Funktioner hos RNA-molekylen. RNA-molekylens struktur

12 januari 2018

I artikeln som presenteras för din uppmärksamhet föreslår vi att du studerar och bygger en jämförande tabell över DNA och RNA. Till att börja med måste det sägas att det finns en speciell sektion inom biologin som handlar om lagring, implementering och överföring av ärftlig information, dess namn är molekylärbiologi. Det är detta område vi kommer att beröra härnäst.

Vi kommer att prata om polymerer (högmolekylära organiska föreningar) bildade av nukleotider, som kallas nukleinsyror. Dessa föreningar utför mycket viktiga funktioner, varav en är att lagra information om kroppen. För att jämföra DNA och RNA (tabellen kommer att presenteras i slutet av artikeln), måste du veta att det finns två typer av nukleinsyror involverade i proteinbiosyntes:

deoxiribonukleinsyra, som vi ofta ser som en förkortning - DNA;
ribonukleinsyra (eller förkortat RNA)

Nukleinsyra: vad är det?

För att skapa en tabell som jämför DNA och RNA är det nödvändigt att bli mer bekant med dessa polynukleotider. Låt oss börja med en allmän fråga. Både DNA och RNA är nukleinsyror. Som tidigare nämnts bildas de av nukleotidrester.

Dessa polymerer kan hittas i absolut alla celler i kroppen, eftersom det är på deras axlar som ett stort ansvar anförtros, nämligen:

lagring;
utsända;
implementering av ärftlighet.

Nu kommer vi kort att belysa deras huvudsakliga kemiska egenskaper:

löser sig väl i vatten;
praktiskt taget olöslig i organiska lösningsmedel;
känslig för temperaturförändringar;
om en DNA-molekyl isoleras på något möjligt sätt från en naturlig källa, kan fragmentering observeras på grund av mekaniska handlingar;
fragmentering sker av enzymer som kallas nukleaser.

Likheter och skillnader mellan DNA och RNA: pentoser

I tabellen som jämför DNA och RNA är det viktigt att notera en mycket viktig likhet mellan dem - närvaron av monosackarider. Det är viktigt att notera att varje nukleinsyra har sin egen distinkta form. Uppdelningen av nukleinsyror i DNA och RNA sker som ett resultat av att de har olika pentoser.

Till exempel kan vi hitta deoxiribos i DNA och ribos i RNA. Observera att det inte finns något syre vid den andra kolatomen i deoxiribos. Forskare har gjort följande antagande - frånvaron av syre har följande betydelse:

det förkortar C2- och C3-bindningarna;
ger styrka till DNA-molekylen;
skapar förutsättningar för placering av en massiv molekyl i kärnan.

Jämförelse av kvävehaltiga baser

Så det finns fem kvävehaltiga baser totalt:

A (adenin);
G (guanin);
C (cytosin);
T (tymin);
U (uracil).

Det är viktigt att notera att dessa små partiklar är byggstenarna i våra molekyler. Det är i dem som all genetisk information finns, och för att vara mer exakt, i deras sekvens. I DNA kan vi hitta: A, G, C och T, och i RNA - A, G, C och U.

Kvävebaser är majoriteten av nukleinsyror. Utöver de fem listade finns det andra, men detta är extremt sällsynt.

Principer för DNA-struktur

En annan viktig egenskap är närvaron av fyra organisationsnivåer (du kan se detta på bilden). Som redan har blivit klart är den primära strukturen en kedja av nukleotider, och förhållandet mellan kvävehaltiga baser lyder vissa lagar.

Den sekundära strukturen är en dubbelspiral, varvid sammansättningen av varje kedja är artspecifik. Vi kan hitta fosforsyrarester på utsidan av helixen, och kvävehaltiga baser finns inuti.

Den sista nivån är kromosomen. Föreställ dig att Eiffeltornet är placerat i en tändsticksask, det är så DNA-molekylen är ordnad i en kromosom. Det är också viktigt att notera att en kromosom kan bestå av en eller två kromatider.

Innan vi skapar en tabell som jämför DNA och RNA, låt oss prata om strukturen av RNA.

Typer och strukturella egenskaper hos RNA

För att jämföra likheterna mellan DNA och RNA (du kan se tabellen i det sista stycket i artikeln), låt oss titta på sorterna av det senare:

Först och främst är tRNA (eller transport) en enkelsträngad molekyl som utför funktionerna för aminosyratransport och proteinsyntes. Dess sekundära struktur är ett "klöverblad", och dess tertiära struktur har studerats mycket lite.
Information eller matris (mRNA) - överföring av information från en DNA-molekyl till platsen för proteinsyntes.
Och den sista är rRNA (ribosomalt). Som namnet redan klargör finns det i ribosomer.

Vilka funktioner har DNA?

När man jämför DNA och RNA är det omöjligt att missa frågan om de funktioner som utförs. Denna information kommer säkert att återspeglas i finalbordet.

Så, utan att tvivla en sekund, kan vi säga att i en liten DNA-molekyl är all genetisk information programmerad, kapabel att kontrollera vårt varje steg. Dessa inkluderar:

hälsa;
utveckling;
förväntad livslängd;
ärftliga sjukdomar;
hjärt-kärlsjukdomar etc.

Föreställ dig att vi isolerade alla DNA-molekyler från en cell i människokroppen och ordnade dem i en rad. Hur lång tror du att kedjan kommer att vara? Många kommer att tro att det är millimeter, men så är det inte. Längden på denna kedja kommer att vara så mycket som 7,5 centimeter. Det är otroligt, men varför kan vi inte se cellen utan ett kraftfullt mikroskop? Saken är den att molekylerna är väldigt tätt komprimerade. Kom ihåg att vi redan i artikeln pratade om storleken på Eiffeltornet.

Men vilka funktioner har DNA?

De är bärare av genetisk information.
Reproducera och överföra information.

Vilka funktioner har RNA?

För en mer exakt jämförelse av DNA och RNA föreslår vi att man överväger de funktioner som utförs av den senare. Det har tidigare sagts att det finns tre typer av RNA:

RRNA fungerar som den strukturella basen för ribosomen, dessutom interagerar de med andra typer av RNA under proteinsyntesen och deltar i sammansättningen av polypeptidkedjan.
Funktionen av mRNA är som en mall för proteinbiosyntes.
TRNA binder aminosyror och överför dem till ribosomen för proteinsyntes, kodar för aminosyror och dechiffrerar den genetiska koden.

Slutsatser och jämförelsetabell

Ofta får skolbarn ett uppdrag i biologi eller kemi – att jämföra DNA och RNA. I det här fallet kommer bordet att vara en nödvändig assistent. Allt som sagts tidigare i artikeln kan ses här i förtätad form.

Jämförelse av DNA och RNA (slutsatser)

Skylt	DNA	RNA
Strukturera	Två kedjor.	En kedja.
Polynukleotidkedja	Kedjorna är högerhänta i förhållande till varandra.	Det kan ha olika former, allt beror på typen. Låt oss till exempel ta ett tRNA som har formen av ett lönnlöv.
Lokalisering	99% lokaliserad i kärnan, men kan hittas i kloroplaster och mitokondrier.	Nukleoler, ribosomer, kloroplaster, mitokondrier, cytoplasma.
Monomer	Deoxiribonukleotider.	Ribonukleotider.
Nukleotider	A, T, G, C.	A, G, C, U.
Funktioner	Lagring av ärftlig information.	mRNA bär ärftlig information, rRNA har en strukturell funktion, mRNA, tRNA och rRNA är involverade i proteinsyntesen.

Trots att våra jämförande egenskaper var mycket korta kunde vi täcka alla aspekter av strukturen och funktionerna hos föreningarna i fråga. Denna tabell kan fungera som ett bra fuskblad för tentamen eller bara en påminnelse.

tre huvudtyper av RNA: informativt(mRNA), eller matris(mRNA), ribosomalt(rRNA), och transport(tRNA). De varierar i molekylstorlek och funktion. Alla typer av RNA syntetiseras på DNA med deltagande av enzymer - RNA-polymeraser. Messenger-RNA utgör 2-3% av allt cellulärt RNA, ribosomalt RNA - 80-85, transport-RNA - ca 15%.

mRNA. den läser ärftlig information från en del av DNA och, i form av en kopierad sekvens av kvävebaser, överför den till ribosomer, där syntesen av ett specifikt protein sker. Var och en av mRNA-molekylerna motsvarar i ordningen av nukleotider och i storlek genen i det DNA från vilket den transkriberades. I genomsnitt innehåller mRNA 1500 nukleotider (75-3000). Varje triplett (tre nukleotider) på ett mRNA kallas ett kodon. Kodonet bestämmer vilken aminosyra som kommer att dyka upp på en given plats under proteinsyntesen.

(tRNA) har en relativt låg molekylvikt i storleksordningen 24-29 tusen D och innehåller från 75 till 90 nukleotider i molekylen. Upp till 10% av alla tRNA-nukleotider är mindre baser, vilket uppenbarligen skyddar det från verkan av hydrolytiska enzymer. Rollen för tRNA är att de överför aminosyror till ribosomer och deltar i proteinsyntesen. Varje aminosyra är bunden till ett specifikt tRNA. Ett antal aminosyror har mer än ett tRNA. Hittills har mer än 60 tRNA upptäckts som skiljer sig från varandra i sin primära struktur (bassekvens). Den sekundära strukturen av alla tRNA presenteras i form av ett klöverblad med en dubbelsträngad stam och tre enkelsträngade). I slutet av en av kedjorna finns ett acceptorställe - en CCA-triplett, till vars adenin en specifik aminosyra är fäst.

(rRNA). De innehåller 120-3100 nukleotider. Ribosomalt RNA ackumuleras i kärnan, i nukleolerna. Ribosomala proteiner transporteras in i nukleolerna från cytoplasman och där sker den spontana bildningen av ribosomala subenheter genom att proteiner kombineras med motsvarande rRNA. Ribosomala subenheter, tillsammans eller separat, transporteras genom porerna i kärnmembranet in i cytoplasman. Ribosomer De är organeller 20-30 nm stora. De är byggda av två underpartiklar av olika storlekar och former. Vid vissa stadier av proteinsyntesen i cellen delas ribosomer in i subpartiklar. Ribosomalt RNA fungerar som ett ramverk för ribosomer och underlättar den initiala bindningen av mRNA till ribosomen under proteinbiosyntes.

Den genetiska koden är en metod för att koda för aminosyrasekvensen hos proteiner med hjälp av en sekvens av nukleotider, som är karakteristisk för alla levande organismer.

Egenskaper: 1) genetisk kod trilling(varje aminosyra kodas av tre nukleotider); 2) ej överlappande(intilliggande tripletter har inte gemensamma nukleotider); 3) degenererad(med undantag för metionin och tryptofan har alla aminosyror mer än ett kodon); 4) universell(i princip samma sak för alla levande organismer); 5) i kodon för en aminosyra är de två första nukleotiderna vanligtvis desamma, men den tredje varierar; 6) har en linjär läsordning och kännetecknas av kolinearitet, d.v.s. sammanfallande ordningen av kodoner i mRNA med ordningen av aminosyror i den syntetiserade polypeptidkedjan.

Publiceringsdatum: 2014-12-08; Läs: 11305 | Sidans upphovsrättsintrång

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0,001 s)...

Ribonukleinsyra (RNA) är en av de tre huvudsakliga makromolekylerna (de andra två är DNA och proteiner) som finns i cellerna hos alla levande organismer.

Precis som DNA (deoxiribonukleinsyra) består RNA av en lång kedja där varje länk kallas en nukleotid. Varje nukleotid består av en kvävebas, ett ribossocker och en fosfatgrupp. Sekvensen av nukleotider gör att RNA kan koda för genetisk information. Alla cellulära organismer använder RNA (mRNA) för att programmera proteinsyntes.

RNA

Cellulärt RNA bildas under en process som kallas transkription, det vill säga syntesen av RNA på en DNA-mall, utförd av speciella enzymer - RNA-polymeraser. Messenger-RNA (mRNA) deltar sedan i en process som kallas translation.

Translation är syntesen av protein på en mRNA-matris med deltagande av ribosomer. Andra RNA genomgår kemiska modifieringar efter transkription, och efter bildandet av sekundära och tertiära strukturer utför de funktioner beroende på typen av RNA.

Enkelsträngat RNA kännetecknas av en mängd olika rumsliga strukturer, i vilka några av nukleotiderna i samma kedja är parade med varandra. Vissa högstrukturerade RNA deltar i cellproteinsyntes, till exempel tjänar överförings-RNA till att känna igen kodon och levererar motsvarande aminosyror till platsen för proteinsyntes, och ribosomala RNA fungerar som den strukturella och katalytiska basen för ribosomer.

Funktionerna hos RNA i moderna celler är emellertid inte begränsade till deras roll i translation. Sålunda deltar små nukleära RNA i splitsningen av eukaryota budbärar-RNA och andra processer.

Förutom det faktum att RNA-molekyler är en del av vissa enzymer (till exempel telomeras), har individuella RNA sin egen enzymatiska aktivitet: förmågan att introducera avbrott i andra RNA-molekyler eller, omvänt, att "limma" två RNA-fragment tillsammans. Sådana RNA kallas ribozymer.

Genomen hos ett antal virus består av RNA, det vill säga i dem spelar det den roll som DNA utför i högre organismer. Baserat på mångfalden av RNA-funktioner i celler, antogs det att RNA var den första molekylen som var kapabel till självreplikation i prebiologiska system.

RNA:s biologiska roll är förknippad med processen att realisera ärftlig information från DNA under proteinsyntes. Budbärar-RNA är en mellanhand mellan information om proteinets struktur på kärnans DNA och platsen för syntes av proteinmolekyler i cytoplasman på ribosomer. RNA har inte en dubbelhelix det representeras av en enkel polynukleotidkedja (med undantag för dubbelsträngade RNA-virus). RNA-innehållet i en cell varierar beroende på art. Det finns tre typer av RNA: ribosomalt, budbärare och transport. Alla arter syntetiseras på DNA-molekylen i kärnan genom transkription.

R-RNA - ribosomalt är en del av ribosomer (3000-5000 nukleotider) (80% av cellens totala RNA-massa). Ribosomramverket är byggt av det och är involverat i initieringen, fullbordandet av syntesen och separationen av färdiga proteinmolekyler från ribosomer.

I-RNA - informativt (matris) bär genetisk information transkriberad från DNA om strukturen av polypeptidkedjan i form av kodon (nukleotidtripletter). Molekylen innehåller från 300 till 3000 nukleotider och står för 3-5%.

T-RNA - transport – säkerställer transporten av aktiverade aminosyror till ribosomer (ternärt komplext aminoacyl-t-RNA-syntetas, aminosyra, ATP). Den har en sekundär struktur i form av ett klöverblad, på toppen av vilket det finns ett antikodon.

DNA-molekylen är uppdelad i sektioner som innehåller information om proteinets struktur, så kallade gener, och oinformativa sträckor av spacers som separerar generna. Spacers finns i olika längder och reglerar transkriptionen av en närliggande gen. Transkriberat spacers kopieras tillsammans med genen under transkription, och deras komplementära kopior visas på pro-mRNA. Otranskriberad spacers - hittas mellan gener från histon-DNA-proteiner.

Syntesen av mRNA sker från en sträng av en dubbelsträngad DNA-molekyl enligt komplementaritetsprincipen. mRNA är inte en kopia av hela DNA-molekylen, utan bara en del av den - en gen eller en grupp gener med en funktion. Denna grupp av gener kallas operon. En operon är en enhet för genetisk reglering. Det inkluderar strukturella gener som bär information om strukturen hos proteiner, regulatoriska gener som kontrollerar funktionen hos strukturella gener. Regulatoriska gener inkluderar: promotor, operatör, terminator. Promotorn finns i början av varje operon. Detta är ett landningsställe för RNA-polymeras (en specifik bärare av DNA-nukleotider, som enzymet känner igen på grund av kemisk affinitet). Operatören kontrollerar transkriptionen. Terminatorn inkluderar stoppkodon som avslutar mRNA-syntes.

I eukaryoter är strukturella gener uppdelade i exoner och introner. Exoner är regioner som bär information, och introner är regioner som inte bär information.

Under syntesen av mRNA bildas först följande:

1) Det primära transkriptet är en lång prekursor för i-RNA med fullständig information från DNA-molekylen (pro-i-RNA).

2) Bearbetning - förkortning av det primära transkriptet genom att skära ut icke-informativa sektioner av DNA (introner).

3) Splicing - sammanfogning av informativa regioner och bildning av moget mRNA.

Transkriptionen börjar från utgångspunkten för DNA-molekylen med deltagande av RNA-enzymet - polymeras, för eukaryoter - adenylnukleotid. mRNA-syntes sker i fyra steg:

1) Bindning av RNA-polymeras till promotorn.

2) Initiering - början av syntes (den första diesterbindningen mellan ATP och GTP och den andra nukleotiden av mRNA.

3) Förlängning - tillväxt av mRNA-kedjan.

4) Avslutning - fullbordande av mRNA-syntes.

RNA (ribonukleinsyra), liksom DNA, är en nukleinsyra. RNA-polymermolekyler är mycket mindre än DNA. Men beroende på typen av RNA varierar antalet nukleotidmonomerer som ingår i dem.

RNA-nukleotiden innehåller ribos som socker och adenit, guanin, uracil och cytosin som kvävehaltiga baser. Uracil är i struktur och kemiska egenskaper nära tymin, som är vanligt i DNA. I mogna RNA-molekyler är många kvävehaltiga baser modifierade, så i verkligheten finns det många fler varianter av kvävehaltiga baser i RNA.

Ribos, till skillnad från deoxiribos, har en ytterligare -OH-grupp (hydroxyl). Denna omständighet gör att RNA lättare kan ingå i kemiska reaktioner.

Huvudfunktionen för RNA i cellerna i levande organismer kan kallas implementeringen av genetisk information. Det är tack vare olika typer av ribonukleinsyra som den genetiska koden läses (transkriberas) från DNA, varefter polypeptider syntetiseras utifrån dess (translation sker). Så, om DNA huvudsakligen är ansvarigt för att lagra och överföra genetisk information från generation till generation (huvudprocessen är replikering), så implementerar RNA denna information (transkriptions- och translationsprocesser). I det här fallet sker transkription på DNA, så denna process gäller båda typerna av nukleinsyror, och då kan vi från denna synvinkel säga att DNA också är ansvarigt för implementeringen av genetisk information.

Vid närmare undersökning är funktionerna hos RNA mycket mer olika. Ett antal RNA-molekyler utför strukturella, katalytiska och andra funktioner.

Det finns den så kallade RNA-världshypotesen, enligt vilken i början endast RNA-molekyler fungerade som bärare av genetisk information i levande natur, medan andra RNA-molekyler katalyserade olika reaktioner. Denna hypotes bekräftas av ett antal experiment som visar den möjliga utvecklingen av RNA. Detta indikeras också av att ett antal virus har en RNA-molekyl som en nukleinsyra som lagrar genetisk information.

Enligt RNA-världshypotesen dök DNA upp senare i processen för naturligt urval som en mer stabil molekyl, vilket är viktigt för att lagra genetisk information.

Det finns tre huvudtyper av RNA (det finns andra förutom dem): mall (även känd som budbärare), ribosomal och transport. De betecknas som mRNA (eller mRNA), rRNA respektive tRNA.

Messenger RNA (mRNA)

Nästan allt RNA syntetiseras från DNA under transkription. Emellertid kallas transkription ofta som syntesen av budbärar-RNA (mRNA). Detta beror på det faktum att nukleotidsekvensen för mRNA:t därefter kommer att bestämma aminosyrasekvensen för proteinet som syntetiseras under translation.

Före transkription lossnar DNA-strängarna och på en av dem syntetiseras RNA med hjälp av ett komplex av proteinenzymer enligt komplementaritetsprincipen, precis som det sker vid DNA-replikation. Endast mittemot DNA-adeninet är en nukleotid som innehåller uracil, och inte tymin, fäst till RNA-molekylen.

I själva verket är det inte det färdiga budbärar-RNA:t som syntetiseras på DNA, utan dess föregångare, pre-mRNA. Prekursorn innehåller sektioner av nukleotidsekvensen som inte kodar för ett protein och som efter syntes av pre-mRNA skärs ut med deltagande av små nukleära och nukleolära RNA (”ytterligare” typer av RNA). Dessa vikområden kallas introner. De återstående delarna av mRNA kallas exoner. Efter att intronerna har tagits bort sys exonerna ihop. Processen att ta bort introner och sammanfoga exoner kallas skarvning. En komplicerande egenskap är att introner kan skäras ut på olika sätt, vilket resulterar i olika färdiga mRNA som kommer att fungera som mallar för olika proteiner. Det verkar alltså som att en DNA-gen kan spela rollen som flera gener.

Det bör noteras att splitsning inte förekommer i prokaryota organismer. Vanligtvis är deras mRNA redo för translation omedelbart efter syntes på DNA. Det händer att medan slutet av mRNA-molekylen fortfarande transkriberas, sitter ribosomer redan i början och syntetiserar protein.

När pre-mRNA mognar till budbärar-RNA och är utanför kärnan, blir det mallen för polypeptidsyntes. Samtidigt är ribosomer "fästa" till det (inte omedelbart, några visas först, en annan - andra, etc.). Var och en syntetiserar sin egen kopia av proteinet, d.v.s. flera identiska proteinmolekyler kan syntetiseras på en RNA-molekyl på en gång (det är klart att var och en kommer att vara i sitt eget syntesstadium).

Ribosomen, som rör sig från början av mRNA till dess slut, läser av tre nukleotider åt gången (även om den kan rymma sex, dvs.

e. två kodon) och fäster motsvarande överförings-RNA (som har ett antikodon som motsvarar kodonet), till vilket den motsvarande aminosyran är fäst. Efter detta, med hjälp av ribosomens aktiva centrum, "transplanteras" den tidigare syntetiserade delen av polypeptiden, kopplad till det tidigare tRNA:t, så att säga (en peptidbindning bildas) på aminosyran fäst till det nyinkomna tRNA:t. Således ökar proteinmolekylen gradvis i storlek.

När en budbärar-RNA-molekyl inte längre behövs, förstör cellen den.

Överför RNA (tRNA)

Transfer-RNA är en ganska liten (med polymerstandarder) molekyl (antalet nukleotider varierar, i genomsnitt cirka 80), i sekundärstrukturen har den formen av ett klöverblad, i tertiärstrukturen viks den till något som liknar bokstaven G.

Funktionen av tRNA är att fästa till sig den aminosyra som motsvarar dess antikodon. Därefter ansluter den till ribosomen som ligger vid mRNA-kodonet som motsvarar antikodonet och "överför" denna aminosyra. För att sammanfatta kan vi säga att transfer-RNA bär (det är därför det är transport) aminosyror till platsen för proteinsyntes.

Levande natur på jorden använder bara cirka 20 aminosyror för att syntetisera olika proteinmolekyler (det finns faktiskt mycket fler aminosyror). Men eftersom det enligt den genetiska koden finns fler än 60 kodon kan varje aminosyra motsvara flera kodon (i själva verket vissa fler, andra mindre). Det finns alltså mer än 20 typer av tRNA, med olika överförings-RNA som bär samma aminosyror. (Men allt är inte så enkelt här heller.)

Ribosomalt RNA (rRNA)

Ribosomalt RNA kallas ofta också för ribosomalt RNA. Det är samma.

Ribosomalt RNA utgör cirka 80 % av det totala RNA:t i en cell, eftersom det är en del av ribosomer, som det finns en hel del av i cellen.

I ribosomer bildar rRNA komplex med proteiner och utför strukturella och katalytiska funktioner.

Ribosomen innehåller flera olika rRNA-molekyler, olika i kedjelängd, sekundär och tertiär struktur och funktioner. Deras övergripande funktion är dock implementeringen av översättningsprocessen. I det här fallet läser rRNA-molekyler information från mRNA och katalyserar bildandet av peptidbindningar mellan aminosyror.

Typer av RNA. RNA:s struktur och funktioner

Typer av RNA

RNA-molekyler är, till skillnad från DNA, enkelsträngade strukturer. Strukturen av RNA liknar DNA: basen bildas av en sockerfosfatryggrad, till vilken kvävehaltiga baser är fästa.

Ris. 5.16. Struktur av DNA och RNA

Skillnaderna i kemisk struktur är följande: deoxiribosen som finns i DNA ersätts av en ribosmolekyl och tymin representeras av en annan pyrimidin - uracil (Fig. 5.16, 5.18).

Beroende på vilka funktioner de utför delas RNA-molekyler in i tre huvudtyper: information, eller matris (mRNA), transport (tRNA) och ribosomalt (rRNA).

Kärnan i eukaryota celler innehåller en fjärde typ av RNA - heterogent nukleärt RNA (hnRNA), som är en exakt kopia av motsvarande DNA.

Funktioner av RNA

- mRNA bär information om strukturen av proteinet från DNA till ribosomer (dvs de är en matris för proteinsyntes;

tRNA överför aminosyror till ribosomer, specificiteten för sådan överföring säkerställs av det faktum att det finns 20 typer av tRNA motsvarande 20 aminosyror; (Fig. 5.17);

rRNA bildar ett komplex med proteiner i en ribosom, i vilket proteinsyntes sker;

hnRNA är ett exakt transkript av DNA, som, under specifika förändringar, omvandlas (mognat) till moget mRNA.

RNA-molekyler är mycket mindre än DNA-molekyler. Den kortaste är tRNA, bestående av 75 nukleotider.

Ris. 5.17. Struktur för transfer-RNA

Ris. 5.18. Jämförelse av DNA och RNA

Moderna idéer om genens struktur. Intron-exonstruktur i eukaryoter

Den elementära enheten för ärftlighet är gen. Termen "gen" föreslogs 1909 av V. Johansen för att beteckna den materiella enhet av ärftlighet som identifierats av G. Mendel.

Efter de amerikanska genetikernas arbete J. Beadle och E. Tatum började genomet kallas en del av en DNA-molekyl som kodar för syntesen av ett protein.

Enligt moderna koncept betraktas en gen som en del av en DNA-molekyl som kännetecknas av en specifik sekvens av nukleotider som bestämmer aminosyrasekvensen för en polypeptidkedja av ett protein eller nukleotidsekvensen för en fungerande RNA-molekyl (tRNA, rRNA) .

Relativt korta kodande sekvenser av baser (exoner) de växlar med långa icke-kodande sekvenser – introner, som är utskurna ( skarvning) i processen för mRNA-mognad ( bearbetning) och deltar inte i sändningsprocessen (Fig. 5.19).

Storleken på mänskliga gener kan variera från flera tiotals nukleotidpar (bp) till många tusen och till och med miljoner bp. Den minsta kända genen innehåller alltså endast 21 bp, och en av de största generna har en storlek på mer än 2,6 miljoner bp.

Ris. 5.19. Struktur av eukaryot DNA

Efter att transkriptionen avslutats genomgår alla RNA-arter RNA-mognad - bearbetning.Den presenteras skarvningär processen att ta bort delar av en RNA-molekyl som motsvarar introniska sekvenser av DNA. Moget mRNA kommer in i cytoplasman och blir en matris för proteinsyntes, d.v.s. bär information om proteinstruktur från DNA till ribosomer (Fig. 5.19, 5.20).

Nukleotidernas sekvens i rRNA är likartad i alla organismer. Allt rRNA finns i cytoplasman, där det bildar ett komplext komplex med proteiner och bildar en ribosom.

På ribosomer översätts informationen som är krypterad i strukturen av mRNA ( utsända) in i aminosyrasekvensen, dvs. proteinsyntes sker.

Ris. 5.20. Skarvning

5.6. Praktisk uppgift

Slutför uppgiften själv. Fyll i tabell 5.1. Jämför struktur, egenskaper och funktioner hos DNA och RNA

Tabell 5.1.

Jämförelse av DNA och RNA

Testfrågor

1. RNA-molekylen innehåller kvävebaser:

2. ATP-molekylen innehåller:

a) adenin, deoxiribos och tre fosforsyrarester

b) adenin, ribos och tre fosforsyrarester

c) adenosin, ribos och tre fosforsyrarester

d) adenosin, deoxiribos och tre fosforsyrarester.

3. DNA-molekyler lagras i cellen, eftersom de innehåller co-di-rova-na-in-for-ma-tion ca.

a) so-sta-ve po-li-sa-ha-ri-dov

b) struk-tu-re mo-le-kul li-pi-dov

c) den primära strukturen av mo-le-kul-proteinet

d) konstruktion av ami-no-kis-lot

4. I re-a-li-za-tionen av ärvd information, deltagande av mo-le-ku-ly nu-le-i-no -out of acid, vilket säkerställer

a) syntes av kol

b) oxidation av proteiner

c) oxidation av kol

d) proteinsyntes

5. Med hjälp av mRNA-molekyler genomförs överföringen av följdinformation

a) från kärnan till mitokondrierna

b) från en cell till en annan

c) från kärnan till ri-bo-so-me

d) från födsel till avkomma

6. Mo-le-ku-ly DNA

a) överföra information om proteinets struktur till ri-bo-so-mödrar

b) överföra information om strukturen av protein i cytoplasman

c) gör-stav-la-yut till ri-bo-så-mam ami-no-kis-lo-you

d) innehåller ärftlig information om proteinets primära struktur

7. Ri-bo-brunn-cle-och-nya syror i celler deltar i

a) lagring av förfäders information

b) re-gu-la-tion av fettutbyte

c) ob-ra-zo-va-nii av kol-le-vo-dov

d) bio-syn-te-ze-proteiner

8. Vilken typ av nukleinsyra kan vara i form av en två-tse-chech mo-le-ku-ly

9. Från mol-le-ku-ly av DNA och protein co-sto-it

a) micro-true-barrel

b) plaz-ma-ti-che-skaya mem-bra-na

c) giftfisk

d) chro-mo-so-ma

10. For-mi-ro-va-nie tecken på or-ga-niz-ma for-vi-sit från mo-le-kul

b) proteiner

11. DNA-molekyler har, till skillnad från proteinmolekyler, förmågan att

a) bildar en spiral

b) upprätta en tertiär struktur

c) självfördubbling

d) skapa en fyrdubbel struktur

12. Har sitt eget DNA

a) Gol-d-zhi-komplex

b) li-zo-so-ma

c) en-do-plaz-ma-ti-che-skaya nätverk

d) mi-till-kondrier

13. Ärftlig information om tecknen på or-ga-niz-ma från-miljö i mo-le-ku-lah

c) proteiner

d) po-li-sa-ha-ri-dov

14. DNA-mo-le-ku-ly representerar en ma-te-ri-al-grund för arv, eftersom de innehåller di-ro-va-na information-for-ma-tion om struktur-tu-re mo-le -kul

a) po-li-sa-ha-ri-dov

b) proteiner

c) li-pi-dov

d) ami-no-kis-lot

15. Polynukleotidsträngar i mo-le-ku-le DNA hålls nära på grund av kopplingarna mellan

a) com-ple-men-tar-ny-mi azo-ti-sty-mi os-no-va-ni-ya-mi

b) kvarvarande fosforsyra

c) ami-no-kis-lo-ta-mi

d) ug-le-vo-da-mi

16. Från en mo-le-ku-ly nu-le-i-no-whyl sur-lo-you i kombination med vit-ka-mi so-to-it

a) kloroplast

b) chro-mo-so-ma

d) mi-till-kondrier

17. Varje ami-no-kis-lo-ta i en bur ko-di-ru-et-sya

a) en volym med tre stycken

b) flera tre-ple-ta-mi

c) en eller flera tre-ple-ta-mi

d) en nuk-leo-ti-dom

18. Det som är bra är att DNA-molekyler har förmågan att reproducera sina egna

a) form-mi-ru-et-sha-förmåga hos or-ga-niz-ma till miljön

b) individer av arten har mo-di-fi-ka-tioner

c) nya kombinationer av gener uppstår

d) processen att överföra successiv information från moderns cell till dotterns cell

19. Bestäm-de-len-noy efter-va-tel-no-sti tre nu-leo-ti-ds för koden-ro-va-na i cellen för varje mo-le-ku-la

a) ami-no-kis-lo-you

b) glukos

c) krasch-ma-la

d) gly-ce-ri-na

20. Var i cellen finns DNA-mo-le-ku-lys?

a) I kärnan, mi-to-hon-dri-yah och pla-sti-dah

b) I ri-bo-so-mah och komplex-se Gol-d-zhi

c) I qi-to-plaz-ma-ti-che-skaya mem-bra-not

d) I li-zo-so-mah, ri-bo-so-mah, va-ku-o-lyakh

I växternas celler tRNA

a) lagrar släktinformation

b) rep-li-tsi-ru-et-sya på mRNA

c) säkerställer replikation av DNA

d) pe-re-no-sit ami-no-kis-lo-you på ri-bo-so-we

22. RNA-molekylen innehåller kvävebaser:

a) adenin, guanin, uracil, cytosin

b) cytosin, guanin, adenin, tymin

c) tymin, uracil, adenin, guanin

d) adenin, uracil, tymin, cytosin.

23. Monomerer av nukleinsyramolekyler är:

a) nukleosider

b) nukleotider

c) polynukleotider

d) kvävehaltiga baser.

24. Sammansättningen av monomerer av DNA- och RNA-molekyler skiljer sig från varandra till innehåll:

a) socker

b) kvävehaltiga baser

c) sockerarter och kvävehaltiga baser

d) socker, kvävehaltiga baser och fosforsyrarester.

25. Cellen innehåller DNA i:

b) kärna och cytoplasma

c) kärna, cytoplasma och mitokondrier

d) kärna, mitokondrier och kloroplaster.

Nukleinsyror är högmolekylära ämnen som består av mononukleotider, som är förbundna med varandra i en polymerkedja med hjälp av 3", 5" fosfodiesterbindningar och packas i celler på ett visst sätt.

Nukleinsyror är biopolymerer av två typer: ribonukleinsyra (RNA) och deoxiribonukleinsyra (DNA). Varje biopolymer består av nukleotider som skiljer sig åt i kolhydratresterna (ribos, deoxiribos) och en av de kvävehaltiga baserna (uracil, tymin). Enligt dessa skillnader fick nukleinsyror sitt namn.

Struktur av ribonukleinsyra

Primär struktur av RNA

RNA-molekylär linjära (d.v.s. ogrenade) polynukleotider med en liknande organisationsprincip som DNA. RNA-monomerer är nukleotider som består av fosforsyra, en kolhydrat (ribos) och en kvävebas, sammankopplade med 3", 5" fosfodiesterbindningar. RNA-molekylens polynukleotidkedjor är polära, dvs. har urskiljbara 5'- och 3-tumsändar. Dessutom, till skillnad från DNA, är RNA en enkelsträngad molekyl. Anledningen till denna skillnad är tre egenskaper hos den primära strukturen:

RNA, till skillnad från DNA, innehåller ribos istället för deoxiribos, som har en extra hydroxigrupp. Hydroxigruppen gör dubbelkedjestrukturen mindre kompakt
Bland de fyra huvudsakliga eller stora kvävebaserna (A, G, C och U) finns istället för tymin uracil, som skiljer sig från tymin endast i frånvaro av en metylgrupp i den 5:e positionen. På grund av detta minskar styrkan hos den hydrofoba interaktionen i det komplementära A-U-paret, vilket också minskar sannolikheten för bildandet av stabila dubbelkedjiga molekyler.
Slutligen har RNA (särskilt tRNA) ett högt innehåll av s.k. mindre baser och nukleosider. Bland dem finns dihydrouridin (uracil har inte en dubbelbindning), pseudouridin (uracil är förknippat med ribos annorlunda än vanligt), dimetyladenin och dimetylguanin (i kvävehaltiga baser finns ytterligare två metylgrupper) och många andra. Nästan alla dessa baser kan inte delta i kompletterande interaktioner. Således är metylgrupper i dimetyladenin (till skillnad från tymin och 5-metylcytosin) belägna vid en atom som bildar en vätebindning i A-U-paret; Därför kan denna anslutning nu inte stängas. Detta förhindrar också bildandet av dubbelsträngade molekyler.

Således är de välkända skillnaderna i sammansättningen av RNA från DNA av stor biologisk betydelse: trots allt kan RNA-molekyler utföra sin funktion endast i ett enkelsträngat tillstånd, vilket är mest uppenbart för mRNA: det är svårt att föreställa sig hur en dubbelsträngad molekyl skulle kunna översättas på ribosomer.

Samtidigt, medan den förblir singel, kan RNA-kedjan i vissa områden bilda slingor, utsprång eller "hårnålar" med en dubbelsträngad struktur (Fig. 1). Denna struktur stabiliseras av interaktionen av baser i paren A::U och G:::C. Men det kan också bildas "felaktiga" par (till exempel G U), och på vissa ställen finns det "hårnålar" och ingen interaktion sker alls. Sådana loopar kan innehålla (särskilt i tRNA och rRNA) upp till 50 % av alla nukleotider. Det totala innehållet av nukleotider i RNA varierar från 75 enheter till många tusen. Men även de största RNA:n är flera storleksordningar kortare än kromosomalt DNA.

Den primära strukturen av mRNA kopieras från en sektion av DNA som innehåller information om den primära strukturen av polypeptidkedjan. Den primära strukturen för andra typer av RNA (tRNA, rRNA, sällsynt RNA) är den slutliga kopian av det genetiska programmet för motsvarande DNA-gener.

Sekundära och tertiära strukturer av RNA

Ribonukleinsyror (RNA) är enkelsträngade molekyler, så till skillnad från DNA är deras sekundära och tertiära strukturer oregelbundna. Dessa strukturer, definierade som den rumsliga konformationen av en polynukleotidkedja, bildas huvudsakligen av vätebindningar och hydrofoba interaktioner mellan kvävehaltiga baser. Om den naturliga DNA-molekylen kännetecknas av en stabil helix, är strukturen av RNA mer mångsidig och labil. Röntgendiffraktionsanalys visade att enskilda sektioner av RNA-polynukleotidkedjan, böjer sig, vindar på sig själva för att bilda intrahelikala strukturer. Stabilisering av strukturer uppnås genom komplementär parning av kvävehaltiga baser av antiparallella sektioner av kedjan; de specifika paren här är A-U, G-C och, mindre vanligt, GU. På grund av detta uppträder både korta och långa dubbelspiralformade regioner i RNA-molekylen, som tillhör samma kedja; dessa områden kallas hårnålar. Modellen av RNA sekundär struktur med hårnålselement skapades i slutet av 50-talet - början av 60-talet. XX-talet i laboratorierna hos A. S. Spirin (Ryssland) och P. Doty (USA).

Vissa typer av RNA
Typer av RNA	Storlek i nukleotider	Fungera
gRNA - genomiskt RNA	10000-100000
mRNA - informations-RNA (matris).	100-100000	överför information om proteinstruktur från en DNA-molekyl
tRNA - överförings-RNA	70-90	transporterar aminosyror till platsen för proteinsyntesen
rRNA - ribosomalt RNA	flera diskreta klasser från 100 till 500 000	som finns i ribosomer, deltar i att upprätthålla ribosomens struktur
sn-RNA - litet nukleärt RNA	100	tar bort introner och förenar enzymatiskt exoner i mRNA
sno-RNA - litet nukleolärt RNA		är involverad i att styra eller utföra basmodifieringar i rRNA och små nukleärt RNA, såsom metylering och pseudouridinering. De flesta små nukleolära RNA finns i introner av andra gener
srp-RNA - signaligenkännande RNA		känner igen signalsekvensen för proteiner avsedda för uttryck och deltar i deras transport över det cytoplasmatiska membranet
mi-RNA - mikro-RNA	22	kontrollera translationen av strukturella gener genom komplementär bindning till 3"-ändarna av otranslaterade regioner av mRNA

Bildandet av spiralformade strukturer åtföljs av en hypokrom effekt - en minskning av den optiska densiteten hos RNA-prover vid 260 nm. Förstörelsen av dessa strukturer inträffar när jonstyrkan hos RNA-lösningen reduceras eller när den värms upp till 60-70 ° C; det kallas också smältning och förklaras av den strukturella övergången av en helix - en kaotisk spole, som åtföljs av en ökning av den optiska densiteten hos nukleinsyralösningen.

Det finns flera typer av RNA i celler:

information (eller budbärare) RNA (mRNA eller mRNA) och dess föregångare - heterogent nukleärt RNA (r-n-RNA)
överföra RNA (tRNA) och dess prekursor
ribosomalt (rRNA) och dess prekursor
litet nukleärt RNA (sn-RNA)
litet nukleolärt RNA (sno-RNA)
signaligenkännande RNA (srp-RNA)
mikro-RNA (mi-RNA)
mitokondriellt RNA (t+ RNA).

Heterogent nukleärt och budbärar-RNA

Heterogent nukleärt RNA är karakteristiskt uteslutande för eukaryoter. Det är föregångaren till budbärar-RNA (mRNA), som bär genetisk information från kärn-DNA till cytoplasman. Heterogent nukleärt RNA (pre-mRNA) upptäcktes av den sovjetiska biokemisten G.P. Georgiev. Antalet typer av r-RNA är lika med antalet gener, eftersom det fungerar som en direkt kopia av de kodande sekvenserna av genomet, på grund av vilket det har kopior av DNA-palindromer, därför innehåller dess sekundära struktur hårnålar och linjära regioner . I processen för transkription av RNA från DNA spelar enzymet RNA-polymeras II en nyckelroll.

Messenger-RNA bildas som ett resultat av bearbetning (mognad) av r-RNA, under vilken hårnålar skärs av, icke-kodande regioner (introner) skärs ut och kodande exoner limmas ihop.

Messenger-RNA (i-RNA) är en kopia av en specifik sektion av DNA och fungerar som en bärare av genetisk information från DNA till platsen för proteinsyntes (ribosomer) och är direkt involverad i sammansättningen av dess molekyler.

Moget budbärar-RNA har flera regioner med olika funktionella roller (Fig.)

vid 5"-änden finns en så kallad "cap" eller cap - en sektion av en till fyra modifierade nukleotider. Denna struktur skyddar 5"-änden av mRNA från endonukleaser
efter "hatten" finns en 5"-otranslaterad region - en sekvens av flera dussin nukleotider. Den är komplementär till en av sektionerna av r-RNA:t som är en del av den lilla subenheten av ribosomen. På grund av detta är det tjänar till den primära bindningen av m-RNA till ribosomen, men sänds inte i sig själv
initieringskodonet är AUG, som kodar för metionin. Alla mRNA har samma startkodon. Översättning (avläsning) av m-RNA börjar med det. Om metionin inte behövs efter syntes av peptidkedjan, klyvs det vanligtvis från dess N-terminal.
Startkodonet följs av en kodande del, som innehåller information om proteinets aminosyrasekvens. I eukaryoter är mogna m-RNA monocistroniska, dvs. var och en av dem bär information om strukturen av endast en polypeptidkedja.
En annan sak är att ibland skärs peptidkedjan, strax efter bildandet på ribosomen, i flera mindre kedjor. Detta händer till exempel under syntesen av insulin och ett antal oligopeptidhormoner.
Den kodande delen av det mogna m-RNA:t från eukaryoter saknar introner - alla insatta icke-kodande sekvenser. Det finns med andra ord en kontinuerlig sekvens av avkänningskodon som måste läsas i riktningen 5" -> 3".
I slutet av denna sekvens finns ett termineringskodon - ett av tre "sinnelösa" kodon: UAA, UAG eller UGA (se tabellen över genetisk kod nedan).
Detta kodon kan följas av en annan 3'-otranslaterad region, som är betydligt längre än den 5'-otranslaterade regionen.
Slutligen innehåller nästan alla mogna eukaryota mRNA (förutom histon-mRNA) ett poly(A)-fragment av 150-200 adenylnukleotider i 3"-änden

Den 3" otranslaterade regionen och poly(A)-fragmentet är relaterade till regleringen av livslängden för m-RNA, eftersom destruktionen av m-RNA utförs av 3" exonukleaser. Efter slutet av m-RNA-translationen klyvs 10-15 nukleotider från poly(A)-fragmentet. När detta fragment är uttömt, börjar en betydande del av mRNA:t att brytas ned (om den 3" otranslaterade regionen saknas).

Det totala antalet nukleotider i mRNA varierar vanligtvis inom flera tusen. Samtidigt kan den kodande delen ibland bara stå för 60-70 % av nukleotiderna.

I celler är mRNA-molekyler nästan alltid associerade med proteiner. De senare stabiliserar troligen den linjära strukturen av mRNA:t, dvs de förhindrar bildandet av "hårnålar" i den kodande delen. Dessutom kan proteiner skydda mRNA från för tidig destruktion. Sådana komplex av mRNA med proteiner kallas ibland för informosomer.

Transfer-RNA i cellens cytoplasma bär aminosyror i aktiverad form till ribosomer, där de kombineras till peptidkedjor i en specifik sekvens, som specificeras av RNA-matrisen (mRNA). För närvarande är nukleotidsekvensdata kända för mer än 1 700 tRNA-arter från prokaryota och eukaryota organismer. De har alla gemensamma drag både i sin primära struktur och i hur polynukleotidkedjan viks till en sekundär struktur på grund av den komplementära interaktionen av nukleotiderna som ingår i deras struktur.

Transfer-RNA innehåller inte mer än 100 nukleotider, bland vilka det finns ett högt innehåll av mindre eller modifierade nukleotider.

Det första överförings-RNA:t som fullständigt dechiffrerades var alanin-RNA, isolerat från jäst. Analysen visade att alanin-RNA består av 77 nukleotider belägna i en strikt definierad sekvens; de innehåller så kallade mindre nukleotider, representerade av atypiska nukleosider

dihydrouridin (dgU) och pseudouridin (Ψ);
inosin (I): jämfört med adenosin ersätts aminogruppen med en ketogrupp;
metylinosin (mI), metyl- och dimetylguanosin (mG och m2G);
metyluridin (mU): samma som ribotymidin.

Alanin tRNA innehåller 9 ovanliga baser med en eller flera metylgrupper, som läggs till dem enzymatiskt efter bildandet av fosfodiesterbindningar mellan nukleotiderna. Dessa baser är oförmögna att bilda vanliga par; kanske tjänar de till att förhindra basparning i vissa delar av molekylen och på så sätt exponera specifika kemiska grupper som bildar sekundära bindningar med budbärar-RNA:t, ribosomen eller kanske det enzym som är nödvändigt för att fästa en viss aminosyra till motsvarande transfer-RNA.

Den kända sekvensen av nukleotider i ett tRNA betyder i huvudsak att dess sekvens i generna på vilka detta tRNA syntetiseras också är känd. Denna sekvens kan härledas baserat på reglerna för specifik basparning som fastställts av Watson och Crick. 1970 syntetiserades en komplett dubbelsträngad DNA-molekyl med en motsvarande sekvens på 77 nukleotider, och det visade sig att den kunde fungera som mall för konstruktion av alaninöverförings-RNA. Detta var den första artificiellt syntetiserade genen.

tRNA-transkription

Transkription av tRNA-molekyler sker från sekvenserna som kodar för det i DNA med deltagande av enzymet RNA-polymeras III. Under transkription bildas den primära strukturen av tRNA i form av en linjär molekyl. Bildandet börjar med sammanställningen av en nukleotidsekvens av RNA-polymeras i enlighet med genen som innehåller information om detta transfer-RNA. Denna sekvens är en linjär polynukleotidkedja i vilken nukleotiderna följer varandra. Den linjära polynukleotidkedjan är det primära RNA:t, föregångaren till tRNA, som inkluderar introner - oinformativt överskott av nukleotider. På denna organisationsnivå är pre-tRNA inte funktionellt. Pre-tRNA bildas på olika ställen på kromosomernas DNA och innehåller ett överskott på cirka 40 nukleotider jämfört med det mogna tRNA:t.

Det andra steget är att den nyligen syntetiserade tRNA-prekursorn genomgår post-transkriptionell mognad eller bearbetning. Under bearbetningen avlägsnas oinformativa överskott i pre-RNA och mogna, funktionella RNA-molekyler bildas.

Pre-tRNA-bearbetning

Bearbetningen börjar med bildandet av intramolekylära vätebindningar i transkriptet och tRNA-molekylen tar formen av ett klöverblad. Detta är den sekundära nivån av tRNA-organisation, där tRNA-molekylen ännu inte är funktionell. Därefter skärs de icke-informativa sektionerna av pre-RNA ut, de informativa sektionerna av de "brutna generna" skarvas - splitsning och modifiering av de 5" och 3" terminala sektionerna av RNA:t.

Excision av icke-informativa sektioner av pre-RNA utförs med användning av ribonukleaser (exo- och endonukleaser). Efter avlägsnande av överskott av nukleotider metyleras tRNA-baser. Reaktionen utförs med metyltransferaser. S-adenosylmetionin fungerar som en donator av metylgrupper. Metylering förhindrar förstörelsen av tRNA av nukleaser. Det slutligen mogna tRNA:t bildas genom tillägg av en specifik trippel nukleotider (acceptorände) - CCA, som utförs av ett speciellt RNA-polymeras.

Efter avslutad bearbetning bildas återigen ytterligare vätebindningar i den sekundära strukturen, på grund av vilken tRNA flyttar till den tertiära organisationsnivån och tar formen av den så kallade L-formen. I denna form kommer tRNA in i hyaloplasman.

Struktur av tRNA

Strukturen hos transfer-RNA är baserad på en kedja av nukleotider. Men på grund av det faktum att någon kedja av nukleotider har positivt och negativt laddade delar, kan den inte vara i ett ovikt tillstånd i cellen. Dessa laddade delar, som attraheras av varandra, bildar lätt vätebindningar med varandra enligt komplementaritetsprincipen. Vätebindningar vrider tRNA-strängen intrikat och håll den i denna position. Som ett resultat har den sekundära strukturen av t-RNA utseendet av ett "klöverblad" (Fig.), som innehåller 4 dubbelsträngade sektioner i sin struktur. Ett högt innehåll av mindre eller modifierade nukleotider, noterade i tRNA-kedjan och oförmögna till komplementära interaktioner, bildar 5 enkelsträngade regioner.

Den där. Den sekundära strukturen av tRNA bildas som ett resultat av intrasträngparning av komplementära nukleotider av individuella sektioner av tRNA. Regioner av tRNA som inte är involverade i bildandet av vätebindningar mellan nukleotider bildar loopar eller linjära enheter. Följande strukturella regioner särskiljs i tRNA:

Acceptorwebbplats (slut), bestående av fyra linjärt arrangerade nukleotider, varav tre har samma sekvens i alla typer av tRNA - CCA. Hydroxyl 3"-OH av adenosin är fri. En aminosyra är fäst till den av karboxylgruppen, därav namnet på denna region av tRNA - acceptor. tRNA-aminosyran bunden till 3"-hydroxylgruppen av adenosin levereras till ribosomerna, där proteinsyntes sker.
Antikodon loop, vanligtvis bildad av sju nukleotider. Den innehåller en triplett av nukleotider som är specifika för varje tRNA, som kallas ett antikodon. tRNA-antikodonet parar sig med mRNA-kodonet enligt komplementaritetsprincipen. Kodon-antikodon-interaktioner bestämmer ordningen på aminosyror i polypeptidkedjan under dess montering i ribosomer.
Pseudouridyl loop (eller TΨC loop), bestående av sju nukleotider och nödvändigtvis innehållande en pseudouridylsyrarest. Det antas att pseudouridylslingan är involverad i bindningen av tRNA till ribosomen.
Dihydrouridin eller D-loop, vanligtvis bestående av 8-12 nukleotidrester, bland vilka det alltid finns flera dihydrouridinrester. Man tror att D-loopen är nödvändig för att binda till aminoacyl-tRNA-syntetas, som är involverat i igenkännandet av dess tRNA av en aminosyra (se "Proteinbiosyntes").
Ytterligare slinga, som varierar i storlek och nukleotidsammansättning för olika tRNA.

Den tertiära strukturen av tRNA är inte längre klöverbladsformad. På grund av bildandet av vätebindningar mellan nukleotider från olika delar av "klöverbladet" lindas dess kronblad på molekylens kropp och hålls i denna position av ytterligare van der Waals-bindningar, som liknar formen på bokstaven G eller L. Närvaron av en stabil tertiär struktur är en annan egenskap hos detta -RNA, i motsats till långa linjära polynukleotider m-RNA. Du kan förstå exakt hur olika delar av t-RNA:s sekundära struktur böjer sig under bildandet av den tertiära strukturen genom att titta på figuren genom att jämföra färgerna på t-RNA:s sekundära och tertiära strukturdiagram.

Transfer RNA (tRNA) transporterar aminosyror från cytoplasman till ribosomer under proteinsyntesen. Tabellen med den genetiska koden visar att varje aminosyra kodas av flera nukleotidsekvenser, så varje aminosyra har sitt eget transfer-RNA. Som ett resultat finns det en mängd olika tRNA:n: från en till sex typer för var och en av de 20 aminosyrorna. Typer av tRNA som kan binda samma aminosyra kallas isoacceptor (till exempel kan alanin bindas till ett tRNA vars antikodon kommer att vara komplementärt till kodonen GCU, GCC, GCA, GCG). Specificiteten för ett tRNA indikeras av en upphöjd skrift, till exempel: tRNA Ala.

För processen för proteinsyntes är de huvudsakliga funktionella delarna av t-RNA: antikodonet - en sekvens av nukleotider belägen på antikodonslingan, komplementär till kodonet för budbärar-RNA (i-RNA) och acceptordelen - slutet av t-RNA mittemot antikodonet, till vilket en aminosyra är fäst. Sekvensen av baser i antikodonet beror direkt på vilken typ av aminosyra som är fäst vid 3"-änden. Till exempel kan ett tRNA vars antikodon har sekvensen 5"-CCA-3" bara bära aminosyran tryptofan. Det bör vara noterade att detta beroende är baserat på överföring av genetisk information, vars bärare är t-RNA.

Under proteinsyntes känner tRNA-antikodonet igen trebokstavssekvensen för den genetiska koden (kodonet) för mRNA:t, och matchar den med den enda motsvarande aminosyran som är fäst vid den andra änden av tRNA:t. Endast om antikodonet är komplementärt till mRNA-sektionen kan överförings-RNA:t fästa till det och donera den överförda aminosyran till bildandet av en proteinkedja. Interaktionen mellan t-RNA och mRNA sker i ribosomen, som också är en aktiv deltagare i translation.

T-RNA-igenkänning av dess aminosyra och i-RNA-kodon sker på ett visst sätt:

Bindningen av "dess" aminosyra till tRNA sker med hjälp av ett enzym - ett specifikt aminoacyl-tRNA-syntetas
Det finns en mängd olika aminoacyl-tRNA-syntetaser, beroende på antalet tRNA som används av aminosyror. De kallas för korta ARSaser. Aminoacyl-tRNA-syntetaser är stora molekyler (molekylvikt 100 000 - 240 000) med en kvartär struktur. De känner specifikt igen tRNA och aminosyror och katalyserar deras kombination. Denna process kräver ATP, vars energi används för att aktivera aminosyran från karboxyländen och fästa den till hydroxylen (3"-OH) i adenosinacceptoränden (ATP) av tRNA. Man tror att i molekylen av varje aminoacyl-tRNA-syntetas finns det bindningscentra vid minst tre bindningscentra: för aminosyror, isoacceptor-tRNA och ATP I bindningscentran bildas en kovalent bindning när aminosyran motsvarar tRNA:n, och hydrolys av. en sådan bindning uppstår i händelse av att de inte passar ihop (fäst av "fel" aminosyra till tRNA).
APCaser har förmågan att selektivt använda ett sortiment av tRNA för varje aminosyra under igenkänning, dvs. Det ledande elementet för igenkänning är aminosyran, och dess eget tRNA är anpassat till det. Därefter överför tRNA:t, genom enkel diffusion, aminosyran som är fäst vid den till ribosomerna, där proteinet sätts ihop från aminosyror som tillhandahålls i form av olika aminoacyl-tRNA.

Aminosyrabindning till tRNA
Bindningen av tRNA och aminosyra sker enligt följande (Fig.): en aminosyra och en ATP-molekyl läggs till aminoacyl-tRNA-syntetaset. För efterföljande aminoaccelering frigör ATP-molekylen energi genom att ta bort två fosfatgrupper. Återstående AMP (adenosinmonofosfat) fäster vid aminosyran och förbereder den för att kombineras med acceptorstället för tRNA, acceptorhårnålen. Syntetaset fäster sedan det relaterade tRNA som motsvarar aminosyran. I detta skede kontrolleras överensstämmelsen mellan tRNA-syntetas. Om det matchar, fäster tRNA:t tätt till syntetaset och ändrar dess struktur, vilket leder till lanseringen av processen för aminoacetylering - tillägg av en aminosyra till tRNA.
Aminoacylering sker i processen att ersätta en AMP-molekyl fäst vid en aminosyra med en tRNA-molekyl. Efter denna ersättning lämnar AMP syntetaset och tRNA hålls tillbaka för en sista kontroll av aminosyran.
Kontrollera om tRNA matchar den bifogade aminosyran
Syntetasmodellen för att kontrollera överensstämmelsen mellan tRNA och den bifogade aminosyran förutsätter närvaron av två aktiva centra: syntetisk och korrigering. I det syntetiska centret är tRNA fäst till en aminosyra. Acceptorstället för tRNA:t som fångas av syntetaset kommer först i kontakt med det syntetiska centret, som redan innehåller en aminosyra kopplad till AMP. Denna kontakt av tRNA-acceptorstället ger den en onaturlig böjning tills aminosyran är fäst. Efter att aminosyran är fäst vid acceptorstället för tRNA:t försvinner behovet av att detta ställe är i det syntetiska centret. Om storleken på aminosyramolekylen som är fäst vid tRNA:t inte stämmer överens med storleken på korrigeringscentret, identifieras aminosyran som felaktig och kopplas bort från tRNA:t. Syntetaset är redo för nästa cykel. När storleken på aminosyramolekylen som är fäst vid tRNA:t sammanfaller med storleken på korrigeringscentret, frigörs tRNA:t laddat med aminosyran: det är redo att spela sin roll i proteintranslation. Och syntetaset är redo att fästa nya aminosyror och tRNA och börja cykeln igen.
Kombinationen av en olämplig aminosyra med ett syntetas förekommer i genomsnitt i 1 fall av 50 tusen, och med ett felaktigt tRNA endast en gång av 100 tusen anslutningar.
Interaktionen mellan ett m-RNA-kodon och ett t-RNA-antikodon sker enligt principen om komplementaritet och antiparallelism
Interaktionen mellan tRNA och ett mRNA-kodon enligt principen om komplementaritet och antiparallelism innebär: eftersom betydelsen av mRNA-kodonet läses i 5"->3"-riktningen, bör antikodonet i tRNA:t läsas i 3"- >5" riktning. I detta fall paras de första två baserna av kodonet och antikodonet strikt komplementärt, dvs. endast paren A U och G C bildas. Parning av tredje baser kan avvika från denna princip. Giltiga par bestäms av schemat:
Följande följer av diagrammet.
- En tRNA-molekyl binder endast till typ 1-kodon om den tredje nukleotiden i dess antikodon är C eller A
- tRNA binder till 2 typer av kodon om antikodonet slutar på U eller G.
- Och slutligen binder tRNA till 3 typer av kodon om antikodonet slutar på I (inosinnukleotid); Denna situation förekommer i synnerhet i alanin-tRNA.
  Härifrån följer i sin tur att igenkänning av 61 sense-kodon kräver i princip inte samma, utan ett mindre antal olika tRNA.
Ribosomalt RNA

Ribosomala RNA är grunden för bildandet av ribosomala subenheter. Ribosomer säkerställer det rumsliga arrangemanget av mRNA och tRNA under proteinsyntes.
Varje ribosom består av en stor och en liten underenhet. Subenheterna inkluderar ett stort antal proteiner och ribosomala RNA som inte genomgår translation. Ribosomer, liksom ribosomala RNA, skiljer sig i sin sedimentationskoefficient, mätt i Svedberg-enheter (S). Denna koefficient beror på sedimenteringshastigheten för subenheter under centrifugering i ett mättat vattenhaltigt medium.
Varje eukaryot ribosom har en sedimentationskoefficient på 80S och kallas vanligtvis för en 80S-partikel. Det inkluderar
- liten subenhet (40S) som innehåller ribosomalt RNA med sedimentationskoefficienten 18S rRNA och 30 molekyler av olika proteiner,
- stor subenhet (60S), som inkluderar 3 olika rRNA-molekyler (en lång och två korta - 5S, 5.8S och 28S), samt 45 proteinmolekyler.
  Underenheterna bildar "skelettet" av ribosomen, som var och en är omgiven av sina egna proteiner. Sedimentationskoefficienten för en komplett ribosom sammanfaller inte med summan av koefficienterna för dess två subenheter, vilket är associerat med molekylens rumsliga konfiguration.
Strukturen av ribosomer i prokaryoter och eukaryoter är ungefär densamma. De skiljer sig endast i molekylvikt. Den bakteriella ribosomen har en sedimentationskoefficient på 70S och betecknas som en 70S-partikel, vilket indikerar en lägre sedimentationshastighet; innehåller
- liten (30S) subenhet - 16S rRNA + proteiner
- stor subenhet (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + stora subenhetsproteiner (Fig.)
I rRNA, bland de kvävehaltiga baserna, är halten av guanin och cytosin högre än vanligt. Mindre nukleosider finns också, men inte lika ofta som i tRNA: cirka 1%. Dessa är huvudsakligen nukleosider metylerade vid ribos. Den sekundära strukturen av rRNA har många dubbelsträngade regioner och loopar (Fig.). Detta är strukturen hos RNA-molekyler som bildas i två sekventiella processer - DNA-transkription och RNA-mognad (bearbetning).
Transkription av rRNA från DNA- och rRNA-bearbetning
Pre-rRNA bildas i nukleolus, där rRNA-transkriptoner finns. Transkription av rRNA från DNA sker med användning av två ytterligare RNA-polymeraser. RNA-polymeras I transkriberar 5S, 5.8S och 28S som ett långt 45S-transkript, som sedan delas upp i de nödvändiga delarna. Detta säkerställer lika många molekyler. I människokroppen innehåller varje haploid genom cirka 250 kopior av DNA-sekvensen som kodar för 45S-transkriptet. De är belägna i fem klustrade tandemupprepningar (dvs. i par efter varandra) på de korta armarna av kromosomerna 13, 14, 15, 21 och 22. Dessa regioner är kända som nukleolära organisatörer, eftersom deras transkription och efterföljande bearbetning av 45S transkript förekommer i nukleolus.
Det finns 2000 kopior av 5S-rRNA-genen i minst tre kluster av kromosom 1. Deras transkription sker i närvaro av RNA-polymeras III utanför nukleolus.
Under bearbetningen finns något mer än hälften av pre-rRNA kvar och moget rRNA frisätts. Vissa rRNA-nukleotider genomgår modifiering, som består av basmetylering. Reaktionen utförs med metyltransferaser. S-adenosylmetionin fungerar som en donator av metylgrupper. Mogna rRNA kombineras i kärnan med ribosomala proteiner som kommer hit från cytoplasman och bildar små och stora ribosomala subpartiklar. Mogna rRNA:n transporteras från kärnan till cytoplasman i ett komplex med ett protein, som dessutom skyddar dem från förstörelse och underlättar transport.
Ribosomala centra
Ribosomer skiljer sig väsentligt från andra cellorganeller. I cytoplasman finns de i två tillstånd: inaktiva, när de stora och små underenheterna är separerade från varandra, och i aktiv - under utförandet av sin funktion - proteinsyntes, när underenheterna är anslutna till varandra.
Processen att sammanfoga ribosomala subenheter eller sätta samman en aktiv ribosom kallas translationsinitiering. Denna montering sker på ett strikt ordnat sätt, vilket säkerställs av ribosomernas funktionella centra. Alla dessa centra är belägna på kontaktytorna av båda ribosomala subenheterna. Dessa inkluderar:
1. mRNA-bindningsställe (M-centrum). Det bildas av en region av 18S rRNA, som är komplementär för 5-9 nukleotider till det 5" otranslaterade fragmentet av mRNA
2. Peptidylcentrum (P-centrum). I början av translationsprocessen binder det initierande aa-tRNA:t till det. I eukaryoter kodar initieringskodonet för alla mRNAs alltid för metionin, så det initierande aa-tRNA:t är ett av de två metionin-aa-tRNA:t, indikerat av subskriptet i: Met-tRNA i Met. I efterföljande stadier av translation innehåller P-centret peptidyl-tRNA, som innehåller den redan syntetiserade delen av peptidkedjan.
  Ibland pratar man också om E-centret (från "exit" - exit), där tRNA som har förlorat sin koppling till peptidylen rör sig innan det lämnar ribosomen. Detta center kan dock betraktas som en integrerad del av P-centret.
3. Aminosyracentrum (A-centrum) är bindningsstället för nästa aa-tRNA.
4. Peptidyltransferascentrum (PTF-centrum) - det katalyserar överföringen av peptidyl från peptidyl-tRNA till nästa aa-tRNA som anländer till A-centret. I detta fall bildas ytterligare en peptidbindning och peptidylen förlängs med en aminosyra.
Både i aminosyracentret och i peptidylcentret är antikodonslingan för motsvarande tRNA (aa-tRNA eller peptidyl-tRNA) uppenbarligen vänd mot M-centret, budbärar-RNA-bindningscentret (som interagerar med mRNA) och acceptorslingan med aminoacyl- eller peptidyl-PTF-centret.
Fördelning av centra mellan underenheter
Fördelningen av centra mellan ribosomala subenheter sker enligt följande:
- Liten underenhet. Eftersom det innehåller 18S rRNA, vars region mRNA binder, är M-centret beläget på denna subenhet. Här finns dessutom huvuddelen av A-centret och en mindre del av P-centret.
- Stor underenhet. De återstående delarna av P- och A-centra är belägna på dess kontaktyta. I fallet med P-centret är detta dess huvuddel, och i fallet med A-centret är det platsen för bindning av acceptorslingan av aa-tRNA med en aminosyraradikal (aminoacyl); resten och det mesta av aa-tRNA:t binder till den lilla subenheten. Den stora underenheten tillhör också PTF-centret.
Alla dessa omständigheter bestämmer ordningen för ribosomsammansättningen vid stadiet av translationsinitiering.
Ribosominitiering (förbereder ribosomen för proteinsyntes)
Proteinsyntes, eller translation i sig, delas vanligtvis in i tre faser: initiering (början), förlängning (förlängning av polypeptidkedjan) och avslutning (slut). Under initieringsfasen förbereds ribosomen för arbete: dess underenheter är anslutna. I bakteriella och eukaryota ribosomer fortskrider anslutningen av subenheter och början av translation annorlunda.
Att starta en sändning är den långsammaste processen. Förutom de ribosomala subenheterna deltar mRNA och tRNA, GTP och tre proteininitieringsfaktorer (IF-1, IF-2 och IF-3), som inte är integrerade komponenter i ribosomen. Initieringsfaktorer underlättar bindningen av mRNA till den lilla subenheten och GTP. GTP, på grund av hydrolys, tillhandahåller energi för processen för stängning av ribosomala subenheter.
1. Initiering börjar med att den lilla subenheten (40S) binder till initieringsfaktorn IF-3, vilket hindrar den stora subenheten från att binda i förtid och tillåta mRNA att fästa vid den.
2. Därefter fästs mRNA:t (med dess 5" otranslaterade region) till komplexet "lilla subenheten (40S) + IF-3". I detta fall uppträder initieringskodonet (AUG) på nivån för framtidens peptidylcentrum ribosom.
3. Därefter läggs ytterligare två initieringsfaktorer till komplexet "liten subenhet + IF-3 + mRNA": IF-1 och IF-2, medan det senare bär med sig ett speciellt överförings-RNA, som kallas det initierande aa-tRNA. Komplexet inkluderar även GTP.
  Den lilla subenheten kombineras med mRNA för att presentera två kodon för avläsning. På den första av dem fixerar IF-2-proteinet initiatorn aa-tRNA. Det andra kodonet stänger IF-1-proteinet, vilket blockerar det och förhindrar nästa tRNA från att gå med tills ribosomen är helt sammansatt.
4. Efter bindning av det initierande aa-tRNA, d.v.s. Met-tRNA i Met, på grund av komplementär interaktion med mRNA (initieringskodon AUG) och dess installation på dess plats i P-centrum, sker bindningen av ribosomala subenheter. GTP hydrolyseras till BNP och oorganiskt fosfat, och energin som frigörs när denna högenergibindning bryts skapar en termodynamisk stimulans för processen att fortsätta i önskad riktning. Samtidigt lämnar initieringsfaktorer ribosomen.
Således bildas en slags "smörgås" av fyra huvudkomponenter. I detta fall uppträder initieringskodonet för mRNA (AUG) och det associerade initierande aa-tRNA:t i P-centrum av den sammansatta ribosomen. Den senare spelar rollen som peptidyl-tRNA under bildandet av den första peptidbindningen.

RNA-transkript som syntetiseras av RNA-polymeras genomgår vanligtvis ytterligare enzymatiska transformationer, kallade post-transkriptionell bearbetning, och först då förvärvar de sin funktionella aktivitet. Transkript av omoget budbärar-RNA kallas heterogent nukleärt RNA (hnRNA). De består av en blandning av mycket långa RNA-molekyler som innehåller introner och exoner. Mognaden (bearbetningen) av hnRNA i eukaryoter inkluderar flera stadier, varav ett involverar avlägsnande av introner - oöversatta insättningssekvenser - och sammanslagning av exoner. Processen fortskrider på ett sådant sätt att exoner som följer efter varandra, dvs kodande fragment av mRNA, aldrig separeras fysiskt. Exonerna är sammanlänkade mycket exakt med hjälp av molekyler som kallas små nukleära RNA (snRNA). Funktionen hos dessa korta nukleära RNA, bestående av cirka hundra nukleotider, har länge varit oklar. Det fastställdes efter att det upptäcktes att deras nukleotidsekvens är komplementär till sekvenserna i ändarna av var och en av intronerna. Som ett resultat av basparning som finns i snRNA och i ändarna av det vikta intronet förs sekvenserna av de två exonerna närmare varandra på ett sådant sätt att det blir möjligt att ta bort intronen som separerar dem och enzymatisk sammanfogning (skarvning) av kodande fragment (exoner). Således spelar snRNA-molekyler rollen som tillfälliga mallar som håller ändarna av två exoner nära varandra så att splitsning sker på rätt plats (Fig.).
Omvandlingen av hnRNA till mRNA genom att ta bort introner sker i ett nukleärt RNA-proteinkomplex som kallas splicesomen. Varje splicesom har en kärna som består av tre små (lågmolekylära) nukleära ribonukleoproteiner, eller snurpar. Varje snurp innehåller minst ett litet nukleärt RNA och flera proteiner. Det finns flera hundra olika små nukleära RNA, transkriberade huvudsakligen av RNA-polymeras II. Man tror att deras huvudsakliga funktion är igenkännandet av specifika ribonukleinsekvenser genom basparning av RNA-RNA-typ. Ul, U2, U4/U6 och U5 är viktigast för hnRNA-bearbetning.
Mitokondriellt RNA

Mitokondrie-DNA är en kontinuerlig loop och kodar för 13 polypeptider, 22 tRNA och 2 rRNA (16S och 23S). De flesta gener finns på en (tung) kedja, men ett visst antal av dem finns också på den lätta kedjan som komplement till den. I detta fall transkriberas båda strängarna som kontinuerliga transkript med användning av mitokondrierspecifikt RNA-polymeras. Detta enzym kodas av kärngenen. De långa RNA-molekylerna klyvs sedan till 37 separata arter, och mRNA, rRNA och tRNA samtranslaterar 13 mRNA. Ett stort antal ytterligare proteiner som kommer in i mitokondrien från cytoplasman översätts från nukleära gener. Patienter med systemisk lupus erythematosus har antikroppar mot sin egen kropps snurpproteiner. Dessutom tror man att en viss uppsättning små nukleära RNA-gener av kromosom 15q spelar en viktig roll i patogenesen av Prader-Willis syndrom (en ärftlig kombination av mental retardation, kortväxthet, fetma och muskelhypotoni).

TILL nukleinsyror inkluderar högpolymera föreningar som sönderdelas under hydrolys till purin- och pyrimidinbaser, pentos och fosforsyra. Nukleinsyror innehåller kol, väte, fosfor, syre och kväve. Det finns två klasser av nukleinsyror: ribonukleinsyror (RNA) Och deoxiribonukleinsyror (DNA).

DNA:s struktur och funktioner

DNA- en polymer vars monomerer är deoxiribonukleotider. En modell av den rumsliga strukturen av DNA-molekylen i form av en dubbelspiral föreslogs 1953 av J. Watson och F. Crick (för att bygga denna modell använde de arbetet av M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff ).

DNA-molekyl bildade av två polynukleotidkedjor, spiralformigt tvinnade runt varandra och tillsammans runt en tänkt axel, d.v.s. är en dubbelhelix (med undantag för att vissa DNA-innehållande virus har enkelsträngat DNA). Diametern på DNA-dubbelhelixen är 2 nm, avståndet mellan intilliggande nukleotider är 0,34 nm, och det finns 10 nukleotidpar per varv av helixen. Längden på molekylen kan nå flera centimeter. Molekylvikt - tiotals och hundratals miljoner. Den totala längden av DNA i kärnan i en mänsklig cell är cirka 2 m. I eukaryota celler bildar DNA komplex med proteiner och har en specifik rumslig konformation.

DNA-monomer - nukleotid (deoxiribonukleotid)- består av rester av tre ämnen: 1) en kvävebas, 2) en monosackarid med fem kolatomer (pentos) och 3) fosforsyra. De kvävehaltiga baserna av nukleinsyror tillhör klasserna pyrimidiner och puriner. DNA-pyrimidinbaser(har en ring i sin molekyl) - tymin, cytosin. Purinbaser(har två ringar) - adenin och guanin.

DNA-nukleotidmonosackariden är deoxiribos.

Namnet på en nukleotid kommer från namnet på motsvarande bas. Nukleotider och kvävehaltiga baser anges med versaler.

Polynukleotidkedjan bildas som ett resultat av. I detta fall, mellan 3"-kolet i deoxiribosresten i en nukleotid och fosforsyraresten i en annan, fosfoesterbindning(tillhör kategorin starka kovalenta bindningar). Ena änden av polynukleotidkedjan slutar med ett 5" kol (kallat 5"-änden), den andra änden med ett 3" kol (3"-ände).

Mittemot en sträng av nukleotider finns en andra sträng. Arrangemanget av nukleotider i dessa två kedjor är inte slumpmässigt, utan strikt definierat: tymin är alltid beläget mittemot adeninet i en kedja i den andra kedjan, och cytosin är alltid beläget mittemot guanin, två vätebindningar uppstår mellan adenin och tymin, och tre vätebindningar uppstår mellan guanin och cytosin. Mönstret enligt vilket nukleotiderna i olika DNA-kedjor är strikt ordnade (adenin - tymin, guanin - cytosin) och selektivt ansluter till varandra kallas principen om komplementaritet. Det bör noteras att J. Watson och F. Crick kom att förstå principen om komplementaritet efter att ha bekantat sig med E. Chargaffs verk. E. Chargaff, efter att ha studerat ett stort antal prover av vävnader och organ från olika organismer, fann att i alla DNA-fragment motsvarar innehållet av guaninrester alltid exakt innehållet av cytosin, och adenin till tymin ( "Chargaffs regel"), men han kunde inte förklara detta faktum.

Av komplementaritetsprincipen följer att nukleotidsekvensen i en kedja bestämmer nukleotidsekvensen för den andra.

DNA-strängarna är antiparallella (flerriktade), dvs. nukleotider av olika kedjor är belägna i motsatta riktningar, och därför är mittemot 3"-änden av en kedja 5"-änden av den andra. DNA-molekylen jämförs ibland med en spiraltrappa. "Räcket" i denna trappa är en sockerfosfatryggrad (omväxlande rester av deoxiribos och fosforsyra); "steg" är komplementära kvävebaser.

Funktion av DNA- lagring och överföring av ärftlig information.

DNA-replikation (reduplicering)

- processen för självduplicering, DNA-molekylens huvudsakliga egenskap. Replikation tillhör kategorin matrissyntesreaktioner och sker med deltagande av enzymer. Under inverkan av enzymer lindas DNA-molekylen upp, och en ny kedja byggs upp runt varje kedja, som fungerar som en mall, enligt principerna om komplementaritet och antiparallelism. Således, i varje dotter-DNA, är en sträng modersträngen och den andra är nysyntetiserad. Denna syntesmetod kallas halvkonservativ.

"Byggmaterialet" och energikällan för replikering är deoxiribonukleosidtrifosfater(ATP, TTP, GTP, CTP), som innehåller tre fosforsyrarester. När deoxiribonukleosidtrifosfater inkorporeras i en polynukleotidkedja, klyvs två terminala fosforsyrarester av, och den frigjorda energin används för att bilda en fosfodiesterbindning mellan nukleotider.

Följande enzymer är involverade i replikering:

helikaser ("vinda av" DNA);
destabiliserande proteiner;
DNA-topoisomeraser (klippt DNA);
DNA-polymeraser (välj deoxiribonukleosidtrifosfater och fäst dem komplementärt till DNA-mallsträngen);
RNA-primers (bildar RNA-primrar);
DNA-ligaser (kopplar ihop DNA-fragment).

Med hjälp av helikaser nystas DNA upp i vissa sektioner, enkelsträngade sektioner av DNA binds av destabiliserande proteiner, och en replikeringsgaffel. Med en divergens på 10 nukleotidpar (ett varv av helixen) måste DNA-molekylen göra ett helt varv runt sin axel. För att förhindra denna rotation skär DNA-topoisomeras en DNA-sträng, så att den kan rotera runt den andra strängen.

DNA-polymeras kan bara fästa en nukleotid till 3"-kolet i deoxiribosen från den tidigare nukleotiden, därför kan detta enzym röra sig längs mall-DNA:t i endast en riktning: från 3"-änden till 5"-änden av denna mall-DNA Eftersom kedjorna i moder-DNA är antiparallella, sker sammansättningen av dotterpolynukleotidkedjorna på olika sätt och i motsatta riktningar dotterkedja kommer att kallas; ledande. På en 5"-3" kedja - intermittent, i fragment ( fragment av Okazaki), som, efter fullbordad replikation, sys till en sträng med DNA-ligaser; denna barnkedja kommer att kallas släpar efter (släpar efter).

En speciell egenskap hos DNA-polymeras är att det bara kan börja sitt arbete med "frön" (primer). Rollen som "primers" utförs av korta RNA-sekvenser som bildas av enzymet RNA primas och paras med mall-DNA. RNA-primrar avlägsnas efter att sammansättningen av polynukleotidkedjor är avslutad.

Replikation fortskrider på liknande sätt i prokaryoter och eukaryoter. Hastigheten för DNA-syntes i prokaryoter är en storleksordning högre (1000 nukleotider per sekund) än i eukaryoter (100 nukleotider per sekund). Replikation börjar samtidigt i flera delar av DNA-molekylen. Ett fragment av DNA från ett replikationsursprung till ett annat bildar en replikationsenhet - replikon.

Replikation sker före celldelning. Tack vare denna förmåga hos DNA överförs ärftlig information från modercellen till dottercellerna.

Reparation ("reparation")

Reparationerär processen att eliminera skador på DNA-nukleotidsekvensen. Utförs av speciella enzymsystem i cellen ( reparera enzymer). I processen att återställa DNA-strukturen kan följande steg särskiljas: 1) DNA-reparationsnukleaser känner igen och tar bort det skadade området, som ett resultat av vilket en lucka bildas i DNA-kedjan; 2) DNA-polymeras fyller denna lucka och kopierar information från den andra ("bra") strängen; 3) DNA-ligas "tvärbinder" nukleotider och fullbordar reparationen.

Tre reparationsmekanismer har studerats mest: 1) fotoreparation, 2) excisionell eller pre-replikativ reparation, 3) postreplikativ reparation.

Förändringar i DNA-strukturen sker i cellen ständigt under påverkan av reaktiva metaboliter, ultraviolett strålning, tungmetaller och deras salter etc. Därför ökar defekter i reparationssystem hastigheten på mutationsprocesser och orsakar ärftliga sjukdomar (xeroderma pigmentosum, progeria, etc.).

RNA:s struktur och funktioner

- en polymer vars monomerer är ribonukleotider. Till skillnad från DNA, bildas RNA inte av två, utan av en polynukleotidkedja (med undantag för att vissa RNA-innehållande virus har dubbelsträngat RNA). RNA-nukleotider kan bilda vätebindningar med varandra. RNA-kedjor är mycket kortare än DNA-kedjor.

RNA-monomer - nukleotid (ribonukleotid)- består av rester av tre ämnen: 1) en kvävebas, 2) en monosackarid med fem kolatomer (pentos) och 3) fosforsyra. De kvävehaltiga baserna av RNA tillhör också klasserna pyrimidiner och puriner.

Pyrimidinbaserna i RNA är uracil och cytosin, och purinbaserna är adenin och guanin. RNA-nukleotidmonosackariden är ribos.

Markera tre typer av RNA: 1) informativt(budbärare) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomalt RNA - rRNA.

Alla typer av RNA är ogrenade polynukleotider, har en specifik rumslig konformation och deltar i processerna för proteinsyntes. Information om strukturen hos alla typer av RNA lagras i DNA. Processen att syntetisera RNA på en DNA-mall kallas transkription.

Överför RNA innehåller vanligtvis 76 (från 75 till 95) nukleotider; molekylvikt - 25 000-30 000 tRNA står för cirka 10% av det totala RNA-innehållet i cellen. Funktioner av tRNA: 1) transport av aminosyror till platsen för proteinsyntes, till ribosomer, 2) translationell intermediär. Det finns cirka 40 typer av tRNA i en cell, var och en av dem har en unik nukleotidsekvens. Alla tRNA har dock flera intramolekylära komplementära regioner, på grund av vilka tRNA får en klöverbladsliknande konformation. Varje tRNA har en loop för kontakt med ribosomen (1), en antikodonloop (2), en loop för kontakt med enzymet (3), en acceptorstam (4) och ett antikodon (5). Aminosyran läggs till 3"-änden av acceptorstammen. Antikodon- tre nukleotider som "identifierar" mRNA-kodonet. Det bör betonas att ett specifikt tRNA kan transportera en strikt definierad aminosyra som motsvarar dess antikodon. Specificiteten för kopplingen mellan aminosyra och tRNA uppnås på grund av egenskaperna hos enzymet aminoacyl-tRNA-syntetas.

Ribosomalt RNA innehåller 3000-5000 nukleotider; molekylvikt - 1 000 000-1 500 000 rRNA står för 80-85% av det totala RNA-innehållet i cellen. I komplex med ribosomala proteiner bildar rRNA ribosomer - organeller som utför proteinsyntes. I eukaryota celler sker rRNA-syntes i nukleolerna. Funktioner av rRNA: 1) en nödvändig strukturell komponent av ribosomer och därmed säkerställande av ribosomernas funktion; 2) säkerställande av interaktionen mellan ribosomen och tRNA; 3) initial bindning av ribosomen och initiatorkodonet för mRNA och bestämning av läsramen, 4) bildning av ribosomens aktiva centrum.

Messenger-RNA varierade i nukleotidinnehåll och molekylvikt (från 50 000 till 4 000 000). mRNA står för upp till 5 % av det totala RNA-innehållet i cellen. Funktioner av mRNA: 1) överföring av genetisk information från DNA till ribosomer, 2) matris för syntes av en proteinmolekyl, 3) bestämning av aminosyrasekvensen för en proteinmolekyls primära struktur.

ATP:s struktur och funktioner

Adenosintrifosforsyra (ATP)- en universell källa och huvudenergiackumulator i levande celler. ATP finns i alla växt- och djurceller. Mängden ATP är i genomsnitt 0,04% (av cellens våta vikt), den största mängden ATP (0,2-0,5%) finns i skelettmuskulaturen.

ATP består av rester: 1) en kvävebas (adenin), 2) en monosackarid (ribos), 3) tre fosforsyror. Eftersom ATP inte innehåller en, utan tre fosforsyrarester, tillhör den ribonukleosidtrifosfater.

Det mesta av det arbete som sker i celler använder energin från ATP-hydrolys. I det här fallet, när den terminala resten av fosforsyra elimineras, omvandlas ATP till ADP (adenosindifosforsyra), och när den andra fosforsyraresten elimineras, förvandlas den till AMP (adenosinmonofosforsyra). Det fria energiutbytet vid eliminering av både den terminala och andra resten av fosforsyra är 30,6 kJ. Elimineringen av den tredje fosfatgruppen åtföljs av frisättningen av endast 13,8 kJ. Bindningarna mellan den terminala och andra, andra och första resten av fosforsyra kallas högenergi (högenergi).

ATP-reserverna fylls på hela tiden. I alla organismers celler sker ATP-syntes i fosforyleringsprocessen, dvs. tillsats av fosforsyra till ADP. Fosforylering sker med varierande intensitet under andning (mitokondrier), glykolys (cytoplasma) och fotosyntes (kloroplaster).

ATP är huvudlänken mellan processer som åtföljs av frigöring och ackumulering av energi och processer som sker med energiförbrukning. Dessutom är ATP, tillsammans med andra ribonukleosidtrifosfater (GTP, CTP, UTP), ett substrat för RNA-syntes.

Gå till föreläsningar nr 3"Struktur och funktioner hos proteiner. Enzymer"

Gå till föreläsningar nr 5"Cellteori. Typer av cellulär organisation"

Den genetiska koden är en metod för att koda för aminosyrasekvensen hos proteiner med hjälp av en sekvens av nukleotider, som är karakteristisk för alla levande organismer.

Slut på arbetet -

Detta ämne hör till avsnittet:

Genetikämne, objekt. Genetiska forskningsmetoder

Mitos är den ordnade uppdelningen av cellkärnan där var och en av de två dottercellerna får samma antal och samma typer av kromosomer som den hade.

Om du behöver ytterligare material om detta ämne, eller om du inte hittade det du letade efter, rekommenderar vi att du använder sökningen i vår databas med verk:

Vad ska vi göra med det mottagna materialet:

Om detta material var användbart för dig kan du spara det på din sida på sociala nätverk:

Alla ämnen i detta avsnitt:

Genetik är ett subjekt, ett objekt. Genetiska forskningsmetoder
Ämne om genetik. Genetik är vetenskapen om ärftlighet och variation hos organismer. Ärftlighet är levande varelsers egendom att tillhandahålla

Kärnans roll i överföringen av ärftlig information
Kärnan är en av de strukturella komponenterna i en eukaryot cell, som innehåller genetisk information (DNA-molekyler), som utför huvudfunktionerna: lagring, överföring och implementering

Karyotyp och dess artegenskaper
I somatiska celler är kromosomer parade, och uppsättningen av kromosomer i dem är diploida. "Kromosomparning sker under fusion (befruktning) av manliga och kvinnliga könsceller, vilket

Mendels lagar reglerar könscellers renhet
Lagen om enhetlighet för hybrider av den första generationen (Mendels första lag) - när man korsar två homozygota organismer som tillhör olika rena linjer och särskiljer

Alleler, multipel allelism
Alleler är olika former av samma gen, lokaliserade i samma regioner (loci) av homologa kromosomer och bestämmer alternativa utvecklingsalternativ för samma

Interaktion mellan alleliska gener. Dödliga gener
Med mellanärvning bibehåller avkomman i första generationen enhetlighet och har ett tecken på en mellankaraktär. Ibland tar inte ett tecken det genomsnittliga uttrycket utan avviker åt sidan

Redovisning av medfödda sjukdomar och anomalier. Genetiska analysmetoder
Gener som orsakar döden för 100% av individerna innan de når sexuell mognad kallas dödliga, mer än 50% - subletala (halvdödliga) och mindre än 50% - subvitala gener

Interaktion mellan icke-alleliska gener. Korsningsscheman
Neoplasma är denna typ av interaktion mellan gener när de kombineras i en organism, utvecklas en helt ny form av en egenskap. Komplement

Modifierande gener, uttrycksförmåga, penetrans, pleiotropi
Modifierande gener Gener som inte uppvisar sin egen verkan, men förstärker eller försvagar effekten av andra gener, kallas modifierande gener.

Länkat arv av egenskaper (fullständig och ofullständig). Bestämma avståndet mellan gener
Gener belägna på samma kromosom utgör en länkgrupp. Genkoppling är det gemensamma arvet av gener som finns på samma kromosom. Antal grupper med

Somatisk (mitotisk) överkorsning och faktorer som påverkar överkorsning. Kärnan i den kromosomala teorin om ärftlighet
Kärnan i somatisk överkorsning är att den sker under mitotisk delning av somatiska celler, främst av embryonala vävnader. Överkorsning sker mellan

Kromosomkartor och metod för deras konstruktion
gener är lokaliserade på kromosomer i en linjär sekvens på vissa avstånd från varandra. Baserat på analysen av frekvensen av korsningar mellan gener, hittills, för många

Kromosomal könsbestämning. Störningar i utvecklingen av sex (intersexualitet hos djur, Klinefelters syndrom, Turners syndrom, freemartinism)
1 Kromosomal könsbestämning. Hos växter och djur är den vanligaste kromosommekanismen för könsbestämning. Beroende på vilket kön som är heterogamt

Nedärvning av könsrelaterade egenskaper. Praktisk användning av könsbundet arv av egenskaper
Fenomenet med könsbundet arv upptäcktes först av T. Morgan när han korsade Drosophila-flugor med röda och vita ögonfärger. Om korsningen involverade rödögda honor och vitögda hanar,

Bisexualitet hos organismer. Nedärvning av könsbegränsade egenskaper
Alla organismer, inklusive tvåbo, är genetiskt bisexuella (bisexuella), eftersom deras zygoter får genetisk information, vilket potentiellt gör det möjligt att utveckla en mans egenskaper

Problemet med könsreglering
Problemet med könsreglering uppstår från behovet av att öka boskapsproduktionen på grund av den förmånliga produktionen av individer av en art, vilket ger en högre avkastning av mjölk, kött etc. Från dig

Bevis för DNA:s roll i ärftlighet. Nukleinsyrors biologiska roll
Första experimentet på möss. Forskaren injicerade möss med virulenta kapsel- och avirulenta akapsulära stammar av pneumokocker. När den virulenta stammen introducerades utvecklade mössen lunginflammation och dog. När den är insatt

DNA:s struktur. Dess roll i celllivet, DNA-replikation
DNA är en lång polymermolekyl av nukleotider. Varje nukleotid består av en kvävebas, en sockergrupp (deoxiribos) och en fosfatgrupp. Bindningar mellan nukleotider i en kedja bildas pga

Proteinsyntes i cellen
Ärftlighet realiseras i processen med proteinbiosyntes. Syntesen av enzymer och andra proteiner som är nödvändiga för organismers liv och utveckling sker huvudsakligen i det första skedet av interfaserna

Struktur och reproduktion av bakterier
Bakterieceller är omgivna av ett membran, inuti vilket det finns cytoplasma, kärnapparat, ribosomer, enzymer och andra inneslutningar. de saknar mitokondrier, Golgi-apparater och endoplasma

Struktur och reproduktion av virus. Interaktion av fag med bakteriecell
Virus är icke-cellulära livsformer. Viruspartiklar (från 20 till 450 nm). de har en stavformad, sfärisk, mångfacetterad form. Viruspartikeln innehåller en av nukleinsyrorna, som är omgiven av

Konjugering i bakterier
Konjugering är överföring av genetiskt material från en bakteriecell (donator) till en annan (mottagare) genom direkt kontakt. Ojämlik roll

Transduktion i bakterier
Transduktion är överföring av gener från en bakteriecell till en annan med hjälp av en bakteriofag. Fenomenet transduktion har fastställts i Escherichia coli och actinomycetes. Hur rätt

Transformation i bakterier
Transformation är absorptionen av isolerat DNA från en donatorbakterie av cellerna från en mottagarbakterie. Fenomenet transformation täcks kortfattat i presentationen av bevis för rollen av DNA i

Genteknik och de problem den löser
Bioteknik är vetenskapen om att använda levande organismer och biologiska processer i produktionen. Genteknik

Cellulär teknik. Somatisk hybridisering
Cellteknik är en metod för att konstruera en ny typ av cell baserat på dess odling, hybridisering och rekonstruktion. MED

Embryogenetisk ingenjörskonst. Kloning av däggdjurs embryon
Embryogenetisk ingenjörskonst är den aktiva omstruktureringen av genomet hos djur genom att störa deras utveckling i de tidigaste stadierna av ontogenes. Genomomläggning är en re

Chimera djur. Transgena djur
1) Ett av bioteknikens lovande områden är artificiell produktion av chimärer (allofeniska djur). Termen chimär betyder ett sammansatt djur. Essensen av metoden

Typer av variation
Mutationsvariabilitet Mutation är en ihållande förändring i DNA-struktur och karyotyp. Mutationsprocessen är den primära källan till ärftlig variation. Som ett resultat, han senare

Variationsserier och dess konstruktion
En variationsserie är en ordnad bild av den faktiska fördelningen av individer i en grupp enligt värdet av en egenskap. En variationsserie är en dubbel serie av tal som består

Lista de viktigaste statistiska parametrarna som kännetecknar populationen och vad de visar
Genomsnittliga värden. Det aritmetiska medelvärdet (x) visar vilket värde av attributet som är mest karakteristiskt som helhet för en given population. Det används för att jämföra raser, besättningar,

Representativitetsfel och deras tillämpning i biometri
Biometri är vetenskapen om att tillämpa matematiska metoder i biologisk forskning. I praktiskt arbete beräknas huvudparametrarna för populationen x och a inte av gen

Bestämma tillförlitligheten av skillnaden mellan det aritmetiska medelvärdet för två urvalspopulationer
När man jämför de aritmetiska medelvärdena för två populationer kommer varje skillnad mellan dem att vara signifikant. Inom veterinärmedicin och djurvetenskap är det nödvändigt att jämföra medelvärdena för gener