Η μοριακή βιολογία ασχολείται με τη μελέτη της δομής και των λειτουργιών των μορίων των οργανικών ουσιών που αποτελούν τα ζωντανά κύτταρα των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων. Ξεχωριστή θέση ανάμεσά τους έχει μια ομάδα ενώσεων που ονομάζονται νουκλεϊκά (πυρηνικά) οξέα.
Υπάρχουν δύο τύποι: δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ. Το τελευταίο έχει αρκετές τροποποιήσεις: i-RNA, t-RNA και r-RNA, που διαφέρουν ως προς τις λειτουργίες και τη θέση τους στο κύτταρο. Αυτό το άρθρο είναι αφιερωμένο στη μελέτη των ακόλουθων ερωτημάτων: πού συντίθεται το rRNA σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα, ποια είναι η δομή και η σημασία του.
Ιστορικό υπόβαθρο
Η πρώτη επιστημονική αναφορά του ριβοσωματικού οξέος μπορεί να βρεθεί στις μελέτες των R. Weinberg και S. Penman στη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα, οι οποίοι περιέγραψαν σύντομα μόρια πολυνουκλεοτιδίων που σχετίζονται με ριβονουκλεϊκά οξέα, αλλά διαφέρουν στη χωρική δομή και συντελεστής καθίζησης από πληροφορίες και RNA μεταφοράς. Τις περισσότερες φορές, τα μόριά τουςπου βρίσκεται στον πυρήνα, καθώς και στα κυτταρικά οργανίδια - ριβοσώματα που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση της κυτταρικής πρωτεΐνης. Ονομάστηκαν ριβοσωματικά (ριβοσωματικά ριβονουκλεϊκά οξέα).
χαρακτηριστικό RNA
Το ριβονουκλεϊκό οξύ, όπως και το DNA, είναι ένα πολυμερές, τα μονομερή του οποίου είναι νουκλεοτίδια 4 τύπων: αδενίνη, γουανίνη, ουρακίλη και κυτιδίνη, συνδεδεμένα με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς σε μακριά μονόκλωνα μόρια, στριμμένα με τη μορφή σπειροειδής ή με πιο σύνθετες διαμορφώσεις. Υπάρχουν επίσης ριβοσωμικά ριβονουκλεϊκά οξέα διπλής έλικας που βρίσκονται σε ιούς που περιέχουν RNA και αντιγράφουν τις λειτουργίες του DNA: τη διατήρηση και τη μετάδοση κληρονομικών χαρακτηριστικών.
Τρεις τύποι οξέων είναι πιο συνηθισμένοι στο κύτταρο, αυτοί είναι: μήτρα ή πληροφοριακό, RNA, ριβοσωμικό ριβονουκλεϊκό οξύ μεταφοράς, στο οποίο συνδέονται τα αμινοξέα, καθώς και ριβοσωματικό οξύ, που βρίσκεται στον πυρήνα και το κύτταρο κυτταρόπλασμα.
Το ριβοσωμικό RNA αποτελεί περίπου το 80% της συνολικής ποσότητας ριβονουκλεϊκών οξέων στο κύτταρο και το 60% της μάζας του ριβοσώματος, ενός οργανοειδούς που συνθέτει την κυτταρική πρωτεΐνη. Όλα τα παραπάνω είδη συντίθενται (μεταγράφονται) σε ορισμένα τμήματα του DNA, που ονομάζονται γονίδια RNA. Στη διαδικασία της σύνθεσης εμπλέκονται μόρια ενός ειδικού ενζύμου, της RNA πολυμεράσης. Η θέση στο κύτταρο όπου συντίθεται το rRNA είναι ο πυρήνας, που βρίσκεται στο καρυόπλασμαπυρήνες.
Πυρήνας, ο ρόλος του στη σύνθεση
Στη ζωή ενός κυττάρου, που ονομάζεται κυτταρικός κύκλος, υπάρχει μια περίοδος μεταξύ των διαιρέσεών του - ενδιάμεση φάση. Αυτή τη στιγμή, πυκνά σώματα κοκκώδους δομής, που ονομάζονται πυρήνες, είναι καθαρά ορατά στον κυτταρικό πυρήνα, τα οποία αποτελούν απαραίτητο συστατικό τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών κυττάρων.
Στη μοριακή βιολογία, έχει διαπιστωθεί ότι οι πυρήνες είναι τα οργανίδια όπου συντίθεται το rRNA. Περαιτέρω έρευνα από κυτταρολόγους οδήγησε στην ανακάλυψη τμημάτων κυτταρικού DNA, στα οποία βρέθηκαν γονίδια υπεύθυνα για τη δομή και τη σύνθεση των ριβοσωμικών οξέων. Ονομάστηκαν πυρηνικός οργανωτής.
διοργανωτής πυρηνικών
Μέχρι τη δεκαετία του '60 του ΧΧ αιώνα, υπήρχε η άποψη στη βιολογία ότι ο πυρηνικός οργανωτής, που βρίσκεται στη θέση της δευτερεύουσας συστολής στο 13ο, 14ο, 15ο, 21ο και 22ο ζεύγη χρωμοσωμάτων, έχει τη μορφή ενός μόνο ιστότοπου. Οι επιστήμονες που ασχολούνται με τη μελέτη της χρωμοσωμικής βλάβης, που ονομάζονται εκτροπές, ανακάλυψαν ότι τη στιγμή της θραύσης του χρωμοσώματος στη θέση της δευτερεύουσας συστολής, ο σχηματισμός πυρήνων συμβαίνει σε κάθε ένα από τα μέρη του.
Έτσι, μπορούμε να δηλώσουμε τα εξής: ο πυρηνικός οργανωτής δεν αποτελείται από έναν, αλλά από πολλούς τόπους (γονίδια) που είναι υπεύθυνοι για το σχηματισμό του πυρήνα. Σε αυτό συντίθενται τα ριβοσωμικά ριβονουκλεϊκά οξέα rRNA, τα οποία σχηματίζουν υπομονάδες κυτταρικών οργανιδίων που συνθέτουν πρωτεΐνες - ριβοσώματα.
Τι είναι τα ριβοσώματα;
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, και οι τρεις κύριοι τύποιΤο RNA υπάρχει στο κύτταρο, όπου συντίθενται σε ορισμένες θέσεις - γονίδια DNA. Το ριβοσωμικό RNA που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της μεταγραφής σχηματίζει σύμπλοκα με πρωτεΐνες - ριβονουκλεοπρωτεΐνες, από τις οποίες σχηματίζονται τα συστατικά μέρη του μελλοντικού οργανιδίου, οι λεγόμενες υπομονάδες. Μέσω των πόρων της πυρηνικής μεμβράνης, περνούν στο κυτταρόπλασμα και σχηματίζουν σε αυτό τις συνδυασμένες δομές, οι οποίες περιλαμβάνουν επίσης μόρια i-RNA και t-RNA, που ονομάζονται πολυσώματα.
Τα ίδια τα ριβοσώματα μπορούν να διαχωριστούν υπό τη δράση ιόντων ασβεστίου και υπάρχουν χωριστά ως υπομονάδες. Η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει στα διαμερίσματα του κυτταροπλάσματος του κυττάρου, όπου λαμβάνουν χώρα οι διαδικασίες μετάφρασης - η συναρμολόγηση μορίων κυτταρικής πρωτεΐνης. Όσο πιο ενεργό είναι το κύτταρο, τόσο πιο έντονες είναι οι μεταβολικές διεργασίες σε αυτό, τόσο περισσότερα ριβοσώματα περιέχει. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του κόκκινου μυελού των οστών, τα ηπατοκύτταρα των σπονδυλωτών και των ανθρώπων χαρακτηρίζονται από μεγάλο αριθμό αυτών των οργανιδίων στο κυτταρόπλασμα.
Πώς κωδικοποιούνται τα γονίδια rRNA;
Με βάση τα παραπάνω, η δομή, οι τύποι και η λειτουργία των γονιδίων rRNA εξαρτώνται από τους πυρηνικούς οργανωτές. Περιέχουν τόπους που περιέχουν γονίδια που κωδικοποιούν το ριβοσωμικό RNA. Ο O. Miller, διεξάγοντας έρευνα για την ωογένεση σε κύτταρα τρίτωνα, καθιέρωσε τον μηχανισμό της λειτουργίας αυτών των γονιδίων. Από αυτά συντέθηκαν αντίγραφα του rRNA (τα λεγόμενα πρωτογενή μεταγραφικά) που περιείχαν περίπου 13x103 νουκλεοτίδια και είχαν συντελεστή καθίζησης 45 S. Στη συνέχεια αυτή η αλυσίδα υποβλήθηκε σε διαδικασία ωρίμανσης, που έληξε με το σχηματισμό τριώνΜόρια rRNA με συντελεστές καθίζησης 5, 8 S, 28 S και 18 S.
Μηχανισμός σχηματισμού rRNA
Ας επιστρέψουμε στα πειράματα του Miller, ο οποίος ερεύνησε τη σύνθεση του ριβοσωμικού RNA και απέδειξε ότι το πυρηνικό DNA χρησιμεύει ως πρότυπο (μήτρα) για το σχηματισμό του rRNA - ενός μεταγραφικού. Διαπίστωσε επίσης ότι ο αριθμός των ανώριμων ριβοσωμικών οξέων (προ-r-RNA) που σχηματίζονται εξαρτάται από τον αριθμό των μορίων του ενζύμου RNA πολυμεράσης. Στη συνέχεια γίνεται η ωρίμανση (επεξεργασία) τους και τα μόρια rRNA αρχίζουν αμέσως να συνδέονται με πεπτίδια, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας ριβονουκλεοπρωτεΐνης, του δομικού υλικού του ριβοσώματος.
Χαρακτηριστικά των ριβοσωμικών οξέων σε ευκαρυωτικά κύτταρα
Έχοντας τις ίδιες αρχές δομής και κοινούς λειτουργικούς μηχανισμούς, τα ριβοσώματα των προκαρυωτικών και πυρηνικών οργανισμών εξακολουθούν να έχουν κυτταρομοριακές διαφορές. Για να το ανακαλύψουν, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια ερευνητική μέθοδο που ονομάζεται ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ. Βρέθηκε ότι το μέγεθος του ευκαρυωτικού ριβοσώματος, και επομένως το rRNA που περιλαμβάνεται σε αυτό, είναι μεγαλύτερο και ο συντελεστής καθίζησης είναι 80 S. Το οργανίδιο, χάνοντας ιόντα μαγνησίου, μπορεί να χωριστεί σε δύο υπομονάδες με δείκτες 60 S και 40 S Ένα μικρό σωματίδιο περιέχει ένα μόριο οξέος και ένα μεγάλο ένα - τρία, δηλαδή τα πυρηνικά κύτταρα περιέχουν ριβοσώματα που αποτελούνται από 4 πολυνουκλεοτιδικές έλικες οξέος με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: 28 S RNA - 5 χιλιάδες νουκλεοτίδια, 18 S - 2 χιλιάδες 5 S - 120 νουκλεοτίδια, 5, 8 S - 160. Η θέση όπου το rRNA συντίθεται στα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι ο πυρήνας, που βρίσκεται στο καρυόπλασμα του πυρήνα.
Ριβοσωμικό RNA προκαρυωτών
Σε αντίθεση με το r-RNA,μπαίνοντας στα πυρηνικά κύτταρα, τα ριβοσωματικά ριβονουκλεϊκά οξέα των βακτηρίων μεταγράφονται σε μια συμπαγή περιοχή του κυτταροπλάσματος που περιέχει DNA και ονομάζεται νουκλεοειδές. Περιέχει γονίδια rRNA. Η μεταγραφή, το γενικό χαρακτηριστικό της οποίας μπορεί να αναπαρασταθεί ως διαδικασία επανεγγραφής πληροφοριών από rRNA γονιδίων DNA σε μια νουκλεοτιδική αλληλουχία ριβοσωμικού ριβονουκλεϊκού οξέος, λαμβάνοντας υπόψη τον κανόνα της συμπληρωματικότητας του γενετικού κώδικα: το νουκλεοϊτίδιο αδενίνης αντιστοιχεί στην ουρακίλη και τη γουανίνη στην κυτοσίνη.
Τα βακτήρια
R-RNA έχουν μικρότερο μοριακό βάρος και μικρότερο μέγεθος από αυτό των πυρηνικών κυττάρων. Ο συντελεστής καθίζησης τους είναι 70 S και οι δύο υπομονάδες έχουν τιμές 50 S και 30 S. Το μικρότερο σωματίδιο περιέχει ένα μόριο rRNA και το μεγαλύτερο περιέχει δύο.
Ο ρόλος του ριβονουκλεϊκού οξέος στη διαδικασία μετάφρασης
Η κύρια λειτουργία του r-RNA είναι να διασφαλίζει τη διαδικασία βιοσύνθεσης - μετάφρασης κυτταρικών πρωτεϊνών. Διεξάγεται μόνο παρουσία ριβοσωμάτων που περιέχουν r-RNA. Συνδυάζονται σε ομάδες, συνδέονται με το πληροφοριακό μόριο DNA, σχηματίζοντας ένα πολυσώμα. Μόρια του ριβοσωμικού ριβονουκλεϊκού οξέος μεταφοράς, που φέρουν αμινοξέα, τα οποία, μόλις εισέλθουν στο πολύσωμα, συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς, σχηματίζουν ένα πολυμερές - πρωτεΐνη. Είναι η πιο σημαντική οργανική ένωση του κυττάρου, η οποία εκτελεί πολλές σημαντικές λειτουργίες: οικοδόμηση, μεταφορά, ενέργεια, ενζυματική, προστατευτική και σηματοδοτική.
Αυτό το άρθρο εξέτασε τα χαρακτηριστικά, τη δομή και την περιγραφή των ριβοσωμικών νουκλεϊκών οξέων, τα οποία είναιοργανικά βιοπολυμερή φυτικών, ζωικών και ανθρώπινων κυττάρων.
