Η σύνθεση πρωτεϊνών είναι μια σημαντική διαδικασία σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα, καθώς η πρωτεΐνη σχηματίζει δομικά συστατικά κάθε κυττάρου και είναι απαραίτητη για τη ζωή. Η πρωτεΐνη ονομάζεται συχνά το δομικό στοιχείο των κυττάρων. Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές RNA - RNA messenger, RNA μεταφοράς και RNA ριβοσωμάτων. Το DNA ελέγχει όλες τις δραστηριότητες του κυττάρου και συντίθεται όταν το κύτταρο χρειάζεται περισσότερη πρωτεΐνη. Μικρά κομμάτια DNA μετατρέπονται σε RNA μέσω της διαδικασίας σύνθεσης πρωτεϊνών.
Το RNA κατασκευάζεται από DNA;
Όταν ένα κύτταρο ακολουθεί τις γενετικές του οδηγίες, αντιγράφει ένα τμήμα του DNA ως γονίδιο για να το αλλάξει σε ένα νουκλεοτίδιο RNA. Το RNA διαφέρει από το DNA με δύο διαφορετικούς τρόπους. Τα νουκλεοτίδια στο RNA αποτελούνται από ριβόζη σακχάρου και ονομάζονται ριβονουκλεοτίδια. Το DNA έχει δεοξυριβόζη ως περιεκτικότητα σε σάκχαρα. Το RNA έχει τις ίδιες βάσεις με το DNA της αδενίνης, της γουανίνης και της κυτοσίνης, αλλά έχει τη βάση ή την ουρακίλη αντί της θυμίνης που βρίσκεται στο DNA. Η δομή του DNA και του RNA είναι πολύ διαφορετικές, καθώς το DNA είναι δίκλωνος έλικας και το RNA είναι μονόκλωνο. Οι αλυσίδες RNA μπορούν να διπλωθούν σε μεγάλη ποικιλία πολλών σχημάτων με τον ίδιο τρόπο που μια αλυσίδα πολυπεπτιδίου διπλώνεται για να σχηματίσει το τελικό σχήμα μιας πρωτεΐνης.
Πόσοι βασικοί τύποι RNA υπάρχουν;
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι RNA που παράγονται ως μόρια στον πυρήνα ανθρώπινων και ζωικών κυττάρων. Το RNA βρίσκεται επίσης στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου. Το κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου είναι όλο το περιεχόμενο εκτός του πυρήνα που περικλείεται από την μεμονωμένη κυτταρική μεμβράνη. Οι τρεις κύριοι τύποι RNA είναι το RNA messenger, το RNA μεταφοράς και το ριβοσωμικό RNA ή το rRNA. Κάθε ένας από τους τρεις τύπους RNA έχει ξεχωριστό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών της μεταγραφής, της αποκωδικοποίησης και της μετάφρασης του γενετικού κώδικα που ξεκινά με το DNA.
Ποια είναι η διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών;
Η μεταγραφή είναι το πρώτο βήμα της πρωτεϊνικής σύνθεσης στο οποίο το messenger RNA παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Το Messenger RNA είναι ασταθές και δεν ζει πολύ σε ένα κελί για να διασφαλίσει ότι οι πρωτεΐνες παράγονται μόνο όταν χρειάζονται για ανάπτυξη ή επιδιόρθωση κυττάρων. Η μεταγραφή είναι όταν οι γενετικές πληροφορίες εντός του DNA ενός κυττάρου μετατρέπονται σε μήνυμα με τη μορφή RNA. Οι πρωτεΐνες των παραγόντων μεταγραφής ξετυλίγουν τον κλώνο DNA για να επιτρέψουν στο ένζυμο RNA πολυμεράση να μεταγράφει έναν μονό κλώνο DNA. Το DNA παράγεται από τέσσερις νουκλεοτιδικές βάσεις αδενίνης, γουανίνης, κυτοσίνης και θυμίνης. Συνδυάζονται σε ζεύγη αδενίνης συν γουανίνης και κυτοσίνης συν θυμίνης. Όταν το RNA μεταγράφει το DNA σε ένα μόριο αγγελιοφόρου RNA, η αδενίνη ζεύγη με ουρακίλη και κυτοσίνη ζεύγη με γουανίνη. Στο τέλος της διαδικασίας μεταγραφής, το αγγελιοφόρο RNA μεταφέρεται από τον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα.
Στη συνέχεια είναι η διαδικασία μετάφρασης, κατά την οποία το RNA μεταφοράς παίζει σημαντικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών. Η μεταφορά RNA είναι ο μικρότερος τύπος RNA και συνήθως έχει μήκος περίπου 70 έως 90 νουκλεοτίδια. Μεταφράζει το μήνυμα εντός των νουκλεοτιδικών αλληλουχιών του αγγελιοφόρου RNA σε αλληλουχίες αμινοξέων. Τα αμινοξέα συνδέονται μαζί με άλλα αμινοξέα για να σχηματίσουν πρωτεΐνες, οι οποίες είναι απαραίτητες για όλες τις κυτταρικές λειτουργίες. Οι πρωτεΐνες σχηματίζονται από ένα σύνολο 20 αμινοξέων. Το RNA μεταφοράς έχει το ίδιο σχήμα με ένα τριφύλλι με τρεις βρόχους φουρκέτας. Το RNA μεταφοράς έχει μια θέση προσάρτησης αμινοξέων στο ένα άκρο του και μια τομή στο μεσαίο βρόχο που ονομάζεται θέση αντισωμάτων. Η τοποθεσία anticodon αναγνωρίζει τα κωδικόνια στο RNA messenger. Ένα κωδικόνιο έχει τρεις συνεχείς βάσεις νουκλεοτιδίων που δημιουργούν ένα αμινοξύ και σηματοδοτούν το τέλος της διαδικασίας μετάφρασης. Η μεταφορά RNA και τα ριβοσώματα διαβάζουν τα αγγελιοφόρα RNA κωδικόνια για να παράγουν μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, η οποία υφίσταται αρκετές αλλαγές προτού καταστεί μια πλήρως λειτουργική πρωτεΐνη.
Το ριβοσωμικό RNA (ή rRNA) έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από ριβοσωμικές πρωτεΐνες και ριβοσωματικό RNA. Το ριβοσωμικό RNA αποτελεί περίπου το 60 τοις εκατό της μάζας του ριβοσώματος. Συνήθως αποτελούνται από μια μεγάλη υπομονάδα και μια μικρή υπομονάδα. Οι υπομονάδες συντίθενται στον πυρήνα από τον πυρήνα. Τα ριβοσώματα είναι μοναδικής φύσης, καθώς περιέχουν μια θέση σύνδεσης για το αγγελιοφόρο RNA και δύο θέσεις δέσμευσης για μεταφορά RNA στη θέση RNA στη μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα. Μια μικρή ριβοσωμική υπομονάδα προσκολλάται σε ένα μόριο αγγελιοφόρου RNA και ταυτόχρονα ένα RNA μεταφοράς εκκινητή Το μόριο αναγνωρίζει και συνδέεται με μια συγκεκριμένη αλληλουχία κωδικονίων στο ίδιο ριβοσωμικό RNA μόριο κατά τη διάρκεια μετάφραση. Στη συνέχεια, η συνάρτηση rRNA περιλαμβάνει μια μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα ενώνει το νεοσύστατο σύμπλοκο και έπειτα και τις δύο ριβοσωμικές υπομονάδες ταξιδεύουν κατά μήκος του μορίου RNA του αγγελιοφόρου καθώς μεταφράζουν τα κωδικόνια σε ολόκληρη την αλυσίδα πολυπεπτιδίων καθώς περνούν τους. Το ριβοσωμικό RNA δημιουργεί τους πεπτιδικούς δεσμούς μεταξύ αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Όταν επιτευχθεί κωδικόνιο τερματισμού στο μόριο αγγελιοφόρου RNA, η διαδικασία μετάφρασης θα τερματιστεί και η αλυσίδα πολυπεπτιδίου θα απελευθερωθεί από το μόριο μεταφοράς RNA στο οποίο το ριβόσωμα χωρίζεται ξανά στις μεγάλες και μικρές υπομονάδες όπως ήταν στην αρχή της μετάφρασης φάση.
Πόσο διαρκεί η διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών;
Η διαδικασία του DNA στο RNA και του προϊόντος των πρωτεϊνών μπορεί να συμβεί με μια εκπληκτικά γρήγορη ταχύτητα. Το RNA απελευθερώνεται σχεδόν αμέσως όταν διαχωρίζεται από τον κλώνο DNA. Με αυτόν τον τρόπο, πολλά αντίγραφα RNA μπορούν να δημιουργηθούν από το ίδιο ακριβώς γονίδιο σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η σύνθεση πρόσθετων μορίων RNA μπορεί να ξεκινήσει πριν ολοκληρωθεί το πρώτο RNA έτσι ώστε να μπορεί να παράγει RNA γρήγορα. Όταν τα μόρια RNA ακολουθούν το ένα το άλλο στενά, το καθένα μπορεί να μετακινήσει περίπου 20 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο σε ανθρώπους και ζώα. Πάνω από 1.000 μεταγραφές μπορούν να συμβούν σε μία ώρα από ένα μόνο γονίδιο.
Τι είναι η εξάντληση του rRNA;
Η εξάντληση του ριβοσωματικού RNA είναι το πιο άφθονο συστατικό του RNA, καθώς περιλαμβάνει την πλειοψηφία άνω του 80 έως 90 τοις εκατό του συνόλου του RNA σε ένα κύτταρο. Η εξάντληση του ριβοσωμικού RNA είναι όταν το rRNA αφαιρείται μερικώς από ένα ολόκληρο δείγμα RNA έτσι μελετήστε καλύτερα την αντίδραση αλληλουχίας RNA για να εστιάσετε στα άλλα δύο μέρη ενός δείγματος RNA στο μεταγραφή.
Ποιοι είναι οι άλλοι τύποι RNA που παράγονται σε κύτταρα;
Υπάρχουν τρεις επιπλέον τύποι RNA που μπορούν να παραχθούν σε κύτταρα. Λειτουργία μικρού πυρηνικού RNA σε μια ποικιλία διαδικασιών του πυρήνα, όπως η σύνδεση RNA του προ-αγγελιοφόρου. Το μικρό πυρηνικό RNA επεξεργάζεται και τροποποιεί χημικά το ριβοσωμικό RNA. Άλλοι τύποι RNA που δεν κωδικοποιούν μονάδες λειτουργούν σε κυτταρικές διεργασίες όπως το τελομερές σύνθεση, απενεργοποίηση του χρωμοσώματος Χ και μεταφορά πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο για καλά κύτταρα υγεία.
Τι είναι οι ιοί RNA;
Ένας ιός RNA έχει έναν πυρήνα του γενετικού υλικού που λαμβάνεται από το DNA ενός κυττάρου. Συνήθως έχει ένα προστατευτικό καψίδιο πρωτεΐνης και ένα περίβλημα λιπιδίων για ακόμη μεγαλύτερη προστασία. Ένας ιός RNA προσκολλάται σε ένα κύτταρο ξενιστή, διεισδύει σε αυτό, αναπαράγει το γενετικό υλικό και δημιουργεί το προστατευτικό καψίδιο και στη συνέχεια αναδύεται από το κύτταρο. Οι ιοί RNA αποθηκεύουν το γενετικό υλικό του RNA και όχι το DNA.
Όλα τα υγιή κύτταρα αποθηκεύουν γενετικό υλικό στο DNA. Το RNA χρησιμοποιείται μόνο όταν το DNA αντιγράφεται για να σχηματίσει RNA και συνθέτει πρωτεΐνες που απαιτούνται από ένα υγιές κύτταρο για να ζήσει. Το DNA είναι πολύ πιο σταθερό από το RNA, οπότε το DNA κάνει πολύ λίγα λάθη όταν τα κύτταρα χωρίζονται, ωστόσο η αστάθεια του RNA και η αναπαραγωγή του μπορούν να κάνουν πολλά λάθη και μπορεί ακόμη και να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό του για πολλαπλασιασμό έναν ιό. Το RNA μπορεί να κάνει έως ένα λάθος πάνω από 10.000 νουκλεοτίδια κάθε φορά που αντιγράφεται. Είναι επίσης πολύ λιγότερο ικανό να διορθώσει γενετικά λάθη από το DNA. Όταν ένα ανοσοποιητικό σύστημα μαθαίνει να αναγνωρίζει έναν ιό, σχηματίζει αντισώματα για την καταπολέμηση του ιού. Οι ιοί μπορούν να μεταλλαχθούν, έτσι το ανοσοποιητικό σύστημα δεν μπορεί να το αναγνωρίσει και τότε μπορεί να πολλαπλασιαστεί. Αυτό επιτρέπει στους ιούς RNA να εξαπλώνονται πολύ πιο γρήγορα από τους ιούς DNA.
Ένας ιός που επιβιώνει μπορεί να αναπαραχθεί σε νέα κύτταρα μέσω της αλληλουχίας RNA και να οδηγήσει σε χιλιάδες κύτταρα που αναπαράγει που περιέχουν τον ιό. Οι ιοί RNA εξελίσσονται γρηγορότερα από οποιονδήποτε πραγματικό ζωντανό οργανισμό. Τα υψηλά ποσοστά μετάλλαξης κυττάρων που έχουν μολυνθεί από ιό RNA δεν απειλούν την επιβίωση του ιού.
Υπάρχουν δύο τύποι ιών RNA. Μπορούν να είναι μονόκλωνα ή νόημα κλωνοποιημένα ή ζευγαρωμένα ως αντινόημα σκέλη. Οι ιοί RNA διπλής έλικος πρέπει πρώτα να αλλάξουν και να μεταφραστούν σε RNA μονής έλικος. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο ξενιστή να είναι σε μορφή που τα ριβοσώματα μπορούν να διαβάσουν. Ο ιός της γρίπης Α διατηρεί τα απαραίτητα ένζυμα κοντά στον πυρήνα του νουκλεϊκού οξέος του ιού. Όταν αλλάζει από αντιπληροφοριακό σε νόημα RNA, μπορεί στη συνέχεια να διαβαστεί από τα ριβοσώματα στο κύτταρο για να δημιουργήσει ιικές πρωτεΐνες και να αναπαραχθεί.
Μερικοί ιοί RNA αποθηκεύουν τις πληροφορίες τους με μια λογική πτυχή, ώστε να μπορούν να διαβαστούν απευθείας από τα ριβοσώματα του κυττάρου και λειτουργεί σαν ένα κανονικό RNA αγγελιοφόρου. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ριβοσώματα συνθέτουν το αντίγραφο RNA και δημιουργούν ένα αντιπληροφοριακό ιικό κύτταρο έτσι ώστε να μπορεί χρησιμοποιήστε το ως πρότυπο για τη σύνθεση περισσότερων ιογενών RNA μαζί με τις απαραίτητες πρωτεΐνες για τα κύτταρα ζω. Ένας από τους πιο θανατηφόρους ιούς αυτού του τύπου είναι η ηπατίτιδα C.
Παραδείγματα ρετροϊού είναι ο HIV και το AIDS. Αποθηκεύουν το γενετικό τους υλικό με τη μορφή RNA, αλλά χρησιμοποιούν το ένζυμο αντίστροφης μεταγραφής για να μετατρέψουν το RNA τους σε DNA στο μολυσμένο κύτταρο. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή πολλών αντιγράφων στα κύτταρα ξενιστές, ώστε ο ιός να μπορεί να μολύνει γρήγορα μια μεγάλη ποσότητα κυττάρων.
Οι κοροναϊοί είναι επίσης ιοί RNA. Μολύνουν κυρίως τον ανώτερο αναπνευστικό και γαστρεντερικό σωλήνα στους ανθρώπους. Το SARS-CoV είναι ένας σοβαρός ιός που μολύνει την ανώτερη αναπνευστική οδό καθώς και την κατώτερη αναπνευστική οδό και περιλαμβάνει επίσης γαστρεντερική δυσφορία. Οι κοροναϊοί είναι ένα σημαντικό ποσοστό όλων των κοινών κρυολογημάτων. Οι ρινοϊοί είναι η κύρια αιτία του κοινού κρυολογήματος. Οι κοροναϊοί μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε πνευμονία.
Το SARS είναι σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο και περιέχει γονίδια RNA που μεταλλάσσονται πολύ αργά. Το SARS μεταδίδεται από αναπνευστικά σταγονίδια στον αέρα από το φτέρνισμα ή το βήχα για να μολύνει άλλους.
Οι μολύνσεις από νοροϊούς έγιναν διάσημες για την εμφάνισή τους σε κρουαζιερόπλοια και ονομάστηκαν ιοί τύπου Norwalk. Αυτά προκαλούν γαστρεντερίτιδα και εξαπλώνεται από το ένα άτομο στο άλλο μέσω οδού κοπράνων. Εάν ένα μολυσμένο άτομο εργάζεται σε κουζίνα, μπορεί να μολύνει τα τρόφιμα έχοντας τον ιό στα χέρια τους και δεν φοράει γάντια.