Biologi molekul memperkatakan kajian tentang struktur dan fungsi molekul bahan organik yang membentuk sel hidup tumbuhan, haiwan dan manusia. Tempat istimewa di kalangan mereka diberikan kepada sekumpulan sebatian yang dipanggil asid nukleik (nuklear).
Terdapat dua jenis: asid deoksiribonukleik (DNA) dan asid ribonukleik. Yang terakhir ini mempunyai beberapa pengubahsuaian: i-RNA, t-RNA dan r-RNA, yang berbeza dalam fungsi dan lokasinya di dalam sel. Artikel ini ditumpukan kepada kajian soalan berikut: di manakah rRNA disintesis dalam sel prokariotik dan eukariotik, apakah struktur dan kepentingannya.
Latar belakang sejarah
Sebutan saintifik pertama asid ribosom boleh didapati dalam kajian R. Weinberg dan S. Penman pada tahun 60-an abad XX, yang menerangkan molekul polinukleotida pendek yang berkaitan dengan asid ribonukleik, tetapi berbeza dalam struktur ruang dan pekali pemendapan daripada maklumat dan pengangkutan RNA. Selalunya, molekul merekaterdapat dalam nukleolus, serta dalam organel sel - ribosom yang bertanggungjawab untuk sintesis protein selular. Mereka dipanggil ribosom (asid ribonukleik ribosom).
ciri RNA
Asid ribonukleik, seperti DNA, ialah polimer, monomernya adalah nukleotida daripada 4 jenis: adenine, guanina, urasil dan sitidin, disambungkan oleh ikatan fosfodiester ke dalam molekul untai tunggal yang panjang, dipintal dalam bentuk lingkaran atau mempunyai konformasi yang lebih kompleks. Terdapat juga asid ribonukleik ribosom bertali dua yang ditemui dalam virus yang mengandungi RNA dan menduplikasi fungsi DNA: pemeliharaan dan penghantaran sifat keturunan.
Tiga jenis asid yang paling biasa dalam sel, ini adalah: matriks, atau maklumat, RNA, mengangkut asid ribonukleik ribosom, yang mana asid amino melekat, serta asid ribosom, yang terletak di dalam nukleolus dan sel sitoplasma.
RNA ribosom membentuk kira-kira 80% daripada jumlah keseluruhan asid ribonukleik dalam sel dan 60% daripada jisim ribosom, organoid yang mensintesis protein selular. Semua spesies di atas disintesis (ditranskripsi) pada bahagian tertentu DNA, dipanggil gen RNA. Dalam proses sintesis, molekul enzim khas, RNA polimerase, terlibat. Tempat di dalam sel di mana rRNA disintesis ialah nukleolus, terletak di karyoplasmabiji.
Nukleolus, peranannya dalam sintesis
Dalam kehidupan sel, dipanggil kitaran sel, terdapat tempoh antara pembahagiannya - antara fasa. Pada masa ini, badan padat struktur berbutir, dipanggil nukleolus, boleh dilihat dengan jelas dalam nukleus sel, yang merupakan komponen penting bagi kedua-dua sel tumbuhan dan haiwan.
Dalam biologi molekul, telah ditetapkan bahawa nukleolus adalah organel tempat rRNA disintesis. Penyelidikan lanjut oleh ahli sitologi membawa kepada penemuan bahagian DNA selular, di mana gen yang bertanggungjawab untuk struktur dan sintesis asid ribosom ditemui. Mereka dipanggil penganjur nukleolar.
Penganjur nuklear
Sehingga 60-an abad XX, terdapat pendapat dalam biologi bahawa penganjur nukleolar, yang terletak di tapak penyempitan sekunder pada pasangan kromosom ke-13, ke-14, ke-15, ke-21 dan ke-22, mempunyai bentuk. daripada satu tapak. Para saintis yang terlibat dalam kajian kerosakan kromosom, dipanggil penyimpangan, telah mendapati bahawa pada saat kromosom pecah di tapak penyempitan sekunder, pembentukan nukleolus berlaku pada setiap bahagiannya.
Oleh itu, kita boleh menyatakan perkara berikut: penganjur nukleolar bukan terdiri daripada satu, tetapi beberapa lokus (gen) yang bertanggungjawab untuk pembentukan nukleolus. Di dalamnya asid ribonukleik ribosom rRNA disintesis, yang membentuk subunit organel sel pensintesis protein - ribosom.
Apakah itu ribosom?
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ketiga-tiga jenis utamaRNA wujud dalam sel, di mana ia disintesis di tapak tertentu - gen DNA. RNA ribosom terbentuk sebagai hasil daripada kompleks bentuk transkripsi dengan protein - ribonukleoprotein, dari mana bahagian konstituen organel masa depan, yang dipanggil subunit, terbentuk. Melalui liang-liang dalam membran nuklear, ia masuk ke dalam sitoplasma dan membentuk di dalamnya struktur gabungan, yang juga termasuk molekul i-RNA dan t-RNA, yang dipanggil polysomes.
Ribosom itu sendiri boleh dipisahkan di bawah tindakan ion kalsium dan wujud secara berasingan sebagai subunit. Proses sebaliknya berlaku dalam petak sitoplasma sel, di mana proses terjemahan berlaku - pemasangan molekul protein selular. Semakin aktif sel, semakin sengit proses metabolik di dalamnya, semakin banyak ribosom yang terkandung di dalamnya. Contohnya, sel-sel sumsum tulang merah, hepatosit vertebrata dan manusia dicirikan oleh sejumlah besar organel ini dalam sitoplasma.
Bagaimanakah gen rRNA dikodkan?
Berdasarkan perkara di atas, struktur, jenis dan fungsi gen rRNA bergantung kepada pengatur nukleolar. Mereka mengandungi lokus yang mengandungi gen yang mengekod RNA ribosom. O. Miller, yang menjalankan penyelidikan tentang oogenesis dalam sel kadal air, menubuhkan mekanisme fungsi gen ini. Salinan rRNA (yang dipanggil transkrip utama) telah disintesis daripada mereka, mengandungi kira-kira 13x103 nukleotida dan mempunyai pekali pemendapan 45 S. Kemudian rantai ini menjalani proses pematangan, berakhir dengan pembentukan tigaMolekul rRNA dengan pekali pemendapan 5, 8 S, 28 S dan 18 S.
Mekanisme pembentukan rRNA
Mari kita kembali kepada eksperimen Miller, yang menyiasat sintesis RNA ribosom dan membuktikan bahawa DNA nukleolar berfungsi sebagai templat (matriks) untuk pembentukan rRNA - transkrip. Beliau juga menyatakan bahawa bilangan asid ribosom tidak matang (pra-r-RNA) yang terbentuk bergantung kepada bilangan molekul enzim RNA polimerase. Kemudian kematangan (pemprosesan) berlaku, dan molekul rRNA serta-merta mula mengikat peptida, mengakibatkan pembentukan ribonukleoprotein, bahan binaan ribosom.
Ciri-ciri asid ribosom dalam sel eukariotik
Mempunyai prinsip struktur dan mekanisme kefungsian yang sama, ribosom organisma prokariotik dan nuklear masih mempunyai perbezaan sitomolekul. Untuk mengetahui, saintis menggunakan kaedah penyelidikan yang dipanggil analisis difraksi sinar-x. Didapati bahawa saiz ribosom eukariotik, dan oleh itu rRNA yang termasuk di dalamnya, adalah lebih besar dan pekali pemendapan ialah 80 S. Organel, kehilangan ion magnesium, boleh dibahagikan kepada dua subunit dengan penunjuk 60 S dan 40 S. Zarah kecil mengandungi satu molekul asid, dan satu besar - tiga, iaitu sel nuklear mengandungi ribosom yang terdiri daripada 4 heliks polinukleotida asid dengan ciri-ciri berikut: 28 S RNA - 5 ribu nukleotida, 18 S - 2 ribu 5 S - 120 nukleotida, 5, 8 S - 160. Tapak di mana rRNA disintesis dalam sel eukariotik ialah nukleolus, terletak dalam karyoplasma nukleus.
RNA ribosom prokariot
Tidak seperti r-RNA,memasuki sel nuklear, asid ribonukleik ribosom bakteria ditranskripsikan dalam kawasan padat sitoplasma yang mengandungi DNA dan dipanggil nukleoid. Ia mengandungi gen rRNA. Transkripsi, ciri umum yang boleh diwakili sebagai proses menulis semula maklumat daripada rRNA gen DNA ke dalam urutan nukleotida asid ribonukleik ribosom, dengan mengambil kira peraturan pelengkap kod genetik: adenine nukleoitida sepadan dengan urasil, dan guanin. kepada sitosin.
Bakteria
R-RNA mempunyai berat molekul yang lebih rendah dan saiz yang lebih kecil daripada sel nuklear. Pekali pemendapan mereka ialah 70 S, dan kedua-dua subunit mempunyai nilai 50 S dan 30 S. Zarah yang lebih kecil mengandungi satu molekul rRNA, dan yang lebih besar mengandungi dua.
Peranan asid ribonukleik dalam proses terjemahan
Fungsi utama r-RNA adalah untuk memastikan proses biosintesis protein selular - terjemahan. Ia dijalankan hanya dengan kehadiran ribosom yang mengandungi r-RNA. Menggabungkan ke dalam kumpulan, mereka mengikat molekul DNA maklumat, membentuk polisom. Molekul pengangkutan asid ribonukleik ribosom, membawa asid amino, yang, sekali dalam polisom, mengikat antara satu sama lain dengan ikatan peptida, membentuk polimer - protein. Ia adalah sebatian organik yang paling penting bagi sel, yang melaksanakan banyak fungsi penting: membina, mengangkut, tenaga, enzimatik, melindungi dan memberi isyarat.
Artikel ini mengkaji ciri, struktur dan perihalan asid nukleik ribosom, yangbiopolimer organik sel tumbuhan, haiwan dan manusia.
