Транспортні РНК, будова та функціональний механізм. Транспортна рнк
Взаємодія та будова ІРНК, ТРНК, РРНК – трьох основних нуклеїнових кислот, що розглядає така наука, як цитологія. Вона допоможе з'ясувати, яка роль транспортної (ТРНК) у клітинах. Ця дуже маленька, але водночас незаперечно важлива молекула бере участь у процесі комбінування білків, у тому числі складається організм.
Яка будова ТРНК? Дуже цікаво розглянути «зсередини» цю речовину, пізнати її біохімію та біологічну роль. А також, як будова ТРНК та її роль у синтезі білка взаємопов'язані?
Що таке ТРНК, як вона влаштована?
Транспортна рибо нуклеїнова кислотабере участь у побудові нових білків. Майже 10% всіх рибонуклеїнових кислот – транспортні. Щоб було зрозуміло, з яких хімічних елементівутворена молекула, розкажемо будову вторинної структуриТРНК. Вторинна структура розглядає всі основні хімічні зв'язки між елементами.
Складається з полінуклеотидного ланцюга. Азотисті основи у ній пов'язані водневими зв'язками. Як і в ДНК, РНК має 4 азотисті основи: аденін, цитозин, гуанін, та урацил. У цих сполуках аденін завжди пов'язаний з урацилом, а гуанін, як завжди, з цитозином.
Чому нуклеотид має приставку рибо-? Просто всі лінійні полімери, що мають рибозу замість пентози в основі нуклеотиду, називаються рибонуклеїновими. А транспортна РНК - це один із 3 видів саме такого, рибонуклеїнового полімеру.
Будова ТРНК: біохімія
Заглянемо у найглибші шари будови молекули. Ці нуклеотиди мають 3 складові:
- Сахароза, у всіх видах РНК бере участь рибоза.
- Фосфорна кислота.
- Азотисті та піримідини.
Азотисті основи з'єднуються між собою міцними зв'язками. Прийнято розділяти основи на пуринові та піримідинові.
Пурини - це аденін та гуанін. Аденіну відповідає аденіловий нуклеотид з двох взаємозалежних кілець. А гуаніну відповідає такий же «однокільцевий» гуаніновий нуклеотид.
Пірамідини – це цитозин та урацил. Пірімідини мають структуру з одного кільця. Тіміну в РНК немає, тому що його замінює такий елемент, як урацил. Це важливо зрозуміти, перш ніж звертати увагу інші особливості будови ТРНК.
Види РНК
Як бачимо, будову ТРНК коротко не описати. Потрібно заглибитись у біохімію, щоб зрозуміти призначення молекули та її справжню структуру. Які ще відомі рибосомні нуклеотиди? Розрізняють також матричну або інформаційну та рибосомну нуклеїнові кислоти. Скорочено ІРНК та РРНК. Усі 3 молекули тісно співпрацюють у клітці одна з одною, щоб організм отримував правильно структуровані глобули білка.
Неможливо уявити роботу одного полімеру самостійно 2 інших. Особливості будови ТРНК стають зрозумілішими, коли розглядаються у взаємозв'язку з функціями, які безпосередньо пов'язані з роботою рибосом.
Будова ІРНК, ТРНК, РРНК багато в чому схожі. Усі мають у основі рибозу. Проте структура та функції у них різні.
Відкриття нуклеїнових кислот
Швейцарцем Йоганном Мішером були знайдені в ядрі клітини в 1868 макромолекули, названі нуклеїнами згодом. Назва «нуклеїни» походить від слова (nucleus) – ядро. Хоча трохи пізніше було встановлено, що у одноклітинних істот, які не мають ядра, ці речовини також є. У середині XX століття отримано Нобелівська преміяза відкриття синтезу нуклеїнових кислот
у синтезі білка
Сама назва - транспортна РНК говорить про основну функцію молекули. Ця нуклеїнова кислота «привозить» із собою необхідну амінокислоту, потрібну рибосомною РНК для створення конкретного білка.
У молекули ТРНК функцій небагато. Перша – розпізнавання кодону ІРНК, друга функція – це доставка будівельних «цеглинок» – амінокислот для синтезу білка. Ще деякі спеціалісти виділяють акцепторну функцію. Тобто приєднання за ковалентним принципом амінокислот. Допомагає "прикріпити" цю амінокислоту такий фермент, як аміноцил-ТРНК-синтатаз.
Як будова ТРНК пов'язані з її функціями? Ця особлива рибонуклеїнова кислота влаштована так, що на одній її стороні є азотисті основи, які завжди попарно з'єднуються. Це відомі нам елементи — А, У, Ц, Р. Рівне 3 «літери» або азотисті основи, становлять антикодон — зворотний набір елементів, що взаємодіє з кодоном за принципом комплементарності.
Ця важлива особливістьбудови ТРНК гарантує, що помилок при декодуванні матричної нуклеїнової кислоти не буде. Адже від точної послідовності амінокислот залежить, чи правильно синтезується потрібний організму в даний час білок.
Особливості будови
Які особливості будови ТРНК та її біологічна роль? Це дуже давня структура. Її розміри десь 73 – 93 нуклеотиди. Молекулярна маса речовини – 25 000-30 000.
Будівлю вторинної структури ТРНК можна розібрати, вивчивши 5 основних елементів молекули. Отже, складається ця нуклеїнова кислота з таких елементів:
- петля для контакту із ферментом;
- петля для контакту з рибосомою;
- антикодонова петля;
- акцепторне стебло;
- сам антикодон.
І також виділяють малу варіабельну петлю у вторинній структурі. Одне плече у всіх видів ТРНК однакове — стебло із двох залишків цитозину та одного — аденозину. Саме в цьому місці відбувається зв'язок з 1 з 20 наявних амінокислот. Для кожної амінокислоти призначений окремий фермент – свій аміноацил-тРНК.
Вся інформація, яка шифрує будову всіх, міститься в самій ДНК. Будова ТРНК у всіх живих істот планети практично ідентична. Вона буде виглядати як лист, якщо розглядати її у 2-D форматі.
Однак якщо поглянути об'ємно, молекула нагадує L-подібну геометричну структуру. Це вважається третинна структура ТРНК. Але для зручності вивчення її прийнято візуально «розкручувати». Третинна структура утворюється внаслідок взаємодії елементів вторинної структури, частин, які взаимокомплиментарны.
Плечі ТРНК чи кільця грають важливу роль. Одне плече, наприклад, необхідне хімічного зв'язку з певним ферментом.
Характерною особливістю нуклеотиду є наявність великої кількості нуклеозидів. Цих мінорних нуклеозидів понад 60 видів.
Будова ТРНК та кодування амінокислот
Ми знаємо, що антикодон ТРНК становить 3 молекули. Кожному антикодону відповідає певна, особиста амінокислота. Ця амінокислота з'єднана з молекулою ТРНК за допомогою спеціального ферменту. Як тільки 2 амінокислоти поєднуються, зв'язки з ТРНК розпадаються. Усі хімічні сполуки та ферменти потрібні до часу. Саме так взаємопов'язані будова та функції ТРНК.
Загалом у клітині присутній 61 тип таких молекул. Математичних варіацій може бути 64. Однак 3 види ТРНК відсутні через те, що саме така кількість стопкодонів в ІРНК не має антикодонів.
Взаємодія ІРНК та ТРНК
Розглянемо взаємодію речовини з ІРНК та РРНК, а також особливості будови ТРНК. Структура та призначення макромолекули взаємопов'язані.
Структура ІРНК копіює інформацію з окремої ділянки ДНК. Сама ДНК надто велика сполука молекул, і вона ніколи не виходить з ядра. Тому потрібна посередницька РНК – інформаційна.
На основі послідовності молекул, що скопіювала ІРНК, рибосома будує білок. Рибосома - це окрема полінуклеотидна структура, будову якої слід пояснити.
Рибосомна ТРНК: взаємодія
Рибосомна РНК це величезна органела. Її молекулярна вага 1000000 - 1500000. Майже 80% всієї кількості РНК - саме рибосомні нуклеотиди.
Вона як би захоплює ланцюг ІРНК і чекає на антикодони, які принесуть із собою молекули ТРНК. Складається рибосомна РНК із двох субодиниць: малої та великої.
Рибосому називають "фабрикою", оскільки в цій органелі і відбувається весь синтез потрібних для повсякденному життіречовин. Це також дуже давня структура клітини.
Як відбувається синтез білка у рибосомі?
Будова ТРНК та її роль синтезі білка взаємопов'язані. Розташований антикодон на одній із сторін рибонуклеїнової кислоти підходить за своєю формою для основної функції - доставки амінокислот до рибосоми, де відбувається поетапне вибудовування білка. Власне, ТРНК виконує роль посередника. Її завдання лише принести необхідну амінокислоту.
Коли інформація зчитується з однієї частини ІРНК, рибосома рухається далі ланцюгом. Матриця потрібна лише передачі кодованої інформації про конфігурації та функції окремо взятого білка. Далі підходить до рибосоми інша ТРНК зі своїми азотистими основами. Вона також декодує наступну частину ІРНК.
Декодування відбувається в такий спосіб. Азотисті підстави поєднуються за принципом комплементарності так само, як у самій ДНК. Відповідно, ТРНК бачить, куди йому потрібно «причалити» і який «ангар» відправити амінокислоту.
Потім у рибосомі вибрані у такий спосіб амінокислоти хімічно зв'язуються, крок за кроком формується нова лінійна макромолекула, яка після закінчення синтезу закручується в глобулу (кулю). Використані ТРНК та ІРНК, виконавши свою функцію, віддаляються від «фабрики» білка.
Коли перша частина кодону з'єднується з антикодон, визначається рамка зчитування. Згодом, якщо відбувається з якихось причин зсув рамки, якась ознака білка буде бракована. Рибосома не може втрутитися у цей процес і вирішити проблему. Тільки після завершення процесу дві субодиниці РРНК знову об'єднуються. У середньому на кожні 104 амінокислот припадає по 1 помилці. На 25 вже зібраних білків обов'язково зустрічається хоч одна помилка реплікації.
ТРНК як реліктові молекули
Так як ТРНК, можливо, існували за часів зародження життя землі, її називають реліктовою молекулою. Вважається, що РНК є найпершою структурою, яка існувала до ДНК, а потім еволюціонувала. Гіпотеза світу РНК сформульована в 1986 році лауреатом Уолтером Гільбертом. Однак довести це поки що складно. На захист теорії виступають очевидні факти — молекули ТРНК можуть зберігати блоки інформації і якось реалізовувати ці відомості, тобто виконувати роботу.
Але противники теорії стверджують - невеликий період життя речовини не може гарантувати, що ТРНК є добрим носієм будь-якої біологічної інформації. Ці нуклеотиди швидко розпадаються. Термін життя ТРНК у клітинах людини коливається від кількох хвилин до кількох годин. Деякі види можуть протриматися до доби. А якщо говорити про такі ж нуклеотиди в бактеріях, то тут терміни набагато менші — до кількох годин. До того ж будова та функції ТРНК надто складні, щоб молекула могла стати первинним елементом біосфери Землі.
Фізико-хімічні властивості ДНК
Різні фактори, що порушують водневі зв'язки (підвищення температури вище 80 С, зміна рН та іонної сили, дія сечовини та ін), викликають денатурацію ДНК, тобто. зміна просторового розташування ланцюгів ДНК без розриву ковалентних зв'язків. Подвійна спіраль ДНК під час денатурації повністю або частково поділяється на складові ланцюга. Денатурація ДНК супроводжується посиленням оптичного поглинання в УФ області пуринових та піримідинових основ. Це явище називають гіперхромним ефектом . При денатурації зменшується висока в'язкість, властива розчинам нативної ДНК. При відновленні початкової двоспіральної структури ДНК в результаті ренатурації поглинання при 260 нм азотистими основами внаслідок їх «екранованості» зменшується. Це явище називають гіпохромним ефектом .
"Розплетення" кожної ДНК на складові її ланцюга здійснюється в межах певного інтервалу температур. Середня точка цього інтервалу називається температурою плавлення. Температура плавлення ДНК залежить в стандартних умовах (певна рН та іонна сила) від співвідношення азотистих основ. Г-Ц парти, що містять три водневі зв'язки, більш міцні, тому, чим більше в ДНК зміст Г-Цпар, тим вища температура плавлення.
Функції ДНК. У послідовності молекул нуклеотидів ДНК закодована генетична інформація. Основними функціями ДНК є, по-перше, забезпечення відтворення самої себе серед клітинних поколінь і поколінь організмів, по-друге, забезпечення синтезу білків. Ці функції обумовлені тим, що молекули ДНК є матрицею у разі для реплікації, тобто. копіювання інформації у дочірніх молекулах ДНК, у другому – для транскрипції, тобто. для перекодування інформації у структуру РНК.
Рис. 5 Крива плавлення (денатурація ДНК)
Комплементарні ланцюги ДНК, поділені при денатурації, за певних умов можуть знову з'єднатися у подвійну спіраль. Цей процес називається РЕНАТУРАЦІЄЮ. Якщо денатурація відбулася в повному обсязі і хоча кілька підстав не втратили взаємодії водневими зв'язками, ренатурація протікає дуже швидко.
У цитоплазмі клітин містяться три основні функціональних видуРНК. Це матричні РНК - мРНК, що виконують функції матриць білкового синтезу, рибосомні РНК – рРНК, виконують роль структурних компонентів рибосом, і транспортні РНК – тРНК, що у трансляції (перекладі) інформації мРНК в послідовність амінокислот в білку.
У таблиці 2 представлені відмінності ДНК від РНК за будовою, локалізації у клітині та функцій.
Таблиця 2 Відмінності ДНК від РНК
Транспортна РНК, тРНК-рибонуклеїнова кислота, функцією якої є транспортування АК до місця синтезу білка Має типову довжину від 73 до 93 нуклеотидів та розміри близько 5 нм. ТРНК також беруть безпосередню участь у нарощуванні поліпептидного ланцюга, приєднуючись - будучи в комплексі з амінокислотою - до кодону мРНК та забезпечуючи необхідну для утворення нового пептидного зв'язку конформацію комплексу. Для кожної амінокислоти є своя тРНК. тРНК є одноланцюгової РНК, однак у функціональній формі має конформацію «конюшинного листа». АК ковалентно приєднується до 3"-кінця молекули за допомогою специфічного для кожного типу тРНК ферменту аміноацил-тРНК-синтетази. На ділянці C знаходиться антикодон, відповідний АК-ті. еукаріот Транскрипти генів тРНК піддаються багатостадійному процесингу, що призводить до формування типової для тРНК просторової структури.
Процесинг тРНК включає 5 ключових етапів:
видалення 5"-лідерної нуклеотидної послідовності;
видалення 3"-кінцевої послідовності;
додавання CCA послідовності на 3"-кінець;
вирізання інтронів (у еукаріотів та архей);
модифікації окремих нуклеотидів.
Транспорт тРНК здійснюються по Ran-залежному шляху за участю транспортного фактора експортину t, кот. розпізнає характерну вторинну і третич. стр-ру зрілої тРНК: короткі двоспіральні ділянки і правильно процесовані 5 "- і 3"-кінці. Такий механізм забезпечує експорт із ядра лише зрілих тРНК.
62. Трансляція - впізнавання кодону мРНК
Трансляція – це здійснюваний рибосомами синтез білка з амінокислот на матриці мРНК (або РНК). Складові елементи процесу трансляції: амінокислоти, тРНК, рибосоми, мРНК, ферменти для аміноацилування тРНК, білкові фактори трансляції (білкові фактори ініціації, елонгації, термінації - специфічні позарибосомні білки, необхідні для процесів трансляції) структуру рибосом). У синтезі білка бере участь 20 амінокислот. Щоб амінокислота «дізналася» своє місце у майбутньому поліпепетидному ланцюзі, вона повинна зв'язатися з транспортною РНК (тРНК), що виконує адапторну функцію. Потім тРНК, що зв'язалася з амінокислотою, «пізнає» відповідний кодон на мРНК. Впізнавання кодону мРНК:
Взаємодія кодон-антикодон заснована на принципах комплементарності та антипаралельності:
3'----Ц - Г-А*------5' Антикодон тРНК
5'-----Г- Ц-У*------3' Кодон мРНК
Гіпотеза гойдання (wobble) була запропонована Ф. Криком:
3′- основа кодону мРНК має не суворе парування з 5′- основою антикодону тРНК: наприклад, У (мРНК) може взаємодіяти з А та Г (тРНК)
Деякі тРНК можуть спаровуватися з більш ніж одним кодоном.
63. Характеристика складових елементів процесу трансляції.Трансляція (translatio-переклад) - процес синтезу білка з амінокислот на матриці інформаційної (матричної) РНК (іРНК, мРНК), який здійснюється рибосомою.
Синтез білка є основою життєдіяльності клітини. Для здійснення цього процесу в клітинах всіх організмів є спец. рибосоми- рибонуклеопротеїдні комплекси, побудовані з 2 субодиниць: великий та малий. Функція рибосом полягає у розпізнаванні трибуквенних (тринуклеотидних) кодонівмРНК, зіставленні ним відповідних антикодонів тРНК, що несуть амінокислоти, і приєднання цих амінокислот до зростаючого білкового ланцюга. Рухаючись уздовж молекули мРНК, рибосома синтезує білок відповідно до інформації, закладеної молекулою мРНК.
Для впізнавання АК-т у клітині є спеціальні «адаптери», молекули транспортної РНК(ТРНК). Ці молекули, що мають форму конюшинного листа, мають ділянку (антикодон), комплементарний кодону мРНК, а також іншу ділянку, до якої приєднується амінокислота, що відповідає цьому кодону. Приєднання амінокислот до тРНК здійснюється в енергозалежній реакції ферментами аміноацил-тРНК-синтетазами, а молекула, що вийшла, називається аміноацил-тРНК. Таким чином, специфічність трансляції визначається взаємодією між кодоном мРНК і антикодоном тРНК, а також специфічністю аміноацил-тРНК-синтетаз, що приєднують амінокислоти строго до відповідних їм тРНК (наприклад, кодону GGU буде відповідати тРНК, містить тільки антикодон АК гліцин).
Прокаріотична рибосома
5S та 23S рРНК 16S рРНК
34 білки 21 білок
Рибосоми прокаріотів мають константу седиментації 70S, чому отримали назву 70S-частинок. Вони побудовані з двох неоднакових субчастинок: 30S-і 50S-субодиниць. Кожна субодиниця представляє комплекс рРНК та рибосомних білків.
30S-частка містить одну молекулу 16S-рРНК і в більшості випадків по одній молекулі білка з понад 20 видів (21). 50S-субодиниця складається з двох молекул рРНК (23S та 5S). До її складу входять понад 30 різних білків (34), також представлених, як правило, однією копією. Більшість рибосомальних білків виконує структурну функцію.
Еукаріотична рибосома
5S; 5,8S та 28S рРНК 18S рРНК
не менше 50 білків не менше 33 білків
Рибосома складається з великої та малої субодиниць. Основу структури кожної субодиниці становить складно згорнута рРНК. До каркасу з рРНК прикріпив рибосомні білки.
Коефіцієнт седиментації повної еукаріотичної рибосоми становить близько 80 одиниць Сведберга (80S), а коефіцієнт седиментації субчастинок її становить 40S і 60S.
Найменша 40S-субчастиця складається з однієї молекули 18S-рРНК та 30-40 білкових молекул. Велика 60S-субчастиця містить три типи рРНК з коефіцієнтами седиментації 5S, 5,8S та 28S та 40-50 білків (наприклад, рибосоми гепатоцитів щури включають 49 білків).
Функціональні ділянки рибосом
Р – пептидильна ділянка для пептидил тРНК
А – аміноацильна ділянка для аміноацил тРНК
Е – ділянка для виходу тРНК із рибосоми
Рибосома містить 2 функціональні ділянки для взаємодії з тРНК: аміноацильна (акцепторна) і пептидильна (донорна). Аміноацил-тРНК потрапляє в акцепторну ділянку рибосоми та взаємодіє з утворенням водневих зв'язків між триплетами кодону та антикодону. Після утворення водневих зв'язків система просувається на 1 кодон і опиняється у донорній ділянці. Одночасно в акцепторній ділянці, що звільнилася, виявляється новий кодон, і до нього приєднується відповідний аміноацил-т-РНК.
Рибосоми: будова, фінкція
Рибосоми є цитоплазматичними центрами біосинтезу білка. Вони складаються з великої та малої субодиниць, що відрізняються коефіцієнтами седиментації (швидкістю осадження при центрифугуванні), що виражаються в одиницях Сведберга - S.
Рибосоми присутні в клітинах як еукаріотів, так і прокаріотів, оскільки виконують важливу функцію в біосинтез білків.У кожній клітині є десятки, сотні тисяч (до кількох мільйонів) цих дрібних округлих органоїдів. Це округла рибонуклеопротеїнова частка. Діаметр її складає 20-30 нм. Складається рибосома з великої та малої субодиниць, що відрізняються коефіцієнтами седиментації (швидкістю осадження при центрифугуванні), що виражаються в одиницях Сведберга - S. Ці субодиниці об'єднуються в присутності нитки м-РНК (матричної або інформаційної РНК). Комплекс із групи рибосом, об'єднаних однією молекулою м-РНК на кшталт нитки намиста, називається полісомою. Ці структури вільно розташовані в цитоплазмі, або прикріплені до мембран гранулярної ЕПС (в обох випадках на них активно протікає синтез білка).
Полісоми гранулярної ЕПС утворюють білки, що виводяться з клітини та використовуються для потреб всього організму (наприклад, травні ферменти, білки жіночого). грудного молока). Крім цього, рибосоми присутні на внутрішньої поверхнімембран мітохондрій, де також беруть активну участь у синтезі білкових молекул.
Будова та функції РНК
РНК- полімер, мономерами якої є рибонуклеотиди. На відміну від ДНК, РНК утворена не двома, а одним полінуклеотидним ланцюжком (виняток - деякі РНК-віруси мають дволанцюгову РНК). Нуклеотиди РНК здатні утворювати водневі зв'язки між собою. Ланцюги РНК значно коротші за ланцюги ДНК.
Мономер РНК – нуклеотид (рибонуклеотид)- складається із залишків трьох речовин: 1) азотистої основи, 2) п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) та 3) фосфорної кислоти. Азотисті основи РНК також відносяться до класів піримідинів та пуринів.
Піримидинові основи РНК – урацил, цитозин, пуринові основи – аденін та гуанін. Моносахарид нуклеотиду РНК представлений рибозою.
Виділяють три види РНК: 1) інформаційна(матрична) РНК – іРНК (мРНК), 2) транспортнаРНК – тРНК, 3) рибосомнаРНК – рРНК.
Усі види РНК є нерозгалуженими полінуклеотидами, мають специфічну просторову конформацію і беруть участь у процесах синтезу білка. Інформація про будову всіх видів РНК зберігається у ДНК. Процес синтезу РНК на матриці ДНК називається транскрипцією.
Транспортні РНКмістять зазвичай 76 (від 75 до 95) нуклеотидів; молекулярна маса- 25 000-30 000. На частку тРНК припадає близько 10% від загального вмісту РНК у клітині. Функції тРНК: 1) транспорт амінокислот до місця синтезу білка, до рибосом, 2) трансляційний посередник. У клітині зустрічається близько 40 видів тРНК, кожен із них має характерну лише йому послідовність нуклеотидів. Однак у всіх тРНК є кілька внутрішньомолекулярних комплементарних ділянок, через які тРНК набувають конформації, що нагадує формою лист конюшини. Будь-яка тРНК має петлю для контакту з рибосомою (1), антикодонову петлю (2), петлю для контакту з ферментом (3), акцепторне стебло (4), антикодон (5). Амінокислота приєднується до 3"-кінця акцепторного стебла. Антикодон- Три нуклеотиди, що «пізнають» кодон іРНК. Слід підкреслити, що конкретна тРНК може транспортувати певну амінокислоту, відповідну її антикодону. Специфічність сполуки амінокислоти та тРНК досягається завдяки властивостям ферменту аміноацил-тРНК-синтетазу.
Рибосомні РНКмістять 3000-5000 нуклеотидів; молекулярна маса - 1000000-1500000. На частку рРНК припадає 80-85% від загального вмісту РНК в клітині. У комплексі з рибосомними білками рРНК утворює рибосоми – органоїди, які здійснюють синтез білка. В еукаріотичних клітин синтез рРНК відбувається в ядерцях. Функції рРНК: 1) необхідний структурний компонент рибосом та, таким чином, забезпечення функціонування рибосом; 2) забезпечення взаємодії рибосоми та тРНК; 3) початкове зв'язування рибосоми та кодону-ініціатора іРНК та визначення рамки зчитування; 4) формування активного центру рибосоми.
Синтез попередників рРНК і тРНК подібний до синтезу іре-мРНК. Первинний транскрипт рибосомних РНК не містить інтронів, і при дії специфічних РНКаз розщеплюється з утворенням 28S-, 18S- та 5,8S-pPHK; 5S-pPHK синтезується за участю РНК-полімерази III.
рРНК та тРНК.
Первинні транскрипти тРНК перетворюються на зрілі форми шляхом часткового гідролізу.
Усі типи РНК беруть участь у біосинтезі білків, та його функції у процесі різні. Роль матриці, що визначає первинну структуру білків, виконують матричні РНК (мРНК). Важливе значення для вивчення механізмів трансляції має використання безклітинних систем біосинтезу білків. Якщо інкубувати гомогенати тканин із сумішшю амінокислот, з яких хоча б одна мічена, то за включенням мітки до білків можна реєструвати біосинтез білків. Первинна структура білка, що синтезується, визначається первинною структурою мРНК, доданою в систему. Якщо безклітинна система складена з глобінової мРНК (її можна виділити з ретикулоцитів), синтезується глобін (а-і (3-ланцюги глобіну); якщо з альбумінової мРНК, що виділяється з гепатоцитів, синтезується альбумін, і т. д.).
14. Значення реплікації:
а) процес є важливим молекулярним механізмом, що лежить в основі всіх різновидів поділу клітин проеукаріотів; б) забезпечує всі типи розмноження як одноклітинних, так і багатоклітинних організмів,
в) підтримує сталість клітинного
складу органів, тканин та організму в результаті фізіологічної регенерації
г) забезпечує тривале існування окремих індивідуумів;
д) забезпечує тривале існування видів організмів;
е) процес сприяє точному подвоєнню інформації;
ж) у процесі реплікації можливі помилки (мутації), що може спричинити порушення синтезу білків з розвитком патологічних змін.
Унікальна властивістьмолекули ДНК подвоюватися перед поділом клітини називають реплікацією.
Особливі властивостінативної ДНК як носія спадкової інформації:
1) реплікування - утворення нових ланцюгів компліментарно;
2) самокорекція - ДНК-полімераза відщеплює помилково репліковані ділянки (10-6);
3) репарація – відновлення;
Здійснення цих процесів відбувається у клітині з участю спеціальних ферментів.
Як влаштована система репарації Експерименти, що дозволили виявити механізми відновлення і існування цієї здатності, проводилися з допомогою одноклітинних організмів. Але процеси репарації притаманні живим клітинам тварин та людини. Деякі люди страждають на пігментну ксеродерму. Це захворювання спричинене відсутністю здатності клітин ресинтезувати пошкоджену ДНК. Ксеродерма передається у спадок. З чого складається репараційна система? Чотири ферменти, на яких тримається процес репарації – це ДНК-хеліказа, -екзонуклеаза, -полімераза та -лігаза. Перший з цих сполук здатний розпізнавати пошкодження ланцюга молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти. Він не лише розпізнає, а й обрізає ланцюг у потрібному місці, щоб видалити змінений відрізок молекули. Саме усунення здійснюється за допомогою ДНК-екзонуклеази. Далі відбувається синтез нової ділянки молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти з амінокислот з метою повністю замінити пошкоджений відрізок. Ну і фінальний акордцієї найскладнішої біологічної процедури відбувається за допомогою ферменту ДНК-лігази. Він відповідає за прикріплення синтезованої ділянки до пошкодженої молекули. Після того, як всі чотири ферменти зробили свою роботу, молекула ДНК повністю оновлена і всі пошкодження залишаються в минулому. Ось так злагоджено працюють механізми усередині живої клітини.
Класифікація На даний момент вчені виділяють такі різновиди систем репарації. Вони активуються залежно від різних факторів. До них належать: Реактивація. Рекомбінаційне відновлення. Репарація гетеродуплексів. Ексцизійна репарація. Возз'єднання негомологічних кінців молекул ДНК. Всі одноклітинні організми мають як мінімум три ферментні системи. Кожна з них має здатність здійснювати процес відновлення. До цих систем відносять: пряму, ексцизійну та постреплікативну. Цими трьома видами відновлення ДНК мають прокаріоти. Що стосується еукаріотів, то в їхньому розпорядженні знаходяться додаткові механізми, які називаються Miss-mathe і Sos-репарація. Біологія докладно вивчила ці види самовідновлення генетичного матеріалуклітин.
15. Генетичний код - це властивий для всіх живих організмів спосіб кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою нуклеотидів. Амінокислотна послідовність у молекулі білка зашифрована у вигляді нуклеотидної послідовності в молекулі ДНК і називається генетичним кодом.Ділянка молекули ДНК, відповідальна за синтез одного білка, називається геном.
У ДНК використовується чотири нуклеотиди - аденін (А), гуанін (G), цитозин (С), тимін (T), які в російськомовній літературі позначаються літерами А, Г, Ц і Т. Ці літери становлять алфавіт генетичного коду. У РНК використовуються самі нуклеотиди, крім тіміну, який замінений схожим нуклеотидом - урацилом, який позначається буквою U (У російськомовної літературі). У молекулах ДНК та РНК нуклеотиди вишиковуються в ланцюжки і, таким чином, виходять послідовності генетичних літер.
Для побудови білків у природі використовується 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або кількома ланцюжками амінокислот у строго певній послідовності. Ця послідовність визначає будову білка, а отже, все його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для багатьох живих організмів.
Реалізація генетичної інформації в живих клітинах (тобто синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу іРНК на матриці ДНК) та трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептидного ланцюга на матриці іРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також сигналу стоп, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір із трьох нуклеотидів називається триплетом. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам та кодонам, зображені на малюнку.
Властивості генетичного коду
Триплетність - значущою одиницею коду є поєднання трьох нуклеотидів (триплет, або кодон).
Безперервність - між триплетами немає розділових знаків, тобто інформація зчитується безперервно.
Неперекриваність - один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більше триплетів. (Не дотримується для деяких генів, що перекриваються вірусів, мітохондрій і бактерій, які кодують кілька білків, що зчитуються зі зсувом рамки).
Однозначність – певний кодон відповідає лише одній амінокислоті. (Властивість не є універсальною. Кодон UGA у Euplotes crassus кодує дві амінокислоти - цистеїн та селеноцистеїн)
Виродженість (надмірність) - одній і тій же амінокислоті може відповідати кілька кодонів.
Універсальність - генетичний код працює однаково в організмах різного рівня складності - від вірусів до людини (на цьому засновані методи генної інженерії).
16.Умови біосинтезу
Для біосинтезу білка потрібна генетична інформація молекули ДНК; інформаційна РНК – переносник цієї інформації з ядра до місця синтезу; рибосоми – органоїди, де відбувається власне синтез білка; набір амінокислот у цитоплазмі; транспортні РНК, що кодують амінокислоти та переносять їх до місця синтезу на рибосоми; АТФ - речовина, що забезпечує енергією процес кодування та біосинтезу.
Етапи
Транскрипція- Процес біосинтезу всіх видів РНК на матриці ДНК, який протікає в ядрі.
Певна ділянка молекули ДНК деспіралізується, водневі зв'язки між двома ланцюжками руйнуються під дією ферментів. На одному ланцюгу ДНК, як на матриці, за принципом комплементарне з нуклеотидів синтезується копія РНК. Залежно від ділянки ДНК у такий спосіб синтезуються рибосомні, транспортні, інформаційні РНК.
Після синтезу іРНК вона виходить з ядра і прямує до цитоплазми до місця синтезу білка на рибосоми.
Трансляція- процес синтезу поліпептидних ланцюгів, який здійснюється на рибосомах, де іРНК є посередником у передачі інформації про первинну структуру білка.
Біосинтез білка складається з низки реакцій.
1. Активування та кодування амінокислот. тРНК має вигляд конюшинного листа, в центральній петлі якого розташовується триплетний антикодон, що відповідає коду певної амінокислоти та кодону на іРНК. Кожна амінокислота з'єднується з тРНК за рахунок енергії АТФ. Утворюється комплекс тРНК-амінокислота, що надходить на рибосоми.
2. Освіта комплексу иРНК-рибосома. іРНК у цитоплазмі сполучається рибосомами на гранулярній ЕПС.
3. Складання поліпептидного ланцюга. тРНК з амінокислотами за принципом комплементарності антикодону з кодоном з'єднуються з іРНК і входять до рибосому. У пептидному центрі рибосоми між двома амінокислотами утворюється пептидна зв'язок, а звільнена тРНК залишає рибосому. При цьому іРНК щоразу просувається на один триплет, вносячи нову тРНК - амінокислоту і виносячи з рибосоми тРНК, що звільнилася. Весь процес забезпечується енергією АТФ. Одна іРНК може з'єднуватися з кількома рибосомами, утворюючи полісому, де відбувається одночасно синтез багатьох молекул одного білка. Синтез закінчується, коли іРНК починаються безглузді кодони (стоп-коды). Рибосоми відокремлюються від іРНК, з них знімаються поліпептидні ланцюги. Оскільки весь процес синтезу протікає на гранулярної ендо-плазматичної мережі, то поліпептидні ланцюги, що утворилися, надходять у канальця ЕПС, де набувають остаточної структури і перетворюються на молекули білка.
Усі реакції синтезу каталізуються спеціальними ферментами із витратою енергії АТФ. Швидкість синтезу дуже велика залежить від довжини поліпептиду. Наприклад, у рибосомі кишкової палички білок із 300 амінокислот синтезується приблизно за 15-20 с.
