Kas ir RNS. Rnk. Struktūra un tās daudzveidība. RNS loma iedzimtības informācijas realizācijas procesā
Un uracils (atšķirībā no DNS, kurā uracila vietā ir timīns). Šīs molekulas ir atrodamas visu dzīvo organismu šūnās, kā arī dažos vīrusos.
Galvenās RNS funkcijas šūnu organismos ir kā veidne ģenētiskās informācijas pārvēršanai olbaltumvielās un atbilstošo aminoskābju piegādei ribosomām. Vīrusos tas ir ģenētiskās informācijas nesējs (kodē apvalka proteīnus un vīrusu enzīmus). Viroīdi sastāv no apļveida RNS molekulas un nesatur citas molekulas. Pastāv RNS pasaules hipotēze, saskaņā ar kuru RNS radās pirms olbaltumvielām un bija pirmās dzīvības formas.
Šūnu RNS tiek ražots, izmantojot procesu, ko sauc transkripcija, tas ir, RNS sintēze uz DNS matricas, ko veic īpaši fermenti - RNS polimerāzes. Pēc tam Messenger RNS (mRNS) piedalās procesā, ko sauc par tulkošanu. Raidījums - tā ir proteīna sintēze uz mRNS matricas, piedaloties ribosomām. Citas RNS pēc transkripcijas tiek pakļautas ķīmiskām modifikācijām, un pēc sekundāro un terciāro struktūru veidošanās tās veic funkcijas atkarībā no RNS veida.
Vienpavedienu RNS raksturo dažādas telpiskas struktūras, kurās daži vienas ķēdes nukleotīdi ir savienoti pārī viens ar otru. Dažas augsti strukturētas RNS piedalās šūnu proteīnu sintēzē, piemēram, pārneses RNS kalpo kodonu atpazīšanai un atbilstošo aminoskābju nogādāšanai proteīnu sintēzes vietā, un ziņojuma RNS kalpo kā ribosomu strukturālais un katalītiskais pamats.
Tomēr RNS funkcijas mūsdienu šūnās neaprobežojas tikai ar to lomu tulkošanā. Tādējādi mRNS ir iesaistītas eikariotu kurjeru RNS un citos procesos.
Papildus tam, ka RNS molekulas ir daļa no dažiem enzīmiem (piemēram, telomerāze), ir konstatēts, ka atsevišķām RNS ir sava fermentatīvā aktivitāte, spēja ieviest pārtraukumus citās RNS molekulās vai, gluži otrādi, “līmēt” divas. RNS fragmenti kopā. Šīs RNS sauc ribozīmi.
Vairāki vīrusi sastāv no RNS, tas ir, tajos tā spēlē lomu, ko DNS veic augstākos organismos. Pamatojoties uz RNS funkciju daudzveidību šūnās, tika izvirzīta hipotēze, ka RNS ir pirmā molekula, kas spēj pašatvairot prebioloģiskajās sistēmās.
RNS pētījumu vēsture
gadā tika atklātas nukleīnskābes 1868. gadsŠveices zinātnieks Johans Frīdrihs Mišers, kurš šīs vielas sauca par “nukleīniem”, jo tās tika atrastas kodolā (latīņu nucleus). Vēlāk tika atklāts, ka baktēriju šūnas, kurām nav kodola, satur arī nukleīnskābes.
RNS nozīme olbaltumvielu sintēzē ir ierosināta 1939. gads Torburna Oskara Kaspersona, Žana Brašē un Džeka Šulca darbā. Džerards Mairbucks izolēja pirmo ziņojuma RNS, kas kodē truša hemoglobīnu, un parādīja, ka tad, kad tā tika ievadīta oocītos, veidojas tas pats proteīns.
Padomju Savienībā gadā 1956-57 Tika veikts darbs (A. Belozerskis, A. Spirins, E. Volkins, F. Astrahaņs), lai noteiktu RNS šūnu sastāvu, kas ļāva secināt, ka RNS lielāko daļu šūnā veido ribosomu RNS.
IN 1959. gads Severo Očoa saņēma Nobela prēmija medicīnā RNS sintēzes mehānisma atklāšanai. 77 nukleotīdu secība vienai no rauga S. cerevisiae tRNS tika noteikta 1965. gads Roberta Hola laboratorijā, par ko 1968. gads gadā viņš saņēma Nobela prēmiju medicīnā.
IN 1967 Carl Woese ierosināja, ka RNS ir katalītiskas īpašības. Viņš izvirzīja tā saukto RNS pasaules hipotēzi, kurā protoorganismu RNS kalpoja gan kā informācijas uzglabāšanas molekulas (tagad šo lomu veic DNS), gan kā molekulas, kas katalizēja vielmaiņas reakcijas (tagad to dara fermenti).
IN 1976 Valters Faers un viņa grupa no Gentes Universitātes (Holande) pirmo reizi noteica vīrusa, bakteriofāga MS2, RNS genoma secību.
Vispirms 1990. gadi Tika konstatēts, ka svešu gēnu ievadīšana augu genomā noved pie līdzīgu augu gēnu ekspresijas nomākšanas. Aptuveni tajā pašā laikā tika pierādīts, ka aptuveni 22 bāzu RNS, ko tagad sauc par mikroRNS, spēlē regulējošu lomu apaļo tārpu ontoģenēzē.
Hipotēzi par RNS nozīmi olbaltumvielu sintēzē izvirzīja Torbjerns Kaspersons, pamatojoties uz pētījumiem 1937-1939., kā rezultātā tika pierādīts, ka šūnas, kas aktīvi sintezē proteīnu, satur lielu daudzumu RNS. Apstiprinājumu hipotēzei ieguva Huberts Šantrens.
RNS struktūras iezīmes
RNS nukleotīdi sastāv no cukura – ribozes, kurai 1. pozīcijā ir pievienota viena no bāzēm: adenīns, guanīns, citozīns vai uracils Fosfātu grupa apvieno ribozi ķēdē, veidojot saites ar vienas ribozes 3” oglekļa atomu un. citā 5" pozīcijā. Fosfātu grupas ir negatīvi lādētas pie fizioloģiskā pH, tāpēc RNS var saukt polianjons.
RNS tiek transkribēts kā četru bāzu (adenīna (A), guanīna (G), uracila (U) un citozīna (C) polimērs, bet nobriedušai RNS ir daudz modificētu bāzu un cukuru. RNS ir aptuveni 100 dažādi veidi modificēti nukleozīdi, no tiem:
-2"-O-metilriboze visizplatītākā cukura modifikācija;
- Pseidouridīns- visbiežāk modificētā bāze, kas tiek atrasta visbiežāk. Pseidouridīnā (Ψ) saite starp uracilu un ribozi nav C - N, bet C - C, šis nukleotīds atrodas dažādās pozīcijās RNS molekulās. Jo īpaši pseidouridīns ir svarīgs tRNS funkcijai.
Vēl viena modificēta bāze, ko ir vērts pieminēt, ir hipoksantīns, deaminēts guanīns, kura nukleozīdu sauc inozīns. Inozīnam ir svarīga loma ģenētiskā koda deģenerācijas nodrošināšanā.
Daudzu citu modifikāciju loma nav pilnībā izprotama, taču ribosomu RNS daudzas pēctranskripcijas modifikācijas atrodas reģionos, kas ir svarīgi ribosomas funkcionēšanai. Piemēram, uz viena no ribonukleotīdiem, kas iesaistīti peptīdu saites veidošanā. Slāpekļa bāzes RNS var veidot ūdeņraža saites starp citozīnu un guanīnu, adenīnu un uracilu, kā arī starp guanīnu un uracilu. Taču iespējama arī cita mijiedarbība, piemēram, vairāki adenīni var veidot cilpu vai cilpu, kas sastāv no četriem nukleotīdiem, kurā atrodas adenīna-guanīna bāzes pāris.
Svarīga RNS struktūras iezīme, kas to atšķir no DNS, ir hidroksilgrupas klātbūtne ribozes 2" pozīcijā, kas ļauj RNS molekulai eksistēt A, nevis B konformācijā, kas visbiežāk tiek novērota DNS. A formā ir dziļa un šaura galvenā rieva un sekla un plata mazā rieva. Otrās 2 collu hidroksilgrupas klātbūtnes sekas ir konformācijas plastiskums, tas ir, RNS molekulas apgabali, kas nepiedalās. veidojot dubulto spirāli, var ķīmiski uzbrukt citām fosfātu saitēm un tās sašķelt.
Vienpavedienu RNS molekulas “darba” forma, tāpat kā proteīni, bieži ir terciārā struktūra. Terciārā struktūra veidojas uz sekundārās struktūras elementu bāzes, kas veidojas caur ūdeņraža saitēm vienas molekulas ietvaros. Ir vairāki sekundārās struktūras elementu veidi - cilpas-cilpas, cilpas un pseidoknots. Pamatojoties uz liels daudzums iespējamie varianti bāzu savienošana pārī, RNS sekundārās struktūras prognozēšana - daudz vairāk grūts uzdevums nekā olbaltumvielu struktūras, bet tagad ir efektīvas programmas, piemēram, mfold.
Piemērs RNS molekulu funkciju atkarībai no to sekundārās struktūras ir iekšējās ribosomu ievades vietas (IRES). IRES ir struktūra 5" kurjerRNS galā, kas nodrošina ribosomas piesaisti, apejot parasto proteīnu sintēzes ierosināšanas mehānismu; tam nepieciešama īpaša modificētas bāzes (vāciņa) klātbūtne 5" galā un proteīna iniciācija. faktoriem. IRES vispirms tika atklāts vīrusu RNS, taču arvien vairāk pierādījumu liecina, ka šūnu mRNS stresa apstākļos izmanto arī no IRES atkarīgu iniciācijas mehānismu. Daudzi RNS veidi, piemēram, rRNS un snRNS (snRNS) šūnā darbojas kompleksu veidā ar proteīniem, kas pēc to sintēzes vai (y) eksporta no kodola uz citoplazmu asociējas ar RNS molekulām. Šādus RNS-proteīnu kompleksus sauc par ribonukleoproteīnu kompleksiem vai ribonukleoproteīni.
Messenger ribonukleīnskābe (mRNS, sinonīms - ziņojuma RNS, mRNS)- RNS, kas atbild par informācijas nodošanu par proteīnu primāro struktūru no DNS uz proteīnu sintēzes vietām. mRNS tiek sintezēts no DNS transkripcijas laikā, pēc tam to savukārt izmanto translācijas laikā kā proteīnu sintēzes veidni. Tādējādi mRNS ir svarīga loma “izpausmē” (izpausmē).
Tipiskas nobriedušas mRNS garums svārstās no vairākiem simtiem līdz vairākiem tūkstošiem nukleotīdu. Visgarākās mRNS tika novērotas (+) ssRNS saturošajos vīrusos, piemēram, pikornavīrusos, taču jāatceras, ka šajos vīrusos mRNS veido visu to genomu.
Lielākā daļa RNS nekodē proteīnus. Šīs nekodējošās RNS var pārrakstīt no atsevišķiem gēniem (piemēram, ribosomu RNS) vai iegūt no introniem. Klasiskie, labi izpētītie nekodējošo RNS veidi ir pārneses RNS (tRNS) un rRNS, kas ir iesaistīti tulkošanas procesā. Ir arī RNS klases, kas ir atbildīgas par gēnu regulēšanu, mRNS apstrādi un citām lomām. Turklāt ir nekodējošas RNS molekulas, kas var katalizēt ķīmiskās reakcijas, piemēram, RNS molekulu griešana un ligēšana. Pēc analoģijas ar proteīniem, kas spēj katalizēt ķīmiskās reakcijas - fermentus (enzīmus), katalītiskās RNS molekulas sauc par ribozīmiem.
Transports (tRNS)- mazas, kas sastāv no aptuveni 80 nukleotīdiem, molekulām ar konservatīvu terciāro struktūru. Tie transportē specifiskas aminoskābes uz peptīdu saites sintēzes vietu ribosomā. Katra tRNS satur vietu aminoskābju pievienošanai un antikodonu atpazīšanai un pievienošanai mRNS kodonam. Antikodons veido ūdeņraža saites ar kodonu, kas novieto tRNS tādā stāvoklī, kas veicina peptīdu saites veidošanos starp pēdējo izveidotā peptīda aminoskābi un aminoskābi, kas pievienota tRNS.
Ribosomu RNS (rRNS)- ribosomu katalītiskā sastāvdaļa. Eikariotu ribosomas satur četru veidu rRNS molekulas: 18S, 5.8S, 28S un 5S. Trīs no četriem rRNS veidiem tiek sintezēti uz polisomām. Citoplazmā ribosomu RNS apvienojas ar ribosomu proteīniem, veidojot nukleoproteīnus, ko sauc par ribosomām. Ribosoma pievienojas mRNS un sintezē proteīnu. rRNS veido līdz 80% no RNS un atrodas eikariotu šūnas citoplazmā.
Neparasts RNS veids, kas darbojas kā tRNS un mRNS (tmRNS), ir atrodams daudzās baktērijās un plastidos. Kad ribosoma apstājas pie defektīvām mRNS bez stopkodoniem, tmRNS pievieno nelielu peptīdu, kas virza proteīnu uz degradāciju.
MikroRNS (21-22 nukleotīdu garumā) atrodami eikariotos un ietekmē RNS traucējumu mehānismu. Šajā gadījumā mikroRNS un enzīmu komplekss var izraisīt nukleotīdu metilēšanu gēna promotora DNS, kas kalpo kā signāls gēnu aktivitātes samazināšanai. Izmantojot cita veida regulēšanu, mikroRNS komplementārā mRNS tiek degradēta. Tomēr ir arī miRNS, kas palielina, nevis samazina gēnu ekspresiju.
Maza traucējoša RNS (siRNS, 20-25 nukleotīdi) bieži veidojas vīrusu RNS šķelšanās rezultātā, taču pastāv arī endogēnas šūnu miRNS. Mazas traucējošas RNS darbojas arī ar RNS traucējumiem, izmantojot mehānismus, kas līdzīgi mikroRNS.
Salīdzinājums ar DNS
Ir trīs galvenās atšķirības starp DNS un RNS:
1 . DNS satur cukura dezoksiribozi, RNS satur ribozi, kurai salīdzinājumā ar dezoksiribozi ir papildu hidroksilgrupa. Šī grupa palielina molekulas hidrolīzes iespējamību, tas ir, samazina RNS molekulas stabilitāti.
2.
Adenīnam RNS komplementārais nukleotīds nav timīns, kā tas ir DNS, bet uracils ir nemetilētā timīna forma.
3.
DNS pastāv dubultspirāles formā, kas sastāv no divām atsevišķām molekulām. RNS molekulas vidēji ir daudz īsākas un pārsvarā vienpavedienu. Strukturālā analīze bioloģiski aktīvās RNS molekulas, tostarp tRNS, rRNS snRNS un citas molekulas, kas nekodē proteīnus, parādīja, ka tās nesastāv no vienas garas spirāles, bet gan no daudzām īsām spirālēm, kas atrodas tuvu viena otrai un veido kaut ko līdzīgu terciārajai struktūrai. proteīns. Rezultātā RNS var katalizēt ķīmiskās reakcijas, piemēram, ribosomas peptīdu transferāzes centrs, kas ir iesaistīts peptīdu saišu veidošanā starp olbaltumvielām, pilnībā sastāv no RNS.
Funkcijas Funkcijas:
1. Apstrāde
Daudzas RNS ir iesaistītas citu RNS modificēšanā. Intronus no pro-mRNS izgriež spliceosomas, kas papildus olbaltumvielām satur vairākas mazas kodola RNS (snRNS). Turklāt introni var katalizēt paši savu izgriešanu. Transkripcijas rezultātā sintezēto RNS var arī ķīmiski modificēt. Eikariotos RNS nukleotīdu ķīmiskās modifikācijas, piemēram, to metilēšanu, veic mazas kodola RNS (snRNS, 60-300 nukleotīdi). Šis RNS veids ir lokalizēts nukleolu un Cajal ķermeņos. Pēc tam, kad snRNS saistās ar fermentiem, snRNS saistās ar mērķa RNS, veidojot bāzes pārus starp abām molekulām, un fermenti modificē mērķa RNS nukleotīdus. Ribosomu un pārneses RNS satur daudzas šādas modifikācijas, kuru īpašā pozīcija evolūcijas laikā bieži tiek saglabāta. Var modificēt arī pašas SnRNS un snRNS.
2. Raidījums
TRNS piesaista noteiktas aminoskābes citoplazmā un tiek nosūtīta uz mRNS proteīnu sintēzes vietu, kur tā saistās ar kodonu un izdala aminoskābi, ko izmanto proteīnu sintēzei.
3. Informācijas funkcija
Dažos vīrusos RNS veic funkcijas, ko DNS veic eikariotos. Informatīvo funkciju veic arī mRNS, kas nes informāciju par olbaltumvielām un ir tās sintēzes vieta.
4. Gēnu regulēšana
Daži RNS veidi ir iesaistīti gēnu regulēšanā, palielinot vai samazinot tā aktivitāti. Tās ir tā sauktās miRNS (mazās traucējošās RNS) un mikroRNS.
5. Katalītiskaisfunkciju
Ir tā sauktie fermenti, kas pieder pie RNS, tos sauc par ribozīmiem. Šie fermenti veic dažādas funkcijas un tiem ir unikāla struktūra.
Attiecas uz nukleīnskābes. RNS polimēru molekulas ir daudz mazākas nekā DNS molekulas. Tomēr atkarībā no RNS veida tajos iekļauto nukleotīdu monomēru skaits atšķiras.
RNS nukleotīds satur ribozi kā cukuru un adenītu, guanīnu, uracilu un citozīnu kā slāpekļa bāzes. Uracils pēc struktūras un ķīmiskās īpašības tuvu timīnam, kas ir izplatīts DNS. Nobriedušās RNS molekulās daudzas slāpekļa bāzes ir modificētas, tāpēc patiesībā RNS ir daudz vairāk slāpekļa bāzu šķirņu.
Ribozei, atšķirībā no dezoksiribozes, ir papildu -OH grupa (hidroksilgrupa). Šis apstāklis ļauj RNS vieglāk iekļūt ķīmiskās reakcijās.
RNS galveno funkciju dzīvo organismu šūnās var saukt par ģenētiskās informācijas ieviešanu. Pateicoties dažādi veidi ribonukleīnskābe ģenētiskais kods tiek nolasīts (transkribēts) no DNS, pēc tam uz tās bāzes tiek sintezēti polipeptīdi (notiek translācija). Tātad, ja DNS galvenokārt ir atbildīga par ģenētiskās informācijas uzglabāšanu un pārsūtīšanu no paaudzes paaudzē (galvenais process ir replikācija), tad RNS realizē šo informāciju (transkripcijas un tulkošanas procesus). Šajā gadījumā transkripcija notiek uz DNS, tātad šis process attiecas uz abiem nukleīnskābju veidiem, un tad no šī viedokļa var teikt, ka DNS ir atbildīga arī par ģenētiskās informācijas ieviešanu.
Rūpīgāk izpētot, RNS funkcijas ir daudz daudzveidīgākas. Vairākas RNS molekulas veic strukturālas, katalītiskas un citas funkcijas.
Pastāv tā sauktā RNS pasaules hipotēze, saskaņā ar kuru sākumā dzīvajā dabā kā ģenētiskās informācijas nesējas darbojās tikai RNS molekulas, bet citas RNS molekulas katalizēja dažādas reakcijas. Šo hipotēzi apstiprina vairāki eksperimenti, kas parāda iespējamo RNS evolūciju. Par to liecina arī tas, ka vairākiem vīrusiem RNS molekula ir nukleīnskābe, kas glabā ģenētisko informāciju.
Saskaņā ar RNS pasaules hipotēzi DNS parādījās vēlāk dabiskās atlases procesā kā stabilāka molekula, kas ir svarīga ģenētiskās informācijas uzglabāšanai.
Ir trīs galvenie RNS veidi (bez tiem ir arī citi): šablons (pazīstams arī kā kurjers), ribosomāls un transports. Tie ir attiecīgi apzīmēti kā mRNS (vai mRNS), rRNS un tRNS.
Messenger RNS (mRNS)
Gandrīz visa RNS tiek sintezēta no DNS transkripcijas laikā. Tomēr transkripciju bieži sauc par ziņojuma RNS (mRNS) sintēzi. Tas ir saistīts ar faktu, ka mRNS nukleotīdu secība pēc tam noteiks translācijas laikā sintezētā proteīna aminoskābju secību.
Pirms transkripcijas DNS virknes atšķetinās, un uz vienas no tām ar proteīnu-enzīmu kompleksa palīdzību tiek sintezēta RNS pēc komplementaritātes principa, tāpat kā tas notiek DNS replikācijas laikā. Tikai pretī DNS adenīnam RNS molekulai ir pievienots nukleotīds, kas satur uracilu, nevis timīnu.
Faktiski uz DNS tiek sintezēta nevis gatavā ziņojuma RNS, bet gan tās priekštecis pre-mRNS. Prekursors satur nukleotīdu sekvences sadaļas, kas nekodē proteīnu un kuras pēc pre-mRNS sintēzes tiek izgrieztas, piedaloties mazām kodola un nukleolārām RNS (“papildu” RNS veidi). Šīs atkāpušās zonas sauc introni. Pārējās mRNS daļas sauc eksoni. Pēc intronu noņemšanas eksoni tiek sašūti kopā. Tiek saukts intronu noņemšanas un eksonu savienošanas process savienošana. Sarežģīta iezīme ir tā, ka intronus var izgriezt dažādos veidos, kā rezultātā tiek iegūtas dažādas gatavās mRNS, kas kalpos par veidnēm dažādiem proteīniem. Tādējādi šķiet, ka viens DNS gēns var spēlēt vairāku gēnu lomu.
Jāņem vērā, ka prokariotu organismos splicing nenotiek. Parasti to mRNS ir gatava translācijai tūlīt pēc sintēzes uz DNS. Gadās, ka laikā, kad mRNS molekulas beigas vēl tiek transkribētas, tā sākumā jau sēž ribosomas, kas sintezē proteīnu.
Kad pre-mRNS nobriest par ziņojuma RNS un atrodas ārpus kodola, tā kļūst par polipeptīdu sintēzes veidni. Tajā pašā laikā tai tiek “piestiprinātas” ribosomas (ne uzreiz, dažas parādās pirmās, citas - otrās utt.). Katrs sintezē savu proteīna kopiju, t.i., uz vienas RNS molekulas var sintezēt uzreiz vairākas identiskas proteīna molekulas (skaidrs, ka katra būs savā sintēzes stadijā).
Ribosoma, virzoties no mRNS sākuma līdz beigām, vienlaikus nolasa trīs nukleotīdus (lai gan tajā var ievietot sešus, t.i., divus kodonus) un pievieno atbilstošo pārneses RNS (kurai ir kodonam atbilstošs antikodons) kurai pievienota atbilstošā aminoskābe. Pēc tam ar ribosomas aktīvā centra palīdzību iepriekš sintezētā polipeptīda daļa, kas savienota ar iepriekšējo tRNS, it kā tiek “transplantēta” (veidojas peptīdu saite) uz aminoskābi, kas ir piesaistīta. jaunpienācis tRNS. Tādējādi proteīna molekula pakāpeniski palielinās.
Kad ziņojuma RNS molekula vairs nav vajadzīga, šūna to iznīcina.
Pārnest RNS (tRNS)
Transfer-RNS ir diezgan maza (pēc polimēru standartiem) molekula (nukleotīdu skaits mainās, vidēji ap 80), sekundārajā struktūrā tai ir āboliņa lapas forma, terciārajā struktūrā tā salokās par kaut ko līdzīgu burtam. G.
tRNS funkcija ir piesaistīt sev aminoskābi, kas atbilst tās antikodonam. Pēc tam tas savienojas ar ribosomu, kas atrodas mRNS kodonā, kas atbilst antikodonam, un "pārnes" šo aminoskābi. Rezumējot, mēs varam teikt, ka RNS pārnese (tāpēc tā transportē) aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu.
Dzīvā daba uz Zemes izmanto tikai aptuveni 20 aminoskābes dažādu olbaltumvielu molekulu sintēzei (patiesībā aminoskābju ir daudz vairāk). Bet, tā kā saskaņā ar ģenētisko kodu ir vairāk nekā 60 kodoni, katra aminoskābe var atbilst vairākiem kodoniem (patiesībā daži vairāk, daži mazāk). Tādējādi ir vairāk nekā 20 veidu tRNS ar dažādām pārneses RNS, kas satur vienas un tās pašas aminoskābes. (Bet arī šeit viss nav tik vienkārši.)
Ribosomu RNS (rRNS)
Ribosomu RNS bieži sauc arī par ribosomu RNS. Tas ir tas pats.
Ribosomu RNS veido aptuveni 80% no kopējās RNS šūnā, jo tā ir daļa no ribosomām, kuru šūnā ir diezgan daudz.
Ribosomās rRNS veido kompleksus ar olbaltumvielām un veic strukturālas un katalītiskas funkcijas.
Ribosoma satur vairākas dažādas rRNS molekulas, kas atšķiras pēc ķēdes garuma, sekundārās un terciārās struktūras un funkcijām. Tomēr to vispārējā funkcija ir tulkošanas procesa īstenošana. Šajā gadījumā rRNS molekulas nolasa informāciju no mRNS un katalizē peptīdu saišu veidošanos starp aminoskābēm.
RNS funkcijas atšķiras atkarībā no ribonukleīnskābes veida.
1) Messenger RNS (i-RNA).
2) Ribosomu RNS (r-RNS).
3) Transfer RNS (tRNS).
4) Nelielas (mazas) RNS. Tās ir RNS molekulas, visbiežāk ar mazu molekulmasu, kas atrodas dažādās šūnas daļās (membrānā, citoplazmā, organellās, kodolā utt.). Viņu loma nav pilnībā izprotama. Ir pierādīts, ka tie var palīdzēt ribosomu RNS nobriešanai, piedalīties proteīnu pārnesē cauri šūnu membrānai, veicināt DNS molekulu redublikāciju utt.
5) Ribozīmi. Nesen identificēts RNS veids, kas aktīvi piedalās šūnu fermentatīvajos procesos kā enzīms (katalizators).
6) Vīrusu RNS. Jebkurš vīruss var saturēt tikai viena veida nukleīnskābes: DNS vai RNS. Attiecīgi vīrusus, kas satur RNS molekulu, sauc par RNS saturošiem vīrusiem. Šāda tipa vīrusam nonākot šūnā, var notikt reversās transkripcijas process (jaunas DNS veidošanās uz RNS bāzes), un jaunizveidotā vīrusa DNS integrējas šūnas genomā un nodrošina eksistenci un vairošanos. no patogēna. Otrais scenārijs ir komplementāras RNS veidošanās uz ienākošās vīrusa RNS matricas. Šajā gadījumā jaunu vīrusu proteīnu veidošanās, dzīvībai svarīgā aktivitāte un vīrusa vairošanās notiek bez dezoksiribonukleīnskābes līdzdalības, tikai pamatojoties uz vīrusa RNS reģistrēto ģenētisko informāciju. Ribonukleīnskābes. RNS, struktūra, struktūras, veidi, loma. Ģenētiskais kods. Ģenētiskās informācijas pārraides mehānismi. Replikācija. Transkripcija
Ribosomu RNS.
rRNS veido 90% no kopējās RNS šūnā, un to raksturo vielmaiņas stabilitāte. Prokariotiem ir trīs dažādi veidi rRNS ar sedimentācijas koeficientiem 23S, 16S un 5S; Eikariotiem ir četri veidi: -28S, 18S, 5S un 5,8S.
Šāda veida RNS ir lokalizētas ribosomās un piedalās specifiskā mijiedarbībā ar ribosomu proteīniem.
Ribosomu RNS ir sekundāras struktūras forma divpavedienu reģionu veidā, kas savienoti ar izliektu vienu virkni. Ribosomu proteīni galvenokārt ir saistīti ar molekulas vienpavedienu reģioniem.
rRNS raksturo modificētu bāzu klātbūtne, bet ievērojami mazākos daudzumos nekā tRNS. rRNS satur galvenokārt metilētus nukleotīdus ar metilgrupām, kas pievienotas vai nu ribozes bāzei, vai 2/-OH grupai.
Pārnest RNS.
tRNS molekulas ir viena ķēde, kas sastāv no 70-90 nukleotīdiem, ar molekulmasu 23000-28000 un sedimentācijas konstanti 4S. Šūnu RNS pārneses RNS veido 10-20%. tRNS molekulām ir spēja kovalenti saistīties ar noteiktu aminoskābi un caur ūdeņraža saišu sistēmu savienoties ar vienu no mRNS molekulas nukleotīdu tripletiem. Tādējādi tRNS īsteno koda atbilstību starp aminoskābi un atbilstošo mRNS kodonu. Lai veiktu adaptera funkciju, tRNS jābūt precīzi definētai sekundārajai un terciārajai struktūrai.
Katrai tRNS molekulai ir nemainīga sekundārā struktūra, tai ir divdimensiju āboliņa lapas forma, un tā sastāv no spirālveida reģioniem, ko veido vienas un tās pašas ķēdes nukleotīdi, un vienpavedienu cilpas, kas atrodas starp tām. Spirālveida reģionu skaits sasniedz pusi no molekulas.
A) akceptora kāts, kura 3/-OH galā vairumā gadījumu ir CCA triplets. Atbilstošo aminoskābi pievieno gala adenozīna karboksilgrupai, izmantojot īpašu enzīmu;
B) pseidouridīns jeb T C-cilpa, sastāv no septiņiem nukleotīdiem ar obligāto secību 5 / -T CG-3 /, kas satur pseidouridīnu; tiek pieņemts, ka TC cilpa tiek izmantota, lai saistītu tRNS ar ribosomu;
B) papildu cilpa - dažāda izmēra un sastāva dažādās tRNS;
D) antikodona cilpa sastāv no septiņiem nukleotīdiem un satur trīs bāzu grupu (antikodonu), kas ir komplementāra ar tripletu (kodonu) mRNS molekulā;
D) dihidrouridila cilpa (D-cilpa), kas sastāv no 8-12 nukleotīdiem un satur no viena līdz četriem dihidrouridila atlikumiem, domājams, ka to izmanto tRNS saistīšanai ar konkrētu enzīmu (aminoacil-tRNS sintetāzi).
tRNS molekulu terciārais iepakojums ir ļoti kompakts un L formas. Šādas struktūras stūri veido dihidrouridīna atlikums un T C cilpa, garā kāja veido akceptora kātu un T C cilpu, bet īsā kāja veido D cilpu un antikodona cilpu.
tRNS terciārās struktūras stabilizēšanā piedalās daudzvērtīgie katjoni (Mg 2+ , poliamīni), kā arī ūdeņraža saites starp bāzēm un fosfodiestera mugurkaulu.
tRNS molekulas sarežģītais telpiskais izvietojums ir saistīts ar vairākām ļoti specifiskām mijiedarbībām gan ar olbaltumvielām, gan citām nukleīnskābēm (rRNS).
Pārneses RNS atšķiras no citiem RNS veidiem ar augstu minoritātes saturu bāzes-vidējais 10-12 bāzes katrā molekulā, bet kopējais to un tRNS skaits palielinās, organismiem virzoties pa evolūcijas kāpnēm. tRNS tika identificētas dažādas metilētās purīna (adenīna, guanīna) un pirimidīna (5-metilcitozīna un riboziltimīna) bāzes, sēru saturošas bāzes (6-tiouracils), bet visizplatītākā (6-tiouracils), bet visizplatītākā neliela sastāvdaļa ir pseidouridīns. Neparasto nukleotīdu loma tRNS molekulās vēl nav skaidra, taču tiek uzskatīts, ka jo zemāks ir tRNS mazināšanas līmenis, jo tas ir mazāk aktīvs un specifisks.
Modificēto nukleotīdu lokalizācija ir stingri noteikta. Nelielu bāzu klātbūtne tRNS padara molekulas izturīgas pret nukleāžu darbību, un turklāt tās ir iesaistītas noteiktas struktūras uzturēšanā, jo šādas bāzes nespēj normāli savienoties pārī un novērš dubultās spirāles veidošanos. Tādējādi modificēto bāzu klātbūtne tRNS nosaka ne tikai tās struktūru, bet arī daudzas īpašās tRNS molekulas funkcijas.
Lielākā daļa eikariotu šūnu satur dažādu tRNS komplektu. Katrai aminoskābei ir vismaz viena specifiska tRNS. tRNS, kas saistās ar vienu un to pašu aminoskābi, sauc par izoakceptoriem. Katrs ķermeņa šūnu veids atšķiras ar izoakceptoru tRNS attiecību.
Matrica (informācija)
Messenger RNS satur ģenētisko informāciju par aminoskābju secību būtiskiem enzīmiem un citiem proteīniem, t.i. kalpo par veidni polipeptīdu ķēžu biosintēzei. MRNS daļa šūnā veido 5% no kopējā RNS daudzuma. Atšķirībā no rRNS un tRNS, mRNS ir neviendabīga izmēra, tās molekulmasa svārstās no 25 10 3 līdz 1 10 6; mRNS raksturo plašs sedimentācijas konstantu diapazons (6-25S). Mainīga garuma mRNS ķēžu klātbūtne šūnā atspoguļo to proteīnu molekulmasu daudzveidību, kuru sintēzi tās nodrošina.
Savā nukleotīdu sastāvā mRNS atbilst DNS no tās pašas šūnas, t.i. ir komplementārs vienam no DNS pavedieniem. MRNS nukleotīdu secība (primārā struktūra) satur informāciju ne tikai par proteīna struktūru, bet arī par pašu mRNS molekulu sekundāro struktūru. MRNS sekundārā struktūra veidojas, pateicoties savstarpēji komplementārām sekvencēm, kuru saturs dažādas izcelsmes RNS ir līdzīgs un svārstās no 40 līdz 50%. MRNS 3/ un 5/ reģionos var izveidoties ievērojams skaits pāru reģionu.
18s rRNS reģionu 5/-galu analīze parādīja, ka tie satur savstarpēji komplementāras sekvences.
MRNS terciārā struktūra veidojas galvenokārt ūdeņraža saišu, hidrofobās mijiedarbības, ģeometrisko un sterisko ierobežojumu un elektrisko spēku dēļ.
Messenger RNS ir metaboliski aktīva un relatīvi nestabila, īslaicīga forma. Tādējādi mikroorganismu mRNS raksturo strauja atjaunošanās, un tās dzīves ilgums ir vairākas minūtes. Tomēr organismiem, kuru šūnās ir patiesi ar membrānu saistīti kodoli, mRNS dzīves ilgums var sasniegt daudzas stundas un pat vairākas dienas.
MRNS stabilitāti var noteikt ar dažādām tās molekulas modifikācijām. Tādējādi tika konstatēts, ka vīrusu un eikariotu mRNS 5/-gala secība ir metilēta jeb “bloķēta”. Pirmais nukleotīds 5/-gala vāciņa struktūrā ir 7-metilguanīns, kas ir saistīts ar nākamo nukleotīdu ar 5/-5/-pirofosfāta saiti. Otrais nukleotīds ir metilēts pie C-2/-ribozes atlikuma, un trešajā nukleotīdā var nebūt metilgrupas.
Vēl viena mRNS spēja ir tā, ka daudzu eikariotu šūnu mRNS molekulu 3/-galos atrodas salīdzinoši garas adenilnukleotīdu sekvences, kuras pēc sintēzes pabeigšanas ar īpašu enzīmu palīdzību tiek pievienotas mRNS molekulām. Reakcija notiek šūnas kodolā un citoplazmā.
MRNS 3/- un 5/- galos modificētās sekvences veido aptuveni 25% no kopējā molekulas garuma. Tiek uzskatīts, ka 5/-caps un 3/-poli-A sekvences ir nepieciešamas, lai stabilizētu mRNS, aizsargājot to no nukleāžu iedarbības, vai lai regulētu translācijas procesu.
RNS traucējumi
Dzīvās šūnās ir atrasti vairāki RNS veidi, kas var samazināt gēnu ekspresijas pakāpi, ja tie ir komplementāri ar mRNS vai pašu gēnu. MikroRNS (21–22 nukleotīdu garumā) ir atrodamas eikariotos, un tās iedarbojas ar RNS traucējumu mehānismu. Šajā gadījumā mikroRNS un enzīmu komplekss var izraisīt nukleotīdu metilēšanu gēna promotora DNS, kas kalpo kā signāls gēnu aktivitātes samazināšanai. Izmantojot cita veida regulēšanu, mikroRNS komplementārā mRNS tiek degradēta. Tomēr ir arī miRNS, kas palielina, nevis samazina gēnu ekspresiju. Nelielas traucējošas RNS (siRNS, 20–25 nukleotīdi) bieži rodas, šķeļot vīrusu RNS, taču pastāv arī endogēnas šūnu siRNS. Mazas traucējošas RNS darbojas arī ar RNS traucējumiem, izmantojot mehānismus, kas līdzīgi mikroRNS. Dzīvniekiem ir atrasta tā sauktā ar Piwi mijiedarbojošā RNS (piRNS, 29–30 nukleotīdi), kas darbojas dzimumšūnās pret transponēšanu un spēlē lomu gametu veidošanā. Turklāt piRNS var epiģenētiski mantot no mātes līnijas, nododot pēcnācējiem to spēju inhibēt transpozona ekspresiju.
Antisense RNS ir plaši izplatītas baktērijās, daudzas no tām nomāc gēnu ekspresiju, bet dažas aktivizē ekspresiju. Antisense RNS darbojas, piesaistoties mRNS, kā rezultātā veidojas divpavedienu RNS molekulas, kuras noārda enzīmi, ir konstatētas mRNS līdzīgas molekulas. Šīs molekulas regulē arī gēnu ekspresiju.
Papildus atsevišķu molekulu lomai gēnu regulēšanā regulējošie elementi var veidoties mRNS 5" un 3" netulkotajos reģionos. Šie elementi var darboties neatkarīgi, lai novērstu translācijas ierosināšanu, vai arī tie var saistīt proteīnus, piemēram, feritīnu, vai mazas molekulas, piemēram, biotīnu.
Daudzas RNS ir iesaistītas citu RNS modificēšanā. Intronus no pre-mRNS izgriež spliceosomas, kas papildus olbaltumvielām satur vairākas mazas kodola RNS (snRNS). Turklāt introni var katalizēt paši savu izgriešanu. Transkripcijas rezultātā sintezēto RNS var arī ķīmiski modificēt. Eikariotos RNS nukleotīdu ķīmiskās modifikācijas, piemēram, to metilēšanu, veic mazas kodola RNS (snRNS, 60-300 nukleotīdi). Šis RNS veids ir lokalizēts nukleolu un Cajal ķermeņos. Pēc snRNS saistīšanas ar fermentiem snRNS saistās ar mērķa RNS, veidojot bāzes pārus starp abām molekulām, un fermenti modificē mērķa RNS nukleotīdus. Ribosomu un pārneses RNS satur daudzas šādas modifikācijas, kuru īpašā pozīcija evolūcijas laikā bieži tiek saglabāta. Var modificēt arī pašas SnRNS un snRNS. Vadošās RNS veic RNS rediģēšanas procesu kinetoplastā, īpašā kinetoplastīdu protistu mitohondriju reģionā (piemēram, tripanosomās).
Genomi, kas izgatavoti no RNS
Tāpat kā DNS, RNS var uzglabāt informāciju par bioloģiskie procesi. RNS var izmantot kā vīrusu un vīrusiem līdzīgu daļiņu genomu. RNS genomus var iedalīt tajos, kuriem nav DNS starpposma, un tajos, kas tiek kopēti DNS kopijā un atpakaļ RNS, lai vairotos (retrovīrusi).
Daudzi vīrusi, piemēram, gripas vīruss, satur genomu, kas pilnībā sastāv no RNS visos posmos. RNS atrodas tipiskā proteīna apvalkā un tiek replicēta, izmantojot tajā kodētās no RNS atkarīgās RNS polimerāzes. Vīrusu genomus, kas sastāv no RNS, iedala:
“mīnus virknes RNS”, kas kalpo tikai kā genoms, un kā mRNS tiek izmantota tam komplementāra molekula;
divpavedienu vīrusi.
Viroīdi ir vēl viena patogēnu grupa, kas satur RNS genomu un nesatur proteīnu. Tos replikē saimniekorganisma RNS polimerāzes.
Retrovīrusi un retrotranspozoni
Citiem vīrusiem RNS genoms ir tikai vienā fāzē dzīves cikls. Tā saukto retrovīrusu virioni satur RNS molekulas, kuras, nonākot saimniekšūnās, kalpo par šablonu DNS kopijas sintēzei. Savukārt DNS veidni nolasa RNS gēns. Papildus vīrusiem reverso transkripciju izmanto arī mobilā genoma elementu klasē - retrotransposonos.
Molekulārā bioloģija ir viena no svarīgākajām bioloģijas zinātņu nozarēm un ietver detalizētu dzīvo organismu šūnu un to sastāvdaļu izpēti. Viņas pētījumu joma ietver daudzus svarīgus procesus, piemēram, dzimšanu, elpošanu, augšanu, nāvi.
Nenovērtējams atklājums molekulārā bioloģija sāka atšifrēt augstāko būtņu ģenētisko kodu un noteikt šūnas spēju uzglabāt un pārraidīt ģenētisko informāciju. Galvenā loma šajos procesos ir nukleīnskābēm, kuras dabā ir divu veidu - DNS un RNS. Kas ir šīs makromolekulas? No kā tie ir izgatavoti un kādas bioloģiskās funkcijas tie veic?
Kas ir DNS?
DNS apzīmē dezoksiribonukleīnskābi. Tā ir viena no trim šūnas makromolekulām (pārējās divas ir olbaltumvielas un ribonukleīnskābe), kas nodrošina ģenētiskā koda saglabāšanu un nodošanu organismu attīstībai un darbībai. Vienkāršiem vārdiem sakot, DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs. Tas satur indivīda genotipu, kuram ir spēja vairoties un pārraida informāciju pēc mantojuma.
Kā ķīmiska viela skābe no šūnām tika izolēta jau 1860. gados, taču līdz 20. gadsimta vidum neviens neiedomājās, ka tā spēj uzglabāt un pārraidīt informāciju.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka šīs funkcijas veic olbaltumvielas, taču 1953. gadā biologu grupai izdevās būtiski paplašināt izpratni par molekulas būtību un pierādīt DNS primāro lomu genotipa saglabāšanā un pārnēsāšanā. Atklājums kļuva par gadsimta atklājumu, un zinātnieki saņēma Nobela prēmiju par savu darbu.
No kā sastāv DNS?
DNS ir lielākā no bioloģiskajām molekulām un sastāv no četriem nukleotīdiem, kas sastāv no fosforskābes atlikuma. Strukturāli skābe ir diezgan sarežģīta. Tās nukleotīdus savā starpā savieno garas ķēdes, kuras pa pāriem apvienotas sekundārās struktūrās – dubultspirālēs.
DNS mēdz būt radiācijas vai dažādu oksidējošu vielu bojājumi, kuru dēļ molekulā notiek mutācijas process. Skābes darbība ir tieši atkarīga no tās mijiedarbības ar citu molekulu - olbaltumvielām. Mijiedarbojoties ar tiem šūnā, tā veido vielu hromatīnu, kuras ietvaros tiek realizēta informācija.
Kas ir RNS?
RNS ir ribonukleīnskābe, kas satur slāpekļa bāzes un fosforskābes atlikumus.
Pastāv hipotēze, ka tā ir pirmā molekula, kas ieguvusi spēju vairoties jau mūsu planētas veidošanās laikmetā - pirmsbioloģiskajās sistēmās. RNS joprojām ir iekļauta atsevišķu vīrusu genomos, pildot tajos to lomu, kādu DNS spēlē augstākās būtnēs.
Ribonukleīnskābe sastāv no 4 nukleotīdiem, bet dubultspirāles vietā, kā DNS, tās ķēdes savieno viena līkne. Nukleotīdi satur ribozi, kas aktīvi piedalās vielmaiņā. Atkarībā no spējas kodēt olbaltumvielas, RNS tiek sadalīta šablonā un nekodējošā.
Pirmais darbojas kā sava veida starpnieks kodētās informācijas pārnešanai uz ribosomām. Pēdējie nevar kodēt proteīnus, bet tiem ir citas iespējas - molekulu translācija un ligēšana.
Kā DNS atšķiras no RNS?
Manā veidā ķīmiskais sastāvs skābes ir ļoti līdzīgas viena otrai. Abi ir lineāri polimēri un N-glikozīdi, kas izveidoti no piecu oglekļa cukura atlikumiem. Atšķirība starp tām ir tāda, ka RNS cukura atlikums ir riboze, monosaharīds no pentozes grupas, viegli šķīst ūdenī. Cukura atlikums DNS ir dezoksiriboze jeb ribozes atvasinājums, kam ir nedaudz atšķirīga struktūra.
Atšķirībā no ribozes, kas veido gredzenu no 4 oglekļa atomiem un 1 skābekļa atoma, dezoksiribozē otrais oglekļa atoms tiek aizstāts ar ūdeņradi. Vēl viena atšķirība starp DNS un RNS ir to izmērs – lielāks. Turklāt starp četriem DNS iekļautajiem nukleotīdiem viens ir slāpekļa bāze, ko sauc par timīnu, savukārt RNS timīna vietā ir tā versija - uracils.
Rādītāji. | DNS | RNS | ATP |
Būt būrī | Kodols, mitohondriji, plastidi. | Kodols, ribosomas, mitohondriji, hloroplasti. | Citoplazma, kodols, mitohondriji. hloroplasti. |
Atrodas kodolā. | Hromatīns, hromosomas. | Nucleolus. | Karioplazma. |
Struktūra. | Divas garas polinukleotīdu ķēdes, spirāliski savītas pretparalēli viena pret otru. | Viena īsa polinukleotīdu ķēde. | Mononukleotīds. |
Monomēri. | Dezoksiribonukleotīdi. | Ribonukleotīdi. | Nē |
Nukleotīdu sastāvs. | 1) slāpekļa bāze - A, G, C, T, 2) ogļhidrāti - dezoksiriboze 3) fosforskābes atlikums | 1) slāpekļa bāze - A, G, C, U, 2) ogļhidrāti - riboze 3) fosforskābes atlikums | 1) slāpekļa bāze - A, 2) ogļhidrāti 1 riboze 3) trīs fosforskābes atlikumi |
Nukleotīdu veidi. | Adenils (A) guanils (G) citidils (C) timidils (T) | Adenils (A) guanils (G) citidils (C) uracils (U) | Adenilskābe (A) |
Īpašības. | 1) Spēj redublēt vai replicēt (dubultoties) saskaņā ar komplementaritātes principu (komplementaritāte vai atbilstība), t.i. ūdeņraža svēto veidošanās starp A-T, G-C, 2) Stabils (atrašanās vietu nemaina). | 1) Nevar reduplēties, izņemot RNS vīrusus, 2) Labils (pāriet no kodola uz citoplazmu). | Hidrolīzes rezultātā no ATP pa vienam tiek atdalīti fosforskābes atlikumi un tiek atbrīvota enerģija. ATP-ADP-AMP |
Funkcijas. | 1) Uzglabā, pārraida un reproducē ģenētisko informāciju 2) Regulē šūnas dzīvībai svarīgo darbību. | 1) piedalās olbaltumvielu biosintēzē a) i-RNS un m-RNS pārnes ģenētisko informāciju no DNS uz proteīnu sintēzes vietu, b) r-RNS veido ribosomu, c) t-RNS atrod un pārnes aminoskābes uz olbaltumvielas sintēzes vietu. proteīnu sintēze, 2) c -RNS uzglabā, pārraida un reproducē vīrusa ģenētisko informāciju. | 1) Enerģija. |
Īpatnības. | 1) Kodola DNS ir gara, saistīta ar olbaltumvielām un veido lineāru hromosomu. 2) Mitohondriāls ir īss un apaļš, saistīts ar olbaltumvielām un veido apļveida hromosomu. 3) Prokariotos DNS ir noslēgta gredzenā, nav saistīta ar olbaltumvielām un neveido hromosomu. | 1) Dažos vīrusos ir atrodama divpavedienu RNS. 2) 5 RNS veidi: messenger RNS. Messenger RNS, ribosomu r-RNS, transporta t-RNS, vīrusu v-RNS | 1) Fosforskābes atlikumi ir savstarpēji saistīti ar augstas enerģijas (augstas enerģijas) saitēm. 2) ATP molekula nestabils, ilgst mazāk par 1 minūti, tiek atjaunots un sadalīts 2400 reizes dienā. |
DNS replikācija, ģenētiskais kods, ģenētiskās informācijas realizācija.
3.1. DNS replikācija. Tā kā DNS ir iedzimtības molekula, lai realizētu šo īpašību, tai ir precīzi jākopē pati sevi un tādējādi jāsaglabā sākotnējā DNS molekulā esošā informācija noteiktas nukleotīdu secības veidā. Tas tiek panākts, izmantojot īpašu procesu, ko sauc par replikāciju vai redublikāciju.
Replikācija– Tā ir DNS molekulas dubultošanās. Replikācijas pamatā ir Edvīna Čārgafa likumi (A+G=T+C), t.i. purīna bāzu summa ir vienāda ar pirimidīna bāzu summu. Stingru nukleotīdu savstarpējo atbilstību pāra DNS ķēdēs sauc par komplementaritāti (savstarpēju saikni).
Replikācijas posmi:
№ | Replikācijas posmi. |
Speciāli fermenti atritina DNS molekulas dubulto spirāli un sarauj ūdeņraža saites starp ķēdēm. | |
Enzīms DNS polimerāze pārvietojas pa vienu DNS ķēdi no oglekļa 3 līdz oglekļa 5 un saskaņā ar komplementaritātes noteikumu (A-T, G-C) pievieno atbilstošos nukleotīdus. Šo ķēdi sauc par vadošo ķēdi, tās dubultošanās notiek nepārtraukti. | |
Otrā atpalikušā virkne atrodas pretparalēli pirmajai, un DNS polimerāze 1 var pārvietoties tikai vienā virzienā no oglekļa 3 uz oglekli 5, tāpēc DNS molekulai atritinoties, tā tiek kopēta atsevišķos fragmentos. Fragmentus sašuj kopā ar īpašiem enzīmiem – ligāzēm pēc antiparalēlisma principa. | |
Pēc replikācijas katra DNS molekula satur vienu “mātes” virkni un otru tikko sintezētu “meitas” virkni. Šo sintēzes principu sauc par daļēji konservatīvu, t.i. viena ķēde jaunā DNS molekulā ir “veca”, bet otrā ir “jauna”. |
Ģenētiskais kods.
Iedzimtības molekulai, kas ir DNS, raksturīga ne tikai pašdublēšanās (replikācija), bet arī informācijas kodēšana, izmantojot noteiktu nukleotīdu secību. Ir zināms, ka DNS sastāv no četru veidu nukleotīdiem, tas ir, informācija DNS ir rakstīta ar 4 burtiem (A, T, G, C). To parāda matemātiskie aprēķini
1. Ja mēs izmantojam 1 nukleotīdu, mēs iegūstam 4 dažādas kombinācijas, 4<20.
2. Ja izmantojam 2 nukleotīdus, iegūstam 16 dažādas kombinācijas (4 2 =16), 16<20.
- Ja izmantojam 3 nukleotīdus, iegūstam 64 dažādas kombinācijas (4 3 =64), 64>20.
Tādējādi 3 nukleotīdu kombinācija būs pietiekama, lai kodētu 20 aminoskābes. No 64 iespējamajiem tripletiem 61 tripleti kodē 20 neaizvietojamās aminoskābes, kas atrodamas šūnu proteīnos, un 3 tripleti ir apturēšanas signāli vai terminatori, kas pārtrauc informācijas nolasīšanu.
Trīs nukleotīdu kombinācijas, kas kodē noteiktas aminoskābes, sauc par DNS kodu vai ģenētisko kodu. Šobrīd ģenētiskais kods ir pilnībā atšifrēts, tas ir, ir zināms, kuras nukleotīdu tripleta kombinācijas kodē 20 aminoskābes. Izmantojot trīs nukleotīdu kombināciju, ir iespējams kodēt vairāk aminoskābju, nekā nepieciešams 20 aminoskābju kodēšanai. Izrādījās, ka katru aminoskābi var kodēt vairāki tripleti, izņemot metionīnu un triptofānu. Aminoskābes, kas veido dabiskos proteīnus, var piederēt dažādām grupām: neaizvietojamās skābes (E), neaizvietojamās skābes (E).
Ģenētiskais kods ir sistēma ģenētiskās informācijas ierakstīšanai DNS specifiskas nukleotīdu secības veidā (vai metode aminoskābju secības ierakstīšanai proteīnā, izmantojot nukleotīdus).
Ģenētiskajam kodam ir vairākas īpašības (7 īpašības).