Времето, в което живеем, е белязано от невероятни промени, огромен напредък, когато хората получават отговори на все повече и повече нови въпроси. Животът върви бързо напред и това, което доскоро изглеждаше невъзможно, започва да се сбъдва. Напълно възможно е това, което днес изглежда като сюжет от жанра научна фантастика, скоро също да придобие чертите на реалността.
Едно от най-важните открития през втората половина на ХХ век са нуклеиновите киселини РНК и ДНК, благодарение на които човекът се доближава до разкриването на тайните на природата.
Нуклеинови киселини
Нуклеиновите киселини са органични съединения с макромолекулни свойства. Те са съставени от водород, въглерод, азот и фосфор.
Те са открити през 1869 г. от Ф. Мишер, който изследва гной. Но по това време на откритието му не се придава голямо значение. Едва по-късно, когато тези киселини бяха открити във всички животински и растителни клетки, дойде разбирането за тяхната огромна роля.
Има два вида нуклеинови киселини: РНК и ДНК (рибонуклеинова и дезоксирибонуклеиновакиселини). Тази статия е за рибонуклеинова киселина, но за общо разбиране, нека също да разгледаме какво е ДНК.
Какво е дезоксирибонуклеинова киселина?
ДНК е нуклеинова киселина, състояща се от две вериги, които са свързани според закона за комплементарност чрез водородни връзки на азотни основи. Дългите вериги са усукани в спирала, един завой съдържа почти десет нуклеотида. Диаметърът на двойната спирала е два милиметра, разстоянието между нуклеотидите е около половин нанометър. Дължината на една молекула понякога достига няколко сантиметра. Дължината на ДНК на ядрото на човешката клетка е почти два метра.
Структурата на ДНК съдържа цялата генетична информация. ДНК има репликация, което означава процес, по време на който две абсолютно идентични дъщерни молекули се образуват от една молекула.
Както вече беше отбелязано, веригата е изградена от нуклеотиди, които от своя страна се състоят от азотни бази (аденин, гуанин, тимин и цитозин) и остатък от фосфорна киселина. Всички нуклеотиди се различават по азотни основи. Водородната връзка не възниква между всички основи; аденинът, например, може да се комбинира само с тимин или гуанин. По този начин в тялото има толкова аденилови нуклеотиди, колкото и тимидилови нуклеотиди, а броят на гуаниловите нуклеотиди е равен на цитидил нуклеотидите (правилото на Чаргаф). Оказва се, че последователността на една верига предопределя последователността на друга и веригите сякаш се отразяват една на друга. Такъв модел, при който нуклеотидите на две вериги са подредени по подреден начин и също така са свързани селективно, се наричапринципа на допълване. В допълнение към водородните съединения, двойната спирала взаимодейства и хидрофобно.
Две вериги са в противоположни посоки, тоест са разположени в противоположни посоки. Следователно, срещу трите края на едната е петият край на другата верига.
Външно молекулата на ДНК наподобява вита стълба, чийто парапет е захарно-фосфатен гръбнак, а стъпалата са допълващи се азотни бази.
Какво е рибонуклеинова киселина?
РНК е нуклеинова киселина с мономери, наречени рибонуклеотиди.
По химични свойства той е много подобен на ДНК, тъй като и двата са полимери на нуклеотиди, които са фосфорилиран N-гликозид, който е изграден върху пентозен (пет въглеродна захар) остатък, с фосфатна група върху петия въглероден атом и азотна основа при първия въглероден атом.
Това е единична полинуклеотидна верига (с изключение на вирусите), която е много по-къса от тази на ДНК.
Един РНК мономер е остатъците от следните вещества:
- азотни основи;
- петвъглероден монозахарид;
- фосфорни киселини.
РНК имат пиримидинови (урацил и цитозин) и пуринови (аденин, гуанин) основи. Рибозата е монозахаридът на РНК нуклеотида.
Разлики между РНК и ДНК
Нуклеиновите киселини се различават една от друга по следните начини:
- количеството му в клетка зависи от физиологичното състояние, възрастта и принадлежността към органа;
- ДНК съдържа въглехидратидезоксирибоза и РНК - рибоза;
- Азотната база в ДНК е тимин, а в РНК е урацил;
- класовете изпълняват различни функции, но се синтезират върху ДНК матрицата;
- ДНК е двойна спирала, РНК е едноверижна;
- нетипични за нейните правила за ДНК Chargaff;
- RNA има повече второстепенни бази;
- вериги се различават значително по дължина.
История на обучение
РНК клетката е открита за първи път от немския биохимик Р. Алтман при изучаване на дрождевите клетки. В средата на ХХ век е доказана ролята на ДНК в генетиката. Едва тогава бяха описани типове РНК, функции и т.н. До 80-90% от масата в клетката се пада върху рРНК, която заедно с протеините образува рибозомата и участва в биосинтеза на протеин.
През шейсетте години на миналия век за първи път се предполага, че трябва да има определен вид, който носи генетичната информация за протеиновия синтез. След това беше научно установено, че има такива информационни рибонуклеинови киселини, представляващи комплементарни копия на гени. Те също се наричат месинджъри РНК.
Т. нар. транспортни киселини участват в декодирането на информацията, записана в тях.
По-късно започнаха да се разработват методи за идентифициране на последователността на нуклеотидите и установяване на структурата на РНК в киселинното пространство. Така беше установено, че някои от тях, наречени рибозими, могат да разцепят полирибонуклеотидни вериги. В резултат на това започна да се предполага, че по времето, когато животът се заражда на планетата,РНК работи без ДНК и протеини. Освен това всички трансформации са направени с нейно участие.
Структурата на молекулата на рибонуклеинова киселина
Почти всички РНК са единични вериги от полинуклеотиди, които от своя страна се състоят от монорибонуклеотиди - пуринови и пиримидинови бази.
Нуклеотидите се означават с началните букви на базите:
- аденин (A), A;
- гуанин (G), G;
- цитозин (C), C;
- урацил (U), U.
Те са свързани с три- и пет-фосфодиестерни връзки.
В структурата на РНК е включен най-разнообразният брой нуклеотиди (от няколко десетки до десетки хиляди). Те могат да образуват вторична структура, състояща се главно от къси двуверижни нишки, които се образуват от допълващи се бази.
Структура на молекула на рибнуклеинова киселина
Както вече споменахме, молекулата има едноверижна структура. РНК получава своята вторична структура и форма в резултат на взаимодействието на нуклеотидите един с друг. Това е полимер, чийто мономер е нуклеотид, състоящ се от захар, остатък от фосфорна киселина и азотна основа. Външно молекулата е подобна на една от веригите на ДНК. Нуклеотидите аденин и гуанин, които са част от РНК, са пуринови. Цитозинът и урацилът са пиримидинови бази.
Процес на синтез
За да се синтезира РНК молекула, шаблонът е ДНК молекула. Вярно е, че се случва и обратният процес, когато върху матрицата на рибонуклеинова киселина се образуват нови молекули дезоксирибонуклеинова киселина. Такававъзниква по време на репликацията на определени видове вируси.
В основата на биосинтеза могат да служат и други молекули на рибонуклеинова киселина. Неговата транскрипция, която се осъществява в клетъчното ядро, включва много ензими, но най-значимият от тях е РНК полимеразата.
Прегледи
В зависимост от вида на РНК, нейните функции също се различават. Има няколко вида:
- информационна i-RNA;
- рибозомна рРНК;
- транспортна t-RNA;
- непълнолетни;
- ribozymes;
- вирусен.
Информационна рибонуклеинова киселина
Такива молекули се наричат още матрични. Те съставляват около два процента от общия брой в клетката. В еукариотните клетки те се синтезират в ядрата върху ДНК шаблони, след което преминават в цитоплазмата и се свързват с рибозомите. Освен това те стават шаблони за протеинов синтез: към тях се присъединяват трансферни РНК, които носят аминокиселини. Така протича процесът на преобразуване на информация, който се реализира в уникалната структура на протеина. В някои вирусни РНК той също е хромозома.
Якоб и Мано са откривателите на този вид. Нямайки твърда структура, веригата му образува извити бримки. Не работи, i-RNA се събира на гънки и се сгъва на топка и се разгъва в работно състояние.
i-RNA носи информация за последователността на аминокиселините в протеина, който се синтезира. Всяка аминокиселина е кодирана на определено място с помощта на генетични кодове, които са:
- тройност - от четири мононуклеотида е възможно да се изградят шестдесет и четири кодона (генетичен код);
- непреминаване - информацията се движи в една посока;
- непрекъснатост - принципът на действие е, че една иРНК е един протеин;
- универсалност - един или друг вид аминокиселини се кодират във всички живи организми по един и същи начин;
- дегенерация - известни са двадесет аминокиселини и шестдесет и един кодона, тоест те са кодирани от няколко генетични кода.
Рибозомна рибонуклеинова киселина
Такива молекули съставляват огромното мнозинство от клетъчната РНК, а именно осемдесет до деветдесет процента от общия брой. Те се комбинират с протеини и образуват рибозоми - това са органели, които извършват протеинов синтез.
Рибозомите са шестдесет и пет процента рРНК и тридесет и пет процента протеин. Тази полинуклеотидна верига лесно се сгъва заедно с протеина.
Рибозомата се състои от аминокиселинни и пептидни области. Те са разположени на контактните повърхности.
Рибозомите се движат свободно в клетката, синтезирайки протеини на правилните места. Те не са много специфични и могат не само да четат информация от иРНК, но и да образуват матрица с тях.
Транспортиране на рибонуклеинова киселина
t-RNA е най-изучаваната. Те съставляват десет процента от клетъчната рибонуклеинова киселина. Тези видове РНК се свързват с аминокиселини благодарение на специален ензим и се доставят до рибозомите. В същото време аминокиселините се транспортират чрез транспортмолекули. Случва се обаче различни кодони да кодират аминокиселина. Тогава няколко транспортни РНК ще ги носят.
Свива се на топка, когато е неактивна, но функционира като лист от детелина.
В него се разграничават следните раздели:
- акцепторно стъбло с нуклеотидната последователност на ACC;
- сайт за прикрепване към рибозомата;
- антикодон, кодиращ аминокиселината, прикрепена към тази tRNA.
Незначителни видове рибонуклеинова киселина
Напоследък видовете РНК бяха попълнени с нов клас, така наречената малка РНК. Най-вероятно те са универсални регулатори, които включват или изключват гените в ембрионалното развитие, както и контролират процесите в клетките.
Рибозимите също са идентифицирани наскоро, те участват активно, когато РНК киселината се ферментира, действайки като катализатор.
Вирусни видове киселини
Вирусът може да съдържа рибонуклеинова киселина или дезоксирибонуклеинова киселина. Следователно, със съответните молекули, те се наричат РНК-съдържащи. Когато такъв вирус навлезе в клетката, настъпва обратна транскрипция - появява се нова ДНК на базата на рибонуклеинова киселина, която се интегрира в клетките, осигурявайки съществуването и възпроизвеждането на вируса. В друг случай образуването на комплементарна РНК настъпва върху входящата РНК. Вирусите са протеини, жизнената дейност и размножаването протичат без ДНК, но само на базата на информацията, съдържаща се в РНК на вируса.
Репликация
За да се подобри общото разбиране, е необходимоПомислете за процеса на репликация, който произвежда две идентични молекули нуклеинова киселина. Ето как започва деленето на клетките.
Включва ДНК полимерази, ДНК-зависими, РНК полимерази и ДНК лигази.
Процесът на репликация се състои от следните стъпки:
- деспирализация - има последователно развиване на майчината ДНК, улавяйки цялата молекула;
- разкъсване на водородни връзки, при което веригите се разминават и се появява репликационна вилка;
- настройка на dNTP към освободените бази на родителските вериги;
- отцепване на пирофосфати от dNTP молекули и образуване на фосфородиестерни връзки поради освободената енергия;
- респирализация.
След образуването на дъщерната молекула, ядрото, цитоплазмата и останалите се разделят. Така се образуват две дъщерни клетки, които са получили изцяло цялата генетична информация.
Освен това се кодира първичната структура на протеините, които се синтезират в клетката. ДНК участва непряко в този процес, а не пряко, което се състои в това, че именно върху ДНК се извършва синтеза на протеини, РНК, участващи в образуването. Този процес се нарича транскрипция.
Транскрипция
Синтезът на всички молекули става по време на транскрипция, тоест пренаписването на генетична информация от специфичен ДНК оперон. Процесът е подобен на репликацията в някои отношения и много различен в други.
Приликите са следните части:
- започва с деспирализация на ДНК;
- разкъсване на водородавръзки между основите на веригите;
- NTF, допълващи ги;
- се образуват водородни връзки.
Възниква
Разлики от репликацията:
- по време на транскрипция, само частта от ДНК, съответстваща на транскриптона, се развива, докато по време на репликация цялата молекула се развива;
- когато се транскрибират, регулируемите NTF съдържат рибоза и урацил вместо тимин;
- информацията се отписва само от определен район;
- след образуването на молекулата, водородните връзки и синтезираната верига се прекъсват и веригата се изплъзва от ДНК.
За нормално функциониране, първичната структура на РНК трябва да се състои само от ДНК участъци, копирани от екзони.
Процесът на съзряване започва в новообразуваната РНК. Мълчаливите участъци се изрязват, а информационните области се сливат, за да образуват полинуклеотидна верига. Освен това всеки вид има свои собствени трансформации.
В i-RNA се получава прикрепване към първоначалния край. Полиаденилатът е прикрепен към крайното място.
TRNA бази са модифицирани, за да образуват второстепенни видове.
В rRNA отделните бази също са метилирани.
Предпазва протеините от унищожаване и подобрява транспорта до цитоплазмата. Зрялата РНК се свързва с тях.
Значението на дезоксирибонуклеиновите и рибонуклеиновите киселини
Нуклеиновите киселини са от голямо значение в живота на организмите. Той се съхранява в тях, пренася се в цитоплазмата и се наследява от дъщерните клеткиинформация за протеините, синтезирани във всяка клетка. Те присъстват във всички живи организми, стабилността на тези киселини играе важна роля за нормалното функциониране както на клетките, така и на целия организъм. Всякакви промени в тяхната структура ще доведат до клетъчни промени.
