Jaký druh RNA? Typy RNA. Význam deoxyribonukleových kyselin a ribonukleových kyselin

A uracil (na rozdíl od DNA, která místo uracilu obsahuje thymin). Tyto molekuly se nacházejí v buňkách všech živých organismů a také v některých virech.

Hlavní funkce RNA v buněčných organismech jsou jako templát pro převod genetické informace do proteinů a dodávání odpovídajících aminokyselin do ribozomů. U virů je nositelem genetické informace (kóduje obalové proteiny a virové enzymy). Viroidy se skládají z kruhové molekuly RNA a neobsahují jiné molekuly. Existuje Hypotéza světa RNA, podle kterého RNA vznikla dříve než proteiny a byly prvními formami života.

Buněčná RNA je produkována procesem tzv transkripce, tedy syntéza RNA na matrici DNA, prováděná speciálními enzymy - RNA polymerázami. Messenger RNA (mRNA) se pak účastní procesu zvaného translace. Přenos je syntéza proteinu na matrici mRNA za účasti ribozomů. Ostatní RNA procházejí po transkripci chemickými úpravami a po vytvoření sekundárních a terciárních struktur plní funkce v závislosti na typu RNA.

Jednořetězcová RNA se vyznačuje různými prostorovými strukturami, ve kterých jsou některé nukleotidy stejného řetězce vzájemně spárovány. Některé vysoce strukturované RNA se účastní syntézy buněčného proteinu, například přenosové RNA slouží k rozpoznání kodonů a dodání odpovídajících aminokyselin do místa syntézy proteinů a messengerové RNA slouží jako strukturální a katalytický základ ribozomů.

Funkce RNA v moderních buňkách se však neomezují pouze na jejich úlohu při translaci. mRNA se tedy účastní eukaryotických messengerových RNA a dalších procesů.

Kromě toho, že molekuly RNA jsou součástí některých enzymů (například telomerázy), bylo zjištěno, že jednotlivé RNA mají svou vlastní enzymatickou aktivitu, schopnost zavádět zlomy v jiných molekulách RNA nebo naopak „lepit“ dvě RNA fragmenty dohromady. Tyto RNA se nazývají ribozymy.

Řada virů se skládá z RNA, to znamená, že v nich hraje roli DNA ve vyšších organismech. Na základě rozmanitosti funkcí RNA v buňkách byla vyslovena hypotéza, že RNA je první molekulou schopnou samoreprodukce v prebiologických systémech.

Historie výzkumu RNA

Nukleové kyseliny byly objeveny v r 1868Švýcarský vědec Johann Friedrich Miescher, který tyto látky nazval „nuklein“, protože se nacházely v jádře (latinsky nucleus). Později se zjistilo, že bakteriální buňky, které nemají jádro, obsahují také nukleové kyseliny.

Význam RNA při syntéze proteinů byl navržen v 1939 v díle Thorburna Oskara Kasperssona, Jeana Bracheta a Jacka Schultze. Gerard Mairbucks izoloval první messenger RNA kódující králičí hemoglobin a ukázal, že když byla zavedena do oocytů, vytvořil se stejný protein.

V Sovětském svazu v 1956-57 Byla provedena práce (A. Belozersky, A. Spirin, E. Volkin, F. Astrakhan) ke stanovení složení RNA buněk, což vedlo k závěru, že většinu RNA v buňce tvoří ribozomální RNA.

V 1959 Severo Ochoa dostal Nobelovu cenu za medicínu za objev mechanismu syntézy RNA. Byla stanovena 77-nukleotidová sekvence jedné z kvasinkových tRNA S. cerevisiae 1965 v laboratoři Roberta Halla, za což 1968 obdržel Nobelovu cenu za medicínu.

V 1967 Carl Woese navrhl, že RNA mají katalytické vlastnosti. Předložil takzvanou hypotézu světa RNA, ve které RNA protoorganismů sloužily jak jako molekuly pro ukládání informací (nyní tuto roli plní DNA), tak jako molekuly, které katalyzují metabolické reakce (nyní to dělají enzymy).

V 1976 Walter Faers a jeho skupina z univerzity v Gentu (Holandsko) poprvé určili sekvenci genomu RNA obsažené ve viru, bakteriofágu MS2.

Nejprve devadesátá léta Bylo zjištěno, že zavedení cizích genů do rostlinného genomu vede k potlačení exprese podobných rostlinných genů. Přibližně ve stejnou dobu se ukázalo, že RNA o asi 22 bázích, nyní nazývané mikroRNA, hrají regulační roli v ontogenezi škrkavek.

Hypotézu o důležitosti RNA v syntéze proteinů předložil Torbjörn Caspersson na základě výzkumu 1937-1939., v důsledku čehož bylo prokázáno, že buňky aktivně syntetizující protein obsahují velké množství RNA. Potvrzení hypotézy získal Hubert Chantrenne.

Vlastnosti struktury RNA

Nukleotidy RNA se skládají z cukru - ribózy, ke které je na pozici 1 připojena jedna z bází: adenin, guanin, cytosin nebo uracil. Fosfátová skupina spojuje ribózu do řetězce, tvoří vazby s 3" atomem uhlíku jedné ribózy a v poloze 5" jiné. Fosfátové skupiny jsou při fyziologickém pH negativně nabité, takže RNA lze tzv. polyanion.

RNA je transkribována jako polymer čtyř bází (adenin (A), guanin (G), uracil (U) a cytosin (C)), ale zralá RNA má mnoho modifikovaných bází a cukrů. Celkem je v RNA asi 100 různých typů modifikovaných nukleosidů, z nichž:
-2"-O-methylribóza nejběžnější modifikace cukru;
- Pseudouridin- nejčastěji modifikovaný základ, který se nachází nejčastěji. V pseudouridinu (Ψ) není vazba mezi uracilem a ribózou C - N, ale C - C, tento nukleotid se vyskytuje v různých pozicích v molekulách RNA. Zejména pseudouridin je důležitý pro funkci tRNA.

Další modifikovanou bází, která stojí za zmínku, je hypoxantin, deaminovaný guanin, jehož nukleosid je tzv. inosin. Inosin hraje důležitou roli při zajišťování degenerace genetického kódu.

Úloha mnoha dalších modifikací není plně objasněna, ale v ribozomální RNA se mnoho post-transkripčních modifikací nachází v oblastech důležitých pro fungování ribozomu. Například na jednom z ribonukleotidů podílejících se na tvorbě peptidové vazby. Dusíkaté báze v RNA mohou tvořit vodíkové vazby mezi cytosinem a guaninem, adeninem a uracilem a mezi guaninem a uracilem. Jsou však možné i jiné interakce, například několik adeninů může tvořit smyčku nebo smyčku sestávající ze čtyř nukleotidů, ve které je pár bází adenin-guanin.

Důležitým strukturálním rysem RNA, který ji odlišuje od DNA, je přítomnost hydroxylové skupiny v poloze 2“ ribózy, která umožňuje molekule RNA existovat v konformaci A spíše než v konformaci B, která je nejčastěji pozorována u DNA. Ve formě A je hluboká a úzká hlavní drážka a mělká a široká vedlejší drážka. Druhým důsledkem přítomnosti 2" hydroxylové skupiny je, že konformačně plastické, to znamená oblasti molekuly RNA, které se neúčastní vznik dvojšroubovice, může chemicky napadat další fosfátové vazby a štěpit je.

Často má „pracovní“ forma jednovláknové molekuly RNA, jako jsou proteiny terciární struktura. Terciární struktura je tvořena na základě prvků sekundární struktury, tvořené vodíkovými vazbami v rámci jedné molekuly. Existuje několik typů prvků sekundární struktury - stonkové smyčky, smyčky a pseudouzly. Vzhledem k velkému počtu možných párování bází je předpovídání sekundární struktury RNA mnohem obtížnějším úkolem než proteinové struktury, ale nyní existují účinné programy, jako je mfold.

Příkladem závislosti funkcí molekul RNA na jejich sekundární struktuře jsou vnitřní místa vstupu ribozomů (IRES). IRES je struktura na 5" konci messenger RNA, která zajišťuje připojení ribozomu, obchází obvyklý mechanismus pro iniciaci proteinové syntézy; vyžaduje přítomnost speciální modifikované báze (cap) na 5" konci a iniciaci proteinu faktory. IRES byly poprvé objeveny ve virových RNA, ale přibývá důkazů, že buněčné mRNA také používají IRES-dependentní iniciační mechanismus za stresových podmínek. Mnoho typů RNA, například rRNA a snRNA (snRNA) v buňce funguje ve formě komplexů s proteiny, které se spojují s molekulami RNA po jejich syntéze nebo (y) exportu z jádra do cytoplazmy. Takové RNA-proteinové komplexy se nazývají ribonukleoproteinové komplexy resp ribonukleoproteiny.

Messenger ribonukleová kyselina (mRNA, synonymum - messenger RNA, mRNA)- RNA, zodpovědná za přenos informací o primární struktuře proteinů z DNA do míst syntézy proteinů. mRNA je syntetizována z DNA během transkripce, po které je zase použita během translace jako templát pro syntézu proteinů. mRNA tedy hraje důležitou roli při „manifestaci“ (expresi).
Délka typické zralé mRNA se pohybuje od několika stovek do několika tisíc nukleotidů. Nejdelší mRNA byly pozorovány u virů obsahujících (+) ssRNA, jako jsou pikornaviry, ale je třeba si uvědomit, že u těchto virů tvoří mRNA celý jejich genom.

Naprostá většina RNA nekóduje protein. Tyto nekódující RNA mohou být transkribovány z jednotlivých genů (např. ribozomálních RNA) nebo odvozeny z intronů. Klasickými, dobře prostudovanými typy nekódujících RNA jsou transferové RNA (tRNA) a rRNA, které se účastní procesu translace. Existují také třídy RNA odpovědné za genovou regulaci, zpracování mRNA a další role. Kromě toho existují nekódující molekuly RNA, které mohou katalyzovat chemické reakce, jako je řezání a ligace molekul RNA. Analogicky s proteiny schopnými katalyzovat chemické reakce - enzymy (enzymy) se katalytické molekuly RNA nazývají ribozymy.

Transport (tRNA)- malé, skládající se z přibližně 80 nukleotidů, molekuly s konzervativní terciární strukturou. Transportují specifické aminokyseliny do místa syntézy peptidové vazby v ribozomu. Každá tRNA obsahuje místo pro připojení aminokyseliny a antikodon pro rozpoznání a připojení ke kodonu mRNA. Antikodon vytváří vodíkové vazby s kodonem, což umisťuje tRNA do polohy, která podporuje tvorbu peptidové vazby mezi poslední aminokyselinou vytvořeného peptidu a aminokyselinou připojenou k tRNA.

Ribozomální RNA (rRNA)- katalytická složka ribozomů. Eukaryotické ribozomy obsahují čtyři typy molekul rRNA: 18S, 5,8S, 28S a 5S. Tři ze čtyř typů rRNA jsou syntetizovány na polysomech. V cytoplazmě se ribozomální RNA spojují s ribozomálními proteiny za vzniku nukleoproteinů nazývaných ribozomy. Ribozom se váže na mRNA a syntetizuje protein. rRNA tvoří až 80 % RNA a nachází se v cytoplazmě eukaryotické buňky.

Neobvyklý typ RNA, který funguje jako tRNA a mRNA (tmRNA), se nachází v mnoha bakteriích a plastidech. Když se ribozom zastaví na defektních mRNA bez stop kodonů, tmRNA připojí malý peptid, který nasměruje protein k degradaci.

MicroRNA (21-22 nukleotidů na délku) nachází se v eukaryotech a působí prostřednictvím mechanismu RNA interference. V tomto případě může komplex mikroRNA a enzymů vést k metylaci nukleotidů v DNA promotoru genu, což slouží jako signál ke snížení aktivity genu. Při použití jiného typu regulace dochází k degradaci mRNA komplementární k mikroRNA. Existují však také miRNA, které genovou expresi spíše zvyšují než snižují.

Malá interferující RNA (siRNA, 20-25 nukleotidů) se často tvoří jako výsledek štěpení virových RNA, ale existují i ​​endogenní buněčné miRNA. Malé interferující RNA také působí prostřednictvím RNA interference mechanismy podobnými mikroRNA.

Srovnání s DNA

Mezi DNA a RNA jsou tři hlavní rozdíly:

1 . DNA obsahuje cukr deoxyribózu, RNA obsahuje ribózu, která má ve srovnání s deoxyribózou další hydroxylovou skupinu. Tato skupina zvyšuje pravděpodobnost hydrolýzy molekuly, to znamená, že snižuje stabilitu molekuly RNA.

2. Nukleotid komplementární k adeninu v RNA není thymin, jako v DNA, ale uracil je nemethylovaná forma thyminu.

3. DNA existuje ve formě dvojité šroubovice, která se skládá ze dvou samostatných molekul. Molekuly RNA jsou v průměru mnohem kratší a převážně jednovláknové. Strukturální analýza biologicky aktivních molekul RNA, včetně tRNA, rRNA snRNA a dalších molekul, které nekódují proteiny, ukázala, že se neskládají z jedné dlouhé šroubovice, ale z mnoha krátkých šroubovic umístěných blízko sebe a tvořících něco podobného. terciární proteinová struktura. Výsledkem je, že RNA může katalyzovat chemické reakce, například centrum peptidové transferázy ribozomu, které se podílí na tvorbě peptidových vazeb mezi proteiny, se skládá výhradně z RNA.

Vlastnosti Vlastnosti:

1. Zpracování

Mnoho RNA se podílí na modifikaci jiných RNA. Introny jsou z pro-mRNA vystřiženy spliceosomy, které kromě proteinů obsahují několik malých jaderných RNA (snRNA). Kromě toho mohou introny katalyzovat vlastní excizi. RNA syntetizovaná jako výsledek transkripce může být také chemicky modifikována. U eukaryot jsou chemické modifikace nukleotidů RNA, například jejich methylace, prováděny malými jadernými RNA (snRNA, 60-300 nukleotidů). Tento typ RNA je lokalizován v jadérkách a Cajalových tělíscích. Poté, co se snRNA spojí s enzymy, snRNA se naváže na cílovou RNA vytvořením párů bází mezi dvěma molekulami a enzymy modifikují nukleotidy cílové RNA. Ribozomální a transferové RNA obsahují mnoho takových modifikací, jejichž specifická pozice je často během evoluce zachována. SnRNA a samotné snRNA mohou být také modifikovány.

2. Vysílání

TRNA připojuje určité aminokyseliny v cytoplazmě a je odeslána do místa syntézy proteinů na mRNA, kde se váže na kodon a poskytuje aminokyselinu, která se používá pro syntézu proteinů.

3. Informační funkce

U některých virů plní RNA stejné funkce jako DNA u eukaryot. Informační funkci plní také mRNA, která nese informaci o proteinech a je místem její syntézy.

4. Genová regulace

Některé typy RNA se účastní genové regulace zvýšením nebo snížením její aktivity. Jedná se o tzv. miRNA (malé interferující RNA) a mikroRNA.

5. Katalytickéfunkce

Existují tzv. enzymy, které patří k RNA, nazývají se ribozymy. Tyto enzymy plní různé funkce a mají jedinečnou strukturu.

Typy RNA

Molekuly RNA jsou na rozdíl od DNA jednovláknové struktury. Struktura RNA je podobná DNA: báze je tvořena cukrovo-fosfátovou kostrou, na kterou jsou navázány dusíkaté báze.

Rýže. 5.16. Struktura DNA a RNA

Rozdíly v chemické struktuře jsou následující: deoxyribóza přítomná v DNA je nahrazena molekulou ribózy a thymin je zastoupen jiným pyrimidinem - uracilem (obr. 5.16, 5.18).

V závislosti na funkcích, které vykonávají, jsou molekuly RNA rozděleny do tří hlavních typů: informace nebo matrice (mRNA), transportní (tRNA) a ribozomální (rRNA).

Jádro eukaryotických buněk obsahuje čtvrtý typ RNA - heterogenní jaderná RNA (hnRNA), což je přesná kopie odpovídající DNA.

Funkce RNA

mRNA nesou informaci o struktuře proteinu z DNA do ribozomů (tj. jsou matricí pro syntézu proteinů;

tRNA přenášejí aminokyseliny na ribozomy, specifičnost tohoto přenosu je zajištěna tím, že existuje 20 typů tRNA odpovídajících 20 aminokyselinám (obr. 5.17);

rRNA tvoří komplex s proteiny v ribozomu, ve kterém dochází k syntéze proteinů;

hnRNA je přesný transkript DNA, který se po specifických změnách přemění (zraje) na zralou mRNA.

Molekuly RNA jsou mnohem menší než molekuly DNA. Nejkratší je tRNA, skládající se ze 75 nukleotidů.

Rýže. 5.17. Struktura transferové RNA

Rýže. 5.18. Srovnání DNA a RNA

Moderní představy o struktuře genu. Struktura intron-exon u eukaryot

Základní jednotkou dědičnosti je gen. Termín „gen“ navrhl v roce 1909 V. Johansen k označení materiální jednotky dědičnosti, kterou identifikoval G. Mendel.

Po práci amerických genetiků J. Beadlea a E. Tatuma se genomu začalo říkat úsek molekuly DNA, který kóduje syntézu jednoho proteinu.

Podle moderního pojetí je gen považován za úsek molekuly DNA charakterizovaný specifickou sekvencí nukleotidů, které určují aminokyselinovou sekvenci polypeptidového řetězce proteinu nebo nukleotidovou sekvenci funkční molekuly RNA (tRNA, rRNA) .

Relativně krátké kódující sekvence bází (exony) střídají se s dlouhými nekódujícími sekvencemi – introny, které jsou vystřiženy ( spojování) v procesu zrání mRNA ( zpracovává se) a neúčastníte se procesu vysílání (obr. 5.19).

Velikost lidských genů se může pohybovat od několika desítek nukleotidových párů (bp) až po mnoho tisíc a dokonce milionů bp. Nejmenší známý gen tedy obsahuje pouze 21 bp a jeden z největších genů má velikost více než 2,6 milionu bp.

Rýže. 5.19. Struktura eukaryotické DNA

Po ukončení transkripce všechny druhy RNA podléhají zrání RNA - zpracovává se.Je to prezentováno spojování je proces odstraňování částí molekuly RNA odpovídajících intronovým sekvencím DNA. Zralá mRNA vstupuje do cytoplazmy a stává se matricí pro syntézu proteinů, tzn. přenáší informace o struktuře proteinu z DNA do ribozomů (obr. 5.19, 5.20).

Sekvence nukleotidů v rRNA je podobná u všech organismů. Veškerá rRNA se nachází v cytoplazmě, kde tvoří komplex s proteiny a tvoří ribozom.

Na ribozomech se překládají informace zašifrované ve struktuře mRNA ( přenos) do aminokyselinové sekvence, tzn. dochází k syntéze bílkovin.

Rýže. 5.20. Spojování

5.6. Praktický úkol

Dokončete úkol sami. Vyplňte tabulku 5.1. Porovnejte strukturu, vlastnosti a funkce DNA a RNA

Tabulka 5.1.

Srovnání DNA a RNA

Testovací otázky

1. Molekula RNA obsahuje dusíkaté báze:

2. Molekula ATP obsahuje:

a) adenin, deoxyribóza a tři zbytky kyseliny fosforečné

b) zbytky adeninu, ribózy a tří zbytků kyseliny fosforečné

c) adenosin, ribóza a tři zbytky kyseliny fosforečné

d) zbytky adenosinu, deoxyribózy a tří zbytků kyseliny fosforečné.

3. Strážcem dědičnosti v buňce jsou molekuly DNA, protože kódují informace o

a) složení polysacharidů

b) struktura molekul lipidů

c) primární struktura molekul bílkovin

d) struktura aminokyselin

4. Molekuly nukleových kyselin se podílejí na realizaci dědičné informace, poskytování

a) syntéza sacharidů

b) oxidace bílkovin

c) oxidace sacharidů

d) syntéza bílkovin

5. Pomocí molekul mRNA se přenáší dědičná informace

a) z jádra do mitochondrií

b) z jedné buňky do druhé

c) z jádra do ribozomu

d) z rodičů na potomky

6. Molekuly DNA

a) přenést informace o struktuře proteinu na ribozomy

b) přenést informaci o struktuře proteinu do cytoplazmy

c) dodává aminokyseliny do ribozomů

d) obsahují dědičnou informaci o primární struktuře proteinu

7. Ribonukleové kyseliny v buňkách se účastní v

a) uchovávání dědičných informací

b) regulace metabolismu tuků

c) tvorba sacharidů

d) biosyntéza bílkovin

8. Která nukleová kyselina může být ve formě dvouvláknové molekuly

9. Skládá se z molekuly DNA a proteinu

a) mikrotubuly

b) plazmatická membrána

c) jadérko

d) chromozom A

10. Tvorba charakteristik organismu závisí na molekulách

b) bílkoviny

11. Molekuly DNA na rozdíl od molekul bílkovin mají schopnost

a) tvoří spirálu

b) tvoří terciární strukturu

c) self-double

d) tvoří kvartérní strukturu

12. Má vlastní DNA

a) Golgiho komplex

b) lysozom

c) endoplazmatické retikulum

d) mitochondrie

13. Dědičná informace o vlastnostech organismu je soustředěna v molekulách

c) bílkoviny

d) polysacharidy

14. Molekuly DNA představují materiální základ dědičnosti, protože kódují informaci o struktuře molekul

a) polysacharidy

b) bílkoviny

c) lipidy

d) aminokyseliny

15. Polynukleotidové řetězce v molekule DNA jsou drženy pohromadě díky vazbám mezi nimi

a) doplňkové dusíkaté báze

b) zbytky kyseliny fosforečné

c) aminokyseliny

d) sacharidy

16. Skládá se z jedné molekuly nukleové kyseliny kombinované s proteiny

a) chloroplast

b) chromozom

d) mitochondrie

17. Každá aminokyselina v buňce je kódována

a) jedna trojka

b) několik trojic

c) jeden nebo více tripletů

d) jeden nukleotid

18. Díky vlastnosti molekuly DNA reprodukovat svůj vlastní druh

a) formuje se adaptace organismu na jeho prostředí

b) u jedinců druhu dochází k modifikacím

c) objevují se nové kombinace genů

d) dochází k přenosu dědičné informace z mateřské buňky do dceřiných buněk

19. Každá molekula v buňce je zašifrována určitou sekvencí tří nukleotidů

a) aminokyseliny

b) glukóza

c) škrob

d) glycerol

20. Kde se v buňce nacházejí molekuly DNA?

a) V jádře, mitochondriích a plastidech

b) V ribozomech a Golgiho komplexu

c) V cytoplazmatické membráně

d) V lysozomech, ribozomech, vakuolách

21. V rostlinných buňkách tRNA

a) uchovává dědičné informace

b) replikuje se na mRNA

c) zajišťuje replikaci DNA

d) přenáší aminokyseliny na ribozomy

22. Molekula RNA obsahuje dusíkaté báze:

a) adenin, guanin, uracil, cytosin

b) cytosin, guanin, adenin, thymin

c) thymin, uracil, adenin, guanin

d) adenin, uracil, thymin, cytosin.

23. Monomery molekul nukleových kyselin jsou:

a) nukleosidy

b) nukleotidy

c) polynukleotidy

d) dusíkaté báze.

24. Složení monomerů molekul DNA a RNA se od sebe liší obsahem:

a) cukr

b) dusíkaté zásady

c) cukry a dusíkaté zásady

d) cukr, dusíkaté zásady a zbytky kyseliny fosforečné.

25. Buňka obsahuje DNA v:

b) jádro a cytoplazma

c) jádro, cytoplazma a mitochondrie

d) jádro, mitochondrie a chloroplasty.

RNA- polymer, jehož monomery jsou ribonukleotidy. Na rozdíl od DNA je RNA tvořena nikoli dvěma, ale jedním polynukleotidovým řetězcem (s výjimkou, že některé viry obsahující RNA mají dvouvláknovou RNA). Nukleotidy RNA jsou schopny tvořit mezi sebou vodíkové vazby. Řetězce RNA jsou mnohem kratší než řetězce DNA.

RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- skládá se ze zbytků tří látek: 1) dusíkaté báze, 2) pětiuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečné. Dusíkaté báze RNA také patří do tříd pyrimidinů a purinů.

Pyrimidinové báze RNA jsou uracil, cytosin a purinové báze jsou adenin a guanin. Nukleotidový monosacharid RNA je ribóza.

Zvýraznit tři typy RNA: 1) informační(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) doprava RNA - tRNA, 3) ribozomální RNA - rRNA.

Všechny typy RNA jsou nerozvětvené polynukleotidy, mají specifickou prostorovou konformaci a účastní se procesů syntézy proteinů. Informace o struktuře všech typů RNA jsou uloženy v DNA. Proces syntézy RNA na templátu DNA se nazývá transkripce.

Přeneste RNA obvykle obsahují 76 (od 75 do 95) nukleotidů; molekulová hmotnost - 25 000–30 000. tRNA tvoří asi 10 % celkového obsahu RNA v buňce. Funkce tRNA: 1) transport aminokyselin do místa syntézy bílkovin, do ribozomů, 2) translační prostředník. V buňce se nachází asi 40 typů tRNA, z nichž každý má jedinečnou nukleotidovou sekvenci. Všechny tRNA však mají několik intramolekulárních komplementárních oblastí, díky nimž tRNA získávají konformaci podobnou jetelovému listu. Jakákoli tRNA má smyčku pro kontakt s ribozomem (1), smyčku antikodonu (2), smyčku pro kontakt s enzymem (3), akceptorový kmen (4) a antikodon (5). Aminokyselina se přidá na 3" konec akceptorového kmene. Antikodon- tři nukleotidy, které „identifikují“ kodon mRNA. Je třeba zdůraznit, že specifická tRNA může transportovat přesně definovanou aminokyselinu odpovídající jejímu antikodonu. Specifičnosti spojení mezi aminokyselinou a tRNA je dosaženo díky vlastnostem enzymu aminoacyl-tRNA syntetázy.

Ribozomální RNA obsahují 3000–5000 nukleotidů; molekulová hmotnost - 1 000 000–1 500 000. rRNA tvoří 80–85 % celkového obsahu RNA v buňce. V komplexu s ribozomálními proteiny tvoří rRNA ribozomy - organely, které provádějí syntézu proteinů. V eukaryotických buňkách probíhá syntéza rRNA v jadérkách. Funkce rRNA: 1) nezbytná strukturální složka ribozomů a tím zajištění fungování ribozomů; 2) zajištění interakce ribozomu a tRNA; 3) počáteční vazba ribozomu a iniciačního kodonu mRNA a stanovení čtecího rámce, 4) vytvoření aktivního centra ribozomu.

Messenger RNA se lišily obsahem nukleotidů a molekulovou hmotností (od 50 000 do 4 000 000). mRNA tvoří až 5 % celkového obsahu RNA v buňce. Funkce mRNA: 1) přenos genetické informace z DNA do ribozomů, 2) matrice pro syntézu molekuly proteinu, 3) určení sekvence aminokyselin primární struktury molekuly proteinu.

Konec práce -

Toto téma patří do sekce:

Struktura a funkce ATP nukleových kyselin

Nukleové kyseliny zahrnují vysoce polymerní sloučeniny, které se během hydrolýzy rozkládají na purinové a pyrimidinové báze, pentózu a fosfor.. buněčné teorie typy buněk.. struktura eukaryotických buněk a funkce organel..

Pokud potřebujete další materiál k tomuto tématu nebo jste nenašli to, co jste hledali, doporučujeme použít vyhledávání v naší databázi prací:

Co uděláme s přijatým materiálem:

Pokud byl pro vás tento materiál užitečný, můžete si jej uložit na svou stránku na sociálních sítích:

tweet

Všechna témata v této sekci:

Struktura a funkce DNA
DNA je polymer, jehož monomery jsou deoxyribonukleotidy. Model prostorové struktury molekuly DNA ve formě dvojité šroubovice navrhl v roce 1953 J. Watson a F.

replikace DNA (reduplikace)
Replikace DNA je proces samoduplikace, hlavní vlastnost molekuly DNA. Replikace patří do kategorie reakcí syntézy matrice a probíhá za účasti enzymů. Pod vlivem enzymu

Struktura a funkce ATP
Kyselina adenosintrifosforečná (ATP) je univerzálním zdrojem a hlavním akumulátorem energie v živých buňkách. ATP se nachází ve všech rostlinných a živočišných buňkách. Množství ATP v médiu

Vznik a základní principy buněčné teorie
Buněčná teorie je nejdůležitější biologické zobecnění, podle kterého jsou všechny živé organismy složeny z buněk. Studium buněk bylo možné po vynálezu mikroskopu. První

Typy buněčné organizace
Existují dva typy buněčné organizace: 1) prokaryotická, 2) eukaryotická. Oběma typům buněk je společné, že buňky jsou ohraničeny membránou, vnitřní obsah představuje cytop

Endoplazmatické retikulum
Endoplazmatické retikulum (ER) nebo endoplazmatické retikulum (ER) je jednomembránová organela. Je to systém membrán, které tvoří „nádržky“ a kanály

Golgiho aparát
Golgiho aparát neboli Golgiho komplex je jednomembránová organela. Skládá se ze stohů zploštělých „cisteren“ s rozšířenými okraji. S nimi je spojen křídový systém

Lysozomy
Lysozomy jsou jednomembránové organely. Jsou to malé bublinky (průměr od 0,2 do 0,8 mikronu) obsahující sadu hydrolytických enzymů. Enzymy se syntetizují na hrubých

Vakuoly
Vakuoly jsou jednomembránové organely, které jsou „nádoby“ naplněné vodnými roztoky organických a anorganických látek. EPS se podílí na tvorbě vakuol

Mitochondrie
Struktura mitochondrií: 1 - vnější membrána; 2 - vnitřní membrána; 3 - matrice; 4

Plastidy
Struktura plastidů: 1 - vnější membrána; 2 - vnitřní membrána; 3 - stroma; 4 - tylakoid; 5

Ribozomy
Struktura ribozomu: 1 - velká podjednotka; 2 - malá podjednotka. Ribos

Cytoskelet
Cytoskelet je tvořen mikrotubuly a mikrofilamenty. Mikrotubuly jsou válcovité, nerozvětvené struktury. Délka mikrotubulů se pohybuje od 100 µm do 1 mm, průměr je

Buněčné centrum
Centrum buňky zahrnuje dva centrioly a centrosféru. Centriol je válec, jehož stěna je tvořena devíti skupinami t

Organoidy pohybu
Není přítomen ve všech buňkách. Mezi organely pohybu patří řasinky (nálevníky, epitel dýchacích cest), bičíky (bičíkovci, spermie), pseudopods (rhizopodi, leukocyty), svalová vlákna

Struktura a funkce jádra
Eukaryotická buňka má zpravidla jedno jádro, ale existují buňky dvoujaderné (nálevníky) a vícejaderné (opalin). Některé vysoce specializované buňky jsou sekundárně

Chromozomy
Chromozomy jsou cytologické tyčinkovité struktury, které představují kondenzované

Metabolismus
Metabolismus je nejdůležitější vlastností živých organismů. Soubor metabolických reakcí probíhajících v těle se nazývá metabolismus. Metabolismus se skládá z p

Biosyntéza bílkovin
Biosyntéza bílkovin je nejdůležitější proces anabolismu. Všechny vlastnosti, vlastnosti a funkce buněk a organismů jsou v konečném důsledku určeny proteiny. Veverky jsou krátkodobé, jejich životnost je omezená

Genetický kód a jeho vlastnosti
Genetický kód je systém pro záznam informace o sekvenci aminokyselin v polypeptidu sekvencí nukleotidů DNA nebo RNA. V současné době je tento záznamový systém zvažován

Reakce syntézy šablon
Jedná se o speciální kategorii chemických reakcí, které probíhají v buňkách živých organismů. Během těchto reakcí jsou molekuly polymeru syntetizovány podle plánu, který je vlastní struktuře jiných molekul polymeru

Struktura eukaryotického genu
Gen je úsek molekuly DNA, který kóduje primární sekvenci aminokyselin v polypeptidu nebo sekvenci nukleotidů v transportních a ribozomálních molekulách RNA. DNA jedna

Transkripce v eukaryotech
Transkripce je syntéza RNA na templátu DNA. Provádí enzym RNA polymeráza. RNA polymeráza se může připojit pouze k promotoru, který je umístěn na 3" konci řetězce templátové DNA

Přenos
Translace je syntéza polypeptidového řetězce na matrici mRNA. Organely, které zajišťují translaci, jsou ribozomy. U eukaryot se ribozomy nacházejí v některých organelách – mitochondriích a plastidech (7

Mitotický cyklus. Mitóza
Mitóza je hlavní způsob dělení eukaryotických buněk, při kterém je dědičný materiál nejprve duplikován a poté rovnoměrně distribuován mezi dceřiné buňky.

Mutace
Mutace jsou trvalé, náhlé změny ve struktuře dědičného materiálu na různých úrovních jeho organizace, vedoucí ke změnám určitých vlastností organismu.

Genové mutace
Genové mutace jsou změny ve struktuře genů. Protože gen je částí molekuly DNA, genová mutace představuje změny ve složení nukleotidů této části

Chromozomální mutace
Jde o změny ve struktuře chromozomů. Přestavby lze provádět jak v rámci jednoho chromozomu - intrachromozomální mutace (delece, inverze, duplikace, inzerce), tak mezi chromozomy - inter

Genomické mutace
Genomová mutace je změna v počtu chromozomů. Genomické mutace se vyskytují v důsledku narušení normálního průběhu mitózy nebo meiózy. Haploidie - y

Funkce RNA se liší v závislosti na typu ribonukleové kyseliny.

1) Messenger RNA (i-RNA).

2) Ribozomální RNA (r-RNA).

3) Transfer RNA (tRNA).

4) Menší (malé) RNA. Jedná se o molekuly RNA, nejčastěji s malou molekulovou hmotností, umístěné v různých částech buňky (membrána, cytoplazma, organely, jádro atd.). Jejich role není plně pochopena. Bylo prokázáno, že mohou napomáhat zrání ribozomální RNA, podílet se na přenosu proteinů přes buněčnou membránu, podporovat reduplikaci molekul DNA atd.

5) Ribozymy. Nedávno identifikovaný typ RNA, který se aktivně účastní buněčných enzymatických procesů jako enzym (katalyzátor).

6) Virová RNA. Jakýkoli virus může obsahovat pouze jeden typ nukleové kyseliny: buď DNA nebo RNA. V souladu s tím se viry obsahující molekulu RNA nazývají viry obsahující RNA. Když virus tohoto typu vstoupí do buňky, může dojít k procesu reverzní transkripce (tvorba nové DNA na bázi RNA) a nově vytvořená DNA viru je integrována do genomu buňky a zajišťuje existenci a reprodukci. patogenu. Druhým scénářem je tvorba komplementární RNA na matrici příchozí virové RNA. V tomto případě dochází k tvorbě nových virových proteinů, vitální aktivitě a reprodukci viru bez účasti deoxyribonukleové kyseliny pouze na základě genetické informace zaznamenané na virové RNA. Ribonukleové kyseliny. RNA, struktura, struktury, typy, role. Genetický kód. Mechanismy přenosu genetické informace. Replikace. Transkripce

Ribozomální RNA.

rRNA tvoří 90 % celkové RNA v buňce a je charakterizována metabolickou stabilitou. U prokaryot existují tři různé typy rRNA se sedimentačními koeficienty 23S, 16S a 5S; Eukaryota mají čtyři typy: -28S, 18S,5S a 5,8S.

RNA tohoto typu jsou lokalizovány v ribozomech a účastní se specifických interakcí s ribozomálními proteiny.

Ribozomální RNA mají formu sekundární struktury ve formě dvouvláknových oblastí spojených zakřiveným jednovláknem. Ribozomální proteiny jsou spojeny převážně s jednořetězcovými oblastmi molekuly.

rRNA se vyznačuje přítomností modifikovaných bází, ale ve výrazně menším množství než v tRNA. rRNA obsahuje převážně methylované nukleotidy, s methylovými skupinami připojenými buď k bázi, nebo k 2/-OH skupině ribózy.

Přeneste RNA.

Molekuly tRNA jsou jedním řetězcem sestávajícím ze 70-90 nukleotidů, s molekulovou hmotností 23000-28000 a sedimentační konstantou 4S. V buněčné RNA tvoří transferová RNA 10–20 %. Molekuly tRNA mají schopnost se kovalentně vázat na konkrétní aminokyselinu a spojit se systémem vodíkových vazeb s jedním z nukleotidových tripletů molekuly mRNA. tRNA tedy implementují kódovou shodu mezi aminokyselinou a odpovídajícím kodonem mRNA. K provedení funkce adaptéru musí mít tRNA dobře definovanou sekundární a terciární strukturu.

Každá molekula tRNA má konstantní sekundární strukturu, má tvar dvourozměrného čtyřlístku a skládá se ze šroubovicových oblastí tvořených nukleotidy stejného řetězce a jednovláknových smyček umístěných mezi nimi. Počet helikálních oblastí dosahuje poloviny molekuly.Nepárové sekvence tvoří charakteristické strukturní prvky (větve), které mají typické větvení:

A) akceptorový kmen, na jehož 3/-OH konci je ve většině případů triplet CCA. Odpovídající aminokyselina se přidá ke karboxylové skupině koncového adenosinu pomocí specifického enzymu;

B) pseudouridin nebo T C-smyčka, sestává ze sedmi nukleotidů s povinnou sekvencí 5/-T CG-3/, která obsahuje pseudouridin; předpokládá se, že smyčka T C je použita k navázání tRNA na ribozom;

B) další smyčka - různé velikosti a složení v různých tRNA;

D) antikodonová smyčka se skládá ze sedmi nukleotidů a obsahuje skupinu tří bází (antikodon), která je komplementární k tripletu (kodonu) v molekule mRNA;

D) dihydrouridylová smyčka (D-smyčka), sestávající z 8-12 nukleotidů a obsahující od jednoho do čtyř dihydrouridylových zbytků, předpokládá se, že D-smyčka slouží k navázání tRNA na specifický enzym (aminoacyl-tRNA syntetáza).

Terciární balení molekul tRNA je velmi kompaktní a tvaru L. Roh takové struktury je tvořen dihydrouridinovým zbytkem a TC smyčkou, dlouhá noha tvoří akceptorový kmen a smyčku TC a krátká noha tvoří D smyčku a antikodonovou smyčku.

Na stabilizaci terciární struktury tRNA se podílejí polyvalentní kationty (Mg 2+, polyaminy), ale i vodíkové vazby mezi bázemi a fosfodiesterovou kostrou.

Komplexní prostorové uspořádání molekuly tRNA je způsobeno mnoha vysoce specifickými interakcemi jak s proteiny, tak s jinými nukleovými kyselinami (rRNA).

Transferová RNA se od ostatních typů RNA liší vysokým obsahem minoritních bází - v průměru 10-12 bází na molekulu, ale jejich celkový počet a tRNA se zvyšuje s tím, jak organismy postupují na evolučním žebříčku. V tRNA byly identifikovány různé methylované purinové (adenin, guanin) a pyrimidinové (5-methylcytosin a ribosylthymin) báze, báze obsahující síru (6-thiouracil), ale nejčastější (6-thiouracil), ale nejčastější minoritní složkou je pseudouridin. Role neobvyklých nukleotidů v molekulách tRNA není dosud jasná, ale má se za to, že čím nižší je úroveň zmírnění tRNA, tím je méně aktivní a specifická.

Lokalizace modifikovaných nukleotidů je přísně fixní. Přítomnost minoritních bází v tRNA činí molekuly odolnými vůči působení nukleáz a navíc se podílejí na udržování určité struktury, protože takové báze nejsou schopny normálního párování a brání tvorbě dvoušroubovice. Přítomnost modifikovaných bází v tRNA tedy určuje nejen její strukturu, ale také mnoho speciálních funkcí molekuly tRNA.

Většina eukaryotických buněk obsahuje sadu různých tRNA. Pro každou aminokyselinu existuje alespoň jedna specifická tRNA. tRNA, které vážou stejnou aminokyselinu, se nazývají isoakceptor. Každý typ buňky v těle se liší poměrem isoakceptorových tRNA.

Matrix (informace)

Messenger RNA obsahuje genetickou informaci o sekvenci aminokyselin pro esenciální enzymy a další proteiny, tzn. slouží jako templát pro biosyntézu polypeptidových řetězců. Podíl mRNA v buňce tvoří 5 % z celkového množství RNA. Na rozdíl od rRNA a tRNA je mRNA heterogenní co do velikosti, její molekulová hmotnost se pohybuje od 25 10 3 do 1 10 6; mRNA se vyznačuje širokým rozsahem sedimentačních konstant (6-25S). Přítomnost řetězců mRNA s proměnlivou délkou v buňce odráží rozmanitost molekulových hmotností proteinů, jejichž syntézu zajišťují.

mRNA svým nukleotidovým složením odpovídá DNA ze stejné buňky, tzn. je komplementární k jednomu z řetězců DNA. Nukleotidová sekvence (primární struktura) mRNA obsahuje informace nejen o struktuře proteinu, ale také o sekundární struktuře samotných molekul mRNA. Sekundární struktura mRNA vzniká díky vzájemně se doplňujícím sekvencím, jejichž obsah je u RNA různého původu podobný a pohybuje se od 40 do 50 %. V 3/ a 5/ oblastech mRNA může být vytvořen významný počet párových oblastí.

Analýza 5/-konců oblastí 18s rRNA ukázala, že obsahují vzájemně komplementární sekvence.

Terciární struktura mRNA je tvořena především vodíkovými vazbami, hydrofobními interakcemi, geometrickými a sterickými omezeními a elektrickými silami.

Messenger RNA je metabolicky aktivní a relativně nestabilní forma s krátkou životností. mRNA mikroorganismů se tedy vyznačuje rychlou obnovou a její životnost je několik minut. Avšak pro organismy, jejichž buňky obsahují skutečná membránově vázaná jádra, může životnost mRNA dosáhnout mnoha hodin a dokonce i několika dnů.

Stabilita mRNA může být určena různými modifikacemi její molekuly. Bylo tedy zjištěno, že 5/-koncová sekvence mRNA virů a eukaryot je methylována neboli „blokována“. První nukleotid ve struktuře 5/-koncové čepičky je 7-methylguanin, který je spojen s dalším nukleotidem 5/-5/-pyrofosfátovou vazbou. Druhý nukleotid je methylován na C-2/-ribózovém zbytku a třetí nukleotid nemusí mít methylovou skupinu.

Další schopností mRNA je, že na 3/-koncích mnoha molekul mRNA eukaryotických buněk jsou poměrně dlouhé sekvence adenylnukleotidů, které jsou po dokončení syntézy navázány na molekuly mRNA pomocí speciálních enzymů. Reakce probíhá v buněčném jádře a cytoplazmě.

Na 3/- a 5/- koncích mRNA tvoří modifikované sekvence asi 25 % celkové délky molekuly. Předpokládá se, že sekvence 5/-cap a 3/-poly-A jsou nezbytné buď pro stabilizaci mRNA, její ochranu před působením nukleáz, nebo pro regulaci translačního procesu.

RNA interference

V živých buňkách bylo nalezeno několik typů RNA, které mohou snížit stupeň genové exprese, když jsou komplementární k mRNA nebo samotnému genu. MikroRNA (21-22 nukleotidů dlouhé) se nacházejí v eukaryotech a uplatňují svůj účinek prostřednictvím mechanismu RNA interference. V tomto případě může komplex mikroRNA a enzymů vést k metylaci nukleotidů v DNA promotoru genu, což slouží jako signál ke snížení aktivity genu. Při použití jiného typu regulace dochází k degradaci mRNA komplementární k mikroRNA. Existují však také miRNA, které genovou expresi spíše zvyšují než snižují. Malé interferující RNA (siRNA, 20–25 nukleotidů) jsou často produkovány štěpením virových RNA, ale existují i ​​endogenní buněčné siRNA. Malé interferující RNA také působí prostřednictvím RNA interference mechanismy podobnými mikroRNA. U zvířat byla nalezena tzv. Piwi-interagující RNA (piRNA, 29-30 nukleotidů), která působí v zárodečných buňkách proti transpozici a hraje roli při tvorbě gamet. Kromě toho mohou být piRNA epigeneticky zděděny po mateřské linii a předat svou schopnost inhibovat expresi transpozonu potomkům.

Antisense RNA jsou u bakterií rozšířené, mnohé z nich potlačují genovou expresi, ale některé expresi aktivují. Antisense RNA působí navázáním na mRNA, což vede k tvorbě dvouřetězcových molekul RNA, které jsou degradovány enzymy.U eukaryot byly nalezeny molekuly RNA s vysokou molekulovou hmotností podobné mRNA. Tyto molekuly také regulují genovou expresi.

Kromě role jednotlivých molekul v genové regulaci mohou být regulační elementy tvořeny v 5" a 3" netranslatovaných oblastech mRNA. Tyto prvky mohou působit nezávisle, aby zabránily iniciaci translace, nebo mohou vázat proteiny, jako je feritin, nebo malé molekuly, jako je biotin.

Mnoho RNA se podílí na modifikaci jiných RNA. Introny jsou vyříznuty z pre-mRNA pomocí spliceosomů, které kromě proteinů obsahují několik malých jaderných RNA (snRNA). Kromě toho mohou introny katalyzovat vlastní excizi. RNA syntetizovaná jako výsledek transkripce může být také chemicky modifikována. U eukaryot jsou chemické modifikace nukleotidů RNA, například jejich methylace, prováděny malými jadernými RNA (snRNA, 60-300 nukleotidů). Tento typ RNA je lokalizován v jadérkách a Cajalových tělíscích. Po spojení snRNA s enzymy se snRNA navážou na cílovou RNA vytvořením párů bází mezi dvěma molekulami a enzymy modifikují nukleotidy cílové RNA. Ribozomální a transferové RNA obsahují mnoho takových modifikací, jejichž specifická pozice je často během evoluce zachována. SnRNA a samotné snRNA mohou být také modifikovány. Vodící RNA provádějí proces editace RNA v kinetoplastu, speciální oblasti mitochondrií kinetoplastidních protistů (například trypanozomů).

Genomy vyrobené z RNA

Stejně jako DNA může RNA uchovávat informace o biologických procesech. RNA může být použita jako genom virů a viru podobných částic. Genomy RNA lze rozdělit na ty, které nemají mezistupeň DNA, a na ty, které se kopírují do kopie DNA a zpět do RNA (retroviry) k reprodukci.

Mnoho virů, jako je virus chřipky, obsahuje genom sestávající výhradně z RNA ve všech fázích. RNA je obsažena v typicky proteinovém obalu a je replikována pomocí RNA-dependentních RNA polymeráz, které jsou v něm kódovány. Virové genomy sestávající z RNA se dělí na:

„bezřetězcová RNA“, která slouží pouze jako genom a jako mRNA se používá molekula k ní komplementární;

dvouvláknové viry.

Viroidy jsou další skupinou patogenů, které obsahují genom RNA a žádný protein. Jsou replikovány RNA polymerázami hostitelského organismu.

Retroviry a retrotranspozony

Jiné viry mají RNA genom pouze během jedné fáze svého životního cyklu. Viriony tzv. retrovirů obsahují molekuly RNA, které při vstupu do hostitelských buněk slouží jako templát pro syntézu kopie DNA. Na druhé straně je templát DNA čten genem RNA. Kromě virů se reverzní transkripce používá také ve třídě mobilních prvků genomu – retrotranspozonů.

Nukleové kyseliny jsou vysokomolekulární látky skládající se z mononukleotidů, které jsou navzájem spojeny do polymerního řetězce pomocí 3", 5" fosfodiesterových vazeb a jsou určitým způsobem zabaleny v buňkách.

Nukleové kyseliny jsou biopolymery dvou typů: kyselina ribonukleová (RNA) a kyselina deoxyribonukleová (DNA). Každý biopolymer se skládá z nukleotidů, které se liší sacharidovým zbytkem (ribóza, deoxyribóza) a jednou z dusíkatých bází (uracil, thymin). Podle těchto rozdílů dostaly nukleové kyseliny svůj název.

Struktura ribonukleové kyseliny

Primární struktura RNA

molekula RNA jsou lineární (tj. nerozvětvené) polynukleotidy s podobným principem organizace jako DNA. Monomery RNA jsou nukleotidy skládající se z kyseliny fosforečné, sacharidu (ribózy) a dusíkaté báze, spojené 3", 5" fosfodiesterovými vazbami. Polynukleotidové řetězce molekuly RNA jsou polární, tzn. mají rozlišitelné 5' a 3" konce. Navíc na rozdíl od DNA je RNA jednovláknová molekula. Důvodem tohoto rozdílu jsou tři rysy primární struktury:

1. RNA, na rozdíl od DNA, obsahuje ribózu místo deoxyribózy, která má další hydroxy skupinu. Díky hydroxylové skupině je dvouřetězcová struktura méně kompaktní
2. Mezi čtyřmi hlavními neboli hlavními dusíkatými bázemi (A, G, C a U) je místo thyminu obsažen uracil, který se od thyminu liší pouze nepřítomností methylové skupiny na 5. pozici. Díky tomu klesá síla hydrofobní interakce v komplementárním A-U páru, čímž se také snižuje pravděpodobnost vzniku stabilních dvouřetězcových molekul.
3. Konečně RNA (zejména tRNA) má vysoký obsah tzv. minoritní báze a nukleosidy. Patří mezi ně dihydrouridin (uracil nemá jednu dvojnou vazbu), pseudouridin (uracil je spojen s ribózou jinak než obvykle), dimethyladenin a dimethylguanin (v dusíkatých bázích jsou další dvě methylové skupiny) a mnoho dalších. Téměř všechny tyto báze se nemohou účastnit komplementárních interakcí. Methylové skupiny v dimethyladeninu (na rozdíl od thyminu a 5-methylcytosinu) jsou tedy umístěny na atomu, který tvoří vodíkovou vazbu v páru A-U; proto nyní toto spojení nelze uzavřít. To také zabraňuje tvorbě dvouřetězcových molekul.

Známé rozdíly ve složení RNA od DNA mají tedy velký biologický význam: vždyť molekuly RNA mohou plnit svou funkci pouze v jednovláknovém stavu, což je u mRNA nejzřetelnější: je těžké si představit, jak dvouřetězcová molekula by mohla být translatována na ribozomech.

Současně, i když zůstává jednoduchý, v některých oblastech může řetězec RNA tvořit smyčky, výběžky nebo „vlásenky“ s dvouvláknovou strukturou (obr. 1). Tato struktura je stabilizována interakcí bází v párech A::U a G:::C. Mohou však vzniknout i „nesprávné“ páry (například G U) a na některých místech jsou „vlásenky“ a nedochází k žádné interakci. Takové smyčky mohou obsahovat (zejména v tRNA a rRNA) až 50 % všech nukleotidů. Celkový obsah nukleotidů v RNA se pohybuje od 75 jednotek do mnoha tisíc. Ale i ty největší RNA jsou o několik řádů kratší než chromozomální DNA.

Primární struktura mRNA je zkopírována z části DNA obsahující informace o primární struktuře polypeptidového řetězce. Primární struktura ostatních typů RNA (tRNA, rRNA, vzácná RNA) je konečnou kopií genetického programu odpovídajících DNA genů.

Sekundární a terciární struktury RNA

Ribonukleové kyseliny (RNA) jsou jednovláknové molekuly, takže na rozdíl od DNA jsou jejich sekundární a terciární struktury nepravidelné. Tyto struktury, definované jako prostorová konformace polynukleotidového řetězce, jsou tvořeny převážně vodíkovými vazbami a hydrofobními interakcemi mezi dusíkatými bázemi. Pokud je nativní molekula DNA charakterizována stabilní šroubovicí, pak je struktura RNA rozmanitější a labilnější. Rentgenová difrakční analýza ukázala, že jednotlivé úseky polynukleotidového řetězce RNA se ohýbají na sebe a vytvářejí intrahelikální struktury. Stabilizace struktur je dosažena komplementárním párováním dusíkatých bází antiparalelních úseků řetězce; konkrétními páry jsou zde A-U, G-C a méně často G-U. Díky tomu se v molekule RNA objevují krátké i dlouhé dvoušroubovicové oblasti, které patří do stejného řetězce; tyto oblasti se nazývají vlásenky. Model sekundární struktury RNA s vlásenkovými prvky vznikl koncem 50. - začátkem 60. let. XX století v laboratořích A. S. Spirin (Rusko) a P. Doty (USA).

Některé typy RNA
Typy RNA	Velikost v nukleotidech	Funkce
gRNA - genomová RNA	10000-100000
mRNA - informační (matrixová) RNA	100-100000	přenáší informace o struktuře proteinu z molekuly DNA
tRNA - přenosová RNA	70-90	transportuje aminokyseliny do místa syntézy bílkovin
rRNA - ribozomální RNA	několik diskrétních tříd od 100 do 500 000	nacházející se v ribozomech, podílí se na udržování struktury ribozomu
sn-RNA - malá jaderná RNA	100	odstraňuje introny a enzymaticky spojuje exony v mRNA
sno-RNA - malá nukleolární RNA		se podílí na řízení nebo provádění modifikací báze v rRNA a malé jaderné RNA, jako je methylace a pseudouridinace. Většina malých nukleolárních RNA se nachází v intronech jiných genů
srp-RNA - signál rozpoznávající RNA		rozpoznává signální sekvenci proteinů určených k expresi a podílí se na jejich transportu přes cytoplazmatickou membránu
mi-RNA - mikro-RNA	22	řídit translaci strukturních genů komplementární vazbou na 3" konce netranslatovaných oblastí mRNA

Vznik šroubovicových struktur je doprovázen hypochromním efektem – poklesem optické hustoty vzorků RNA při 260 nm. K destrukci těchto struktur dochází, když se sníží iontová síla roztoku RNA nebo když se zahřeje na 60-70 ° C; nazývá se také tání a vysvětluje se strukturálním přechodem šroubovice - chaotické cívky, který je doprovázen zvýšením optické hustoty roztoku nukleové kyseliny.

V buňkách existuje několik typů RNA:

1. informační (nebo messenger) RNA (mRNA nebo mRNA) a její předchůdkyně - heterogenní jaderná RNA (r-n-RNA)
2. transfer RNA (tRNA) a její prekurzor
3. ribozomální (rRNA) a její prekurzor
4. malá jaderná RNA (sn-RNA)
5. malá nukleolární RNA (sno-RNA)
6. RNA rozpoznávající signál (srp-RNA)
7. mikro-RNA (mi-RNA)
8. mitochondriální RNA (t+ RNA).

Heterogenní jaderná a messenger RNA

Heterogenní jaderná RNA je charakteristická výhradně pro eukaryota. Je to prekurzor messenger RNA (mRNA), který přenáší genetickou informaci z jaderné DNA do cytoplazmy. Heterogenní jadernou RNA (pre-mRNA) objevil sovětský biochemik G. P. Georgiev. Počet typů r-RNA se rovná počtu genů, protože slouží jako přímá kopie kódujících sekvencí genomu, díky čemuž má kopie DNA palindromů, proto její sekundární struktura obsahuje vlásenky a lineární oblasti . V procesu transkripce RNA z DNA hraje klíčovou roli enzym RNA polymeráza II.

Messenger RNA vzniká jako výsledek zpracování (zrání) r-RNA, během kterého jsou odříznuty vlásenky, vystřiženy nekódující oblasti (introny) a kódující exony jsou slepeny dohromady.

Messenger RNA (i-RNA) je kopií specifického úseku DNA a funguje jako nosič genetické informace z DNA do místa syntézy proteinů (ribozomů) a přímo se podílí na sestavování jejích molekul.

Zralá messenger RNA má několik oblastí s různými funkčními rolemi (obr.)

• na 5" konci je tzv. "cap" nebo cap - úsek jednoho až čtyř modifikovaných nukleotidů. Tato struktura chrání 5" konec mRNA před endonukleázami
• Za „víčkem“ se nachází 5"-nepřeložená oblast - sekvence několika desítek nukleotidů. Je komplementární k jedné z částí r-RNA, která je součástí malé podjednotky ribozomu. Díky tomu slouží k primární vazbě m-RNA na ribozom, ale sama se nevysílá
• iniciační kodon je AUG, kódující methionin. Všechny mRNA mají stejný start kodon. Tím začíná translace (čtení) m-RNA. Pokud po syntéze peptidového řetězce není methionin potřeba, pak se obvykle odštěpí z jeho N-konce.
• Po startovacím kodonu následuje kódující část, která obsahuje informaci o aminokyselinové sekvenci proteinu. U eukaryot jsou zralé m-RNA monocistronní, tzn. každý z nich nese informaci o struktuře pouze jednoho polypeptidového řetězce.

  Jiná věc je, že někdy je peptidový řetězec, brzy po vytvoření na ribozomu, rozřezán na několik menších řetězců. To se děje například při syntéze inzulínu a řady oligopeptidových hormonů.

  Kódující část zralé m-RNA eukaryot postrádá introny – jakékoli vložené nekódující sekvence. Jinými slovy, existuje souvislá sekvence smyslových kodonů, které je třeba číst ve směru 5" -> 3".

• Na konci této sekvence je terminační kodon – jeden ze tří „nesmyslných“ kodonů: UAA, UAG nebo UGA (viz tabulka genetických kódů níže).
• Po tomto kodonu může následovat další 3' nepřekládaná oblast, která je významně delší než 5' nepřekládaná oblast.
• Konečně, téměř všechny zralé eukaryotické mRNA (kromě histonových mRNA) obsahují poly(A) fragment 150-200 adenylnukleotidů na 3" konci

3" nepřekládaná oblast a poly(A) fragment souvisí s regulací životnosti m-RNA, protože destrukce m-RNA je prováděna 3" exonukleázami. Po ukončení translace m-RNA se z poly(A) fragmentu odštěpí 10-15 nukleotidů. Po vyčerpání tohoto fragmentu začne významná část mRNA degradovat (pokud chybí 3" nepřeložená oblast).

Celkový počet nukleotidů v mRNA se obvykle pohybuje v rozmezí několika tisíc. Přitom kódující část může někdy tvořit pouze 60-70 % nukleotidů.

V buňkách jsou molekuly mRNA téměř vždy spojeny s proteiny. Ty pravděpodobně stabilizují lineární strukturu mRNA, tj. zabraňují tvorbě „vlásenek“ v kódující části. Kromě toho mohou proteiny chránit mRNA před předčasnou destrukcí. Takové komplexy mRNA s proteiny se někdy nazývají informosomy.

Transferová RNA v cytoplazmě buňky přenáší aminokyseliny v aktivované formě do ribozomů, kde se spojují do peptidových řetězců ve specifické sekvenci, která je specifikována matricí RNA (mRNA). V současné době jsou známy údaje o nukleotidové sekvenci pro více než 1700 druhů tRNA z prokaryotických a eukaryotických organismů. Všechny mají společné rysy jak ve své primární struktuře, tak ve způsobu, jakým je polynukleotidový řetězec složen do sekundární struktury v důsledku komplementární interakce nukleotidů zahrnutých v jejich struktuře.

Transferová RNA neobsahuje více než 100 nukleotidů, mezi nimiž je vysoký obsah minoritních nebo modifikovaných nukleotidů. První transferovou RNA, která byla kompletně dešifrována, byla alaninová RNA izolovaná z kvasinek. Analýza ukázala, že alaninová RNA se skládá ze 77 nukleotidů umístěných v přesně definované sekvenci; obsahují tzv. minoritní nukleotidy, reprezentované atypickými nukleosidy dihydrouridin (dgU) a pseudouridin (Ψ); inosin (I): ve srovnání s adenosinem je aminoskupina nahrazena ketoskupinou; methylinosin (ml), methyl- a dimethylguanosin (mG a m2G); methyluridin (mU): stejně jako ribothymidin. Alanin tRNA obsahuje 9 neobvyklých bází s jednou nebo více methylovými skupinami, které se k nim enzymaticky přidávají po vytvoření fosfodiesterových vazeb mezi nukleotidy. Tyto báze nejsou schopny tvořit běžné páry; možná slouží k zabránění párování bází v určitých částech molekuly a tím k odhalení specifických chemických skupin, které tvoří sekundární vazby s messengerovou RNA, ribozomem nebo možná enzymem nezbytným pro připojení konkrétní aminokyseliny k odpovídající transferové RNA. Známá sekvence nukleotidů v tRNA v podstatě znamená, že je známá také její sekvence v genech, na kterých je tato tRNA syntetizována. Tuto sekvenci lze odvodit na základě pravidel pro specifické párování bází stanovených Watsonem a Crickem. V roce 1970 byla syntetizována kompletní dvouvláknová molekula DNA s odpovídající sekvencí 77 nukleotidů a ukázalo se, že by mohla sloužit jako templát pro konstrukci alaninové transferové RNA. Jednalo se o první uměle syntetizovaný gen.

transkripce tRNA

K transkripci molekul tRNA dochází ze sekvencí, které ji kódují v DNA za účasti enzymu RNA polymerázy III. Při transkripci vzniká primární struktura tRNA ve formě lineární molekuly. Tvorba začíná kompilací nukleotidové sekvence RNA polymerázou v souladu s genem obsahujícím informaci o této přenosové RNA. Tato sekvence je lineární polynukleotidový řetězec, ve kterém nukleotidy následují za sebou. Lineární polynukleotidový řetězec je primární RNA, předchůdce tRNA, která zahrnuje introny – neinformativní přebytečné nukleotidy. Na této úrovni organizace není pre-tRNA funkční. Pre-tRNA se tvoří na různých místech DNA chromozomů a obsahuje nadbytek přibližně 40 nukleotidů ve srovnání se zralou tRNA.

Druhým krokem je, že nově syntetizovaný prekurzor tRNA podstoupí post-transkripční zrání nebo zpracování. Během zpracování se odstraní neinformativní přebytky v pre-RNA a vytvoří se zralé funkční molekuly RNA.

Pre-tRNA zpracování

Zpracování začíná tvorbou intramolekulárních vodíkových vazeb v transkriptu a molekula tRNA nabývá tvaru čtyřlístku. Toto je sekundární úroveň organizace tRNA, na které molekula tRNA ještě není funkční. Dále jsou vyříznuty neinformativní části pre-RNA, jsou spojeny informativní části „rozbitých genů“ - sestřih a modifikace 5" a 3" terminálních částí RNA.

Excize neinformativních úseků pre-RNA se provádí pomocí ribonukleáz (exo- a endonukleáz). Po odstranění přebytečných nukleotidů jsou báze tRNA methylovány. Reakce se provádí methyltransferázami. S-adenosylmethionin působí jako donor methylových skupin. Methylace zabraňuje destrukci tRNA nukleázami. Nakonec zralá tRNA vzniká přidáním specifické trojice nukleotidů (konec akceptoru) - CCA, který provádí speciální RNA polymeráza.

Po dokončení zpracování se v sekundární struktuře opět vytvoří další vodíkové vazby, díky nimž se tRNA posouvá na terciární úroveň organizace a dostává podobu tzv. L-formy. V této formě se tRNA dostává do hyaloplazmy.

Struktura tRNA

Struktura transferové RNA je založena na řetězci nukleotidů. Avšak vzhledem k tomu, že jakýkoli řetězec nukleotidů má kladně a záporně nabité části, nemůže být v buňce v rozloženém stavu. Tyto nabité části, které jsou vzájemně přitahovány, snadno vytvářejí vodíkové vazby podle principu komplementarity. Vodíkové vazby složitě stáčejí vlákno tRNA a drží jej v této poloze. Výsledkem je, že sekundární struktura t-RNA má vzhled „jetelového listu“ (obr.), který obsahuje ve své struktuře 4 dvouvláknové úseky. Vysoký obsah minoritních nebo modifikovaných nukleotidů, zaznamenaných v řetězci tRNA a neschopných komplementárních interakcí, tvoří 5 jednořetězcových oblastí.

Že. Sekundární struktura tRNA vzniká jako výsledek vnitrořetězcového párování komplementárních nukleotidů jednotlivých úseků tRNA. Oblasti tRNA, které se nepodílejí na tvorbě vodíkových vazeb mezi nukleotidy, tvoří smyčky nebo lineární jednotky. V tRNA se rozlišují následující strukturní oblasti:

1. Přijímací web (konec), skládající se ze čtyř lineárně uspořádaných nukleotidů, z nichž tři mají stejnou sekvenci ve všech typech tRNA - CCA. Hydroxylová 3"-OH adenosinu je volná. Aminokyselina je k ní připojena karboxylovou skupinou, odtud název této oblasti tRNA - akceptor. Aminokyselina tRNA navázaná na 3"-hydroxylovou skupinu adenosinu je dodávána k ribozomům, kde dochází k syntéze bílkovin.
2. Antikodonová smyčka, obvykle tvořený sedmi nukleotidy. Obsahuje triplet nukleotidů specifických pro každou tRNA, nazývaný antikodon. Antikodon tRNA se páruje s kodonem mRNA podle principu komplementarity. Interakce kodon-antikodon určují pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci během jeho sestavení v ribozomech.
3. Pseudouridylová smyčka (nebo TΨC smyčka) sestávající ze sedmi nukleotidů a nutně obsahující zbytek pseudouridylové kyseliny. Předpokládá se, že pseudouridylová smyčka se podílí na vazbě tRNA na ribozom.
4. Dihydrouridin nebo D-smyčka, obvykle sestávající z 8-12 nukleotidových zbytků, mezi nimiž je vždy několik dihydrouridinových zbytků. Předpokládá se, že D-smyčka je nezbytná pro vazbu na aminoacyl-tRNA syntetázu, která se podílí na rozpoznání její tRNA aminokyselinou (viz „Biosyntéza bílkovin“).
5. Přídavná smyčka, který se liší velikostí a složením nukleotidů pro různé tRNA.

Terciární struktura tRNA již nemá tvar čtyřlístku. Díky tvorbě vodíkových můstků mezi nukleotidy z různých částí „jetelového listu“ jsou jeho okvětní lístky navinuty na tělo molekuly a v této poloze jsou drženy dalšími van der Waalsovými vazbami, připomínajícími tvar písmene G resp. L. Přítomnost stabilní terciární struktury je dalším znakem této -RNA, na rozdíl od dlouhých lineárních polynukleotidů m-RNA. Jak přesně se různé části sekundární struktury t-RNA ohýbají během tvorby terciární struktury, můžete přesně pochopit, když se podíváte na obrázek porovnáním barev diagramů sekundární a terciární struktury t-RNA.

Transferové RNA (tRNA) přenášejí aminokyseliny z cytoplazmy do ribozomů během syntézy proteinů. Z tabulky s genetickým kódem je vidět, že každá aminokyselina je kódována několika nukleotidovými sekvencemi, takže každá aminokyselina má svou vlastní přenosovou RNA. V důsledku toho existuje široká škála tRNA: od jednoho do šesti typů pro každou z 20 aminokyselin. Typy tRNA, které se mohou vázat na stejnou aminokyselinu, se nazývají isoakceptor (například alanin může být připojen k tRNA, jejíž antikodon bude komplementární ke kodonům GCU, GCC, GCA, GCG). Specifičnost tRNA je označena horním indexem, například: tRNA Ala.

Pro proces syntézy proteinů jsou hlavními funkčními částmi t-RNA: antikodon - sekvence nukleotidů umístěná na antikodonové smyčce, komplementární ke kodonu messenger RNA (i-RNA) a akceptorová část - konec t-RNA naproti antikodonu, ke kterému je připojena aminokyselina. Sekvence bází v antikodonu přímo závisí na typu aminokyseliny připojené k 3" konci. Například tRNA, jejíž antikodon má sekvenci 5"-CCA-3", může nést pouze aminokyselinu tryptofan. Měla by být poznamenal, že tato závislost spočívá na přenosu genetické informace, jejímž nositelem je t-RNA.

Během syntézy proteinů rozpozná antikodon tRNA třípísmennou sekvenci genetického kódu (kodon) mRNA a porovná ji s jedinou odpovídající aminokyselinou připojenou k druhému konci tRNA. Pouze pokud je antikodon komplementární k úseku mRNA, může se na něj transferová RNA navázat a darovat přenesenou aminokyselinu k vytvoření proteinového řetězce. K interakci t-RNA a mRNA dochází v ribozomu, který je také aktivním účastníkem translace.

Rozpoznání aminokyseliny a kodonu i-RNA T-RNA probíhá určitým způsobem:

• Vazba „své“ aminokyseliny na tRNA probíhá pomocí enzymu – specifické aminoacyl-tRNA syntetázy

  Existuje široká škála aminoacyl-tRNA syntetáz v závislosti na počtu tRNA používaných aminokyselinami. Krátce se jim říká ARSases. Aminoacyl-tRNA syntetázy jsou velké molekuly (molekulová hmotnost 100 000 - 240 000) s kvartérní strukturou. Specificky rozpoznávají tRNA a aminokyseliny a katalyzují jejich kombinaci. Tento proces vyžaduje ATP, jehož energie se využívá k aktivaci aminokyseliny z karboxylového konce a jejímu připojení k hydroxylu (3"-OH) akceptorového konce adenosinu (ATC) tRNA. Předpokládá se, že v molekule z každé aminoacyl-tRNA syntetázy jsou vazebná centra alespoň ve třech vazebných centrech: pro aminokyseliny isoakceptorové tRNA a ATP. Ve vazebných centrech dochází ke vzniku kovalentní vazby, když se aminokyselina shoduje s tRNA a hydrolýza takové vazby v případě jejich neshody (připojení „špatné“ aminokyseliny k tRNA).

  APCázy mají schopnost selektivně využívat sortiment tRNA pro každou aminokyselinu během rozpoznávání, tzn. Vedoucím prvkem rozpoznávání je aminokyselina a její vlastní tRNA se jí přizpůsobuje. Dále tRNA jednoduchou difúzí přenese na ni navázanou aminokyselinu do ribozomů, kde se protein sestaví z aminokyselin dodávaných ve formě různých aminoacyl-tRNA.

  

  Vazba aminokyselin na tRNA

  Vazba tRNA a aminokyseliny probíhá následovně (obr.): aminokyselina a molekula ATP jsou připojeny k aminoacyl-tRNA syntetáze. Pro následnou aminoacelaci uvolňuje molekula ATP energii odstraněním dvou fosfátových skupin. Zbývající AMP (adenosinmonofosfát) se váže na aminokyselinu a připravuje ji na spojení s akceptorovým místem tRNA, akceptorovou vlásenkou. Syntetáza pak připojí související tRNA odpovídající aminokyselině. V této fázi se kontroluje shoda tRNA syntetázy. Pokud se shoduje, tRNA se pevně připojí k syntetáze, změní se její struktura, což vede ke spuštění procesu aminoacetylace – přidání aminokyseliny k tRNA.

  Aminoacylace nastává v procesu nahrazení molekuly AMP připojené k aminokyselině molekulou tRNA. Po tomto nahrazení AMP opustí syntetázu a tRNA je zadržena pro poslední kontrolu aminokyseliny.

  Kontrola, zda tRNA odpovídá připojené aminokyselině

  Syntetázový model pro kontrolu korespondence tRNA s připojenou aminokyselinou předpokládá přítomnost dvou aktivních center: syntetického a korekčního. V syntetickém centru je tRNA připojena k aminokyselině. Akceptorové místo tRNA zachycené syntetázou nejprve kontaktuje syntetické centrum, které již obsahuje aminokyselinu připojenou k AMP. Tento kontakt akceptorového místa tRNA mu dává nepřirozený ohyb, dokud není připojena aminokyselina. Poté, co je aminokyselina připojena k akceptorovému místu tRNA, zmizí potřeba, aby toto místo bylo v syntetickém centru, tRNA se narovná a přesune aminokyselinu k ní připojenou do korekčního centra. Pokud velikost molekuly aminokyseliny připojené k tRNA neodpovídá velikosti korekčního centra, aminokyselina je rozpoznána jako nesprávná a je odpojena od tRNA. Syntetáza je připravena na další cyklus. Když se velikost molekuly aminokyseliny připojené k tRNA shoduje s velikostí korekčního centra, uvolní se tRNA nabitá aminokyselinou: je připravena hrát svou roli v translaci proteinu. A syntetáza je připravena připojit nové aminokyseliny a tRNA a začít cyklus znovu.

  Kombinace nevhodné aminokyseliny se syntetázou se vyskytuje průměrně v 1 případě z 50 tisíc a s chybnou tRNA pouze jednou ze 100 tisíc spojení.

• K interakci m-RNA kodonu a t-RNA antikodonu dochází podle principu komplementarity a antiparalelismu

  Interakce tRNA s kodonem mRNA podle principu komplementarity a antiparalelismu znamená: protože význam kodonu mRNA je čten ve směru 5"->3", antikodon v tRNA by měl být čten ve směru 3"- ve směru >5". V tomto případě jsou první dvě báze kodonu a antikodonu párovány přísně komplementárně, tj. vznikají pouze páry A U a G C. Párování třetích bází se může od tohoto principu odchylovat. Platné páry jsou určeny schématem:

  Z diagramu vyplývá následující.

  • Molekula tRNA se váže pouze na kodon typu 1, pokud je třetím nukleotidem v jejím antikodonu C nebo A
  • tRNA se váže na 2 typy kodonů, pokud antikodon končí na U nebo G.
  • A konečně, tRNA se váže na 3 typy kodonů, pokud antikodon končí na I (inosinový nukleotid); Tato situace nastává zejména u alaninové tRNA.

    Odtud zase vyplývá, že rozpoznání 61 sense kodonů v zásadě vyžaduje ne stejný, ale menší počet různých tRNA.

  Ribozomální RNA

  

  Ribozomální RNA jsou základem pro tvorbu ribozomálních podjednotek. Ribozomy zajišťují prostorové uspořádání mRNA a tRNA při syntéze proteinů.

  Každý ribozom se skládá z velké a malé podjednotky. Podjednotky zahrnují velké množství proteinů a ribozomálních RNA, které nepodléhají translaci. Ribozomy, stejně jako ribozomální RNA, se liší svým sedimentačním koeficientem, měřeným ve Svedbergových jednotkách (S). Tento koeficient závisí na rychlosti sedimentace podjednotek během centrifugace v nasyceném vodném médiu.

  Každý eukaryotický ribozom má sedimentační koeficient 80S a běžně se označuje jako částice 80S. To zahrnuje

  • malá podjednotka (40S) obsahující ribozomální RNA se sedimentačním koeficientem 18S rRNA a 30 molekul různých proteinů,
  • velká podjednotka (60S), která zahrnuje 3 různé molekuly rRNA (jednu dlouhou a dvě krátké - 5S, 5,8S a 28S), a také 45 molekul proteinů.

    Podjednotky tvoří „kostru“ ribozomu, z nichž každá je obklopena svými vlastními proteiny. Sedimentační koeficient kompletního ribozomu se neshoduje se součtem koeficientů jeho dvou podjednotek, což souvisí s prostorovou konfigurací molekuly.

  Struktura ribozomů u prokaryot a eukaryot je přibližně stejná. Liší se pouze molekulovou hmotností. Bakteriální ribozom má sedimentační koeficient 70S a je označen jako částice 70S, což ukazuje na nižší rychlost sedimentace; obsahuje

  • malá (30S) podjednotka - 16S rRNA + proteiny
  • velká podjednotka (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + proteiny velké podjednotky (obr.)

  V rRNA je mezi dusíkatými bázemi obsah guaninu a cytosinu vyšší než obvykle. Menší nukleosidy jsou také nalezeny, ale ne tak často jako v tRNA: přibližně 1 %. Jedná se především o nukleosidy methylované na ribóze. Sekundární struktura rRNA má mnoho dvouvláknových oblastí a smyček (obr.). Toto je struktura molekul RNA vytvořená ve dvou po sobě jdoucích procesech – transkripci DNA a zrání (zpracování) RNA.

  Transkripce rRNA ze zpracování DNA a rRNA

  Pre-rRNA se tvoří v jadérku, kde se nacházejí transkripty rRNA. K transkripci rRNA z DNA dochází pomocí dvou dalších RNA polymeráz. RNA polymeráza I přepisuje 5S, 5,8S a 28S do jednoho dlouhého 45S transkriptu, který je následně rozdělen na potřebné části. To zajišťuje stejný počet molekul. V lidském těle obsahuje každý haploidní genom přibližně 250 kopií sekvence DNA kódující transkript 45S. Jsou umístěny v pěti seskupených tandemových repeticích (tj. v párech jedna za druhou) na krátkých ramenech chromozomů 13, 14, 15, 21 a 22. Tyto oblasti jsou známé jako nukleolární organizátory, protože jejich transkripce a následné zpracování 45S transkript se vyskytuje v jadérku.

  V nejméně třech shlucích chromozomu 1 je 2000 kopií genu 5S-rRNA. K jejich transkripci dochází v přítomnosti RNA polymerázy III mimo jadérko.

  Během zpracování zůstane o něco více než polovina pre-rRNA a zralá rRNA se uvolní. Některé nukleotidy rRNA procházejí modifikací, která spočívá v methylaci báze. Reakce se provádí methyltransferázami. S-adenosylmethionin působí jako donor methylových skupin. Zralé rRNA se v jádře spojují s ribozomálními proteiny přicházejícími sem z cytoplazmy a tvoří malé a velké ribozomální subčástice. Zralé rRNA jsou transportovány z jádra do cytoplazmy v komplexu s proteinem, který je navíc chrání před destrukcí a usnadňuje transport.

  Ribozomální centra

  Ribozomy se výrazně liší od ostatních buněčných organel. V cytoplazmě se nacházejí ve dvou stavech: neaktivní, kdy jsou velká a malá podjednotka od sebe odděleny, a v aktivní – při výkonu své funkce – syntéze proteinů, kdy jsou podjednotky vzájemně spojeny.

  Proces spojování ribozomálních podjednotek nebo sestavení aktivního ribozomu se nazývá iniciace translace. Toto sestavení probíhá přísně uspořádaným způsobem, který zajišťují funkční centra ribozomů. Všechna tato centra jsou umístěna na kontaktních plochách obou ribozomálních podjednotek. Tyto zahrnují:

  1. vazebné místo mRNA (M centrum). Je tvořena oblastí 18S rRNA, která je komplementární o 5-9 nukleotidů k ​​5" nepřeloženému fragmentu mRNA
  2. Peptidylové centrum (P-centrum). Na začátku translačního procesu se na něj naváže iniciační aa-tRNA. U eukaryot iniciační kodon všech mRNA vždy kóduje methionin, takže iniciační aa-tRNA je jedna ze dvou methioninových aa-tRNA, označených dolním indexem i: Met-tRNA i Met. V následujících fázích translace obsahuje P-centrum peptidyl-tRNA, která obsahuje již syntetizovanou část peptidového řetězce.

     Někdy se také mluví o E-centru (od „exit“ - exit), kde se tRNA, která ztratila spojení s peptidylem, pohybuje před opuštěním ribozomu. Toto centrum však lze považovat za nedílnou součást P-centra.

  3. Aminokyselinové centrum (A-centrum) je vazebným místem pro další aa-tRNA.
  4. Peptidyltransferázové centrum (PTF centrum) - katalyzuje přenos peptidylu z peptidyl-tRNA na další aa-tRNA přicházející do A centra. V tomto případě se vytvoří další peptidová vazba a peptidyl se prodlouží o jednu aminokyselinu.

  Jak v centru aminokyseliny, tak v centru peptidylu, antikodonová smyčka odpovídající tRNA (aa-tRNA nebo peptidyl-tRNA) zjevně směřuje k M-centru, vazebnému centru messenger RNA (interagujícím s mRNA) a akceptorové smyčce. s aminoacylovým nebo peptidylovým PTF centrem.

  Rozložení center mezi podjednotky

  Distribuce center mezi ribozomálními podjednotkami probíhá následovně:

  • Malá podjednotka. Protože obsahuje 18S rRNA, na jejíž oblast se mRNA váže, nachází se na této podjednotce M centrum. Kromě toho se zde nachází hlavní část A-centra a malá část P-centra.
  • Velká podjednotka. Zbývající části P- a A-center jsou umístěny na jeho styčné ploše. V případě P-centra se jedná o jeho hlavní část a v případě A-centra o místo vazby akceptorové smyčky aa-tRNA s aminokyselinovým radikálem (aminoacyl); zbytek a většina aa-tRNA se váže na malou podjednotku. Velká podjednotka také patří do centra PTF.
  Všechny tyto okolnosti určují pořadí sestavování ribozomů ve fázi iniciace translace.

  Iniciace ribozomu (příprava ribozomu na syntézu proteinů)

  Syntéza bílkovin, neboli samotná translace, se obvykle dělí do tří fází: iniciace (začátek), elongace (prodloužení polypeptidového řetězce) a terminace (konec). Během iniciační fáze je ribozom připraven k práci: jeho podjednotky jsou spojeny. U bakteriálních a eukaryotických ribozomů probíhá spojení podjednotek a začátek translace odlišně.

  Spuštění vysílání je nejpomalejší proces. Kromě ribozomálních podjednotek se na něm podílí mRNA a tRNA, GTP a tři proteinové iniciační faktory (IF-1, IF-2 a IF-3), které nejsou integrálními složkami ribozomu. Iniciační faktory usnadňují vazbu mRNA na malou podjednotku a GTP. GTP díky hydrolýze poskytuje energii pro proces uzavírání ribozomálních podjednotek.

  

  1. Iniciace začíná vazbou malé podjednotky (40S) na iniciační faktor IF-3, což zabraňuje předčasné vazbě velké podjednotky a umožňuje mRNA, aby se na ni navázala.
  2. Dále je mRNA (se svou 5" nepřeloženou oblastí) připojena ke komplexu "malá podjednotka (40S) + IF-3". V tomto případě se iniciační kodon (AUG) objeví na úrovni peptidylového centra budoucnosti ribozom.
  3. Dále jsou do komplexu „malá podjednotka + IF-3 + mRNA“ přidány další dva iniciační faktory: IF-1 a IF-2, přičemž IF-2 s sebou nese speciální přenosovou RNA, která se nazývá iniciační aa-tRNA. Součástí komplexu je také GTP.

     Malá podjednotka se spojí s mRNA a předloží dva kodony pro čtení. Na prvním z nich protein IF-2 fixuje iniciátor aa-tRNA. Druhý kodon uzavírá protein IF-1, který jej blokuje a zabraňuje spojení další tRNA, dokud není ribozom zcela sestaven.

  4. Po navázání iniciační aa-tRNA, tj. Met-tRNA i Met, dochází v důsledku komplementární interakce s mRNA (iniciační kodon AUG) a její instalaci na její místo v P-centru k vazbě ribozomálních podjednotek. GTP se hydrolyzuje na GDP a anorganický fosfát a energie uvolněná při přerušení této vysokoenergetické vazby vytváří termodynamický stimul, aby proces pokračoval požadovaným směrem. Ve stejnou dobu opouštějí ribozom iniciační faktory.

  Ze čtyř hlavních složek se tak tvoří jakýsi „sendvič“. V tomto případě se iniciační kodon mRNA (AUG) a související iniciační aa-tRNA objeví v P-centru sestaveného ribozomu. Ten hraje roli peptidyl-tRNA během tvorby první peptidové vazby.

  

  RNA transkripty syntetizované RNA polymerázou obvykle procházejí dalšími enzymatickými přeměnami, nazývanými post-transkripční zpracování, a teprve poté získávají svou funkční aktivitu. Transkripty nezralé messenger RNA se nazývají heterogenní jaderná RNA (hnRNA). Skládají se ze směsi velmi dlouhých molekul RNA obsahujících introny a exony. Zrání (zpracování) hnRNA v eukaryotech zahrnuje několik fází, z nichž jedna zahrnuje odstranění intronů – nepřeložených inzerčních sekvencí – a sloučení exonů. Proces probíhá tak, že za sebou následující exony, tedy kódující fragmenty mRNA, nejsou nikdy fyzicky odděleny. Exony jsou spolu velmi přesně spojeny pomocí molekul nazývaných malé jaderné RNA (snRNA). Funkce těchto krátkých jaderných RNA, sestávajících z přibližně sta nukleotidů, zůstávala dlouho nejasná. Bylo stanoveno poté, co bylo zjištěno, že jejich nukleotidová sekvence je komplementární k sekvencím na koncích každého z intronů. V důsledku párování bází obsažených v snRNA a na koncích složeného intronu se sekvence dvou exonů přiblíží k sobě takovým způsobem, že je možné odstranit intron, který je odděluje, a enzymatické spojení (splicing) intronu. kódující fragmenty (exony). Molekuly snRNA tedy hrají roli dočasných templátů, které drží konce dvou exonů blízko u sebe, aby došlo ke sestřihu na správném místě (obr.).

  Přeměna hnRNA na mRNA odstraněním intronů nastává v jaderném RNA-proteinovém komplexu zvaném splicesome. Každý splicesom má jádro sestávající ze tří malých (nízkomolekulárních) jaderných ribonukleoproteinů neboli snurpů. Každý snurp obsahuje alespoň jednu malou jadernou RNA a několik proteinů. Existuje několik stovek různých malých jaderných RNA, transkribovaných hlavně RNA polymerázou II. Předpokládá se, že jejich hlavní funkcí je rozpoznání specifických ribonukleových sekvencí prostřednictvím párování bází typu RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 a U5 jsou nejdůležitější pro zpracování hnRNA.

  Mitochondriální RNA

  Mitochondriální DNA je kontinuální smyčka a kóduje 13 polypeptidů, 22 tRNA a 2 rRNA (16S a 23S). Většina genů je umístěna na jednom (těžkém) řetězci, ale určitý počet z nich je také umístěn na lehkém řetězci, který je k němu komplementární. V tomto případě jsou oba řetězce transkribovány jako kontinuální transkripty pomocí mitochondriálně specifické RNA polymerázy. Tento enzym je kódován jaderným genem. Dlouhé molekuly RNA jsou pak štěpeny na 37 samostatných druhů a mRNA, rRNA a tRNA společně překládají 13 mRNA. Velké množství dalších proteinů, které vstupují do mitochondrií z cytoplazmy, se překládá z jaderných genů. Pacienti se systémovým lupus erythematodes mají protilátky proti snurp proteinům jejich vlastního těla. Kromě toho se předpokládá, že určitý soubor malých jaderných genů RNA chromozomu 15q hraje důležitou roli v patogenezi Prader-Williho syndromu (dědičná kombinace mentální retardace, malého vzrůstu, obezity a svalové hypotonie).