Взаимодействието и структурата на IRNA, tRNA, RRNA - трите основни нуклеинови киселини, се разглежда от такава наука като цитологията. Това ще помогне да се разбере каква е ролята на транспортната рибонуклеинова киселина (tRNA) в клетките. Тази много малка, но в същото време безспорно важна молекула участва в процеса на комбиниране на протеините, които изграждат тялото.
Каква е структурата на tRNA? Много е интересно да разгледаме това вещество "отвътре", да разберем неговата биохимия и биологична роля. И също така, как структурата на tRNA и нейната роля в протеиновия синтез са взаимосвързани?
Какво е tRNA, как работи?
Транспортната рибонуклеинова киселина участва в изграждането на нови протеини. Почти 10% от всички рибонуклеинови киселини са транспортни. За да стане ясно от какви химични елементи се образува една молекула, ще опишем структурата на вторичната структура на tRNA. Вторичната структура отчита всички основни химични връзки между елементите.
Това е макромолекула, състояща се от полинуклеотидна верига. Азотните основи в него са свързани с водородни връзки. Както в ДНК, РНК има 4 азотни бази: аденин,цитозин, гуанин и урацил. В тези съединения аденинът винаги се свързва с урацил, а гуанинът, както обикновено, с цитозин.
Защо нуклеотидът има префикс рибо-? Просто всички линейни полимери, които имат рибоза вместо пентоза в основата на нуклеотида, се наричат рибонуклеинови. А трансферната РНК е един от 3 типа точно такъв рибонуклеинов полимер.
Структура на tRNA: биохимия
Нека да разгледаме най-дълбоките слоеве на молекулярната структура. Тези нуклеотиди имат 3 компонента:
- Захароза, рибоза участва във всички видове РНК.
- Фосфорна киселина.
- Азотни основи. Това са пурини и пиримидини.
Азотните основи са свързани помежду си чрез силни връзки. Обичайно е основите да се разделят на пуринови и пиримидинови.
Пурините са аденин и гуанин. Аденинът съответства на аденилов нуклеотид от 2 взаимосвързани пръстена. И гуанинът съответства на същия гуанинов нуклеотид с "единичен пръстен".
Пирамидините са цитозин и урацил. Пиримидините имат единична пръстенна структура. В РНК няма тимин, тъй като той е заменен от елемент като урацил. Това е важно да се разбере, преди да се разгледат други структурни характеристики на tRNA.
Видове РНК
Както можете да видите, структурата на TRNA не може да бъде описана накратко. Трябва да се задълбочите в биохимията, за да разберете целта на молекулата и нейната истинска структура. Какви други рибозомни нуклеотиди са известни? Съществуват също матрични или информационни и рибозомни нуклеинови киселини. Съкратено като РНК и РНК. Всички 3молекулите работят тясно една с друга в клетката, така че тялото получава правилно структурирани протеинови глобули.
Невъзможно е да си представим работата на един полимер без помощта на 2 други. Структурните характеристики на tRNAs стават по-разбираеми, когато се разглеждат във връзка с функции, които са пряко свързани с работата на рибозомите.
Структурата на IRNA, tRNA, RRNA е сходна в много отношения. Всички имат рибоза основа. Въпреки това, тяхната структура и функции са различни.
Откриване на нуклеинови киселини
Швейцарецът Йохан Мишер открива макромолекули в клетъчното ядро през 1868 г., наречени по-късно нуклеини. Името "нуклеини" идва от думата (nucleus) - ядрото. Въпреки че малко по-късно беше установено, че в едноклетъчните същества, които нямат ядро, тези вещества също присъстват. В средата на 20-ти век е получена Нобелова награда за откриването на синтеза на нуклеинови киселини.
TRNA функционира в протеиновия синтез
Самото име - трансферна РНК говори за основната функция на молекулата. Тази нуклеинова киселина "носи" със себе си есенциалната аминокиселина, необходима на рибозомната РНК за производството на определен протеин.
Молекулата tRNA има малко функции. Първата е разпознаването на IRNA кодона, втората функция е доставката на градивни елементи - аминокиселини за протеиновия синтез. Още някои експерти разграничават акцепторната функция. Тоест добавяне на аминокиселини според ковалентния принцип. Ензим като аминоцил-тРНК синтатаза помага да се „прикачи“тази аминокиселина.
Как е свързана структурата на tRNA с нейнатафункции? Тази специална рибонуклеинова киселина е подредена по такъв начин, че от едната й страна има азотни основи, които винаги са свързани по двойки. Това са познатите ни елементи – A, U, C, G. Точно 3 „букви“или азотни основи съставят антикодона – обратната съвкупност от елементи, която взаимодейства с кодона според принципа на комплементарността.
Тази важна структурна характеристика на tRNA гарантира, че няма да има грешки при декодирането на шаблонната нуклеинова киселина. В крайна сметка от точната последователност от аминокиселини зависи дали протеинът, от който тялото се нуждае в момента, се синтезира правилно.
Сградни характеристики
Какви са структурните характеристики на tRNA и нейната биологична роля? Това е много древна структура. Размерът му е някъде около 73 - 93 нуклеотида. Молекулното тегло на веществото е 25 000–30 000.
Структурата на вторичната структура на tRNA може да бъде разглобена чрез изследване на 5-те основни елемента на молекулата. И така, тази нуклеинова киселина се състои от следните елементи:
- ензимен контактен контур;
- примка за контакт с рибозомата;
- антикодон контур;
- приемник;
- самият антикодон.
И също така разпределете малък променлив цикъл във вторичната структура. Едно рамо във всички видове tRNA е едно и също - стебло от два цитозинови и един аденозин остатък. Именно на това място се осъществява връзката с 1 от 20-те налични аминокиселини. Всяка аминокиселина има отделен ензим - своя собствена аминоацил-тРНК.
Цялата информация, която криптира структурата на всичкинуклеиновите киселини се намират в самата ДНК. Структурата на tRNA във всички живи същества на планетата е почти идентична. Ще изглежда като лист, когато се гледа в 2-D.
Въпреки това, ако погледнете в обем, молекулата прилича на L-образна геометрична структура. Това се счита за третичната структура на tRNA. Но за удобство на изучаването е обичайно визуално да се „развива“. Третичната структура се образува в резултат на взаимодействието на елементи от вторичната структура, тези части, които взаимно се допълват.
Рамчетата или пръстените на tRNA играят важна роля. Едната ръка, например, е необходима за химическо свързване с определен ензим.
Характерна особеност на нуклеотида е наличието на огромен брой нуклеозиди. Има повече от 60 вида от тези второстепенни нуклеозиди.
Структура на tRNA и кодиране на аминокиселини
Знаем, че tRNA антикодонът е дълъг 3 молекули. Всеки антикодон съответства на специфична, "лична" аминокиселина. Тази аминокиселина е свързана с tRNA молекулата с помощта на специален ензим. Веднага след като двете аминокиселини се съберат, връзките с tRNA се разрушават. Всички химични съединения и ензими са необходими до необходимото време. Ето как структурата и функциите на tRNA са взаимосвързани.
В клетката има 61 вида такива молекули. Може да има 64 математически вариации. Липсват обаче 3 вида tRNA поради факта, че точно този брой стоп кодони в IRNA няма антикодони.
Взаимодействие на IRNA и TRNA
Нека разгледаме взаимодействието на веществото с MRNA и RRNA, както и структурните особености на TRNA. Структура и предназначениемакромолекулите са взаимосвързани.
Структурата на IRNA копира информация от отделен участък от ДНК. Самата ДНК е твърде голяма връзка от молекули и никога не напуска ядрото. Следователно е необходима междинна РНК - информационна.
Въз основа на последователността от молекули, копирани от РНК, рибозомата изгражда протеин. Рибозомата е отделна полинуклеотидна структура, чиято структура трябва да бъде обяснена.
Взаимодействие с рибозомна тРНК
Рибозомната РНК е огромна органела. Молекулното му тегло е 1 000 000 - 1 500 000. Почти 80% от общото количество РНК са рибозомни нуклеотиди.
Той улавя веригата IRNA и чака антикодони, които ще донесат tRNA молекули със себе си. Рибозомната РНК се състои от 2 субединици: малка и голяма.
Рибозомата се нарича "фабрика", тъй като в тази органела се извършва целият синтез на вещества, необходими за ежедневния живот. Освен това е много древна клетъчна структура.
Как се осъществява протеиновият синтез в рибозомата?
Структурата на tRNA и нейната роля в протеиновия синтез са взаимосвързани. Антикодонът, разположен от една от страните на рибонуклеиновата киселина, е подходящ по своята форма за основната функция – доставката на аминокиселини до рибозомата, където се извършва постепенното подравняване на протеина. По същество TRNA действа като посредник. Неговата задача е само да донесе необходимата аминокиселина.
Когато информацията се чете от една част на IRNA, рибозомата се движи по-нататък по веригата. Матрицата е необходима само за предаванекодирана информация за конфигурацията и функцията на един протеин. След това друга tRNA се доближава до рибозомата със своите азотни бази. Той също така декодира следващата част от RNC.
Декодирането става по следния начин. Азотните бази се комбинират според принципа на комплементарност по същия начин, както в самата ДНК. Съответно, TRNA вижда къде трябва да „прикасти“и към кой „хангар“да изпрати аминокиселината.
След това в рибозомата избраните по този начин аминокиселини се свързват химически, стъпка по стъпка се образува нова линейна макромолекула, която след края на синтеза се усуква в глобула (топка). Използваните tRNA и IRNA, след като са изпълнили своята функция, се отстраняват от протеиновата "фабрика".
Когато първата част от кодона се свърже с антикодона, рамката на четене се определя. Впоследствие, ако по някаква причина настъпи изместване на рамката, тогава някакъв признак на протеина ще бъде отхвърлен. Рибозомата не може да се намеси в този процес и да реши проблема. Едва след като процесът приключи, 2-те rRNA субединици се комбинират отново. Средно за всеки 104 аминокиселини има 1 грешка. За всеки 25 вече сглобени протеина със сигурност ще се появи поне 1 грешка при репликация.
TRNA като реликтни молекули
Тъй като тРНК може да е съществувала по времето на възникването на живота на земята, тя се нарича реликтна молекула. Смята се, че РНК е първата структура, която е съществувала преди ДНК и след това еволюира. Световната хипотеза на РНК - формулирана през 1986 г. от лауреата Уолтър Гилбърт. Въпреки това, за да докажевсе още е трудно. Теорията се защитава от очевидни факти - tRNA молекулите са в състояние да съхраняват блокове информация и по някакъв начин да прилагат тази информация, тоест да вършат работа.
Но противниците на теорията твърдят, че краткият живот на веществото не може да гарантира, че tRNA е добър носител на каквато и да е биологична информация. Тези нуклеотиди се разграждат бързо. Продължителността на живота на tRNA в човешките клетки варира от няколко минути до няколко часа. Някои видове могат да издържат до един ден. И ако говорим за едни и същи нуклеотиди в бактериите, тогава сроковете са много по-кратки - до няколко часа. Освен това структурата и функциите на тРНК са твърде сложни, за да може една молекула да се превърне в основен елемент на земната биосфера.
