Η αλληλεπίδραση και η δομή των IRNA, tRNA, RRNA - των τριών κύριων νουκλεϊκών οξέων, θεωρείται από μια τέτοια επιστήμη όπως η κυτταρολογία. Θα βοηθήσει να μάθουμε ποιος είναι ο ρόλος του ριβονουκλεϊκού οξέος μεταφοράς (tRNA) στα κύτταρα. Αυτό το πολύ μικρό, αλλά ταυτόχρονα αναμφισβήτητα σημαντικό μόριο συμμετέχει στη διαδικασία συνδυασμού των πρωτεϊνών που αποτελούν το σώμα.
Ποια είναι η δομή του tRNA; Είναι πολύ ενδιαφέρον να εξετάσουμε αυτή την ουσία «από μέσα», να ανακαλύψουμε τη βιοχημεία και τον βιολογικό της ρόλο. Και επίσης, πώς συνδέονται η δομή του tRNA και ο ρόλος του στη σύνθεση πρωτεϊνών;
Τι είναι το tRNA, πώς λειτουργεί;
Μεταφορά ριβονουκλεϊκού οξέος εμπλέκεται στην κατασκευή νέων πρωτεϊνών. Σχεδόν το 10% όλων των ριβονουκλεϊκών οξέων είναι μεταφορά. Για να καταστεί σαφές από ποια χημικά στοιχεία σχηματίζεται ένα μόριο, θα περιγράψουμε τη δομή της δευτερογενούς δομής του tRNA. Η δευτερογενής δομή λαμβάνει υπόψη όλους τους κύριους χημικούς δεσμούς μεταξύ των στοιχείων.
Αυτό είναι ένα μακρομόριο που αποτελείται από μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Οι αζωτούχες βάσεις σε αυτό συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου. Όπως και στο DNA, το RNA έχει 4 αζωτούχες βάσεις: αδενίνη,κυτοσίνη, γουανίνη και ουρακίλη. Σε αυτές τις ενώσεις, η αδενίνη συνδέεται πάντα με την ουρακίλη και η γουανίνη, ως συνήθως, με την κυτοσίνη.
Γιατί ένα νουκλεοτίδιο έχει το πρόθεμα ριβο-; Απλώς, όλα τα γραμμικά πολυμερή που έχουν ριβόζη αντί για πεντόζη στη βάση του νουκλεοτιδίου ονομάζονται ριβονουκλεϊκά. Και το RNA μεταφοράς είναι ένας από τους 3 τύπους ενός τέτοιου ριβονουκλεϊκού πολυμερούς.
Δομή του tRNA: βιοχημεία
Ας δούμε τα βαθύτερα στρώματα της μοριακής δομής. Αυτά τα νουκλεοτίδια έχουν 3 συστατικά:
- Σακχαρόζη, η ριβόζη εμπλέκεται σε όλους τους τύπους RNA.
- Φωσφορικό οξύ.
- Αζωτούχες βάσεις. Αυτές είναι πουρίνες και πυριμιδίνες.
Οι αζωτούχες βάσεις αλληλοσυνδέονται με ισχυρούς δεσμούς. Είναι σύνηθες να διαιρούνται οι βάσεις σε πουρίνη και πυριμιδίνη.
Πουρίνες είναι η αδενίνη και η γουανίνη. Η αδενίνη αντιστοιχεί σε ένα νουκλεοτίδιο αδενυλίου με 2 διασυνδεδεμένους δακτυλίους. Και η γουανίνη αντιστοιχεί στο ίδιο νουκλεοτίδιο γουανίνης "μονού δακτυλίου".
Οι πυραμιδίνες είναι η κυτοσίνη και η ουρακίλη. Οι πυριμιδίνες έχουν μια ενιαία δομή δακτυλίου. Δεν υπάρχει θυμίνη στο RNA, αφού αντικαθίσταται από ένα στοιχείο όπως η ουρακίλη. Αυτό είναι σημαντικό να το κατανοήσετε πριν εξετάσετε άλλα δομικά χαρακτηριστικά του tRNA.
Τύποι RNA
Όπως μπορείτε να δείτε, η δομή του TRNA δεν μπορεί να περιγραφεί εν συντομία. Πρέπει να εμβαθύνετε στη βιοχημεία για να κατανοήσετε τον σκοπό του μορίου και την πραγματική του δομή. Ποια άλλα ριβοσωματικά νουκλεοτίδια είναι γνωστά; Υπάρχουν επίσης μήτρα ή πληροφοριακά και ριβοσωματικά νουκλεϊκά οξέα. Συντομεύεται ως RNA και RNA. Και τα 3τα μόρια συνεργάζονται στενά μεταξύ τους στο κύτταρο, έτσι ώστε το σώμα να λαμβάνει σωστά δομημένα σφαιρίδια πρωτεΐνης.
Είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς τη δουλειά ενός πολυμερούς χωρίς τη βοήθεια άλλων 2. Τα δομικά χαρακτηριστικά των tRNA γίνονται πιο κατανοητά όταν τα δούμε σε συνδυασμό με λειτουργίες που σχετίζονται άμεσα με το έργο των ριβοσωμάτων.
Η δομή των IRNA, tRNA, RRNA είναι παρόμοια από πολλές απόψεις. Όλα έχουν βάση ριβόζης. Ωστόσο, η δομή και οι λειτουργίες τους είναι διαφορετικές.
Ανακάλυψη νουκλεϊκών οξέων
Ο Ελβετός Johann Miescher βρήκε μακρομόρια στον κυτταρικό πυρήνα το 1868, που αργότερα ονομάστηκαν νουκλεΐνες. Το όνομα "πυρήνες" προέρχεται από τη λέξη (πυρήνας) - ο πυρήνας. Αν και λίγο αργότερα διαπιστώθηκε ότι σε μονοκύτταρα πλάσματα που δεν έχουν πυρήνα, υπάρχουν και αυτές οι ουσίες. Στα μέσα του 20ου αιώνα, ελήφθη το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της σύνθεσης νουκλεϊκών οξέων.
Λειτουργεί το TRNA στη σύνθεση πρωτεϊνών
Το ίδιο το όνομα - RNA μεταφοράς μιλά για την κύρια λειτουργία του μορίου. Αυτό το νουκλεϊκό οξύ "φέρνει" μαζί του το απαραίτητο αμινοξύ που απαιτείται από το ριβοσωμικό RNA για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης.
Το μόριο tRNA έχει λίγες λειτουργίες. Η πρώτη είναι η αναγνώριση του κωδικονίου IRNA, η δεύτερη λειτουργία είναι η παροχή δομικών στοιχείων - αμινοξέων για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Μερικοί περισσότεροι ειδικοί διακρίνουν τη λειτουργία αποδοχής. Δηλαδή την προσθήκη αμινοξέων σύμφωνα με την ομοιοπολική αρχή. Ένα ένζυμο όπως η συνθάση αμινοκιλλίου-tRNA βοηθά στην «προσκόλληση» αυτού του αμινοξέος.
Πώς σχετίζεται η δομή του tRNA με αυτόλειτουργίες; Αυτό το ειδικό ριβονουκλεϊκό οξύ είναι διατεταγμένο με τέτοιο τρόπο ώστε στη μία πλευρά του να υπάρχουν αζωτούχες βάσεις, οι οποίες συνδέονται πάντα ανά ζεύγη. Αυτά είναι τα γνωστά σε εμάς στοιχεία - A, U, C, G. Ακριβώς 3 "γράμματα" ή αζωτούχες βάσεις συνθέτουν το αντικωδικόνιο - το αντίστροφο σύνολο στοιχείων που αλληλεπιδρά με το κωδικόνιο σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας.
Αυτό το σημαντικό δομικό χαρακτηριστικό του tRNA διασφαλίζει ότι δεν θα υπάρχουν σφάλματα κατά την αποκωδικοποίηση του εκμαγείου νουκλεϊκού οξέος. Εξάλλου, εξαρτάται από την ακριβή αλληλουχία των αμινοξέων εάν η πρωτεΐνη που χρειάζεται ο οργανισμός αυτή τη στιγμή συντίθεται σωστά.
Χαρακτηριστικά κτιρίου
Ποια είναι τα δομικά χαρακτηριστικά του tRNA και ο βιολογικός του ρόλος; Αυτή είναι μια πολύ αρχαία κατασκευή. Το μέγεθός του είναι κάπου γύρω στα 73 - 93 νουκλεοτίδια. Το μοριακό βάρος μιας ουσίας είναι 25.000–30.000.
Η δομή της δευτερογενούς δομής του tRNA μπορεί να αποσυναρμολογηθεί μελετώντας τα 5 κύρια στοιχεία του μορίου. Έτσι, αυτό το νουκλεϊκό οξύ αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:
- βρόχος επαφής ενζύμου;
- βρόχος για επαφή με το ριβόσωμα;
- βρόχος αντικωδικών;
- στέλεχος αποδοχής;
- το ίδιο το αντικωδικόνιο.
Και επίσης εκχωρήστε έναν μικρό βρόχο μεταβλητής στη δευτερεύουσα δομή. Ένας ώμος σε όλους τους τύπους tRNA είναι ο ίδιος - ένα στέλεχος δύο υπολειμμάτων κυτοσίνης και ενός αδενοσίνης. Σε αυτό το μέρος γίνεται η σύνδεση με 1 από τα 20 διαθέσιμα αμινοξέα. Κάθε αμινοξύ έχει ένα ξεχωριστό ένζυμο - το δικό του αμινοακυλο-tRNA.
Όλες οι πληροφορίες που κρυπτογραφούν τη δομή όλωνΤα νουκλεϊκά οξέα βρίσκονται στο ίδιο το DNA. Η δομή του tRNA σε όλα τα ζωντανά πλάσματα στον πλανήτη είναι σχεδόν πανομοιότυπη. Θα μοιάζει με φύλλο όταν το προβάλετε σε δύο διαστάσεις.
Ωστόσο, αν κοιτάξετε σε όγκο, το μόριο μοιάζει με μια γεωμετρική δομή σε σχήμα L. Αυτή θεωρείται η τριτοταγής δομή του tRNA. Αλλά για την ευκολία της μελέτης, είναι συνηθισμένο να "ξεδιπλώνουμε" οπτικά. Η τριτογενής δομή σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης στοιχείων της δευτερεύουσας δομής, εκείνων των μερών που αλληλοσυμπληρώνονται.
Οι βραχίονες ή οι δακτύλιοι tRNA παίζουν σημαντικό ρόλο. Ένας βραχίονας, για παράδειγμα, απαιτείται για τη χημική σύνδεση με ένα συγκεκριμένο ένζυμο.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός νουκλεοτιδίου είναι η παρουσία ενός τεράστιου αριθμού νουκλεοζιτών. Υπάρχουν περισσότεροι από 60 τύποι αυτών των δευτερευόντων νουκλεοζιτών.
Δομή του tRNA και κωδικοποίηση αμινοξέων
Γνωρίζουμε ότι το αντικωδικόνιο tRNA έχει μήκος 3 μόρια. Κάθε αντικωδικόνιο αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο, «προσωπικό» αμινοξύ. Αυτό το αμινοξύ συνδέεται με το μόριο tRNA χρησιμοποιώντας ένα ειδικό ένζυμο. Μόλις τα 2 αμινοξέα ενωθούν, οι δεσμοί στο tRNA σπάνε. Όλες οι χημικές ενώσεις και τα ένζυμα χρειάζονται μέχρι τον απαιτούμενο χρόνο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η δομή και οι λειτουργίες του tRNA συνδέονται μεταξύ τους.
Υπάρχουν 61 τύποι τέτοιων μορίων στο κύτταρο. Μπορεί να υπάρχουν 64 μαθηματικές παραλλαγές. Ωστόσο, λείπουν 3 τύποι tRNA λόγω του γεγονότος ότι αυτός ακριβώς ο αριθμός των κωδικονίων λήξης στο IRNA δεν έχει αντικωδικόνια.
Αλληλεπίδραση IRNA και TRNA
Ας εξετάσουμε την αλληλεπίδραση μιας ουσίας με το MRNA και το RRNA, καθώς και τα δομικά χαρακτηριστικά του TRNA. Δομή και σκοπόςτα μακρομόρια είναι αλληλένδετα.
Η δομή του IRNA αντιγράφει πληροφορίες από ένα ξεχωριστό τμήμα του DNA. Το ίδιο το DNA είναι πολύ μεγάλη σύνδεση μορίων και δεν φεύγει ποτέ από τον πυρήνα. Επομένως, χρειάζεται ένα ενδιάμεσο RNA - ενημερωτικό.
Με βάση την αλληλουχία των μορίων που αντιγράφονται από το RNA, το ριβόσωμα δημιουργεί μια πρωτεΐνη. Το ριβόσωμα είναι μια ξεχωριστή πολυνουκλεοτιδική δομή, η δομή της οποίας πρέπει να εξηγηθεί.
Ριβοσωμική αλληλεπίδραση tRNA
Το ριβοσωμικό RNA είναι ένα τεράστιο οργανίδιο. Το μοριακό του βάρος είναι 1.000.000 - 1.500.000. Σχεδόν το 80% της συνολικής ποσότητας RNA είναι ριβοσωματικά νουκλεοτίδια.
Καταλαμβάνει την αλυσίδα IRNA και περιμένει για αντικωδικόνια που θα φέρουν μαζί τους μόρια tRNA. Το ριβοσωμικό RNA αποτελείται από 2 υπομονάδες: μικρή και μεγάλη.
Το ριβόσωμα ονομάζεται «εργοστάσιο», επειδή σε αυτό το οργανίδιο λαμβάνει χώρα όλη η σύνθεση των ουσιών που είναι απαραίτητες για την καθημερινή ζωή. Είναι επίσης μια πολύ αρχαία κυτταρική δομή.
Πώς συμβαίνει η πρωτεϊνική σύνθεση στο ριβόσωμα;
Η δομή του tRNA και ο ρόλος του στη σύνθεση πρωτεϊνών είναι αλληλένδετες. Το αντικωδικόνιο που βρίσκεται σε μία από τις πλευρές του ριβονουκλεϊκού οξέος είναι κατάλληλο στη μορφή του για την κύρια λειτουργία - την παροχή αμινοξέων στο ριβόσωμα, όπου συμβαίνει η σταδιακή ευθυγράμμιση της πρωτεΐνης. Ουσιαστικά, το TRNA δρα ως ενδιάμεσος. Το καθήκον του είναι μόνο να φέρει το απαραίτητο αμινοξύ.
Όταν διαβάζονται πληροφορίες από ένα μέρος του IRNA, το ριβόσωμα κινείται περαιτέρω κατά μήκος της αλυσίδας. Η μήτρα χρειάζεται μόνο για μετάδοσηκωδικοποιημένες πληροφορίες σχετικά με τη διαμόρφωση και τη λειτουργία μιας μεμονωμένης πρωτεΐνης. Στη συνέχεια, ένα άλλο tRNA πλησιάζει το ριβόσωμα με τις αζωτούχες βάσεις του. Αποκωδικοποιεί επίσης το επόμενο τμήμα του RNC.
Η αποκωδικοποίηση γίνεται ως εξής. Οι αζωτούχες βάσεις συνδυάζονται σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας με τον ίδιο τρόπο όπως στο ίδιο το DNA. Αντίστοιχα, το TRNA βλέπει πού πρέπει να "δέσει" και σε ποιο "υπόστεγο" για να στείλει το αμινοξύ.
Στη συνέχεια στο ριβόσωμα, τα αμινοξέα που επιλέγονται με αυτόν τον τρόπο δεσμεύονται χημικά, σχηματίζεται βήμα βήμα ένα νέο γραμμικό μακρομόριο, το οποίο μετά το τέλος της σύνθεσης συστρέφεται σε σφαιρίδιο (μπάλα). Τα χρησιμοποιημένα tRNA και IRNA, έχοντας εκπληρώσει τη λειτουργία τους, αφαιρούνται από το "εργοστάσιο" πρωτεΐνης.
Όταν το πρώτο μέρος του κωδικονίου συνδέεται με το αντικωδικόνιο, προσδιορίζεται το πλαίσιο ανάγνωσης. Στη συνέχεια, εάν για κάποιο λόγο συμβεί μια μετατόπιση πλαισίου, τότε κάποιο σημάδι της πρωτεΐνης θα απορριφθεί. Το ριβόσωμα δεν μπορεί να παρέμβει σε αυτή τη διαδικασία και να λύσει το πρόβλημα. Μόνο αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία, οι 2 υπομονάδες rRNA συνδυάζονται ξανά. Κατά μέσο όρο, για κάθε 104 αμινοξέα, υπάρχει 1 σφάλμα. Για κάθε 25 πρωτεΐνες που έχουν ήδη συναρμολογηθεί, είναι βέβαιο ότι θα συμβεί τουλάχιστον 1 σφάλμα αναπαραγωγής.
TRNA ως υπολειμματικά μόρια
Δεδομένου ότι το tRNA μπορεί να υπήρχε τη στιγμή της προέλευσης της ζωής στη γη, ονομάζεται μόριο λείψανο. Πιστεύεται ότι το RNA είναι η πρώτη δομή που υπήρχε πριν από το DNA και στη συνέχεια εξελίχθηκε. The RNA World Hypothesis - διατυπώθηκε το 1986 από τον βραβευμένο W alter Gilbert. Ωστόσο, για να αποδείξειείναι ακόμα δύσκολο. Η θεωρία υπερασπίζεται από προφανή γεγονότα - τα μόρια tRNA είναι σε θέση να αποθηκεύουν μπλοκ πληροφοριών και με κάποιο τρόπο να εφαρμόζουν αυτές τις πληροφορίες, δηλαδή να κάνουν δουλειά.
Αλλά οι αντίπαλοι της θεωρίας υποστηρίζουν ότι μια μικρή διάρκεια ζωής μιας ουσίας δεν μπορεί να εγγυηθεί ότι το tRNA είναι καλός φορέας οποιασδήποτε βιολογικής πληροφορίας. Αυτά τα νουκλεοτίδια αποικοδομούνται γρήγορα. Η διάρκεια ζωής του tRNA στα ανθρώπινα κύτταρα κυμαίνεται από αρκετά λεπτά έως αρκετές ώρες. Ορισμένα είδη μπορούν να διαρκέσουν έως και μια μέρα. Και αν μιλάμε για τα ίδια νουκλεοτίδια στα βακτήρια, τότε οι όροι είναι πολύ μικρότεροι - έως και αρκετές ώρες. Επιπλέον, η δομή και οι λειτουργίες του tRNA είναι πολύ περίπλοκες ώστε ένα μόριο να γίνει το πρωταρχικό στοιχείο της βιόσφαιρας της Γης.
