DNA:n muutos. DNA ja geenit Geneettisen tiedon kulku dna-RNA-proteiini

Me kaikki tiedämme, että ihmisen ulkonäkö, jotkut tavat ja jopa sairaudet ovat periytyviä. Kaikki tämä tieto elävästä olennosta on koodattu geeneihin. Joten miltä nämä pahamaineiset geenit näyttävät, miten ne toimivat ja missä ne sijaitsevat?

Joten minkä tahansa henkilön tai eläimen kaikkien geenien kantaja on DNA. Tämän yhdisteen löysi Johann Friedrich Miescher vuonna 1869. Kemiallisesti DNA on deoksiribonukleiinihappoa. Mitä tämä tarkoittaa? Kuinka tämä happo kantaa planeettamme kaiken elämän geneettistä koodia?

Aloitetaan katsomalla, missä DNA sijaitsee. Ihmisen solussa on monia organelleja, jotka suorittavat erilaisia ​​​​toimintoja. DNA sijaitsee ytimessä. Ydin on pieni organelli, jota ympäröi erityinen kalvo, joka tallentaa kaiken geneettisen materiaalin - DNA: n.

Mikä on DNA-molekyylin rakenne?

Katsotaanpa ensin mitä DNA on. DNA on erittäin pitkä molekyyli, joka koostuu rakenneelementeistä - nukleotideista. Nukleotideja on neljää tyyppiä - adeniini (A), tymiini (T), guaniini (G) ja sytosiini (C). Nukleotidiketju näyttää kaavamaisesti tältä: GGAATTSTAAG... Tämä nukleotidisekvenssi on DNA-ketju.

DNA:n rakenteen selvittivät ensimmäisen kerran James Watson ja Francis Crick vuonna 1953.

Yhdessä DNA-molekyylissä on kaksi nukleotidiketjua, jotka on kierretty kierteisesti toistensa ympärille. Kuinka nämä nukleotidiketjut tarttuvat yhteen ja kiertyvät spiraaliksi? Tämä ilmiö johtuu täydentävyyden ominaisuudesta. Komplementaarisuus tarkoittaa, että vain tietyt nukleotidit (komplementaariset) voivat olla toisiaan vastapäätä kahdessa ketjussa. Joten vastakkainen adeniini on aina tymiini ja vastakkainen guaniini on aina vain sytosiini. Siten guaniini on komplementaarinen sytosiinin kanssa ja adeniini tymiinin kanssa.Tällaisia ​​toisiaan vastapäätä eri ketjuissa olevia nukleotidipareja kutsutaan myös komplementaariseksi.

Se voidaan esittää kaavamaisesti seuraavasti:

G-C
T-A
T-A
C-G

Nämä komplementaariset parit A - T ja G - C muodostavat kemiallisen sidoksen parin nukleotidien välille, ja sidos G:n ja C:n välillä on vahvempi kuin A:n ja T:n välillä. Sidos muodostuu tiukasti komplementaaristen emästen välillä, eli muodostumisen Ei-komplementaarisen G:n ja A:n välinen sidos on mahdotonta.

DNA:n "pakkaus", kuinka DNA-juosteesta tulee kromosomi?

Miksi nämä DNA:n nukleotidiketjut myös kiertyvät toistensa ympärille? Miksi tätä tarvitaan? Tosiasia on, että nukleotidien määrä on valtava ja tarvitset paljon tilaa tällaisten pitkien ketjujen sijoittamiseen. Tästä syystä kaksi DNA-juostetta kiertyy spiraalimaisesti toisen ympärille. Tätä ilmiötä kutsutaan spiralisoitumiseksi. Spiralisoinnin seurauksena DNA-ketjut lyhenevät 5-6 kertaa.

Joitakin DNA-molekyylejä käytetään aktiivisesti kehossa, kun taas toisia käytetään harvoin. Tällaiset harvoin käytetyt DNA-molekyylit läpikäyvät helikalisoinnin lisäksi vieläkin kompaktimman "pakkauksen". Tällaista kompaktia pakettia kutsutaan superkiertymiseksi ja se lyhentää DNA-juostetta 25-30 kertaa!

Miten DNA helix pakataan?

Superkiertymiseen käytetään histoniproteiineja, joilla on sauvan tai lankarullan ulkonäkö ja rakenne. Spiralisoidut DNA-juosteet kierretään näihin "kierteisiin" - histoniproteiineihin. Tällä tavalla pitkä filamentti pakautuu erittäin tiiviisti ja vie hyvin vähän tilaa.

Jos joudutaan käyttämään yhtä tai toista DNA-molekyyliä, tapahtuu "purkautumisprosessi", eli DNA-lanka "kääretään auki" "käämästä" - histoniproteiinista (jos se oli kierretty sen päälle) ja purkautuu siitä. heliksi kahdeksi yhdensuuntaiseksi ketjuksi. Ja kun DNA-molekyyli on sellaisessa kiertymättömässä tilassa, siitä voidaan lukea tarvittava geneettinen informaatio. Lisäksi geneettisen tiedon lukeminen tapahtuu vain kiertymättömistä DNA-säikeistä!

Joukkoa superkierteisiä kromosomeja kutsutaan heterokromatiini ja kromosomit, jotka ovat käytettävissä tiedon lukemiseen - eukromatiini.

Mitä geenit ovat, mikä on niiden suhde DNA:han?

Katsotaan nyt mitä geenit ovat. Tiedetään, että on olemassa geenejä, jotka määräävät veriryhmän, silmien värin, hiusten, ihon ja monet muut kehomme ominaisuudet. Geeni on tiukasti määritelty osa DNA:ta, joka koostuu tietystä määrästä nukleotideja, jotka on järjestetty tiukasti määriteltyyn yhdistelmään. Sijainti tiukasti määritellyssä DNA-osassa tarkoittaa, että tietyllä geenillä on paikkansa, eikä tätä paikkaa voi muuttaa. On tarkoituksenmukaista tehdä tällainen vertailu: henkilö asuu tietyllä kadulla, tietyssä talossa ja asunnossa, eikä henkilö voi mielivaltaisesti muuttaa toiseen taloon, asuntoon tai toiselle kadulle. Tietty määrä nukleotideja geenissä tarkoittaa, että jokaisessa geenissä on tietty määrä nukleotideja, eikä niistä voi tulla enemmän tai vähemmän. Esimerkiksi insuliinin tuotantoa koodaava geeni on 60 emäsparia pitkä; oksitosiinihormonin tuotantoa koodaava geeni on 370 bp.

Tiukka nukleotidisekvenssi on ainutlaatuinen jokaiselle geenille ja tiukasti määritelty. Esimerkiksi AATTAATA-sekvenssi on fragmentti geenistä, joka koodaa insuliinin tuotantoa. Insuliinin saamiseksi käytetään juuri tällaista sekvenssiä, esimerkiksi adrenaliinin saamiseksi käytetään erilaista nukleotidiyhdistelmää. On tärkeää ymmärtää, että vain tietty nukleotidiyhdistelmä koodaa tiettyä "tuotetta" (adrenaliini, insuliini jne.). Tällainen ainutlaatuinen yhdistelmä tietystä määrästä nukleotideja, joka seisoo "paikallaan" - tämä on geeni.

Geenien lisäksi DNA-ketjussa sijaitsevat niin sanotut "ei-koodaavat sekvenssit". Tällaiset ei-koodaavat nukleotidisekvenssit säätelevät geenien toimintaa, auttavat kromosomien spiralisoitumista ja merkitsevät geenin alku- ja loppupisteitä. Tähän mennessä useimpien ei-koodaavien sekvenssien rooli on kuitenkin edelleen epäselvä.

Mikä on kromosomi? sukupuolikromosomit

Yksilön geenien kokonaisuutta kutsutaan genomiksi. Luonnollisesti koko genomia ei voida pakata yhteen DNA:han. Genomi on jaettu 46 pariin DNA-molekyylejä. Yhtä paria DNA-molekyylejä kutsutaan kromosomeiksi. Joten juuri näitä kromosomeja ihmisellä on 46 kappaletta. Jokaisessa kromosomissa on tiukasti määritelty geenisarja, esimerkiksi 18. kromosomi sisältää geenejä, jotka koodaavat silmien väriä jne. Kromosomit eroavat toisistaan ​​pituudeltaan ja muodoltaan. Yleisimmät muodot ovat X- tai Y-muodossa, mutta on myös muita. Ihmisellä on kaksi samanmuotoista kromosomia, joita kutsutaan pareiksi (pareiksi). Tällaisten erojen yhteydessä kaikki kromosomiparit on numeroitu - paria on 23. Tämä tarkoittaa, että on olemassa pari kromosomeja #1, pari #2, #3 ja niin edelleen. Jokainen tietystä ominaisuudesta vastaava geeni sijaitsee samassa kromosomissa. Nykyaikaisissa asiantuntijoiden käsikirjoissa geenin sijainti voidaan osoittaa esimerkiksi seuraavasti: kromosomi 22, pitkä käsi.

Mitä eroja kromosomien välillä on?

Miten muuten kromosomit eroavat toisistaan? Mitä termi pitkä käsi tarkoittaa? Otetaan X:n muotoiset kromosomit.DNA-säikeiden risteytys voi tapahtua tiukasti keskellä (X), tai se voi tapahtua ei keskitetysti. Kun tällaista DNA-säikeiden leikkauskohtaa ei tapahdu keskitetysti, niin jotkin päät ovat pidempiä, toiset lyhyempiä suhteessa leikkauspisteeseen. Tällaisia ​​pitkiä päitä kutsutaan yleisesti kromosomin pitkäksi varreksi ja lyhyitä päitä vastaavasti lyhyeksi varreksi. Y-muotoiset kromosomit ovat enimmäkseen pitkät käsivarret, ja lyhyet ovat hyvin pieniä (niitä ei edes mainita kaaviokuvassa).

Kromosomien koko vaihtelee: suurimmat ovat parien nro 1 ja nro 3 kromosomit, pienimmät parien nro 17, nro 19 kromosomit.

Muotojen ja koon lisäksi kromosomit eroavat toisistaan ​​​​toiminnassaan. 23 parista 22 paria on somaattisia ja 1 pari seksuaalisia. Mitä se tarkoittaa? Somaattiset kromosomit määrittävät kaikki yksilön ulkoiset merkit, hänen käyttäytymisreaktioidensa ominaisuudet, perinnöllisen psykotyypin, eli jokaisen yksittäisen henkilön kaikki ominaisuudet ja ominaisuudet. Sukupuolikromosomipari määrittää henkilön sukupuolen: miehen vai naisen. Ihmisen sukupuolikromosomeja on kahta tyyppiä - X (X) ja Y (Y). Jos ne yhdistetään XX (x - x) - tämä on nainen, ja jos XY (x - y) - edessämme on mies.

Perinnölliset sairaudet ja kromosomivauriot

On kuitenkin olemassa genomin "hajoamista", jolloin ihmisissä havaitaan geneettisiä sairauksia. Esimerkiksi kun 21 kromosomiparissa on kolme kromosomia kahden sijasta, henkilö syntyy Downin oireyhtymänä.

Geneettisessä materiaalissa on monia pienempiä "erittelyjä", jotka eivät johda taudin puhkeamiseen, vaan päinvastoin antavat hyviä ominaisuuksia. Kaikkia geneettisen materiaalin "hajoamista" kutsutaan mutaatioiksi. Mutaatiot, jotka johtavat sairauteen tai organismin ominaisuuksien heikkenemiseen, katsotaan negatiivisiksi, ja mutaatiot, jotka johtavat uusien hyödyllisten ominaisuuksien muodostumiseen, katsotaan positiivisiksi.

Useimpiin sairauksiin, joista ihmiset kärsivät nykyään, se ei kuitenkaan ole perinnöllinen sairaus, vaan vain alttius. Esimerkiksi lapsen isällä sokeri imeytyy hitaasti. Tämä ei tarkoita, että lapsi syntyisi diabetekseksi, mutta lapsella on taipumus. Tämä tarkoittaa, että jos lapsi väärinkäyttää makeisia ja jauhotuotteita, hän kehittää diabetesta.

Nykyään ns predikatiivista lääkettä. Osana tätä lääketieteellistä käytäntöä henkilössä tunnistetaan taipumukset (vastaavien geenien tunnistamisen perusteella), ja sitten hänelle annetaan suosituksia - mitä ruokavaliota noudatetaan, kuinka työ- ja lepojaksot vaihdetaan oikein, jotta et pääse sairas.

Kuinka lukea DNA:han koodattua tietoa?

Mutta miten voit lukea DNA:n sisältämää tietoa? Miten hänen oma kehonsa käyttää sitä? DNA itsessään on eräänlainen matriisi, mutta ei yksinkertainen, vaan koodattu. Tietojen lukemiseksi DNA-matriisista se siirretään ensin erityiseen kantajaan - RNA:han. RNA on kemiallisesti ribonukleiinihappoa. Se eroaa DNA:sta siinä, että se voi kulkeutua tumakalvon läpi soluun, kun taas DNA:lta puuttuu tämä kyky (se löytyy vain ytimestä). Koodattua tietoa käytetään itse solussa. Joten RNA on koodatun tiedon kuljettaja ytimestä soluun.

Miten RNA-synteesi tapahtuu, miten proteiinia syntetisoidaan RNA:n avulla?

DNA-säikeet, joista tietoa täytyy "lukea", purkautuvat, erityinen entsyymi, "rakentaja", lähestyy niitä ja syntetisoi komplementaarisen RNA-ketjun rinnakkain DNA-juosteen kanssa. RNA-molekyyli koostuu myös neljästä nukleotidityypistä - adeniinista (A), urasiilista (U), guaniinista (G) ja sytosiinista (C). Tässä tapauksessa seuraavat parit ovat toisiaan täydentäviä: adeniini - urasiili, guaniini - sytosiini. Kuten näet, toisin kuin DNA, RNA käyttää urasiilia tymiinin sijasta. Toisin sanoen "rakennusentsyymi" toimii seuraavasti: jos se näkee A:n DNA-juosteessa, se kiinnittää Y:n RNA-juosteeseen, jos G, niin se kiinnittää C:n jne. Siten jokaisesta aktiivisesta geenistä muodostuu transkription aikana templaatti - RNA:n kopio, joka voi kulkea tumakalvon läpi.

Kuinka tietty geeni koodaa proteiinin synteesiä?

Tumasta poistumisen jälkeen RNA saapuu sytoplasmaan. Jo sytoplasmassa RNA voi olla matriisina rakennettu erityisiin entsyymijärjestelmiin (ribosomeihin), jotka voivat syntetisoida RNA:n informaation ohjaamana proteiinin vastaavan aminohapposekvenssin. Kuten tiedät, proteiinimolekyyli koostuu aminohapoista. Kuinka ribosomi pystyy tietämään, mikä aminohappo kiinnittää kasvavaan proteiiniketjuun? Tämä tehdään triplettikoodin perusteella. Triplettikoodi tarkoittaa, että RNA-ketjun kolmen nukleotidin sekvenssi ( kolmikko, esimerkiksi GGU) koodittaa yhtä aminohappoa (tässä tapauksessa glysiiniä). Jokaista aminohappoa koodaa spesifinen tripletti. Ja niin, ribosomi "lukee" tripletin, määrittää, mikä aminohappo pitäisi lisätä seuraavaksi, kun tietoa luetaan RNA:han. Kun aminohappoketju muodostuu, se ottaa tietyn tilamuodon ja muuttuu proteiiniksi, joka pystyy suorittamaan sille määrätyt entsymaattiset, rakennus-, hormonaaliset ja muut toiminnot.

Minkä tahansa elävän organismin proteiini on geenituote. Juuri proteiinit määräävät geenien kaikki erilaiset ominaisuudet, ominaisuudet ja ulkoiset ilmenemismuodot.

Aikaa, jota elämme, leimaa hämmästyttävät muutokset, valtava edistys, kun ihmiset saavat vastauksia yhä uusiin kysymyksiin. Elämä kulkee nopeasti eteenpäin, ja se mikä viime aikoihin asti näytti mahdottomalta, alkaa toteutua. On täysin mahdollista, että se, mikä nykyään näyttää scifi-genren juonilta, saa pian myös todellisuuden piirteitä.

Yksi tärkeimmistä löydöistä 1900-luvun jälkipuoliskolla oli nukleiinihapot RNA ja DNA, joiden ansiosta ihminen pääsi lähemmäksi luonnon mysteerien selvittämistä.

Nukleiinihapot

Nukleiinihapot ovat orgaanisia yhdisteitä, joilla on korkean molekyylipainon ominaisuuksia. Niitä ovat vety, hiili, typpi ja fosfori.

Ne löysi vuonna 1869 F. Misher, joka tutki mätä. Hänen löytölleen ei kuitenkaan tuolloin annettu suurta merkitystä. Vasta myöhemmin, kun nämä hapot löydettiin kaikista eläin- ja kasvisoluista, ymmärrys niiden valtavasta roolista tuli.

Nukleiinihappoja on kahdenlaisia: RNA ja DNA (ribonukleiini- ja deoksiribonukleiinihapot). Tämä artikkeli on omistettu ribonukleiinihapolle, mutta yleisen ymmärryksen vuoksi tarkastelemme myös mitä DNA on.

Mitä

DNA koostuu kahdesta juosteesta, jotka on yhdistetty komplementaarisuuden lain mukaisesti vetysidoksilla typpipitoisten emästen välillä. Pitkät ketjut on kierretty spiraaliksi, yksi kierros sisältää lähes kymmenen nukleotidia. Kaksoiskierteen halkaisija on kaksi millimetriä, nukleotidien välinen etäisyys on noin puoli nanometriä. Yhden molekyylin pituus saavuttaa joskus useita senttimetrejä. Ihmisen solun ytimessä olevan DNA:n pituus on lähes kaksi metriä.

DNA:n rakenne sisältää kaikki DNA:lla on replikaatio, mikä tarkoittaa prosessia, jossa yhdestä molekyylistä muodostuu kaksi täysin identtistä tytärmolekyyliä.

Kuten jo todettiin, ketju koostuu nukleotideista, jotka puolestaan ​​koostuvat typpipitoisista emäksistä (adeniini, guaniini, tymiini ja sytosiini) ja fosforihappojäännöksestä. Kaikki nukleotidit eroavat typpipitoisilta emäksiltä. Vetysidosta ei tapahdu kaikkien emästen välillä, esimerkiksi adeniini voi yhdistyä vain tymiinin tai guaniinin kanssa. Elimistössä on siis yhtä monta adenyylinukleotidiä kuin tymidyylinukleotideja, ja guanyylinukleotidien lukumäärä on yhtä suuri kuin sytidyylinukleotidien määrä (Chargaffin sääntö). Osoittautuu, että yhden ketjun järjestys määrää ennalta toisen ketjun, ja ketjut näyttävät heijastavan toisiaan. Tällaista mallia, jossa kahden ketjun nukleotidit on järjestetty järjestykseen, ja ne on myös yhdistetty selektiivisesti, kutsutaan komplementaarisuuden periaatteeksi. Vetyyhdisteiden lisäksi kaksoiskierre vuorovaikuttaa myös hydrofobisesti.

Kaksi ketjua ovat vastakkaisiin suuntiin, eli ne sijaitsevat vastakkaisiin suuntiin. Siksi vastapäätä kolmea "-päätä yksi on viisi"-päätä toisen ketjun.

Ulkoisesti se muistuttaa kierreportaita, jonka kaide on sokeri-fosfaattirunko ja portaat ovat täydentäviä typpiemäksiä.

Mikä on ribonukleiinihappo?

RNA on nukleiinihappo, jossa on monomeereja, joita kutsutaan ribonukleotideiksi.

Kemiallisilta ominaisuuksiltaan se on hyvin samankaltainen kuin DNA, koska molemmat ovat nukleotidien polymeerejä, jotka ovat fosforyloituja N-glykosideja, jotka rakentuvat pentoosijäännökseen (viiden hiiliatomien sokeri) ja jossa on fosfaattiryhmä viidennessä hiiliatomissa ja typpiemäs ensimmäisessä hiiliatomissa.

Se on yksi polynukleotidiketju (viruksia lukuun ottamatta), joka on paljon lyhyempi kuin DNA:n ketju.

Yksi RNA-monomeeri on seuraavien aineiden jäännökset:

• typpiemäkset;
• viiden hiilen monosakkaridi;
• fosforihapot.

RNA:illa on pyrimidiiniemäksiä (urasiili ja sytosiini) ja puriiniemäksiä (adeniini, guaniini). Riboosi on RNA-nukleotidin monosakkaridi.

RNA:n ja DNA:n erot

Nukleiinihapot eroavat toisistaan ​​seuraavien ominaisuuksien osalta:

• sen määrä solussa riippuu fysiologisesta tilasta, iästä ja elinten kuulumisesta;
• DNA sisältää hiilihydraattideoksiriboosin ja RNA sisältää riboosin;
• typpipitoinen emäs DNA:ssa on tymiini ja RNA:ssa urasiili;
• luokat suorittavat erilaisia ​​toimintoja, mutta syntetisoituvat DNA-matriisilla;
• DNA koostuu kaksoiskierteestä, kun taas RNA koostuu yhdestä juosteesta;
• se on epätyypillistä DNA:ssa toimimiselle;
• RNA:ssa on enemmän vähäisiä emäksiä;
• ketjujen pituus vaihtelee suuresti.

Opiskelun historia

RNA-solun löysi ensin saksalainen biokemisti R. Altman tutkiessaan hiivasoluja. 1900-luvun puolivälissä DNA:n rooli genetiikassa todistettiin. Vasta sitten kuvattiin RNA-tyyppejä, toimintoja ja niin edelleen. Jopa 80-90 % solun massasta putoaa rRNA:lle, joka yhdessä proteiinien kanssa muodostaa ribosomin ja osallistuu proteiinien biosynteesiin.

Viime vuosisadan 60-luvulla ehdotettiin ensimmäisen kerran, että on oltava tietty laji, joka kuljettaa geneettistä tietoa proteiinisynteesiä varten. Sen jälkeen todettiin tieteellisesti, että on olemassa sellaisia ​​​​informaatioribonukleiinihappoja, jotka edustavat geenien komplementaarisia kopioita. Niitä kutsutaan myös lähetti-RNA:ksi.

Niin sanotut kuljetushapot osallistuvat niihin tallennetun tiedon dekoodaukseen.

Myöhemmin alettiin kehittää menetelmiä nukleotidisekvenssin tunnistamiseksi ja RNA:n rakenteen määrittämiseksi happotilassa. Joten havaittiin, että jotkut niistä, joita kutsuttiin ribotsyymeiksi, voivat katkaista polyribonukleotidiketjuja. Tämän seurauksena he alkoivat olettaa, että kun elämä syntyi planeetalla, RNA toimi ilman DNA:ta ja proteiineja. Lisäksi kaikki muutokset suoritettiin hänen osallistumisellaan.

Ribonukleiinihappomolekyylin rakenne

Melkein kaikki RNA:t ovat yksittäisiä polynukleotidiketjuja, jotka puolestaan ​​koostuvat monoribonukleotideista - puriini- ja pyrimidiiniemäksistä.

Nukleotidit on merkitty emästen alkukirjaimilla:

• adeniini (A), A;
• guaniini (G), G;
• sytosiini (C), C;
• urasiili (U), U.

Ne on liitetty toisiinsa kolmen ja viiden fosfodiesterisidoksilla.

RNA:n rakenteeseen sisältyy hyvin erilainen määrä nukleotideja (muutamista kymmenistä kymmeniin tuhansiin). Ne voivat muodostaa toissijaisen rakenteen, joka koostuu pääasiassa lyhyistä kaksisäikeisistä säikeistä, jotka muodostuvat komplementaarisista emäksistä.

Ribnukleiinihappomolekyylin rakenne

Kuten jo mainittiin, molekyylillä on yksijuosteinen rakenne. RNA saa sekundaarirakenteensa ja muotonsa nukleotidien keskinäisen vuorovaikutuksen seurauksena. Se on polymeeri, jonka monomeeri on nukleotidi, joka koostuu sokerista, fosforihappojäännöksestä ja typpiemäksestä. Ulkoisesti molekyyli on samanlainen kuin yksi DNA-ketjuista. Nukleotidit adeniini ja guaniini, jotka ovat osa RNA:ta, ovat puriineja. Sytosiini ja urasiili ovat pyrimidiiniemäksiä.

Synteesiprosessi

Jotta RNA-molekyyli voidaan syntetisoida, templaatti on DNA-molekyyli. Totta, myös käänteinen prosessi tapahtuu, kun ribonukleiinihappomatriisiin muodostuu uusiaejä. Tämä tapahtuu tietyntyyppisten virusten replikaation aikana.

Myös muut ribonukleiinihapon molekyylit voivat toimia biosynteesin perustana. Sen solun tumassa tapahtuvassa transkriptiossa on mukana monia entsyymejä, mutta merkittävin niistä on RNA-polymeraasi.

Erilaisia

RNA:n tyypistä riippuen myös sen toiminnot vaihtelevat. On olemassa useita tyyppejä:

• informatiivinen i-RNA;
• ribosomin r-RNA;
• kuljetus-t-RNA;
• alaikäinen;
• ribotsyymit;
• virus.

Tiedot ribonukleiinihappo

Tällaisia ​​molekyylejä kutsutaan myös matriiseiksi. Ne muodostavat noin kaksi prosenttia solun kokonaismäärästä. Eukaryoottisoluissa ne syntetisoituvat DNA-templaattien ytimissä, siirtyvät sitten sytoplasmaan ja sitoutuvat ribosomeihin. Lisäksi niistä tulee templaatteja proteiinisynteesiä varten: niihin liittyvät aminohappoja kuljettavat siirto-RNA:t. Näin tapahtuu informaation muunnosprosessi, joka toteutuu proteiinin ainutlaatuisessa rakenteessa. Joissakin virus-RNA:issa se on myös kromosomi.

Jacob ja Mano ovat tämän lajin löytäjät. Koska sillä ei ole jäykkää rakennetta, sen ketju muodostaa kaarevia silmukoita. Ei toimi, i-RNA kerääntyy laskoksiin ja taittuu palloksi ja avautuu toimintakunnossa.

mRNA kuljettaa tietoa syntetisoitavan proteiinin aminohapposekvenssistä. Jokainen aminohappo on koodattu tietyssä paikassa geneettisten koodien avulla, joille on tunnusomaista:

• tripletti - neljästä mononukleotidistä on mahdollista rakentaa kuusikymmentäneljä kodonia (geneettinen koodi);
• ei-risteytys - tieto liikkuu yhteen suuntaan;
• jatkuvuus - toimintaperiaate on, että yksi mRNA on yksi proteiini;
• universaalisuus - yksi tai toinen aminohappotyyppi on koodattu kaikkiin eläviin organismeihin samalla tavalla;
• rappeutuminen - tunnetaan kaksikymmentä aminohappoa ja kuusikymmentäyksi kodonia, toisin sanoen niitä koodaavat useat geneettiset koodit.

Ribosomaalinen ribonukleiinihappo

Tällaiset molekyylit muodostavat suurimman osan solun RNA:sta, nimittäin 80-90 prosenttia kokonaismäärästä. Ne yhdistyvät proteiineihin ja muodostavat ribosomeja - nämä ovat organelleja, jotka suorittavat proteiinisynteesiä.

Ribosomit ovat kuusikymmentäviisi prosenttia rRNA:ta ja 35 prosenttia proteiinia. Tämä polynukleotidiketju taipuu helposti proteiinin mukana.

Ribosomi koostuu aminohappo- ja peptidialueista. Ne sijaitsevat kosketuspinnoilla.

Ribosomit liikkuvat vapaasti oikeisiin paikkoihin. Ne eivät ole kovin spesifisiä eivätkä voi vain lukea tietoa mRNA:sta, vaan myös muodostaa matriisin niiden kanssa.

Kuljetusribonukleiinihappo

tRNA:t ovat eniten tutkittuja. Ne muodostavat kymmenen prosenttia solun ribonukleiinihaposta. Tämäntyyppiset RNA:t sitoutuvat aminohappoihin erityisen entsyymin ansiosta ja toimitetaan ribosomeihin. Tässä tapauksessa kuljetusmolekyylit kuljettavat aminohappoja. Kuitenkin tapahtuu, että eri kodonit koodaavat aminohappoa. Sitten useat kuljetus-RNA:t kuljettavat niitä.

Se käpristyy palloksi, kun se ei ole aktiivinen, ja toimiessaan näyttää apilan lehdeltä.

Se sisältää seuraavat osat:

• akseptorivarsi, jolla on ACC-nukleotidisekvenssi;
• ribosomiin kiinnittymiskohta;
• antikodoni, joka koodaa aminohappoa, joka on kiinnittynyt tähän tRNA:han.

Ribonukleiinihapon pienet lajit

Viime aikoina RNA-lajeja on täydennetty uudella luokalla, niin kutsutuilla pienillä RNA:illa. Ne ovat todennäköisimmin universaaleja säätelijöitä, jotka kytkevät geenit päälle tai pois päältä alkion kehityksessä ja ohjaavat myös solujen sisäisiä prosesseja.

Ribotsyymejä on myös hiljattain tunnistettu, ne ovat aktiivisesti mukana RNA-hapon fermentoinnissa ja toimivat katalyyttinä.

Virustyyppiset hapot

Virus pystyy sisältämään joko ribonukleiinihappoa tai deoksiribonukleiinihappoa. Siksi niitä kutsutaan vastaavien molekyylien kanssa RNA:ta sisältäviksi. Kun tällainen virus saapuu soluun, tapahtuu käänteiskopiointi - uusi DNA ilmestyy ribonukleiinihapon perusteella, joka integroituu soluihin, mikä varmistaa viruksen olemassaolon ja lisääntymisen. Toisessa tapauksessa komplementaarisen RNA:n muodostuminen tapahtuu saapuvassa RNA:ssa. Virukset ovat proteiineja, elintärkeä toiminta ja lisääntyminen tapahtuu ilman DNA:ta, mutta vain viruksen RNA:n sisältämän tiedon perusteella.

replikointi

Yleisen ymmärryksen parantamiseksi on tarpeen tarkastella replikaatioprosessia, joka johtaa kahteen identtiseen nukleiinihappomolekyyliin. Näin solun jakautuminen alkaa.

Se sisältää DNA-polymeraaseja, DNA-riippuvaisia, RNA-polymeraaseja ja DNA-ligaaseja.

Replikointiprosessi koostuu seuraavista vaiheista:

• despiralisaatio - äidin DNA:n purkautuminen tapahtuu peräkkäin, jolloin koko molekyyli vangitaan;
• vetysidosten katkeaminen, jossa ketjut eroavat ja replikaatiohaarukka ilmestyy;
• dNTP:iden säätäminen äitiketjujen vapautuneisiin emäksiin;
• pyrofosfaattien pilkkoutuminen dNTP-molekyyleistä ja fosforodiesterisidosten muodostuminen vapautuneen energian vuoksi;
• hengitys.

Tytärmolekyylin muodostumisen jälkeen ydin, sytoplasma ja loput jakautuvat. Siten muodostuu kaksi tytärsolua, jotka ovat täysin vastaanottaneet kaiken geneettisen tiedon.

Lisäksi solussa syntetisoitujen proteiinien primäärirakenne on koodattu. DNA osallistuu tähän prosessiin epäsuorasti, ei suoraan, mikä koostuu siitä, että DNA:lla tapahtuu proteiinien, muodostumiseen osallistuvan RNA:n, synteesi. Tätä prosessia kutsutaan transkriptioksi.

Transkriptio

Kaikkien molekyylien synteesi tapahtuu transkription aikana, eli geneettisen tiedon uudelleenkirjoittamisessa tietystä DNA-operonista. Prosessi on jollain tapaa samanlainen kuin replikointi, ja toisaalta se on hyvin erilainen.

Samankaltaisuudet ovat seuraavat osat:

• alku tulee DNA:n despiralisaatiosta;
• ketjujen emästen välisissä vetysidoksissa on katkeaminen;
• NTF:t on mukautettu niihin täydentävästi;
• muodostuu vetysidoksia.

Erot replikaatioon:

• transkription aikana vain transkriptonia vastaava osa DNA:sta kiertyy, kun taas replikaation aikana koko molekyyli kiertyy;
• transkription aikana viritettävät NTP:t sisältävät riboosia ja tymiinin sijasta urasiilia;
• tiedot kirjataan pois vain tietystä alueesta;
• molekyylin muodostumisen jälkeen vetysidokset ja syntetisoitu säie katkeavat ja juoste liukuu pois DNA:sta.

Normaalia toimintaa varten RNA:n primaarirakenteen tulisi koostua vain DNA-osista, jotka on poistettu eksoneista.

Vasta muodostunut RNA aloittaa kypsymisprosessin. Hiljaiset alueet leikataan pois ja informatiiviset alueet fuusioidaan muodostamaan polynukleotidiketju. Lisäksi jokaisella lajilla on vain sille luontaisia ​​muutoksia.

mRNA:ssa tapahtuu kiinnittyminen alkupäähän. Polyadenylaatti liittyy lopulliseen kohtaan.

Emäkset modifioidaan tRNA:ssa vähäisten lajien muodostamiseksi.

r-RNA:ssa myös yksittäiset emäkset metyloituvat.

Suojaa tuhoutumiselta ja parantaa proteiinien kuljetusta sytoplasmaan. Kypsässä tilassa olevat RNA:t ovat yhteydessä niihin.

Deoksiribonukleiini- ja ribonukleiinihappojen merkitys

Nukleiinihapoilla on suuri merkitys organismien elämässä. Ne tallentavat, siirtävät sytoplasmaan ja perivät tytärsoluille tietoa kussakin solussa syntetisoiduista proteiineista. Niitä on kaikissa elävissä organismeissa, näiden happojen stabiiliudella on tärkeä rooli sekä solujen että koko organismin normaalille toiminnalle. Kaikki muutokset niiden rakenteessa johtavat solumuutoksiin.

Melkein puoli vuosisataa sitten, vuonna 1953, D. Watson ja F. Crick löysivät periaatteen geeniaineen - deoksiribonukleiinihapon (DNA) - rakenteellisesta (molekyylisestä) järjestäytymisestä. DNA:n rakenne antoi avaimen geeniaineen tarkan lisääntymisen - reduplikaation - mekanismiin. Joten syntyi uusi tiede - molekyylibiologia. Molekyylibiologian niin sanottu keskeinen dogma muotoiltiin: DNA - RNA - proteiini. Sen merkitys on, että DNA:han tallennettu geneettinen informaatio toteutuu proteiinien muodossa, mutta ei suoraan, vaan siihen liittyvän polymeerin - ribonukleiinihapon (RNA) kautta, ja tämä polku nukleiinihapoista proteiineihin on peruuttamaton. Siten DNA syntetisoituu DNA:lle, mikä tarjoaa oman reduplikaationsa, toisin sanoen alkuperäisen geneettisen materiaalin lisääntymisen sukupolvessa; RNA syntetisoidaan DNA:sta, mikä johtaa geneettisen tiedon uudelleenkirjoittamiseen tai transkriptioon useiden RNA-kopioiden muotoon; RNA-molekyylit toimivat templaatteina proteiinisynteesiin - geneettinen informaatio muunnetaan polypeptidiketjujen muotoon. Erikoistapauksissa RNA voidaan transkriptoida DNA:n muotoon ("käänteistranskriptio") ja myös kopioida RNA:n muotoon (replikaatio), mutta proteiini ei voi koskaan olla nukleiinihappojen templaatti (katso lisätietoja).

Joten DNA määrittää organismien perinnöllisyyden, toisin sanoen joukon proteiineja ja niihin liittyviä ominaisuuksia, jotka lisääntyvät sukupolvien aikana. Proteiinien biosynteesi on elävän aineen keskeinen prosessi, ja nukleiinihapot tarjoavat sille toisaalta ohjelman, joka määrittää syntetisoitujen proteiinien koko sarjan ja erityispiirteet, ja toisaalta mekanismin, jolla tämä ohjelma voidaan toistaa tarkasti sukupolvien aikana. . Näin ollen elämän synty nykyaikaisessa solumuodossa pelkistyy periytyvän proteiinin biosynteesin mekanismin syntymiseen.

PROTEIINIBIOSYNTEESI

Molekyylibiologian keskeinen dogma olettaa vain tavan siirtää geneettistä tietoa nukleiinihapoista proteiineihin ja siten elävän organismin ominaisuuksiin ja ominaisuuksiin. Tämän reitin toteutumismekanismien tutkimus keskeisen dogman muotoilemista seuranneina vuosikymmeninä paljasti RNA:n paljon monipuolisempia toimintoja kuin pelkkä tiedon kantajana geeneistä (DNA) proteiineihin ja proteiinisynteesin matriisina toimiminen. .

Kuvassa Kuvio 1 esittää yleisen kaavion proteiinin biosynteesiä varten solussa. lähetti-RNA Proteiineja koodaava RNA (lähetti-RNA, lähetti-RNA, mRNA), josta keskusteltiin edellä, on vain yksi kolmesta solu-RNA:n pääluokasta. Niiden suurin osa (noin 80 %) on toinen RNA-luokka - ribosomaalista RNA:ta, jotka muodostavat universaalien proteiineja syntetisoivien hiukkasten - ribosomien - rakenteellisen kehyksen ja toiminnalliset keskukset. Ribosomaaliset RNA:t ovat vastuussa - sekä rakenteellisesti että toiminnallisesti - ultramikroskooppisten molekyylikoneiden, joita kutsutaan ribosomeiksi, muodostumisesta. Ribosomit vastaanottavat geneettistä informaatiota mRNA-molekyylien muodossa ja valmistavat jälkimmäisten ohjelmoimina proteiineja tiukasti tämän ohjelman mukaisesti.

Proteiinien syntetisoimiseen ei kuitenkaan riitä pelkkä tieto tai ohjelma - tarvitaan myös materiaali, josta ne voidaan valmistaa. Proteiinisynteesin materiaalivirta kulkee ribosomeihin kolmannen solu-RNA-luokan kautta - siirtää RNA:ta(siirto-RNA, siirto-RNA, tRNA). Ne sitovat kovalenttisesti - hyväksyvät - aminohappoja, jotka toimivat proteiinien rakennusmateriaalina, ja pääsevät ribosomeihin aminoasyyli-tRNA:n muodossa. Ribosomeissa aminoasyyli-tRNA:t ovat vuorovaikutuksessa mRNA:n kodonien - kolmen nukleotidin yhdistelmien - kanssa, minkä seurauksena kodonit dekoodaavat translaation aikana.

RIBONUKLEEINIHAPOT

Joten meillä on joukko tärkeimpiä solu-RNA:ita, jotka määräävät nykyaikaisen elävän aineen pääprosessin - proteiinien biosynteesin. Näitä ovat mRNA, ribosomin RNA ja tRNA. RNA syntetisoidaan DNA:lle käyttämällä entsyymejä - RNA-polymeraaseja, jotka suorittavat transkription - kirjoittamalla tietyt kaksijuosteisen DNA:n osiot (lineaariset segmentit) uudelleen yksijuosteiseksi RNA:ksi. Solun proteiineja koodaavat DNA-alueet kirjoitetaan uudelleen mRNA:n muodossa, kun taas lukuisten ribosomaalisen RNA:n ja tRNA:n kopioiden synteesiä varten solun genomissa on erityisiä alueita, joista tapahtuu intensiivistä uudelleenkirjoittamista ilman myöhempää translaatiota proteiineihin.

RNA:n kemiallinen rakenne. Kemiallisesti RNA on hyvin samanlainen kuin DNA. Molemmat aineet ovat lineaarisia nukleotidien polymeerejä. Jokainen monomeeri - nukleotidi - on fosforyloitu N-glykosidi, joka on rakennettu viiden hiiliatomin sokeritähteestä - pentoosista ja joka sisältää fosfaattiryhmän viidennen hiiliatomin hydroksyyliryhmässä (esterisidos) ja typpipitoisen emäksen ensimmäisessä hiiliatomissa ( N-glykosidisidos). Suurin kemiallinen ero DNA:n ja RNA:n välillä on, että RNA-monomeerin sokeritähde on riboosi ja DNA-monomeeri on deoksiriboosi, joka on riboosin johdannainen, jonka toisessa hiiliatomissa ei ole hydroksyyliryhmää (kuva 2). ).

Sekä DNA:ssa että RNA:ssa on neljää tyyppiä typpipitoisia emäksiä: kaksi puriiniemästä - adeniini (A) ja guaniini (G) - ja kaksi pyrimidiiniemästä - sytosiini (C) ja urasiili (U) tai sen metyloitu johdannainen tymiini (T).

Urasiili on ominaista RNA-monomeereille, kun taas tymiini on ominaista DNA-monomeereille, ja tämä on toinen ero RNA:n ja DNA:n välillä. Monomeerit - RNA-ribonukleotidit tai DNA-deoksiribonukleotidit - muodostavat polymeeriketjun muodostamalla fosfodiesterisiltoja sokeritähteiden (pentoosin viidennen ja kolmannen hiiliatomin väliin) välille. Siten nukleiinihapon - DNA:n tai RNA:n - polymeeriketju voidaan esittää lineaarisena sokerifosfaattirunkona, jossa sivuryhminä ovat typpipitoiset emäkset.

RNA:n makromolekyylirakenne. Keskeinen makrorakenteellinen ero näiden kahden nukleiinihappotyypin välillä on, että DNA on yksi kaksoiskierre, toisin sanoen makromolekyyli, joka koostuu kahdesta toisiaan täydentävästä polymeerisäikeestä, jotka on kierretty kierteisesti yhteisen akselin ympäri (katso [ , ]), ja RNA on yksittäinen -säikeinen polymeeri. Samanaikaisesti sivuryhmien - typpipitoisten emästen - vuorovaikutukset keskenään sekä sokeri-fosfaattirungon fosfaattien ja hydroksyylien kanssa johtavat siihen, että yksijuosteinen RNA-polymeeri laskostuu itsensä päälle ja kiertyy kompakti rakenne, samanlainen kuin proteiinipolypeptidiketjun laskostuminen tiiviiksi palloksi. Tällä tavalla ainutlaatuiset RNA-nukleotidisekvenssit voivat muodostaa ainutlaatuisia spatiaalisia rakenteita.

RNA:n spesifinen spatiaalinen rakenne osoitettiin ensimmäisen kerran purettaessa yhden tRNA:n atomirakennetta vuonna 1974 [, ] (kuvio 3). 76 nukleotidimonomeerista koostuvan tRNA-polymeeriketjun laskostuminen johtaa erittäin tiiviin pallomaisen ytimen muodostumiseen, josta kaksi ulkonemaa työntyy suorassa kulmassa. Ne ovat lyhyitä kaksoiskierteitä, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin DNA, mutta ne on järjestetty saman RNA-juosteen osien vuorovaikutuksen kautta. Toinen ulkonemista on aminohappoakseptori ja osallistuu proteiinin polypeptidiketjun synteesiin ribosomissa, kun taas toinen on tarkoitettu komplementaariseen vuorovaikutukseen mRNA:n koodaavan tripletin (kodonin) kanssa samassa ribosomissa. Vain tällainen rakenne pystyy olemaan spesifisesti vuorovaikutuksessa proteiinientsyymin kanssa, joka kiinnittää aminohapon tRNA:han ja ribosomiin translaation aikana, eli ne "tunnistavat" sen spesifisesti.

Eristettyjen ribosomaalisten RNA:iden tutkimus tarjosi seuraavan silmiinpistävän esimerkin kompaktien spesifisten rakenteiden muodostumisesta tämän tyyppisistä vielä pidemmistä lineaarisista polymeereistä. Ribosomi koostuu kahdesta epätasaisesta osasta - suurista ja pienistä ribosomaalisista alahiukkasista (alayksiköistä). Jokainen alayksikkö on rakennettu yhdestä korkeapolymeerisestä RNA:sta ja useista ribosomaalisista proteiineista. Ribosomaalisen RNA:n ketjujen pituus on erittäin merkittävä: esimerkiksi bakteeriribosomin pienen alayksikön RNA sisältää yli 1500 nukleotidia ja suuren alayksikön RNA noin 3000 nukleotidia. Nisäkkäillä, mukaan lukien ihmiset, nämä RNA:t ovat vielä suurempia - noin 1900 nukleotidia ja yli 5000 nukleotidia pienessä ja suuressa alayksikössä, vastaavasti.

On osoitettu, että eristetyt ribosomaaliset RNA:t, jotka on erotettu proteiinikumppaneistaan ​​ja saatu puhtaassa muodossa, pystyvät itse laskostumaan spontaanisti kompakteiksi rakenteiksi, jotka ovat kooltaan ja muodoltaan samanlaisia ​​kuin ribosomaaliset alayksiköt]. Isojen ja pienten alipartikkelien muoto on erilainen, ja vastaavasti suurten ja pienten ribosomaalisten RNA:iden muoto eroaa (kuvio 4). Siten ribosomaalisen RNA:n lineaariset ketjut järjestäytyvät itsestään spesifisiksi avaruudellisiksi rakenteiksi, jotka määrittävät ribosomaalisten alahiukkasten koon, muodon ja ilmeisesti sisäisen rakenteen ja siten koko ribosomin.

Pienet RNA:t. Kun tutkittiin elävän solun komponentteja ja solun kokonais-RNA:n yksittäisiä fraktioita, kävi selväksi, että asia ei rajoittunut kolmeen RNA:n päätyyppiin. Kävi ilmi, että luonnossa on monia muita RNA-tyyppejä. Nämä ovat ennen kaikkea niin sanottuja "pieniä RNA:ita", jotka sisältävät jopa 300 nukleotidia, usein tuntemattomilla toiminnoilla. Yleensä ne liittyvät yhteen tai useampaan proteiiniin ja ovat läsnä solussa ribonukleoproteiineina - "pieninä RNP:inä".

Pienet RNA:t ovat läsnä kaikissa solun osissa, mukaan lukien sytoplasma, tuma, tuma ja mitokondriot. Suurin osa niistä pienistä RNP:istä, joiden toiminnot tunnetaan, osallistuu RNA:n päätyyppien transkriptionaalisen prosessoinnin mekanismeihin (RNA-käsittely) - mRNA-prekursorien muuntamiseen kypsiksi mRNA:iksi (splicing), mRNA:n muokkaukseen, tRNA:n biogeneesiin ja ribosomaalisten kypsymiseen. RNA:t. Yksi yleisimmistä pienten RNP:iden (SRP) tyypeistä soluissa on avainrooli syntetisoitujen proteiinien kuljettamisessa solukalvon läpi. On tunnettuja tyyppejä pieniä RNA:ita, jotka suorittavat säätelytoimintoja translaatiossa. Erityinen pieni RNA on osa tärkeintä entsyymiä, joka vastaa DNA:n replikaation ylläpitämisestä solusukupolvissa - telomeraasia. On sanottava, että niiden molekyylikoot ovat verrattavissa solun globulaaristen proteiinien kokoihin. Näin vähitellen käy selväksi, että elävän solun toimintaa ei määrää ainoastaan ​​siinä syntetisoitujen proteiinien monimuotoisuus, vaan myös runsas joukko erilaisia ​​RNA:ita, joista pienet RNA:t jäljittelevät suurelta osin solun tiiviyttä ja kokoa. proteiinit.

Ribotsyymit. Kaikki aktiivinen elämä rakentuu aineenvaihduntaan - aineenvaihduntaan, ja kaikki aineenvaihdunnan biokemialliset reaktiot tapahtuvat elämälle sopivilla nopeuksilla vain evoluution luomien erittäin tehokkaiden spesifisten katalyyttien ansiosta. Biokemistit ovat useiden vuosikymmenten ajan olleet vakuuttuneita siitä, että biologisen katalyysin suorittavat aina ja kaikkialla proteiinit ns. entsyymejä, tai entsyymejä. Ja niin vuosina 1982-1983. osoitettiin, että luonnossa on RNA-tyyppejä, joilla on proteiinien tavoin erittäin spesifinen katalyyttinen aktiivisuus [ , ]. Tällaisia ​​RNA-katalyyttejä on kutsuttu ribotsyymit. Ajatus proteiinien yksinoikeudesta biokemiallisten reaktioiden katalyysissä päättyi.

Tällä hetkellä ribosomia pidetään myös ribotsyyminä. Todellakin, kaikki saatavilla olevat kokeelliset tiedot osoittavat, että ribosomin proteiinipolypeptidiketjun synteesiä katalysoi ribosomin RNA, eivät ribosomaaliset proteiinit. Transpeptidaatioreaktion katalyysistä vastaava suuren ribosomaalisen RNA:n katalyyttinen alue, jonka läpi proteiinin polypeptidiketju jatkuu translaation aikana, on tunnistettu.

Mitä tulee virus-DNA:n replikaatioon, sen mekanismi ei juurikaan eroa itse solun geneettisen materiaalin - DNA:n - replikaatiosta. Viruksen RNA:n tapauksessa toteutetaan prosesseja, jotka estyvät tai puuttuvat kokonaan normaaleissa soluissa, joissa kaikki RNA syntetisoidaan vain DNA:lla templaattina. Infektoituneena RNA:ta sisältävillä viruksilla tilanne voi olla kaksinkertainen. Joissakin tapauksissa DNA syntetisoidaan viruksen RNA:lle templaattina ("käänteistranskriptio"), ja lukuisia viruksen RNA:n kopioita transkriptoidaan tälle DNA:lle. Toisissa, meille mielenkiintoisimmissa tapauksissa viruksen RNA:lle syntetisoidaan komplementaarinen RNA-ketju, joka toimii mallina viruksen RNA:n uusien kopioiden synteesille - replikaatiolle. Siten RNA:ta sisältävillä viruksilla infektion aikana toteutuu RNA:n perustavanlaatuinen kyky määrittää oman rakenteensa lisääntyminen, kuten DNA:n tapauksessa.

RNA:n monitoiminnallisuus. Yhteenvetona ja tarkastelemalla tietoa RNA:n toiminnoista voidaan puhua tämän polymeerin poikkeuksellisesta monitoiminnallisuudesta luonnossa. Seuraava luettelo RNA:n tunnetuista tärkeimmistä toiminnoista voidaan antaa.

Geneettinen replikaatiotoiminto: rakenteellinen kyky kopioida (replikoida) lineaarisia nukleotidisekvenssejä komplementaaristen sekvenssien kautta. Tehtävä toteutuu virusinfektioissa ja on samanlainen kuin DNA:n päätehtävä solueliöiden elämässä - geneettisen materiaalin lisääntyminen.

Koodaustoiminto: proteiinisynteesin ohjelmointi lineaarisilla nukleotidisekvensseillä. Tämä on sama tehtävä kuin DNA:lla. Sekä DNA:ssa että RNA:ssa samat nukleotiditripletit koodaavat 20 proteiinien aminohappoa, ja nukleiinihappoketjun triplettien sekvenssi on ohjelma 20 tyyppisen aminohapon peräkkäiseen järjestämiseen proteiinin polypeptidiketjussa.

Rakenteen muodostava toiminto: ainutlaatuisten kolmiulotteisten rakenteiden muodostus. Kompakti laskostuneet pienet RNA-molekyylit ovat pohjimmiltaan samanlaisia ​​kuin globulaaristen proteiinien kolmiulotteiset rakenteet, kun taas pidemmät RNA-molekyylit voivat myös muodostaa suurempia biologisia partikkeleita tai niiden ytimiä.

Tunnistustoiminto: erittäin spesifiset avaruudelliset vuorovaikutukset muiden makromolekyylien (mukaan lukien proteiinit ja muut RNA:t) ja pienten ligandien kanssa. Tämä toiminto on ehkä tärkein proteiineissa. Se perustuu polymeerin kykyyn taittua ainutlaatuisella tavalla ja muodostaa erityisiä kolmiulotteisia rakenteita. Tunnistustoiminto on spesifisen katalyysin perusta.

Katalyyttinen toiminta: kemiallisten reaktioiden spesifinen katalyysi ribotsyymeillä. Tämä toiminto on samanlainen kuin entsyymiproteiinien entsymaattinen toiminta.

Yleisesti ottaen RNA näyttää meistä niin hämmästyttävältä polymeeriltä, ​​että näyttää siltä, ​​ettei maailmankaikkeuden evoluution ajan eikä Luojan älyn olisi pitänyt riittää sen keksimiseen. Kuten voidaan nähdä, RNA pystyy suorittamaan molempien elämälle olennaisesti tärkeiden polymeerien - DNA:n ja proteiinien - toiminnot. Ei ole yllättävää, että kysymys heräsi ennen tiedettä: voisiko RNA-maailman syntyminen ja omavarainen olemassaolo edeltää elämän syntyä sen nykyaikaisessa DNA-proteiinimuodossa?

ELÄMÄN ALKUPERÄ

Oparinin proteiini-koaservaattiteoria. Kenties ensimmäisen tieteellisen, hyvin harkitun teorian elämän syntymisestä abiogeenisellä tavalla ehdotti biokemisti A.I. Oparin jo viime vuosisadan 20-luvulla [,]. Teoria perustui käsitykseen, että kaikki alkoi proteiineista, ja mahdollisuuteen tietyissä olosuhteissa proteiinimonomeerien - aminohappojen - ja proteiinin kaltaisten polymeerien (polypeptidien) spontaanin kemiallisen synteesin abiogeenisellä tavalla. Teorian julkaiseminen stimuloi lukuisia kokeita useissa laboratorioissa ympäri maailmaa, jotka osoittivat tällaisen synteesin todellisuuden keinotekoisissa olosuhteissa. Teoriasta tuli nopeasti yleisesti hyväksytty ja erittäin suosittu.

Sen pääpostulaatti oli, että primaarisessa "liemessä" spontaanisti syntyneet proteiinin kaltaiset yhdisteet yhdistettiin "koaservaattipisaroiksi - erillisiksi kolloidisiksi järjestelmiksi (sooliksi), jotka kelluivat laimeammassa vesiliuoksessa. Tämä antoi pääedellytyksen organismien syntymiselle - tietyn biokemiallisen järjestelmän eristäminen ympäristöstä, sen lokerointi. Koska joillakin koaservaattipisaroiden proteiinin kaltaisilla yhdisteillä saattoi olla katalyyttistä aktiivisuutta, tuli mahdolliseksi suorittaa biokemiallisia synteesireaktioita tippojen sisällä - ilmeni assimilaatiota ja siten kasvua koaservaattia ja sen myöhempää hajoamista osiin - lisääntyminen. koaservaattia pidettiin elävän solun prototyyppinä (kuvio 5).

Kaikki oli hyvin harkittua ja teoriassa tieteellisesti perusteltua, lukuun ottamatta yhtä ongelmaa, joka pitkään ummisti silmänsä lähes kaikilta elämän alkuperän asiantuntijoilta. Jos yksittäisiä onnistuneita proteiinimolekyylien rakenteita (esimerkiksi tehokkaita katalyyttejä, jotka tarjoavat tälle koaservaatille edun kasvussa ja lisääntymisessä) syntyi spontaanisti, satunnaisten templaatittomien synteesien avulla koaservaatissa, kuinka niitä voitaisiin kopioida jaettavaksi koaservaatissa , ja vielä enemmän jälkeläisille koaservaateille? Teoria ei ole kyennyt tarjoamaan ratkaisua yksittäisten, satunnaisesti esiintyvien tehokkaiden proteiinirakenteiden tarkan lisääntymisen - koaservaatissa ja sukupolvien aikana -ongelmaan.

RNA:n maailma modernin elämän edelläkävijänä. Tiedon kerääntyminen geneettisestä koodista, nukleiinihapoista ja proteiinien biosynteesistä johti perustavanlaatuisen uuden ajatuksen hyväksymiseen TOM:sta, jonka mukaan kaikki ei alkanut ollenkaan proteiineista, vaan RNA:sta [- ]. Nukleiinihapot ovat ainoa biologisten polymeerien tyyppi, jonka makromolekyylirakenne uusien ketjujen synteesin komplementaarisuuden periaatteen vuoksi (katso lisätietoja, katso) tarjoaa mahdollisuuden kopioida omaa lineaarista monomeeriyksiköiden sekvenssiään, toisin sanoen, kyky toistaa (toistaa) polymeeri, sen mikrorakenne. Siksi vain nukleiinihapot, mutta eivät proteiinit, voivat olla geneettistä materiaalia, toisin sanoen toistettavissa olevia molekyylejä, jotka toistavat ominaista mikrorakennettaan sukupolvien ajan.

Useista syistä RNA, ei DNA, voi edustaa ensisijaista geneettistä materiaalia.

Ensinnäkin, sekä kemiallisessa synteesissä että biokemiallisissa reaktioissa ribonukleotidit edeltävät deoksiribonukleotideja; deoksiribonukleotidit ovat ribonukleotidien modifikaatiotuotteita (katso kuvio 2).

Toiseksi, Vanhimmissa, yleismaailmallisissa elintärkeän aineenvaihdunnan prosesseissa ribonukleotidit, eivät deoksiribonukleotidit, ovat laajalti edustettuina, mukaan lukien tärkeimmät energian kantajat, kuten ribonukleosidipolyfosfaatit (ATP jne.).

Kolmanneksi, RNA:n replikaatio voi tapahtua ilman DNA:n osallistumista, ja DNA:n replikaation mekanismi jopa nykyaikaisessa elävässä maailmassa edellyttää RNA-alukkeen pakollista osallistumista DNA-ketjusynteesin käynnistämiseen.

Neljäs, RNA:lla on kaikki samat templaatti- ja geneettiset toiminnot kuin DNA:lla, ja se pystyy myös suorittamaan useita proteiineille luontaisia ​​toimintoja, mukaan lukien kemiallisten reaktioiden katalysointi. Siten on kaikki syyt pitää DNA:ta myöhempänä evolutionaarisena hankinnana - RNA:n muunnelmana, joka on erikoistunut tuottamaan ja säilyttämään ainutlaatuisia geenikopioita solun genomissa ilman suoraa osallistumista proteiinien biosynteesiin.

Katalyyttisesti aktiivisten RNA:iden löytämisen jälkeen ajatus RNA:n ensisijaisuudesta elämän alkuperässä sai vahvan sysäyksen kehitykselle, ja konsepti muotoiltiin. omavarainen RNA-maailma, nykyajan elämää edeltävä [ , ]. Mahdollinen kaavio RNA-maailman syntymiselle on esitetty kuvassa. 6.

Ribonukleotidien abiogeeninen synteesi ja niiden kovalenttinen liittyminen RNA-tyyppisiksi oligomeereiksi ja polymeereiksi voi tapahtua suunnilleen samoissa olosuhteissa ja samassa kemiallisessa ympäristössä, jotka oletettiin aminohappojen ja polypeptidien muodostumiselle. Äskettäin A.B. Chetverin ym. (Protein Institute, Venäjän tiedeakatemia) osoittivat kokeellisesti, että ainakin jotkut polyribonukleotidit (RNA) tavallisessa vesipitoisessa väliaineessa kykenevät spontaaniin rekombinaatioon, eli ketjusegmenttien vaihtoon transesteröimällä. Lyhytketjuisten segmenttien vaihtamisen pitkiin segmenttien pitäisi johtaa polyribonukleotidien (RNA) pidentymiseen, ja sellaisen rekombinaation pitäisi itsessään edistää näiden molekyylien rakenteellista monimuotoisuutta. Katalyyttisesti aktiivisia RNA-molekyylejä saattaa myös syntyä niiden joukossa.

Jopa äärimmäisen harvinainen yksittäisten RNA-molekyylien ilmaantuminen, jotka kykenivät katalysoimaan ribonukleotidien polymeroitumista tai oligonukleotidien silmukointia komplementaarisessa ketjussa kuten templaatissa [, ] merkitsi RNA:n replikaatiomekanismin muodostumista. Itse RNA-katalyyttien (ribotsyymien) replikaation olisi pitänyt johtaa itsereplikoituvien RNA-populaatioiden syntymiseen. Tekemällä kopioita itsestään, RNA lisääntyi. Väistämättömät virheet kopioinnissa (mutaatiossa) ja rekombinaatiossa itsereplikoituvissa RNA-populaatioissa loivat tämän maailman jatkuvasti kasvavan monimuotoisuuden. Näin ollen RNA:n oletettu muinainen maailma on "omavarainen biologinen maailma, jossa RNA-molekyylit toimivat sekä geneettisenä materiaalina että entsyymimäisinä katalyytteinä" .

Proteiinibiosynteesin syntyminen. Lisäksi RNA-maailman perusteella proteiinien biosynteesimekanismien muodostuminen, erilaisten proteiinien syntyminen, joilla on perinnöllinen rakenne ja ominaisuudet, proteiinien biosynteesijärjestelmien ja proteiinisarjojen lokeroituminen, mahdollisesti koaservaattien muodossa, sekä proteiinien evoluutio. jälkimmäinen solurakenteisiin - elävien solujen (katso kuva 6) olisi pitänyt tapahtua.

Muinaisesta RNA-maailmasta nykyaikaiseen proteiineja syntetisoivaan maailmaan siirtymisen ongelma on vaikein jopa puhtaasti teoreettisen ratkaisun kannalta. Polypeptidien ja proteiinin kaltaisten aineiden abiogeenisen synteesin mahdollisuus ei auta ongelman ratkaisemisessa, koska ei ole olemassa erityistä tapaa, jolla tämä synteesi voitaisiin kytkeä RNA:han ja joutua geneettisen kontrollin piiriin. Polypeptidien ja proteiinien geneettisesti ohjatun synteesin piti kehittyä primaarisesta abiogeenisesta synteesistä riippumatta, omalla tavallaan jo olemassa olevan RNA-maailman pohjalta. Kirjallisuudessa on ehdotettu useita hypoteeseja RNA-maailman nykyaikaisen proteiinibiosynteesin mekanismin alkuperästä, mutta kenties yhtäkään niistä ei voida pitää fysikaalis-kemiallisten kykyjen suhteen perusteellisesti harkittuna ja virheettömänä. Esitän versioni RNA:n evoluutio- ja erikoistumisprosessista, joka johtaa proteiinien biosynteesilaitteiston syntymiseen (kuva 7), mutta se ei väitä olevan täydellinen.

Ehdotettu hypoteettinen järjestelmä sisältää kaksi olennaista seikkaa, jotka vaikuttavat perustavanlaatuisilta.

Ensinnäkin, oletetaan, että abiogeenisesti syntetisoidut oligoribonukleotidit rekombinoituvat aktiivisesti spontaanin ei-entsymaattisen transesteröinnin mekanismin kautta, mikä johtaa pitkittyneiden RNA-ketjujen muodostumiseen ja synnyttää niiden monimuotoisuuden. Tällä tavalla sekä katalyyttisesti aktiiviset RNA-tyypit (ribotsyymit) että muun tyyppiset RNA:t, joilla on erikoistuneet toiminnot, voivat ilmaantua oligonukleotidien ja polynukleotidien populaatioon (katso kuvio 7). Lisäksi polynukleotiditemplaattiin komplementaarisesti sitoutuneiden oligonukleotidien ei-entsymaattinen rekombinaatio voisi saada aikaan tälle templaatille komplementaaristen fragmenttien silloitumisen (silmukoinnin) yhdeksi ketjuksi. Tällä tavalla, ei mononukleotidien katalysoidulla polymeroinnilla, voitaisiin suorittaa RNA:n primaarinen kopiointi (lisääntyminen). Tietysti, jos esiintyi ribotsyymejä, joilla oli polymeraasiaktiivisuutta, kopioinnin tehokkuus (tarkkuus, nopeus ja tuottavuus) oli toisiaan täydentävä. matriisin olisi pitänyt kasvaa merkittävästi.

Toinen Versioni peruskohta on, että proteiinien biosynteesin ensisijainen laite syntyi useiden erikoistuneiden RNA-tyyppien perusteella ennen geneettisen materiaalin - RNA:n ja DNA:n - entsymaattisen (polymeraasin) replikaatiolaitteen tuloa. Tämä primaarinen laite sisälsi katalyyttisesti aktiivisen proribosomaalisen RNA:n, jolla olitta; joukko pro-tRNA:ita, jotka sitovat spesifisesti aminohappoja tai lyhyitä peptidejä; toinen proribosomaalinen RNA, joka kykenee olemaan vuorovaikutuksessa samanaikaisesti katalyyttisen proribosomaalisen RNA:n, pro-mRNA:n ja pro-tRNA:n kanssa (katso kuvio 7). Tällainen järjestelmä voisi jo syntetisoida polypeptidiketjuja sen katalysoiman transpeptidaatioreaktion ansiosta. Muiden katalyyttisesti aktiivisten proteiinien - primaaristen entsyymien (entsyymien) - joukossa ilmestyi myös proteiineja, jotka katalysoivat nukleotidien polymeroitumista - replikaaseja tai NK-polymeraaseja.

On kuitenkin mahdollista, että hypoteesi RNA:n muinaisesta maailmasta nykyaikaisen elävän maailman edeltäjänä ei koskaan pysty saamaan riittävää perustetta voittaakseen päävaikeuden - tieteellisesti uskottavan kuvauksen RNA:sta siirtymismekanismista ja sen replikaatiosta. proteiinien biosynteesiin. On olemassa houkutteleva ja hyvin harkittu vaihtoehtoinen hypoteesi A.D. Altshtein (Geenibiologian instituutti, Venäjän tiedeakatemia), joka olettaa, että geneettisen materiaalin replikaatio ja sen translaatio - proteiinisynteesi - syntyivät ja kehittyivät samanaikaisesti ja konjugoituna, alkaen abiogeenisesti syntetisoitujen oligonukleotidien ja aminoasyylinukleotidien - seka-anhydridien vuorovaikutuksesta. aminohapoista ja nukleotideista. Mutta se on seuraava tarina... "Ja Scheherazade sai aamun kiinni ja lopetti sallitun puheen".)

Kirjallisuus

. Watson J.D., Crick F.H.C. Nukleiinihappojen molekyylirakenne // Luonto. 1953. V. 171. S. 738-740.

. Watson J.D., Crick F.H.C. Deoksiriboosinukleiinihapon rakenteen geneettiset vaikutukset // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Spirin A.S. Nykyaikainen biologia ja biologinen turvallisuus // Venäjän tiedeakatemian tiedote. 1997. Nro 7.

. Spirin A.S. Natiivin korkeapolymeerisen ribonukleiinihapon makromolekyylirakenteesta liuoksessa // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. S. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. et ai. Hiivan fenyylialaniinin siirto-RNA:n kolmiulotteinen tertiäärinen rakenne // Tiede. 1974. V. 185. S. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. et ai. Hiivan fenyylialaniinin tRNA:n rakenne 3 A:n resoluutiolla // Luonto. 1974. V. 250. S. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdjuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Ribosomaalisen RNA:n itseorganisaatio // Ribosomien rakenne, toiminta ja genetiikka / Toim. Hardesty B. ja Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986, s. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A. Pienten ribonukleoproteiinien monipuolinen maailma // The RNA World / Toim. Gesteland R.F. ja Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, s. 359-381.

. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. et ai. Itsesilmukoituva RNA: ribosomaalisen RNA:n välissä olevan sekvenssin autoleikkaus ja autosyklisaatio Tetrahymena

. Bartel D.P., Szostak J.W. Uusien ribotsyymien eristäminen suuresta satunnaisten sekvenssien poolista // Tiede. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. RNA-katalysoitu RNA-polymerointi käyttämällä nukleosiditrifosfaatteja // Luonto. 1996 V. 382. S. 373-376.

. Orgel L.E. Elämän alkuperä - katsaus tosiasioihin ja spekulaatioihin //Trends in Biochemical Sciences. 1998. V. 23. s. 491-495.

. Altstein A.D. Geneettisen järjestelmän alkuperä: progenihypoteesi // Molecular Biology. 1987. T. 21. S. 309-322.

Spirin Alexander Sergeevich - akateemikko, Venäjän tiedeakatemian proteiinitutkimuksen instituutin johtaja, Venäjän tiedeakatemian puheenjohtajiston jäsen.

Ensinnäkin muutamia yleisiä säännöksiä.

Koko kehon kemiallisten prosessien ohjelma tallennetaan DNA:han - geneettisen tiedon molekyylivarastoon. Yleensä tämän tiedon kulkua kuvaa kaavio: DNA RNA PROTEIN, joka näyttää prosessin, jossa nukleotidisekvenssien geneettinen kieli muunnetaan aminohapposekvensseiksi. DNA-RNA-kaavio tarkoittaa RNA-molekyylien biosynteesiä, joiden nukleotidisekvenssi on komplementaarinen jollekin DNA-molekyylin osalle (geenille). Tätä prosessia kutsutaan yleisesti transkriptioksi. Siten tRNA, rRNA, mRNA syntetisoidaan. Nimitys RNA PROTEIINI ilmaisee polypeptidiketjujen biosynteesiä, joiden aminohapposekvenssi määräytyy mRNA:n nukleotidisekvenssin avulla tRNA:n ja rRNA:n osallistuessa. Tätä prosessia kutsutaan kääntämiseksi. Molemmat prosessit tapahtuvat lukuisten proteiinien osallistuessa, jotka suorittavat katalyyttisiä ja ei-katalyyttisiä toimintoja.

RNA:n biosynteesi.

Kaikkien RNA-tyyppien (p, t, m) synteesiin käytetään vain yhtä entsyymityyppiä: DNA-riippuvainen RNA -polymeraasi, joka sisältää tiukasti sitoutuneen sinkki-ionin. Riippuen siitä, minkä tyyppistä RNA:ta syntetisoidaan, RNA-polymeraasi 1 (katalysoi rRNA:n synteesiä), RNA-polymeraasi 2 (mRNA) ja RNA-polymeraasi 3 (tRNA) eristetään. Mitokondrioista löydettiin toinen tyyppi - RNA - polymeraasi 4. Kaikentyyppisten RNA-polymeraasien molekyylipainot ovat välillä 500 000 - 600 000. Kaikki synteesi tapahtuu vastaavien DNA-geenien sisältämien tietojen mukaisesti. Riippumatta lähteestä RNA-polymeraasientsyymi eristetään (eläimistä, kasveista, bakteereista), sille on tunnusomaista seuraavat in vivo toiminnan piirteet: 1) Käytetään trifosfonukleosideja, ei di- ja ei-monofosfonukleosideja. 2) Optimaaliseen aktiivisuuteen tarvitaan kofaktori - magnesium-ioni. 3) Entsyymi käyttää vain yhtä DNA-juostetta templaattina RNA:n komplementaarisen kopion synteesiin (siksi synteesi on matriisi). Nukleotidien peräkkäinen lisäys tapahtuu siten, että ketju kasvaa 5` 3` päästä (5` - 3` polymerisaatio):

F - F - F - 5` F - F - F - 5` F - F - F -5`

5) RNA:n siemenosaa voidaan käyttää synteesin aloittamiseen:

Nukleosiditrifosfaatti

(RNA)n tähteet (RNA)n + 1 + PF

RNA - polymeraasi

Samanaikaisesti polymerointi voi edetä (useammin se tapahtuu) ilman siementä käyttämällä vain yhtä nukleosiditrifosfaattia siemenosan sijaan (yleensä se on ATP tai GTP).

6) Tämän polymeroinnin aikana entsyymi kopioi vain yhden DNA-juosteen ja liikkuu templaattia pitkin 3' - 5' -suunnassa. Kopioidun ketjun valinta ei ole sattumaa.

7) Templaatti-DNA-ketju sisältää RNA-synteesin aloitussignaalit entsyymille, jotka sijaitsevat tietyissä kohdissa ennen geenin alkua, ja synteesin lopetussignaaleja, jotka sijaitsevat geenin tai geeniryhmän lopun jälkeen.

8) Yllä kuvattuihin prosesseihin voidaan tarvita superkierteistä DNA:ta, joka auttaa tunnistamaan synteesin aloitus- ja lopetussignaalit ja helpottaa RNA-polymeraasin sitoutumista templaattiin.

RNA-polymeraasi on oligomeerinen entsyymi, joka koostuu viidestä alayksiköstä: alfa, alfa, beeta, beeta, gamma. Tietyt alayksiköt vastaavat tiettyjä toimintoja: esimerkiksi beeta-alayksikkö osallistuu fosfodiesterisidoksen muodostumiseen, gamma-alayksikkö osallistuu aloitussignaalin tunnistamiseen.

RNA-polymeraasin alkusitoutumisesta vastaavaa DNA-aluetta kutsutaan promoottoriksi ja se sisältää 30–60 typpipitoista emäsparia.

RNA:n synteesi DNA-riippuvaisen RNA-polymeraasin vaikutuksesta tapahtuu 3 vaiheessa: aloitus, elongaatio, lopetus.

1) Initiaatio - gamma-alayksikkö, joka on osa RNA-polymeraasia, ei osallistu ainoastaan ​​DNA:n promoottoriosien "tunnistukseen", vaan myös sitoutuu suoraan TATA-sekvenssin alueelle. Sen lisäksi, että TATA-alue on signaali tunnistusta varten, sillä voi olla myös alhaisin vetysidosvahvuus, mikä helpottaa DNA-säikeiden "irrottamista". On näyttöä siitä, että cAMP osallistuu myös tämän prosessin stimulaatioon. RNA-polymeraasin gamma-alayksikkö osallistuu myös DNA:n kaksoiskierteen avautumiseen. Tässä tapauksessa yksi DNA-juosteista toimii templaattina uuden RNA-juosteen synteesille. Ja heti kun tämä synteesi alkaa, gamma-alayksikkö erotetaan entsyymistä, ja tulevaisuudessa se liittyy toiseen entsyymimolekyyliin osallistuakseen uuteen transkriptiosykliin. DNA:n "purkautuminen" tapahtuu RNA-polymeraasin liikkuessa pitkin koodaavaa juostetta. Se on välttämätön komplementaaristen parien oikealle muodostumiselle RNA-ketjuun lisättyjen nukleotidien kanssa. Kiertämättömän DNA-osan koko on vakio koko prosessin ajan ja on noin 17 emäsparia RNA-polymeraasimolekyyliä kohti. Useat RNA-polymeraasimolekyylit voivat lukea samaa koodaavaa ketjua samanaikaisesti, mutta prosessia säädellään siten, että kulloinkin jokainen RNA-polymeraasimolekyyli transkriptoi eri osia DNA:sta. Samaan aikaan DNA-riippuvaiselle RNA-polymeraasi 3:lle, joka syntetisoi tRNA:ta, on tunnusomaista sisäisen promoottorin "tunnistaminen".

2) Pidentämisen eli synteesin jatkamisen suorittaa RNA-polymeraasi, mutta jo tetrameerin muodossa, koska Gamma-alayksikkö on jo irronnut. Uusi juoste kasvaa lisäämällä peräkkäin ribonukleotideja vapaaseen 3'-hydroksiryhmään. Esimerkiksi seerumin albumiinin mRNA:n synteesinopeus on jopa 100 nukleotidia sekunnissa. Toisin kuin DNA-polymeraasi (josta keskustelemme alla), RNA-polymeraasi ei tarkista vasta muodostuneen polynukleotidiketjun oikeellisuutta. RNA-synteesin virhesuhde on 1:1 000 000.

3) Lopetus - proteiinitekijä r (ro) on mukana tässä. Se ei ole osa RNA-polymeraasia. Se todennäköisesti tunnistaa templaatin nukleotidien terminaattorisekvenssin jollakin gamma-alayksikön ja promoottorin välisen vuorovaikutuksen mekanismeista. Terminaattori sisältää myös noin 30-60 emäsparia ja päättyy sarjaan AT-pareja, vaikka joidenkin RNA:iden kohdalla on havaittu, että lopetussignaalit ovat 1000-2000 emäksen päässä koodaavasta geenistä. On mahdollista, että yksi polymeraasipartikkeleista on myös osallisena terminaattorisekvenssin tunnistamisessa. Tässä tapauksessa RNA-synteesi pysähtyy ja syntetisoitu RNA-molekyyli poistuu entsyymistä. Suurin osa tällä tavalla syntetisoiduista RNA-molekyyleistä ei ole biologisesti aktiivisia. Pikemminkin ne ovat esiasteita, joiden täytyy kehittyä kypsiksi muodoiksi erilaisten reaktioiden kautta. Tätä kutsutaan käsittelyksi. Tällaisia ​​reaktioita ovat: (1) Pitkäketjuisten esiasteiden fragmentoituminen (lisäksi yhdestä transkriptistä voidaan muodostaa 1 - 3 tRNA:ta). (2) Nukleotidien kiinnittäminen päihin. (3) Nukleotidien spesifinen modifikaatio (metylointi, sulfonointi, deaminaatio jne.).

mRNA-käsittelyllä on toinen ominaisuus. Kävi ilmi, että joskus AK:ta - geenien sekvenssiä - koodaava tieto katkeaa ei-koodaavilla sekvensseillä, ts. "geenit rikki". Mutta transkription aikana koko "rikki" geeni kopioidaan. Tässä tapauksessa endonukleaasien tai niitä kutsutaan restriktioentsyymeiksi prosessoinnin aikana ei-koodaavat alueet (intronit) leikataan pois. Tällä hetkellä niitä on eristetty yli 200. Restriktioentsyymit katkaisevat sidoksia (riippuen entsyymityypistä) tiukasti määriteltyjen nukleotidien välillä (esim. G - A, T - A jne.). Sitten ligaasit ristisitovat koodaavat alueet (eksonit). Suurin osa sekvensseistä, joiden transkriptit ovat läsnä kypsissä mRNA:issa, murtuvat genomissa yhdestä 50-kertaiseen ei-koodaavien alueiden (intronien) toimesta. Yleensä intronit ovat paljon pidempiä kuin eksonit. Intronien toimintoja ei ole tarkasti määritelty. Ehkä ne erottavat fyysisesti eksoneja geneettisten uudelleenjärjestelyjen (rekombinaatioiden) optimoimiseksi. On myös templaattiton RNA-synteesi. Tätä prosessia katalysoimi: nuklDF + (nuklMF) n (nuklMF) n + 1 + Fk. Tämä entsyymi ei vaadi templaattia eikä syntetisoi polymeeriä, jolla on spesifinen polynukleotidisekvenssi. Hän tarvitsee RNA-ketjun vain siemenenä. Useilla antibiooteilla (noin 30) on estävä vaikutus RNA-synteesiprosessiin. Tässä on kaksi mekanismia: (1) sitoutuminen RNA-polymeraasiin, mikä johtaa entsyymin inaktivoitumiseen (esimerkiksi rifamysiini sitoutuu b-yksikköön). (2) Antibiootit voivat sitoutua templaatti-DNA:han ja estää joko entsyymin sitoutumisen templaattiin tai RNA-polymeraasin liikkumisen DNA:ta pitkin (esimerkiksi aktinomysiini D).

DNA:n biosynteesi.

Kromosomin DNA:n sisältämä geneettinen informaatio voidaan siirtää joko tarkalla replikaatiolla tai rekombinaatiolla, transpositiolla ja muuntamalla:

1) Rekombinaatio Kaksi homologista kromosomia vaihtavat geneettistä materiaalia.

2) Transpositio - kyky siirtää geenejä pitkin kromosomia tai kromosomien välillä. Sillä voi olla tärkeä rooli solujen erilaistumisessa.

3) Muuntaminen - identtiset kromosomisekvenssit voivat muodostaa satunnaisia ​​pareja, ja yhteensopimattomat osat poistetaan.

4) Replikaatio (tämä on DNA-synteesin päätyyppi), eli "oman lajinsa" lisääntyminen.

Replikaation tärkein toiminnallinen merkitys on geneettisen tiedon toimittaminen jälkeläisille. Pääasiallinen DNA-synteesiä katalysoiva entsyymi on DNA-polymeraasi. Useita DNA-polymeraasityyppejä on eristetty: 1) alfa - (eristetty ytimestä) - tämä on tärkein kromosomin replikaatioon liittyvä entsyymi. 2) beeta - (myös ytimessä) - ilmeisesti ne ovat mukana korjaus- ja rekombinaatioprosesseissa. 3) gamma - (lokalisoitunut mitokondrioihin) - todennäköisesti mukana mitokondrioiden DNA:n replikaatiossa. Seuraavat olosuhteet ovat välttämättömiä DNA-polymeraasin toimimiseksi: 1) kaikkien 4 deoksiribonukleotidin (dATP, dGTP, dCTP ja TTP) on oltava läsnä alustassa; 2) optimaaliseen aktiivisuuteen tarvitaan kofaktori: mangaani-ionit; 3) kopioitu kaksijuosteinen DNA on välttämätön; 4) nukleotidit kiinnittyvät suuntaan 5` - 3` (5` - 3` - polymerointi); 5) replikaatio alkaa tiukasti määritellyltä alueelta ja etenee samanaikaisesti molempiin suuntiin suunnilleen samalla nopeudella; 6) synteesin aloittamiseen voidaan käyttää siemenosana joko DNA-fragmenttia tai RNA-fragmenttia, toisin kuin RNA-synteesissä, jossa synteesi yksittäisistä nukleotideista on mahdollista; 7) replikaatio vaatii superkierteisen DNA-molekyylin. Mutta jos, kuten edellä totesimme, transkriptio (eli RNA-synteesi) vaatii RNA-polymeraasia (jossa on gamma-alayksikkö tunnistamista ja promoottoriin sitoutumista varten) ja lopetussignaalin tunnistusproteiinia (tekijä r), DNA:n replikaation aikana DNA-polymeraasi täydentää useita (noin 10) proteiinia, joista osa on entsyymejä. Nämä lisäproteiinit edistävät:

1) DNA-polymeraasin replikaation aloituskohdan tunnistaminen.

2) DNA-dupleksin paikallinen purkaminen, mikä vapauttaa yksittäisiä juosteita templaattikopiointia varten.

3) Sulan rakenteen stabilointi (kiertämätön).

4) Siemenketjujen muodostuminen DNA-polymeraasin toiminnan käynnistämiseksi.

5) Osallistuu replikointihaarukan muodostukseen ja edistämiseen.

6) Edistää päätepisteiden tunnistamista.

7) Edistää DNA:n superkiertymistä.

Olemme määrittäneet kaikki tarvittavat ehdot DNA:n replikaatiolle. Ja niin, kuten jo mainittiin, DNA:n replikaatio alkaa tiukasti määritellystä paikasta. Vanhemman DNA:n purkaminen vaatii ATP-hydrolyysin vapauttamaa energiaa. Jokaisen AO-parin erottamiseen käytetään kahta ATP-molekyyliä. Uuden DNA:n synteesi liittyy vanhempien DNA:n samanaikaiseen purkamiseen. Paikkaa, jossa sekä purkaminen että synteesi tapahtuu, kutsutaan "replikointihaarukaksi":

Vanhempien DNA

Vasta syntetisoitu DNA

DNA:n replikaatio tapahtuu siten, että 2-juosteisen alkuperäisen DNA:n kukin juoste on templaatti uuden komplementaarisen juosteen synteesille, ja kaksi juostetta (alkuperäinen ja vasta syntetisoitu) yhdistyvät muodostaen seuraavat DNA-sukupolvet. Tätä mekanismia kutsutaan puolikonservatiiviseksi replikaatioksi. DNA:n replikaatio tapahtuu samanaikaisesti kahdessa juosteessa ja etenee, kuten jo mainittiin, 5` - 3` suunnassa. Mutta vanhempien DNA:n ketjut ovat eri suuntiin. Mikään entsyymi ei kuitenkaan johda DNA-synteesiä 3` - 5` -suunnassa. Siksi yksi säie, joka kopioi emosäiettä 5`-3` suunnalla, syntetisoidaan jatkuvasti (se on nimeltään "johtava"), toinen juoste syntetisoidaan myös 5`-3` suunnassa, mutta 150:n fragmentteina. -200 nukleotidia, jotka fuusioidaan myöhemmin. Tätä ketjua kutsutaan "lagging".

Uuden DNA:n synteesin aloittamiseksi tarvitaan siemen. Olemme jo sanoneet, että siemen voi olla DNA- tai RNA-fragmentti. Jos RNA toimii siemenenä, tämä on hyvin lyhyt ketju, se sisältää noin 10 nukleotidia ja sitä kutsutaan alukkeeksi. Syntetisoi yhdelle DNA-säikeelle komplementaarisen alukkeen, erityisen entsyymin - primaasin. Signaali primaasin aktivaatiolle on esialoitusvälituotekompleksin muodostuminen, joka koostuu 5 proteiinista. 3'-terminaalinen ryhmä (alukkeen terminaalisen ribonukleotidin hydroksyyliryhmä) toimii siemenenä DNA-synteesiä varten DNA-polymeraasin vaikutuksesta. DNA-synteesin jälkeen RNA-komponentti (aluke) hydrolysoituu DNA-polymeraasin vaikutuksesta.

DNA-polymeraasien työtä ohjaa matriisi, eli vasta syntetisoidun DNA:n nukleotidikoostumus riippuu matriisin luonteesta. DNA-polymeraasi puolestaan ​​poistaa aina ei-komplementaariset jäännökset alukkeen päästä ennen polymeroinnin jatkamista. Siten DNA:n replikaatio etenee erittäin tarkasti, koska emäspariutuminen tarkistetaan kahdesti. DNA-polymeraasit pystyvät rakentamaan äskettäin syntetisoidun DNA:n ketjuja, mutta eivät pysty katalysoimaan 2 DNA-juosteen yhteyttä tai sulkemaan yhtä juostetta (pyöreän DNA:n muodostumisen aikana). Nämä toiminnot suorittaa DNA-ligaasi, joka katalysoi fosfodiesterisidoksen muodostumista kahden DNA-juosteen välillä. Tämä entsyymi on aktiivinen vapaan OH-ryhmän läsnä ollessa yhden DNA-juosteen 3'-päässä ja fosfaattiryhmän läsnä ollessa toisen DNA-juosteen 5'-päässä. Ketjujen silloittuminen tapahtuu ATP:n energian vuoksi. Koska monet kemialliset ja fysikaaliset tekijät (ionisoiva säteily, UV-säteily, erilaiset kemikaalit) aiheuttavat vaurioita DNA:ssa (AO:t muuttuvat tai katoavat, fosfodiesterisidokset katkeavat jne.), kaikilla soluilla on mekanismit näiden vaurioiden korjaamiseksi. Restriktio-DNA löytää nämä vauriot ja leikkaa pois vaurioituneen alueen, DNA-polymeraasi suorittaa vaurioituneiden alueiden korjaavan (restoratiivisen) synteesin 5' - 3' suunnassa. Korjattu kohta liitetään ketjun loppuosaan DNA-ligaasilla. Tätä muuttuneiden tai vaurioituneiden alueiden korjausmenetelmää kutsutaan korjaamiseksi. DNA-replikaation estäjien luettelo on pitkä ja monipuolinen. Jotkut sitoutuvat DNA-polymeraasiin inaktivoimalla sen, toiset sitovat ja inaktivoivat tietyn apulohkon, toiset viedään matriisi-DNA:han häiriten sen kopiointikykyä, ja toiset toimivat kilpailevina estäjinä, jotka edustavat normaaleja nukleotiditrifosfaattien analogeja. Tällaisia ​​estäjiä ovat jotkut antibiootit, mutageenit, kemialliset myrkyt, viruslääkkeet jne.

Proteiinin biosynteesi (geenin translaatio).

Polypeptidiketjun kokoaminen sen ainesosista AA:ista on hämmästyttävä ja erittäin monimutkainen prosessi, jonka voidaan kuvitella tapahtuvan neljässä vaiheessa, nimittäin:

1) AK:n aktivointi ja valinta (ATP-riippuvainen vaihe);

2) polypeptidiketjun synteesin aloittaminen (GTP-riippuvainen vaihe);

3) polypeptidiketjun pidentyminen (GTP-riippuvainen vaihe);

4) polypeptidiketjun synteesin lopettaminen.

(1) – AA:n aktivointi ja valinta. Kaikissa solutyypeissä translaation ensimmäinen vaihe on kunkin AA:n ATP-riippuvainen transformaatio kompleksiksi: aminoasyyli-tRNA. Tällä saavutetaan kaksi tavoitetta:

1) AA:n reaktiivisuus lisääntyy peptidisidoksen muodostumisen kannalta.

2) AA sitoutuu spesifiseen tRNA:han (eli tapahtuu valintaa). Reaktio tapahtuu kahdessa vaiheessa + Mg++

1) AA + ATP aminoasyyli - AMP + PF

aminoasyyli-tRNA-syntetaasi

2) aminoasyyli-AMP + tRNA aminoasyyli-tRNA

aminoasyyli-tRNA-syntetaasi

Aminoasyyli-tRNA-syntetaasi katalysoi aminoasyylin (aminohappotähteen) lisäystä terminaalisen adenosiinin 3'-hydroksyyliryhmään. Muistakaamme tRNA:n rakenne:

Tämä käsi on välttämätön, tämä käsi on mukana aminoasyyli-

tRNA:n tRNA:n tunnistamiseen ribosomilla proteiinisynteesikohdassa.

aminoasyyli-tRNA-

Petidase

antikodoni

Katalyyttisen aktiivisuuden lisäksi aminoasyyli-tRNA-syntetaasilla on erittäin korkea spesifisyys ja se "tunnistaa" sekä aminohapot että niitä vastaavat tRNA:t. Oletetaan, että solut sisältävät 20 syntetaasia - yksi jokaiselle AA:lle, kun taas tRNA on paljon suurempi (vähintään 31-32), koska monet AA:t voivat yhdistyä kahden tai jopa kolmen erilaisen tRNA-molekyylin kanssa.

(2) Initiaatio on proteiinisynteesin toinen vaihe.

Translaation aloittamiseksi on välttämätöntä tunnistaa tarkka ensimmäinen kodoni, joka sijaitsee välittömästi transloimattoman mRNA-sekvenssin jälkeen. Aloituskodoni on AUG ja initiaattori on metioniini-tRNA

mRNA:ta ei ole käännetty transloitu ei transloitu

sekvenssi sekvenssi sekvenssi

1. kodoni.

Tunnistus tapahtuu tRNA-antikodonin avulla. Lukeminen tapahtuu suunnassa 5` - 3`. Tämä tunnistaminen vaatii järjestetyn, energiaa kuluttavan (GTP) vuorovaikutuksen dissosioituneiden ribosomien kanssa. Tämä prosessi tapahtuu lisäproteiineilla, joita kutsutaan aloitustekijöiksi (FI), joita on 8. Ribosomien 40S- ja 60S-alayksiköt ovat mukana prosessissa. Tarkastellaan yksityiskohtaista aloitusmekanismia.

1) 40S - rRNA-alayksikkö sitoutuu ensimmäistä kodonia edeltävään mRNA-alueeseen. FI-3 osallistuu tähän.

2) Ensimmäinen aminoasyyli-tRNA, joka osallistuu ensimmäisen kodonin translaatioon, on vuorovaikutuksessa GMP:n ja FI-2:n kanssa. Tämä tuloksena oleva kompleksi kiinnittää PI-1:n läsnä ollessa tRNA:n templaatin ensimmäiseen kodoniin ja muodostaa aloituskompleksin ribosomin 40S-alayksikön kanssa.

3) Kaikkien aloitustekijöiden (FI-1,2,3) vapautumisen jälkeen ribosomin 60S-alayksikkö kiinnittyy GTP:hen ja GTP hydrolysoituu. Tämä saattaa päätökseen ribosomin täydellisen 80S-partikkelin muodostumisen. siten muodostuu täydellinen aloituskompleksi: ribosomi - mRNA - tRNA.

Täysin koottu ribosomi sisältää 2 toiminnallista kohtaa vuorovaikutusta varten tRNA-molekyylien kanssa. Peptidyylikohta (P-kohta) - sisältää kasvavan polypeptidiketjun osana peptidyyli-tRNA:ta kompleksissa viimeisen protransloituneen mRNA-kodonin kanssa. Aminoasyylikohta (A-kohta) sisältää aminoasyyli-tRNA:n, joka on kytketty vastaavaan kodoniin, aminoasyyli-tRNA tulee esiin nousevaan P-kohtaan jättäen A-kohdan vapaaksi seuraavaa Aminoasyyli-tRNA:ta varten.

Kaavamaisesti voimme esittää koko prosessin seuraavasti:

1) Ribosomin 40S-alayksikkö, jossa on mukana PI-3, on kiinnittynyt ei-transloituvaan mRNA-sekvenssiin välittömästi ennen ensimmäistä kodonia.

2) aminoasyyli-tRNA, sitoutuu GTP:hen ja PI-2:een ja, PI-1:n osallistuessa, liittyy ensimmäiseen kodoniin muodostaen samalla aloituskompleksin 40S-alayksikön kanssa.

3) FI-1,2,3 on julkaistu.

4) 60S-alayksikkö on vuorovaikutuksessa GTP:n kanssa ja kiinnittyy sitten aloituskompleksiin. Muodostuu täydellinen 80S-ribosomi, jossa on P-kohta ja A-kohta.

5) aloituskompleksin muodostumisen jälkeen ensimmäisen kodonin kanssa aminoasyyli-tRNA tulee esiin nousevaan P-kohtaan jättäen A-kohdan vapaaksi.

(3) Pidentymä - synteesin jatko. Tässä vaiheessa peptidiketju on pidentynyt. Alkuvaiheessa täysin muodostuneessa 80S-ribosomissa A-kohta on vapaa. Itse asiassa venymisprosessissa 3 vaiheen sykli toistetaan jatkuvasti:

1) Seuraavan aminoasyyli-tRNA:n oikea sijainti.

2) peptidisidoksen muodostuminen.

3) vasta muodostuneen peptidyyli-tRNA:n liikkuminen A-kohdasta P-kohtaan.

(1) Vastaavan (seuraavan) aminoasyyli-tRNA:n kiinnittäminen A-kohtaan vaatii tarkan kodonintunnistuksen. Tämä tapahtuu tRNA-antikodonin avulla. Aminoasyyli-tRNA:n kiinnittyminen ribosomiin johtuu kompleksin muodostumisesta, joka koostuu aminoasyyli-tRNA:sta, GTP:stä ja proteiinien elongaatiotekijöistä (PE), niitä on myös useita. Tämä vapauttaa PE-BKT-kompleksin ja fosfaatin. Tämä kompleksi (PE-GDP) muutetaan sitten (GTP:n ja muiden proteiinitekijöiden osallistuessa) jälleen PE-GTP:ksi.

(2) - Uuden aminoasyyli-tRNA:n alfa-aminoryhmä A-kohdassa suorittaa nukleofiilisen hyökkäyksen peptidyyli-tRNA:n esteröityä karboksyyliryhmää vastaan, joka miehittää P-kohdan. Tätä reaktiota katalysoi peptidyylitransferaasi, proteiinikomponentti, joka on osa ribosomin 60S-alayksikköä. koska AA aminoasyyli-tRNA on jo aktivoitunut, tämä reaktio (peptidisidoksen muodostumisreaktio) ei vaadi lisäenergiaa. Reaktion seurauksena kasvava polypeptidiketju kiinnittyy A-kohdassa sijaitsevaan tRNA:han.

(3) – sen jälkeen kun peptyylijäännös on poistettu tRNA:sta P-kohtiin, vapaa RNA-molekyyli poistuu P-kohdasta. FE-2-GTP-kompleksi osallistuu juuri muodostuneen peptidyyli-tRNA:n liikkumiseen A-kohdasta P-kohtaan vapauttaen A-kohdan uudelle elongaatiosyklille. Deasyloidun tRNA:n erottamisen kokonaisuutta, vasta muodostuneen peptidyyli-tRNA:n liikkumista A-kohdasta P-kohtaan sekä mRNA:n liikettä suhteessa ribosomiin kutsutaan translokaatioksi. Koska ATP:n AMP:ksi hydrolyysin aikana saatu energia kului aminoasyyli-tRNA:n muodostukseen, ja tämä vastaa 2ATP:n hydrolyysin energiaa 2 ADP:ksi; aminoasyyli-tRNA:n kiinnittäminen A-kohtaan vaati energiaa, joka saatiin GTP:n hydrolyysissä GDP:ksi, ja yksi GTP-molekyyli kului lisää translokaatioon. Voimme laskea, että yhden peptidisidoksen muodostuminen vaatii energiaa, joka saadaan 2 ATP-molekyylin ja 2 GTP-molekyylin hydrolyysistä.

Polypeptidiketjun kasvunopeus (eli pidentymisnopeus) in vivo on arviolta 10 aminohappotähdettä sekunnissa. Eri antibiootit estävät näitä prosesseja. Puromysiini esimerkiksi estää translokaation sitoutumalla

R-juonti. Streptomysiini sitoutuu ribosomaalisiin proteiineihin ja häiritsee antikodonin kodonintunnistusta. Kloromysitiini sitoutuu A-kohtaan ja estää venymisen. Kaavamaisesti tämä voidaan esittää seuraavasti: 1) seuraava aminoasyyli-tRNA kiinnittyy A-kohtaan antikodonin avulla tapahtuvan tunnistamisen vuoksi. Kiinnitys tapahtuu kompleksina GTP:n ja FE-1:n kanssa. tässä tapauksessa GDP - FE - 1 ja Fk vapautuvat, jotka sitten muuttuvat takaisin GTP - FE-1: ksi ja osallistuvat uusiin sykleihin. 2) Kiinnittyneen aminoasyyli-tRNA:n ja P-kohdassa sijaitsevan peptidin välille muodostuu peptidisidos. 3) Kun tämä peptidisidos muodostuu, tRNA erotetaan peptidistä ja poistuu P-kohdasta. 4) Vasta muodostunut peptidyyli-tRNA GTP-PE2-kompleksin avulla siirtyy A-kohdasta P-kohtaan ja GTP-PE2-kompleksi hydrolysoituu GDP-PE-2:ksi ja FA:ksi. 5) Tämän liikkeen seurauksena A-kohta vapautuu uuden aminoasyyli-tRNA:n kiinnittymistä varten.

(4) Lopetus on proteiinisynteesin viimeinen vaihe. Useiden pidennysjaksojen jälkeen, joiden seurauksena proteiinin polypeptidiketju syntetisoituu,

Päättävä tai järjetön kodoni ilmestyy A-kohtaan. Normaalisti ei ole olemassa tRNA:ita, jotka voivat tunnistaa nonsense-kodonin. Ne tunnistavat tietyt proteiinit - lopetustekijät (R-tekijät). Ne tunnistavat spesifisesti nonsense-kodonin, sitoutuvat ribosomiin lähellä A-kohtaa ja estävät seuraavan aminoasyyli-tRNA:n kiinnittymisen. R-tekijät, joihin osallistuu GTP ja peptidyylitransferaasi, saavat aikaan polypeptidin ja P-kohdan valtaavan tRNA-molekyylin välisen sidoksen hydrolyysin. Polypeptidin ja tRNA:n hydrolyysin ja vapautumisen jälkeen 80S-ribosomi dissosioituu 40S- ja 60S-alayksiköiksi, joita voidaan sitten käyttää uudelleen uusien mRNA:iden translaatiossa.

Olemme harkinneet yksittäisen proteiiniketjun kasvua yhdessä ribosomissa, joka on kiinnittynyt yhteen mRNA-molekyyliin. Todellisuudessa prosessi etenee tehokkaammin, koska mRNA ei yleensä transloitu samanaikaisesti yhdelle ribosomille, vaan ribosomikomplekseille (polysomeille) ja jokainen translaatiovaihe (aloitus, elongaatio, lopetus) suoritetaan tämän polysomin jokainen ribosomi. tämä ribosomaalinen kompleksi, eli tulee mahdolliseksi syntetisoida useita polypeptidin kopioita ennen kuin mRNA katkaistaan.

Polysomaalisten kompleksien koot vaihtelevat suuresti ja ne määräytyvät yleensä mRNA-molekyylin koon mukaan. Erittäin suuret mRNA-molekyylit pystyvät muodostamaan komplekseja 50-100 ribosomin kanssa. Useimmiten kompleksi sisältää kuitenkin 3-20 ribosomia.

Eläin- ja ihmissoluissa monia proteiineja syntetisoidaan mRNA:sta prekursorimolekyylien muodossa, joita on sitten modifioitava aktiivisten molekyylien muodostamiseksi analogisesti NA:n synteesin kanssa. Proteiinista riippuen yksi tai useampi seuraavista muutoksista voi tapahtua.

1) Disulfidisidoksen muodostuminen.

2) Aputekijöiden ja koentsyymien liittyminen.

3) Proteesiryhmien kiinnitys.

4) Osittainen proteolyysi (proinsuliini - insuliini).

5) Oligomeerien muodostuminen.

6) Kemiallinen modifikaatio (asylointi, aminointi, metylointi, fosforylaatio, karboksylaatio jne.) - proteiinimolekyylissä tunnetaan yli 150 AA:n kemiallista modifikaatiota.

Kaikki nämä muutokset johtavat muutoksiin proteiinien rakenteessa ja aktiivisuudessa.

Geneettinen koodi.

F. Jacob ja J. Monod ehdottivat ensimmäisen kerran vuonna 1961, että DNA:n geneettisen tiedon siirto tapahtuu mRNA-molekyylin avulla. Myöhemmät teokset (M. Nirenberg, H. G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg - tutki polypeptidien synteesiä ja aminoasyyli-tRNA:n sitoutumista ribosomeihin.

H.G. Koraani - kehitti menetelmän poly- ja oligonukleotidien kemialliseen synteesiin.

R. W. Holii - selvitti DNA:n rakenteen antikodonikohdalla.

1) Vahvisti hypoteesin mRNA:n osallistumisesta

2) He osoittivat koodin triplettiluonteen, jonka mukaan jokainen AK on ohjelmoitu mRNA:ksi 3 emäksellä, jota kutsutaan kodoniksi.

3) Todettiin, että mRNA-koodi luetaan komplementaarisella kodonintunnistuksella tRNA:n antikodonitripletin toimesta.

4) Määritti vastaavuuden AK:n ja suurimman osan 64 mahdollisesta kodonista välille. Tällä hetkellä tiedetään, että 61 kodonia koodaa AK:ta ja 3 on lopetussignaaleja (nonsense-kodoni).

Uskottiin, että geneettinen koodi on universaali, eli kaikille organismeille ja kaikentyyppisille soluille käytetään samoja arvoja kaikille kodoneille. Viimeaikaiset mitokondrioiden DNA:n tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että mitokondrioiden geneettinen järjestelmä eroaa merkittävästi muiden muodostumien (ydin, kloroplastien) geneettisestä järjestelmästä, toisin sanoen jotkut kodonit lukevat mitokondrioiden tRNA:ta eri tavalla kuin muiden muodostumien tRNA. Tämän seurauksena mitokondrioihin tarvitaan vain 22 tyyppistä tRNA:ta. Vaikka 31-32 tyyppiä tRNA:ta käytetään proteiinisynteesiin sytoplasmassa, toisin sanoen koko tRNA-sarjassa.

18 AK:sta 20:stä on koodattu useammalla kuin yhdellä kodonilla (2, 3, 4, 6) - tätä ominaisuutta kutsutaan koodin "degeneraatioksi" ja se on tärkeä organismille. Degeneraatiosta johtuen jotkin replikaatio- tai transkriptiovirheet eivät aiheuta geneettisen tiedon vääristymistä. Geneettinen koodi ei mene päällekkäin eikä siinä ole välimerkkejä, eli lukeminen sujuu ilman aukkoja, peräkkäin, kunnes järjetön kodoni saavutetaan. Samaan aikaan viruksille havaittiin täysin erilainen ominaisuus - kodonit voivat "päällekkäin":

1) Jos korvaus osuu kodonin 3. nukleotidiin, niin koodin "degeneroitumisesta" johtuen on mahdollista, että AK-sekvenssi pysyy muuttumattomana eikä mutaatio esiinny.

2) Saattaa olla missense-efekti, kun yksi AK korvataan toisella; tämä substituutio voi olla hyväksyttävä, osittain hyväksyttävä tai ei-hyväksyttävä, toisin sanoen proteiinin toiminta on heikentynyt, heikentynyt tai kadonnut kokonaan.

3) Mutaatioiden seurauksena voi muodostua nonsense-kodoni. Nosense-kodonin (terminaattorikodonin) muodostuminen voi johtaa proteiinisynteesin ennenaikaiseen lopettamiseen.

Yhteenvetona sanotusta:

1) Geneettisesti koodi ("elämän kieli") koostuu kodonisekvenssistä, joka itse asiassa muodostaa geenin.

2) Geneettinen koodi on tripletti, eli jokainen kodoni koostuu kolmesta nukleotidista, eli jokainen kodoni koodaa 1 AK:ta. Samaan aikaan neljästä DNA-nukleotidityypistä voidaan muodostaa 64 yhdistelmää, mikä on enemmän kuin tarpeeksi 20 AA:lle.

3) Koodi on "degeneroitunut" - eli yksi AK voidaan koodata 2, 3, 4, 6 kodonilla.

4) Koodi on yksiselitteinen, eli yksi kodoni koodaa vain yhden AK:n.

5) Koodi ei ole päällekkäinen, jolloin kahdessa vierekkäisessä kodonissa ei ole nukleotideja.

6) Koodi "ilman pilkkuja", eli kahden vierekkäisen kodonin välillä ei ole nukleotideja.

8) AK:n sekvenssi polypeptidissä vastaa geenin kodonien sekvenssiä - tätä ominaisuutta kutsutaan kollineaarisuudeksi.

Samanlaisia ​​tietoja.

Kaikki elävät olennot ovat riippuvaisia ​​kolmesta perusmolekyylistä olennaisesti kaikkien biologisten toimintojensa osalta. Näitä molekyylejä ovat DNA, RNA ja proteiini. Kaksi DNA-juostetta pyörivät vastakkaisiin suuntiin ja sijaitsevat vierekkäin (anti-rinnakkais). Tämä on neljän typpipitoisen emäksen sekvenssi, joka on suunnattu biologista tietoa koodaavaa runkoa pitkin. Geneettisen koodin mukaan RNA-säikeet muunnetaan proteiinien aminohapposekvenssin määrittämiseksi. Nämä RNA-säikeet valmistetaan alun perin käyttämällä DNA-säikeitä templaattina, prosessia kutsutaan transkriptioksi.

Ilman DNA:ta, RNA:ta ja proteiineja maapallolla ei olisi biologista elämää. DNA on älykäs molekyyli, joka koodaa kaikkia geneettisiä ohjeita (genomia), joita tarvitaan jokaisen elävän olennon kokoamiseen, ylläpitämiseen ja lisääntymiseen. RNA:lla on useita tärkeitä rooleja genetiikan koodauksessa, dekoodauksessa, säätelyssä ja ilmentämisessä. RNA:n päätehtävä on valmistaa proteiineja solun DNA:han koodaamien ohjeiden mukaan.

DNA koostuu sokerista, typpipitoisesta emäksestä ja fosfaattiryhmästä. RNA on sama.

DNA:ssa typpipitoinen emäs koostuu nukleiinihapoista: sytosiini (C), guaniini (G), adeniini (A) ja tymiini (T). Metafyysisesti jokainen näistä nukleiinihapoista liittyy planeetan alkuaineisiin: ilmaan, veteen, tuleen ja maahan. Kun saastutamme nämä neljä alkuainetta maan päällä, saastutamme vastaavan nukleiinihapon DNA:ssamme.

Kuitenkin RNA:ssa typpipitoinen emäs koostuu nukleiinihapoista: sytosiini (C), guaniini (G), adeniini (A) ja urasiili (U). Lisäksi jokainen RNA:n nukleiinihappo liittyy planeetan alkuaineisiin: ilmaan, veteen, tuleen ja maahan. Sekä DNA:ssa että RNA:ssa mitokondrio-DNA vastaa viidettä peruselementtiä kosmista eetteriä, joka lähtee vain äidiltä. Tämä on esimerkki allotropiasta, joka on pienen määrän kemiallisia alkuaineita ominaisuus olla kahdessa tai useammassa erillisessä muodossa, joka tunnetaan näiden alkuaineiden allotrooppeina. Allotroopit ovat elementin erilaisia ​​rakenteellisia muunnelmia. DNA:mme on neljän planeetan peruselementin allotrooppi.

DNA:n typpipitoisten emästen pääasiallinen biologinen tehtävä on yhdistää nukleiinihappoja. Adeniini yhdistyy aina tymiinin kanssa ja guaniini aina sytosiinin kanssa. Ne tunnetaan parillisina emäksinä. Urasiilia on vain RNA:ssa, korvaten tymiinin ja yhdistyen adeniiniin.

Sekä RNA että DNA käyttävät emäsparia (uros + naaras) lisäkielenä, joka voidaan muuntaa kumpaankin suuntaan DNA:n ja RNA:n välillä asianmukaisten entsyymien vaikutuksesta. Tämä miehen ja naisen kieli tai emäsparirakenne tarjoaa varmuuskopion kaikesta kaksijuosteiseen DNA:han koodatusta geneettisestä tiedosta.

Käänteinen kaksoisjalusta

Kaikki DNA ja RNA toimivat sukupuoliperiaatteella emäsparin muodostuksessa luoden vetysidoksen. Parillisten emästen on liityttävä peräkkäin, mikä mahdollistaa DNA:n ja RNA:n vuorovaikutuksen (alkuperäisen 12 DNA-säikeemme, timanttiaurinkokehomme, suunnitelman mukaan) ja antaa myös RNA:n tuottaa toimivia proteiineja, jotka rakentavat linkit, jotka syntetisoivat ja korjaavat DNA:n kaksoiskappaleen. helix. Ihmisen DNA:ta ovat vahingoittaneet emäsparimutaatiot ja sekvenssin muokkausparien tai inserttien muuttaminen muokattujen organismien, kuten viruksen, vaikutuksesta. Interventio parillisiin tukikohtiin koskee Nephilimin käänteisen verkon (NRG) sukupuolijakauman tekniikkaa, joka vaikuttaa kaikkeen miesten ja naisten kieleen ja niiden suhteisiin. DNA:n kopioita luodaan yhdistämällä nukleiinihappoalayksiköt uros-naaras-emäspariin alkuperäisen DNA-molekyylin jokaisessa juosteessa. Tällainen yhteys esiintyy aina tietyissä yhdistelmissä. Perus-DNA-yhdisteen muuttaminen sekä monet geneettisen muuntelun ja geneettisen kontrollin tasot edistävät DNA-synteesin tukahduttamista. Tämä on alkuperäisen suunnitelman, piimatriisin, proteiinien kokoaman ja rakentaman 12 DNA-säikeen aktivaation tahallista tukahduttamista. Tätä geneettistä tukahduttamista on toteutettu aggressiivisesti Atlantiksen kataklysmin jälkeen. Se liittyy suoraan hierogamialiiton tukahduttamiseen, joka saavutetaan yhdistämällä oikeat DNA-emäkset, joiden avulla on mahdollista luoda ja koota proteiineja palauttamaan DNA:n tulikirjoitukset.

RNA-muokkaus aspartaamin kanssa

Yksi esimerkki geneettisestä muuntamisesta ja populaatiokokeista on aspartaamin* käyttö. Aspartaami syntetisoidaan kemiallisesti aspartaatista, mikä heikentää urasiili-tymiinisidoksen toimintaa DNA:ssa ja heikentää myös RNA-proteiinisynteesin toimintoja sekä RNA:n ja DNA:n välistä kommunikaatiota. RNA:n muokkaus lisäämällä tai poistamalla urasiilia ja tymiinia koodasi uudelleen solun mitokondriot, joissa mitokondriovaurio vaikutti neurologisiin sairauksiin. Tymiini on tehokas DNA:n eheyden suojelija. Lisäksi urasiilin vähentäminen tuottaa substraattina aspartaattia, hiilidioksidia ja ammoniakkia.

Häiritsee typen kiertoa

Teollisen vallankumouksen, sotilaskompleksin käyttöönoton NEA-yhteyksien kautta, seurauksena typen yleinen kierto on muuttunut merkittävästi viimeisen vuosisadan aikana. Vaikka typpi on välttämätöntä kaikelle tunnetulle elämälle maapallolla, NAA on tarkoituksellisesti pakottanut fossiilisten polttoaineiden sotiin, jotka saastuttavat maapalloa ja vahingoittavat DNA:ta. Typpi on osa kaikkia proteiineja muodostavia aminohappoja ja sitä on emäksissä, jotka muodostavat RNA:n ja DNA:n nukleiinihapot. Kuitenkin käymällä sotia fossiilisista polttoaineista, pakottamalla käyttämään polttomoottoreita, luomalla kemiallisia lannoitteita ja saastuttamalla ympäristöä ajoneuvoilla ja teollisuudella, ihmiset ovat myötävaikuttaneet vakavaan typen myrkyllisyyteen biologisissa muodoissa. Typpioksidi, hiilidioksidi, metaani, ammoniakki - kaikki tämä luo kasvihuonekaasua, joka myrkyttää maapallon, juomaveden ja valtameret. Tämä kontaminaatio aiheuttaa DNA-vaurioita ja mutaatioita.

Kipukehon alkuainemuutos

Näin ollen monet meistä ovat kokeneet alkuainemuutoksia veressämme, kehon osissa (erityisesti veren muutoksiin reagoivan ihon pinnalla) ja syvällisiä muutoksia soluissamme ja kudoksissamme. Magneettisten muutosten seurauksena tapahtuva aineen elpyminen tunkeutuu myös tunne-elementaalikehomme tasoihin vaikuttaen merkittävästi solureaktioihin ja vaistokehoon (Pain Body) tallennettuihin muistiin.

Tämä uusi sykli pakottaa meidät jokaisen kiinnittämään huomiota vaistomaiseen kehoomme, tunne-elementaaliseen kipukehoomme ja siihen, mitä sille tapahtuu. Auringon ja kuun voimien suhde ja niiden yhteisvaikutus planeetan kehon voimien polariteettiin on sovitettu tähän vaikutukseen magneettikentässä.

Valitettavasti luonnonlain korkeampien periaatteiden ymmärtämättä jättäminen johtaa suureen kaaokseen ja kärsimykseen niille, jotka jatkuvat tuhoamisessa, jakautumisessa ja väkivallassa käytetyistä menetelmistä riippumatta.

Kuuvoimien, kuun ketjuolentoja, kaatuneiden enkelien massiivinen pako planeetaltamme ja aurinkokunnastamme kuitenkin jatkuu tällä hetkellä. Kun aurinkokunta on karanteenissa, ylösnousseet (tai puhdassydämiset) kokevat pyhien energiakeskustensa syvällisen uudelleensuuntaamisen kuun vaikutuksista aurinkovaikutuksiin. Tämä aurinko- ja kuuvoimien kahtiajako ei muutu vain tunne-alkuainekehossa, vaan myös sakraalisessa keskustassa ja kaikissa lisääntymiselimissä. Se tuo mukautuksia tai oivalluksia moniin seksuaaliseen kärsimykseen liittyviin ongelmiin, jotka on ohjelmoitu kuun ketjun entiteettiin liittyvien piilotettujen historian perusteella. Äidin magneettiset komentosarjat ja mitokondriot palauttavat aurinkofeminiinisyyden myös heidän maallisille lapsilleen.

DNA-synteesi

Ymmärtämällä, että tunne-elementaalikehomme siirtyy hiilipohjaisista atomeista korkeampiin elementteihin korkeataajuisen aktivoitumisen ja planetaaristen magneettisten muutosten kautta, voimme yhdistää henkilökohtaisiin alkemiallisiin prosesseihin liittyvät oman kehomme henkisen kehityksen pisteet. Sophian kehon ennallistamisessa tietoisuuden evoluution alkemiallinen muutos sulautuu DNA-synteesin tieteelliseen ymmärrykseen. DNA-synteesi on yhtä tärkeä kuin DNA:n aktivointi, jolla on tärkeä ja suora rooli henkisessä ylösnousemuksessa. Äiti tuo takaisin mitokondrioiden DNA-tietueen kääntämällä magneettisia virtoja, palauttaen veremme, aivomme ja hermostomme suunnitelman korkeampaan toimintaan todellisen alkuperäisen DNA:mme avulla.

*MUTTA spartam on geneettisesti muokattu kemikaali, jota jaetaan ja markkinoidaan ravintolisänä

Käännös: Oreanda Web