informacije ribonukleinske kisline, ki predstavljajo komplementarne kopije genov. Imenujejo se tudi matrike RNA.

Dekodiranje informacij, zabeleženih v njih, vključuje tako imenovane transportne kisline.

Pozneje smo razvili metode za odkrivanje sekvence nukleotidov in vzpostavitev strukture RNK v prostoru kisline. Tako je bilo ugotovljeno, da so nekateri izmed njih, ki se imenuje ribocime lahko cepila poliribonukleotidnye verigo. Zato se je domnevalo, da je v času, ko se je rodilo življenje na planetu, RNA delovala brez DNK in beljakovin. V tem primeru so bile vse spremembe opravljene z njeno udeležbo.

Struktura molekule ribonukleinske kisline

Skoraj vsa RNA so enojne verige polinukleotidov, ki pa so sestavljene iz monoribonukleotidov - purinske in pirimidinske baze.

Nukleotidi so označeni z začetnimi črkami osnov:

• adenin (A), A;
• gvanin (G), G;
• citozin (C), C;
• uracil (U), U.

Povezujejo jih tri- in pet-fosfodiesterne vezi.

Najbolj različno število nukleotidov (od nekaj deset do deset tisoč) je vključeno v strukturo RNK. Lahko tvorijo sekundarno strukturo, ki sestoji predvsem iz kratkih dvojnih vijačnic, ki jih sestavljajo dopolnilne baze.

Struktura molekule ribonukleinske kisline

Kot smo že omenili, ima molekula enodružno strukturo. RNA dobi sekundarno strukturo in obliko kot posledica interakcije nukleotidov med seboj. Je polimer, katerega monomer je nukleotid, ki ga sestavljajo sladkor, ostanek fosforne kisline in dušikova baza. Zunaj je molekula podobna eni od pramenov DNA. Nukleotidi adenin in gvanin, ki so del RNK, so purin. Citosin in uracil sta pirimidinska baza.

Sintezni proces

Za sintetiziranje molekule RNK je matrika molekula DNA. Vendar se zgodi in obratni proces, ko se na ribonukleični matriki tvorijo nove molekule deoksiribonukleinske kisline. To se zgodi pri ponovitvi nekaterih vrst virusov.

Osnova za biosintezo lahko služi tudi drugim molekulam ribonukleinske kisline. V transkripciji, ki se pojavi v jedru celice, sodelujejo številni encimi, najpomembnejša pa je polimeraza RNA.

Vrste

Odvisno od vrste RNK se njene funkcije razlikujejo. Obstaja več vrst:

• informacije in RNA;
• ribosomalna p-RNA;
• transport t-RNA;
• manjši;
• ribozymes;
• virus.

Informacijska ribonukleinska kislina

Take molekule imenujemo tudi molekule matriksa. V celici predstavljajo približno dva odstotka celote. V evkariontskih celicah jih sintetiziramo v jedru na matricah DNK, nato pa prehajajo v citoplazmo in se vežejo na ribosome. Nadalje postanejo matriki za sintezo proteinov: povezani so s transportnimi RNA-ji, ki prenašajo aminokisline. To je proces preoblikovanja informacij, ki se uresničuje v edinstveni strukturi proteinov. V nekaterih virusnih RNA je tudi kromosom.

Jakob in Mano sta odkrili to vrsto. Ker nima toge strukture, njena veriga tvori ukrivljene zanke. Brez delovanja se i-RNA zbira v gube in se zlepi v zaplet, in se v delovnem redu razvije.

in-RNA prenaša informacije o zaporedju aminokislin v sintetiziranem proteinu. Vsaka aminokislina je kodirana na določenem mestu s pomočjo genetskih kod, ki so značilne za:

• triplet - od štirih mononukleotidov je mogoče zgraditi 64 kodonov (genetski kod);
• ne prekrivajo se - informacije se premikajo v eni smeri;
• kontinuiteta - načelo delovanja je zmanjšano na dejstvo, da je ena i-RNA enojna beljakovina;
• univerzalnost - ta ali tista vrsta aminokislin je enako kodirana v vseh živih organizmih;
• Izrođenost - dvajset aminokislin so znani in kodon - enainšestdeset, kar pomeni, da so kodirana z več genetski kod.

Ribosomalna ribonukleinska kislina

Takšne molekule predstavljajo veliko večino celične RNK, in sicer od osemdeset do devetdeset odstotkov vsega. Kombinirajo se z beljakovinami in tvorijo ribosome - to so organoidi, ki izvajajo sintezo beljakovin.

Ribosomi sestavljajo 65 odstotkov r-RNK in petinpetdeset odstotkov beljakovin. Ta polinukleotidna veriga je zlahka upognjena skupaj s proteinom.

Ribosom je sestavljen iz aminokislinskih in peptidnih mest. Nahajajo se na kontaktnih površinah.

Ribosomi se prosto gibljejo v celici, sintetiziranje beljakovin v na pravih mestih. Niso zelo specifični in ne morejo prebrati le informacij iz i-RNK, temveč tudi z njimi tvorijo matrico.

Transport ribonukleinska kislina

t-RNA so najbolj raziskani. Tvorijo deset odstotkov celične ribonukleinske kisline. Te vrste RNA se vežejo na aminokisline, zahvaljujoč posebnemu encimu in so dostavljene ribosomom. V tem primeru se aminokisline prevažajo s transportnimi molekulami. Vendar se zgodi, da je amino kislina kodirana z različnimi kodoni. Nato jih bodo prevažali z več transportnimi RNA.

Gube v glomerulus, ko je neaktiven, vendar deluje, izgleda kot list detelje.

Odlikuje naslednja področja:

• Akceptorsko steblo, ki ima nukleotidno sekvenco ATSTS;
• mesto, ki služi za pridružitev ribosomu;
• antikodon, ki kodira aminokislino, ki je pritrjena na to tRNA.

Manjša vrsta ribonukleinske kisline

Nedavno so se vrste RNA dopolnile z novim razredom, tako imenovanimi majhnimi RNK. So najverjetneje univerzalni regulatorji, ki geni vklopijo ali izklapljajo v zarodnem razvoju in nadzorujejo procese znotraj celic.

Ribozimi so tudi na novo odkriti, aktivno sodelujejo, ko je fermentirana RNA kislina, ki je katalizator.

Virusne vrste kislin

Virus lahko vsebuje ribonukleinsko kislino ali deoksiribonukleinsko kislino. Zato z ustreznimi molekulami imenujemo RNA. Ko virus vstopi v to celico, pride do povratnega prepisa - nova DNA se tvori na osnovi ribonukleinske kisline, ki je vgrajena v celice in zagotavlja obstoj in množenje virusa. V drugem primeru nastane komplementarna RNA. Proteinski virusi, vitalna aktivnost in razmnoževanje gredo brez DNK, vendar le na podlagi podatkov, ki jih vsebuje RNA virusa.

Podvajanje

Da bi izboljšali splošno razumevanje, je treba upoštevati proces replikacije, ki ima za posledico nastanek dveh identičnih molekul nukleinske kisline. Tako se začne delitev celic.

Vključuje DNA polimeraze, DNA-odvisne, RNA-polimeraze in DNA-ligaze.

Postopek podvajanja je sestavljen iz naslednjih korakov:

• Despiralizacija - postopoma se odvija matična DNA, ki zajema celotno molekulo;
• lomljenje vodikovih vezi, na katerem se verige razhajajo, in se pojavi replikacijska vilica;
• prilagoditev dNTP na osvobojenih bazah matičnih vezij;
• odstranitev pirofosfatov iz dNTP molekul in nastanek fosfornih in dinamičnih vezi zaradi sproščene energije;
• dihanje.

Po nastanku hčerinske molekule se delijo jedro, citoplazma in ostalo. Tako se oblikujejo dve hčerinski celici, v celoti dobijo vse genetske informacije.

Poleg tega je primarna struktura proteinov kodirana, ki se sintetizirajo v celici. DNK v tem procesu ima posreden del in ne neposredno, da gre za DNK, ki je vključena v sintezo proteinov in RNA. Ta proces se imenuje transkripcija.

Transkripcija

Sinteza vseh molekul pride med transkripcijo, to je, prepisovanje genetskih informacij iz določenega operon DNA. Postopek v nekaterih točkah je podoben replikaciji, v drugih pa se od njega bistveno razlikuje.

Podobnosti so naslednji deli:

• začetek pride z despilalizacijo DNA;
• obstaja vodikove vezi med bazami verig;
• ki jih dopolnjujejo NTF-ji;
• nastanejo vodikove vezi.

Razlike med replikacijo:

• med transkripcijo se razkrije samo del DNK, ki ustreza transkriptonu, medtem ko se med replikacijo celotna molekula pretvori v tkanje;
• ko se prepisujejo, prilagoditveni NTP vsebujejo ribozo in namesto timina, uracila;
• informacije se odpisujejo samo z določenega spletnega mesta;
• po nastanku molekule se vodikove vezi in sintetizirana veriga zlomijo in veriga drsi off DNA.

Pri normalnem delovanju mora primarna struktura RNK vsebovati le razgradnjo DNK iz eksonskih mest.

Novo oblikovana RNK začne postopek zorenja. Tihi odseki so izrezani in informativne navzkrižne povezave, ki tvorijo polinukleotidno verigo. Poleg tega ima vsaka vrsta lastne preobrazbe.

V i-RNA se pojavi pritisk na začetni konec. Poliadenilat se doda na končno mesto.

V tRNA so osnove spremenjene, da tvorijo manjše vrste.

V r-RNA so tudi metilirane ločene baze.

Zaščitite pred uničenjem in izboljšajte transport do citoplazme beljakovin. RNA v zrelem stanju je kombinirana z njimi.

Vrednost dezoksiribonukleinskih in ribonukleinskih kislin

Nukleinske kisline so zelo pomembne v življenju organizmov. V njih se shranjujejo, prenesejo v citoplazmo in se z dedovanjem prenesejo na hčerinske celice informacije o beljakovinah, sintetiziranih v vsaki celici. Prisotni so v vseh živih organizmih, stabilnost teh kislin igra ključno vlogo za normalno delovanje celic in celega organizma. Vse spremembe v njihovi strukturi bodo vodile do celičnih sprememb.