MRNR: apibrėžimas, funkcija ir struktūra

RNR arba ribonukleino rūgštis yra viena iš dviejų gamtoje randamų nukleino rūgščių. Kita, dezoksiribonukleino rūgštis (DNR), neabejotinai yra labiau įsitvirtinusi vaizduotėje. Net žmonės, mažai besidomintys mokslu, žino, kad DNR yra gyvybiškai svarbi perduodant bruožus iš vieno karta į kitą ir kad kiekvieno žmogaus DNR yra unikali (ir todėl yra bloga idėja palikti nusikaltimą) scena). Tačiau atsižvelgiant į visą DNR žinomumą, RNR yra labiau universali molekulė, gaunama trimis pagrindinėmis formomis: pasiuntinė RNR (mRNR), ribosominė RNR (rRNR) ir perdavimo RNR (tRNR).

MRNR darbas labai priklauso nuo kitų dviejų tipų, o mRNR yra tiesiai vadinamosios centrinės molekulinės biologijos dogmos centre (DNR gimdo RNR, kuri savo ruožtu gimdo baltymus).

DNR ir RNR yra nukleorūgštys, o tai reiškia, kad tai yra polimerinės makromolekulės, kurių monomerinės sudedamosios dalys vadinamos nukleotidais. Nukleotidai susideda iš trijų skirtingų dalių: cukraus pentozės, fosfatų grupės ir azoto bazės, parinktos iš keturių pasirinkimų. Pentozės cukrus yra cukrus, turintis penkių atomų žiedo struktūrą.

Trys pagrindiniai skirtumai išskiria DNR nuo RNR. Pirma, RNR cukraus nukleotido dalis yra ribozė, o DNR - dezoksiribozė, kuri yra tiesiog ribozė su hidroksilo (-OH) grupe, pašalinta iš vieno iš anglies atomų penkių atomų žiede ir pakeista vandenilio atomu (-H). Taigi cukraus DNR dalis yra tik vienas deguonies atomas, masyvesnis už RNR, tačiau RNR yra daug chemiškai reaktyvesnė molekulė nei DNR dėl vienos papildomai -OH grupės. Antra, gana gerai, kad DNR yra dviguba grandinė ir stabiliausia nuo jos yra suvyniota į spiralinę formą. Kita vertus, RNR yra viengrandis. Ir trečia, nors DNR ir RNR yra azoto bazių adeninas (A), citozinas (C) ir guaninas (G), ketvirtoji tokia DNR bazė yra timinas (T), o RNR - uracilas (U).

Kadangi DNR yra dviguba grandinė, mokslininkai nuo 1900-ųjų vidurio žinojo, kad šios azoto bazės poruojasi tik su vienos rūšies bazėmis ir tik su jomis; A poros su T ir C poros su G. Be to, A ir G chemiškai klasifikuojami kaip purinai, o C ir T - pirimidinai. Kadangi purinai yra žymiai didesni nei pirimidinai, A-G poros būtų pernelyg didelės, o C-T poros būtų neįprastai mažos; abi šios situacijos būtų trikdančios dvi grandis DNR, esančių vienodu atstumu, visuose taškuose išilgai dviejų grandinių.

Dėl šios susiejimo schemos dvi DNR grandinės vadinamos „komplementariomis“, o vienos seką galima numatyti, jei žinoma kita. Pavyzdžiui, jei dešimties nukleotidų eilutė DNR grandinėje turi bazinę seką AAGCGTATTG, komplementari DNR grandinė turės bazinę seką TTCGCATAAC. Kadangi RNR yra sintetinama iš DNR šablono, tai turi reikšmės ir transkripcijai.

iRNR yra labiausiai į DNR panaši ribonukleino rūgšties forma, nes jos užduotis iš esmės yra ta pati: perduoti informaciją koduojamos genuose, kruopščiai sutvarkytų azoto bazių pavidalu, prie surinktų ląstelių mašinų baltymai. Tačiau egzistuoja ir įvairūs gyvybiškai svarbūs RNR tipai.

Trimatė DNR struktūra buvo išaiškinta 1953 m., Kai Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas gavo Nobelio premiją. Tačiau daugelį metų RNR struktūra liko nepastebima, nepaisant kai kurių tų pačių DNR ekspertų pastangų ją apibūdinti. 1960-aisiais tapo aišku, kad nors RNR yra viengrandis, jos antrinė struktūra - tai yra sekos santykis nukleotidų, kai RNR eina per kosmosą, reiškia, kad RNR ilgiai gali susilenkti patys su savimi. pagrindai toje pačioje juostoje, tokiu būdu susiedami vienas su kitu, ilgis lipnios juostos gali prilipti prie savęs, jei leisite kinkas. Tai yra kryžminės tRNR struktūros pagrindas, apimantis tris 180 laipsnių posūkius, kurie sukuria molekulės molekulių ekvivalentų molekulių atitikmenį.

rRNR yra šiek tiek kitokia. Visa rRNR gaunama iš vieno maždaug 13 000 nukleotidų ilgio rRNR grandinės pabaisos. Atlikus keletą cheminių modifikacijų, ši grandinė suskaidoma į du nevienodus subvienetus, vienas vadinamas 18S, kitas - 28S. („S“ reiškia „Svedbergo vienetą“, kurį biologai naudoja netiesiogiai įvertindami makromolekulių masę.) 18S dalis yra įtraukta į tai, kas yra vadinamas mažu ribosominiu subvienetu (kuris, kai baigtas, iš tikrųjų yra 30S), o 28S dalis prisideda prie didžiojo subvieneto (kurio bendras dydis yra 50S); visose ribosomose yra vienas iš kiekvieno subvieneto kartu su daugybe baltymų (ne nukleorūgštimis, dėl kurių patys baltymai yra įmanomi), kad būtų užtikrintas ribosomų struktūrinis vientisumas.

DNR ir RNR grandinės turi vadinamuosius 3 ’ir 5’ („trys pirminiai“ ir „penkis pirminiai“) galus, remiantis molekulių padėtimis, pritvirtintomis prie grandinės cukraus dalies. Kiekviename nukleotide fosfato grupė yra prijungta prie anglies atomo, pažymėto 5 'žiede, o 3' anglis turi hidroksilo (-OH) grupę. Kai prie augančios nukleorūgščių grandinės pridedamas nukleotidas, tai visada įvyksta esamos grandinės 3 ’gale. Tai reiškia, kad fosfato grupė naujojo nukleotido 5 'gale yra sujungta su 3' anglimi, turinčia hidroksilo grupę, prieš įvykstant šiam susiejimui. -OH pakeičiamas nukleotidu, kuris praranda protoną (H) iš savo fosfatų grupės; taigi H molekulė₂Šiame procese aplinkai prarandamas O arba vanduo, todėl RNR sintezė yra dehidracijos sintezės pavyzdys.

Transkripcija yra procesas, kurio metu iRNR sintezuojama iš DNR šablono. Iš esmės, turint tai, ką dabar žinote, galite lengvai įsivaizduoti, kaip tai vyksta. DNR yra dviguba, todėl kiekviena grandinė gali būti vienos grandinės RNR šablonas; šios dvi naujos RNR sruogos dėl specifinių bazių poravimosi potraukių papildys viena kitą, o ne tai, kad jos susijungs. RNR transkripcija yra labai panaši į DNR replikaciją tuo, kad galioja tos pačios bazių susiejimo taisyklės, kai U užima T vietą RNR. Atkreipkite dėmesį, kad šis pakeitimas yra vienos krypties reiškinys: T DNR vis dar koduoja A RNR, bet A DNR RNR koduoja U.

Norint įvykti transkripcija, DNR dviguba spiralė turi būti nesuvyniota, o tai daro vadovaujant specifiniams fermentams. (Vėliau ji vėl perima savo tinkamą spiralinę konformaciją.) Po to įvyksta tam tikra seka, tinkamai vadinama promotoriaus seka, signalizuojanti, kur palei molekulę turi prasidėti transkripcija. Tai į molekulinę sceną sukviečia fermentą, vadinamą RNR polimeraze, kuris šiuo metu yra promotoriaus komplekso dalis. Visa tai vyksta kaip tam tikras biocheminis nepavojingas mechanizmas, kuris apsaugo RNR sintezę nuo neteisingos DNR vietos ir taip sukuria RNR grandinę, kurioje yra neteisėtas kodas. RNR polimerazė „nuskaito“ DNR grandinę, pradedant nuo promotoriaus sekos, ir juda išilgai DNR grandinės, pridėdama nukleotidų prie RNR 3 ’galo. Turėkite omenyje, kad RNR ir DNR grandinės, būdamos viena kitą papildančios, taip pat yra priešingos. Tai reiškia, kad RNR augant 3 'kryptimi, ji juda išilgai DNR grandinės DNR 5' gale. Tai nereikšmingas, bet studentams dažnai painus dalykas, todėl galbūt norėsite pasinaudoti diagrama, kad įsitikintumėte, jog suprantate mRNR sintezės mechaniką.

Vadinamos tarp vieno nukleotido ir kito cukraus grupės susidariusios jungtys fosfodiesterio jungtys (tariamos „phos-pho-die-es-ter“, o ne „phos-pho-dee-ster“, nes tai gali būti viliojanti manyti).

Fermento RNR polimerazė yra įvairių formų, nors bakterijos apima tik vieną tipą. Tai yra didelis fermentas, susidedantis iš keturių baltymų subvienetų: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ′) ir sigma (σ). Kartu jų molekulinė masė yra maždaug 420 000 daltonų. (Pavyzdžiui, vieno anglies atomo molekulinė masė yra 12; viena vandens molekulė, 18; ir visa gliukozės molekulė, 180.) Fermentas, vadinamas holoenzimu, kai yra visi keturi subvienetai yra atsakingas už promotoriaus sekų atpažinimą DNR ir dviejų DNR ištraukimą sruogos. RNR polimerazė juda išilgai transkribuojamo geno, kai prie augančio RNR segmento pridedama nukleotidų - procesas vadinamas pailgėjimu. Šiam procesui, kaip ir daugeliui ląstelių, reikalingas adenozino trifosfatas (ATP) kaip energijos šaltinis. ATP iš tikrųjų yra ne kas kita, kaip adenino turintis nukleotidas, kuriame yra trys fosfatai, o ne vienas.

Transkripcija nutrūksta, kai judanti RNR polimerazė DNR susiduria su nutraukimo seka. Kaip promotoriaus seka gali būti vertinama kaip žalios šviesos šviesoforo šviesoje atitikmuo, nutraukimo seka yra raudonos šviesos arba sustojimo ženklo analogas.

Kai MRN molekulė, turinti informaciją apie tam tikrą baltymą - tai yra geną atitinkanti MRNR dalis, yra baigta, ji vis dar reikia apdoroti, kol ji bus pasirengusi atlikti savo darbą - pristatyti cheminį projektą į ribosomas, kur vyksta baltymų sintezė. vieta. Eukariotų organizmuose jis taip pat migruoja iš branduolio (prokariotai neturi branduolio).

Kritiškai, azoto bazės perduoda genetinę informaciją grupėse po tris, vadinamus tripleto kodonais. Kiekviename kodone pateikiamos instrukcijos, kaip į augantį baltymą pridėti tam tikrą aminorūgštį. Kaip nukleotidai yra nukleorūgščių monomeriniai vienetai, taip ir aminorūgštys yra baltymų monomerai. Kadangi RNR yra keturi skirtingi nukleotidai (dėl turimų keturių skirtingų bazių) ir kodoną sudaro trys vienas po kito einantys nukleotidai, iš viso yra 64 tripleto kodonai (4³ = 64). Tai yra, pradedant AAA, AAC, AAG, AAU ir dirbant iki UUU, yra 64 deriniai. Tačiau žmonės naudoja tik 20 aminorūgščių. Todėl sakoma, kad tripleto kodas yra nereikalingas: daugeliu atvejų keli tripletai koduoja tą pačią aminorūgštį. Atvirkštinė netiesa - tai yra, tas pats tripletas negali koduoti daugiau nei vienos aminorūgšties. Tikriausiai galite įsivaizduoti biocheminį chaosą, kuris kiltų kitaip. Tiesą sakant, aminorūgštys leucinas, argininas ir serinas turi po šešis juos atitinkančius trynukus. Trys skirtingi kodonai yra STOP kodonai, panašūs į transkripcijos nutraukimo sekas DNR.

Pats vertimas yra labai bendradarbiaujantis procesas, apjungiantis visus išplėstinės RNR šeimos narius. Kadangi jis pasireiškia ribosomose, akivaizdu, kad reikia naudoti rRNR. TRNR molekulės, anksčiau apibūdintos kaip maži kryželiai, yra atsakingos už atskirų aminorūgščių nešiojimą vertimo vieta ribosomoje, kiekviena aminorūgštis sudaryta iš savo specifinio tRNR ženklo palyda. Kaip ir transkripcija, transliacija turi iniciacijos, pailgėjimo ir pabaigos fazes, o baltymo molekulės sintezės pabaigoje baltymai išsiskiria iš ribosomos ir supakuojami į Golgi kūnus naudoti kitur, o pati ribosoma disocijuojasi į savo komponentą subvienetai.