Ev · Aletler · RNA türleri ve yapıları. RNA'nın yapısı ve türleri. Kalıtsal bilginin gerçekleştirilme sürecinde RNA'nın rolü. RNA ve DNA'nın anlamı

RNA türleri ve yapıları. RNA'nın yapısı ve türleri. Kalıtsal bilginin gerçekleştirilme sürecinde RNA'nın rolü. RNA ve DNA'nın anlamı

Çeşitli DNA ve RNA türleri - nükleik asitler - moleküler biyolojinin çalışma nesnelerinden biridir. Bu bilimde son yıllarda en umut verici ve hızla gelişen alanlardan biri RNA'nın incelenmesi olmuştur.

Kısaca RNA'nın yapısı hakkında

Dolayısıyla RNA, ribonükleik asit, molekülü dört tip nükleotitten oluşan bir zincir olan bir biyopolimerdir. Her bir nükleotid, şeker ribozu ve bir fosforik asit kalıntısıyla birleştirilmiş nitrojenli bir bazdan (adenin A, guanin G, urasil U veya sitozin C) oluşur. Fosfat kalıntıları, komşu nükleotidlerin ribozuyla birleşerek, RNA'nın kurucu bloklarını bir makromolekül - bir polinükleotid halinde "çapraz bağlar". RNA'nın birincil yapısı bu şekilde oluşur.

İkincil yapı - bir çift zincirin oluşumu - azotlu bazların tamamlayıcılığı ilkesine uygun olarak molekülün bazı kısımlarında oluşturulur: adenin, bir çift aracılığıyla urasil ile bir çift ve sitozin ile guanin - üçlü bir hidrojen bağı oluşturur.

Çalışma biçiminde, RNA molekülü aynı zamanda üçüncül bir yapı, özel bir uzaysal yapı, konformasyon oluşturur.

RNA sentezi

Tüm RNA türleri, RNA polimeraz enzimi kullanılarak sentezlenir. DNA ve RNA'ya bağımlı olabilir, yani hem DNA hem de RNA şablonları üzerindeki sentezi katalize edebilir.

Sentez, genetik kodun okunmasının temel tamamlayıcılığı ve antiparalel yönüne dayanır ve birkaç aşamada ilerler.

İlk olarak, RNA polimeraz tanınır ve DNA üzerindeki özel bir nükleotid dizisine (promotör) bağlanır, ardından DNA çift sarmalı küçük bir alanda çözülür ve bir RNA molekülünün toplanması, şablon adı verilen zincirlerden biri üzerinde başlar. diğer DNA zincirine kodlama denir - kopyası sentezlenen RNA'dır). Promotörün asimetrisi, hangi DNA zincirinin şablon olarak görev yapacağını belirler ve böylece RNA polimerazın sentezi doğru yönde başlatmasına izin verir.

Bir sonraki aşamaya uzama denir. RNA polimerazı ve DNA-RNA hibridini içeren bükülmemiş bölgeyi içeren transkripsiyon kompleksi hareket etmeye başlar. Bu hareket ilerledikçe, büyüyen RNA zinciri yavaş yavaş ayrılır ve DNA çift sarmalı, kompleksin önünde gevşer ve arkasında onarılır.

Sentezin son aşaması, RNA polimerazın şablonun sonlandırıcı adı verilen özel bir bölgesine ulaşmasıyla gerçekleşir. Sürecin sonlandırılması (tamamlanması) çeşitli yollarla sağlanabilir.

Başlıca RNA türleri ve hücrelerdeki işlevleri

Bunlar aşağıdaki gibidir:

  • Matris veya bilgi (mRNA). Bu sayede transkripsiyon gerçekleştirilir - genetik bilginin DNA'dan aktarımı.
  • Bir mRNA matrisinde çeviri - protein sentezi sürecini sağlayan ribozomal (rRNA).
  • Taşıma (tRNA). Amino asitleri tanır ve protein sentezinin gerçekleştiği ribozoma taşır, ayrıca çeviride görev alır.
  • Küçük RNA'lar, transkripsiyon, RNA olgunlaşması ve translasyon süreçleri sırasında çeşitli işlevleri yerine getiren büyük bir küçük molekül sınıfıdır.
  • RNA genomları, bazı virüs ve viroidlerdeki genetik bilgiyi içeren kodlama dizileridir.

1980'lerde RNA'nın katalitik aktivitesi keşfedildi. Bu özelliğe sahip moleküllere ribozim denir. Henüz çok fazla doğal ribozim bilinmemektedir; katalitik yetenekleri proteinlerinkinden daha düşüktür, ancak hücrede son derece önemli işlevler yerine getirirler. Halen pratik öneme sahip olan ribozimlerin sentezi konusunda başarılı çalışmalar yürütülmektedir.

Farklı RNA molekül türlerine daha yakından bakalım.

Haberci (haberci) RNA

Bu molekül, DNA'nın bükülmemiş bir bölümü üzerinden sentezlenir ve böylece belirli bir proteini kodlayan gen kopyalanır.

Ökaryotik hücrelerin RNA'sı, protein sentezi için bir matris haline gelmeden önce olgunlaşmalı, yani çeşitli modifikasyonlardan oluşan bir kompleksten (işleme) geçmelidir.

Her şeyden önce, transkripsiyon aşamasında bile molekül bir başlıkla kapatılır: ucuna bir veya daha fazla değiştirilmiş nükleotitten oluşan özel bir yapı - bir başlık - eklenir. Birçok aşağı yönlü süreçte önemli bir rol oynar ve mRNA stabilitesini arttırır. Bir adenin nükleotid dizisi olan poli(A) kuyruğu olarak adlandırılan kuyruk, birincil transkriptin diğer ucuna bağlanır.

Pre-mRNA daha sonra birleştirme işlemine tabi tutulur. Bu, ökaryotik DNA'da çok sayıda bulunan, kodlamayan bölgelerin (intronların) molekülden çıkarılmasıdır. Daha sonra, bileşiminin kimyasal olarak değiştirildiği mRNA düzenleme prosedürü ve ayrıca metilasyon meydana gelir ve ardından olgun mRNA hücre çekirdeğini terk eder.

Ribozomal RNA

Protein sentezini sağlayan bir kompleks olan ribozomun temeli, ribozomal alt parçacıkları oluşturan iki uzun rRNA'dan oluşur. Bir pre-rRNA formunda birlikte sentezlenirler ve daha sonra işlem sırasında ayrılırlar. Büyük alt parçacık ayrıca ayrı bir genden sentezlenen düşük molekül ağırlıklı rRNA'yı da içerir. Ribozomal RNA'lar, ribozomda bulunan ve yardımcı işlevleri yerine getiren proteinler için bir iskele görevi gören, sıkı bir şekilde paketlenmiş üçüncül bir yapıya sahiptir.

Boş aşamada ribozomal alt birimler ayrılır; Çeviri süreci başlatıldığında, küçük alt parçacığın rRNA'sı haberci RNA ile birleşir, ardından ribozomun elemanları tamamen birleşir. Küçük bir alt birimin RNA'sı mRNA ile etkileşime girdiğinde, ikincisi ribozom boyunca çekilir (bu, ribozomun mRNA boyunca hareketine eşdeğerdir). Büyük alt birimin ribozomal RNA'sı bir ribozimdir, yani enzimatik özelliklere sahiptir. Protein sentezi sırasında amino asitler arasında peptit bağlarının oluşumunu katalize eder.

Bir hücredeki tüm RNA'nın en büyük kısmının %70-80 oranında ribozomal olduğu unutulmamalıdır. DNA'da çok yoğun transkripsiyon sağlayan rRNA'yı kodlayan çok sayıda gen bulunur.

RNA'yı aktar

Bu molekül, özel bir enzim yardımıyla belirli bir amino asit tarafından tanınır ve ona bağlanarak amino asidi ribozoma taşır ve burada çeviri - protein sentezi sürecinde aracı olarak görev yapar. Transfer, hücrenin sitoplazmasında difüzyonla gerçekleşir.

Yeni sentezlenen tRNA molekülleri, diğer RNA türleri gibi işleme tabi tutulur. Aktif formundaki olgun tRNA, yonca yaprağına benzer bir yapıya sahiptir. Yaprağın "yaprak sapı"nda - alıcı bölge - amino asitlere bağlanan bir hidroksil grubuna sahip bir CCA dizisi vardır. "Yaprağın" karşı ucunda mRNA üzerindeki tamamlayıcı kodona bağlanan bir antikodon halkası bulunur. D-döngüsü, bir amino asitle etkileşime girdiğinde transfer RNA'yı enzime bağlamaya hizmet eder ve T-döngüsü, ribozomun büyük alt birimine bağlanmaya hizmet eder.

Küçük RNA'lar

Bu tip RNA'lar hücresel süreçlerde önemli bir rol oynamaktadır ve şu anda aktif olarak incelenmektedir.

Örneğin, ökaryotik hücrelerdeki küçük nükleer RNA'lar, mRNA birleştirme işleminde rol oynar ve muhtemelen spliceozomal proteinlerle birlikte katalitik özelliklere sahiptir. Küçük nükleolar RNA'lar, ribozomal ve transfer RNA'nın işlenmesinde rol oynar.

Küçük müdahaleci ve mikroRNA'lar, hücrenin kendi yapısını ve yaşamsal fonksiyonlarını kontrol edebilmesi için gerekli olan gen ekspresyon düzenleme sisteminin en önemli unsurlarıdır. Bu sistem hücrenin immün antiviral tepkisinin önemli bir parçasıdır.

Ayrıca Piwi proteinleriyle kompleks halinde işlev gören bir küçük RNA sınıfı da vardır. Bu kompleksler germ hattı hücrelerinin gelişiminde, spermatogenezde ve hareketli genetik elemanların baskılanmasında büyük rol oynar.

RNA genomu

RNA molekülü çoğu virüs tarafından genom olarak kullanılabilir. Viral genomlar farklı olabilir; tek ve çift sarmallı, dairesel veya doğrusal. Ayrıca RNA virüsü genomları sıklıkla bölümlere ayrılmıştır ve genellikle DNA genomlarından daha kısadır.

RNA'da kodlanan genetik bilgisi, bir hücreyi enfekte ettikten sonra DNA'ya ters kopyalanan ve daha sonra kurban hücrenin genomuna eklenen bir virüs ailesi vardır. Bunlara retrovirüsler denir. Bunlar arasında özellikle insan bağışıklık yetersizliği virüsü yer alır.

Modern bilimde RNA araştırmasının önemi

Daha önce RNA'nın küçük bir rol oynadığı yönündeki hakim görüş, şimdi onun hücre içi yaşamın gerekli ve önemli bir unsuru olduğu açıktır. Birincil öneme sahip birçok süreç, RNA'nın aktif katılımı olmadan gerçekleşemez. Bu tür süreçlerin mekanizmaları uzun süredir bilinmiyordu, ancak çeşitli RNA türleri ve bunların fonksiyonlarının incelenmesi sayesinde birçok ayrıntı giderek daha net hale geliyor.

Dünya tarihinin başlangıcında yaşamın ortaya çıkmasında ve gelişmesinde RNA'nın belirleyici bir rol oynaması mümkündür. Son araştırmaların sonuçları, belirli RNA türlerini içeren birçok hücre işleyiş mekanizmasının olağanüstü eskiliğine işaret ederek bu hipotezi desteklemektedir. Örneğin, birçok araştırmacıya göre, mRNA'da (transkripsiyon aşamasında gen aktivitesinin protein içermeyen bir düzenleme sistemi) yakın zamanda keşfedilen riboswitch'ler, ilkel yaşamın katılım olmadan RNA temelinde inşa edildiği dönemin yankılarıdır. DNA ve proteinlerden oluşur. MikroRNA'ların aynı zamanda düzenleyici sistemin çok eski bir bileşeni olduğu düşünülmektedir. Katalitik olarak aktif rRNA'nın yapısal özellikleri, eski protoribozoma yeni parçaların eklenmesi yoluyla kademeli evrimini gösterir.

Hangi tip RNA'ların ve bunların belirli süreçlere nasıl dahil olduğunun kapsamlı bir şekilde incelenmesi, tıbbın teorik ve uygulamalı alanları için de son derece önemlidir.

RNA molekülleri, monomerleri üç maddenin kalıntılarından oluşan ribonükleotidler olan polimerlerdir: beş karbonlu şeker - riboz; azotlu bazlardan biri - pürin bazlarından - adenin veya guanin pirimidinden - urasil veya sitozin; fosforik asit kalıntısı.

Bir RNA molekülü, üçüncül yapıya sahip dallanmamış bir polinükleotiddir. Nükleotidlerin bir zincir halinde birleştirilmesi, bir nükleotidin fosforik asit kalıntısı ile ikinci nükleotidin 3" riboz karbonu arasındaki yoğunlaşma reaksiyonunun bir sonucu olarak meydana gelir.

RNA, DNA'nın aksine ikiden oluşmaz, bir polinükleotid zinciri. Bununla birlikte, nükleotidleri (adenil, uridil, guanil ve sitidil) de birbirleriyle hidrojen bağları oluşturma yeteneğine sahiptir, ancak bunlar tamamlayıcı nükleotidlerin zincirler arası bileşiklerden ziyade zincir içi bileşiklerdir. A- ve U-nükleotidler arasında iki hidrojen bağı, G- ve C-nükleotidler arasında üç hidrojen bağı oluşur. RNA zincirleri DNA zincirlerinden çok daha kısadır.

Bir RNA molekülünün yapısı hakkındaki bilgiler DNA moleküllerinde bulunur. RNA'daki nükleotid dizisi, DNA'nın kodogenik zincirini tamamlayıcıdır, ancak DNA'nın adenil nükleotidi, RNA'nın üridil nükleotidini tamamlayıcıdır. Bir hücredeki DNA içeriği nispeten sabit olmasına rağmen, RNA içeriği büyük ölçüde dalgalanır. Hücrelerdeki en büyük RNA miktarı protein sentezi sırasında gözlenir.

Üç ana nükleik asit sınıfı vardır: haberci RNA - mRNA (mRNA), transfer RNA - tRNA, ribozomal RNA - rRNA.

Haberci RNA'lar. Boyut ve stabilite açısından en çeşitli sınıf. Hepsi çekirdekten sitoplazmaya kadar genetik bilginin taşıyıcılarıdır. Haberci RNA'lar, protein moleküllerinin sentezi için bir şablon görevi görür, çünkü Protein molekülünün birincil yapısının amino asit dizisini belirler. mRNA, hücredeki toplam RNA içeriğinin %5'ine kadarını oluşturur.

RNA'ları aktarın. Transfer RNA molekülleri genellikle 75-86 nükleotid içerir. TRNA moleküllerinin moleküler ağırlığı 25.000'dir. tRNA molekülleri, protein biyosentezinde aracıların rolünü oynarlar - amino asitleri protein sentezi bölgesine, ribozomlara iletirler. Hücre 30'dan fazla tRNA tipi içerir. Her tRNA tipinin benzersiz bir nükleotid dizisi vardır. Bununla birlikte, tüm moleküller, tüm tRNA'ların şekil olarak bir yonca yaprağına benzeyen üçüncül bir yapıya sahip olması nedeniyle birkaç molekül içi tamamlayıcı bölgeye sahiptir.

Ribozomal RNA'lar. Ribozomal RNA (rRNA), hücredeki toplam RNA içeriğinin %80-85'ini oluşturur. Ribozomal RNA 3-5 bin nükleotidden oluşur. Ribozomal proteinlerle kompleks halinde rRNA, üzerinde protein sentezinin gerçekleştiği organeller olan ribozomları oluşturur. RRNA'nın temel önemi, mRNA ile ribozomun ilk bağlanmasını sağlaması ve polipeptit zincirinin sentezi sırasında amino asitler arasında peptit bağlarının oluştuğu ribozomun aktif merkezini oluşturmasıdır.

Nükleik asitleri ifade eder. RNA polimer molekülleri DNA'nınkinden çok daha küçüktür. Ancak RNA'nın türüne bağlı olarak içerdiği nükleotid monomerlerin sayısı değişir.

RNA nükleotidi, şeker olarak riboz ve azotlu bazlar olarak adenit, guanin, urasil ve sitozin içerir. Urasil, yapı ve kimyasal özellikler bakımından DNA'da yaygın olan timin'e yakındır. Olgun RNA moleküllerinde birçok nitrojenli baz modifiye edilmiştir, dolayısıyla gerçekte RNA'da çok daha fazla nitrojenli baz çeşidi vardır.

Riboz, deoksiribozdan farklı olarak ek bir -OH grubuna (hidroksil) sahiptir. Bu durum RNA'nın kimyasal reaksiyonlara daha kolay girmesini sağlar.

Canlı organizmaların hücrelerindeki RNA'nın temel işlevi, genetik bilginin uygulanması olarak adlandırılabilir. Farklı ribonükleik asit türleri sayesinde genetik kodun DNA'dan okunması (transkripsiyonu) ve ardından polipeptitlerin onun bazında sentezlenmesi (translasyonun gerçekleşmesi) sağlanır. Yani, genetik bilginin nesilden nesile depolanması ve iletilmesinden temel olarak DNA sorumluysa (ana işlem replikasyondur), o zaman RNA bu bilgiyi (transkripsiyon ve çeviri işlemleri) gerçekleştirir. Bu durumda transkripsiyon DNA üzerinde gerçekleşir, dolayısıyla bu süreç her iki nükleik asit türü için de geçerlidir ve bu açıdan bakıldığında genetik bilginin uygulanmasından da DNA'nın sorumlu olduğunu söyleyebiliriz.

Daha yakından incelendiğinde RNA'nın fonksiyonlarının çok daha çeşitli olduğu görülür. Bir dizi RNA molekülü yapısal, katalitik ve diğer işlevleri yerine getirir.

Başlangıçta canlı doğada yalnızca RNA moleküllerinin genetik bilgi taşıyıcısı olarak hareket ettiği, diğer RNA moleküllerinin ise çeşitli reaksiyonları katalize ettiği, RNA dünyası hipotezi olarak adlandırılan bir hipotez vardır. Bu hipotez, RNA'nın olası evrimini gösteren bir dizi deneyle doğrulanmıştır. Bu aynı zamanda bazı virüslerin genetik bilgiyi depolayan bir nükleik asit olarak bir RNA molekülüne sahip olmasıyla da belirtilir.

RNA dünyası hipotezine göre DNA, doğal seçilim sürecinde daha sonra genetik bilginin depolanması için önemli olan daha kararlı bir molekül olarak ortaya çıktı.

Üç ana RNA türü vardır (onların dışında başkaları da vardır): şablon (mesajcı olarak da bilinir), ribozomal ve taşıma. Sırasıyla mRNA (veya mRNA), rRNA ve tRNA olarak adlandırılırlar.

Haberci RNA (mRNA)

Hemen hemen tüm RNA, transkripsiyon sırasında DNA'dan sentezlenir. Ancak transkripsiyona genellikle haberci RNA'nın (mRNA) sentezi denir. Bunun nedeni, mRNA'nın nükleotid dizisinin daha sonra çeviri sırasında sentezlenen proteinin amino asit dizisini belirleyeceği gerçeğidir.

Transkripsiyondan önce, DNA iplikçikleri çözülür ve bunlardan birinde, bir protein-enzim kompleksi yardımıyla RNA, tıpkı DNA replikasyonu sırasında olduğu gibi tamamlayıcılık ilkesine göre sentezlenir. Yalnızca DNA adenininin karşısında, RNA molekülüne timin değil, urasil içeren bir nükleotid bağlanır.

Aslında DNA'da sentezlenen bitmiş haberci RNA değil, onun öncülü olan pre-mRNA'dır. Öncü, bir proteini kodlamayan ve pre-mRNA'nın sentezinden sonra küçük nükleer ve nükleolar RNA'ların ("ek" RNA türleri) katılımıyla kesilen nükleotid dizisinin bölümlerini içerir. Bu uzaklaşan bölgelere denir intronlar. mRNA'nın geri kalan kısımlarına denir. ekzonlar. İntronlar çıkarıldıktan sonra ekzonlar birbirine dikilir. İntronların çıkarılması ve ekzonların birleştirilmesi işlemine denir birleştirme. Karmaşık bir özellik, intronların farklı şekillerde kesilebilmesi ve bunun sonucunda farklı proteinler için şablon görevi görecek farklı bitmiş mRNA'ların ortaya çıkmasıdır. Böylece, bir DNA geninin birden fazla genin rolünü oynayabileceği görülmektedir.

Prokaryotik organizmalarda uç birleştirmenin meydana gelmediğine dikkat edilmelidir. Tipik olarak mRNA'ları, DNA üzerindeki sentezden hemen sonra çeviriye hazırdır. MRNA molekülünün sonu hala kopyalanırken, ribozomlar zaten başında oturuyor ve protein sentezliyor.

Pre-mRNA olgunlaşıp haberci RNA'ya dönüştüğünde ve çekirdeğin dışına çıktığında polipeptit sentezi için şablon haline gelir. Aynı zamanda, ribozomlar ona "bağlanır" (hemen değil, bazıları önce görünür, diğeri ikinci olarak vb.). Her biri proteinin kendi kopyasını sentezler, yani bir RNA molekülü üzerinde aynı anda birkaç özdeş protein molekülü sentezlenebilir (her birinin kendi sentez aşamasında olacağı açıktır).

MRNA'nın başlangıcından sonuna kadar hareket eden ribozom, bir seferde üç nükleotidi okur (ancak altı, yani iki kodonu barındırabilir) ve karşılık gelen transfer RNA'yı (kodonlara karşılık gelen bir antikodon içeren) bağlar. karşılık gelen amino asidin bağlandığı. Bundan sonra, ribozomun aktif merkezinin yardımıyla, önceki tRNA'ya bağlanan polipeptidin önceden sentezlenmiş kısmı, bağlı olduğu amino asit üzerine olduğu gibi "nakledilir" (bir peptit bağı oluşur). yeni gelen tRNA. Böylece protein molekülünün boyutu giderek artar.

Haberci RNA molekülüne artık ihtiyaç kalmadığında hücre onu yok eder.

Transfer RNA'sı (tRNA)

Transfer RNA oldukça küçük (polimer standartlarına göre) bir moleküldür (nükleotit sayısı ortalama olarak yaklaşık 80 değişir), ikincil yapıda yonca yaprağı şeklindedir, üçüncül yapıda mektuba benzer bir şeye katlanır G.

TRNA'nın işlevi, antikodonuna karşılık gelen amino asidi kendisine bağlamaktır. Daha sonra antikodon'a karşılık gelen mRNA kodonunda bulunan ribozoma bağlanarak bu amino asidi "transfer eder". Özetlemek gerekirse, transfer RNA'nın amino asitleri protein sentezi bölgesine taşıdığını (bu nedenle taşıma olduğunu söyleyebiliriz) söyleyebiliriz.

Dünya üzerinde yaşayan doğa, çeşitli protein moleküllerini sentezlemek için yalnızca 20 kadar amino asit kullanır (aslında çok daha fazla amino asit vardır). Ancak genetik koda göre 60'tan fazla kodon bulunduğundan, her amino asit birkaç kodona karşılık gelebilir (aslında bazıları daha fazla, bazıları daha az). Böylece, aynı amino asitleri taşıyan farklı transfer RNA'larına sahip 20'den fazla tRNA türü vardır. (Ama burada da her şey o kadar basit değil.)

Ribozomal RNA (rRNA)

Ribozomal RNA'ya sıklıkla ribozomal RNA da denir. Bu aynı.

Ribozomal RNA, hücrede oldukça fazla bulunan ribozomların bir parçası olduğundan, hücredeki toplam RNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur.

Ribozomlarda rRNA, proteinlerle kompleksler oluşturarak yapısal ve katalitik işlevleri yerine getirir.

Ribozom, zincir uzunluğu, ikincil ve üçüncül yapı ve işlevler bakımından farklılık gösteren birkaç farklı rRNA molekülü içerir. Ancak bunların genel işlevi çeviri sürecinin uygulanmasıdır. Bu durumda rRNA molekülleri, mRNA'dan gelen bilgiyi okur ve amino asitler arasında peptit bağlarının oluşumunu katalize eder.

RNA'nın biyolojik rolü, protein sentezi sırasında DNA'dan kalıtsal bilginin gerçekleştirilmesi süreciyle ilişkilidir. Messenger RNA, çekirdeğin DNA'sındaki proteinin yapısı hakkındaki bilgiler ile protein moleküllerinin sitoplazmada ribozomlar üzerindeki sentezinin yeri arasında bir aracıdır. RNA'nın çift sarmalı yoktur; tek bir polinükleotid zinciriyle temsil edilir (çift sarmallı RNA virüsleri hariç). Bir hücredeki RNA içeriği türlere bağlı olarak değişir. Üç tür RNA vardır: ribozomal, haberci ve taşıma. Tüm türler, çekirdekteki DNA molekülü üzerinde transkripsiyonla sentezlenir.

R-RNA - ribozomal ribozomların bir parçasıdır (3000-5000 nükleotid) (hücrenin toplam RNA kütlesinin% 80'i). Ribozom çerçevesi ondan inşa edilir ve bitmiş protein moleküllerinin ribozomlardan başlatılması, sentezinin tamamlanması ve ayrılmasında rol oynar.

I-RNA - bilgilendirici (matris), polipeptit zincirinin yapısı hakkında DNA'dan kopyalanan genetik bilgiyi kodonlar (nükleotit üçlüleri) şeklinde taşır. Molekül 300 ila 3000 nükleotid içerir ve %3-5'ini oluşturur.

T-RNA - taşıma – aktifleştirilmiş amino asitlerin ribozomlara (üçlü kompleks aminoasil t-RNA sentetaz, amino asit, ATP) taşınmasını sağlar. Üst kısmında bir antikodon bulunan yonca yaprağı şeklinde ikincil bir yapıya sahiptir.

DNA molekülü, gen adı verilen proteinin yapısı hakkında bilgi içeren bölümlere ve genleri ayıran aralayıcıların bilgi vermeyen uzantılarına bölünmüştür. Aralayıcılar farklı uzunluklarda gelir ve komşu bir genin transkripsiyonunu düzenler. Metne dönüştürüldü aralayıcılar transkripsiyon sırasında genle birlikte kopyalanır ve bunların tamamlayıcı kopyaları pro-mRNA üzerinde görünür. Metne dönüştürülmemiş aralayıcılar - histon DNA proteinlerinin genleri arasında bulunur.

MRNA'nın sentezi, tamamlayıcılık ilkesine göre çift sarmallı bir DNA molekülünün bir sarmalından meydana gelir. mRNA, tüm DNA molekülünün bir kopyası değil, yalnızca bir kısmıdır - bir gen veya aynı işleve sahip bir grup gen. Bu gen grubuna denir operon. Bir operon bir genetik düzenleme birimidir. Proteinlerin yapısı hakkında bilgi taşıyan yapısal genleri, yapısal genlerin işleyişini kontrol eden düzenleyici genleri içerir. Düzenleyici genler şunları içerir: promotör, operatör, sonlandırıcı. Promotör her operonun başlangıcında bulunur. Burası RNA polimerazın (enzimin kimyasal afinite nedeniyle tanıdığı spesifik bir DNA nükleotid taşıyıcısı) için bir iniş alanıdır. Operatör transkripsiyonu kontrol eder. Sonlandırıcı, mRNA sentezini sonlandıran durdurma kodonlarını içerir.

Ökaryotlarda yapısal genler ekzonlara ve intronlara bölünmüştür. Eksonlar bilgi taşıyan bölgeler, intronlar ise bilgi taşımayan bölgelerdir.

mRNA sentezi sırasında ilk olarak aşağıdakiler oluşur:

1) Birincil transkript, DNA molekülünden (pro-i-RNA) gelen tüm bilgileri içeren uzun bir i-RNA öncüsüdür.

2) İşleme - DNA'nın bilgi vermeyen bölümlerini (intronlar) keserek birincil transkriptin kısaltılması.

3) Ekleme - bilgilendirici bölgelerin bir araya getirilmesi ve olgun mRNA'nın oluşumu.

Transkripsiyon, ökaryotlar için - adenil nükleotid - RNA polimeraz enziminin katılımıyla DNA molekülünün başlangıç ​​​​noktasından başlar. mRNA sentezi 4 aşamada gerçekleşir:

1) RNA polimerazın promotöre bağlanması.

2) Başlatma - sentezin başlangıcı (ATP ve GTP arasındaki ilk diester bağı ve mRNA'nın ikinci nükleotidi.

3) Uzama - mRNA zincirinin büyümesi.

4) Sonlandırma - mRNA sentezinin tamamlanması.

DNA moleküllerinin aksine, ribonükleik asitler, şeker, riboz, fosfat ve dört azotlu bazdan biri olan adenin, guanin, urasil veya sitozin içeren dört tip nükleotitten oluşan tek bir polinükleotit zinciri ile temsil edilir. RNA, tamamlayıcılık ve antiparalellik ilkesine uygun olarak RNA polimeraz enzimleri kullanılarak DNA molekülleri üzerinde sentezlenir ve urasil, RNA'daki DNA adeninin tamamlayıcısıdır. Hücrede çalışan RNA'ların tamamı üç ana türe ayrılabilir: mRNA, tRNA, rRNA.

Matris veya bilgi, RNA (mRNA veya mRNA).

Transkripsiyon. Belirli özelliklere sahip proteinlerin sentezlenmesi için, amino asitlerin peptid zincirine dahil edilme sırasına ilişkin yapım yerlerine “talimatlar” gönderilir. Bu talimat, DNA'nın karşılık gelen bölümlerinde sentezlenen matrisin nükleotid dizisinde veya haberci RNA'da (mRNA, mRNA) bulunur. mRNA sentezi sürecine denir transkripsiyon. MRNA'nın sentezi, DNA molekülünde transkripsiyonun başladığı yeri (promotör) gösteren özel bir bölgenin RNA polimeraz tarafından tespit edilmesiyle başlar.

Promotöre bağlandıktan sonra RNA polimeraz, DNA sarmalının bitişik dönüşünü çözer. Bu noktada iki DNA zinciri birbirinden ayrılır ve bunlardan birinde enzim mRNA sentezler. Ribonükleotidlerin bir zincir halinde birleştirilmesi, DNA nükleotidlerine tamamlayıcılıklarına uygun olarak ve aynı zamanda DNA şablon zincirine göre antiparalel olarak gerçekleşir. RNA polimerazın bir polinükleotidi yalnızca 5" ucundan 3" ucuna kadar birleştirme yeteneğine sahip olması nedeniyle, iki DNA zincirinden yalnızca biri, yani 3" ucuyla enzime bakan zincir bir şablon görevi görebilir transkripsiyon için ( 3" → 5") Böyle bir zincire kodojenik denir. Bir DNA molekülündeki iki polinükleotid zincirinin antiparalel bağlantısı, RNA polimerazın, kodojenik DNA zinciri boyunca hareket eden mRNA sentezi için şablonu doğru şekilde seçmesini sağlar. polimeraz, belirli bir nükleotid dizisiyle (transkripsiyon sonlandırıcı) karşılaşıncaya kadar bilginin kademeli olarak doğru şekilde yeniden yazılmasını gerçekleştirir. Bu bölgede, RNA polimeraz, hem DNA şablonundan hem de DNA molekülünün yeni sentezlenen mRNA A fragmanından ayrılır. bir promotör, bir transkripsiyon dizisi ve bir sonlandırıcı, bir transkripsiyon ünitesi - transkripsiyon oluşturur, RNA polimeraz DNA molekülü boyunca hareket ettikçe, içinden geçtiği tek iplikli DNA bölümleri yeniden bir çift sarmal halinde birleştirilir. Transkripsiyon sırasında üretilen mRNA, DNA'nın ilgili bölümünde kaydedilen bilginin tam bir kopyasını içerir. Amino asitleri kodlayan bitişik mRNA nükleotidlerinin üçlülerine kodon adı verilir. MRNA'nın kodon dizisi, peptid zincirindeki amino asit dizisini kodlar. mRNA kodonları spesifik amino asitlere karşılık gelir. MRNA transkripsiyonunun şablonu, 3" ucuyla enzime bakan kodojenik DNA zinciridir.

RNA'yı (tRNA) aktarın. Yayın. Transfer RNA (tRNA), kalıtsal bilginin bir hücre tarafından kullanılması sürecinde önemli bir rol oynar. TRNA, gerekli amino asitleri peptit zincirlerinin birleşim bölgesine ileterek bir translasyon aracısı görevi görür. tRNA molekülleri, spesifik DNA dizilerinden sentezlenen polinükleotid zincirleridir. Nispeten az sayıda -75-95 nükleotidden oluşurlar. TRNA polinükleotid zincirinin farklı kısımlarında yer alan bazların tamamlayıcı kombinasyonu sonucunda şekil olarak yonca yaprağına benzeyen bir yapı kazanır. Farklı işlevleri yerine getiren dört ana bölümden oluşur. Alıcı "gövde", tRNA'nın iki tamamlayıcı bağlantılı terminal kısmından oluşur. Yedi baz çiftinden oluşur. Bu sapın 3" ucu biraz daha uzundur ve serbest bir OH grubuna sahip bir CCA dizisi ile biten tek sarmallı bir bölge oluşturur. Taşınan amino asit bu uca bağlanır. Geriye kalan üç dal, tamamlayıcı eşleştirilmiş nükleotid dizileridir. Bu dallardan ortadaki - antikodon - beş çift nükleotidden oluşur ve döngüsünün merkezinde bir antikodon bulunur. Antikodon, amino asidi kodlayan mRNA kodonunu tamamlayan üç nükleotiddir. bu tRNA tarafından peptid sentezi bölgesine taşınır; alıcı ve antikodon dalları arasında iki yan dal bulunur; ilmeklerinde modifiye edilmiş bazlar bulunur - dihidroüridin (D-döngü) ve \y'nin psödourian (T^) olduğu üçlü bir TψC. C-döngüsü) Aitikodon ve T^C dalları arasında 3-5'ten 13'e kadar nükleotidler içeren ek bir döngü vardır. Genel olarak, farklı tRNA türleri, çoğu zaman nükleotid dizisinin belirli bir sabitliği ile karakterize edilir. genellikle 76 nükleotidden oluşur. Sayılarındaki değişiklik esas olarak sayıdaki değişikliklerden kaynaklanmaktadır.

ekstra döngüdeki nükleotidler. TRNA yapısını destekleyen tamamlayıcı bölgeler genellikle korunur. Nükleotid dizisine göre belirlenen tRNA'nın birincil yapısı, yonca yaprağı şeklindeki tRNA'nın ikincil yapısını oluşturur. Buna karşılık ikincil yapı, birbirine dik olarak yerleştirilmiş iki çift sarmalın oluşmasıyla karakterize edilen üç boyutlu üçüncül yapıyı belirler. Bunlardan biri alıcı ve TψC dallarından, diğeri ise antikodon ve D dallarından oluşur. Taşınan amino asit çift sarmallardan birinin ucunda, antikodon ise diğerinin ucunda bulunur. Bu alanlar birbirinden mümkün olduğunca uzakta bulunmaktadır. TRNA'nın üçüncül yapısının stabilitesi, farklı kısımlarında bulunan, ancak üçüncül yapıya mekansal olarak yakın olan polinükleotid zincirinin bazları arasında ek hidrojen bağlarının oluşması nedeniyle korunur. Farklı tRNA türleri, bazı farklılıklara rağmen benzer üçüncül yapılara sahiptir. TRNA'nın özelliklerinden biri, normal bir bazın polinükleotid zincirine dahil edilmesinden sonra kimyasal modifikasyonun bir sonucu olarak ortaya çıkan olağandışı bazların varlığıdır. Bu değiştirilmiş bazlar, tRNA'ların genel yapı planındaki büyük yapısal çeşitliliğini belirler. Antikodonu oluşturan bazların kodonla etkileşiminin özgüllüğünü etkileyen modifikasyonları en büyük ilgi çekicidir. Örneğin, bazen tRNA antikodonunun 1. pozisyonunda bulunan atipik baz inozin, mRNA kodonunun üç farklı üçüncü bazıyla - U, C ve A - tamamlayıcı olarak birleşme yeteneğine sahiptir. Bağlanabilen çeşitli tRNA türlerinin varlığı aynı kodonla da kurulmuştur. Sonuç olarak, hücrelerin sitoplazmasında 61 (kodon sayısına göre) değil, yaklaşık 40 farklı tRNA molekülü bulunur. Bu miktar, 20 farklı amino asidin protein toplanma bölgesine taşınması için yeterlidir. MRNA'daki belirli bir kodonu doğru bir şekilde tanıma işlevinin yanı sıra, tRNA molekülü, belirli bir kodon kullanılarak şifrelenmiş, kesin olarak tanımlanmış bir amino asidi, peptit zincirinin sentez bölgesine iletir. TRNA'nın "kendi" amino asidiyle spesifik bağlantısı iki aşamada gerçekleşir ve aminoasil-tRNA adı verilen bir bileşiğin oluşumuna yol açar.

İlgili tRNA'ya bir amino asit eklenmesi:

I-1. aşama, amino asit ve ATP'nin pirofosfat salınımı ile etkileşimi;

II-2. aşama, adenile edilmiş amino asidin RNA'nın 3" ucuna bağlanması

İlk aşamada amino asit, karboksil grubunun ATP ile etkileşime girmesiyle aktive edilir. Sonuç olarak adepillenmiş bir amino asit oluşur. İkinci aşamada bu bileşik, karşılık gelen tRNA'nın 3" ucunda bulunan OH grubu ile etkileşime girer ve amino asit, karboksil grubuyla ona bağlanarak AMP'yi serbest bırakır. Böylece bu işlem, AMP'den elde edilen enerjinin harcanması ile gerçekleşir. ATP'nin AMP'ye hidrolizi Bir amino asit ile karşılık gelen antikodonu taşıyan bir tRNA arasındaki bağlantının özgüllüğü, aminoasil-tRNA sentetaz enziminin özellikleri nedeniyle elde edilir. Sitoplazmada, bu yeteneğe sahip bir dizi enzim vardır. bir yandan amino asitlerinin, diğer yandan karşılık gelen tRNA antikodonunun mekansal tanınması, DNA moleküllerine "kaydedilen" ve mRNA'ya "yeniden yazılan" kalıtsal bilginin şifresi iki işlem nedeniyle çözülür. Moleküler yüzeylerin spesifik olarak tanınması: Öncelikle aminoasil-tRNA sentetaz enzimi, tRNA'nın taşıdığı amino asitle bağlantısını sağlar. Daha sonra aminoasil-tRNA, antikodon-kodon etkileşimi nedeniyle tamamlayıcı olarak onunla eşleşir. mRNA'nın nükleotid zincirinin dili olan tRNA sistemini kullanma. peptidin amino asit dizisinin diline çevrilmiştir. Ribozomal RNA (rRNA). Protein sentezinin ribozomal döngüsü. Bilginin nükleotid dilinden amino asit diline çevrilmesini sağlayan mRNA ve tRNA arasındaki etkileşim süreci ribozomlar üzerinde gerçekleştirilir. İkincisi, rRNA'nın ve çeşitli proteinlerin karmaşık kompleksleridir; birincisi, içinde bir çerçeve oluşturur. Ribozomal RNA'lar sadece ribozomların yapısal bir bileşeni değildir, aynı zamanda onların mRNA'nın spesifik bir nükleotid dizisine bağlanmasını da sağlar. Bu, peptid zincirinin oluşumu için başlangıç ​​ve okuma çerçevesini oluşturur. Ayrıca ribozom ile tRNA arasındaki etkileşimi sağlarlar. Ribozomları oluşturan çok sayıda protein, rRNA ile birlikte hem yapısal hem de enzimatik rol oynar.

1. Messenger RNA, genetik kodu çekirdekten sitoplazmaya aktararak çeşitli proteinlerin sentezini belirler.

2. Transfer RNA, polipeptit moleküllerinin sentezi için aktive edilmiş amino asitleri ribozomlara taşır.

3. Ribozomal RNA, yaklaşık 75 farklı proteinle kombinasyon halinde, üzerinde polipeptit moleküllerinin bir araya geldiği hücresel organeller olan ribozomları oluşturur.

4. Küçük nükleer RNA'lar (intronlar) Eklemeye katılır.

5. Küçük sitoplazmik RNA'lar

6. snoRNA. O küçük bir nükleolus. Ökaryotik hücrelerin nükleollerinde.

7. RNA virüsleri

8.Viroid RNA

Poliadenilasyondan sonra mRNA, intronların (proteinleri kodlamayan bölgeler) uzaklaştırıldığı ve ekzonların (proteinleri kodlayan bölgeler) tek bir molekül oluşturmak üzere birbirine dikildiği birleştirme işlemine tabi tutulur. Ekleme, proteinlerden ve küçük nükleer RNA'lardan oluşan büyük bir nükleoprotein kompleksi olan spliceozom tarafından katalize edilir. Birçok pre-mRNA, farklı amino asit dizilerini kodlayan farklı olgun mRNA'lar üretmek için farklı şekillerde birleştirilebilir (alternatif birleştirme).

Kısaca: Splaysing, hiçbir şeyi kodlamayan intronların ayrılması ve ekzonlardan protein kodlayabilecek olgun bir molekülün oluşmasıdır.

Alternatif birleştirme - bir ön mRNA molekülünden farklı proteinler elde edilebilir. Yani intron kaybındaki farklılıklar ve farklı ekzon birleşmeleriyle uğraşıyoruz.

Ribozimler

Enzimatik aktiviteye sahip RNA molekülleri (genellikle otokataliz)

Gen ifadesinin antisens RNA'lar tarafından düzenlenmesi, yüksek özgüllük ile karakterize edilir. Bunun nedeni, uzatılmış nükleotid dizilerinin birbirleriyle tamamlayıcı etkileşimine dayanan RNA-RNA hibridizasyon işleminin yüksek doğruluğudur.

Bununla birlikte, antisens RNA'ların kendileri hedef mRNA'ları geri döndürülemez şekilde etkisiz hale getirmez ve karşılık gelen genlerin ekspresyonunu baskılamak için yüksek hücre içi antisens RNA konsantrasyonları gerekir. Antisens RNA'ların etkinliği, endonükleaz aktivitesine sahip kısa RNA dizileri olan ribozim molekülleri ile desteklendikten sonra keskin bir şekilde arttı. RNA ile ilişkili diğer birçok enzimatik aktivite bilinmektedir. Bu nedenle geniş anlamda ribozimlere herhangi bir enzimatik aktiviteye sahip RNA molekülleri denir.

HIV enfeksiyonunu baskılayan RNA varyantı, model sistemler üzerinde test edildi. Bu amaçla, bazı RNA moleküllerinin alışılmadık bir özelliği kullanılır: diğer RNA türlerini yok etme yetenekleri. Amerikalı T. Cech ve S. Altman bu keşiften dolayı 1989 yılında Nobel Ödülü'nü aldılar. Vücuttaki tüm biyokimyasal reaksiyonların, proteinler - enzimler olan oldukça etkili spesifik katalizörler sayesinde meydana geldiğine inanılıyordu. Ancak proteinler gibi bazı RNA türlerinin oldukça spesifik katalitik aktiviteye sahip olduğu ortaya çıktı. Bu RNA'lara ribozimler adı verildi.

Ribozimler antisens bölgeleri ve enzimatik reaksiyonları yürüten bölgeleri içerir. Onlar. Sadece mRNA'ya bağlanmakla kalmıyor, aynı zamanda onu kesiyorlar. HIV enfeksiyonunu ribozimlerin yardımıyla baskılama yönteminin özü, Şekil 2'de gösterilmektedir. 32. Ribozim, tamamlayıcı bir hedef RNA'ya bağlanarak bu RNA'yı böler ve hedef RNA tarafından kodlanan proteinin sentezinin durmasına neden olur. Ribozim için böyle bir hedef viral RNA ise, o zaman ribozim onu ​​"bozacak" ve karşılık gelen viral protein oluşmayacaktır. Sonuç olarak virüs hücrede çoğalmayı durduracaktır. Bu yaklaşım, örneğin kanser tedavisi gibi diğer bazı insan patolojilerine de uygulanabilir.


İlgili bilgi.