Molekulārā bioloģija nodarbojas ar organisko vielu molekulu struktūras un funkciju izpēti, kas veido augu, dzīvnieku un cilvēku dzīvās šūnas. Īpaša vieta starp tām ir savienojumu grupai, ko sauc par nukleīnskābēm (kodolskābēm).
Ir divi veidi: dezoksiribonukleīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābe. Pēdējam ir vairākas modifikācijas: i-RNS, t-RNS un r-RNS, kas atšķiras pēc savām funkcijām un atrašanās vietas šūnā. Šis raksts ir veltīts šādu jautājumu izpētei: kur prokariotu un eikariotu šūnās tiek sintezēta rRNS, kāda ir tās struktūra un nozīme.
Vēstures fons
Pirmo zinātnisko pieminējumu par ribosomālo skābi var atrast R. Veinberga un S. Penmena pētījumos XX gadsimta 60. gados, kuri aprakstīja īsas polinukleotīdu molekulas, kas saistītas ar ribonukleīnskābēm, bet atšķiras pēc telpiskās struktūras un sedimentācijas koeficients no informācijas un transporta RNS. Visbiežāk to molekulasatrodams kodolā, kā arī šūnu organellās - ribosomās, kas ir atbildīgas par šūnu proteīna sintēzi. Tās sauca par ribosomālām (ribosomu ribonukleīnskābēm).
RNS raksturojums
Ribonukleīnskābe, tāpat kā DNS, ir polimērs, kura monomēri ir 4 veidu nukleotīdi: adenīns, guanīns, uracils un citidīns, kas ar fosfodiestera saitēm savienoti garās vienpavedienu molekulās, kas savītas spirālveida vai ar sarežģītākām konformācijām. Ir arī divpavedienu ribosomu ribonukleīnskābes, kas atrodamas RNS saturošajos vīrusos un dublē DNS funkcijas: iedzimto īpašību saglabāšanu un pārnešanu.
Šūnā visbiežāk sastopamas trīs veidu skābes, tās ir: matricas jeb informatīvā, RNS, transporta ribosomu ribonukleīnskābe, kurai pievienotas aminoskābes, kā arī ribosomālā skābe, kas atrodas kodolā un šūnā. citoplazma.
Ribosomu RNS veido aptuveni 80% no kopējā ribonukleīnskābju daudzuma šūnā un 60% no ribosomas masas, organoīda, kas sintezē šūnu proteīnu. Visas iepriekš minētās sugas tiek sintezētas (transkribētas) noteiktās DNS daļās, ko sauc par RNS gēniem. Sintēzes procesā tiek iesaistītas īpaša enzīma RNS polimerāzes molekulas. Vieta šūnā, kur tiek sintezēts rRNS, ir kodols, kas atrodas karioplazmākodoli.
Nucleolus, tā loma sintēzē
Šūnas dzīvē, ko sauc par šūnu ciklu, starp tās dalīšanos ir periods – starpfāze. Šobrīd šūnas kodolā ir skaidri redzami blīvi granulētas struktūras ķermeņi, ko sauc par kodoliem, kas ir gan augu, gan dzīvnieku šūnu neaizstājama sastāvdaļa.
Molekulārajā bioloģijā ir konstatēts, ka nukleoli ir organellas, kurās tiek sintezēts rRNS. Turpmākie citologu pētījumi ļāva atklāt šūnu DNS sekcijas, kurās tika atrasti gēni, kas ir atbildīgi par ribosomālo skābju struktūru un sintēzi. Viņus sauca par kodola organizētāju.
Kodolenerģijas organizētājs
Līdz XX gadsimta 60. gadiem bioloģijā pastāvēja uzskats, ka nukleolārajam organizatoram, kas atrodas sekundārās konstrikcijas vietā 13., 14., 15., 21. un 22. hromosomu pārī, ir forma no vienas vietnes. Zinātnieki, kas ir iesaistīti hromosomu bojājumu, ko sauc par aberācijām, izpētē ir atklājuši, ka hromosomu pārrāvuma brīdī sekundārās konstrikcijas vietā nukleolu veidošanās notiek katrā tās daļā.
Tādējādi varam konstatēt sekojošo: nukleolārais organizators sastāv nevis no viena, bet no vairākiem lokusiem (gēniem), kas atbild par kodola veidošanos. Tieši tajā tiek sintezētas ribosomu ribonukleīnskābes rRNS, kas veido proteīnus sintezējošo šūnu organellu apakšvienības - ribosomas.
Kas ir ribosomas?
Kā minēts iepriekš, visi trīs galvenie veidiRNS eksistē šūnā, kur tās tiek sintezētas noteiktās vietās – DNS gēnos. Transkripcijas rezultātā izveidotā ribosomu RNS veido kompleksus ar olb altumvielām - ribonukleoproteīniem, no kuriem veidojas nākotnes organellu veidojošās daļas, tā sauktās apakšvienības. Caur kodola membrānas porām tie nonāk citoplazmā un veido tajā apvienotās struktūras, kas ietver arī i-RNS un t-RNS molekulas, ko sauc par polisomām.
Pašas ribosomas var atdalīties kalcija jonu iedarbībā un pastāvēt atsevišķi kā apakšvienības. Apgrieztais process notiek šūnu citoplazmas nodalījumos, kur notiek translācijas procesi - šūnu proteīna molekulu montāža. Jo aktīvāka šūna, jo intensīvāki tajā notiek vielmaiņas procesi, jo vairāk tajā ir ribosomu. Piemēram, sarkano kaulu smadzeņu šūnām, mugurkaulnieku hepatocītiem un cilvēkiem citoplazmā ir raksturīgs liels šo organellu skaits.
Kā tiek kodēti rRNS gēni?
Pamatojoties uz iepriekš minēto, rRNS gēnu struktūra, veidi un darbība ir atkarīga no nukleolārajiem organizatoriem. Tie satur lokusus, kas satur gēnus, kas kodē ribosomu RNS. O. Millers, veicot pētījumus par ooģenēzi tritonu šūnās, noteica šo gēnu darbības mehānismu. No tiem tika sintezētas rRNS kopijas (tā sauktie primārie transkriptanti), kas satur apmēram 13x103 nukleotīdus un kuru sedimentācijas koeficients bija 45 S. Pēc tam šī ķēde piedzīvoja nobriešanas procesu, kas beidzās ar trīs veidošanos.rRNS molekulas ar sedimentācijas koeficientiem 5, 8 S, 28 S un 18 S.
rRNS veidošanās mehānisms
Atgriezīsimies pie Millera eksperimentiem, kurš pētīja ribosomu RNS sintēzi un pierādīja, ka nukleolārā DNS kalpo kā šablons (matrica) rRNS - transkriptanta veidošanās procesā. Viņš arī konstatēja, ka veidojas nenobriedušu ribosomālo skābju (pre-r-RNS) skaits ir atkarīgs no RNS polimerāzes enzīma molekulu skaita. Tad notiek to nobriešana (apstrāde), un rRNS molekulas nekavējoties sāk saistīties ar peptīdiem, kā rezultātā veidojas ribonukleoproteīns, ribosomas būvmateriāls.
Ribosomālo skābju īpašības eikariotu šūnās
Prokariotu un kodolorganismu ribosomām, kurām ir vienādi struktūras principi un kopīgi funkcionālie mehānismi, joprojām ir citomolekulāras atšķirības. Lai to noskaidrotu, zinātnieki izmantoja pētniecības metodi, ko sauc par rentgenstaru difrakcijas analīzi. Tika konstatēts, ka eikariotu ribosomas izmērs un līdz ar to tajā iekļautā rRNS ir lielāka un sedimentācijas koeficients ir 80 S. Organellu, zaudējot magnija jonus, var iedalīt divās apakšvienībās ar indikatoriem 60 S un 40 S Maza daļiņa satur vienu skābes molekulu, bet liela – trīs, tas ir, kodolšūnas satur ribosomas, kas sastāv no 4 polinukleotīdu spirālēm skābes ar šādām īpašībām: 28 S RNS - 5 tūkstoši nukleotīdu, 18 S - 2 tūkstoši 5 S - 120 nukleotīdi, 5, 8 S - 160. Vieta, kur rRNS sintezējas eikariotu šūnās, ir kodols, kas atrodas kodola karioplazmā.
Prokariotu ribosomu RNS
Atšķirībā no r-RNS,Iekļūstot kodolšūnās, baktēriju ribosomu ribonukleīnskābes tiek pārrakstītas DNS saturošās citoplazmas sablīvētajā zonā un tiek sauktas par nukleoīdu. Tas satur rRNS gēnus. Transkripcija, kuras vispārīgo raksturlielumu var attēlot kā informācijas pārrakstīšanas procesu no DNS gēnu rRNS ribosomu ribonukleīnskābes nukleotīdu secībā, ņemot vērā ģenētiskā koda komplementaritātes noteikumu: adenīna nukleoīds atbilst uracilam un guanīnam. uz citozīnu.
R-RNS baktērijām ir mazāka molekulmasa un mazāks izmērs nekā kodolšūnām. To sedimentācijas koeficients ir 70 S, un abu apakšvienību vērtības ir 50 S un 30 S. Mazākā daļiņa satur vienu rRNS molekulu, bet lielākā – divas.
Ribonukleīnskābes loma tulkošanas procesā
R-RNS galvenā funkcija ir nodrošināt šūnu proteīnu biosintēzes – translācijas – procesu. To veic tikai r-RNS saturošu ribosomu klātbūtnē. Savienojoties grupās, tie saistās ar informatīvo DNS molekulu, veidojot polisomu. Transportējošās ribosomu ribonukleīnskābes molekulas, kas nes aminoskābes, kuras, nonākušas polisomā, ar peptīdu saitēm saistās viena ar otru, veido polimēru - proteīnu. Tas ir vissvarīgākais šūnas organiskais savienojums, kas veic daudzas svarīgas funkcijas: veidošanu, transportēšanu, enerģiju, fermentatīvo, aizsargājošo un signalizācijas funkciju.
Šajā rakstā tika apskatītas ribosomu nukleīnskābju īpašības, struktūra un apraksts.augu, dzīvnieku un cilvēku šūnu organiskie biopolimēri.
