Masa kita hidup ditandai dengan perubahan yang menakjubkan, kemajuan besar, apabila orang ramai mendapat jawapan kepada lebih banyak soalan baharu. Kehidupan bergerak pantas ke hadapan, dan apa yang sehingga baru-baru ini kelihatan mustahil mula menjadi kenyataan. Ada kemungkinan bahawa apa yang kelihatan hari ini sebagai plot daripada genre fiksyen sains tidak lama lagi akan turut memperoleh ciri-ciri realiti.
Salah satu penemuan paling penting pada separuh kedua abad kedua puluh ialah asid nukleik RNA dan DNA, yang mana manusia semakin hampir untuk membongkar misteri alam semula jadi.
Asid nukleik
Asid nukleik ialah sebatian organik dengan sifat makromolekul. Ia terdiri daripada hidrogen, karbon, nitrogen dan fosforus.
Ia ditemui pada tahun 1869 oleh F. Miescher, yang memeriksa nanah. Namun, pada masa itu penemuannya tidak begitu diutamakan. Hanya kemudian, apabila asid ini ditemui dalam semua sel haiwan dan tumbuhan, barulah pemahaman tentang peranannya yang besar.
Terdapat dua jenis asid nukleik: RNA dan DNA (ribonukleik dan deoksiribonukleikasid). Artikel ini adalah mengenai asid ribonukleik, tetapi untuk pemahaman umum, mari kita pertimbangkan juga apa itu DNA.
Apakah itu asid deoksiribonukleik?
DNA ialah asid nukleik yang terdiri daripada dua helai yang disambungkan mengikut hukum pelengkap oleh ikatan hidrogen bagi bes nitrogen. Rantai panjang dipintal menjadi lingkaran, satu pusingan mengandungi hampir sepuluh nukleotida. Diameter heliks berganda ialah dua milimeter, jarak antara nukleotida adalah kira-kira setengah nanometer. Panjang satu molekul kadangkala mencapai beberapa sentimeter. Panjang DNA nukleus sel manusia hampir dua meter.
Struktur DNA mengandungi semua maklumat genetik. DNA mempunyai replikasi, yang bermaksud proses di mana dua molekul anak perempuan yang sama mutlak terbentuk daripada satu molekul.
Seperti yang telah dinyatakan, rantai itu terdiri daripada nukleotida, yang seterusnya terdiri daripada bes nitrogen (adenine, guanina, timin dan sitosin) dan sisa asid fosforus. Semua nukleotida berbeza dalam bes nitrogen. Ikatan hidrogen tidak berlaku antara semua bes; adenin, sebagai contoh, hanya boleh bergabung dengan timin atau guanin. Oleh itu, terdapat banyak nukleotida adenil dalam badan seperti nukleotida timidil, dan bilangan nukleotida guanyl adalah sama dengan nukleotida sitidil (peraturan Charaff). Ternyata urutan satu rantaian menentukan urutan yang lain, dan rantai itu seolah-olah mencerminkan satu sama lain. Corak sedemikian, di mana nukleotida dua rantai disusun secara teratur, dan juga disambung secara selektif, dipanggilprinsip saling melengkapi. Selain sebatian hidrogen, heliks berganda juga berinteraksi secara hidrofobik.
Dua rantai berada dalam arah yang bertentangan, iaitu, ia terletak dalam arah yang bertentangan. Oleh itu, bertentangan dengan tiga'-hujung satu ialah lima'-hujung rantai yang satu lagi.
Secara luaran, molekul DNA menyerupai tangga lingkaran, pagarnya adalah tulang belakang gula-fosfat, dan tangganya ialah bes nitrogen pelengkap.
Apakah asid ribonukleik?
RNA ialah asid nukleik dengan monomer yang dipanggil ribonukleotida.
Dalam sifat kimia, ia sangat serupa dengan DNA, kerana kedua-duanya adalah polimer nukleotida, yang merupakan N-glikosida terfosforilasi, yang dibina di atas sisa pentosa (gula lima karbon), dengan kumpulan fosfat pada atom karbon kelima dan asas nitrogen pada atom karbon pertama.
Ia adalah rantai polinukleotida tunggal (kecuali virus), yang jauh lebih pendek daripada DNA.
Satu monomer RNA ialah sisa-sisa bahan berikut:
- bes nitrogen;
- monosakarida lima karbon;
- asid fosforus.
RNA mempunyai asas pirimidin (urasil dan sitosin) dan purin (adenina, guanina). Ribosa ialah monosakarida nukleotida RNA.
Perbezaan antara RNA dan DNA
Asid nukleik berbeza antara satu sama lain dalam cara berikut:
- kuantitinya dalam sel bergantung pada keadaan fisiologi, umur dan pertalian organ;
- DNA mengandungi karbohidratdeoksiribosa, dan RNA - ribosa;
- Bes nitrogen dalam DNA ialah timin, dan dalam RNA ialah urasil;
- kelas menjalankan fungsi yang berbeza, tetapi disintesis pada matriks DNA;
- DNA ialah double helix, RNA ialah single strand;
- bukan tipikal untuk peraturan Chargaff DNAnya;
- RNA mempunyai lebih banyak asas kecil;
- rantai berbeza-beza panjangnya.
Sejarah kajian
Sel RNA pertama kali ditemui oleh ahli biokimia Jerman R. Altman semasa mengkaji sel yis. Pada pertengahan abad kedua puluh, peranan DNA dalam genetik telah terbukti. Hanya kemudian jenis RNA, fungsi, dan sebagainya diterangkan. Sehingga 80-90% daripada jisim dalam sel jatuh pada rRNA, yang bersama-sama dengan protein membentuk ribosom dan mengambil bahagian dalam biosintesis protein.
Pada tahun enam puluhan abad yang lalu, pertama kali dicadangkan bahawa mesti ada spesies tertentu yang membawa maklumat genetik untuk sintesis protein. Selepas itu, secara saintifik telah ditubuhkan bahawa terdapat asid ribonukleik maklumat sedemikian yang mewakili salinan pelengkap gen. Ia juga dipanggil RNA messenger.
Asid pengangkutan yang dipanggil terlibat dalam penyahkodan maklumat yang direkodkan di dalamnya.
Kemudian, kaedah mula dibangunkan untuk mengenal pasti jujukan nukleotida dan mewujudkan struktur RNA dalam ruang asid. Jadi didapati bahawa sebahagian daripada mereka, yang dipanggil ribozim, boleh membelah rantai poliribonukleotida. Akibatnya, ia mula diandaikan bahawa pada masa kehidupan muncul di planet ini,RNA berfungsi tanpa DNA dan protein. Selain itu, semua transformasi dibuat dengan penyertaannya.
Struktur molekul asid ribonukleik
Hampir semua RNA ialah rantai tunggal polinukleotida, yang seterusnya, terdiri daripada monoribonukleotida - asas purin dan pirimidin.
Nukleotida dilambangkan dengan huruf awal asas:
- adenine (A), A;
- guanine (G), G;
- sitosin (C), C;
- uracil (U), U.
Ia dipautkan oleh ikatan tiga dan lima fosfodiester.
Bilangan nukleotida yang paling pelbagai (dari beberapa puluh hingga puluhan ribu) termasuk dalam struktur RNA. Mereka boleh membentuk struktur sekunder yang terdiri terutamanya daripada helai beruntai dua pendek yang dibentuk oleh tapak pelengkap.
Struktur molekul asid ribnukleik
Seperti yang telah disebutkan, molekul mempunyai struktur untai tunggal. RNA menerima struktur dan bentuk sekundernya hasil daripada interaksi nukleotida antara satu sama lain. Ia adalah polimer yang monomernya ialah nukleotida yang terdiri daripada gula, sisa asid fosforus dan bes nitrogen. Secara luaran, molekulnya serupa dengan salah satu rantai DNA. Nukleotida adenina dan guanin, yang merupakan sebahagian daripada RNA, adalah purin. Sitosin dan urasil ialah bes pirimidin.
Proses sintesis
Untuk molekul RNA disintesis, templat ialah molekul DNA. Benar, proses sebaliknya juga berlaku, apabila molekul baru asid deoksiribonukleik terbentuk pada matriks asid ribonukleik. begituberlaku semasa replikasi jenis virus tertentu.
Asas untuk biosintesis juga boleh berfungsi sebagai molekul lain asid ribonukleik. Transkripsinya, yang berlaku dalam nukleus sel, melibatkan banyak enzim, tetapi yang paling ketara ialah RNA polimerase.
Paparan
Bergantung pada jenis RNA, fungsinya juga berbeza. Terdapat beberapa jenis:
- i-RNA maklumat;
- rRNA ribosom;
- transport t-RNA;
- minor;
- ribozim;
- viral.
Asid Ribonukleik Bermaklumat
Molekul sedemikian juga dipanggil matriks. Mereka membentuk kira-kira dua peratus daripada jumlah keseluruhan dalam sel. Dalam sel eukariotik, ia disintesis dalam nukleus pada templat DNA, kemudian masuk ke dalam sitoplasma dan mengikat ribosom. Selanjutnya, ia menjadi templat untuk sintesis protein: ia digabungkan dengan pemindahan RNA yang membawa asid amino. Ini adalah bagaimana proses transformasi maklumat berlaku, yang direalisasikan dalam struktur unik protein. Dalam sesetengah RNA virus, ia juga merupakan kromosom.
Jacob dan Mano ialah penemu spesies ini. Tidak mempunyai struktur tegar, rantainya membentuk gelung melengkung. Tidak berfungsi, i-RNA berkumpul menjadi lipatan dan lipatan menjadi bola, dan terbentang dalam keadaan berfungsi.
i-RNA membawa maklumat tentang urutan asid amino dalam protein yang sedang disintesis. Setiap asid amino dikodkan di lokasi tertentu menggunakan kod genetik iaitu:
- tripletity - daripada empat mononukleotida adalah mungkin untuk membina enam puluh empat kodon (kod genetik);
- tidak melintasi - maklumat bergerak ke satu arah;
- kesinambungan - prinsip operasi ialah satu mRNA ialah satu protein;
- kesejagatan - satu atau satu lagi jenis asid amino dikodkan dalam semua organisma hidup dengan cara yang sama;
- degenerasi - dua puluh asid amino diketahui, dan enam puluh satu kodon, iaitu, ia dikodkan oleh beberapa kod genetik.
Asid ribonukleik ribosom
Molekul sedemikian membentuk sebahagian besar RNA selular, iaitu lapan puluh hingga sembilan puluh peratus daripada jumlah keseluruhan. Mereka bergabung dengan protein dan membentuk ribosom - ini adalah organel yang melakukan sintesis protein.
Ribosom ialah enam puluh lima peratus rRNA dan tiga puluh lima peratus protein. Rantai polinukleotida ini mudah dilipat bersama dengan protein.
Ribosom terdiri daripada kawasan asid amino dan peptida. Ia terletak pada permukaan sentuhan.
Ribosom bergerak bebas dalam sel, mensintesis protein di tempat yang betul. Mereka tidak begitu spesifik dan bukan sahaja boleh membaca maklumat daripada mRNA, tetapi juga membentuk matriks dengan mereka.
Angkut asid ribonukleik
t-RNA ialah yang paling banyak dikaji. Mereka membentuk sepuluh peratus daripada asid ribonukleik selular. Jenis RNA ini mengikat kepada asid amino terima kasih kepada enzim khas dan dihantar ke ribosom. Pada masa yang sama, asid amino diangkut melalui pengangkutanmolekul. Walau bagaimanapun, ia berlaku bahawa kodon berbeza kod untuk asid amino. Kemudian beberapa RNA pengangkutan akan membawanya.
Ia melengkung menjadi bola apabila tidak aktif, tetapi berfungsi seperti daun semanggi.
Bahagian berikut dibezakan di dalamnya:
- batang penerima yang mempunyai jujukan nukleotida ACC;
- tapak untuk melekat pada ribosom;
- antikodon yang mengekodkan asid amino yang melekat pada tRNA ini.
Spesies kecil asid ribonukleik
Baru-baru ini, spesies RNA telah diisi semula dengan kelas baharu, yang dipanggil RNA kecil. Mereka berkemungkinan besar adalah pengawal selia sejagat yang menghidupkan atau mematikan gen dalam perkembangan embrio, serta mengawal proses dalam sel.
Ribozim juga dikenal pasti baru-baru ini, ia terlibat secara aktif apabila asid RNA ditapai, bertindak sebagai pemangkin.
Jenis asid virus
Virus boleh mengandungi sama ada asid ribonukleik atau asid deoksiribonukleik. Oleh itu, dengan molekul yang sepadan, mereka dipanggil yang mengandungi RNA. Apabila virus sedemikian memasuki sel, transkripsi terbalik berlaku - DNA baru muncul berdasarkan asid ribonukleik, yang disepadukan ke dalam sel, memastikan kewujudan dan pembiakan virus. Dalam kes lain, pembentukan RNA pelengkap berlaku pada RNA yang masuk. Virus ialah protein, aktiviti penting dan pembiakan berjalan tanpa DNA, tetapi hanya berdasarkan maklumat yang terkandung dalam RNA virus.
Replikasi
Untuk meningkatkan pemahaman bersama, adalah perluPertimbangkan proses replikasi yang menghasilkan dua molekul asid nukleik yang sama. Beginilah cara pembahagian sel bermula.
Ia melibatkan polimerase DNA, bergantung kepada DNA, polimerase RNA dan ligase DNA.
Proses replikasi terdiri daripada langkah berikut:
- despiralization - terdapat pembongkaran berurutan DNA ibu, menangkap keseluruhan molekul;
- terputusnya ikatan hidrogen, di mana rantaian bercapah, dan garpu replikasi muncul;
- pelarasan dNTP kepada pangkalan yang dikeluarkan bagi rantaian induk;
- pembelahan pirofosfat daripada molekul dNTP dan pembentukan ikatan phosphorodiester akibat tenaga yang dibebaskan;
- respiralization.
Selepas pembentukan molekul anak perempuan, nukleus, sitoplasma dan selebihnya dibahagikan. Oleh itu, dua sel anak terbentuk yang telah menerima sepenuhnya semua maklumat genetik.
Selain itu, struktur utama protein yang disintesis dalam sel dikodkan. DNA mengambil bahagian tidak langsung dalam proses ini, dan bukan langsung, yang terdiri daripada fakta bahawa ia adalah pada DNA bahawa sintesis protein, RNA yang terlibat dalam pembentukan, berlaku. Proses ini dipanggil transkripsi.
Transkripsi
Sintesis semua molekul berlaku semasa transkripsi, iaitu, penulisan semula maklumat genetik daripada operon DNA tertentu. Prosesnya serupa dengan replikasi dalam beberapa cara dan sangat berbeza dalam cara lain.
Persamaan adalah bahagian berikut:
- bermula dengan despiralisasi DNA;
- pecah hidrogen berlakusambungan antara pangkal rantai;
- NTF pelengkap kepada mereka;
- ikatan hidrogen terbentuk.
Perbezaan daripada replikasi:
- semasa transkripsi, hanya bahagian DNA yang sepadan dengan transkrip itu tidak dipilin, manakala semasa replikasi, keseluruhan molekul tidak dipilin;
- apabila ditranskripsikan, NTF boleh melaras mengandungi ribosa dan urasil bukannya timin;
- maklumat dihapuskan hanya dari kawasan tertentu;
- selepas pembentukan molekul, ikatan hidrogen dan rantai yang disintesis terputus, dan rantai itu terlepas dari DNA.
Untuk berfungsi normal, struktur utama RNA hendaklah hanya terdiri daripada bahagian DNA yang disalin daripada ekson.
Proses pematangan bermula dalam RNA yang baru terbentuk. Kawasan senyap dikeluarkan, dan kawasan bermaklumat digabungkan untuk membentuk rantai polinukleotida. Tambahan pula, setiap spesies mempunyai perubahan tersendiri.
Dalam i-RNA, lampiran pada hujung awal berlaku. Poliadenylat dilekatkan pada tapak akhir.
Bes TRNA diubah suai untuk membentuk spesies kecil.
Dalam rRNA, bes individu juga dimetilasi.
Melindungi protein daripada kemusnahan dan meningkatkan pengangkutan ke sitoplasma. RNA matang mengikatnya.
Kepentingan asid deoksiribonukleik dan ribonukleik
Asid nukleik adalah sangat penting dalam kehidupan organisma. Ia disimpan di dalamnya, dipindahkan ke sitoplasma dan diwarisi oleh sel anakmaklumat tentang protein yang disintesis dalam setiap sel. Mereka terdapat dalam semua organisma hidup, kestabilan asid ini memainkan peranan penting untuk fungsi normal kedua-dua sel dan keseluruhan organisma. Sebarang perubahan dalam strukturnya akan membawa kepada perubahan selular.
