อาร์เอ็นเอคืออะไร รงค์ โครงสร้างและความหลากหลายของมัน บทบาทของ RNA ในกระบวนการรับรู้ข้อมูลทางพันธุกรรม
และยูราซิล (ต่างจาก DNA ซึ่งมีไทมีนแทนยูราซิล) โมเลกุลเหล่านี้พบได้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด รวมถึงในไวรัสบางชนิดด้วย
หน้าที่หลักของ RNA ในสิ่งมีชีวิตในเซลล์นั้นเป็นแม่แบบในการแปลข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นโปรตีนและจัดหากรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องให้กับไรโบโซม ในไวรัส มันเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม (เข้ารหัสโปรตีนในซองจดหมายและเอนไซม์ของไวรัส) ไวรอยด์ประกอบด้วยโมเลกุล RNA แบบวงกลมและไม่มีโมเลกุลอื่นอยู่ มีอยู่ สมมติฐานโลกของ RNAตามที่ RNA เกิดขึ้นก่อนโปรตีนและเป็นรูปแบบแรกของสิ่งมีชีวิต
Cellular RNA ผลิตผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การถอดความ,นั่นคือการสังเคราะห์ RNA บนเมทริกซ์ DNA ดำเนินการโดยเอนไซม์พิเศษ - RNA polymerases จากนั้น Messenger RNA (mRNA) จะมีส่วนร่วมในกระบวนการที่เรียกว่าการแปล ออกอากาศ - นี่คือการสังเคราะห์โปรตีนบนเมทริกซ์ mRNA โดยมีส่วนร่วมของไรโบโซม RNA อื่นๆ ได้รับการดัดแปลงทางเคมีหลังจากการถอดรหัส และหลังจากการสร้างโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิ พวกมันจะทำหน้าที่ต่างๆ ขึ้นอยู่กับประเภทของ RNA
RNA แบบสายเดี่ยวมีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างเชิงพื้นที่ต่างๆ โดยที่นิวคลีโอไทด์บางส่วนของสายโซ่เดียวกันจะจับคู่กัน RNA ที่มีโครงสร้างสูงบางชนิดมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนของเซลล์ ตัวอย่างเช่น การถ่ายโอน RNA ทำหน้าที่ในการจดจำโคดอนและส่งกรดอะมิโนที่สอดคล้องกันไปยังตำแหน่งที่สังเคราะห์โปรตีน และ RNA ของตัวส่งสารทำหน้าที่เป็นพื้นฐานทางโครงสร้างและตัวเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม
อย่างไรก็ตาม หน้าที่ของ RNA ในเซลล์สมัยใหม่ไม่ได้จำกัดอยู่ที่บทบาทในการแปลเท่านั้น ดังนั้น mRNA จึงมีส่วนร่วมใน RNA ของสารยูคาริโอตและกระบวนการอื่น ๆ
นอกจากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุล RNA เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์บางชนิด (เช่น เทโลเมอเรส) แล้ว พบว่า RNA แต่ละตัวมีฤทธิ์ของเอนไซม์เป็นของตัวเอง ความสามารถในการทำให้เกิดการแตกตัวของโมเลกุล RNA อื่น ๆ หรือในทางกลับกัน คือ "ติดกาว" สองตัวเข้าด้วยกัน RNA แยกส่วนเข้าด้วยกัน RNA เหล่านี้เรียกว่า ไรโบไซม์
ไวรัสจำนวนหนึ่งประกอบด้วย RNA นั่นคือในนั้นมีบทบาทที่ DNA แสดงในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น จากความหลากหลายของฟังก์ชัน RNA ในเซลล์ มีการตั้งสมมติฐานว่า RNA เป็นโมเลกุลแรกที่สามารถสืบพันธุ์ได้เองในระบบพรีไบโอโลยี
ประวัติความเป็นมาของการวิจัยอาร์เอ็นเอ
กรดนิวคลีอิกถูกค้นพบใน พ.ศ. 2411นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส โยฮันน์ ฟรีดริช มีเชอร์ เรียกสารเหล่านี้ว่า “นิวเคลียส” เนื่องจากพบได้ในนิวเคลียส (นิวเคลียสละติน) ต่อมาถูกค้นพบว่าเซลล์แบคทีเรียซึ่งไม่มีนิวเคลียสก็มีกรดนิวคลีอิกอยู่ด้วย
มีการเสนอถึงความสำคัญของ RNA ในการสังเคราะห์โปรตีน 2482ในงานของ Thorburn Oskar Kaspersson, Jean Brachet และ Jack Schultz เจอราร์ด แมร์บัคส์ แยกสาร RNA ตัวแรกที่เข้ารหัสฮีโมโกลบินของกระต่าย และแสดงให้เห็นว่าเมื่อมันถูกนำเข้าสู่โอโอไซต์ โปรตีนชนิดเดียวกันก็ถูกสร้างขึ้น
ในสหภาพโซเวียตใน พ.ศ. 2499-57ดำเนินงาน (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบของเซลล์ RNA ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่า RNA จำนวนมากในเซลล์ประกอบด้วยไรโบโซมอล RNA
ใน 1959เซเวโร โอโชอา รับ รางวัลโนเบลในทางการแพทย์เพื่อค้นพบกลไกการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ ลำดับ 77-นิวคลีโอไทด์ของหนึ่งในยีสต์ S. cerevisiae tRNAs ถูกกำหนดใน 1965ในห้องทดลองของโรเบิร์ต ฮอลล์ ซึ่ง 1968เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์
ใน 1967 Carl Woese แนะนำว่า RNA มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา เขาหยิบยกสิ่งที่เรียกว่า RNA World Hypothesis ซึ่ง RNA ของสิ่งมีชีวิตโปรโตทำหน้าที่เป็นทั้งโมเลกุลในการจัดเก็บข้อมูล (ปัจจุบันมีบทบาทนี้โดย DNA) และเป็นโมเลกุลที่กระตุ้นปฏิกิริยาเมแทบอลิซึม (ตอนนี้ทำได้โดยเอนไซม์)
ใน 1976 Walter Faers และกลุ่มของเขาจากมหาวิทยาลัย Ghent (ฮอลแลนด์) เป็นครั้งแรกในการกำหนดลำดับจีโนมของ RNA ที่มีอยู่ในไวรัส bacteriophage MS2
ในตอนต้น ทศวรรษ 1990พบว่าการนำยีนแปลกปลอมเข้าสู่จีโนมพืชทำให้เกิดการยับยั้งการแสดงออกของยีนพืชที่คล้ายคลึงกัน ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น RNA ประมาณ 22 เบส ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า microRNA นั้นแสดงให้เห็นว่ามีบทบาทในการกำกับดูแลในการสร้างพยาธิตัวกลม
สมมติฐานเกี่ยวกับความสำคัญของ RNA ในการสังเคราะห์โปรตีนถูกเสนอโดยTorbjörn Caspersson จากการวิจัย พ.ศ. 2480-2482. ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเซลล์ที่สังเคราะห์โปรตีนอย่างแข็งขันนั้นมี RNA จำนวนมาก ฮูเบิร์ต ชานเทรนน์ได้รับการยืนยันสมมติฐานแล้ว
คุณสมบัติของโครงสร้าง RNA
นิวคลีโอไทด์ของ RNA ประกอบด้วยน้ำตาล - ไรโบส ซึ่งมีฐานใดฐานหนึ่งติดอยู่ที่ตำแหน่งที่ 1 ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไซโตซีน หรือยูราซิล กลุ่มฟอสเฟตรวมไรโบสเข้ากับสายโซ่ ทำให้เกิดพันธะกับอะตอมคาร์บอนขนาด 3 นิ้วของไรโบสหนึ่งตัวและ ที่ตำแหน่ง 5" ของอีกกลุ่มหนึ่ง หมู่ฟอสเฟตจะมีประจุลบที่ pH ทางสรีรวิทยา จึงสามารถเรียก RNA ได้ โพลิเนียน.
RNA ถูกคัดลอกเป็นโพลีเมอร์ที่มีสี่ฐาน (adenine (A), guanine (G), uracil (U) และ cytosine (C)) แต่ RNA ที่โตเต็มที่นั้นมีเบสและน้ำตาลที่ดัดแปลงมากมาย มี RNA ประมาณ 100 ตัว ประเภทต่างๆนิวคลีโอไซด์ที่ถูกดัดแปลง ซึ่ง:
-2"-O-เมทิลไรโบสการปรับเปลี่ยนน้ำตาลที่พบบ่อยที่สุด
- ซูดูริดีน- ฐานที่ดัดแปลงบ่อยที่สุดซึ่งพบบ่อยที่สุด ในซูโดริดีน (Ψ) พันธะระหว่างยูราซิลและไรโบสไม่ใช่ C - N แต่เป็น C - C นิวคลีโอไทด์นี้เกิดขึ้นในตำแหน่งที่แตกต่างกันในโมเลกุล RNA โดยเฉพาะอย่างยิ่งซูโดริดีนมีความสำคัญต่อการทำงานของ tRNA
ฐานดัดแปลงอีกฐานหนึ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวขวัญคือไฮโปแซนทีน, กัวนีนที่ปราศจากอะมิโน, นิวคลีโอไซด์ที่เรียกว่า ไอโนซีน- อิโนซีนมีบทบาทสำคัญในการรับประกันความเสื่อมของรหัสพันธุกรรม
บทบาทของการปรับเปลี่ยนอื่นๆ หลายอย่างยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่ในไรโบโซมอาร์เอ็นเอ การปรับเปลี่ยนหลังการถอดรหัสจำนวนมากอยู่ในบริเวณที่สำคัญต่อการทำงานของไรโบโซม ตัวอย่างเช่นหนึ่งในไรโบนิวคลีโอไทด์เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ เบสไนโตรเจนใน RNA สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างไซโตซีนกับกัวนีน อะดีนีนกับยูราซิล และระหว่างกัวนีนกับยูราซิล อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาอื่น ๆ เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น อะดีนีนหลายตัวสามารถก่อตัวเป็นวง หรือวงที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ตัวซึ่งมีคู่เบสของอะดีนีน-กัวนีน
ลักษณะโครงสร้างที่สำคัญของ RNA ที่ทำให้แตกต่างจาก DNA คือการมีอยู่ของกลุ่มไฮดรอกซิลในตำแหน่ง 2 นิ้วของไรโบส ซึ่งช่วยให้โมเลกุล RNA มีอยู่ในโครงสร้าง A แทนที่จะเป็นโครงสร้าง B ซึ่งมักพบเห็นใน DNA มากที่สุด ในรูปแบบ A จะมีร่องหลักที่ลึกและแคบ และร่องย่อยที่ตื้นและกว้าง ผลที่ตามมาประการที่สองของการมีอยู่ของหมู่ไฮดรอกซิลขนาด 2 นิ้วก็คือพลาสติกที่มีโครงสร้าง นั่นคือ บริเวณของโมเลกุล RNA ที่ไม่มีส่วนร่วมใน การก่อตัวของเกลียวคู่สามารถโจมตีพันธะฟอสเฟตอื่น ๆ ทางเคมีและแยกออกได้
รูปแบบ "การทำงาน" ของโมเลกุล RNA แบบเกลียวเดี่ยว เช่น โปรตีน มักมี โครงสร้างระดับอุดมศึกษาโครงสร้างตติยภูมิเกิดขึ้นจากองค์ประกอบของโครงสร้างทุติยภูมิที่เกิดขึ้นจากพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลเดียว องค์ประกอบโครงสร้างรองมีหลายประเภท ได้แก่ สเตมลูป ลูป และนามแฝง มีผลบังคับใช้ ปริมาณมาก ตัวเลือกที่เป็นไปได้การจับคู่ฐาน การทำนายโครงสร้างรอง RNA - อื่นๆ อีกมากมาย งานที่ยากลำบากมากกว่าโครงสร้างโปรตีน แต่ปัจจุบันมีโปรแกรมที่มีประสิทธิภาพเช่น mfold
ตัวอย่างของการพึ่งพาฟังก์ชันของโมเลกุล RNA ในโครงสร้างรองคือไซต์รายการไรโบโซมภายใน (IRES) IRES เป็นโครงสร้างที่ปลาย 5 นิ้วของ Messenger RNA ซึ่งรับประกันการเกาะติดของไรโบโซม โดยข้ามกลไกปกติในการเริ่มต้นการสังเคราะห์โปรตีน โดยต้องมีฐานดัดแปลงพิเศษ (ฝา) ที่ปลาย 5 นิ้วและการเริ่มต้นโปรตีน ปัจจัย IRES ถูกค้นพบครั้งแรกใน RNA ของไวรัส แต่มีหลักฐานเพิ่มมากขึ้นว่า mRNA ของเซลล์ยังใช้กลไกการเริ่มต้นที่ขึ้นกับ IRES ภายใต้สภาวะความเครียด RNA หลายประเภทเช่น rRNA และ snRNA (snRNA) ในการทำงานของเซลล์ในรูปแบบของสารเชิงซ้อนกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุล RNA หลังจากการสังเคราะห์หรือ (y) ส่งออกจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึม คอมเพล็กซ์ RNA-โปรตีนดังกล่าวเรียกว่าคอมเพล็กซ์ไรโบนิวคลีโอโปรตีนหรือ ไรโบนิวคลีโอโปรตีน.
กรดไรโบนิวคลีอิกของ Messenger (mRNA, คำพ้องความหมาย - Messenger RNA, mRNA)- RNA รับผิดชอบในการถ่ายโอนข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีนจาก DNA ไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน mRNA ถูกสังเคราะห์จาก DNA ในระหว่างการถอดรหัส หลังจากนั้นจะใช้ในระหว่างการแปลเป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ดังนั้น mRNA จึงมีบทบาทสำคัญใน "การสำแดง" (การแสดงออก)
ความยาวของ mRNA ที่เจริญเต็มที่โดยทั่วไปมีตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันนิวคลีโอไทด์ mRNA ที่ยาวที่สุดถูกพบในไวรัสที่มี (+) ssRNA เช่น picornaviruses แต่ควรจำไว้ว่าในไวรัสเหล่านี้ mRNA จะก่อตัวเป็นจีโนมทั้งหมด
RNA ส่วนใหญ่ไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสเหล่านี้อาจถูกคัดลอกมาจากยีนแต่ละตัว (เช่น RNA ของไรโบโซม) หรือได้มาจากอินตรอน RNA แบบไม่เข้ารหัสประเภทคลาสสิกที่ได้รับการศึกษามาอย่างดีคือ RNA การถ่ายโอน (tRNA) และ rRNA ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการแปล นอกจากนี้ยังมีคลาสของ RNA ที่รับผิดชอบในการควบคุมยีน การประมวลผล mRNA และบทบาทอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีโมเลกุล RNA ที่ไม่เข้ารหัสซึ่งสามารถกระตุ้นได้ ปฏิกิริยาเคมีเช่น การตัดและผูกโมเลกุล RNA โดยการเปรียบเทียบกับโปรตีนที่สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมี - เอนไซม์ (เอนไซม์) โมเลกุล RNA ของตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่าไรโบไซม์
การขนส่ง (tRNA)- มีขนาดเล็กประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 80 โมเลกุลที่มีโครงสร้างตติยภูมิแบบอนุรักษ์นิยม พวกมันขนส่งกรดอะมิโนจำเพาะไปยังบริเวณที่มีการสังเคราะห์พันธะเปปไทด์ในไรโบโซม tRNA แต่ละตัวมีตำแหน่งสำหรับการแนบกรดอะมิโนและแอนติโคดอนสำหรับการจดจำและการแนบกับโคดอน mRNA แอนติโคดอนจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโคดอน ซึ่งทำให้ tRNA อยู่ในตำแหน่งที่ส่งเสริมการสร้างพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนตัวสุดท้ายของเปปไทด์ที่เกิดขึ้นกับกรดอะมิโนที่เกาะติดกับ tRNA
ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ (rRNA)- องค์ประกอบเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม ไรโบโซมยูคาริโอตประกอบด้วยโมเลกุล rRNA สี่ประเภท: 18S, 5.8S, 28S และ 5S rRNA สามในสี่ประเภทถูกสังเคราะห์บนโพลีโซม ในพลาสซึมของไรโบโซม RNA ของไรโบโซมจะรวมกับโปรตีนของไรโบโซมเพื่อสร้างนิวคลีโอโปรตีนที่เรียกว่าไรโบโซม ไรโบโซมเกาะติดกับ mRNA และสังเคราะห์โปรตีน rRNA ประกอบด้วย RNA ถึง 80% และพบได้ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ยูคาริโอต
RNA ชนิดผิดปกติที่ทำหน้าที่เป็น tRNA และ mRNA (tmRNA) พบได้ในแบคทีเรียและพลาสติดหลายชนิด เมื่อไรโบโซมหยุดที่ mRNA ที่มีข้อบกพร่องโดยไม่มีโคดอนหยุด tmRNA จะแนบเปปไทด์ขนาดเล็กที่ควบคุมการย่อยสลายโปรตีน
MicroRNA (ความยาวนิวคลีโอไทด์ 21-22)พบในยูคาริโอตและส่งผลต่อกลไกการรบกวนอาร์เอ็นเอ ในกรณีนี้ microRNA และเอนไซม์ที่ซับซ้อนสามารถนำไปสู่เมทิลเลชั่นของนิวคลีโอไทด์ใน DNA ของโปรโมเตอร์ยีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณในการลดการทำงานของยีน เมื่อใช้การควบคุมประเภทอื่น mRNA ที่อยู่เสริมกับ microRNA จะลดลง อย่างไรก็ตาม ยังมี miRNA ที่เพิ่มมากขึ้นแทนที่จะลดการแสดงออกของยีน
RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก (siRNA, นิวคลีโอไทด์ 20-25)มักเกิดขึ้นจากความแตกแยกของ RNA ของไวรัส แต่ก็มี miRNA ของเซลล์ภายนอกอยู่เช่นกัน RNA ที่รบกวนขนาดเล็กยังทำหน้าที่ผ่านการรบกวน RNA ด้วยกลไกที่คล้ายกับ microRNA
เปรียบเทียบกับดีเอ็นเอ
มีความแตกต่างหลักสามประการระหว่าง DNA และ RNA:
1 . DNA มีน้ำตาลดีออกซีไรโบส ส่วน RNA มีน้ำตาลซึ่งมีหมู่ไฮดรอกซิลเพิ่มเติมเมื่อเปรียบเทียบกับดีออกซีไรโบส กลุ่มนี้เพิ่มความน่าจะเป็นของการไฮโดรไลซิสของโมเลกุลนั่นคือลดความเสถียรของโมเลกุล RNA
2.
นิวคลีโอไทด์ที่เป็นส่วนเสริมของอะดีนีนใน RNA ไม่ใช่ไทมีน เช่นเดียวกับใน DNA แต่ยูราซิลเป็นรูปแบบของไทมีนที่ไม่ได้รับเมทิลเลต
3.
DNA มีอยู่ในรูปของเกลียวคู่ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลสองโมเลกุลที่แยกจากกัน โดยเฉลี่ยแล้วโมเลกุล RNA จะสั้นกว่ามากและมีลักษณะเป็นเกลียวเดี่ยวเป็นส่วนใหญ่ การวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุล RNA ที่ทำงานทางชีวภาพ รวมถึง tRNA, rRNA snRNA และโมเลกุลอื่น ๆ ที่ไม่ได้เขียนโค้ดสำหรับโปรตีน แสดงให้เห็นว่าพวกมันไม่ได้ประกอบด้วยเกลียวยาวอันเดียว แต่มีเกลียวสั้น ๆ จำนวนมากตั้งอยู่ใกล้กันและก่อตัวเป็นสิ่งที่คล้ายกับโครงสร้างตติยภูมิของ โปรตีน เป็นผลให้ RNA สามารถกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีได้ ตัวอย่างเช่น ศูนย์กลางการถ่ายโอนเปปไทด์ของไรโบโซมซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ระหว่างโปรตีนประกอบด้วย RNA ทั้งหมด
คุณสมบัติ คุณสมบัติ:
1. การประมวลผล
RNA จำนวนมากมีส่วนร่วมในการแก้ไข RNA อื่น ๆ อินตรอนถูกตัดออกจาก pro-mRNA โดย spliceosomes ซึ่งนอกเหนือจากโปรตีนแล้ว ยังมี RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็กจำนวนมาก (snRNA) นอกจากนี้อินตรอนยังสามารถกระตุ้นการตัดตอนของตนเองได้ RNA ที่สังเคราะห์ขึ้นจากการถอดรหัสสามารถดัดแปลงทางเคมีได้เช่นกัน ในยูคาริโอต การดัดแปลงทางเคมีของนิวคลีโอไทด์ RNA เช่น เมทิลเลชั่นของพวกมันจะดำเนินการโดย RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (snRNAs, นิวคลีโอไทด์ 60-300) RNA ประเภทนี้ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในนิวเคลียสและเนื้อคาฮาล หลังจากที่ snRNA เชื่อมโยงกับเอนไซม์แล้ว snRNA จะจับกับ RNA เป้าหมายโดยการสร้างคู่เบสระหว่างโมเลกุลทั้งสอง และเอนไซม์จะปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ของ RNA เป้าหมาย ไรโบโซมและอาร์เอ็นเอที่ถ่ายโอนมีการดัดแปลงหลายอย่าง ตำแหน่งเฉพาะซึ่งมักจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ในระหว่างการวิวัฒนาการ SnRNA และ snRNA เองก็สามารถแก้ไขได้เช่นกัน
2. ออกอากาศ
TRNA ยึดกรดอะมิโนบางชนิดไว้ในไซโตพลาสซึมและถูกส่งไปยังตำแหน่งสังเคราะห์โปรตีนบน mRNA ซึ่งจับกับโคดอนและให้กรดอะมิโนที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน
3. ฟังก์ชั่นข้อมูล
ในไวรัสบางชนิด RNA ทำหน้าที่เหมือนกับที่ DNA ทำงานในยูคาริโอต นอกจากนี้ mRNA ยังทำหน้าที่ให้ข้อมูลซึ่งนำข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนและเป็นที่ตั้งของการสังเคราะห์
4. การควบคุมยีน
RNA บางประเภทเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนโดยการเพิ่มหรือลดการทำงานของมัน สิ่งเหล่านี้เรียกว่า miRNA (RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก) และ microRNA
5. ตัวเร่งปฏิกิริยาการทำงาน
มีสิ่งที่เรียกว่าเอนไซม์ที่อยู่ใน RNA เรียกว่าไรโบไซม์ เอนไซม์เหล่านี้ทำหน้าที่ต่างกันและมีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์
หมายถึง กรดนิวคลีอิก- โมเลกุลโพลีเมอร์ RNA มีขนาดเล็กกว่าโมเลกุลของ DNA มาก อย่างไรก็ตาม จำนวนโมโนเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ที่รวมอยู่ในนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของ RNA จะแตกต่างกันไป
นิวคลีโอไทด์ RNA ประกอบด้วยไรโบสเป็นน้ำตาล และอะดีไนต์ กวานีน ยูราซิล และไซโตซีนเป็นเบสไนโตรเจน Uracil ตามโครงสร้างและ คุณสมบัติทางเคมีใกล้กับไทมีนซึ่งพบได้ทั่วไปใน DNA ในโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่เจริญเต็มที่ เบสไนโตรเจนจำนวนมากได้รับการแก้ไข ดังนั้น ในความเป็นจริงแล้วเบสไนโตรเจนในอาร์เอ็นเอยังมีหลายประเภท
น้ำตาลซึ่งแตกต่างจากดีออกซีไรโบสมีกลุ่ม -OH เพิ่มเติม (ไฮดรอกซิล) สถานการณ์นี้ทำให้ RNA สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายขึ้น
หน้าที่หลักของ RNA ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตสามารถเรียกได้ว่าเป็นการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ ขอบคุณ ประเภทต่างๆกรดไรโบนิวคลีอิก รหัสพันธุกรรมถูกอ่าน (ถอดความ) จาก DNA หลังจากนั้นโพลีเปปไทด์จะถูกสังเคราะห์บนพื้นฐานของมัน (มีการแปล) ดังนั้น หาก DNA มีหน้าที่หลักในการจัดเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่น (กระบวนการหลักคือการจำลองแบบ) RNA จะนำข้อมูลนี้ไปใช้ (กระบวนการถอดความและการแปล) ในกรณีนี้ การถอดรหัสเกิดขึ้นใน DNA ดังนั้นกระบวนการนี้จึงใช้ได้กับกรดนิวคลีอิกทั้งสองประเภท และจากมุมมองนี้ เราสามารถพูดได้ว่า DNA ยังรับผิดชอบในการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ด้วย
เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด หน้าที่ของ RNA จะมีความหลากหลายมากขึ้น โมเลกุล RNA จำนวนหนึ่งทำหน้าที่ด้านโครงสร้าง ตัวเร่งปฏิกิริยา และฟังก์ชันอื่นๆ
มีสิ่งที่เรียกว่าสมมติฐานโลกของ RNA ซึ่งในตอนแรกมีเพียงโมเลกุล RNA เท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ในขณะที่โมเลกุล RNA อื่น ๆ กระตุ้นปฏิกิริยาต่างๆ สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองจำนวนหนึ่งที่แสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการที่เป็นไปได้ของ RNA สิ่งนี้แสดงให้เห็นด้วยความจริงที่ว่าไวรัสจำนวนหนึ่งมีโมเลกุล RNA เป็นกรดนิวคลีอิกที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรม
ตามสมมติฐานโลกของ RNA DNA ปรากฏในภายหลังในกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติในฐานะโมเลกุลที่เสถียรกว่าซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม
RNA มีสามประเภทหลัก (ยังมีประเภทอื่นนอกเหนือจากนั้น): เทมเพลต (หรือที่เรียกว่าผู้ส่งสาร), ไรโบโซม และการขนส่ง พวกมันถูกกำหนดตามลำดับเป็น mRNA (หรือ mRNA), rRNA และ tRNA
เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (mRNA)
RNA เกือบทั้งหมดถูกสังเคราะห์จาก DNA ในระหว่างการถอดรหัส อย่างไรก็ตาม การถอดความมักเรียกว่าการสังเคราะห์ Messenger RNA (mRNA) นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA จะเป็นตัวกำหนดลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่สังเคราะห์ระหว่างการแปลในเวลาต่อมา
ก่อนการถอดความ สาย DNA จะหลุดออก และหนึ่งในนั้นด้วยความช่วยเหลือของโปรตีน-เอนไซม์ที่ซับซ้อน RNA จะถูกสังเคราะห์ตามหลักการของการเติมเต็ม เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นระหว่างการจำลองดีเอ็นเอ ตรงข้ามกับ DNA adenine เท่านั้น นิวคลีโอไทด์ที่มียูราซิลติดอยู่กับโมเลกุล RNA ไม่ใช่ไทมีน ไม่ใช่ไทมีน
ในความเป็นจริง ไม่ใช่ Messenger RNA ที่เสร็จแล้วซึ่งสังเคราะห์บน DNA แต่เป็นรุ่นก่อนคือ pre-mRNA สารตั้งต้นมีส่วนต่างๆ ของลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ได้เขียนโค้ดสำหรับโปรตีน และหลังจากการสังเคราะห์ pre-mRNA จะถูกตัดออกด้วยการมีส่วนร่วมของ RNA ของนิวเคลียร์และนิวเคลียสขนาดเล็ก (“ประเภทเพิ่มเติม” ของ RNA) พื้นที่ถอยเหล่านี้เรียกว่า อินตรอน- ส่วนที่เหลือของ mRNA เรียกว่า เอ็กซอน- หลังจากเอาอินตรอนออกแล้ว เอ็กซอนก็จะถูกต่อเข้าด้วยกัน เรียกว่ากระบวนการลบอินตรอนและเข้าร่วมเอ็กซอน ประกบกัน- คุณลักษณะที่ซับซ้อนคือสามารถตัดอินตรอนออกได้หลายวิธี ส่งผลให้เกิด mRNA ที่แตกต่างกันซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับโปรตีนต่างๆ ดังนั้นดูเหมือนว่ายีน DNA หนึ่งยีนสามารถมีบทบาทเป็นหลายยีนได้
ควรสังเกตว่าการต่อรอยไม่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต โดยปกติแล้ว mRNA จะพร้อมสำหรับการแปลทันทีหลังจากการสังเคราะห์ DNA มันเกิดขึ้นที่ในขณะที่ส่วนท้ายของโมเลกุล mRNA ยังคงถูกคัดลอกอยู่ แต่ไรโบโซมก็อยู่ที่จุดเริ่มต้นแล้วเพื่อสังเคราะห์โปรตีน
เมื่อ pre-mRNA เจริญเต็มที่เป็น Messenger RNA และอยู่นอกนิวเคลียส ก็จะกลายเป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ ในเวลาเดียวกันไรโบโซมจะ "ติด" ไว้ (ไม่ใช่ในทันที บางส่วนปรากฏก่อน อื่น - วินาที ฯลฯ ) แต่ละตัวสังเคราะห์สำเนาโปรตีนของตัวเอง กล่าวคือ สามารถสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนที่เหมือนกันหลายโมเลกุลได้ในโมเลกุล RNA เดียวในคราวเดียว (เห็นได้ชัดว่าแต่ละโมเลกุลจะอยู่ในขั้นตอนการสังเคราะห์ของตัวเอง)
ไรโบโซมซึ่งเคลื่อนที่จากจุดเริ่มต้นของ mRNA ไปยังจุดสิ้นสุด อ่านนิวคลีโอไทด์ได้ครั้งละ 3 ตัว (แม้ว่าจะมีรหัส 6 รหัส นั่นคือ 2 รหัส) และแนบ RNA การถ่ายโอนที่สอดคล้องกัน (ซึ่งมีแอนติโคดอนที่สอดคล้องกับโคดอน) ซึ่ง มีกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องติดอยู่ หลังจากนั้นด้วยความช่วยเหลือของศูนย์กลางที่ใช้งานของไรโบโซมส่วนที่สังเคราะห์ก่อนหน้านี้ของโพลีเปปไทด์ซึ่งเชื่อมต่อกับ tRNA ก่อนหน้านั้นก็คือ "การปลูกถ่าย" (เกิดพันธะเปปไทด์) ลงบนกรดอะมิโนที่ติดอยู่ tRNA ที่เพิ่งมาถึง ดังนั้นโมเลกุลโปรตีนจะค่อยๆ เพิ่มขนาดขึ้น
เมื่อไม่จำเป็นต้องใช้โมเลกุล Messenger RNA อีกต่อไป เซลล์จะทำลายมัน
ถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ (tRNA)
Transfer RNA เป็นโมเลกุลที่ค่อนข้างเล็ก (ตามมาตรฐานโพลีเมอร์) (จำนวนนิวคลีโอไทด์แตกต่างกันไปโดยเฉลี่ยประมาณ 80) ในโครงสร้างรองจะมีรูปร่างของใบโคลเวอร์ในโครงสร้างระดับตติยภูมิจะพับเป็นสิ่งที่คล้ายกับตัวอักษร ช.
หน้าที่ของ tRNA คือการยึดกรดอะมิโนที่สอดคล้องกับแอนติโคดอนเข้ากับตัวเอง ต่อจากนั้นจะเชื่อมต่อกับไรโบโซมซึ่งอยู่ที่โคดอน mRNA ที่สอดคล้องกับแอนติโคดอนและ "ถ่ายโอน" กรดอะมิโนนี้ โดยสรุป เราสามารถพูดได้ว่าการถ่ายโอน RNA นำกรดอะมิโน (นั่นคือสาเหตุว่าทำไมจึงเป็นการขนส่ง) ไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน
สัตว์ป่าบนโลกนี้ใช้กรดอะมิโนเพียงประมาณ 20 ตัวในการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนต่างๆ (อันที่จริงมีกรดอะมิโนมากกว่ามาก) แต่เนื่องจากตามรหัสพันธุกรรม มีโคดอนมากกว่า 60 ตัว กรดอะมิโนแต่ละตัวจึงสามารถสอดคล้องกับรหัสพันธุกรรมได้หลายตัว (อันที่จริง มีมากบ้างน้อยบ้าง) ดังนั้นจึงมี tRNA มากกว่า 20 ชนิด โดยมี RNA การถ่ายโอนที่แตกต่างกันซึ่งมีกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน (แต่ทุกอย่างก็ไม่ง่ายเหมือนกันที่นี่)
ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ (rRNA)
ไรโบโซมอล RNA มักเรียกว่าไรโบโซมอล RNA มันเป็นเรื่องเดียวกัน
ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอคิดเป็นประมาณ 80% ของอาร์เอ็นเอทั้งหมดในเซลล์ เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของไรโบโซมซึ่งมีอยู่ค่อนข้างมากในเซลล์
ในไรโบโซม rRNA ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนกับโปรตีนและทำหน้าที่ด้านโครงสร้างและตัวเร่งปฏิกิริยา
ไรโบโซมประกอบด้วยโมเลกุล rRNA ที่แตกต่างกันหลายโมเลกุล โดยมีความยาวสายโซ่ โครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิ และหน้าที่ต่างกัน อย่างไรก็ตาม หน้าที่โดยรวมคือการดำเนินการตามกระบวนการแปล ในกรณีนี้ โมเลกุล rRNA อ่านข้อมูลจาก mRNA และกระตุ้นการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโน
หน้าที่ของ RNA จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของกรดไรโบนิวคลีอิก
1) เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (i-RNA)
2) ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ (r-RNA)
3) ถ่ายโอน RNA (tRNA)
4) RNA รอง (เล็ก) สิ่งเหล่านี้คือโมเลกุล RNA ซึ่งส่วนใหญ่มักมีน้ำหนักโมเลกุลเล็กอยู่ในส่วนต่าง ๆ ของเซลล์ (เมมเบรน, ไซโตพลาสซึม, ออร์แกเนลล์, นิวเคลียส ฯลฯ ) บทบาทของพวกเขายังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถช่วยการเจริญเติบโตของไรโบโซมอล RNA มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนโปรตีนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ส่งเสริมการทำซ้ำของโมเลกุล DNA เป็นต้น
5) ไรโบไซม์ RNA ชนิดที่ระบุเมื่อเร็วๆ นี้ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการเอนไซม์ของเซลล์ในฐานะเอนไซม์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา)
6) อาร์เอ็นเอของไวรัส ไวรัสทุกชนิดสามารถมีกรดนิวคลีอิกได้เพียงชนิดเดียวเท่านั้น: DNA หรือ RNA ดังนั้นไวรัสที่มีโมเลกุล RNA จึงเรียกว่าไวรัสที่มี RNA เมื่อไวรัสประเภทนี้เข้าสู่เซลล์ กระบวนการถอดรหัสแบบย้อนกลับ (การก่อตัวของ DNA ใหม่ตาม RNA) อาจเกิดขึ้นได้ และ DNA ที่สร้างขึ้นใหม่ของไวรัสจะถูกรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์ และรับประกันการดำรงอยู่และการสืบพันธุ์ ของเชื้อโรค สถานการณ์ที่สองคือการก่อตัวของ RNA เสริมบนเมทริกซ์ของ RNA ของไวรัสที่เข้ามา ในกรณีนี้การก่อตัวของโปรตีนของไวรัสใหม่ กิจกรรมที่สำคัญและการสืบพันธุ์ของไวรัสเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกบนพื้นฐานของข้อมูลทางพันธุกรรมที่บันทึกไว้ใน RNA ของไวรัสเท่านั้น กรดไรโบนิวคลีอิก อาร์เอ็นเอ โครงสร้าง โครงสร้าง ประเภท บทบาท รหัสพันธุกรรม กลไกการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม การจำลองแบบ การถอดเสียง
ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ
rRNA คิดเป็น 90% ของ RNA ทั้งหมดในเซลล์และมีลักษณะเฉพาะคือความเสถียรของการเผาผลาญ โปรคาริโอตมีสามตัว ประเภทต่างๆ rRNA ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอน 23S, 16S และ 5S; ยูคาริโอตมีสี่ประเภท: -28S, 18S, 5S และ 5,8S
RNA ประเภทนี้ได้รับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไรโบโซมและมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเฉพาะกับโปรตีนไรโบโซม
Ribosomal RNA มีรูปแบบของโครงสร้างทุติยภูมิในรูปแบบของบริเวณเกลียวคู่ที่เชื่อมต่อกันด้วยเกลียวเดี่ยวโค้ง โปรตีนไรโบโซมมีความเกี่ยวข้องอย่างเด่นชัดกับบริเวณที่เป็นเกลียวเดี่ยวของโมเลกุล
rRNA มีลักษณะเฉพาะคือการมีฐานที่ถูกดัดแปลง แต่มีปริมาณน้อยกว่าใน tRNA อย่างมาก rRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ที่มีเมทิลเป็นส่วนใหญ่ โดยมีหมู่เมทิลติดอยู่กับเบสหรือกับหมู่ 2/-OH ของไรโบส
ถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ
โมเลกุล tRNA เป็นสายเดี่ยวที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 70-90 ตัว โดยมีน้ำหนักโมเลกุล 23,000-28,000 และค่าคงที่การตกตะกอนที่ 4S ใน RNA ของเซลล์ การถ่ายโอน RNA คิดเป็น 10-20% โมเลกุล tRNA มีความสามารถในการจับโควาเลนต์กับกรดอะมิโนจำเพาะและเชื่อมต่อผ่านระบบพันธะไฮโดรเจนกับนิวคลีโอไทด์แฝดสามของโมเลกุล mRNA ดังนั้น tRNA จึงใช้รหัสที่สอดคล้องกันระหว่างกรดอะมิโนและรหัส mRNA ที่สอดคล้องกัน ในการทำหน้าที่ของอะแดปเตอร์ tRNA จะต้องมีโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิที่กำหนดไว้อย่างดี
โมเลกุล tRNA แต่ละตัวมีโครงสร้างทุติยภูมิคงที่ มีรูปร่างเหมือนโคลเวอร์ลีฟสองมิติ และประกอบด้วยบริเวณที่เป็นเกลียวที่เกิดจากนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่เดียวกัน และมีห่วงเกลียวเดี่ยวที่อยู่ระหว่างพวกมัน จำนวนบริเวณลานถึงครึ่งหนึ่งของโมเลกุล ลำดับที่ไม่จับคู่จะสร้างองค์ประกอบโครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะ (กิ่งก้าน) ซึ่งมีกิ่งก้านทั่วไป:
A) ก้านตัวรับ ที่ปลาย 3/-OH ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วจะมีแฝด CCA กรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องจะถูกเติมลงในกลุ่มคาร์บอกซิลของอะดีโนซีนเทอร์มินัลโดยใช้เอนไซม์เฉพาะ
B) pseudouridine หรือ T C-loop ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เจ็ดตัวที่มีลำดับบังคับ 5 / -T CG-3 / ซึ่งมี pseudouridine; สันนิษฐานว่าใช้ลูป T C เพื่อผูก tRNA กับไรโบโซม
B) ลูปเพิ่มเติม - ขนาดและองค์ประกอบต่างกันใน tRNA ที่แตกต่างกัน
D) ลูปแอนติโคดอนประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เจ็ดตัวและมีกลุ่มของสามฐาน (แอนติโคดอน) ซึ่งประกอบกับแฝดสาม (โคดอน) ในโมเลกุล mRNA
E) ห่วง dihydrouridyl (D-loop) ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 8-12 ตัวและมีสารตกค้าง dihydrouridyl หนึ่งถึงสี่ตัว เชื่อกันว่าจะใช้ D-loop เพื่อจับ tRNA กับเอนไซม์เฉพาะ (aminoacyl-tRNA synthetase)
การบรรจุระดับตติยภูมิของโมเลกุล tRNA มีขนาดเล็กมากและเป็นรูปตัว L มุมของโครงสร้างดังกล่าวเกิดจากสารตกค้างไดไฮโดรริดีนและวง T C ส่วนขายาวจะสร้างก้านตัวรับและวง T C และขาสั้นจะสร้างวง D-loop และวงแอนติโคดอน
แคตไอออนโพลีวาเลนท์ (Mg 2+ , โพลีเอมีน) รวมถึงพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานและแกนหลักฟอสโฟไดสเตอร์ มีส่วนร่วมในการทำให้โครงสร้างตติยภูมิของ tRNA มีเสถียรภาพ
การจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อนของโมเลกุล tRNA เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่มีความจำเพาะสูงหลายอย่างกับทั้งโปรตีนและกรดนิวคลีอิกอื่นๆ (rRNA)
Transfer RNA แตกต่างจาก RNA ประเภทอื่นตรงที่มีเนื้อหารองสูง ฐานเฉลี่ย 10-12 เบสต่อโมเลกุล แต่จำนวนเบสทั้งหมดและ tRNA จะเพิ่มขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตเคลื่อนตัวขึ้นบันไดวิวัฒนาการ methylated purine หลายชนิด (adenine, guanine) และ pyrimidine (5-methylcytosine และ ribosylthymine) เบส, เบสที่ประกอบด้วยกำมะถัน (6-thiouracil) ถูกระบุใน tRNA แต่ที่พบมากที่สุด (6-thiouracil) แต่องค์ประกอบรองที่พบบ่อยที่สุดคือ ซูดูริดีน บทบาทของนิวคลีโอไทด์ที่ผิดปกติในโมเลกุล tRNA ยังไม่ชัดเจน แต่เชื่อกันว่ายิ่งระดับการบรรเทา tRNA ต่ำลงเท่าใด ความกระตือรือร้นและความจำเพาะก็จะน้อยลงเท่านั้น
การแปลนิวคลีโอไทด์ที่ถูกดัดแปลงได้รับการแก้ไขอย่างเข้มงวด การมีเบสรองใน tRNA ทำให้โมเลกุลทนทานต่อการทำงานของนิวคลีเอส และยิ่งไปกว่านั้น พวกมันยังมีส่วนร่วมในการรักษาโครงสร้างบางอย่าง เนื่องจากเบสดังกล่าวไม่สามารถจับคู่ตามปกติและป้องกันการก่อตัวของเกลียวคู่ได้ ดังนั้นการมีอยู่ของฐานที่ถูกดัดแปลงใน tRNA ไม่เพียงแต่เป็นตัวกำหนดโครงสร้างของมันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำงานพิเศษมากมายของโมเลกุล tRNA ด้วย
เซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ประกอบด้วยชุดของ tRNA ที่แตกต่างกัน สำหรับกรดอะมิโนแต่ละตัวจะมี tRNA เฉพาะเจาะจงอย่างน้อยหนึ่งตัว tRNA ที่จับกับกรดอะมิโนชนิดเดียวกันเรียกว่า isoacceptor เซลล์แต่ละประเภทในร่างกายแตกต่างกันไปตามอัตราส่วนของตัวรับไอโซแอคเตอร์ tRNA
เมทริกซ์ (ข้อมูล)
Messenger RNA มีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับลำดับกรดอะมิโนสำหรับเอนไซม์ที่จำเป็นและโปรตีนอื่นๆ เช่น ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสายโซ่โพลีเปปไทด์ ส่วนแบ่งของ mRNA ในเซลล์คิดเป็น 5% ของจำนวน RNA ทั้งหมด ต่างจาก rRNA และ tRNA ตรงที่ mRNA มีขนาดต่างกัน โดยมีน้ำหนักโมเลกุลอยู่ระหว่าง 25 10 3 ถึง 1 10 6; mRNA มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคงที่ของการตกตะกอนที่หลากหลาย (6-25S) การมีอยู่ของสาย mRNA ที่มีความยาวผันแปรได้ในเซลล์สะท้อนถึงความหลากหลายของน้ำหนักโมเลกุลของโปรตีนที่มีการสังเคราะห์ขึ้น
ในองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ mRNA สอดคล้องกับ DNA จากเซลล์เดียวกันนั่นคือ เป็นส่วนเสริมของสาย DNA เส้นใดเส้นหนึ่ง ลำดับนิวคลีโอไทด์ (โครงสร้างหลัก) ของ mRNA มีข้อมูลไม่เพียงแต่เกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับโครงสร้างรองของโมเลกุล mRNA ด้วย โครงสร้างรองของ mRNA เกิดขึ้นเนื่องจากลำดับที่เสริมซึ่งกันและกัน ซึ่งมีเนื้อหาคล้ายกันใน RNA ที่มีต้นกำเนิดต่างกันและมีช่วงตั้งแต่ 40 ถึง 50% บริเวณที่จับคู่จำนวนมากสามารถก่อรูปได้ในบริเวณ 3/ และ 5/ ของ mRNA
การวิเคราะห์ส่วนปลาย 5/- ของบริเวณ 18s rRNA แสดงให้เห็นว่าพวกมันมีลำดับคู่สมซึ่งกันและกัน
โครงสร้างระดับตติยภูมิของ mRNA เกิดขึ้นส่วนใหญ่เนื่องมาจากพันธะไฮโดรเจน ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ ข้อจำกัดทางเรขาคณิตและสเตอริก และแรงไฟฟ้า
Messenger RNA เป็นรูปแบบที่มีอายุสั้นและมีฤทธิ์ในการเผาผลาญและค่อนข้างไม่เสถียร ดังนั้น mRNA ของจุลินทรีย์จึงมีลักษณะการต่ออายุอย่างรวดเร็วและมีอายุการใช้งานหลายนาที อย่างไรก็ตาม สำหรับสิ่งมีชีวิตที่เซลล์มีนิวเคลียสที่จับกับเยื่อหุ้มเซลล์จริง ช่วงชีวิตของ mRNA อาจนานหลายชั่วโมงหรือหลายวันด้วยซ้ำ
ความเสถียรของ mRNA สามารถกำหนดได้โดยการดัดแปลงโมเลกุลต่างๆ ดังนั้นจึงค้นพบว่าลำดับ 5/-ปลายของ mRNA ของไวรัสและยูคาริโอตมีเมทิลเลตหรือ "ถูกบล็อก" นิวคลีโอไทด์ตัวแรกในโครงสร้างแคปที่ปลาย 5/-คือ 7-เมทิลกัวนีน ซึ่งเชื่อมโยงกับนิวคลีโอไทด์ตัวถัดไปด้วยพันธะ 5/-5/-ไพโรฟอสเฟต นิวคลีโอไทด์ตัวที่สองถูกเมทิลเลตที่เรซิดิวของ C-2/-ไรโบส และนิวคลีโอไทด์ตัวที่สามอาจไม่มีหมู่เมทิล
ความสามารถอีกอย่างหนึ่งของ mRNA ก็คือที่ปลาย 3/-ของโมเลกุล mRNA จำนวนมากของเซลล์ยูคาริโอต จะมีลำดับของอะดีนิลนิวคลีโอไทด์ที่ค่อนข้างยาว ซึ่งติดอยู่กับโมเลกุล mRNA ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์พิเศษหลังจากการสังเคราะห์เสร็จสิ้น ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์และไซโตพลาสซึม
ที่ปลาย 3/- และ 5/- ของ mRNA ลำดับที่ถูกดัดแปลงคิดเป็นประมาณ 25% ของความยาวทั้งหมดของโมเลกุล เป็นที่เชื่อกันว่าลำดับ 5/-แคปและ 3/-โพลี-A มีความจำเป็นเพื่อรักษาเสถียรภาพของ mRNA ปกป้องมันจากการทำงานของนิวคลีเอส หรือเพื่อควบคุมกระบวนการแปลความหมาย
การรบกวนของอาร์เอ็นเอ
พบ RNA หลายประเภทในเซลล์ที่มีชีวิตซึ่งสามารถลดระดับการแสดงออกของยีนเมื่อประกอบกับ mRNA หรือตัวยีนเอง MicroRNAs (ความยาว 21-22 นิวคลีโอไทด์) พบได้ในยูคาริโอตและออกฤทธิ์ผ่านกลไกของการรบกวน RNA ในกรณีนี้ microRNA และเอนไซม์ที่ซับซ้อนสามารถนำไปสู่เมทิลเลชั่นของนิวคลีโอไทด์ใน DNA ของโปรโมเตอร์ยีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณในการลดการทำงานของยีน เมื่อใช้การควบคุมประเภทอื่น mRNA ที่อยู่เสริมกับ microRNA จะลดลง อย่างไรก็ตาม ยังมี miRNA ที่เพิ่มมากขึ้นแทนที่จะลดการแสดงออกของยีน RNA ที่รบกวนขนาดเล็ก (siRNAs, 20–25 นิวคลีโอไทด์) มักเกิดจากการแตกแยกของ RNA ของไวรัส แต่ siRNA ของเซลล์ภายนอกก็มีอยู่เช่นกัน RNA ที่รบกวนขนาดเล็กยังทำหน้าที่ผ่านการรบกวน RNA ด้วยกลไกที่คล้ายกับ microRNA ในสัตว์พบว่ามีการค้นพบสิ่งที่เรียกว่า RNA ที่มีปฏิกิริยาระหว่าง Piwi (piRNA, 29-30 นิวคลีโอไทด์) ซึ่งทำหน้าที่ในเซลล์สืบพันธุ์ต่อต้านการขนย้ายและมีบทบาทในการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ นอกจากนี้ piRNA สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้บนสายเลือดของมารดา โดยส่งต่อความสามารถในการยับยั้งการแสดงออกของทรานสโพซอนไปยังลูกหลาน
Antisense RNA แพร่หลายในแบคทีเรีย หลายชนิดยับยั้งการแสดงออกของยีน แต่บางชนิดก็กระตุ้นการแสดงออก Antisense RNA ทำหน้าที่จับกับ mRNA ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุล RNA แบบเกลียวคู่ ซึ่งถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ พบโมเลกุล RNA ที่มีลักษณะคล้าย mRNA สูงในยูคาริโอต โมเลกุลเหล่านี้ยังควบคุมการแสดงออกของยีนด้วย
นอกเหนือจากบทบาทของแต่ละโมเลกุลในการควบคุมยีนแล้ว องค์ประกอบด้านกฎระเบียบยังสามารถเกิดขึ้นได้ในบริเวณ mRNA ที่ไม่ได้แปลขนาด 5" และ 3" องค์ประกอบเหล่านี้สามารถทำหน้าที่ได้อย่างอิสระเพื่อป้องกันการเริ่มต้นการแปล หรือสามารถจับโปรตีน เช่น เฟอร์ริติน หรือโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น ไบโอติน
RNA จำนวนมากมีส่วนร่วมในการแก้ไข RNA อื่น ๆ อินตรอนถูกตัดออกจาก pre-mRNA โดย spliceosomes ซึ่งนอกเหนือจากโปรตีนแล้ว ยังมี RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็กจำนวนมาก (snRNA) นอกจากนี้อินตรอนยังสามารถกระตุ้นการตัดตอนของตนเองได้ RNA ที่สังเคราะห์ขึ้นจากการถอดรหัสสามารถดัดแปลงทางเคมีได้เช่นกัน ในยูคาริโอต การดัดแปลงทางเคมีของนิวคลีโอไทด์ RNA เช่น เมทิลเลชั่นของพวกมันจะดำเนินการโดย RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (snRNAs, นิวคลีโอไทด์ 60-300) RNA ประเภทนี้ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในนิวเคลียสและเนื้อคาฮาล หลังจากเชื่อมโยง snRNA กับเอนไซม์แล้ว snRNA จะจับกับ RNA เป้าหมายโดยการสร้างคู่เบสระหว่างโมเลกุลทั้งสอง และเอนไซม์จะปรับเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์ของ RNA เป้าหมาย ไรโบโซมและอาร์เอ็นเอที่ถ่ายโอนมีการดัดแปลงหลายอย่าง ตำแหน่งเฉพาะซึ่งมักจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ในระหว่างการวิวัฒนาการ SnRNA และ snRNA เองก็สามารถแก้ไขได้เช่นกัน Guide RNA ดำเนินกระบวนการแก้ไข RNA ในไคเนโทพลาสต์ ซึ่งเป็นบริเวณพิเศษของไมโตคอนเดรียของกลุ่มโปรติสต์ไคเนโตพลาสติด (เช่น ทริปาโนโซม)
จีโนมที่ทำจาก RNA
เช่นเดียวกับ DNA RNA สามารถเก็บข้อมูลเกี่ยวกับ กระบวนการทางชีวภาพ- RNA สามารถใช้เป็นจีโนมของไวรัสและอนุภาคคล้ายไวรัสได้ จีโนม RNA สามารถแบ่งออกเป็นจีโนมที่ไม่มีขั้นตอนกลางของ DNA และจีโนมที่ถูกคัดลอกลงในสำเนา DNA และกลับเข้าไปใน RNA (รีโทรไวรัส) เพื่อทำซ้ำ
ไวรัสหลายชนิด เช่น ไวรัสไข้หวัดใหญ่ มีจีโนมที่ประกอบด้วย RNA ทั้งหมดในทุกระยะ RNA มีอยู่ภายในเปลือกโปรตีนโดยทั่วไปและถูกจำลองแบบโดยใช้ RNA polymerases ที่ขึ้นกับ RNA ซึ่งเข้ารหัสไว้ภายใน จีโนมของไวรัสที่ประกอบด้วย RNA แบ่งออกเป็น:
“RNA สายลบ” ซึ่งทำหน้าที่เป็นจีโนมเท่านั้น และโมเลกุลที่อยู่คู่กันของมันถูกใช้เป็น mRNA
ไวรัสแบบเกลียวคู่
ไวรอยด์เป็นเชื้อโรคอีกกลุ่มหนึ่งที่มีจีโนม RNA และไม่มีโปรตีน พวกมันถูกจำลองแบบโดย RNA polymerases ของสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์
รีโทรไวรัสและรีโทรทรานสโพซัน
ไวรัสอื่นๆ มีจีโนม RNA ในระหว่างระยะเดียวเท่านั้น วงจรชีวิต- virions ของ retroviruses ที่เรียกว่ามีโมเลกุล RNA ซึ่งเมื่อเข้าสู่เซลล์โฮสต์จะทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์สำเนา DNA ในทางกลับกัน ยีน RNA จะอ่านเทมเพลต DNA นอกจากไวรัสแล้ว การถอดรหัสแบบย้อนกลับยังใช้ในคลาสขององค์ประกอบจีโนมมือถือ - retrotransposons
อณูชีววิทยาเป็นสาขาที่สำคัญที่สุดสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และเกี่ยวข้องกับการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิตและส่วนประกอบต่างๆ ขอบเขตการวิจัยของเธอประกอบด้วยกระบวนการสำคัญหลายประการ เช่น การกำเนิด การหายใจ การเติบโต การตาย
การค้นพบอันล้ำค่า อณูชีววิทยาเริ่มถอดรหัสรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชั้นสูงและกำหนดความสามารถของเซลล์ในการจัดเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรม บทบาทหลักในกระบวนการเหล่านี้เป็นของกรดนิวคลีอิกซึ่งโดยธรรมชาติมีสองประเภทคือ DNA และ RNA โมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้คืออะไร? พวกมันทำมาจากอะไรและทำหน้าที่ทางชีวภาพอะไร?
ดีเอ็นเอคืออะไร?
DNA ย่อมาจากกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก มันเป็นหนึ่งในสามโมเลกุลของเซลล์ (อีกสองโมเลกุลคือโปรตีนและกรดไรโบนิวคลีอิก) ซึ่งรับประกันการเก็บรักษาและการถ่ายทอดรหัสพันธุกรรมเพื่อการพัฒนาและกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต ด้วยคำพูดง่ายๆ, DNA เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม มันมีจีโนไทป์ของแต่ละบุคคลซึ่งมีความสามารถในการสืบพันธุ์ตัวเองและส่งข้อมูลโดยการสืบทอด
ในฐานะสารเคมี กรดถูกแยกออกจากเซลล์ในช่วงทศวรรษปี 1860 แต่จนถึงกลางศตวรรษที่ 20 ไม่มีใครจินตนาการว่ากรดนี้สามารถจัดเก็บและส่งข้อมูลได้
เป็นเวลานานเชื่อกันว่าการทำงานเหล่านี้ดำเนินการโดยโปรตีน แต่ในปี 1953 นักชีววิทยากลุ่มหนึ่งสามารถขยายความเข้าใจในสาระสำคัญของโมเลกุลได้อย่างมีนัยสำคัญและพิสูจน์บทบาทหลักของ DNA ในการเก็บรักษาและการถ่ายทอดจีโนไทป์ การค้นพบนี้กลายเป็นการค้นพบแห่งศตวรรษ และนักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของพวกเขา
ดีเอ็นเอประกอบด้วยอะไร?
DNA เป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่ใหญ่ที่สุดและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สี่ตัวซึ่งประกอบด้วยกรดฟอสฟอริกที่ตกค้าง โครงสร้างกรดค่อนข้างซับซ้อน นิวคลีโอไทด์ของมันเชื่อมต่อกันด้วยสายโซ่ยาวซึ่งรวมกันเป็นคู่เป็นโครงสร้างรอง - เอนริเก้คู่
DNA มีแนวโน้มที่จะได้รับความเสียหายจากการแผ่รังสีหรือสารออกซิไดซ์ต่างๆ ซึ่งทำให้กระบวนการกลายพันธุ์เกิดขึ้นในโมเลกุล การทำงานของกรดโดยตรงขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของมันกับโมเลกุลอื่น - โปรตีน โดยการโต้ตอบกับพวกมันในเซลล์จะก่อให้เกิดสารโครมาตินซึ่งภายในข้อมูลจะถูกรับรู้.
อาร์เอ็นเอคืออะไร?
RNA เป็นกรดไรโบนิวคลีอิกที่มีเบสไนโตรเจนและกรดฟอสฟอริกตกค้าง
มีสมมติฐานว่ามันเป็นโมเลกุลแรกที่ได้รับความสามารถในการสืบพันธุ์ย้อนกลับไปในยุคของการก่อตัวของดาวเคราะห์ของเรา - ในระบบก่อนชีววิทยา ปัจจุบัน RNA ยังคงอยู่ในจีโนมของไวรัสแต่ละตัว ซึ่งทำให้ DNA มีบทบาทในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงได้อย่างเต็มที่
กรดริโบนิวคลีอิกประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ตัว แต่แทนที่จะเป็นเกลียวคู่ เช่นเดียวกับใน DNA สายโซ่ของมันจะเชื่อมต่อกันด้วยเส้นโค้งเดียว นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยน้ำตาลซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องในการเผาผลาญอาหาร ขึ้นอยู่กับความสามารถในการเข้ารหัสโปรตีน RNA แบ่งออกเป็นเทมเพลตและแบบไม่เข้ารหัส
ประการแรกทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนข้อมูลที่เข้ารหัสไปยังไรโบโซม หลังไม่สามารถเข้ารหัสโปรตีนได้ แต่มีความสามารถอื่น - การแปลและการรวมตัวของโมเลกุล
DNA แตกต่างจาก RNA อย่างไร?
ในแบบของฉันเอง องค์ประกอบทางเคมีกรดมีความคล้ายคลึงกันมาก ทั้งสองเป็นโพลีเมอร์เชิงเส้นและเป็น N-glycosides ที่สร้างขึ้นจากกากน้ำตาลห้าคาร์บอน ความแตกต่างระหว่างพวกเขาก็คือน้ำตาลที่ตกค้างของ RNA คือไรโบสซึ่งเป็นโมโนแซ็กคาไรด์จากกลุ่มเพนโตสซึ่งละลายได้ง่ายในน้ำ น้ำตาลที่ตกค้างใน DNA คือดีออกซีไรโบสหรืออนุพันธ์ของน้ำตาลซึ่งมีโครงสร้างแตกต่างออกไปเล็กน้อย
ต่างจากไรโบสซึ่งก่อตัวเป็นวงแหวนประกอบด้วยคาร์บอน 4 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม ในดีออกซีไรโบส อะตอมของคาร์บอนตัวที่สองจะถูกแทนที่ด้วยไฮโดรเจน ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA ก็คือขนาดที่ใหญ่กว่า นอกจากนี้ ในบรรดานิวคลีโอไทด์ทั้งสี่ที่รวมอยู่ใน DNA นั้น มีหนึ่งฐานไนโตรเจนที่เรียกว่าไทมีน ในขณะที่ RNA แทนที่จะเป็นไทมีนกลับมีเวอร์ชันหนึ่งคือ - ยูราซิล
ตัวชี้วัด | ดีเอ็นเอ | อาร์เอ็นเอ | เอทีพี |
อยู่ในกรง | นิวเคลียส ไมโตคอนเดรีย พลาสติด | นิวเคลียส ไรโบโซม ไมโตคอนเดรีย คลอโรพลาสต์ | ไซโตพลาสซึม นิวเคลียส ไมโตคอนเดรีย |
คลอโรพลาสต์ | ตั้งอยู่ในแกนกลาง | โครมาตินโครโมโซม | นิวคลีโอลัส |
คาริโอพลาสซึม | โครงสร้าง. | สายพอลินิวคลีโอไทด์ยาว 2 เส้น บิดเกลียวขนานกันโดยสัมพันธ์กัน | สายโพลีนิวคลีโอไทด์สั้นหนึ่งสาย |
โมโนนิวคลีโอไทด์ | โมโนเมอร์ | ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ | ไรโบนิวคลีโอไทด์ |
เลขที่ | องค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ | 1) ฐานไนโตรเจน - A, G, C, T, 2) คาร์โบไฮเดรต - ดีออกซีไรโบส 3) กรดฟอสฟอริกตกค้าง | 1) ฐานไนโตรเจน - A, G, C, U, 2) คาร์โบไฮเดรต - น้ำตาล 3) กรดฟอสฟอริกตกค้าง |
1) ฐานไนโตรเจน - A, 2) คาร์โบไฮเดรต 1 ไรโบส 3) กรดฟอสฟอริกสามตัวตกค้าง | ประเภทของนิวคลีโอไทด์ | อะดีนิล (A) กัวไนลิก (G) ไซติดิล (C) ไทมิดิล (T) | อะดีนีล (A) กัวไนลิก (G) ไซติดิล (C) ยูราซิล (U) |
คุณสมบัติ. | 1) ความสามารถในการทำซ้ำหรือการจำลองแบบ (สองเท่า) ตามหลักการเสริม (การเสริมหรือการโต้ตอบ) เช่น การก่อตัวของนักบุญไฮโดรเจนระหว่าง A-T, G-C, 2) เสถียร (ไม่เปลี่ยนตำแหน่ง) | 1) ไม่สามารถทำซ้ำได้ ยกเว้นไวรัส RNA 2) Labile (ผ่านจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึม) | จากการไฮโดรไลซิส กรดฟอสฟอริกที่ตกค้างจะถูกแยกออกจาก ATP ทีละตัว และพลังงานจะถูกปล่อยออกมา |
เอทีพี-ADP-แอมป์ | ฟังก์ชั่น | 1) จัดเก็บ ถ่ายโอน และทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรม 2) ควบคุมชีวิตของเซลล์ | 1) มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน ก) i-RNA และ m-RNA ถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน b) r-RNA ก่อตัวเป็นไรโบโซม c) t-RNA ค้นหาและถ่ายโอนกรดอะมิโนไปยังบริเวณที่ การสังเคราะห์โปรตีน 2) c -RNA จัดเก็บ ส่ง และทำซ้ำข้อมูลทางพันธุกรรมของไวรัส |
1) พลังงาน | ลักษณะเฉพาะ. | 1) DNA นิวเคลียร์มีความยาวเกี่ยวข้องกับโปรตีนและสร้างโครโมโซมเชิงเส้น | 2) ไมโตคอนเดรียมีลักษณะสั้นและเป็นวงกลม สัมพันธ์กับโปรตีนและก่อตัวเป็นโครโมโซมแบบวงกลม 3) ในโปรคาริโอต DNA จะถูกปิดอยู่ในวงแหวน ไม่เกี่ยวข้องกับโปรตีน และไม่ก่อให้เกิดโครโมโซม 1) พบ RNA แบบเกลียวคู่ในไวรัสบางชนิด |
2) RNA 5 ประเภท: Messenger RNA
ผู้ส่งสาร RNA, ไรโบโซมอล r-RNA, การขนส่ง t-RNA, ไวรัส v-RNA 1) สารตกค้างของกรดฟอสฟอริกเชื่อมต่อกันด้วยพันธะพลังงานสูง (พลังงานสูง)
2)โมเลกุลเอทีพี
ไม่เสถียร อยู่ไม่ถึง 1 นาที ถูกฟื้นฟูและพัง 2,400 ครั้งต่อวัน
№ | การจำลองดีเอ็นเอ รหัสพันธุกรรม การใช้ข้อมูลทางพันธุกรรม |
3.1. การจำลองแบบดีเอ็นเอ | |
เอนไซม์ DNA polymerase เคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ DNA หนึ่งสายจากคาร์บอน 3 ถึงคาร์บอน 5 และตามกฎของการเติมเต็ม (A-T, G-C) จะเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่เกี่ยวข้อง ห่วงโซ่นี้เรียกว่าห่วงโซ่ชั้นนำ; | |
สายที่ล้าหลังที่สองนั้นอยู่ในตำแหน่งตรงกันข้ามกับสายแรก และ DNA polymerase 1 สามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวจากคาร์บอน 3 ถึงคาร์บอน 5 เท่านั้น ดังนั้นมันจึงถูกคัดลอกเป็นชิ้นส่วนแยกกันเมื่อโมเลกุล DNA คลี่คลาย ชิ้นส่วนถูกเย็บเข้าด้วยกันด้วยเอนไซม์พิเศษ - ลิเกสตามหลักการต่อต้านขนาน | |
หลังจากการจำลองแบบ แต่ละโมเลกุล DNA จะมีสาย "แม่" หนึ่งสายและสาย "ลูกสาว" ที่เพิ่งสังเคราะห์ขึ้นอีกสายหนึ่ง หลักการสังเคราะห์นี้เรียกว่ากึ่งอนุรักษ์นิยมเช่น สายโซ่หนึ่งในโมเลกุล DNA ใหม่คือ "เก่า" และสายโซ่ที่สองคือ "ใหม่" |
รหัสพันธุกรรม
โมเลกุลของพันธุกรรมซึ่งก็คือ DNA มีลักษณะเฉพาะไม่เพียงแค่การทำซ้ำตัวเอง (การจำลองแบบ) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเข้ารหัสข้อมูลโดยใช้ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เฉพาะเจาะจงอีกด้วย เป็นที่ทราบกันว่า DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สี่ประเภท กล่าวคือ ข้อมูลใน DNA เขียนด้วยตัวอักษร 4 ตัว (A, T, G, C) การคำนวณทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่า
1. หากเราใช้นิวคลีโอไทด์ 1 ตัว เราจะได้ค่าผสมที่แตกต่างกัน 4 แบบ 4<20.
2. หากเราใช้นิวคลีโอไทด์ 2 ตัว เราจะได้ชุดค่าผสมที่แตกต่างกัน 16 ชุด (4 2 =16), 16<20.
- หากเราใช้นิวคลีโอไทด์ 3 ตัว เราจะได้ค่าผสมที่แตกต่างกัน 64 ค่า (4 3 =64), 64>20
ดังนั้นการรวมกันของ 3 นิวคลีโอไทด์จึงเพียงพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ตัว จากแฝดที่เป็นไปได้ 64 ตัว แฝดสาม 61 ตัวเข้ารหัสกรดอะมิโนจำเป็น 20 ตัวที่พบในโปรตีนในเซลล์ และแฝดสาม 3 ตัวเป็นสัญญาณหยุดหรือตัวยุติที่หยุดอ่านข้อมูล
การรวมกันของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เข้ารหัสกรดอะมิโนจำเพาะเรียกว่ารหัส DNA หรือรหัสพันธุกรรม ปัจจุบันรหัสพันธุกรรมได้รับการถอดรหัสอย่างสมบูรณ์แล้วนั่นคือเป็นที่ทราบกันดีว่านิวคลีโอไทด์ที่รวมกันเป็นแฝดตัวใดเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ตัว การใช้นิวคลีโอไทด์สามตัวร่วมกันทำให้สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้มากกว่าที่จำเป็นในการเข้ารหัสกรดอะมิโน 20 ตัว ปรากฎว่ากรดอะมิโนแต่ละตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว ยกเว้นเมไทโอนีนและทริปโตเฟน กรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีนตามธรรมชาติสามารถอยู่ในกลุ่มต่างๆ ได้: กรดไม่จำเป็น (E) กรดจำเป็น (E)
รหัสพันธุกรรมเป็นระบบบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมใน DNA ในรูปแบบลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะ (หรือวิธีการบันทึกลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนโดยใช้นิวคลีโอไทด์)
รหัสพันธุกรรมมีคุณสมบัติหลายประการ (7 คุณสมบัติ)