Shporgalki_dodelannye / Биология / РНК

Рибонуклеиновые кислоты (РНК).
Большинство типов РНК - одноцепочные молекулы. В их состав входят: моносахарид - рибоза, остатки фосфорной кислоты и азотистые основания аденин, урацил, гуанин и цитозин. Молекулярная масса меньше, чем в ДНК.
Типы РНК:
1) про-и-РНК;
2) информационная (и-РНК);
3) транспортная (т-РНК);
4) рибосомная (р-РНК);
5) внеклеточная (вирусная РНК).
Про-и-РНК переписывает всю информацию с гена, она образуется в ядре, в результате транскрипции. Как и ДНК она содержит всю информацию и смысловую и несмысловую. И-РНК образуется также в ядре в результате процессинга, но в отличии от про-и-РНК, она содержит только смысловую информацию.
Структура т-РНК.
Транспортная РНК состоит всего из 80-100 нуклеотидов; молеку¬лярная масса 25-30 тыс.
Функция – перенос аминокислот к месту синтеза белка. Локализуется в основном в цитоплазме. На долю т-РНК приходится «10% от всей РНК клетки». Эта молекула имеет сложную пространствен¬ную конфигурацию. Отдельные ее участки - двуцепочечные, вследствие чего образуются петли: 1; 3; 2 - антикодоновая (терминальная) петля, вариабельная петля. Схематично молекулу т-РНК можно представить в виде листка клевера. На терминальной петле располагается триплет - антикодон, максимально удаленный от него участок - акцепторная зона, сюда прикрепляется аминокислота. Акцепторная зона - это одноцепочечный участок, который у всех видов т-РНК заканчивается последовательностью ЦЦА, со свободной ОН-группой. 3-петля характеризуется у каждого вида т-РНК специфической последовательностью, способной распознавать «свою» аминокислоту. 1-петля обеспечивает контакт т-РНК с рибосомой.
Рибосомная РНК (р-РНК) синтезируется в области вторичной перетяжки хромосомы, которая является ядрышковым организатором. р-РНК является структурным компо¬нентом рибосом, она обеспечивает связывание их с определенной нуклеотидной последовательностью м-РНК. Кроме того, она обеспечивает взаимодействие рибосомы с т-РНК.

РНК и их роль в биосинтезе белка (из 3 методички).
РНК представляет собой одноцепочную полинуклеотидную цепь. Роль РНК в биосинтезе белка огромна. ДНК стабильна, она всё время находится в хромосомах или в другой структуре и не выходит за их пределы. Информация заложенная в ДНК, которая служит матрицей при определении специфичности полипептида должна каким то образом реализоваться в клетке. Поэтому значительно большую роль при биосинтезе белка играют четыре типа различных РНК.
Основное химическое различие между ДНК и РНК состоит в том, что в РНК углеводом нуклеотидов является рибоза и одним из 4-х азотистых оснований служит не тимин, а урацил. Оказалось, что эти два довольно незначительных химических различия (дополнительная гидроксильная группа в углеводе РНК и дополнительная метильная группа в одном из пиримидинов ДНК) имеет большое значение для биологической роли, выполняемой этими двумя полинуклеотидами.

Информационная ( матричная) РНК
Допущение, что ДНК сама управляет процессом построения нити полипептида, в общем случае не может быть правильным. На первой стадии каждый участок (ген) ДНК служит матрицей для синтеза молекул РНК, на которой совершенно точно транскрибируется (переписывается) последовательность нуклеотидов соответствующего гена и, следовательно, закодированная в них информация о последовательности аминокислот. Затем молекулы РНК перемещаются в цитоплазму, где их нуклеотидная последовательность транслируется (переводится) в полипептидную цепь с предетерминированной первичной структурой.
Образование информационной РНК происходит в результате транскрипции. Механизм транскрипции значительно прояснился после открытия в 1960 г. С. Вейссом, Ж. Гурвицем и О. Стивенсом фермента РНК-полимеразы.
В присутствии ДНК матрицы РНК- полимераза катализирует превращение рибонуклеозидтрифосфатов в полирибонуклеотидную цепь. АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ полимерезуются в РНК за счет образования эфирной связи между ближайшими к рибонуклеотиду 5, -фосфатом и 3, -гидроксильной группой другого нуклеозидтрифосфата с одновременным соединением остальных двух фосфатов в виде неорганического пирофосфата.
Матрицей для синтеза м-РНК может служить только одна цепь ДНК. Это определяется ходовой последовательностью нуклеотидов промотора (участка ДНК с которым соединяется РНК- полимераза), такая цепь называется кодогенной (3`-5`). Это означает, что каждое пуриновое и пиримидиновое основание ДНК- матрицы должно присоединить и удерживать (за счет специфических водородных связей) свободный нуклеотид, несущий комплементарное пуриновое или пиримидиновое основание.
После того, как транскрибированная молекула РНК покидает ДНК- матрицу, чтобы быть использованной при синтезе белка, две расплетенные нити ДНК снова соединяются. Позади молекулы РНК- полимеразы немедленно восстанавливается структура ДНК. Удлинение молекулы м-РНК продолжается до тех пор, пока фермент не встретит на своём пути специфическую нуклеотидную последовательность ДНК – терминатор транскрипции (стоп-сигнал). В этой точке полимераза отделяется от матричной ДНК и от вновь синтезированной молекулы РНК.
Завершённая цепь РНК отделяется от ДНК матрицы в виде свободной одноцепочечной молекулы.
В клетках высших эукариот большинство РНК, прежде чем покинуть ядро и перейти в цитоплазму в виде м -РНК, претерпевают существенные изменения.
У эукариотов в процессе транскрипции синтезируется незрелая или про м-РНК. Она является точной копией одной из цепей ДНК, и также как и ДНК содержит неинформационные участки- интроны и информационные участки- экзоны. Биологический смысл образования про м-РНК у эукаориот заключается в образовании нуклеиновой кислоты, которая является точной копией ДНК. Однако в ДНК в процессе редупликации могут происходить различные изменения, не всегда полезные для организма. К сожалению эти изменения возникающие в экзонах сохраняются и могут передаваться будущим поколениям, а мутации возникающие в интронах не передаются, так как они удаляются в процессе созревания м РНК.
Для созревания м-РНК происходит сплайсинг. Сплайсинг - это удаление с помощью фермента последовательностей РНК, соответствующих интронам и соединение с помощью фермента лигазы экзонов. Следовательно можно предположить, что наличие интронной последовательности в ДНК является своеобразной защитой организма от мутаций. Далее м-РНК выходит из ядра и направляется к месту биосинтеза белка - рибосомам. Биологический смысл процессинга или созревания м-РНК заключается в получении биологически активной нуклеиновой кислоты, которая способна нести генетическую информацию к месту синтеза. Только в таком виде, освобождаясь от интронов м-РНК может выйти из ядра.
Как же функционируют рибосомы, обеспечивая правильный перенос информации от матричной РНК? Рибосомы - рибонуклеопротеидные частицы, так они были названы Робертсом. Рибосомы прокариотов имеют диаметр около 20 нм и содержат вдвое больше р-РНК, чем белка. Константа седиментации у них порядка 30S и 50 S. Рибосомы эукариотов несколько больше по размерам, а относительное содержание РНК меньше. Константа седиментации у них порядка 70 и 80 S Структурные исследования рибосом показали, что они состоят из двух субъединиц, и что обе субъединицы содержат р-РНК и белок. Соединение субъединиц рибосом вместе происходит во время трансляции, при наличии м-РНК и большого количества ионов магния.
Рибосомная РНК высших организмов седиментирует как два отдельных компонента 18s и 28s . Меньшая молекула РНК как позднее было доказано входит в состав малой субъединицы рибосомы, а большая в состав большой субъединицы.
Рибосомы являются именно тем местом, где происходит сборка аминокислот в полипептиды. Этот было подтверждено в лаборатории Пола Замечника в Главном Массачусетском госпитале. Там была разработана воспроизводимая бесклеточная система, содержащая рибосомы, аминокислоты и АТФ, которая включала аминокислоты в белки. Используя эту систему, Хогленд сделал два важных открытия. Во- первых, он показал, что аминокислоты сначала активируются АТФ, образуя богатые энергией комплексы аминокислота- АМФ. Во-вторых, он показал, что активированные аминокислоты затем переносятся на молекулы т-РНК в активированной форме. Эти соединения (аминоацил- т-РНК) затем функционируют как непосредственные промежуточные соединения при образовании пептидной связи. Вскоре после открытия т- РНК было установлено, что молекулы т- РНК специфичны для определенной аминокислоты.
Для белкового синтеза необходимо 2 фактора: термолабильный и термостабильный. Термостабильный низкомолекулярный фактор назвали т- РНК. Аминоацил т-РНК связывается с рибосомой и служит донором аминоацильного остатка, что приводит к удлинению полипептидной цепи.
Транспортная (растворимая, или адаптерная) РНК
В цитоплазме кроме м-РНК и р-РНК содержится другой тип РНК, с относительно низким молекулярным весом, примерно равным 18000, что приблизительно соответствует 67 нуклеотидам. Эта РНК не осаждается при центрифугировании вместе со структурными элементами клетки, она называется растворимой РНК ( прежнее название) , или тРНК. тРНК также образуется в ядре. Основная функция этой РНК заключается в переносе аминокислот находящихся в цитоплазме к рибосомам, то есть к месту синтеза полипептида. Аминокислоты к рибосомам поступают по одной, причём каждая аминокислота прикреплена к молекуле т- РНК. Концевые нуклеотиды у всех молекул т- РНК одинаковы, один конец оканчивается гуанином, а другой – последовательностью оснований-ЦЦА.
Все молекулы тРНК имеют одинаковые размеры: длину 100 А и ширину 20 А. Различаются они в других отношениях, по-видимому, по их внутренним свойствам, т. е. по составу оснований или их последовательности, образуя около 20 различных типов, причём каждая из них способна переносить только одну из аминокислот, обычно встречающихся в белках. В состав т-РНК входят обычные нуклеотиды и необычные такие как псевдоурацил и инозин. Между ее нуклеотидами возникают водородные связи, поэтому на некоторых участках она является двухцепочечной. В тех же местах, где водородных связей не образовано нуклеотиды располагаются в одну цепь и там находятся так называемые « петли». Особое значение имеет антикодоновая петля, она состоит из трех нуклеотидов, которые соответствуют кодону т.е. трем нуклеотидам м- РНК. При соответствии кодона и антикодона между нуклеотидами возникают водородные связи, а принесенная т- РНК аминокислота занимает свое место в синтезированном полипептиде.
Обнаружено, что для образования комплекса аминокислота – транспортная РНК каждая из 20 кислот должна быть активирована перед тем, как она прикрепится к специфической транспортной РНК. Активация происходит за счет энергии. Этот процесс происходит в несколько стадий. Сначала карбоксильная группа аминокислоты с 2'- или 3'-гидроксильной соединяется группой аденозинтрифосфата (АТФ), что сопровождается отщеплением двух фосфатных остатков в виде пирофосфата.
Эта реакция может быть суммирована следующим образом: аминокислота + АТФ =аминоациладенилат + пирофосфат.
Реакция прикрепления может быть суммирована так: т-РНК + аминоациладенилат = аминоацил-тРНК + адениловая кислота. Один фермент может участвовать как в активации аминокислоты, так и в её прикреплениях к т- РНК. Транспортная РНК функционирует и как адаптер, причём конец, который несёт транспортируемую аминокислоту и имеет последовательность «аминокислота А-Ц», остаётся достаточно гибким для того, чтобы достигнуть нужной области и образовать пептидную связь. Синтез полипептидной цепи происходит в 4 этапа.