Kas yra ribonukleino rūgštis?

Ribonukleino rūgštis arba RNR yra viena iš dviejų nukleorūgščių rūšių, randamų gyvybėje Žemėje. Kita, dezoksiribonukleino rūgštis (DNR), populiariojoje kultūroje, atsitiktinių stebėtojų ir kitur, jau seniai užima aukštesnį profilį nei RNR. Vis dėlto RNR yra universalesnė nukleorūgštis; jis perima iš DNR gautas instrukcijas ir paverčia jas įvairia koordinuota veikla, susijusia su baltymų sinteze. Tokiu būdu žiūrint, DNR gali būti laikoma prezidentu ar kancleriu, kurio indėlis galiausiai lemia tai, kas vyksta kasdienių įvykių lygmenyje, kadangi RNR yra ištikimų pėsčiųjų kareivių ir niurzgančių darbuotojų armija, atliekanti tikrąjį darbą ir turinti įvairiausių įspūdingų procesą.

RNR, kaip ir DNR, yra makromolekulė (kitaip tariant, molekulė, turinti santykinai daug atskirų atomų, skirtingai nei, tarkime, CO₂ arba H₂O) susidedantis iš polimero arba besikartojančių cheminių elementų grandinės. Šios grandinės "grandys" arba, formaliau sakant, polimerą sudarantys monomerai, vadinami nukleotidais. Vieną nukleotidą savo ruožtu sudaro trys skirtingi cheminiai regionai arba jų dalys: cukrus pentozė, fosfatų grupė ir azoto bazė. Azoto bazės gali būti viena iš keturių skirtingų bazių: adeninas (A), citozinas (C), guaninas (G) ir uracilas (U).

Adeninas ir guaninas chemiškai klasifikuojami kaip purinai, tuo tarpu citozinas ir uracilas priklauso vadinamųjų medžiagų kategorijai pirimidinai. Purinus daugiausia sudaro penkių narių žiedas, sujungtas su šešių narių žiedais, o pirimidinai yra žymiai mažesni ir turi tik šešių anglių žiedą. Adeninas ir guaninas yra labai panašūs savo struktūra, kaip ir citozinas bei uracilas.

RNR esantis pentozės cukrus yra ribozė, kuris apima žiedą su penkiais anglies atomais ir vienu deguonies atomu. Fosfatų grupė yra sujungta su anglies atomu žiede vienoje deguonies atomo pusėje, o azoto bazė yra sujungta su anglies atomu kitoje deguonies pusėje. Fosfatų grupė taip pat prisijungia prie gretimo nukleotido ribozės, todėl ribozė ir fosfato nukleotido dalis kartu sudaro RNR „pagrindą“.

Azoto bazės gali būti laikomos kritiškiausia RNR dalimi, nes būtent jos, susidedančios iš trijų gretimų nukleotidų grupių, yra nepaprastai funkciškai svarbios. Trijų gretimų bazių grupės sudaro vadinamus vienetus tripleto kodaiarba kodonai, kurie perduoda specialius signalus mašinoms, sujungiančioms baltymus, naudojant informaciją, sujungtą į pirmąją DNR, o po to su RNR. Neaiškinant šio kodo, koks jis yra, nukleotidų tvarka nebūtų svarbi, kaip bus netrukus aprašyta.

Kai žmonės, turintys nedaug biologijos žinių, išgirsta terminą „DNR“, tikėtina, kad vienas iš pirmųjų dalykų, kuris ateina į galvą, yra „dviguba spiralė“. Skiriamasis DNR molekulės struktūrą 1953 m. išaiškino Watsonas, Crickas, Franklinas ir kiti, ir tarp komandos išvadų buvo tai, kad DNR yra dviguba ir spiralinė. įprasta forma. RNR, priešingai, praktiškai visada yra viengrandis.

Be to, kaip rodo šių atitinkamų makromolekulių pavadinimai, DNR yra skirtingas ribozės cukrus. Vietoj ribozės jame yra deoksiribozės, junginio, identiško ribozei, išskyrus vandenilio atomą vienos iš jo hidroksilo (-OH) grupių vietoje.

Galiausiai, nors RNR esantys pirimidinai yra citozinas ir uracilas, DNR jie yra citozinas ir timinas. Dvigrynių DNR „kopėčių“ „pakopose“ adeninas jungiasi su timinu ir tik su juo, o citozinas - su ir tik su guaninu. (Ar galite pagalvoti apie architektūrinę priežastį, kad purino bazės jungiasi tik su pirimidino bazėmis, esančiomis per DNR centrą? Užuomina: kopėčių „šonai“ turi likti fiksuotu atstumu vienas nuo kito.) Kai DNR yra perrašoma ir a sukuriama papildoma RNR grandinė, DNR susidaręs nukrypęs nuo adenino yra uracilas, ne timinas. Šis skirtumas padeda gamtai išvengti painiavos DNR ir RNR ląstelių aplinkoje, kurioje nenori dalykai gali atsirasti dėl nepageidaujamo elgesio, jei fermentai veikia atitinkamą molekulės.

Nors tik DNR yra dviguba grandinė, RNR yra kur kas įgudusi formuoti įmantrias trimates struktūras. Tai leido ląstelėse išsivystyti trims esminėms RNR formoms.

RNR yra trijų pagrindinių tipų, nors egzistuoja ir papildomos, labai neaiškios veislės.

„Messenger“ RNR (mRNR): iRNR molekulėse yra baltymus koduojanti seka. MRNR molekulių ilgis labai skiriasi, o eukariotai (iš esmės dauguma gyvų būtybių, kurios nėra bakterijos) apima didžiausią dar atrastą RNR. Daugelio nuorašų ilgis viršija 100 000 bazių (100 kilobazių arba kb).

Perkelti RNR (tRNR): tRNR yra trumpa (apie 75 bazių) molekulė, kuri perneša aminorūgštis ir perkelia jas į augantį baltymą. Manoma, kad tRNR turi bendrą trimatį išdėstymą, kuris rentgeno analizės metu atrodo kaip dobilų lapai. Tai sukelia papildomų bazių surišimas, kai tRNR grandinė atsilenkia pati, panašiai kaip juosta, prilipusi prie savęs, kai netyčia sujungiate jos juostos šonus.

Ribosominė RNR (rRNR): rRNR molekulės sudaro nuo 65 iki 70 procentų organelio, vadinamo ribosoma, struktūra, kuri tiesiogiai vykdo vertimą arba baltymų sintezę. Ribosomos pagal ląstelių standartus yra labai didelės. Bakterijų ribosomų molekulinė masė yra apie 2,5 milijono, o eukariotų ribosomų molekulinė masė yra maždaug pusantro karto didesnė. (Pavyzdžiui, anglies molekulinė masė yra 12; nėra vieno elemento, viršijančio 300.)

Vienoje eukariotinėje ribosomoje, vadinamoje 40S, yra viena rRNR ir apie 35 skirtingi baltymai. 60S ribosomoje yra trys rRNR ir apie 50 baltymų. Taigi ribosomos yra nukleorūgščių (rRNR) ir baltymų produktų, kuriuos sukuria kitos nukleorūgštys (mRNR), maišymas.

Dar neseniai molekuliniai biologai manė, kad rRNR atlieka daugiausia struktūrinį vaidmenį. Tačiau naujesnė informacija rodo, kad ribosomose esanti rRNR veikia kaip fermentas, o ją supantys baltymai veikia kaip pastoliai.

Transkripcija yra RNR sintezės iš DNR šablono procesas. Kadangi DNR yra dviguba, o RNR yra vienagija, prieš įvykstant transkripcijai, DNR grandinės turi būti atskirtos.

Šiuo metu naudinga tam tikra terminologija. Genas, apie kurį visi girdėjo, tačiau oficialiai gali apibrėžti nedaugelis ne biologijos ekspertų, yra tik DNR ruožas, kuriame yra tiek RNR sintezės šablonas ir nukleotidų sekos, leidžiančios reguliuoti ir kontroliuoti RNR gamybą iš šablono regione. Kai pirmą kartą tiksliai aprašyti baltymų sintezės mechanizmai, mokslininkai iškėlė hipotezę, kad kiekvienas genas atitinka vieną baltymų produktą. Kad ir kaip tai būtų patogu (ir tiek prasmės, kiek ji turi paviršiuje), idėja pasirodė neteisinga. Kai kurie genai visiškai nekoduoja baltymų, o kai kuriems gyvūnams "pakaitinis sujungimas", kuriame atrodo, kad tas pats genas gali sukelti skirtingus baltymus skirtingomis sąlygomis paplitęs.

RNR transkripcija gamina produktą, kuris yra papildo prie DNR šablono. Tai reiškia, kad tai yra tam tikro tipo veidrodinis vaizdas ir natūraliai susiporuotų su bet kokia seka, identiška šablonui, dėl anksčiau nurodytų konkrečių bazės ir pagrindo poravimo taisyklių. Pavyzdžiui, DNR seka TACTGGT papildo RNR seką AUGACCA, nes kiekviena pirmosios sekos bazė galima suporuoti porą su atitinkama baze antroje sekoje (atkreipkite dėmesį, kad U RNR atsiranda ten, kur atsiras T DNR).

Transkripcijos inicijavimas yra sudėtingas, bet tvarkingas procesas. Veiksmai apima:

1. Transkripcijos faktoriaus baltymai jungiasi prie promotoriaus, esančio transkribuojamos sekos „aukštupyje“.
2. RNR polimerazė (fermentas, surenkantis naują RNR) prisijungia prie DNR promotoriaus-baltymo komplekso, kuris yra panašus į automobilio uždegimo jungiklį.
3. Naujai suformuotas RNR polimerazės / promotoriaus-baltymo kompleksas atskiria dvi komplementarias DNR grandines.
4. RNR polimerazė pradeda sintetinti RNR, po vieną nukleotidą.

Skirtingai nuo DNR polimerazės, RNR polimerazės nereikia „gruntuoti“ antruoju fermentu. Transkripcijai reikia tik RNR polimerazės prisijungti prie promotoriaus srities.

DNR esantys genai koduoja baltymų molekules. Tai kameros „pėstininkai“, atliekantys gyvenimo palaikymui reikalingas pareigas. Galvodami apie baltymą galite galvoti apie mėsą ar raumenis ar sveiką kokteilį, tačiau dauguma baltymų skraido po jūsų kasdienio gyvenimo radaru. Fermentai yra baltymai - molekulės, padedančios skaidyti maistines medžiagas, kurti naujus ląstelių komponentus, surinkti nukleorūgštis (pvz., DNR polimerazę) ir pasidaryti DNR kopijas ląstelių dalijimosi metu.

„Genų ekspresija“ reiškia atitinkamo geno baltymo, jei jo yra, gamybą, o šį sudėtingą procesą sudaro du pagrindiniai etapai. Pirmasis yra transkripcija, detalizuota anksčiau. Verčiant, naujai pagamintos mRNR molekulės išeina iš branduolio ir migruoja į citoplazmą, kur yra ribosomos. (Prokariotiniuose organizmuose ribosomos gali prisijungti prie mRNR, kol dar vyksta transkripcija.)

Ribosomos susideda iš dviejų skirtingų dalių: didžiojo ir mažojo subvieneto. Kiekvienas subvienetas paprastai yra atskiriamas citoplazmoje, tačiau jie susijungia ant molekulės MRNR. Subvienetuose yra šiek tiek beveik visko, kas jau minėta: baltymai, rRNR ir tRNR. TRNR molekulės yra adapterinės molekulės: vienas galas gali nuskaityti tripleto kodą iRNR (pvz., UAG arba CGC) per papildomą bazių poravimą, o kitas galas prisijungia prie specifinės aminorūgšties. Kiekvienas tripleto kodas yra atsakingas už vieną iš maždaug 20 aminorūgščių, sudarančių visus baltymus; kai kurias aminorūgštis koduoja keli trynukai (tai nenuostabu, nes galimi 64 trynukai - keturios bazės pakeltos į trečiąją galią, nes kiekvienas tripletas turi tris bazes - ir tik 20 aminorūgščių yra reikia). Ribosomoje mRNR ir aminoacil-tRNR kompleksai (tRNR gabalai, perkeliantys aminorūgštį) yra laikomi labai arti vienas kito, palengvindami bazės poravimąsi. rRNR katalizuoja kiekvienos papildomos aminorūgšties prisijungimą prie augančios grandinės, kuri tampa polipeptidu ir galiausiai baltymu.

Dėl savo sugebėjimo išsidėstyti sudėtingomis formomis RNR gali silpnai veikti kaip fermentas. Kadangi RNR gali saugoti genetinę informaciją ir katalizuoti reakcijas, kai kurie mokslininkai pasiūlė svarbų RNR vaidmenį gyvybės kilmė, vadinama „RNR pasauliu“. Ši hipotezė teigia, kad dar toli Žemės istorijoje RNR molekulės vaidino visus tie patys baltymų ir nukleorūgščių molekulių vaidmenys yra šiandien, o tai dabar būtų neįmanoma, bet galėjo būti įmanoma ikibiotinis pasaulis. Jei RNR veikė ir kaip informacijos kaupimo struktūra, ir kaip katalizinio aktyvumo, reikalingo pagrindinėms metabolinėms reakcijoms, šaltinis, ji galėjo turėti pirmesnės formos DNR (net jei dabar ją gamina DNR) ir tarnavo kaip „organizmų“, kurie yra tikrai save replikuojantis.