Interakcia a štruktúra IRNA, tRNA, RRNA - troch hlavných nukleových kyselín, je považovaná za cytológiu. Pomôže zistiť, aká je úloha transportnej ribonukleovej kyseliny (tRNA) v bunkách. Táto veľmi malá, no zároveň nepopierateľne dôležitá molekula sa zúčastňuje procesu spájania bielkovín, ktoré tvoria telo.
Aká je štruktúra tRNA? Je veľmi zaujímavé zvážiť túto látku "zvnútra", zistiť jej biochémiu a biologickú úlohu. A tiež, ako spolu súvisia štruktúra tRNA a jej úloha pri syntéze bielkovín?
Čo je tRNA, ako funguje?
Transportná ribonukleová kyselina sa podieľa na konštrukcii nových bielkovín. Takmer 10 % všetkých ribonukleových kyselín tvorí transport. Aby bolo jasné, z akých chemických prvkov je molekula tvorená, popíšeme štruktúru sekundárnej štruktúry tRNA. Sekundárna štruktúra zohľadňuje všetky hlavné chemické väzby medzi prvkami.
Toto je makromolekula pozostávajúca z polynukleotidového reťazca. Dusíkaté zásady sú v ňom spojené vodíkovými väzbami. Rovnako ako v DNA, RNA má 4 dusíkaté bázy: adenín,cytozín, guanín a uracil. V týchto zlúčeninách je adenín vždy spojený s uracilom a guanín, ako obvykle, s cytozínom.
Prečo má nukleotid predponu ribo-? Jednoducho, všetky lineárne polyméry, ktoré majú na báze nukleotidu ribózu namiesto pentózy, sa nazývajú ribonukleové. A transferová RNA je jedným z 3 typov práve takého ribonukleového polyméru.
Štruktúra tRNA: biochémia
Pozrime sa do najhlbších vrstiev molekulárnej štruktúry. Tieto nukleotidy majú 3 zložky:
- Sacharóza, ribóza sa podieľa na všetkých typoch RNA.
- Kyselina fosforečná.
- Dusíkaté zásady. Sú to puríny a pyrimidíny.
Dusíkaté bázy sú prepojené silnými väzbami. Je zvykom rozdeliť zásady na purínové a pyrimidínové.
Puríny sú adenín a guanín. Adenín zodpovedá adenylovému nukleotidu s 2 prepojenými kruhmi. A guanín zodpovedá rovnakému "jednokruhovému" guanínovému nukleotidu.
Pyramidíny sú cytozín a uracil. Pyrimidíny majú štruktúru jedného kruhu. V RNA nie je tymín, pretože je nahradený prvkom, ako je uracil. Toto je dôležité pochopiť predtým, ako sa pozriete na ďalšie štrukturálne vlastnosti tRNA.
Typy RNA
Ako vidíte, štruktúra TRNA sa nedá stručne opísať. Musíte sa ponoriť do biochémie, aby ste pochopili účel molekuly a jej skutočnú štruktúru. Aké ďalšie ribozomálne nukleotidy sú známe? Existujú aj matricové alebo informačné a ribozomálne nukleové kyseliny. Skrátene RNA a RNA. Všetky 3molekuly v bunke navzájom úzko spolupracujú, takže telo dostáva správne štruktúrované proteínové guľôčky.
Je nemožné si predstaviť prácu jedného polyméru bez pomoci 2 ďalších. Štrukturálne vlastnosti tRNA sa stávajú zrozumiteľnejšími, keď sa na ne pozeráme v spojení s funkciami, ktoré priamo súvisia s prácou ribozómov.
Štruktúra IRNA, tRNA, RRNA je v mnohých smeroch podobná. Všetky majú ribózový základ. Ich štruktúra a funkcie sú však odlišné.
Objav nukleových kyselín
Švajčiar Johann Miescher našiel v roku 1868 v bunkovom jadre makromolekuly, neskôr nazývané nukleíny. Názov "nukleíny" pochádza zo slova (nucleus) - jadro. Aj keď sa o niečo neskôr zistilo, že v jednobunkových tvoroch, ktoré jadro nemajú, sú prítomné aj tieto látky. V polovici 20. storočia dostali Nobelovu cenu za objav syntézy nukleových kyselín.
Funkcie TRNA pri syntéze bielkovín
Samotný názov - transferová RNA hovorí o hlavnej funkcii molekuly. Táto nukleová kyselina so sebou „prináša“esenciálnu aminokyselinu, ktorú ribozomálna RNA potrebuje na vytvorenie konkrétneho proteínu.
Molekula tRNA má málo funkcií. Prvou je rozpoznanie kodónu IRNA, druhou funkciou je dodanie stavebných kameňov – aminokyselín pre syntézu bielkovín. Niektorí odborníci rozlišujú akceptorovú funkciu. Teda pridávanie aminokyselín podľa kovalentného princípu. Enzým ako aminocil-tRNA syntáza pomáha „pripojiť“túto aminokyselinu.
Ako s ňou súvisí štruktúra tRNAfunkcie? Táto špeciálna ribonukleová kyselina je usporiadaná tak, že na jej jednej strane sú dusíkaté bázy, ktoré sú spojené vždy po dvojiciach. Sú to nám známe prvky - A, U, C, G. Presne 3 "písmená" alebo dusíkaté bázy tvoria antikodón - obrátený súbor prvkov, ktorý interaguje s kodónom podľa princípu komplementarity.
Táto dôležitá štrukturálna vlastnosť tRNA zaisťuje, že pri dekódovaní templátovej nukleovej kyseliny nedôjde k žiadnym chybám. Na presnom poradí aminokyselín totiž závisí, či sa proteín, ktorý telo v súčasnosti potrebuje, správne syntetizuje.
Stavebné prvky
Aké sú štrukturálne vlastnosti tRNA a jej biologická úloha? Toto je veľmi starodávna štruktúra. Jeho veľkosť je niekde okolo 73 - 93 nukleotidov. Molekulová hmotnosť látky je 25 000 – 30 000.
Štruktúru sekundárnej štruktúry tRNA možno rozobrať štúdiom 5 hlavných prvkov molekuly. Takže táto nukleová kyselina pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- enzýmová kontaktná slučka;
- slučka na kontakt s ribozómom;
- antikodónová slučka;
- akceptorový kmeň;
- samotný antikodón.
A tiež prideliť malú variabilnú slučku v sekundárnej štruktúre. Jedno rameno vo všetkých typoch tRNA je rovnaké - kmeň dvoch cytozínových a jedného adenozínového zvyškov. Práve na tomto mieste dochádza k spojeniu s 1 z 20 dostupných aminokyselín. Každá aminokyselina má samostatný enzým – svoju vlastnú aminoacyl-tRNA.
Všetky informácie, ktoré šifrujú štruktúru všetkýchnukleové kyseliny sa nachádzajú v samotnej DNA. Štruktúra tRNA u všetkých živých tvorov na planéte je takmer identická. Pri pohľade v 2-D bude vyzerať ako list.
Ak sa však pozriete v objeme, molekula pripomína geometrickú štruktúru v tvare písmena L. Toto sa považuje za terciárnu štruktúru tRNA. Ale pre pohodlie štúdia je obvyklé vizuálne „rozmotať“. Terciárna štruktúra vzniká ako výsledok interakcie prvkov sekundárnej štruktúry, tých častí, ktoré sa navzájom dopĺňajú.
Ramená alebo prstence tRNA hrajú dôležitú úlohu. Jedno rameno je napríklad potrebné na chemickú väzbu s konkrétnym enzýmom.
Charakteristickým znakom nukleotidu je prítomnosť obrovského množstva nukleozidov. Existuje viac ako 60 typov týchto minoritných nukleozidov.
Štruktúra tRNA a kódovanie aminokyselín
Vieme, že antikodón tRNA má 3 molekuly. Každý antikodón zodpovedá špecifickej, „osobnej“aminokyseline. Táto aminokyselina je spojená s molekulou tRNA pomocou špeciálneho enzýmu. Hneď ako sa 2 aminokyseliny spoja, väzby na tRNA sa prerušia. Všetky chemické zlúčeniny a enzýmy sú potrebné až do požadovaného času. Takto sú štruktúra a funkcie tRNA vzájomne prepojené.
V bunke je 61 typov takýchto molekúl. Matematických variácií môže byť 64. Chýbajú však 3 typy tRNA, pretože presne tento počet stop kodónov v IRNA nemá antikodóny.
Interakcia IRNA a TRNA
Uvažujme o interakcii látky s MRNA a RRNA, ako aj o štrukturálnych vlastnostiach TRNA. Štruktúra a účelmakromolekuly sú vzájomne prepojené.
Štruktúra IRNA kopíruje informácie zo samostatnej časti DNA. Samotná DNA je príliš veľké spojenie molekúl a nikdy neopustí jadro. Preto je potrebná sprostredkovateľská RNA – informačná.
Na základe sekvencie molekúl kopírovaných RNA vytvára ribozóm proteín. Ribozóm je samostatná polynukleotidová štruktúra, ktorej štruktúru je potrebné vysvetliť.
Interakcia ribozomálnej tRNA
Ribozomálna RNA je obrovská organela. Jej molekulová hmotnosť je 1 000 000 - 1 500 000. Takmer 80 % z celkového množstva RNA tvoria ribozomálne nukleotidy.
Zachytáva IRNA reťazec a čaká na antikodóny, ktoré so sebou prinesú molekuly tRNA. Ribozomálna RNA pozostáva z 2 podjednotiek: malej a veľkej.
Ribozóm sa nazýva „továreň“, pretože v tejto organele prebieha všetka syntéza látok potrebných pre každodenný život. Je to tiež veľmi stará bunková štruktúra.
Ako prebieha syntéza bielkovín v ribozóme?
Štruktúra tRNA a jej úloha pri syntéze bielkovín sú vzájomne prepojené. Antikodón umiestnený na jednej zo strán ribonukleovej kyseliny je vo svojej forme vhodný pre hlavnú funkciu - dodanie aminokyselín do ribozómu, kde dochádza k postupnému zarovnávaniu proteínu. TRNA v podstate pôsobí ako sprostredkovateľ. Jeho úlohou je len priniesť potrebnú aminokyselinu.
Keď sa informácie čítajú z jednej časti IRNA, ribozóm sa posúva ďalej v reťazci. Matica je potrebná iba na prenoszakódované informácie o konfigurácii a funkcii jedného proteínu. Ďalej sa k ribozómu svojimi dusíkatými bázami približuje ďalšia tRNA. Tiež dekóduje ďalšiu časť RNC.
Dekódovanie prebieha nasledovne. Dusíkaté bázy sa kombinujú podľa princípu komplementarity rovnakým spôsobom ako v samotnej DNA. Podľa toho TRNA vidí, kde potrebuje „ukotviť“a do ktorého „hangáru“poslať aminokyselinu.
V ribozóme sa takto vybrané aminokyseliny chemicky viažu, krok za krokom vzniká nová lineárna makromolekula, ktorá sa po skončení syntézy skrúti do guľôčky (guličky). Použité tRNA a IRNA, ktoré splnili svoju funkciu, sú odstránené z proteínovej „továrne“.
Keď sa prvá časť kodónu pripojí k antikodónu, určí sa čítací rámec. Následne, ak z nejakého dôvodu dôjde k posunu rámca, potom bude nejaký znak proteínu odmietnutý. Ribozóm nemôže zasiahnuť do tohto procesu a vyriešiť problém. Až po dokončení procesu sa 2 podjednotky rRNA opäť spoja. V priemere na každých 104aminokyselín pripadá 1 chyba. Na každých 25 už zostavených proteínov sa určite vyskytne aspoň 1 chyba replikácie.
TRNA ako reliktné molekuly
Keďže tRNA mohla existovať v čase vzniku života na Zemi, nazýva sa to reliktná molekula. Predpokladá sa, že RNA je prvá štruktúra, ktorá existovala pred DNA a potom sa vyvinula. The RNA World Hypothesis - formulovaný v roku 1986 laureátom W alterom Gilbertom. Avšak dokázaťstále je to ťažké. Teória je obhajovaná zjavnými faktami - molekuly tRNA sú schopné ukladať bloky informácií a tieto informácie nejakým spôsobom implementovať, teda vykonávať prácu.
Odporcovia teórie však tvrdia, že krátka životnosť látky nemôže zaručiť, že tRNA je dobrým nosičom akejkoľvek biologickej informácie. Tieto nukleotidy sa rýchlo degradujú. Životnosť tRNA v ľudských bunkách sa pohybuje od niekoľkých minút do niekoľkých hodín. Niektoré druhy môžu trvať až jeden deň. A ak hovoríme o rovnakých nukleotidoch v baktériách, potom sú termíny oveľa kratšie - až niekoľko hodín. Navyše štruktúra a funkcie tRNA sú príliš zložité na to, aby sa molekula stala primárnym prvkom biosféry Zeme.
