Čas, v katerem živimo, zaznamujejo neverjetne spremembe, velik napredek, ko ljudje dobijo odgovore na vedno več novih vprašanj. Življenje hitro teče naprej in tisto, kar se je do nedavnega zdelo nemogoče, se začenja uresničevati. Povsem možno je, da bo to, kar se danes zdi zaplet iz žanra znanstvene fantastike, kmalu dobilo tudi značilnosti resničnosti.
Eno najpomembnejših odkritij v drugi polovici dvajsetega stoletja sta bili nukleinski kislini RNA in DNK, zahvaljujoč kateri se je človek približal razkrivanju skrivnosti narave.
Nukleinske kisline
Nukleinske kisline so organske spojine z makromolekularnimi lastnostmi. Sestavljeni so iz vodika, ogljika, dušika in fosforja.
Odkril jih je leta 1869 F. Miescher, ki je pregledal gnoj. Vendar takrat njegovemu odkritju niso pripisovali velikega pomena. Šele kasneje, ko so bile te kisline najdene v vseh živalskih in rastlinskih celicah, je prišlo do razumevanja njihove ogromne vloge.
Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: RNA in DNK (ribonukleinska in deoksiribonukleinskakisline). Ta članek govori o ribonukleinski kislini, vendar za splošno razumevanje razmislimo tudi o tem, kaj je DNK.
Kaj je deoksiribonukleinska kislina?
DNK je nukleinska kislina, sestavljena iz dveh verig, ki sta povezani po zakonu komplementarnosti z vodikovimi vezmi dušikovih baz. Dolge verige so zavite v spiralo, en obrat vsebuje skoraj deset nukleotidov. Premer dvojne vijačnice je dva milimetra, razdalja med nukleotidi je približno pol nanometra. Dolžina ene molekule včasih doseže nekaj centimetrov. Dolžina DNK jedra človeške celice je skoraj dva metra.
Struktura DNK vsebuje vse genetske informacije. DNK ima replikacijo, kar pomeni proces, med katerim iz ene molekule nastaneta dve popolnoma enaki hčerinski molekuli.
Kot smo že omenili, je veriga sestavljena iz nukleotidov, ki pa so sestavljeni iz dušikovih baz (adenin, gvanin, timin in citozin) in ostanka fosforjeve kisline. Vsi nukleotidi se razlikujejo po dušikovih bazah. Vodikova vez se ne pojavi med vsemi bazami; adenin, na primer, se lahko kombinira samo s timinom ali gvaninom. Tako je v telesu toliko adenilnih nukleotidov kot timidilnih nukleotidov, število gvanil nukleotidov pa je enako citidil nukleotidom (Chargaffovo pravilo). Izkazalo se je, da zaporedje ene verige vnaprej določa zaporedje druge in zdi se, da se verige zrcalijo. Takšen vzorec, kjer so nukleotidi dveh verig razporejeni urejeno in se tudi selektivno povezani, se imenujenačelo komplementarnosti. Poleg vodikovih spojin dvojna vijačnica deluje tudi hidrofobno.
Dve verigi sta v nasprotni smeri, to pomeni, da sta nameščeni v nasprotnih smereh. Zato je nasproti treh" konca ene 5" konca druge verige.
Navzven molekula DNK spominja na spiralno stopnišče, katerega ograja je sladkorno-fosfatna hrbtenica, stopnice pa so komplementarne dušikove baze.
Kaj je ribonukleinska kislina?
RNA je nukleinska kislina z monomeri, imenovanimi ribonukleotidi.
Po kemijskih lastnostih je zelo podoben DNK, saj sta oba polimera nukleotidov, ki sta fosforiliran N-glikozid, ki je zgrajen na ostanku pentoze (pet-ogljikovega sladkorja) s fosfatno skupino na peti atom ogljika in dušikova baza pri prvem atomu ogljika.
Gre za eno samo polinukleotidno verigo (razen za viruse), ki je veliko krajša od verige DNK.
En monomer RNA so ostanki naslednjih snovi:
- dušikove baze;
- pet-ogljikov monosaharid;
- fosforjeve kisline.
RNA imajo pirimidinsko (uracil in citozin) in purinsko (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid nukleotida RNA.
Razlike med RNA in DNK
Nukleinske kisline se med seboj razlikujejo na naslednje načine:
- njegova količina v celici je odvisna od fiziološkega stanja, starosti in pripadnosti organov;
- DNK vsebuje ogljikove hidratedeoksiriboza in RNA - riboza;
- Dušikova baza v DNK je timin, v RNA pa uracil;
- razredi opravljajo različne funkcije, vendar so sintetizirani na matriki DNK;
- DNK je dvojna vijačnica, RNA je enoverižna;
- ni tipično za njena pravila DNK Chargaff;
- RNA ima več manjših osnov;
- verige se močno razlikujejo po dolžini.
zgodovina študija
Celico RNA je prvi odkril nemški biokemik R. Altman med preučevanjem celic kvasovk. Sredi dvajsetega stoletja je bila dokazana vloga DNK v genetiki. Šele takrat so bile opisane vrste RNA, funkcije itd. Do 80-90% mase v celici pade na rRNA, ki skupaj z beljakovinami tvori ribosom in sodeluje pri biosintezi beljakovin.
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo prvič predlagano, da mora obstajati določena vrsta, ki nosi genetske informacije za sintezo beljakovin. Po tem je bilo znanstveno ugotovljeno, da obstajajo takšne informacijske ribonukleinske kisline, ki predstavljajo komplementarne kopije genov. Imenujejo jih tudi messenger RNA.
Tako imenovane transportne kisline sodelujejo pri dekodiranju informacij, zapisanih v njih.
Pozneje so se začele razvijati metode za identifikacijo zaporedja nukleotidov in vzpostavitev strukture RNA v kislinskem prostoru. Tako je bilo ugotovljeno, da nekateri od njih, ki so jih imenovali ribozimi, lahko cepijo poliribonukleotidne verige. Posledično se je začelo domnevati, da je v času, ko se je na planetu pojavljalo življenje,RNA je delovala brez DNK in beljakovin. Poleg tega so bile vse preobrazbe narejene z njeno udeležbo.
Struktura molekule ribonukleinske kisline
Skoraj vse RNA so ene verige polinukleotidov, ki pa so sestavljeni iz monoribonukleotidov - purinskih in pirimidinskih baz.
Nukleotidi so označeni z začetnimi črkami baz:
- adenin (A), A;
- gvanin (G), G;
- citozin (C), C;
- uracil (U), U.
Povezujejo jih tri- in pet-fosfodiesterske vezi.
Najbolj raznoliko število nukleotidov (od nekaj deset do deset tisoč) je vključeno v strukturo RNA. Lahko tvorijo sekundarno strukturo, sestavljeno predvsem iz kratkih dvoverižnih pramenov, ki jih tvorijo komplementarne baze.
Struktura molekule ribnukleinske kisline
Kot že omenjeno, ima molekula enoverižno strukturo. RNA prejme svojo sekundarno strukturo in obliko kot rezultat medsebojne interakcije nukleotidov. Je polimer, katerega monomer je nukleotid, sestavljen iz sladkorja, ostanka fosforjeve kisline in dušikove baze. Navzven je molekula podobna eni od verig DNK. Nukleotida adenin in gvanin, ki sta del RNA, sta purin. Citozin in uracil sta pirimidinski bazi.
proces sinteze
Za molekulo RNA, ki jo je treba sintetizirati, je predloga molekula DNK. Res je, zgodi se tudi obraten proces, ko na matriksu ribonukleinske kisline nastanejo nove molekule deoksiribonukleinske kisline. Takšnese pojavi med razmnoževanjem nekaterih vrst virusov.
Osnova za biosintezo so lahko tudi druge molekule ribonukleinske kisline. Njegova transkripcija, ki se pojavi v celičnem jedru, vključuje številne encime, vendar je najpomembnejši med njimi RNA polimeraza.
Ogledi
Odvisno od vrste RNA se razlikujejo tudi njene funkcije. Obstaja več vrst:
- informacijska i-RNA;
- ribosomska rRNA;
- transport t-RNA;
- majhna;
- ribozymes;
- virusno.
Informacijska ribonukleinska kislina
Takšne molekule imenujemo tudi matriks. Predstavljajo približno dva odstotka vsega v celici. V evkariontskih celicah se sintetizirajo v jedrih na DNK predlogah, nato preidejo v citoplazmo in se vežejo na ribosome. Nadalje postanejo predloge za sintezo beljakovin: pridružijo se jim prenosne RNA, ki nosijo aminokisline. Tako poteka proces transformacije informacij, ki se uresničuje v edinstveni strukturi proteina. V nekaterih virusnih RNA je tudi kromosom.
Jacob in Mano sta odkritelja te vrste. Ker nima toge strukture, njegova veriga tvori ukrivljene zanke. Ne deluje, i-RNA se zbere v gube in zloži v kroglico ter se razgrne v delovnem stanju.
i-RNA nosi informacije o zaporedju aminokislin v proteinu, ki se sintetizira. Vsaka aminokislina je kodirana na določeni lokaciji z uporabo genetskih kod, ki so:
- trojnost - iz štirih mononukleotidov je mogoče zgraditi štiriinšestdeset kodonov (genetska koda);
- non-crossing - informacije se premikajo v eno smer;
- kontinuiteta - načelo delovanja je, da je ena mRNA en protein;
- univerzalnost - ena ali druga vrsta aminokislin je v vseh živih organizmih kodirana na enak način;
- degeneracija - znanih je dvajset aminokislin in enainšestdeset kodonov, torej jih kodira več genetskih kod.
ribosomska ribonukleinska kislina
Takšne molekule sestavljajo veliko večino celične RNA, in sicer osemdeset do devetdeset odstotkov celotne. Združujejo se z beljakovinami in tvorijo ribosome – to so organele, ki izvajajo sintezo beljakovin.
Ribosomi so 65 odstotkov rRNA in 35 odstotkov beljakovin. Ta polinukleotidna veriga se zlahka zloži skupaj z beljakovino.
Ribosom je sestavljen iz aminokislinskih in peptidnih regij. Nahajajo se na kontaktnih površinah.
Ribosomi se prosto gibljejo v celici in sintetizirajo beljakovine na pravih mestih. Niso zelo specifični in ne morejo samo brati informacij iz mRNA, ampak tudi tvorijo matriko z njimi.
Transport ribonukleinske kisline
t-RNA je najbolj raziskana. Sestavljajo deset odstotkov celične ribonukleinske kisline. Te vrste RNA se s posebnim encimom vežejo na aminokisline in se dostavijo ribosomom. Hkrati se aminokisline prenašajo s transportommolekule. Vendar se zgodi, da različni kodoni kodirajo aminokislino. Potem jih bo nosilo več transportnih RNA.
Ko je neaktiven, se zvije v kroglico, deluje pa kot deteljica.
V njem se razlikujejo naslednji razdelki:
- akceptorsko steblo, ki ima nukleotidno zaporedje ACC;
- mesto za pritrditev na ribosom;
- antikodon, ki kodira aminokislino, vezano na to tRNA.
Manje vrste ribonukleinske kisline
V zadnjem času so bile vrste RNA dopolnjene z novim razredom, tako imenovano majhno RNA. Najverjetneje so univerzalni regulatorji, ki vklopijo ali izklopijo gene v embrionalnem razvoju, pa tudi nadzorujejo procese znotraj celic.
Ribozimi so prav tako nedavno identificirani, aktivno sodelujejo pri fermentaciji RNA kisline in delujejo kot katalizator.
Virusne vrste kislin
Virus lahko vsebuje ribonukleinsko kislino ali deoksiribonukleinsko kislino. Zato se z ustreznimi molekulami imenujejo RNA, ki vsebujejo. Ko tak virus vstopi v celico, pride do reverzne transkripcije – pojavi se nova DNK na osnovi ribonukleinske kisline, ki je integrirana v celice, kar zagotavlja obstoj in razmnoževanje virusa. V drugem primeru pride do tvorbe komplementarne RNA na vhodni RNA. Virusi so beljakovine, vitalna aktivnost in razmnoževanje potekajo brez DNK, vendar le na podlagi informacij, ki jih vsebuje RNA virusa.
replikacija
Za izboljšanje splošnega razumevanja je potrebnoRazmislite o procesu replikacije, ki proizvaja dve enaki molekuli nukleinske kisline. Tako se začne delitev celic.
Vključuje DNK polimeraze, DNK odvisne, RNA polimeraze in DNK ligaze.
Proces replikacije je sestavljen iz naslednjih korakov:
- despiralizacija - pride do zaporednega odvijanja materine DNK, ki zajame celotno molekulo;
- prekinitev vodikovih vezi, v kateri se verige razhajajo in se pojavi replikacijska vilica;
- prilagoditev dNTP-jev na sproščene baze matičnih verig;
- cepitev pirofosfatov iz molekul dNTP in tvorba fosforodiestrskih vezi zaradi sproščene energije;
- respiralizacija.
Po tvorbi hčerinske molekule se razdeli jedro, citoplazma in ostalo. Tako nastaneta dve hčerinski celici, ki sta v celoti prejeli vse genetske informacije.
Poleg tega je kodirana primarna struktura beljakovin, ki se sintetizirajo v celici. DNK v tem procesu sodeluje posredno in ne neposredno, kar je v tem, da na DNK poteka sinteza beljakovin, RNA, ki sodelujejo pri tvorbi. Ta postopek se imenuje transkripcija.
Transkripcija
Sinteza vseh molekul se zgodi med transkripcijo, to je prepisovanje genetskih informacij iz specifičnega DNK operona. Postopek je v nekaterih pogledih podoben replikaciji, v drugih pa zelo drugačen.
Podobnosti so naslednji deli:
- se začne z despiralizacijo DNK;
- pride do razpoke vodikapovezave med osnovami verig;
- NTF-ji, ki jih dopolnjujejo;
- nastanejo vodikove vezi.
Razlike od replikacije:
- med transkripcijo se odvije samo del DNK, ki ustreza transkripciji, medtem ko se med replikacijo razplete celotna molekula;
- pri prepisovanju nastavljivi NTF vsebujejo ribozo in uracil namesto timina;
- informacije se odpisujejo samo z določenega območja;
- po tvorbi molekule se vodikove vezi in sintetizirana veriga pretrgajo, veriga pa zdrsne z DNK.
Za normalno delovanje mora primarna struktura RNA sestavljena samo iz delov DNK, kopiranih iz eksonov.
Proces zorenja se začne v novo oblikovani RNA. Tihe regije se izrežejo, informativne regije pa se zlijejo, da tvorijo polinukleotidno verigo. Poleg tega ima vsaka vrsta svoje transformacije.
V i-RNA pride do pritrditve na začetni konec. Poliadenilat je pritrjen na končno mesto.
TRNA baze so spremenjene tako, da tvorijo manjše vrste.
V rRNA so posamezne baze tudi metilirane.
Zaščitite beljakovine pred uničenjem in izboljšajte transport v citoplazmo. Zrela RNA se veže nanje.
Pomen deoksiribonukleinskih in ribonukleinskih kislin
Nukleinske kisline so velikega pomena v življenju organizmov. V njih se shrani, prenese v citoplazmo in podeduje hčerinske celiceinformacije o beljakovinah, sintetiziranih v vsaki celici. Prisotni so v vseh živih organizmih, stabilnost teh kislin ima pomembno vlogo za normalno delovanje tako celic kot celotnega organizma. Vsaka sprememba v njihovi strukturi bo vodila do celičnih sprememb.
