คุณสมบัติใดที่เป็นลักษณะของการขนส่ง RNA โครงสร้างรองของ RNA

โครงสร้างและหน้าที่ของ RNA

RNA- โพลีเมอร์ที่มีโมโนเมอร์ ไรโบนิวคลีโอไทด์. RNA ต่างจาก DNA ตรงที่ RNA ไม่ได้เกิดจากสองสาย แต่เกิดจากสายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์หนึ่งสาย (ยกเว้น ไวรัสที่มี RNA บางตัวมี RNA แบบสองสาย) RNA nucleotides สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนซึ่งกันและกันได้ RNA chain นั้นสั้นกว่า DNA chain มาก

RNA โมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์ (ไรโบนิวคลีโอไทด์)- ประกอบด้วยสารตกค้างของสารสามชนิด: 1) เบสไนโตรเจน 2) โมโนแซ็กคาไรด์ห้าคาร์บอน (เพนโทส) และ 3) กรดฟอสฟอริก ฐานไนโตรเจนของอาร์เอ็นเอยังอยู่ในคลาสของไพริมิดีนและพิวรีน

เบสไพริมิดีนของอาร์เอ็นเอ ได้แก่ ยูราซิล ไซโตซีน เบสพิวรีน - อะดีนีนและกวานีน โมโนแซ็กคาไรด์ของ RNA นิวคลีโอไทด์ถูกแทนด้วยไรโบส

จัดสรร RNA สามประเภท: 1) ข้อมูล(เมทริกซ์) RNA - mRNA (mRNA), 2) ขนส่งอาร์เอ็นเอ - tRNA, 3) ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ - อาร์อาร์เอ็นเอ

RNA ทุกประเภทเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์ที่ไม่มีการแบ่งแยก มีโครงสร้างเชิงพื้นที่จำเพาะ และมีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของ RNA ทุกประเภทถูกเก็บไว้ใน DNA กระบวนการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอบนเทมเพลตดีเอ็นเอเรียกว่าการถอดรหัส

โอน RNAsมักจะมี 76 (จาก 75 ถึง 95) นิวคลีโอไทด์; น้ำหนักโมเลกุล - 25,000–30,000 tRNA คิดเป็น 10% ของเนื้อหา RNA ทั้งหมดในเซลล์ ฟังก์ชัน tRNA: 1) การขนส่งกรดอะมิโนไปยังไซต์ของการสังเคราะห์โปรตีนไปยังไรโบโซม 2) ผู้ไกล่เกลี่ยการแปล พบ tRNA ประมาณ 40 ชนิดในเซลล์ แต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะของลำดับนิวคลีโอไทด์สำหรับมันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม tRNA ทั้งหมดมีบริเวณเสริมภายในโมเลกุลหลายส่วน เนื่องจาก tRNAs ได้รับโครงสร้างที่คล้ายกับใบโคลเวอร์ tRNA ใดๆ มีลูปสำหรับการสัมผัสกับไรโบโซม (1), ลูปแอนติโคดอน (2), ลูปสำหรับการสัมผัสกับเอ็นไซม์ (3), ก้านตัวรับ (4) และแอนติโคดอน (5) กรดอะมิโนติดอยู่ที่ปลาย 3' ของก้านตัวรับ แอนติโคดอน- สามนิวคลีโอไทด์ที่ "รับรู้" โคดอน mRNA ควรเน้นว่า tRNA เฉพาะสามารถขนส่งกรดอะมิโนที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งสอดคล้องกับแอนติโคดอนของมัน ความจำเพาะของการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนและ tRNA ทำได้เนื่องจากคุณสมบัติของเอนไซม์ aminoacyl-tRNA synthetase

ไรโบโซม RNAมีนิวคลีโอไทด์ 3000–5000; น้ำหนักโมเลกุล - 1,000,000–1,500,000 rRNA คิดเป็น 80–85% ของเนื้อหา RNA ทั้งหมดในเซลล์ ในความซับซ้อนที่มีโปรตีนไรโบโซม rRNA จะสร้างไรโบโซม - ออร์แกเนลล์ที่ทำการสังเคราะห์โปรตีน ในเซลล์ยูคาริโอต การสังเคราะห์ rRNA เกิดขึ้นในนิวเคลียส ฟังก์ชัน rRNA: 1) องค์ประกอบโครงสร้างที่จำเป็นของไรโบโซม และทำให้แน่ใจในการทำงานของไรโบโซม 2) สร้างความมั่นใจปฏิสัมพันธ์ของไรโบโซมและ tRNA; 3) การจับเริ่มต้นของไรโบโซมและโคดอนตัวเริ่มต้น mRNA และการกำหนดกรอบการอ่าน 4) การก่อตัวของจุดศูนย์กลางแอคทีฟของไรโบโซม

DNA และ RNA ประเภทต่างๆ - กรดนิวคลีอิก - เป็นหนึ่งในเป้าหมายของการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุล หนึ่งในขอบเขตที่มีแนวโน้มและพัฒนาอย่างรวดเร็วที่สุดในวิทยาศาสตร์นี้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือการศึกษาอาร์เอ็นเอ

สั้น ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างของ RNA

ดังนั้น RNA หรือกรดไรโบนิวคลีอิกจึงเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีโมเลกุลเป็นสายโซ่ที่สร้างจากนิวคลีโอไทด์สี่ประเภท ในทางกลับกัน นิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดจะประกอบด้วยฐานไนโตรเจน (adenine A, guanine G, uracil U หรือ cytosine C) ร่วมกับน้ำตาลไรโบสและกรดฟอสฟอริกตกค้าง สารตกค้างของฟอสเฟตที่เชื่อมต่อกับไรโบสของนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ใกล้เคียง "เย็บ" บล็อกที่เป็นส่วนประกอบของ RNA ให้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ - โพลีนิวคลีโอไทด์ นี่คือวิธีสร้างโครงสร้างหลักของ RNA

โครงสร้างรอง - การก่อตัวของสายโซ่คู่ - เกิดขึ้นในบางส่วนของโมเลกุลตามหลักการเสริมของฐานไนโตรเจน: อะดีนีนสร้างคู่กับยูราซิลผ่านคู่และกัวนีนกับไซโตซีน - พันธะไฮโดรเจนสามเท่า

ในรูปแบบการทำงานโมเลกุล RNA ยังสร้างโครงสร้างตติยภูมิ - โครงสร้างเชิงพื้นที่พิเศษรูปแบบ

การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ

RNA ทุกประเภทถูกสังเคราะห์โดยใช้เอ็นไซม์ RNA polymerase มันสามารถขึ้นอยู่กับ DNA และ RNA นั่นคือสามารถกระตุ้นการสังเคราะห์ทั้งเทมเพลต DNA และ RNA

การสังเคราะห์ขึ้นอยู่กับความสมบูรณ์ของฐานและการต่อต้านขนานของทิศทางการอ่านของรหัสพันธุกรรมและดำเนินการในหลายขั้นตอน

ประการแรก RNA polymerase ได้รับการยอมรับและผูกมัดกับลำดับนิวคลีโอไทด์พิเศษบน DNA - โปรโมเตอร์ หลังจากนั้นเกลียวคู่ของ DNA จะคลายตัวในพื้นที่เล็กๆ และการประกอบของโมเลกุล RNA เริ่มต้นจากสายโซ่หนึ่งที่เรียกว่าแม่แบบ (อีกอันหนึ่ง) DNA chain เรียกว่าการเข้ารหัส - เป็นสำเนาที่สังเคราะห์ RNA) ความไม่สมดุลของโปรโมเตอร์เป็นตัวกำหนดว่าสาย DNA ใดจะทำหน้าที่เป็นแม่แบบ และทำให้ RNA polymerase เริ่มการสังเคราะห์ในทิศทางที่ถูกต้อง

ขั้นตอนต่อไปเรียกว่าการยืดตัว คอมเพล็กซ์การถอดรหัสซึ่งรวมถึง RNA polymerase และบริเวณที่ไม่บิดเบี้ยวด้วย DNA-RNA ไฮบริดเริ่มเคลื่อนไหว ในขณะที่การเคลื่อนไหวนี้ดำเนินต่อไป RNA strand ที่กำลังเติบโตจะค่อยๆ แยกออกจากกัน และเกลียวคู่ของ DNA จะคลายออกที่ด้านหน้าของคอมเพล็กซ์และประกอบกลับเข้าไปใหม่ด้านหลัง

ขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์เกิดขึ้นเมื่อ RNA polymerase ไปถึงบริเวณเฉพาะของเมทริกซ์ที่เรียกว่าเทอร์มิเนเตอร์ การยุติ (สิ้นสุด) ของกระบวนการสามารถทำได้หลายวิธี

RNA ประเภทหลักและหน้าที่ในเซลล์

มีดังต่อไปนี้:

• เมทริกซ์หรือข้อมูล (mRNA) ผ่านการถอดความ - การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA
• Ribosomal (rRNA) ซึ่งให้กระบวนการแปล - การสังเคราะห์โปรตีนบนเทมเพลต mRNA
• การขนส่ง (tRNA) สร้างการรับรู้และการขนส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม ซึ่งเกิดการสังเคราะห์โปรตีน และยังมีส่วนร่วมในการแปลอีกด้วย
• RNA ขนาดเล็กเป็นคลาสของโมเลกุลขนาดเล็กที่ครอบคลุมซึ่งทำหน้าที่ต่างๆ ในระหว่างกระบวนการถอดรหัส การเจริญเติบโตของ RNA และการแปล
• จีโนมอาร์เอ็นเอคือลำดับการเข้ารหัสที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมในไวรัสและไวรอยด์บางชนิด

ในปี 1980 มีการค้นพบกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของ RNA โมเลกุลที่มีคุณสมบัตินี้เรียกว่าไรโบไซม์ จนถึงขณะนี้ ยังไม่ค่อยรู้จักไรโบไซม์ตามธรรมชาติมากนัก ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของพวกมันนั้นต่ำกว่าโปรตีน แต่ในเซลล์พวกมันทำหน้าที่สำคัญอย่างยิ่ง ปัจจุบัน งานที่ประสบความสำเร็จกำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการเกี่ยวกับการสังเคราะห์ไรโบไซม์ ซึ่งมีความสำคัญเหนือสิ่งอื่นใด

ให้เราศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโมเลกุล RNA ประเภทต่างๆ

เมทริกซ์ (ข้อมูล) RNA

โมเลกุลนี้ถูกสังเคราะห์ขึ้นเหนือส่วนที่ไม่บิดเบี้ยวของ DNA ดังนั้นจึงเป็นการคัดลอกยีนที่เข้ารหัสโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง

RNA ของเซลล์ยูคาริโอตก่อนที่จะกลายเป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีนจะต้องเติบโตเต็มที่นั่นคือต้องผ่านกระบวนการดัดแปลงที่หลากหลาย - การประมวลผลที่ซับซ้อน

อย่างแรกเลย แม้แต่ในขั้นตอนของการถอดรหัส โมเลกุลก็ผ่านการปิดฝา: โครงสร้างพิเศษของนิวคลีโอไทด์ที่ถูกดัดแปลงอย่างน้อยหนึ่งตัว หมวก ติดอยู่ที่ปลายของมัน มีบทบาทสำคัญในกระบวนการดาวน์สตรีมจำนวนมากและช่วยเพิ่มความเสถียรของ mRNA หางที่เรียกว่าโพลี (A) ซึ่งเป็นลำดับของอะดีนีนนิวคลีโอไทด์ติดอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของการถอดเสียงหลัก

จากนั้น pre-mRNA จะถูกต่อเข้าด้วยกัน นี่คือการกำจัดบริเวณที่ไม่มีรหัสออกจากโมเลกุล - อินตรอนซึ่งมีอยู่มากใน DNA ของยูคาริโอต ถัดไป ขั้นตอนการแก้ไข mRNA เกิดขึ้น ซึ่งองค์ประกอบของมันถูกดัดแปลงทางเคมี เช่นเดียวกับเมทิลเลชัน หลังจากนั้น mRNA ที่โตเต็มที่จะออกจากนิวเคลียสของเซลล์

ไรโบโซม RNA

พื้นฐานของไรโบโซม ซึ่งเป็นสารเชิงซ้อนที่ให้การสังเคราะห์โปรตีน ประกอบด้วย rRNA ยาวสองตัวที่สร้างอนุภาคย่อยของไรโบโซม พวกมันถูกสังเคราะห์เข้าด้วยกันเป็นพรี-rRNA เดียว ซึ่งจากนั้นจะถูกแยกออกระหว่างการประมวลผล หน่วยย่อยขนาดใหญ่ยังรวมถึง rRNA ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำซึ่งสังเคราะห์จากยีนที่แยกจากกัน Ribosomal RNAs มีโครงสร้างตติยภูมิที่หนาแน่นซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสำหรับโปรตีนที่มีอยู่ในไรโบโซมและทำหน้าที่เสริม

ในระยะที่ไม่ทำงาน หน่วยย่อยไรโบโซมจะถูกแยกออก เมื่อเริ่มต้นกระบวนการแปล rRNA ของหน่วยย่อยขนาดเล็กจะรวมกับ Messenger RNA หลังจากนั้นองค์ประกอบของไรโบโซมจะรวมกันอย่างสมบูรณ์ เมื่อ RNA ของหน่วยย่อยขนาดเล็กมีปฏิสัมพันธ์กับ mRNA ตัวหลังจะขยายผ่านไรโบโซม (ซึ่งเทียบเท่ากับการเคลื่อนที่ของไรโบโซมตาม mRNA) ไรโบโซมอาร์เอ็นเอของหน่วยย่อยขนาดใหญ่คือไรโบไซม์นั่นคือมีคุณสมบัติของเอนไซม์ มันกระตุ้นการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน

ควรสังเกตว่าส่วนที่ใหญ่ที่สุดใน RNA ทั้งหมดในเซลล์คือไรโบโซม - 70-80% DNA มียีนจำนวนมากที่เข้ารหัส rRNA ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่ามีการถอดรหัสอย่างเข้มข้น

โอน RNA

โมเลกุลนี้เป็นที่รู้จักโดยกรดอะมิโนบางชนิดด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์พิเศษและเชื่อมต่อกับมันขนส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซมซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลางในกระบวนการแปล - การสังเคราะห์โปรตีน การถ่ายโอนจะดำเนินการโดยการแพร่กระจายในไซโตพลาสซึมของเซลล์

โมเลกุล tRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ เช่นเดียวกับ RNA ประเภทอื่น ๆ ได้รับการประมวลผล tRNA ที่โตเต็มที่ในรูปแบบแอคทีฟมีรูปแบบคล้ายกับโคลเวอร์ลีฟ บน "ก้านใบ" ของใบ - ไซต์ตัวรับ - มีลำดับ CCA ที่มีกลุ่มไฮดรอกซิลที่จับกับกรดอะมิโน ที่ปลายอีกด้านของ "ใบไม้" คือวง anticodon ที่เชื่อมต่อกับ codon เสริมบน mRNA D-loop ทำหน้าที่จับ RNA ที่ถ่ายโอนไปยังเอนไซม์เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับกรดอะมิโน และ T-loop ใช้เพื่อจับกับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม

RNA ขนาดเล็ก

RNA ประเภทนี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการของเซลล์และขณะนี้กำลังมีการศึกษาอย่างแข็งขัน

ตัวอย่างเช่น RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็กในเซลล์ยูคาริโอตเกี่ยวข้องกับการประกบ mRNA และอาจมีคุณสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาพร้อมกับโปรตีน spliceosome RNA ที่เป็นนิวเคลียสขนาดเล็กเกี่ยวข้องกับการประมวลผลของไรโบโซมและการถ่ายโอน RNA

การรบกวนขนาดเล็กและ microRNAs เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของระบบการควบคุมการแสดงออกของยีน ซึ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ในการควบคุมโครงสร้างและกิจกรรมที่สำคัญของตัวเอง ระบบนี้เป็นส่วนสำคัญของการตอบสนองของภูมิคุ้มกันของเซลล์

นอกจากนี้ยังมีกลุ่มของ RNA ขนาดเล็กที่ทำงานในเชิงซ้อนกับโปรตีน Piwi คอมเพล็กซ์เหล่านี้มีบทบาทอย่างมากในการพัฒนาเซลล์สืบพันธุ์ ในการสร้างสเปิร์ม และการปราบปรามขององค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนย้ายได้

จีโนมอาร์เอ็นเอ

โมเลกุล RNA สามารถใช้เป็นจีโนมได้โดยไวรัสส่วนใหญ่ จีโนมของไวรัสนั้นแตกต่างกัน - แบบสายเดี่ยวและแบบสองเกลียว, แบบวงกลมหรือแบบเส้นตรง นอกจากนี้ จีโนมอาร์เอ็นเอของไวรัสมักถูกแบ่งส่วนและโดยทั่วไปสั้นกว่าจีโนมที่มีดีเอ็นเอ

มีไวรัสในตระกูลหนึ่งซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งเข้ารหัสใน RNA หลังจากการติดเชื้อของเซลล์โดยการถอดรหัสแบบย้อนกลับ ถูกเขียนใหม่ไปยัง DNA ซึ่งจะถูกนำเข้าสู่จีโนมของเซลล์ของเหยื่อ สิ่งเหล่านี้เรียกว่า retroviruses ซึ่งรวมถึงโดยเฉพาะอย่างยิ่งไวรัสโรคภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์

ความสำคัญของการวิจัยอาร์เอ็นเอในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

หากก่อนหน้านี้มีความคิดเห็นเกี่ยวกับบทบาทรองของ RNA ตอนนี้เป็นที่ชัดเจนว่ามันเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นและสำคัญที่สุดของกิจกรรมชีวิตภายในเซลล์ หลายกระบวนการที่มีความสำคัญยิ่งไม่สามารถทำได้โดยปราศจากการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของอาร์เอ็นเอ กลไกของกระบวนการดังกล่าวยังไม่เป็นที่รู้จักมาเป็นเวลานาน แต่ด้วยการศึกษาอาร์เอ็นเอประเภทต่าง ๆ และหน้าที่ของมัน รายละเอียดมากมายจึงค่อยๆ ชัดเจนขึ้น

เป็นไปได้ว่า RNA มีบทบาทชี้ขาดในการเกิดขึ้นและการพัฒนาของชีวิตในยามรุ่งอรุณของประวัติศาสตร์โลก ผลการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้สนับสนุนสมมติฐานนี้ ซึ่งเป็นการพิสูจน์ถึงความเก่าแก่ที่ไม่ธรรมดาของกลไกการทำงานของเซลล์หลายอย่างด้วยการมีส่วนร่วมของอาร์เอ็นเอบางประเภท ตัวอย่างเช่น ไรโบสวิตช์ที่ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ mRNA (ระบบการควบคุมการทำงานของยีนที่ปราศจากโปรตีนในระยะการถอดรหัส) ตามที่นักวิจัยหลายคนกล่าวว่าเป็นเสียงสะท้อนของยุคที่ชีวิตดึกดำบรรพ์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ RNA โดยไม่มี การมีส่วนร่วมของ DNA และโปรตีน ไมโครอาร์เอ็นเอยังถือเป็นองค์ประกอบที่เก่าแก่มากของระบบการกำกับดูแล ลักษณะโครงสร้างของ rRNA ที่เร่งปฏิกิริยาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาบ่งบอกถึงวิวัฒนาการที่ค่อยเป็นค่อยไปโดยการเพิ่มชิ้นส่วนใหม่ให้กับโปรโตริโบโซมในสมัยโบราณ

การศึกษาอย่างละเอียดถึงประเภทของ RNA และวิธีมีส่วนร่วมในกระบวนการบางอย่างก็มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสาขาการแพทย์เชิงทฤษฎีและประยุกต์

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของ DNA

ปัจจัยต่างๆ ที่ทำลายพันธะไฮโดรเจน (อุณหภูมิเพิ่มขึ้นสูงกว่า 80 C, การเปลี่ยนแปลงของ pH และความแข็งแรงของไอออนิก, การกระทำของยูเรีย ฯลฯ) ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของดีเอ็นเอ กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของสาย DNA โดยไม่ทำลายพันธะโควาเลนต์ เกลียวคู่ของ DNA ในระหว่างการแปลงสภาพถูกแบ่งออกเป็นสายโซ่ส่วนประกอบทั้งหมดหรือบางส่วน การเปลี่ยนสภาพของ DNA นั้นมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของการดูดกลืนแสงในบริเวณ UV ของฐาน purine และ pyrimidine ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เอฟเฟกต์ไฮเปอร์โครมิก . การเปลี่ยนสภาพยังช่วยลดความหนืดสูงที่มีอยู่ในสารละลาย DNA ดั้งเดิม เมื่อโครงสร้าง DNA ที่มีสายสองเส้นเดิมกลับคืนมา อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนสภาพใหม่ การดูดซับที่ 260 นาโนเมตรโดยเบสไนโตรเจนจะลดลงเนื่องจาก "การป้องกัน" ของพวกมัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เอฟเฟกต์ไฮโปโครมิก .

การ "คลี่คลาย" ของ DNA แต่ละตัวในสายโซ่ส่วนประกอบนั้นดำเนินการภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด จุดกึ่งกลางของช่วงเวลานี้เรียกว่าจุดหลอมเหลว อุณหภูมิหลอมเหลวของ DNA ขึ้นอยู่กับสภาวะมาตรฐาน (ค่า pH และความแรงของอิออนิกที่แน่นอน) กับอัตราส่วนของเบสไนโตรเจน คู่ G-C ที่มีพันธะไฮโดรเจนสามพันธะนั้นแข็งแกร่งกว่า ดังนั้น ยิ่งเนื้อหาของคู่ G-C ใน DNA สูงขึ้น จุดหลอมเหลวก็จะยิ่งสูงขึ้น

หน้าที่ของ DNA. ในลำดับของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลดีเอ็นเอ ข้อมูลทางพันธุกรรมจะถูกเข้ารหัส หน้าที่หลักของ DNA ประการแรกคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสืบพันธุ์ของตัวเองในรุ่นเซลล์และรุ่นของสิ่งมีชีวิตและประการที่สองเพื่อให้แน่ใจว่าการสังเคราะห์โปรตีน หน้าที่เหล่านี้เกิดจากการที่โมเลกุลดีเอ็นเอทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ในกรณีแรกสำหรับการจำลองแบบ กล่าวคือ คัดลอกข้อมูลในโมเลกุล DNA ของลูกสาวในวินาที - เพื่อการถอดความเช่น เพื่อเข้ารหัสข้อมูลลงในโครงสร้างอาร์เอ็นเอ

ข้าว. 5 เส้นหลอมเหลว (DNA denaturation)

สายเสริมของ DNA ที่แยกจากกันระหว่างการเปลี่ยนสภาพสามารถเชื่อมต่อใหม่เป็นเกลียวคู่ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ กระบวนการนี้เรียกว่า RENATURATION หากการเสียสภาพธรรมชาติไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์และอย่างน้อยก็ยังมีเบสสองสามตัวที่ไม่สูญเสียปฏิกิริยาจากพันธะไฮโดรเจน การเปลี่ยนสภาพจะดำเนินไปอย่างรวดเร็ว

ไซโตพลาสซึมของเซลล์ประกอบด้วย RNA หน้าที่หลักสามประเภท เหล่านี้คือ RNA ของผู้ส่งสาร - mRNA ที่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซม RNAs - rRNAs ที่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของไรโบโซม และถ่ายโอน RNAs - tRNA ที่เกี่ยวข้องกับการแปล (การแปล) ของข้อมูล mRNA เป็นลำดับกรดอะมิโนในโปรตีน

ตารางที่ 2 แสดงความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA ในแง่ของโครงสร้าง การแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเซลล์ และหน้าที่

ตารางที่ 2 ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA

เป็นการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนโดยอาศัย RNA ของผู้ส่งสาร (การแปล) อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนการถอดรหัส ลำดับนิวคลีโอไทด์ไม่สามารถแปลเป็นกรดอะมิโนได้โดยตรง เนื่องจากสารประกอบเหล่านี้มีลักษณะทางเคมีที่แตกต่างกัน ดังนั้นการแปลจึงต้องอาศัยตัวกลางในรูปแบบของการถ่ายโอน RNA (tRNA) ซึ่งมีหน้าที่ในการแปลรหัสพันธุกรรมเป็น "ภาษา" ของกรดอะมิโน

ลักษณะทั่วไปของการถ่ายโอน RNA

Transfer RNAs หรือ tRNAs เป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่ส่งกรดอะมิโนไปยังบริเวณที่มีการสังเคราะห์โปรตีน (เป็นไรโบโซม) ปริมาณของกรดไรโบนิวคลีอิกชนิดนี้ในเซลล์อยู่ที่ประมาณ 10% ของสระ RNA ทั้งหมด

เช่นเดียวกับ tRNA ประเภทอื่น ประกอบด้วยสายโซ่ของไรโบนิวคลีโอไซด์ ไตรฟอสเฟต ความยาวของลำดับนิวคลีโอไทด์คือ 70-90 หน่วย และประมาณ 10% ขององค์ประกอบของโมเลกุลตกอยู่กับส่วนประกอบย่อย

เนื่องจากกรดอะมิโนแต่ละตัวมีตัวพาของตัวเองในรูปของ tRNA เซลล์จึงสังเคราะห์โมเลกุลนี้เป็นจำนวนมาก ตัวบ่งชี้นี้แตกต่างกันไปตั้งแต่ 80 ถึง 100 ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิต

ฟังก์ชัน tRNA

Transfer RNA เป็นซัพพลายเออร์ของซับสเตรตสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งเกิดขึ้นในไรโบโซม เนื่องจากความสามารถพิเศษในการผูกมัดทั้งกับกรดอะมิโนและกับลำดับแม่แบบ tRNA จึงทำหน้าที่เป็นตัวปรับความหมายในการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากรูปแบบของ RNA ไปเป็นโปรตีน ปฏิสัมพันธ์ของผู้ไกล่เกลี่ยดังกล่าวกับเมทริกซ์การเข้ารหัสเช่นเดียวกับในการถอดรหัสนั้นขึ้นอยู่กับหลักการเสริมของเบสไนโตรเจน

หน้าที่หลักของ tRNA คือการรับหน่วยกรดอะมิโนและขนส่งไปยังเครื่องมือในการสังเคราะห์โปรตีน เบื้องหลังกระบวนการทางเทคนิคนี้คือความหมายทางชีวภาพที่ยิ่งใหญ่ - การนำรหัสพันธุกรรมไปใช้ การดำเนินการตามกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• กรดอะมิโนทั้งหมดถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์ triplets;
• สำหรับแต่ละแฝด (หรือ codon) มี anticodon ที่เป็นส่วนหนึ่งของ tRNA;
• แต่ละ tRNA สามารถจับกับกรดอะมิโนจำเพาะเท่านั้น

ดังนั้น ลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนจึงถูกกำหนดโดยที่ tRNAs และลำดับใดที่จะโต้ตอบกับ RNA ของผู้ส่งสารในระหว่างการแปล สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากการมีอยู่ของศูนย์การทำงานในการถ่ายโอน RNA ซึ่งหนึ่งในนั้นมีหน้าที่รับผิดชอบในการยึดเกาะที่เลือกของกรดอะมิโนและอีกส่วนหนึ่งสำหรับการจับกับ codon ดังนั้นหน้าที่และมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด

โครงสร้างของการถ่ายโอน RNA

เอกลักษณ์ของ tRNA อยู่ที่โครงสร้างโมเลกุลไม่เป็นเส้นตรง ประกอบด้วยส่วนที่เป็นเกลียวสองเกลียวซึ่งเรียกว่าลำต้นและเกลียวเดี่ยว 3 ห่วง รูปร่างลักษณะนี้คล้ายกับใบโคลเวอร์

ในโครงสร้างของ tRNA ลำต้นดังต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

• ตัวรับ;
• แอนติโคดอน;
• ไดไฮโดรริดิล;
• ซูโดริดิล;
• เพิ่มเติม.

ก้านเกลียวคู่ประกอบด้วยวัตสัน-คริกสัน 5 ถึง 7 คู่ ที่ส่วนท้ายของก้านตัวรับจะเป็นสายเล็กๆ ของนิวคลีโอไทด์ที่ไม่คู่กัน ซึ่ง 3-ไฮดรอกซิลซึ่งเป็นตำแหน่งที่เกาะติดกับโมเลกุลกรดอะมิโนที่สอดคล้องกัน

บริเวณโครงสร้างสำหรับการเชื่อมต่อกับ mRNA เป็นหนึ่งในลูป tRNA ประกอบด้วยแอนติโคดอนที่เสริมกับแฝดสามความหมาย มันคือ anticodon และส่วนปลายที่รับซึ่งมีฟังก์ชันอะแดปเตอร์ของ tRNA

โครงสร้างตติยของโมเลกุล

"ใบโคลเวอร์" เป็นโครงสร้างรองของ tRNA อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพับ โมเลกุลจึงได้มาซึ่งโครงสร้างรูปตัว L ซึ่งยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนเพิ่มเติม

รูป L เป็นโครงสร้างระดับอุดมศึกษาของ tRNA และประกอบด้วยเฮลิซ A-RNA เกือบตั้งฉากเกือบสองเส้น โดยมีความยาว 7 นาโนเมตรและความหนา 2 นาโนเมตร รูปแบบของโมเลกุลนี้มีเพียง 2 ปลาย ปลายหนึ่งมีแอนติโคดอน และปลายอีกด้านมีศูนย์กลางตัวรับ

คุณสมบัติของ tRNA ที่จับกับกรดอะมิโน

การกระตุ้นกรดอะมิโน (สิ่งที่แนบมากับ RNA การถ่ายโอน) ดำเนินการโดย aminoacyl-tRNA synthetase เอนไซม์นี้ทำหน้าที่สำคัญ 2 อย่างพร้อมกัน:

• กระตุ้นการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ระหว่างกลุ่ม 3'-ไฮดรอกซิลของก้านตัวรับและกรดอะมิโน
• ให้หลักการของความสอดคล้องแบบเลือกสรร

แต่ละคนมี aminoacyl-tRNA synthetase ของตัวเอง มันสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลการขนส่งที่เหมาะสมเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแอนติโคดอนของแอนติโคดอนของหลังจะต้องเสริมกับแฝดสามที่เข้ารหัสกรดอะมิโนเฉพาะนี้ ตัวอย่างเช่น ลิวซีนซินธิเทสจะจับกับ tRNA ที่กำหนดไว้สำหรับลิวซีนเท่านั้น

มีกระเป๋าจับนิวคลีโอไทด์สามช่องในโมเลกุลสังเคราะห์ aminoacyl-tRNA ซึ่งมีรูปแบบและประจุเป็นส่วนเสริมของนิวคลีโอไทด์ของแอนติโคดอนที่สอดคล้องกันใน tRNA ดังนั้นเอนไซม์จะกำหนดโมเลกุลการขนส่งที่ต้องการ บ่อยครั้งที่ลำดับนิวคลีโอไทด์ของก้านตัวรับทำหน้าที่เป็นส่วนการจดจำ

ไรโบโซม RNA

กรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิก (rRNA) เป็นโมเลกุล RNA หลายตัวที่สร้างพื้นฐานของไรโบโซม หน้าที่หลักของ rRNA คือการนำกระบวนการแปลไปใช้ - อ่านข้อมูลจาก mRNA โดยใช้โมเลกุลอะแดปเตอร์ tRNA และเร่งการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนที่ติดอยู่กับ tRNA Ribosomal RNA ประกอบด้วยประมาณ 80% ของเซลล์ RNA ทั้งหมด มันถูกเข้ารหัสโดยยีนที่พบใน DNA ของโครโมโซมหลายตัวที่อยู่ในบริเวณของนิวเคลียสที่เรียกว่าตัวจัดระเบียบนิวเคลียส

ลำดับเบสใน rRNA มีความคล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงสัตว์ rRNA ถูกพบในไซโตพลาสซึม ซึ่งสัมพันธ์กับโมเลกุลโปรตีน ก่อตัวเป็นออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่เรียกว่าไรโบโซม การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นที่ไรโบโซม ในที่นี้ "โค้ด" ที่อยู่ใน mRNA ถูกแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนของสายพอลิเปปไทด์

โอน RNA

โอน RNA, tRNA - กรดไรโบนิวคลีอิกซึ่งทำหน้าที่ขนส่งกรดอะมิโนไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน นอกจากนี้ tRNA ยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเติบโตของสายโซ่พอลิเปปไทด์ โดยเชื่อมต่อ - อยู่ในคอมเพล็กซ์ที่มีกรดอะมิโน - กับโคดอน mRNA และให้โครงสร้างของคอมเพล็กซ์ที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของพันธะเปปไทด์ใหม่

กรดอะมิโนแต่ละตัวมี tRNA ของตัวเอง

tRNA เป็น RNA สายเดี่ยว แต่ในรูปแบบการทำงานจะมีรูปแบบ "โคลเวอร์ลีฟ" มีสี่ส่วนหลักที่ทำหน้าที่ต่างกัน ตัวรับ "ก้าน" ประกอบขึ้นจากส่วนปลายเชื่อมต่อเสริมสองส่วนของ tRNA ประกอบด้วยเจ็ดคู่ฐาน ปลาย 3 นิ้วของก้านนี้ค่อนข้างยาวกว่าและก่อตัวเป็นบริเวณที่เป็นเกลียวเดี่ยวที่สิ้นสุดในลำดับ CCA ด้วยหมู่ OH อิสระ กรดอะมิโนที่ขนส่งได้จะติดอยู่ที่ปลายนี้ กิ่งที่เหลืออีกสามกิ่งเป็นลำดับนิวคลีโอไทด์ที่จับคู่คู่กันซึ่ง สิ้นสุดลงในบริเวณที่เกิดวงวนที่ไม่คู่กัน แกนกลางของกิ่งเหล่านี้ - แอนติโคดอน - ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ห้าคู่และมีแอนติโคดอนอยู่ตรงกลางของลูป แอนติโคดอนคือนิวคลีโอไทด์สามตัวประกอบกับโคดอน mRNA ซึ่งเข้ารหัสกรดอะมิโน ขนส่งโดย tRNA นี้ไปยังไซต์ของการสังเคราะห์เปปไทด์

ระหว่างตัวรับและกิ่งแอนติโคดอนมีกิ่งสองข้าง ในลูปประกอบด้วยเบสดัดแปลง - ไดไฮโดรริดีน (D-loop) และแฝดสามของ T?C ที่ไหน? - ซูโดเรียอิน (T? C-loop). มีการวนซ้ำเพิ่มเติมระหว่างกิ่ง aiticodon และ TC ซึ่งรวมถึงนิวคลีโอไทด์ตั้งแต่ 3-5 ถึง 13-21

กรดอะมิโนติดอยู่ที่ส่วนปลาย 3' ของโมเลกุลอย่างโควาเลนต์โดยเอ็นไซม์ aminoacyl-tRNA synthetase ซึ่งจำเพาะสำหรับ tRNA แต่ละประเภท

tRNA ทำหน้าที่เป็นโมเลกุลระดับกลางระหว่าง triplet codon ใน mRNA และลำดับกรดอะมิโนของสายโพลีเปปไทด์ tRNA คิดเป็นประมาณ 15% ของ RNA ของเซลล์ทั้งหมด RNA เหล่านี้มีสายพอลินิวคลีโอไทด์ที่สั้นที่สุด - ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เฉลี่ย 80 ตัว แต่ละเซลล์มีโมเลกุล tRNA ต่างกันมากกว่า 20 โมเลกุล โมเลกุล tRNA ทั้งหมดมีโครงสร้างพื้นฐานที่คล้ายกัน ที่ปลาย 5' ของโมเลกุล tRNA จะมี guanine เสมอ และที่ปลาย 3' - ลำดับเบส CCA

ลำดับนิวคลีโอไทด์ในส่วนที่เหลือของโมเลกุลจะแปรผันและอาจมีเบสที่ "ผิดปกติ" เช่น ไอโนซีนและซูดูราซิล

ลำดับเบสในแอนติโคดอน triplet สอดคล้องกับกรดอะมิโนที่บรรทุกโดยโมเลกุล tRNA ที่กำหนดอย่างเคร่งครัด

ข้าว. 3.

กรดอะมิโนแต่ละชนิดจับกับ tRNA จำเพาะตัวใดตัวหนึ่งด้วยความช่วยเหลือของเอ็นไซม์ aminoacyl-tRNA synthase ผลที่ได้คือคอมเพล็กซ์ animacid-tRNA ที่เรียกว่า animoacyl-tRNA ซึ่งพลังงานการจับระหว่างขั้ว A นิวคลีโอไทด์ของ CCA triplet และกรดอะมิโนนั้นเพียงพอที่จะทำให้เกิดพันธะเพิ่มเติมกับกรดอะมิโนที่อยู่ติดกัน ดังนั้น โซ่โพลีเปปไทด์จึงถูกสังเคราะห์

หนึ่งในคุณสมบัติของ tRNA คือการมีอยู่ของเบสที่ผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นจากการดัดแปลงทางเคมีหลังจากการรวมเบสปกติในสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์ ฐานที่เปลี่ยนแปลงเหล่านี้กำหนดความหลากหลายทางโครงสร้างที่ดีของ tRNA ในแผนผังทั่วไปของโครงสร้าง สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการปรับเปลี่ยนฐานที่สร้างแอนติโคดอน ซึ่งส่งผลต่อความจำเพาะของการมีปฏิสัมพันธ์กับโคดอน ตัวอย่างเช่น inosine ฐานที่ผิดปกติซึ่งบางครั้งอยู่ในตำแหน่งที่ 1 ของ tRNA anticodon สามารถรวมเข้ากับฐานที่สามที่แตกต่างกันสามตัวของ mRNA codon - U, C และ A เนื่องจากหนึ่งในคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรมคือ ความเสื่อม กรดอะมิโนจำนวนมากถูกเข้ารหัสโดย codon หลายตัวซึ่งตามกฎแล้วจะแตกต่างกันไปในเบสที่สาม เนื่องจากการผูกมัดแบบไม่จำเพาะของฐานแอนติโคดอนที่ถูกดัดแปลง หนึ่ง tRNA รับรู้ถึงโคดอนที่มีความหมายเหมือนกันหลายตัว