DNR(Deoksiribonukleorūgštis) yra visos žinomos gyvybės genetinė medžiaga nuo paprasčiausių vienaląsčių bakterijų iki nuostabiausio penkių tonų dramblio Afrikos lygumoje. „Genetinė medžiaga“ reiškia molekules, kuriose yra du svarbūs nurodymų rinkiniai: vienas skirtas gaminant baltymus ląstelės dabartiniams poreikiams, o kita - darantys savo kopijasarba pakartoti, kad tą patį genetinį kodą galėtų naudoti būsimos ląstelių kartos.
Norint išlaikyti ląstelę pakankamai ilgai, kad ji daugintųsi, reikia daugybės šių baltymų produktų, kuriuos DNR užsako per iRNR (pasiuntinio ribonukleino rūgštis) sukuria kaip pasiuntinį ribosomose, kur iš tikrųjų sintetinami baltymai.
Vadinamas DNR genetinės informacijos kodavimas į pasiuntinį RNR transkripcija, o baltymų gamyba remiantis iRNR kryptimis yra vadinama vertimas.
Vertimas apima akmenį kartu baltymai per peptidinius ryšius, kad susidarytų ilgos amino rūgštys arba šios schemos monomerai. Egzistuoja 20 skirtingų aminorūgščių, kurių išgyvenimui žmogaus organizmui reikia kiekvienos iš jų.
Baltymų sintezė vertimo metu apima suderintą mRNR, aminoacil-tRNR kompleksų ir poros ribosomų subvienetų susitikimą, be kitų žaidėjų.
Nukleorūgštys: apžvalga
Nukleorūgštys susideda iš pasikartojančių subvienetų arba monomerų, vadinamų nukleotidai. Kiekvienas nukleotidas susideda iš trijų atskirų savo komponentų: a ribozė (penkių anglių) cukraus, nuo vieno iki trijų fosfatų grupės ir a azoto bazė.
Kiekviena nukleorūgštis turi vieną iš keturios galimos bazės kiekviename nukleotide, iš kurių du yra purinai, o du - pirimidinai. Pagrindų skirtumai tarp nukleotidų suteikia skirtingiems nukleotidams esminį pobūdį.
Nukleotidai gali egzistuoti už nukleorūgščių ribų, ir iš tikrųjų kai kurie iš šių nukleotidų yra pagrindiniai viso metabolizmo metu. Nukleotidai adenozino difosfatas (ADP) ir adenozino trifosfatas (ATP) yra pagrindas lygčių, kuriose ląstelių naudojimui skirta energija yra išgaunama iš maistinių medžiagų cheminių ryšių.
Nukleotidai nukleorūgštystačiau turi tik vieną fosfatą, kuris dalijasi su kitu nukleotidu nukleorūgšties grandinėje.
Pagrindiniai DNR ir RNR skirtumai
Molekuliniu lygiu DNR skiriasi nuo RNR dviem būdais. Viena yra ta, kad DNR esantis cukrus yra dezoksiribozė, o RNR tai yra ribozė (taigi ir jų atitinkami pavadinimai). Dezoksiribozė skiriasi nuo ribozės tuo, kad užuot turėjusi hidroksilo (-OH) grupę anglies-2 vietoje, ji turi vandenilio atomą (-H). Taigi dezoksiribozė yra vienas deguonies atomas, neturintis ribozės, taigi ir „dezoksi“.
Antrasis struktūrinis nukleorūgščių skirtumas slypi jų sudėtyje azoto bazės. DNR ir RNR yra dvi purino bazės adeninas (A) ir guaninas (G), taip pat pirimidino bazės citozinas (C). Bet nors antroji pirimidino bazė DNR yra RIMR timinas (T), ši bazė yra uracilas (U).
Kaip atsitinka, nukleorūgštyse A jungiasi ir tik su T (arba U, jei molekulė yra RNR), o C jungiasi ir tik su G. Šis specifinis ir unikalus papildomas pagrindo poravimas susitarimas reikalingas tinkamam DNR informacijos perdavimui į iRNR informaciją transkripcijoje ir iRNR informaciją į tRNR informaciją vertimo metu.
Kiti DNR ir RNR skirtumai
Labiau makrolygiu DNR yra dviguba, o RNR - viengrandė. Tiksliau, DNR yra dvigubos spiralės forma, kuri yra tarsi kopėčios, susuktos skirtingomis kryptimis iš abiejų galų.
Sruogos kiekviename nukleotide sujungiamos atitinkamomis azoto bazėmis. Tai reiškia, kad „A“ turintis nukleotidas gali turėti tik „T“ nešantį nukleotidą „partneriniame“ nukleotide. Tai reiškia, kad apibendrinant dvi DNR grandinės yra papildo vienas kitam.
DNR molekulės gali būti tūkstančiai bazių (arba, teisingiau, bazių poros) ilgas. Tiesą sakant, žmogus chromosomos yra ne kas kita, kaip viena labai ilga DNR grandinė kartu su daug baltymų. Kita vertus, visų tipų RNR molekulės paprastai būna palyginti mažos.
Be to, DNR pirmiausia randama eukariotų branduoliuose, bet taip pat mitochondrijose ir chloroplastuose. Kita vertus, daugiausia RNR randama branduolyje ir citoplazmoje. Be to, kaip netrukus pamatysite, RNR yra įvairių tipų.
RNR tipai
RNR yra trijų pagrindinių tipų. Pirmasis yra iRNR, kuris yra pagamintas iš DNR šablono transkripcijos metu branduolyje. Užbaigus, mRNR grandinė išeina iš branduolio per branduolio apvalkalo porą ir baigiasi nukreipdama pasirodymą į ribosomą, baltymų vertimas.
Antrasis RNR tipas yra pernešti RNR (tRNR). Tai yra mažesnė nukleorūgščių molekulė ir yra 20 potipių, po vieną kiekvienai aminorūgščiai. Jo paskirtis - pervesti „priskirtą“ aminorūgštį į ribosomos vertimo vietą, kad ją būtų galima pridėti prie augančios polipeptido (mažo baltymo, dažnai einančios) grandinės.
Trečiasis RNR tipas yra ribosominė RNR (rRNR). Šio tipo RNR sudaro didelę ribosomų masės dalį, o baltymai, būdingi ribosomoms, sudaro likusią masės dalį.
Prieš vertimą: MRNR šablono kūrimas
Dažnai cituojama molekulinės biologijos „centrinė dogma“ yra DNR į RNR į baltymą. Tai gali būti suformuluota dar trumpiau perrašymas į vertimą. Transkripcija yra pirmasis galutinis žingsnis link baltymų sintezės ir yra vienas iš nuolatinių bet kurios ląstelės būtinybių.
Šis procesas prasideda DNR molekulės išvyniojimu į atskiras grandines, kad fermentuose ir nukleotiduose, dalyvaujančiuose transkripcijoje, būtų vietos judėti į sceną.
Tada, palei vieną iš DNR grandinių, fermento RNR polimerazės pagalba surenkama iRNR grandinė. Ši MRN grandinė turi bazės seką, komplementarią šablono grandinei, išskyrus tai, kad U pasirodo visur, kur T atsiras DNR.
- Pavyzdžiui, jei DNR seka, kuriai atliekama transkripcija, yra ATTCGCGGTATGTC, tai gautoje mRNR grandinėje būtų seka UAAGCGCCAUACAG.
Kai sintezuojama iRNR grandinė, tam tikri DNR ilgiai, vadinami intronais, galiausiai yra išsišakoję iš mRNR sekos, nes jie nekoduoja jokių baltymų produktų. Tik tos DNR grandinės dalys, kurios iš tikrųjų koduoja kažką, vadinamos egzonais, prisideda prie galutinės mRNR molekulės.
Kas dalyvauja vertime
Norint sėkmingai išversti, baltymų sintezės vietoje reikalingos įvairios struktūros.
Ribosoma: Kiekviena ribosoma yra pagaminta iš mažo ribosominio subvieneto ir didelio ribosominio subvieneto. Jie egzistuoja kaip pora tik pradėjus vertimą. Juose yra didelis kiekis rRNR, taip pat baltymai. Tai yra vienas iš nedaugelio ląstelių komponentų, egzistuojančių tiek prokariotuose, tiek eukariotuose.
iRNR: Ši molekulė turi tiesiogines instrukcijas iš ląstelės DNR gaminti specifinį baltymą. Jei DNR galima laikyti viso organizmo planu, iRNR grandinėje yra tik tiek informacijos, kad būtų galima padaryti vieną lemiamą to organizmo komponentą.
tRNR: Ši nukleorūgštis formuoja ryšius su aminorūgštimis vienas prie kito, kad susidarytų vadinamieji aminoacil-tRNR kompleksai. Tai tiesiog reiškia, kad taksi (tRNR) šiuo metu veža numatytą ir vienintelį keleivį (specifinę aminorūgštį) iš 20 netoliese esančių „tipų“ žmonių.
Amino rūgštys: Tai yra mažos rūgštys, turinčios amino (-NH2) grupė, karboksirūgšties (-COOH) grupė ir šoninė grandinė, sujungta su centriniu anglies atomu kartu su vandenilio atomu. Svarbu tai, kad kiekvienos iš 20 aminorūgščių kodai yra nešami trijų vadinamų MRNR bazių grupėmis tripleto kodonai.
Kaip veikia vertimas?
Vertimas yra pagrįstas palyginti paprastu tripleto kodu. Apsvarstykite, kad bet kurioje trijų iš eilės bazių grupėje gali būti vienas iš 64 galimų derinių (pavyzdžiui, AAG, CGU ir kt.), Nes keturi pakelti į trečiąją galią yra 64.
Tai reiškia, kad yra daugiau nei pakankamai derinių, kad būtų sukurta 20 aminorūgščių. Iš tikrųjų tą pačią aminorūgštį būtų galima koduoti daugiau nei viename kodone.
Iš tikrųjų taip yra. Kai kurios aminorūgštys yra sintetinamos iš daugiau nei vieno kodono. Pavyzdžiui, leucinas yra susijęs su šešiomis skirtingomis kodonų sekomis. Tripleto kodas yra šis „išsigimėlis“.
Tačiau svarbu, kad taip nėra nereikalingas. Tai yra tas pats mRNR kodonas negali kodas daugiau nei vienas amino rūgštis.
Vertimo mechanika
Fizinė visų organizmų vertimo vieta yra ribosoma. Kai kurios ribosomos dalys taip pat turi fermentinių savybių.
Vertimas prokariotais prasideda iniciacija per iniciacijos faktoriaus signalą iš kodono, tinkamai vadinamo START kodonu. To nėra eukariotuose, o vietoj to, pirmoji pasirinkta aminorūgštis yra metioninas, kurį koduoja AUG, kuris veikia kaip savotiškas START kodonas.
Kai kiekviena papildoma trijų segmentų iRNR juosta eksponuojama ribosomos paviršiuje, tRNR, turinti pakviestą aminorūgštį, nuklysta į sceną ir nuleidžia savo keleivį. Ši surišimo vieta vadinama ribosomos „A“ vieta.
Ši sąveika vyksta molekuliniu lygiu, nes šios tRNR molekulės turi bazines sekas, papildančias gaunamą mRNR, taigi lengvai prisijungia prie mRNR.
Polipeptidinės grandinės statyba
Viduje konors pailgėjimas vertimo fazėje, ribosoma juda trimis pagrindais, procesas vadinamas vertimu. Tai iš naujo atskleidžia „A“ vietą ir veda prie to, kad polipeptidas, nepaisant jo ilgio šiame minties eksperimente, yra perkeltas į „P“ vietą.
Kai į „A“ vietą patenka naujas aminoacil-tRNR kompleksas, visa polipeptido grandinė pašalinama iš „P“ vieta ir prijungta prie aminorūgšties, kuri ką tik nusėdo „A“ vietoje, per peptidą obligacija. Taigi, kai vėl įvyksta ribosomos translokacija iRNR molekulės „takeliu“, ciklas bus baigtas, o auganti polipeptido grandinė dabar ilgesnė viena aminorūgštimi.
Viduje konors nutraukimas fazėje, ribosoma susiduria su vienu iš trijų galinių kodonų arba STOP kodonų, kurie yra inkorporuoti į mRNR (UAG, UGA ir UAA). Dėl to į vietą plūsta ne tRNR, o medžiagos, vadinamos išsiskyrimo veiksniais, ir tai sukelia polipeptido grandinės išsiskyrimą. Ribosomos išsiskiria į juos sudarančius subvienetus ir vertimas baigtas.
Kas atsitinka po vertimo
Transliacijos procesas sukuria polipeptido grandinę, kurią dar reikia modifikuoti, kad ji galėtų tinkamai veikti kaip naujas baltymas. Pagrindinė a struktūra baltymas, jo aminorūgščių seka sudaro tik nedidelę jo galimo funkcijos dalį.
Baltymas modifikuojamas po to, kai yra išverčiamas, sulenkiant jį į specifines formas, dažnai vykstantį procesą spontaniškai dėl elektrostatinės sąveikos tarp aminorūgščių ne kaimyninėse dėmėse palei polipeptidinė grandinė.
Kaip genetinės mutacijos veikia vertimą
Ribosomos yra puikūs darbuotojai, tačiau jie nėra kokybės kontrolės inžinieriai. Jie gali sukurti baltymus tik iš jiems duoto iRNR šablono. Jie negali aptikti to šablono klaidų. Todėl vertimo klaidų neišvengsi net ir tobulai veikiančių ribosomų pasaulyje.
Mutacijos kad pakeitus vieną aminorūgštį, gali sutrikti baltymų funkcija, pavyzdžiui, mutacija, sukelianti pjautuvo ląstelių anemiją. Mutacijos, kurios prideda arba pašalina bazinę porą, gali išmesti visą trigubą kodą, kad dauguma ar visos paskesnės aminorūgštys taip pat būtų neteisingos.
Mutacijos gali sukurti ankstyvą STOP kodoną, o tai reiškia, kad sintetinama tik dalis baltymo. Visos šios sąlygos gali būti silpninančios įvairiu laipsniu, o bandymas įveikti tokias įgimtas klaidas yra nuolatinis ir sudėtingas iššūkis medicinos tyrėjams.