რა არის რიბონუკლეინის მჟავა?

რიბონუკლეინის მჟავა, ან RNA, არის ნუკლეინის მჟავების ორი ტიპიდან ერთ – ერთი, რომელიც დედამიწაზე გვხვდება. სხვა, დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ), დიდი ხანია უფრო მაღალ პროფილს იძენს, ვიდრე RNA, პოპულარულ კულტურაში, შემთხვევითი დამკვირვებლების გონებაში და სხვაგან. თუმცა, RNA არის უფრო მრავალმხრივი ნუკლეინის მჟავა; იგი იღებს დნმ-ისგან მიღებულ მითითებებს და გარდაქმნის მათ სხვადასხვა კოორდინირებულ საქმიანობად, რომლებიც მონაწილეობენ ცილების სინთეზში. ამ გზით რომ შევხედოთ, დნმ შეიძლება განიხილებოდეს როგორც პრეზიდენტი ან კანცლერი, რომლის შეყვანა საბოლოოდ განსაზღვრავს რა ხდება ყოველდღიური მოვლენების დონეზე, ვინაიდან RNA არის ერთგული ფეხით ჯარისკაცებისა და მშრომელთა ჯარი, რომლებიც ასრულებენ რეალურ სამუშაოებს და გამოხატავენ შთამბეჭდავი უნარების ფართო სპექტრს პროცესი

რნმ, დნმ-ის მსგავსად, მაკრომოლეკულაა (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოლეკულა შედარებით დიდი რაოდენობით ინდივიდუალური ატომებით, განსხვავებით, ვთქვათ, CO- სგან)₂ ან ჰ₂პ) შედგება პოლიმერისგან ან განმეორებითი ქიმიური ელემენტების ჯაჭვისგან. ამ ჯაჭვის "რგოლებს", ან უფრო ფორმალურად პოლიმერს შექმნილ მონომერებს ნუკლეოტიდებს უწოდებენ. ერთი ნუკლეოტიდი თავის მხრივ შედგება სამი განსხვავებული ქიმიური რეგიონისგან ან ნაწილისგან: პენტოზური შაქარი, ფოსფატის ჯგუფი და აზოტოვანი ფუძე. აზოტოვანი ფუძე შეიძლება იყოს ოთხი განსხვავებული ფუძიდან: ადენინი (A), ციტოზინი (C), გუანინი (G) და ურაცილი (U).

ადენინი და გუანინი ქიმიურად კლასიფიცირდება, როგორც პურინებივინაიდან ციტოზინი და ურაცილი მიეკუთვნებიან ნივთიერებათა კატეგორიას, რომელსაც ეწოდება პირიმიდინები. პურინები ძირითადად ხუთწევრიანი რგოლისგან შედგება, რომლებიც შეერთებულია ექვსწევრიან რგოლებთან, ხოლო პირიმიდინები მნიშვნელოვნად მცირეა და მხოლოდ ექვსი ნახშირბადის ბეჭედი აქვთ. ადენინი და გუანინი სტრუქტურით ძალიან ჰგვანან ერთმანეთს, ისევე როგორც ციტოზინი და ურაცილი.

პენტოზის შაქარი რნმ – ში არის რიბოზა, რომელიც მოიცავს ბეჭედს, რომელშიც ნახშირბადის ხუთი ატომია და ჟანგბადის ერთი ატომი. ფოსფატის ჯგუფი უკავშირდება ნახშირბადის ატომს რგოლში ჟანგბადის ატომის ერთ მხარეს, ხოლო აზოტოვანი ფუძე უკავშირდება ნახშირბადის ატომს ჟანგბადის მეორე მხარეს. ფოსფატის ჯგუფი ასევე უკავშირდება რიბოზას მომიჯნავე ნუკლეოტიდზე, ამიტომ რიბოზა და ნუკლეოტიდის ფოსფატური ნაწილი ერთად ქმნის RNA- ს "ხერხემალს".

აზოტოვანი ფუძეები შეიძლება ჩაითვალოს RNA– ს ყველაზე კრიტიკულ ნაწილად, რადგან მათ აქვთ განსაკუთრებით ფუნქციონალური მნიშვნელობები მეზობელ ნუკლეოტიდებში სამ ჯგუფში. სამი მომიჯნავე ფუძის ჯგუფები ქმნიან ერთეულებს, ე.წ. სამმაგი კოდები, ან კოდონები, რომლებიც სპეციალურ სიგნალებს ატარებენ მანქანაში, რომელიც ათავსებს ცილებს ერთმანეთთან, პირველ რიგში დნმ – ში და შემდეგ რნმ – ში გაყვანილი ინფორმაციის გამოყენებით. გარეშე ამ კოდის ინტერპრეტაცია, როგორც ეს არის, ნუკლეოტიდების მიმდევრობა იქნება შეუსაბამო, როგორც აღწერილი იქნება მალე.

როდესაც ბიოლოგიის მცირე ფონის მქონე ადამიანები ისმენენ ტერმინს "დნმ", სავარაუდოდ, ერთ-ერთი პირველი, რაც მახსენდება, არის "ორმაგი სპირალი". გამორჩეული დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა განმარტეს უოტსონმა, კრიკმა, ფრანკლინმა და სხვებმა 1953 წელს, და ჯგუფის დასკვნებში აღმოჩნდა, რომ დნმ არის ორჯაჭვიანი და ხვეული ჩვეულებრივი ფორმა. RNA, პირიქით, პრაქტიკულად ყოველთვის ერთჯაჭვიანია.

ასევე, როგორც ამ შესაბამისი მაკრომოლეკულების სახელებიდან ჩანს, დნმ შეიცავს სხვადასხვა რიბოზის შაქარს. რიბოზის ნაცვლად, იგი შეიცავს დეოქსირიბოზს, რიბოზის იდენტურ ნაერთს, გარდა იმისა, რომ წყალბადის ატომია მისი ერთ – ერთი ჰიდროქსილის (–OH) ჯგუფის ნაცვლად.

დაბოლოს, მიუხედავად იმისა, რომ პირიმიდინები რნმ – ში ციტოზინი და ურამაა, დნმ – ში ისინი ციტოზინი და თიმინია. ორმაგი ჯაჭვური დნმ-ის "კიბის" საფეხურებში "ადენინი უკავშირდება თიმინს და მხოლოდ მასთან, ხოლო ციტოზინი უკავშირდება და მხოლოდ გუანინს. (შეგიძლიათ გაიხსენოთ არქიტექტურული მიზეზი, რომ პურინის ფუძეები მხოლოდ პირიმიდინის ფუძეებს უკავშირდება დნმ-ის ცენტრში? მინიშნება: კიბის "მხარეები" უნდა დარჩეს ფიქსირებულ მანძილზე.) დნმ-ის ტრანსკრიფციისას და ა იქმნება რნმ-ის დამატებითი სტრიქონი, დნმ-ში ადენინის გადაღმა წარმოქმნილი ნუკლეოტიდი არის ურაცილი, არა თიმინი. ეს განსხვავება ეხმარება ბუნებას თავიდან აიცილოს დნმ და რნმ დამაბნეველი უჯრედულ გარემოში, სადაც არაუარესა რამ შეიძლება გამოიწვიოს არასასურველი ქცევა, თუ შესაბამისი ფერმენტები მოქმედებენ მოლეკულები.

მიუხედავად იმისა, რომ მხოლოდ დნმ არის ორჯაჭვიანი, RNA ბევრად უფრო გამოცდილია, რომ შექმნას დახვეწილი სამგანზომილებიანი სტრუქტურები. ამან საშუალება მისცა უჯრედებში განვითარდეს RNA სამი აუცილებელი ფორმა.

RNA გამოდის სამი ძირითადი ტიპის, თუმცა არსებობს დამატებითი, ძალიან ბუნდოვანი ჯიშებიც.

მესენჯერი RNA (mRNA): mRNA– ს მოლეკულები შეიცავს ცილების კოდირების თანმიმდევრობას. MRNA– ს მოლეკულების სიგრძე მნიშვნელოვნად განსხვავდება, ეუკარიოტები (ძირითადად, ცოცხალი არსებები, რომლებიც ბაქტერიები არ არიან), მათ შორის ყველაზე დიდი RNA, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი. მრავალი ჩანაწერი სიგრძეზე აღემატება 100000 ფუძეს (100 კილობაზა, ან კგ).

ტრანსფერული RNA (tRNA): tRNA არის მოკლე (დაახლოებით 75 ფუძე) მოლეკულა, რომელიც ტრანსპორტირებს ამინომჟავებს და გადადის მათ მზარდ ცილაში თარგმნის დროს. ითვლება, რომ tRNA– ებს აქვთ საერთო სამგანზომილებიანი მოწყობა, რომელიც ჰგავს სამყურას რენტგენის ანალიზზე. ეს გამოწვეულია დამატებითი ფუძეების სავალდებულოობით, როდესაც tRNA ძაფი იკეცება თავის თავზე, ჰგავს ფირს, რომელიც თავისით იკვრება, როდესაც მას შემთხვევით დააკავშირებთ მის ზოლის გვერდებს.

რიბოსომული რნმ (rRNA): rRNA– ს მოლეკულები წარმოადგენენ ორგანოს მასის 65–70 პროცენტს, რომელსაც ეწოდება რიბოსომასტრუქტურა, რომელიც უშუალოდ მასპინძლობს თარგმანს, ან ცილის სინთეზს. რიბოსომები უჯრედის სტანდარტებით ძალიან დიდია. ბაქტერიული რიბოსომების მოლეკულური წონა დაახლოებით 2.5 მილიონია, ხოლო ეუკარიოტული რიბოსომების მოლეკულური წონა მასზე დაახლოებით ნახევარჯერ მეტია. (ცნობისთვის, ნახშირბადის მოლეკულური წონაა 12; არცერთი ელემენტი არ აღემატება 300-ს.)

ერთი ეუკარიოტული რიბოსომა, სახელწოდებით 40S, შეიცავს ერთ rRNA- ს, ისევე როგორც დაახლოებით 35 სხვადასხვა ცილას. 60S რიბოსომა შეიცავს სამ rRNA- ს და დაახლოებით 50 ცილას. რიბოსომები ამრიგად წარმოადგენს ნუკლეინის მჟავების (rRNA) და ცილოვან პროდუქტებს, რომელთა შექმნის კოდს სხვა ნუკლეინის მჟავები (mRNA) ატარებენ.

ბოლო დრომდე მოლეკულურ ბიოლოგებს მიაჩნდათ, რომ rRNA ასრულებდა ძირითადად სტრუქტურულ როლს. ამასთან, უფრო ბოლოდროინდელი ინფორმაცია მიუთითებს იმაზე, რომ rRNA რიბოსომებში მოქმედებს როგორც ფერმენტი, ხოლო მის გარშემო არსებული ცილები ხარაჩოების როლს ასრულებს.

ტრანსკრიფცია არის დნმ – ის შაბლონიდან RNA– ს სინთეზის პროცესი. მას შემდეგ, რაც დნმ არის ორჯაჭვიანი და RNA ერთჯაჭვიანი, დნმ-ის ძაფები უნდა გამოიყოს, სანამ მოხდება ტრანსკრიფცია.

გარკვეული ტერმინოლოგია ამ ეტაპზე სასარგებლოა. გენი, რომლის შესახებაც ყველას სმენია, მაგრამ არაბიოლოგიის რამდენიმე ექსპერტს შეუძლია ოფიციალურად განსაზღვროს, არის მხოლოდ დნმ-ის მონაკვეთი, რომელიც შეიცავს შაბლონი RNA სინთეზისთვის და ნუკლეოტიდების მიმდევრობა, რომლებიც საშუალებას აძლევს RNA– ს წარმოებას მოაწესრიგოს და გააკონტროლოს შაბლონიდან რეგიონი როდესაც ცილების სინთეზის მექანიზმები პირველად სიზუსტით იქნა აღწერილი, მეცნიერებმა თქვეს, რომ თითოეული გენი შეესაბამება ერთ ცილოვან პროდუქტს. რამდენადაც ეს მოხერხებული იქნებოდა (და რამდენადაც ეს აზრი აქვს მას ზედაპირზე), იდეა არასწორი დადასტურდა. ზოგი გენში საერთოდ არ არის კოდირებული ცილები და ზოგიერთ ცხოველში ხდება „ალტერნატიული შეკვეთა“, რომელშიც როგორც ჩანს, ერთი და იგივე გენი შეიძლება გამოიწვიოს სხვადასხვა პროტეინის შესაქმნელად საერთო.

RNA ტრანსკრიფციით გამოდის პროდუქტი, რომელიც არის კომპლემენტარული დნმ-ს შაბლონამდე. ეს ნიშნავს, რომ ეს არის ერთგვარი სარკისებური გამოსახულება და, ბუნებრივია, დაწყვილდება შაბლონის იდენტური ნებისმიერი თანმიმდევრობისთვის, ძირითადი ბაზის ბაზის დაწყვილების კონკრეტული წესების წყალობით. მაგალითად, დნმ-ის თანმიმდევრობა TACTGGT ავსებს RNA თანმიმდევრობას AUGACCA, ვინაიდან პირველი თანმიმდევრობის თითოეული ფუძე შეიძლება დაწყვილდეს შესაბამის წყაროს მეორე თანმიმდევრობით (გაითვალისწინეთ, რომ U ჩნდება რნმ – ში, სადაც T გამოჩნდება დნმ).

ტრანსკრიფციის დაწყება რთული, მაგრამ მოწესრიგებული პროცესია. ნაბიჯები მოიცავს:

1. ტრანსკრიფციული ფაქტორის ცილები უკავშირდება ტრანსკრიფციის მიმდევრობის "ზედა დინების" პრომოტორს.
2. რნმ პოლიმერაზა (ფერმენტი, რომელიც აყალიბებს ახალ რნმ-ს) უკავშირდება დნმ-ის პრომო-პროტეინულ კომპლექსს, რომელიც უფრო ჰგავს მანქანაში ანთების ჩამრთველს.
3. ახლად წარმოქმნილი RNA პოლიმერაზა / პრომო-პროტეინის კომპლექსი ჰყოფს დნმ-ის დამატებით ორ ძაფს.
4. RNA პოლიმერაზა იწყებს RNA– ს სინთეზს, ერთ ჯერზე ერთ ნუკლეოტიდს.

დნმ პოლიმერაზასგან განსხვავებით, რნმ პოლიმერაზას არ სჭირდება "პრაიმერირება" მეორე ფერმენტის მიერ. ტრანსკრიფცია მოითხოვს მხოლოდ რნმ პოლიმერაზას სავალდებულო მიწოდებას პრომოტერის არეზე.

დნმ-ის გენები აკოდირებს ცილის მოლეკულებს. ესენი არიან უჯრედის "ქვეითები", რომლებიც ასრულებენ სიცოცხლის შენარჩუნებისთვის საჭირო მოვალეობებს. თქვენ შეიძლება იფიქროთ ხორცზე ან კუნთზე ან ჯანმრთელ შერეკზე, როდესაც პროტეინზე ფიქრობთ, მაგრამ პროტეინების უმეტესობა თქვენი ყოველდღიური ცხოვრების სარადაროში გადის. ფერმენტები არის ცილები - მოლეკულები, რომლებიც ხელს უწყობენ ნივთიერებების დაშლას, უჯრედის ახალი კომპონენტების აგებას, ნუკლეინის მჟავების აწყობას და უჯრედების დაყოფის დროს დნმ-ის ასლებს.

"გენური ექსპრესია" ნიშნავს გენის შესაბამისი ცილის წარმოებას, ასეთის არსებობის შემთხვევაში, და ამ რთულ პროცესს ორი ძირითადი ეტაპი აქვს. პირველი არის ტრანსკრიფცია, რომელიც ადრე იყო დაწვრილებითი. თარგმანში, ახლად დამზადებული mRNA მოლეკულები გამოდიან ბირთვიდან და მიგრირებენ ციტოპლაზმაში, სადაც განლაგებულია რიბოსომები. (პროკარიოტულ ორგანიზმებში, რიბოსომები შეიძლება დაერთოს mRNA- ს, სანამ ტრანსკრიფცია ჯერ კიდევ მიმდინარეობს).

რიბოსომები შედგება ორი განსხვავებული ნაწილისგან: დიდი ქვედანაყოფი და მცირე ქვედანაყოფი. თითოეული ქვედანაყოფი, როგორც წესი, გამოყოფილია ციტოპლაზმაში, მაგრამ ისინი გაერთიანდებიან მოლეკულა mRNA– ზე. ქვედანაყოფები შეიცავს თითქმის ყველაფერს, რაც უკვე აღინიშნა: ცილებს, rRNA და tRNA. TRNA– ს მოლეკულები ადაპტერის მოლეკულებია: ერთ ბოლოს შეუძლია წაიკითხოს სამმაგი კოდი mRNA– ში (მაგალითად, UAG ან CGC) დამატებითი ბაზის დაწყვილების საშუალებით, ხოლო მეორე ბოლო ენიჭება სპეციფიკურ ამინომჟავას. თითოეული ტრიპლეტის კოდი პასუხისმგებელია დაახლოებით 20 ამინომჟავიდან ერთზე, რომელიც ქმნის ყველა ცილას; ზოგიერთი ამინომჟავის კოდირება ხდება მრავალი სამეულით (რაც გასაკვირი არ არის, რადგან შესაძლებელია 64 სამეული) ოთხი ფუძე მესამე ძალაზე გაზრდილი, რადგან თითოეულ სამკუთხედს აქვს სამი ფუძე - და მხოლოდ 20 ამინომჟავაა საჭიროა). რიბოსომაში, mRNA და aminoacyl-tRNA კომპლექსები (tRNA– ს ამინომჟავის გამორთული ნაჭრები) ერთმანეთთან ძალიან ახლოს დგას, რაც ხელს უწყობს ბაზის დაწყვილებას. rRNA ახდენს მზარდი ჯაჭვის თითოეული დამატებითი ამინომჟავის დამაგრების კატალიზაციას, რომელიც ხდება პოლიპეპტიდი და ბოლოს ცილა.

კომპლექსურ ფორმებად დალაგების უნარის შედეგად, RNA შეუძლია სუსტად იმოქმედოს, როგორც ფერმენტი. იმის გამო, რომ რნმ-ს შეუძლია შეინარჩუნოს გენეტიკური ინფორმაცია და მოახდინოს რეაქციების კატალიზირება, ზოგიერთმა მეცნიერმა თქვა, რომ რნმ-ს მთავარი როლი აქვს სიცოცხლის წარმოშობა, სახელწოდებით "RNA World". ეს ჰიპოთეზა ამტკიცებს, რომ დედამიწის ისტორიიდან შორს, RNA– ს მოლეკულები თამაშობდნენ ყველა დღეს ცილებისა და ნუკლეინის მჟავის მოლეკულების იგივე როლებია, რაც ახლა შეუძლებელი იქნებოდა, მაგრამ შესაძლოა ეს შესაძლებელი ყოფილიყო ა წინასწარი ბიოტიკური სამყარო. თუ RNA მოქმედებდა როგორც ინფორმაციის შემნახველი სტრუქტურა, ასევე კატალიზური აქტივობის წყარო, რომელიც საჭიროა ძირითადი მეტაბოლური რეაქციებისათვის, მას შეიძლება ჰქონდეს უსწრებდა დნმ-ს ადრეულ ფორმებში (მიუხედავად იმისა, რომ ახლა იგი დნმ-ს მიერ არის დამზადებული) და ემსახურებოდა პლატფორმას "ორგანიზმების" გაშვებისთვის თვითგამრავლება.