Η εποχή που ζούμε χαρακτηρίζεται από εκπληκτικές αλλαγές, τεράστια πρόοδο, όταν οι άνθρωποι λαμβάνουν απαντήσεις σε όλο και περισσότερες νέες ερωτήσεις. Η ζωή προχωρά ραγδαία και αυτό που μέχρι πρόσφατα φαινόταν αδύνατο αρχίζει να γίνεται πραγματικότητα. Είναι πολύ πιθανό αυτό που φαίνεται σήμερα να είναι μια πλοκή από το είδος της επιστημονικής φαντασίας να αποκτήσει σύντομα και τα χαρακτηριστικά της πραγματικότητας.
Μία από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα ήταν τα νουκλεϊκά οξέα RNA και DNA, χάρη στα οποία ο άνθρωπος έφτασε πιο κοντά στην αποκάλυψη των μυστηρίων της φύσης.
Νουκλεϊκά οξέα
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι οργανικές ενώσεις με μακρομοριακές ιδιότητες. Αποτελούνται από υδρογόνο, άνθρακα, άζωτο και φώσφορο.
Ανακαλύφθηκαν το 1869 από τον F. Miescher, ο οποίος εξέτασε πύον. Ωστόσο, εκείνη την εποχή δεν δόθηκε ιδιαίτερη σημασία στην ανακάλυψή του. Μόνο αργότερα, όταν αυτά τα οξέα βρέθηκαν σε όλα τα ζωικά και φυτικά κύτταρα, έγινε η κατανόηση του τεράστιου ρόλου τους.
Υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων: RNA και DNA (ριβονουκλεϊκό και δεοξυριβονουκλεϊκόοξέα). Αυτό το άρθρο αφορά το ριβονουκλεϊκό οξύ, αλλά για μια γενική κατανόηση, ας εξετάσουμε επίσης τι είναι το DNA.
Τι είναι το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ;
Το
DNA είναι ένα νουκλεϊκό οξύ που αποτελείται από δύο κλώνους που συνδέονται σύμφωνα με το νόμο της συμπληρωματικότητας με δεσμούς υδρογόνου αζωτούχων βάσεων. Οι μακριές αλυσίδες είναι στριμμένες σε μια σπείρα, μια στροφή περιέχει σχεδόν δέκα νουκλεοτίδια. Η διάμετρος της διπλής έλικας είναι δύο χιλιοστά, η απόσταση μεταξύ των νουκλεοτιδίων είναι περίπου μισό νανόμετρο. Το μήκος ενός μορίου μερικές φορές φτάνει τα πολλά εκατοστά. Το μήκος του DNA του πυρήνα ενός ανθρώπινου κυττάρου είναι σχεδόν δύο μέτρα.
Η δομή του DNA περιέχει όλες τις γενετικές πληροφορίες. Το DNA έχει αντιγραφή, που σημαίνει τη διαδικασία κατά την οποία δύο απολύτως πανομοιότυπα θυγατρικά μόρια σχηματίζονται από ένα μόριο.
Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η αλυσίδα αποτελείται από νουκλεοτίδια, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από αζωτούχες βάσεις (αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη και κυτοσίνη) και ένα υπόλειμμα οξέος φωσφόρου. Όλα τα νουκλεοτίδια διαφέρουν ως προς τις αζωτούχες βάσεις. Ο δεσμός υδρογόνου δεν συμβαίνει μεταξύ όλων των βάσεων· η αδενίνη, για παράδειγμα, μπορεί να συνδυαστεί μόνο με θυμίνη ή γουανίνη. Έτσι, υπάρχουν τόσα νουκλεοτίδια αδενυλίου στο σώμα όσα και τα θυμιδυλ νουκλεοτίδια και ο αριθμός των νουκλεοτιδίων γουανυλίου είναι ίσος με τα νουκλεοτίδια κυτιδυλίου (κανόνας Chargaff). Αποδεικνύεται ότι η ακολουθία μιας αλυσίδας προκαθορίζει τη σειρά μιας άλλης και οι αλυσίδες φαίνεται να αντικατοπτρίζουν η μια την άλλη. Ένα τέτοιο σχέδιο, όπου τα νουκλεοτίδια δύο αλυσίδων είναι διατεταγμένα με τάξη και συνδέονται επίσης επιλεκτικά, ονομάζεταιτην αρχή της συμπληρωματικότητας. Εκτός από τις ενώσεις υδρογόνου, η διπλή έλικα αλληλεπιδρά επίσης υδροφοβικά.
Δύο αλυσίδες βρίσκονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, δηλαδή βρίσκονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Επομένως, απέναντι από τα τρία άκρα του ενός είναι το πέντε άκρο της άλλης αλυσίδας.
Εξωτερικά, το μόριο DNA μοιάζει με μια σπειροειδή σκάλα, το κιγκλίδωμα της οποίας είναι μια ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού και τα σκαλοπάτια είναι συμπληρωματικές βάσεις αζώτου.
Τι είναι το ριβονουκλεϊκό οξύ;
Το
RNA είναι ένα νουκλεϊκό οξύ με μονομερή που ονομάζονται ριβονουκλεοτίδια.
Σε χημικές ιδιότητες, μοιάζει πολύ με το DNA, καθώς και τα δύο είναι πολυμερή νουκλεοτιδίων, τα οποία είναι ένας φωσφορυλιωμένος Ν-γλυκοσίδης, ο οποίος είναι δομημένος σε ένα υπόλειμμα πεντόζης (ζάχαρη πέντε άνθρακα), με μια φωσφορική ομάδα σε το πέμπτο άτομο άνθρακα και μια βάση αζώτου στο πρώτο άτομο άνθρακα.
Είναι μια μοναδική πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα (εκτός από ιούς), η οποία είναι πολύ μικρότερη από αυτή του DNA.
Ένα μονομερές RNA είναι τα υπολείμματα των ακόλουθων ουσιών:
- αζωτούχες βάσεις;
- μονοσακχαρίτης πέντε άνθρακα;
- οξέα φωσφόρου.
Τα
RNA έχουν βάσεις πυριμιδίνης (ουρακίλη και κυτοσίνη) και πουρίνης (αδενίνη, γουανίνη). Η ριβόζη είναι ο μονοσακχαρίτης του νουκλεοτιδίου RNA.
Διαφορές μεταξύ RNA και DNA
Τα νουκλεϊκά οξέα διαφέρουν μεταξύ τους με τους ακόλουθους τρόπους:
- η ποσότητά του σε ένα κύτταρο εξαρτάται από τη φυσιολογική κατάσταση, την ηλικία και τη συσχέτιση των οργάνων.
- DNA περιέχει υδατάνθρακεςδεοξυριβόζη και RNA - ριβόζη;
- Η αζωτούχα βάση στο DNA είναι η θυμίνη και στο RNA είναι η ουρακίλη;
- τάξεις εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες, αλλά συντίθενται στη μήτρα του DNA;
- Το DNA είναι διπλή έλικα, το RNA είναι μονόκλωνο;
- δεν είναι τυπικό για τους κανόνες του DNA της Chargaff;
- RNA έχει περισσότερες δευτερεύουσες βάσεις;
- αλυσίδες ποικίλλουν σημαντικά σε μήκος.
Το
Οι
Οι
Ιστορικό σπουδών
Το κύτταρο RNA ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό βιοχημικό R. Altman ενώ μελετούσε κύτταρα ζυμομύκητα. Στα μέσα του εικοστού αιώνα, ο ρόλος του DNA στη γενετική αποδείχθηκε. Μόνο τότε περιγράφηκαν τύποι RNA, λειτουργίες και ούτω καθεξής. Έως και 80-90% της μάζας του κυττάρου πέφτει στο rRNA, το οποίο μαζί με τις πρωτεΐνες σχηματίζουν το ριβόσωμα και συμμετέχουν στη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών.
Στη δεκαετία του εξήντα του περασμένου αιώνα, προτάθηκε για πρώτη φορά ότι πρέπει να υπάρχει ένα συγκεκριμένο είδος που φέρει τη γενετική πληροφορία για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Μετά από αυτό, διαπιστώθηκε επιστημονικά ότι υπάρχουν τέτοια πληροφοριακά ριβονουκλεϊκά οξέα που αντιπροσωπεύουν συμπληρωματικά αντίγραφα γονιδίων. Ονομάζονται επίσης αγγελιοφόρος RNA.
Τα λεγόμενα οξέα μεταφοράς εμπλέκονται στην αποκωδικοποίηση των πληροφοριών που καταγράφονται σε αυτά.
Αργότερα, άρχισαν να αναπτύσσονται μέθοδοι για τον εντοπισμό της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων και την καθιέρωση της δομής του RNA στον όξινο χώρο. Διαπιστώθηκε λοιπόν ότι μερικά από αυτά, τα οποία ονομάζονταν ριβοένζυμα, μπορούν να διασπάσουν πολυριβονουκλεοτιδικές αλυσίδες. Ως αποτέλεσμα, άρχισε να υποτίθεται ότι την εποχή που εμφανιζόταν ζωή στον πλανήτη,Το RNA λειτούργησε χωρίς DNA και πρωτεΐνες. Επιπλέον, όλες οι μεταμορφώσεις έγιναν με τη συμμετοχή της.
Η δομή του μορίου του ριβονουκλεϊκού οξέος
Σχεδόν όλα τα RNA είναι απλές αλυσίδες πολυνουκλεοτιδίων, τα οποία, με τη σειρά τους, αποτελούνται από μονοριβονουκλεοτίδια - βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης.
Τα νουκλεοτίδια συμβολίζονται με τα αρχικά γράμματα των βάσεων:
- αδενίνη (A), A;
- γουανίνη (G), G;
- κυτοσίνη (C), C;
- ουρακίλη (U), U.
Συνδέονται με δεσμούς τριών και πέντε φωσφοδιεστέρων.
Ο πιο ποικίλος αριθμός νουκλεοτιδίων (από αρκετές δεκάδες έως δεκάδες χιλιάδες) περιλαμβάνεται στη δομή του RNA. Μπορούν να σχηματίσουν μια δευτερεύουσα δομή που αποτελείται κυρίως από βραχείς δίκλωνους κλώνους που σχηματίζονται από συμπληρωματικές βάσεις.
Δομή ενός μορίου ριβνουκλεϊκού οξέος
Όπως ήδη αναφέρθηκε, το μόριο έχει μονόκλωνη δομή. Το RNA λαμβάνει τη δευτερογενή δομή και το σχήμα του ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των νουκλεοτιδίων μεταξύ τους. Είναι ένα πολυμερές του οποίου το μονομερές είναι ένα νουκλεοτίδιο που αποτελείται από ένα σάκχαρο, ένα υπόλειμμα οξέος φωσφόρου και μια βάση αζώτου. Εξωτερικά, το μόριο είναι παρόμοιο με μία από τις αλυσίδες του DNA. Τα νουκλεοτίδια αδενίνη και γουανίνη, που αποτελούν μέρος του RNA, είναι πουρίνες. Η κυτοσίνη και η ουρακίλη είναι βάσεις πυριμιδίνης.
Διαδικασία σύνθεσης
Για να συντεθεί ένα μόριο RNA, το πρότυπο είναι ένα μόριο DNA. Είναι αλήθεια ότι συμβαίνει και η αντίστροφη διαδικασία, όταν σχηματίζονται νέα μόρια δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος στη μήτρα του ριβονουκλεϊκού οξέος. Τέτοιοςεμφανίζεται κατά την αναπαραγωγή ορισμένων τύπων ιών.
Η βάση για τη βιοσύνθεση μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως άλλα μόρια ριβονουκλεϊκού οξέος. Η μεταγραφή του, η οποία συμβαίνει στον πυρήνα του κυττάρου, περιλαμβάνει πολλά ένζυμα, αλλά το πιο σημαντικό από αυτά είναι η RNA πολυμεράση.
Προβολές
Ανάλογα με τον τύπο του RNA, οι λειτουργίες του διαφέρουν επίσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι:
- πληροφοριακό i-RNA;
- ριβοσωμικό rRNA;
- transport t-RNA;
- ελάσσων;
- ριβοένζυμα;
- viral.
Πληροφοριακό Ριβονουκλεϊκό Οξύ
Τέτοια μόρια ονομάζονται επίσης μήτρα. Αποτελούν περίπου το δύο τοις εκατό του συνόλου στο κύτταρο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, συντίθενται στους πυρήνες σε μήτρες DNA, στη συνέχεια περνούν στο κυτταρόπλασμα και συνδέονται με τα ριβοσώματα. Επιπλέον, γίνονται πρότυπα για τη σύνθεση πρωτεϊνών: ενώνονται με RNA μεταφοράς που μεταφέρουν αμινοξέα. Έτσι λαμβάνει χώρα η διαδικασία μετασχηματισμού πληροφοριών, η οποία πραγματοποιείται στη μοναδική δομή της πρωτεΐνης. Σε ορισμένα ιικά RNA, είναι επίσης ένα χρωμόσωμα.
Ο Τζέικομπ και ο Μάνο είναι οι ανακαλυπτές αυτού του είδους. Χωρίς άκαμπτη δομή, η αλυσίδα του σχηματίζει καμπύλες θηλιές. Δεν λειτουργεί, το i-RNA συγκεντρώνεται σε πτυχές και διπλώνει σε μια μπάλα και ξεδιπλώνεται σε κατάσταση λειτουργίας.
Το
i-RNA μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με την αλληλουχία των αμινοξέων στην πρωτεΐνη που συντίθεται. Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία χρησιμοποιώντας γενετικούς κώδικες που είναι:
- τριπλότητα - από τέσσερα μονονουκλεοτίδια είναι δυνατό να δημιουργηθούν εξήντα τέσσερα κωδικόνια (γενετικό κώδικα);
- non-crossing - οι πληροφορίες κινούνται προς μία κατεύθυνση;
- συνέχεια - η αρχή λειτουργίας είναι ότι ένα mRNA είναι μία πρωτεΐνη;
- καθολικότητα - ο ένας ή ο άλλος τύπος αμινοξέων κωδικοποιείται σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς με τον ίδιο τρόπο;
- εκφυλισμός - είκοσι αμινοξέα είναι γνωστά και εξήντα ένα κωδικόνια, δηλαδή κωδικοποιούνται από πολλούς γενετικούς κώδικες.
Ριβοσωμικό ριβονουκλεϊκό οξύ
Τέτοια μόρια αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία του κυτταρικού RNA, δηλαδή ογδόντα έως ενενήντα τοις εκατό του συνόλου. Συνδυάζονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν ριβοσώματα - αυτά είναι οργανίδια που εκτελούν τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Τα ριβοσώματα είναι εξήντα πέντε τοις εκατό rRNA και τριάντα πέντε τοις εκατό πρωτεΐνη. Αυτή η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα διπλώνει εύκολα μαζί με την πρωτεΐνη.
Το ριβόσωμα αποτελείται από περιοχές αμινοξέων και πεπτιδίων. Βρίσκονται στις επιφάνειες επαφής.
Τα ριβοσώματα κινούνται ελεύθερα στο κύτταρο, συνθέτοντας πρωτεΐνες στα σωστά σημεία. Δεν είναι πολύ συγκεκριμένα και όχι μόνο μπορούν να διαβάσουν πληροφορίες από το mRNA, αλλά και να σχηματίσουν μια μήτρα μαζί τους.
Μεταφορά ριβονουκλεϊκού οξέος
Το
t-RNA είναι το πιο μελετημένο. Αποτελούν δέκα τοις εκατό του κυτταρικού ριβονουκλεϊκού οξέος. Αυτοί οι τύποι RNA συνδέονται με αμινοξέα χάρη σε ένα ειδικό ένζυμο και μεταφέρονται στα ριβοσώματα. Ταυτόχρονα, τα αμινοξέα μεταφέρονται με μεταφοράμόρια. Ωστόσο, συμβαίνει διαφορετικά κωδικόνια να κωδικοποιούν ένα αμινοξύ. Στη συνέχεια, πολλά RNA μεταφοράς θα τα μεταφέρουν.
Τυλίγεται σε μπάλα όταν είναι ανενεργό, αλλά λειτουργεί σαν τριφύλλι.
Σε αυτό διακρίνονται οι ακόλουθες ενότητες:
- στέλεχος δέκτη που έχει την νουκλεοτιδική αλληλουχία του ACC;
- τόπος προσάρτησης στο ριβόσωμα;
- ένα αντικωδικόνιο που κωδικοποιεί το αμινοξύ που συνδέεται με αυτό το tRNA.
Μικρό είδος ριβονουκλεϊκού οξέος
Πρόσφατα, τα είδη RNA αναπληρώθηκαν με μια νέα κατηγορία, το λεγόμενο μικρό RNA. Είναι πιθανότατα καθολικοί ρυθμιστές που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τα γονίδια στην εμβρυϊκή ανάπτυξη, καθώς και ελέγχουν διεργασίες εντός των κυττάρων.
Τα ριβοένζυμα έχουν επίσης αναγνωριστεί πρόσφατα, εμπλέκονται ενεργά όταν το οξύ RNA ζυμώνεται, ενεργώντας ως καταλύτης.
Ιικοί τύποι οξέων
Ο ιός μπορεί να περιέχει είτε ριβονουκλεϊκό οξύ είτε δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ. Επομένως, με τα αντίστοιχα μόρια, ονομάζονται RNA που περιέχουν. Όταν ένας τέτοιος ιός εισέρχεται σε ένα κύτταρο, συμβαίνει αντίστροφη μεταγραφή - νέο DNA εμφανίζεται με βάση το ριβονουκλεϊκό οξύ, το οποίο ενσωματώνεται στα κύτταρα, διασφαλίζοντας την ύπαρξη και την αναπαραγωγή του ιού. Σε άλλη περίπτωση, ο σχηματισμός συμπληρωματικού RNA συμβαίνει στο εισερχόμενο RNA. Οι ιοί είναι πρωτεΐνες, η ζωτική δραστηριότητα και η αναπαραγωγή συνεχίζεται χωρίς DNA, αλλά μόνο με βάση τις πληροφορίες που περιέχονται στο RNA του ιού.
Replication
Για να βελτιωθεί η κοινή κατανόηση, είναι απαραίτητοΕξετάστε τη διαδικασία αντιγραφής που παράγει δύο πανομοιότυπα μόρια νουκλεϊκού οξέος. Έτσι αρχίζει η κυτταρική διαίρεση.
Περιλαμβάνει πολυμεράσες DNA, εξαρτώμενες από το DNA, RNA πολυμεράσες και λιγάσες DNA.
Η διαδικασία αναπαραγωγής αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα:
- αποσπειρωση - υπάρχει μια διαδοχική εκτύλιξη του μητρικού DNA, συλλαμβάνοντας ολόκληρο το μόριο;
- σπάσιμο των δεσμών υδρογόνου, στους οποίους οι αλυσίδες αποκλίνουν και εμφανίζεται μια διχάλα αντιγραφής·
- προσαρμογή των dNTP στις απελευθερωμένες βάσεις των μητρικών αλυσίδων;
- διάσπαση πυροφωσφορικών από μόρια dNTP και σχηματισμός φωσφοροδιεστερικών δεσμών λόγω εκλυόμενης ενέργειας.
- αναπνευστική αναπνοή.
Μετά τον σχηματισμό του θυγατρικού μορίου, ο πυρήνας, το κυτταρόπλασμα και τα υπόλοιπα διαιρούνται. Έτσι, σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα που έχουν λάβει πλήρως όλες τις γενετικές πληροφορίες.
Επιπλέον, κωδικοποιείται η πρωτογενής δομή των πρωτεϊνών που συντίθενται στο κύτταρο. Το DNA συμμετέχει έμμεσα σε αυτή τη διαδικασία, και όχι άμεσο, που συνίσταται στο γεγονός ότι στο DNA λαμβάνει χώρα η σύνθεση των πρωτεϊνών, του RNA που εμπλέκεται στο σχηματισμό. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μεταγραφή.
Μεταγραφή
Η σύνθεση όλων των μορίων λαμβάνει χώρα κατά τη μεταγραφή, δηλαδή την επανεγγραφή της γενετικής πληροφορίας από ένα συγκεκριμένο οπερόνιο DNA. Η διαδικασία είναι παρόμοια με την αναπαραγωγή κατά κάποιο τρόπο και πολύ διαφορετική με άλλους.
Οι ομοιότητες είναι τα ακόλουθα μέρη:
- ξεκινά με αποσπείρωση DNA;
- συμβαίνει ρήξη υδρογόνουσυνδέσεις μεταξύ των βάσεων των αλυσίδων;
- NTF συμπληρωματικά τους;
- Σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου.
Διαφορές από την αναπαραγωγή:
- κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, μόνο το τμήμα του DNA που αντιστοιχεί στο μεταγραφόνιο δεν συστρέφεται, ενώ κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, ολόκληρο το μόριο δεν συστρέφεται.
- όταν μεταγράφονται, τα συντονισμένα NTF περιέχουν ριβόζη και ουρακίλη αντί για θυμίνη.
- πληροφορίες διαγράφονται μόνο από μια συγκεκριμένη περιοχή;
- μετά το σχηματισμό του μορίου, οι δεσμοί υδρογόνου και η συντιθέμενη αλυσίδα σπάνε και η αλυσίδα γλιστράει από το DNA.
Για κανονική λειτουργία, η πρωτογενής δομή του RNA θα πρέπει να αποτελείται μόνο από τμήματα DNA που αντιγράφονται από εξόνια.
Η διαδικασία ωρίμανσης ξεκινά στο νεοσχηματισμένο RNA. Οι σιωπηλές περιοχές αποκόπτονται και οι ενημερωτικές περιοχές συντήκονται για να σχηματίσουν μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Επιπλέον, κάθε είδος έχει τις δικές του μεταμορφώσεις.
Στο i-RNA, εμφανίζεται προσκόλληση στο αρχικό άκρο. Το πολυαδενυλικό προσκολλάται στην τελική θέση.
Οι βάσεις TRNA τροποποιούνται για να σχηματίσουν δευτερεύοντα είδη.
Σε rRNA, μεμονωμένες βάσεις μεθυλιώνονται επίσης.
Προστατέψτε τις πρωτεΐνες από την καταστροφή και βελτιώστε τη μεταφορά στο κυτταρόπλασμα. Το ώριμο RNA συνδέεται με αυτά.
Η σημασία των δεοξυριβονουκλεϊκών και ριβονουκλεϊκών οξέων
Τα νουκλεϊκά οξέα έχουν μεγάλη σημασία στη ζωή των οργανισμών. Αποθηκεύεται σε αυτά, μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα και κληρονομείται από θυγατρικά κύτταραπληροφορίες για τις πρωτεΐνες που συντίθενται σε κάθε κύτταρο. Υπάρχουν σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, η σταθερότητα αυτών των οξέων παίζει σημαντικό ρόλο για τη φυσιολογική λειτουργία τόσο των κυττάρων όσο και ολόκληρου του οργανισμού. Οποιεσδήποτε αλλαγές στη δομή τους θα οδηγήσουν σε κυτταρικές αλλαγές.
