4. 5. Рнк: виды, структура и функции.
Молекулы РНК обнаруживаются во всех частях клетки; они короче ДНК: их длина не превышает 0,01 мм.
Химическая структура РНК подобна химической структуре ДНК:
а) обе молекулы являются линейными полимерами; б) мономеры –нуклеотиды являются фосфорилированными N-гликозидами, которые соединяются фосфодиэфирной связью; в) в состав РНК входят также 4 нуклеотида; г) полинуклеотидная цепь РНК полярна –имеет четко различимые 5`- и 3`- концы (рис.102).
Отличают молекулу РНК от ДНК следующие особенности строения:
а) РНК – одноцепочный полимер;
б) сахарный остаток мономера - рибоза, которая содержит дополнительную гидроксильную группу;
в) среди главных (мажорных) азотистых оснований вместо тимина содержится урацил, который отличается от тимина отсутствием метильной группы в 5-ом положении;
г) в молекуле РНК высоко содержание минорных оснований и нуклеозидов.
Таким образом, полимерная цепь молекулы РНК – это линейный сахаро-фосфатный остов с азотистыми основаниями в качестве боковых цепей.
Двойная цепь в молекуле РНК не образуется в связи с тем, что:
а) рибоза из-за наличия дополнительной гидроксильной группы делает двойную цепь менее компактной;
б) отсутствие СН3-группы в урациле делает связь А:У менее стабильной, чем А:Т, вследствие уменьшения гидрофобного взаимодейст- вия;
в) высокое содержание минорных оснований препятствует образованию двуцепочной структуры, из-за того, что минорные основа- ния не могут учавствовать в комплиментарных взаимодействиях.
Рис. 102. Участок нити молекулы
Рнк (Из: Николаев, 2007)
В тоже время, азотистые основания полимера РНК могут взаимо- действовать друг с другом, фосфатами и гидроксилами сахарофосфатного остова, что приводит к :
1 - образованию на некоторых участках петель или «шпилек» с двуцепочной структурой (рис.103);
Рис. 103. «Шпилька» в цепи РНК
2 - скручиванию одноцепочного полимера в компактное образова- ние, формирующее уникальные пространственные структуры, с возника- ющими внутриспиральными участками (рРНК и тРНК).
Молекулы РНК синтезируются на основании информации ДНК (транскрипция ДНК) с помощью ферментов РНК-полимераз. Участки ДНК, кодирующие клеточные белки, переписываются в виде мРНК (матричные РНК), которые затем транслируются в процессе матричного синтеза в определенные типы белков (трансляция РНК). Многочисленные копии тРНК(транспортные РНК) и рРНК(рибосомальные РНК) переписы- ваются с определенных участков ДНК без последующей трансляции в белок.
РНК – рибонуклеиновая кислота по особенностям строения и функ- ций делится на 3 вида: иРНК( информационная) или мРНК (матричная), тРНК (транспортная) и рРНК(рибосомальная).
Молекулы РНК содержат от нескольких десятков до десятков ты- сяч нуклеотидных остатков; молекулярная масса РНК составляет 104-106 кДа. Гены, кодирующие РНК у эукариот находятся в хромосомах в районе ядрышкого организатора в сотнях, тысячах копий и расположены тандемно. У прокариот - это 5-10 копий в разных участках молекулы ДНК. Синтез мРНК и тРНК осуществляется в кариоплазме ядра, рРНК - в ядрышках ядра клетки.
Пространственная структура молекул РНК представлена 3 уровня- ми:
1. Первичная структура - это порядок чередования рибонуклео- зидмонофосфатов (рибонуклеотидов) в полинуклеотидной цепи РНК с полярными 5`-3`концами.
2. Вторичная структура - это пространственные формы, образую- щиеся за счет возникновения водородных связей между комплементар- ными азотистыми основаниями на отдельных участках молекулы. В резуль- тате образуются спирализованные петли – «шпильки» с антипара- ллельными участками цепей.
3. Третичная структура - возникает за счет взаимодействия спирализованных элементов - «шпилек» вторичной структуры. Связи образуются между нуклеотидными остатками или между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например Са2+ или Mg2+.