Laiks, kurā dzīvojam, iezīmējas ar pārsteidzošām pārmaiņām, milzīgu progresu, kad cilvēki saņem atbildes uz arvien jauniem un jauniem jautājumiem. Dzīve strauji virzās uz priekšu, un tas, kas vēl nesen šķita neiespējams, sāk piepildīties. Pilnīgi iespējams, ka tas, kas šodien šķiet sižets no zinātniskās fantastikas žanra, drīzumā iegūs arī realitātes iezīmes.
Viens no svarīgākajiem atklājumiem divdesmitā gadsimta otrajā pusē bija nukleīnskābes RNS un DNS, pateicoties kurām cilvēks pietuvojās dabas noslēpumu atklāsmei.
Nukleīnskābes
Nukleīnskābes ir organiski savienojumi ar makromolekulārām īpašībām. Tie sastāv no ūdeņraža, oglekļa, slāpekļa un fosfora.
Tos 1869. gadā atklāja F. Mišers, izmeklējot strutas. Tomēr tajā laikā viņa atklājumam netika piešķirta liela nozīme. Tikai vēlāk, kad šīs skābes tika atrastas visās dzīvnieku un augu šūnās, saprata to milzīgo lomu.
Ir divu veidu nukleīnskābes: RNS un DNS (ribonukleīnskābes un dezoksiribonukleīnskābesskābes). Šis raksts ir par ribonukleīnskābi, taču vispārējai izpratnei ņemsim vērā arī to, kas ir DNS.
Kas ir dezoksiribonukleīnskābe?
DNS ir nukleīnskābe, kas sastāv no diviem pavedieniem, kas saskaņā ar komplementaritātes likumu ir savienoti ar slāpekļa bāzu ūdeņraža saitēm. Garās ķēdes ir savītas spirālē, viens vijums satur gandrīz desmit nukleotīdus. Dubultās spirāles diametrs ir divi milimetri, attālums starp nukleotīdiem ir aptuveni pusnanometrs. Vienas molekulas garums dažreiz sasniedz vairākus centimetrus. Cilvēka šūnas kodola DNS garums ir gandrīz divi metri.
DNS struktūra satur visu ģenētisko informāciju. DNS ir replikācija, kas nozīmē procesu, kura laikā no vienas molekulas veidojas divas absolūti identiskas meitas molekulas.
Kā jau minēts, ķēde sastāv no nukleotīdiem, kas savukārt sastāv no slāpekļa bāzēm (adenīna, guanīna, timīna un citozīna) un fosforskābes atlikumiem. Visi nukleotīdi atšķiras ar slāpekļa bāzēm. Ūdeņraža saite nenotiek starp visām bāzēm; piemēram, adenīns var apvienoties tikai ar timīnu vai guanīnu. Tādējādi organismā ir tikpat daudz adenilnukleotīdu, cik timidilnukleotīdu, un guanilnukleotīdu skaits ir vienāds ar citidilnukleotīdu skaitu (Čargafa likums). Izrādās, ka vienas ķēdes secība iepriekš nosaka citas ķēdes secību, un ķēdes, šķiet, atspoguļo viena otru. Tādu modeli, kur divu ķēžu nukleotīdi ir sakārtoti sakārtoti, turklāt savienoti selektīvi, sauc.komplementaritātes principu. Papildus ūdeņraža savienojumiem dubultspirāle mijiedarbojas arī hidrofobiski.
Divas ķēdes ir pretējos virzienos, tas ir, tās atrodas pretējos virzienos. Tāpēc pretī vienas ķēdes trīsgalam ir otras ķēdes pieci gals.
Ārēji DNS molekula atgādina spirālveida kāpnes, kuru margas ir cukura-fosfāta mugurkauls, un pakāpieni ir komplementāras slāpekļa bāzes.
Kas ir ribonukleīnskābe?
RNS ir nukleīnskābe ar monomēriem, ko sauc par ribonukleotīdiem.
Pēc ķīmiskajām īpašībām tas ir ļoti līdzīgs DNS, jo abi ir nukleotīdu polimēri, kas ir fosforilēts N-glikozīds, kas veidots uz pentozes (piecu oglekļa cukura) atlikuma, uz kura atrodas fosfātu grupa. piektais oglekļa atoms un slāpekļa bāze pie pirmā oglekļa atoma.
Tā ir viena polinukleotīda ķēde (izņemot vīrusus), kas ir daudz īsāka nekā DNS.
Viens RNS monomērs ir šādu vielu atliekas:
- slāpekļa bāzes;
- piecu oglekļa monosaharīds;
- fosforskābes.
RNS ir pirimidīna (uracils un citozīns) un purīna (adenīns, guanīns) bāzes. Riboze ir RNS nukleotīda monosaharīds.
RNS un DNS atšķirības
Nukleīnskābes atšķiras viena no otras šādos veidos:
- tā daudzums šūnā ir atkarīgs no fizioloģiskā stāvokļa, vecuma un orgānu piederības;
- DNS satur ogļhidrātusdezoksiriboze un RNS - riboze;
- DNS slāpekļa bāze ir timīns, bet RNS - uracils;
- klases pilda dažādas funkcijas, bet tiek sintezētas uz DNS matricas;
- DNS ir dubultspirāle, RNS ir viena virkne;
- nav raksturīgi viņas DNS Chargaff noteikumiem;
- RNS ir vairāk minoru bāzes;
- ķēžu garums ievērojami atšķiras.
Studiju vēsture
RNS šūnu pirmo reizi atklāja vācu bioķīmiķis R. Altmens, pētot rauga šūnas. Divdesmitā gadsimta vidū tika pierādīta DNS nozīme ģenētikā. Tikai pēc tam tika aprakstīti RNS veidi, funkcijas utt. Līdz 80-90% no masas šūnā nokrīt uz rRNS, kas kopā ar olb altumvielām veido ribosomu un piedalās proteīnu biosintēzē.
Pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados pirmo reizi tika ierosināts, ka ir jābūt noteiktai sugai, kas nes proteīnu sintēzes ģenētisko informāciju. Pēc tam tika zinātniski noskaidrots, ka pastāv šādas informatīvās ribonukleīnskābes, kas pārstāv gēnu komplementāras kopijas. Tos sauc arī par ziņojuma RNS.
Tā sauktās transporta skābes ir iesaistītas tajās ierakstītās informācijas atkodēšanā.
Vēlāk sāka izstrādāt metodes nukleotīdu secības noteikšanai un RNS struktūras noteikšanai skābes telpā. Tātad tika atklāts, ka daži no tiem, kurus sauca par ribozīmiem, var sašķelt poliribonukleotīdu ķēdes. Rezultātā sāka pieņemt, ka laikā, kad uz planētas radās dzīvība,RNS darbojās bez DNS un olb altumvielām. Turklāt visas pārvērtības tika veiktas ar viņas līdzdalību.
Ribonukleīnskābes molekulas struktūra
Gandrīz visas RNS ir atsevišķas polinukleotīdu ķēdes, kuras, savukārt, sastāv no monoribonukleotīdiem – purīna un pirimidīna bāzes.
Nukleotīdi ir apzīmēti ar bāzes sākuma burtiem:
- adenīns (A), A;
- guanīns (G), G;
- citozīns (C), C;
- uracils (U), U.
Tās ir savienotas ar trīs un piecu fosfodiesteru saitēm.
RNS struktūrā ir iekļauts visdažādākais nukleotīdu skaits (no vairākiem desmitiem līdz desmitiem tūkstošu). Tie var veidot sekundāru struktūru, kas sastāv galvenokārt no īsiem divpavedienu pavedieniem, ko veido komplementāras bāzes.
Ribnukleīnskābes molekulas struktūra
Kā jau minēts, molekulai ir vienpavediena struktūra. RNS iegūst savu sekundāro struktūru un formu nukleotīdu savstarpējās mijiedarbības rezultātā. Tas ir polimērs, kura monomērs ir nukleotīds, kas sastāv no cukura, fosforskābes atlikuma un slāpekļa bāzes. Ārēji molekula ir līdzīga vienai no DNS ķēdēm. Nukleotīdi adenīns un guanīns, kas ir daļa no RNS, ir purīns. Citozīns un uracils ir pirimidīna bāzes.
Sintēzes process
Lai sintezētu RNS molekulu, veidne ir DNS molekula. Tiesa, notiek arī pretējs process, kad uz ribonukleīnskābes matricas veidojas jaunas dezoksiribonukleīnskābes molekulas. Tādasrodas noteiktu vīrusu veidu replikācijas laikā.
Biosintēzes pamats var kalpot arī kā citas ribonukleīnskābes molekulas. Tās transkripcijā, kas notiek šūnas kodolā, ir iesaistīti daudzi enzīmi, bet nozīmīgākā no tiem ir RNS polimerāze.
Skatījumi
Atkarībā no RNS veida atšķiras arī tās funkcijas. Ir vairāki veidi:
- informatīvā i-RNA;
- ribosomu rRNS;
- transportēt t-RNS;
- nepilngadīgais;
- ribozīmi;
- vīruss.
Informatīvā ribonukleīnskābe
Šādas molekulas sauc arī par matricu. Tie veido apmēram divus procentus no kopējā daudzuma šūnā. Eikariotu šūnās tie tiek sintezēti DNS veidņu kodolos, pēc tam nonāk citoplazmā un saistās ar ribosomām. Turklāt tie kļūst par proteīnu sintēzes veidnēm: tiem pievienojas pārneses RNS, kas pārnēsā aminoskābes. Tā notiek informācijas transformācijas process, kas tiek realizēts unikālajā proteīna struktūrā. Dažās vīrusu RNS tā ir arī hromosoma.
Jēkabs un Mano ir šīs sugas atklājēji. Tā ķēde, kurai nav stingras struktūras, veido izliektas cilpas. Nedarbojas, i-RNS sakrājas krokās un salocās bumbiņā un izvēršas darba stāvoklī.
i-RNS satur informāciju par aminoskābju secību proteīnā, kas tiek sintezēts. Katra aminoskābe tiek kodēta noteiktā vietā, izmantojot ģenētiskos kodus, kas ir:
- tripletitāte - no četriem mononukleotīdiem iespējams uzbūvēt sešdesmit četrus kodonus (ģenētiskais kods);
- nešķērsošana - informācija pārvietojas vienā virzienā;
- nepārtrauktība - darbības princips ir tāds, ka viena mRNS ir viens proteīns;
- universalitāte - viens vai otrs aminoskābju veids tiek kodēts visos dzīvajos organismos vienādi;
- deģenerācija - ir zināmas divdesmit aminoskābes un sešdesmit viens kodons, tas ir, tos kodē vairāki ģenētiskie kodi.
Ribosomu ribonukleīnskābe
Šādas molekulas veido lielāko daļu šūnu RNS, proti, astoņdesmit līdz deviņdesmit procentus no kopējās. Tie savienojas ar olb altumvielām un veido ribosomas – tās ir organellas, kas veic proteīnu sintēzi.
Ribosomas ir sešdesmit pieci procenti rRNS un trīsdesmit pieci procenti olb altumvielu. Šī polinukleotīdu ķēde viegli salokās kopā ar proteīnu.
Ribosoma sastāv no aminoskābju un peptīdu apgabaliem. Tie atrodas uz saskares virsmām.
Ribosomas šūnā brīvi pārvietojas, sintezējot olb altumvielas pareizajās vietās. Tie nav īpaši specifiski un var ne tikai nolasīt informāciju no mRNS, bet arī veidot ar tiem matricu.
Ribonukleīnskābes transportēšana
t-RNS ir visvairāk pētīta. Tie veido desmit procentus no šūnu ribonukleīnskābes. Šāda veida RNS saistās ar aminoskābēm, pateicoties īpašam fermentam, un tiek nogādātas ribosomās. Tajā pašā laikā aminoskābes tiek transportētas ar transportumolekulas. Tomēr gadās, ka aminoskābi kodē dažādi kodoni. Tad vairākas transporta RNS tos nesīs.
Kad neaktīvs, tas saritinās bumbiņā, taču darbojas kā āboliņa lapa.
Tajā izšķir šādas sadaļas:
- akceptora kāts ar ACC nukleotīdu secību;
- vietne pievienošanai ribosomai;
- antikodons, kas kodē šai tRNS pievienoto aminoskābi.
Nelielas ribonukleīnskābes sugas
Nesen RNS sugas ir papildinātas ar jaunu klasi, tā saukto mazo RNS. Visticamāk, tie ir universāli regulatori, kas ieslēdz vai izslēdz gēnus embrionālajā attīstībā, kā arī kontrolē procesus šūnās.
Ribozīmi ir arī nesen identificēti, tie aktīvi iesaistās RNS skābes fermentācijas procesā, darbojoties kā katalizators.
Skābju vīrusu veidi
Vīruss var saturēt ribonukleīnskābi vai dezoksiribonukleīnskābi. Tāpēc ar atbilstošajām molekulām tās sauc par RNS saturošām. Šādam vīrusam nonākot šūnā, notiek reversā transkripcija – uz ribonukleīnskābes bāzes parādās jauna DNS, kas tiek integrēta šūnās, nodrošinot vīrusa eksistenci un vairošanos. Citā gadījumā uz ienākošās RNS veidojas komplementāra RNS. Vīrusi ir olb altumvielas, dzīvībai svarīga darbība un vairošanās notiek bez DNS, bet tikai pamatojoties uz informāciju, ko satur vīrusa RNS.
Replicēšana
Lai uzlabotu kopējo izpratni, tas ir nepieciešamsApsveriet replikācijas procesu, kas rada divas identiskas nukleīnskābes molekulas. Šādi sākas šūnu dalīšanās.
Tas ietver DNS polimerāzes, no DNS atkarīgās, RNS polimerāzes un DNS ligāzes.
Replicēšanas process sastāv no šādām darbībām:
- despiralizācija - notiek secīga mātes DNS attīšana, notverot visu molekulu;
- ūdeņraža saišu pārraušana, kurā ķēdes atdalās un parādās replikācijas dakša;
- dNTP pielāgošana vecākķēžu atbrīvotajām bāzēm;
- pirofosfātu šķelšanās no dNTP molekulām un fosforodiestera saišu veidošanās atbrīvotās enerģijas dēļ;
- respiralizācija.
Pēc meitas molekulas veidošanās tiek sadalīts kodols, citoplazma un pārējais. Tādējādi veidojas divas meitas šūnas, kuras ir pilnībā saņēmušas visu ģenētisko informāciju.
Turklāt šūnā sintezēto proteīnu primārā struktūra ir kodēta. DNS šajā procesā piedalās netiešā, nevis tiešā veidā, kas sastāv no tā, ka tieši uz DNS notiek proteīnu, veidošanā iesaistītās RNS, sintēze. Šo procesu sauc par transkripciju.
Transkripcija
Visu molekulu sintēze notiek transkripcijas laikā, tas ir, ģenētiskās informācijas pārrakstīšana no konkrēta DNS operona. Šis process dažos veidos ir līdzīgs replikācijai, bet citos – ļoti atšķirīgs.
Līdzības ir šādas:
- sākas ar DNS despiralizāciju;
- notiek ūdeņraža plīsumssavienojumi starp ķēžu pamatnēm;
- NTF, kas tos papildina;
- veidojas ūdeņraža saites.
Atšķirības no replikācijas:
- transkripcijas laikā tiek atšķetināta tikai tā DNS daļa, kas atbilst transkripcijai, savukārt replikācijas laikā visa molekula tiek nesagriezta;
- transkribējot, regulējamie NTF satur ribozi un uracilu, nevis timīnu;
- informācija tiek norakstīta tikai no noteikta apgabala;
- pēc molekulas veidošanās ūdeņraža saites un sintezētā ķēde tiek pārtraukta, un ķēde noslīd no DNS.
Normālai funkcionēšanai RNS primārajai struktūrai vajadzētu sastāvēt tikai no DNS sekcijām, kas kopētas no eksoniem.
Nobriešanas process sākas jaunizveidotajā RNS. Klusie reģioni tiek izgriezti, un informatīvie reģioni tiek sapludināti, veidojot polinukleotīdu ķēdi. Turklāt katrai sugai ir savas pārvērtības.
I-RNA gadījumā notiek piesaiste sākuma galam. Poliadenilāts ir pievienots gala vietai.
TRNA bāzes tiek modificētas, lai veidotu mazākas sugas.
rRNS atsevišķas bāzes arī tiek metilētas.
Aizsargājiet olb altumvielas no iznīcināšanas un uzlabojiet transportēšanu uz citoplazmu. Nobriedusi RNS saistās ar tiem.
Dezoksiribonukleīnskābju un ribonukleīnskābju nozīme
Nukleīnskābēm ir liela nozīme organismu dzīvē. Tas tiek uzglabāts tajās, pārnests uz citoplazmu un mantots ar meitas šūnāminformācija par katrā šūnā sintezētajiem proteīniem. Tās ir visos dzīvajos organismos, šo skābju stabilitātei ir liela nozīme gan šūnu, gan visa organisma normālai darbībai. Jebkuras izmaiņas to struktūrā izraisīs izmaiņas šūnās.
