הסינתזה של מבשרי rRNA ו-tRNA דומה לסינתזה של ire-mRNA. התעתיק הראשוני של RNA ריבוזומלי אינו מכיל אינטרונים, ותחת פעולתם של RNases ספציפיים הוא מבוקע ליצירת 28S-, 18S- ו-5.8S-pRNA; 5S-pRNA מסונתז בהשתתפות RNA פולימראז III.
rRNA ו-tRNA.
תעתיקי tRNA ראשוניים מומרים גם לצורות בוגרות על ידי הידרוליזה חלקית.
כל סוגי ה-RNA מעורבים בביוסינתזה של חלבונים, אך תפקידיהם בתהליך זה שונים. תפקידה של המטריצה הקובעת את המבנה הראשוני של החלבונים מבוצע ע"י RNA שליח (mRNA). השימוש במערכות נטולות תאים של ביו-סינתזה של חלבונים הוא בעל חשיבות רבה לחקר מנגנוני התרגום. אם הומוגניות רקמות מודגרות עם תערובת של חומצות אמינו, שלפחות אחת מהן מסומנת, אז ניתן לתעד ביוסינתזה של חלבונים על ידי שילוב התווית בחלבונים. המבנה הראשוני של החלבון המסונתז נקבע על ידי המבנה הראשוני של ה-mRNA שנוסף למערכת. אם המערכת נטולת התאים מורכבת מגלובין mRNA (ניתן לבודד מרטיקולוציטים), גלובין מסונתז (a- ו-(3 שרשראות של גלובין); אם אלבומין מסונתז מאלבומין mRNA מבודד מהפטוציטים וכו'.
14. ערך שכפול:
א) התהליך הוא מנגנון מולקולרי חשוב העומד בבסיס כל סוגי חלוקת התאים הפראוקריוטים, ב) מספק את כל סוגי הרבייה של אורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים כאחד,
ג) שומר על הקביעות של הסלולר
הרכב איברים, רקמות ואורגניזם כתוצאה מהתחדשות פיזיולוגית
ד) מבטיח קיום ארוך טווח של פרטים בודדים;
ה) מבטיח קיום ארוך טווח של מינים של אורגניזמים;
ה) התהליך תורם להכפלת המידע המדויק;
ז) שגיאות (מוטציות) אפשריות בתהליך השכפול, מה שעלול להוביל לסינתזת חלבון לקויה עם התפתחות של שינויים פתולוגיים.
התכונה הייחודית של מולקולת ה-DNA להכפיל את עצמו לפני חלוקת התא נקראת שכפול.
תכונות מיוחדות של DNA מקורי כנשא של מידע תורשתי:
1) שכפול - יצירת שרשראות חדשות משלימה;
2) תיקון עצמי - DNA פולימראז מבקע אזורים משוכפלים בטעות (10-6);
3) תיקון - שיקום;
יישום תהליכים אלה מתרחש בתא בהשתתפות אנזימים מיוחדים.
כיצד פועלת מערכת התיקון ניסויים שחשפו את מנגנוני התיקון ואת עצם קיומה של יכולת זו בוצעו בעזרת אורגניזמים חד-תאיים. אבל תהליכי תיקון טבועים בתאים חיים של בעלי חיים ובני אדם. חלק מהאנשים סובלים מקסרודרמה פיגמנטוזה. מחלה זו נגרמת מחוסר יכולת של תאים לסנתז מחדש DNA פגום. זירודרמה עוברת בתורשה. ממה מורכבת מערכת הפיצויים? ארבעת האנזימים התומכים בתהליך התיקון הם DNA helicase, -exonuclease, -פולימראז ו-ligase. הראשונה מבין התרכובות הללו מסוגלת לזהות נזק בשרשרת של מולקולת החומצה הדאוקסיריבונוקלאית. זה לא רק מזהה, אלא גם חותך את השרשרת במקום הנכון כדי להסיר את הקטע שהשתנה של המולקולה. החיסול עצמו מתבצע בעזרת DNA exonuclease. לאחר מכן, קטע חדש של מולקולת החומצה ה-deoxyribonucleic מסונתז מחומצות אמינו על מנת להחליף לחלוטין את המקטע הפגוע. ובכן, האקורד האחרון של ההליך הביולוגי המורכב ביותר הזה מבוצע באמצעות האנזים DNA ligase. הוא אחראי על הצמדת האתר המסונתז למולקולה הפגועה. לאחר שכל ארבעת האנזימים עשו את עבודתם, מולקולת ה-DNA מתחדשת לחלוטין וכל הנזק הוא נחלת העבר. כך פועלים המנגנונים בתוך תא חי בהרמוניה.
סיווג כרגע, מדענים מבחינים בין הסוגים הבאים של מערכות תיקון. הם מופעלים בהתאם לגורמים שונים. אלה כוללים: הפעלה מחדש. התאוששות רקומבינציה. תיקון הטרודופלקסים. תיקון כריתה. איחוד של קצוות לא הומולוגיים של מולקולות DNA. לכל האורגניזמים החד-תאיים יש לפחות שלוש מערכות אנזימים. לכל אחד מהם יש את היכולת לבצע את תהליך ההחלמה. מערכות אלו כוללות: ישיר, כריתה ופוסט-רפליקטיבי. לפרוקריוטים יש את שלושת הסוגים האלה של תיקון DNA. באשר לאאוקריוטים, עומדים לרשותם מנגנונים נוספים, הנקראים Miss-mathe ו-Sos-Repair. הביולוגיה חקרה בפירוט את כל סוגי הריפוי העצמי של החומר הגנטי של התאים.
15. הקוד הגנטי הוא דרך לקידוד רצף חומצות האמינו של חלבונים באמצעות רצף של נוקלאוטידים, האופייני לכל האורגניזמים החיים. רצף חומצות האמינו במולקולת חלבון מוצפן כרצף נוקלאוטידים במולקולת DNA ונקרא קוד גנטי.האזור של מולקולת ה-DNA האחראי לסינתזה של חלבון בודד נקרא גנום.
ארבעה נוקלאוטידים משמשים ב-DNA - אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C), תימין (T), אשר בספרות בשפה הרוסית מסומנים באותיות A, G, C ו-T. אותיות אלו מרכיבות האלפבית של הקוד הגנטי. ב-RNA משתמשים באותם נוקלאוטידים, למעט תימין, שמוחלף בנוקלאוטיד דומה - אורציל, המסומן באות U (U בספרות בשפה הרוסית). במולקולות DNA ו-RNA, נוקלאוטידים מסתדרים בשרשראות וכך מתקבלים רצפים של אותיות גנטיות.
ישנן 20 חומצות אמינו שונות המשמשות בטבע לבניית חלבונים. כל חלבון הוא שרשרת או מספר שרשראות של חומצות אמינו ברצף מוגדר בהחלט. רצף זה קובע את מבנה החלבון, ולכן את כל תכונותיו הביולוגיות. מערך חומצות האמינו הוא גם אוניברסלי עבור כמעט כל האורגניזמים החיים.
יישום המידע הגנטי בתאים חיים (כלומר, סינתזה של חלבון המקודד על ידי גן) מתבצע באמצעות שני תהליכי מטריקס: שעתוק (כלומר סינתזת mRNA על תבנית DNA) ותרגום של הקוד הגנטי לחומצת אמינו רצף (סינתזה של שרשרת פוליפפטיד על תבנית mRNA). מספיקים שלושה נוקלאוטידים רצופים כדי לקודד 20 חומצות אמינו, כמו גם את אות העצירה, שפירושו סוף רצף החלבונים. קבוצה של שלושה נוקלאוטידים נקראת שלישייה. קיצורים מקובלים התואמים לחומצות אמינו וקודונים מוצגים באיור.
מאפייני הקוד הגנטי
טריפליטי - יחידת קוד משמעותית היא שילוב של שלושה נוקלאוטידים (טריפלט, או קודון).
המשכיות – אין סימני פיסוק בין השלשות, כלומר, המידע נקרא באופן רציף.
לא חופף - אותו נוקלאוטיד לא יכול להיות חלק משתי שלישיות או יותר בו זמנית. (לא נכון לגבי כמה גנים חופפים בווירוסים, מיטוכונדריה וחיידקים המקודדים לחלבונים מרובים של מעברי מסגרת.)
חד משמעיות - קודון מסוים מתאים לחומצת אמינו אחת בלבד. (הנכס אינו אוניברסלי. קודון UGA ב-Euplotes crassus מקודד לשתי חומצות אמינו, ציסטאין וסלנוציסטאין)
ניוון (יתירות) - מספר קודונים יכולים להתאים לאותה חומצת אמינו.
אוניברסליות - הקוד הגנטי פועל אותו הדבר באורגניזמים ברמות מורכבות שונות - מווירוסים ועד לבני אדם (שיטות הנדסה גנטית מבוססות על זה) (יש גם מספר חריגים לתכונה זו, ראה טבלה ב"וריאציות של קוד גנטי סטנדרטי" במאמר זה).
16.תנאים לביו-סינתזה
ביוסינתזה של חלבון דורשת מידע גנטי של מולקולת DNA; RNA מידע - הנשא של מידע זה מהגרעין לאתר הסינתזה; ריבוזומים - אברונים שבהם מתרחשת סינתזת החלבון בפועל; קבוצה של חומצות אמינו בציטופלזמה; הובלה של RNAs המקודדים חומצות אמינו ונושאים אותן לאתר הסינתזה על ריבוזומים; ATP הוא חומר המספק אנרגיה לתהליך הקידוד והביוסינתזה.
שלבים
תַעֲתוּק- תהליך הביוסינתזה של כל סוגי ה-RNA על מטריצת ה-DNA, המתרחש בגרעין.
קטע מסוים של מולקולת ה-DNA מנוזל, קשרי המימן בין שתי השרשראות נהרסים בפעולת אנזימים. על גדיל DNA אחד, כמו על מטריצה, עותק RNA מסונתז מנוקלאוטידים לפי העיקרון המשלים. בהתאם לאזור ה-DNA, RNA ריבוזומליים, תחבורה ומידע מסונתזים בדרך זו.
לאחר סינתזת mRNA, הוא עוזב את הגרעין ועובר לציטופלזמה לאתר של סינתזת חלבון על ריבוזומים.
מִשׁדָר- תהליך הסינתזה של שרשראות פוליפפטידים, המתבצע על ריבוזומים, כאשר ה-mRNA הוא מתווך בהעברת מידע על המבנה הראשוני של החלבון.
ביוסינתזה של חלבון מורכבת מסדרה של תגובות.
1. הפעלה וקידוד של חומצות אמינו. ל-tRNA יש צורה של עלה תלתן, שבלולאה המרכזית שלו יש אנטיקודון משולש המתאים לקוד של חומצת אמינו מסוימת ולקודון על mRNA. כל חומצת אמינו מחוברת ל-tRNA המתאים באמצעות האנרגיה של ATP. נוצר קומפלקס tRNA-חומצות אמינו, אשר חודר לריבוזומים.
2. היווצרות קומפלקס mRNA-ריבוזום. mRNA בציטופלזמה מחובר על ידי ריבוזומים על ER גרגירי.
3. הרכבה של שרשרת הפוליפפטיד. tRNA עם חומצות אמינו, על פי עקרון ההשלמה של האנטיקודון עם הקודון, מתחברים עם mRNA ונכנסים לריבוזום. במרכז הפפטיד של הריבוזום נוצר קשר פפטיד בין שתי חומצות אמינו, וה-tRNA המשוחרר עוזב את הריבוזום. במקביל, ה-mRNA מתקדם שלישייה אחת בכל פעם, מכניס tRNA חדש - חומצת אמינו ומסיר את ה-tRNA המשוחרר מהריבוזום. כל התהליך מופעל על ידי ATP. mRNA אחד יכול לשלב עם מספר ריבוזומים, וליצור פוליזום, שבו מולקולות רבות של חלבון אחד מסונתזות בו-זמנית. הסינתזה מסתיימת כאשר מתחילים קודונים חסרי משמעות (קודים לעצור) על ה-mRNA. ריבוזומים מופרדים מ-mRNA, שרשראות פוליפפטידים מוסרות מהם. מכיוון שכל תהליך הסינתזה מתרחש על הרטיקולום האנדופלזמי הגרגירי, שרשראות הפוליפפטיד המתקבלות נכנסות לצינוריות ה-EPS, שם הן רוכשות את המבנה הסופי והופכות למולקולות חלבון.
כל תגובות הסינתזה מזורזות על ידי אנזימים מיוחדים המשתמשים באנרגיית ATP. קצב הסינתזה גבוה מאוד ותלוי באורך הפוליפפטיד. לדוגמה, בריבוזום של Escherichia coli, חלבון של 300 חומצות אמינו מסונתז תוך כ-15-20 שניות.
לכל ה-tRNA יש תכונות משותפות הן במבנה הראשוני והן באופן שבו שרשרת הפולינוקלאוטידים מקופלת למבנה משני עקב אינטראקציות בין הבסיסים של שיירי נוקלאוטידים.
מבנה ראשוני של tRNA
tRNAs הם מולקולות קטנות יחסית, אורך השרשרת שלהם משתנה בין 74 ל-95 שיירי נוקלאוטידים. לכל ה-tRNA יש את אותו קצה 3', בנוי משני שיירי ציטוזין ואדנוזין אחד (CCA-end). זהו האדנוזין 3'-טרמינלי שנקשר לשארית חומצת האמינו במהלך היווצרות aminoacyl-tRNA. קצה CCA מחובר ל-tRNA רבים על ידי אנזים מיוחד. שלישיית הנוקלאוטידים המשלימה לקודון חומצת האמינו (אנטיקודון) ממוקמת בערך באמצע שרשרת ה-tRNA. אותם שאריות נוקלאוטידים (שמרניות) נמצאות במיקומים מסוימים של הרצף כמעט בכל סוגי ה-tRNA. עמדות מסוימות עשויות להכיל רק פורין או רק בסיסים של פירמידין (אלה נקראים שאריות שמרניות למחצה).
כל מולקולות ה-tRNA מאופיינות בנוכחות של מספר רב (עד 25% מכלל השיירים) של נוקלאוזידים שונים, הנקראים לרוב מינוריים. הם נוצרים באתרים שונים במולקולות, במקרים רבים מוגדרים היטב, כתוצאה משינוי של שיירי נוקלאוזידים רגילים בעזרת אנזימים מיוחדים.
מבנה משני של tRNA
קיפול השרשרת למבנה משני מתרחש בשל ההשלמה ההדדית של חלקי השרשרת. שלושה שברים של השרשרת משלימים כאשר הם מקופלים על עצמם, ויוצרים מבני סיכת ראש. בנוסף, קצה ה-5 אינץ' משלים לאתר הקרוב לקצה ה-3 אינץ' של השרשרת, עם סידורם האנטי-מקביל; הם יוצרים את מה שנקרא גזע מקבל. התוצאה היא מבנה המאופיין בנוכחות של ארבעה גבעולים ושלוש לולאות, אשר נקרא "עלה תלתן". גבעול עם לולאה יוצר ענף. בתחתית יש ענף אנטיקודון המכיל שלישיית אנטיקודון כחלק מהלולאה שלו. משמאל ומימין שלו נמצאים ענפי D ו-T, בהתאמה על שם נוכחותם של נוקלאוזידים דיהידרואורידין (D) ותימידין (T) משומרים יוצאי דופן בלולאות שלהם. ניתן לקפל את רצפי הנוקלאוטידים של כל ה-tRNA שנחקרו למבנים דומים. בנוסף לשלושת לולאות עלה התלתן, מבודדת גם לולאה נוספת, או משתנה (V-loop) במבנה ה-tRNA. גודלו שונה בחדות ב-tRNAs שונים, הנעים בין 4 ל-21 נוקלאוטידים, ולפי נתונים עדכניים, עד 24 נוקלאוטידים.
מבנה מרחבי (שלישוני) של tRNA
בשל האינטראקציה של מרכיבי המבנה המשני נוצר מבנה שלישוני, הנקרא צורת L בגלל הדמיון עם האות הלטינית L (איור 2 ו-3). באמצעות ערימת בסיס, גזע המקבל וגזע T של עלה התלתן יוצרים סליל כפול רציף אחד, ושני הגבעולים האחרים יוצרים את האנטיקודון וגזע D סליל כפול רציף נוסף. במקרה זה, לולאות ה-D וה-T מתבררות כקרובות והן מהודקות יחד על ידי יצירת זוגות בסיסים נוספים, לעתים יוצאי דופן. ככלל, שאריות שמרניות או שמרניות למחצה לוקחות חלק בהיווצרותם של זוגות אלה. אינטראקציות שלישוניות דומות מחזיקות יחד גם כמה חלקים אחרים של מבנה L
70-90N | עמוד משני - עלה תלתן | CCA 3" const עבור כל ה-tRNA |
נוכחות של thymine, pseudouridine-psi, digirouridine DGU בלולאת D - הגנה מפני ribonucleases? ארך ימים | מגוון מבנים ראשוניים של tRNA - 61 + 1 - לפי מספר הקודונים + tRNA פורמילמתיונין, האנטיקודון של החתול זהה לזה של מתיונין tRNA. מגוון מבנים שלישוניים - 20 (לפי מספר חומצות אמינו) | זיהוי - יצירת קשר קוולנטי m-y tRNA ופעולה | סינתזות aminoacyl-tRNA מחברות פעולות ל-tRNA
תפקידו של tRNA הוא להעביר חומצות אמינו מהציטופלזמה לריבוזומים, בהם מתרחשת סינתזת חלבון.
tRNAs הקושרים חומצת אמינו אחת נקראים isoacceptor.
בסך הכל, 64 tRNA שונים קיימים בו זמנית בתא.
כל tRNA מזדווג רק עם קודון משלו.
כל tRNA מזהה את הקודון שלו ללא מעורבות של חומצת אמינו. חומצות האמינו הקשורות ל-tRNA עברו שינוי כימי, ולאחר מכן נותח הפוליפפטיד שהתקבל, שהכיל את חומצת האמינו המשונה. Cysteinyl-tRNACys (R=CH2-SH) הופחת לאלניל-tRNACys (R=CH3).
לרוב ה-tRNA, ללא קשר לרצף הנוקלאוטידים שלהם, יש מבנה משני בצורת עלה תלתן בשל נוכחותן של שלוש סיכות ראש בו.
תכונות מבניות של tRNA
תמיד ישנם ארבעה נוקלאוטידים לא מזווגים בקצה 3 "של המולקולה, ושלושה מהם הם בהכרח CCA. 5" ו-3 "קצוות שרשרת ה-RNA יוצרים גזע מקבל. השרשראות מוחזקות יחד עקב הזיווג המשלים של שבעה נוקלאוטידים 5" - מסתיימים בשבעה נוקלאוטידים הממוקמים בסמוך לקצה ה-3. 2. לכל המולקולות יש סיכת ראש T? C, מיועדת כך מכיוון שהיא מכילה שני שיירים יוצאי דופן: ריבוטימידין (T) ופסאודורידין (? סיכת השיער מורכבת מסיכת ראש כפולה גזע גדילי של חמישה בסיסים מזווגים, כולל זוג G-C, ולולאה של שבעה נוקלאוטידים באורך.
באותה נקודה בלולאה. 3. בסיכת ראש אנטיקודון, הגזע תמיד מיוצג על ידי משפחה של זוגות
עילה. הטריפלט המשלים לקודון הקשור, האנטיקודון, ממוקם בלולאה.
le, המורכב משבעה נוקלאוטידים. אורה בלתי משתנה
סיל וציטוזין שונה, ופורין שונה צמוד לקצה ה-3 אינץ' שלו, ככלל
אדנין. 4. סיכת ראש נוספת מורכבת מגבעול באורך שלושה עד ארבעה זוגות של נוקלאוטידים ומלולאה משתנה
גודל, לעתים קרובות מכיל אורציל בצורה מופחתת - דיהידרואורציל (DU). רצפי הנוקלאוטידים של הגבעולים, מספר הנוקלאוטידים בין גזע האנטיקודון לגזע T?C (לולאה משתנה), כמו גם גודל הלולאה והלוקליזציה של שיירי דיהידרואורציל בלולאת DU משתנים באופן החזק ביותר.
[זינגר, 1998].
מבנה שלישוני של tRNA
מבנה בצורת L.
התקשרות של חומצות אמינו ל-tRNA
על מנת שחומצת אמינו תיצור שרשרת פוליפפטידית, עליה להיות מחוברת ל-tRNA על ידי האנזים aminoacyl-tRNA synthetase. אנזים זה יוצר קשר קוולנטי בין קבוצת קרבוקסיל חומצת אמינו לקבוצת הידרוקסיל ריבוז בקצה 3' של tRNA בהשתתפות ATP. Aminoacyl-tRNA synthetase מזהה קודון ספציפי לא בגלל נוכחות של אנטיקודון על ה-tRNA, אלא על ידי נוכחות של אתר זיהוי ספציפי על ה-tRNA.
בסך הכל, ישנם 21 סינתזות שונות של aminoacyl-tRNA בתא.
ההצטרפות מתבצעת בשני שלבים:
1. קבוצת הקרבוקסיל של חומצת אמינו מחוברת ל-ATP a-phosphate. האמינואציל אדנילט הלא יציב שנוצר מיוצב על ידי קישור לאנזים.
2. העברה של קבוצת האמינואציל של aminoacyl adenylate לקבוצת 2' או 3'-OH של הריבוז הסופי של tRNA
חלק מהסינטטאזות של aminoacyl-tRNA מורכבות משרשרת פוליפפטידית אחת, בעוד שאחרות מורכבות משתיים או ארבע שרשראות זהות, שלכל אחת מהן משקל מולקולרי של 35 עד 115 kDa. כמה אנזימים דימריים וטטרמריים מורכבים משני סוגים של תת-יחידות. אין מתאם ברור בין גודל מולקולת האנזים או אופי מבנה תת-היחידה והספציפיות שלה.
הספציפיות של אנזים נקבעת על ידי הקישור החזק שלו לקצה המקובל של tRNA, לאזור ה-DU וללולאה המשתנה. נראה כי חלק מהאנזימים אינם מזהים את שלישיית האנטיקודון ומזרזים את תגובת האמינואצטילציה גם כאשר האנטיקודון משתנה. עם זאת, אנזימים מסוימים מראים פעילות מופחתת ביחס ל-tRNAs מתוקנים כאלה ומוסיפים את חומצת האמינו הלא נכונה בעת החלפת האנטיקודון.
70-90n | עמוד משני - עלה תלתן | CCA 3" const עבור כל ה-tRNA |
נוכחות של thymine, pseudouridine-psi, digirouridine DGU בלולאת D - הגנה מפני ribonucleases? ארך ימים | מגוון מבנים ראשוניים של tRNA - 61 + 1 - לפי מספר הקודונים + tRNA פורמילמתיונין, האנטיקודון של החתול זהה לזה של מתיונין tRNA. מגוון מבנים שלישוניים - 20 (לפי מספר חומצות אמינו)
ישנם שני סוגים של tRNA קושרים מתיונין tRNAFMet ו-tRNAMMet בפרוקריוטים ו-tRNAIMet ו-tRNAMMet באוקריוטים. מתיונין מתווסף לכל tRNA באמצעות סינתזת aminoacyl-tRNA המתאימה. מתיונין המחובר ל-tRNAFMet ו-tRNAIMet נוצר על ידי האנזים methionyl-tRNA-transformylase ל-Fmet-tRNAFMet. tRNAs עמוסים בפורמילמתיונין מזהים את קודון ההתחלה AUG.
סִפְרוּת:
לצערי, אין ביבליוגרפיה.
מאמר זה הוא השני בסדרה של פרסום אוטומטי, אותו יש לקרוא לאחר קריאת המאמר הראשון.תכונות הקוד הגנטי - זכר להתרחשותו . רצוי מאוד שאנשים חדשים ביסודות הביולוגיה המולקולרית יקראו את המאמר של O.O. Favorova" "חשוב להבין, כדי להבין איך קוד גנטי, יש צורך להבין כיצד הוא מתפקד באורגניזמים מודרניים. ולשם כך יש צורך להתעמק במנגנונים המולקולריים של סינתזת חלבון מקודד. כדי להבין מאמר זה, חשוב להבין כיצד מסודרת מולקולת ה-RNA, במה היא שונה ממולקולת ה-DNA.
הבנת נושא מוצא החיים בכלל, והופעתו של הקוד הגנטי, בפרט, פשוט בלתי אפשרית מבלי להבין את המנגנונים המולקולריים הבסיסיים באורגניזמים חיים, בעיקר שני היבטים - רבייה של מולקולות תורשתיות (חומצות גרעין) וחלבון. סִינתֶזָה. לכן, מאמר זה מוקדש בעיקר להצגת אותו מינימום של ידע שבאמצעותו ניתן להבין את החומר העשיר והמעניין למדי הקשור למקור הקוד הגנטי (GC).
עדיף להתחיל את ההיכרות עם המנגנונים המולקולריים של סינתזת חלבונים על ידי לימוד המבנה של אחד ממרכיבי המפתח ואחד המבנים העתיקים ביותר באורגניזמים חיים - מולקולת העברה RNA (או tRNA). למולקולת ה-tRNA יש מבנה שמור בצורה יוצאת דופן, הדומה בכל היצורים החיים. מבנה זה משתנה במהלך האבולוציה כל כך לאט שהוא מאפשר לנו לחלץ מידע רב על האופן שבו יכולות להיראות המערכות העתיקות ביותר של סינתזת חלבון במהלך היווצרותן הראשונית. לכן, אומרים שמולקולת ה-tRNAשריד מולקולרי.
שריד מולקולרי, או מאובן מולקולרי היא הפשטה המציינת מנגנונים עתיקים ומבנים מולקולריים וסופרמולקולריים המצויים באורגניזמים מודרניים, המאפשרת לנו לחלץ מידע על מבנה מערכות החיים העתיקות ביותר. שרידים מולקולריים כוללים מולקולות של RNA ריבוזומלי ו-transfer, synthetases aminoacyl-tRNA, DNA ו-RNA פולימראזות, ו קוד גנטי, כדרך לקידוד, כמו גם מספר מבנים ומנגנונים מולקולריים אחרים. הניתוח שלהם הוא מקור מרכזי למידע על איך החיים יכלו להתעורר, ו קוד גנטי, באופן מיוחד. הבה נבחן ביתר פירוט את המבנה של tRNA ואת אותם חלקים שלו המשתנים כל כך לאט במהלך האבולוציה שהם עדיין מכילים מידע רב על tRNAs עתיקים שהיו קיימים לפני יותר מ-3.5 מיליארד שנים.
מולקולת ה-tRNA קטנה יחסית, אורכה נע בין 74 ל-95 שיירי נוקלאוטידים, לרוב 76 נוקלאוטידים (ראה איור 1).ברצף ה-tRNA, מה שנקראשמרני שיירי נוקלאוטידים הם שיירי נוקלאוטידים הממוקמים ברצפים מוגדרים בקפדנות כמעט בכל מולקולות ה-tRNA. בנוסף, להתבלטשמרני למחצה שיירי נוקלאוטידים הם שיירים המיוצגים רק על ידי בסיסי פורין או פירמידין ברצפי tRNA מוגדרים בקפדנות. בנוסף, אזורים שונים של tRNA משתנים בקצב שונה באופן משמעותי.
עד 25% מכל שיירי הנוקלאוטידים הם נוקלאוזידים מותאמים, המכונה לעתים קרובות קַטִין . יותר מ-60 שאריות קטנות כבר תוארו. הם נוצרים כתוצאה משינוי של שאריות נוקלאוזיד רגילות בעזרת אנזימים מיוחדים.
פסאודורידין (5-ribofuranosyluracil, Ψ), 5,6-dihydrouridine (ד), 4-תיאורידיל ואינוזין. המבנה של כמה בסיסים ששונו וחלקם תפקידם מתוארים במאמר
יחד עם המבנה הראשוני (זה רק רצף של נוקלאוטידים), למולקולת ה-tRNA יש מבנה משני ושלישוני.
המבנה המשני נובע מיצירת קשרי מימן בין נוקלאוטידים. אפילו בבית הספר, הם מלמדים על קשרי מימן במהלך זיווג משלים בין נוקלאוטידים (A-U ו-G-C סוג זה של זיווג של נוקלאוטידים נקרא קנוני), אבל מספר לא מבוטל של קשרים לא קנוניים נוצרים גם במולקולות tRNA, בפרט, בין G ו-U, שתהיה קצת יותר חלשה ופחות מועילה מבחינה אנרגטית).
אורז. 1. מבנה משני כללי של tRNA (משמאל) ומספור נוקלאוטידים מקובל ב-tRNA (מימין). כך זה נראה כמעט בכל היצורים החיים. באיור הימני, נוקלאוטידים שמרניים מודגשים במעגלים מודגשים.
ייעודים:N - נוקלאוטיד כלשהו, T - תימין, D - דיהידרואורידין, Ψ - פסאודורדין, R - נוקלאוטיד פורין.
כתוצאה מכך, מה שנקרא מבנה עלה תלתן נוצר.במבנה של עלה תלתן, ישנם: גזע מקבל ושלושה ענפים, או תחומים (נשק): אנטי-קודון (מורכב מגזע דו-גדילי אנטיקודון (גֶזַע) ולולאת אנטיקודון (לוּלָאָה), דיהידרואורידין, אוד- סניף, אוד-דומיין, (גם מלולאת דיהידרואורידין וגזע) וTΨC-ענף, או פשוט T-branch, או T-domain, (לולאת T וגזע T). בנוסף לשלוש לולאות עלה תלתן, יש גם מה שנקרא לולאה נוספת או משתנה. אורך הלולאה המשתנה משתנה בין 4 ל-24 נוקלאוטידים.
מדוע למבנה המשני של tRNA יש צורת עלה תלתן? התשובה לשאלה זו ניתנה על ידי M. Eigen [Eigen M, Winkler R.1979] . העובדה היאעם אורך שרשרת RNA של 80 נוקלאוטידים עם רצף אקראי, מבנה משני עם 3-4 עלי כותרת הוא הסביר ביותר. למרות שלסיכת ראש עם לולאה אחת יש את המספר המרבי של זיווגי בסיס, מבנה זה ברצפים אקראיים אינו סביר. לכן סביר לשקול שמבנים דמויי tRNA (כלומר מבנים עם 3-4 לולאות) היו המולקולות הנפוצות ביותר בשלב החיים של RNA וחלבון RNA. טיעונים נוספים בעד הצהרה זו יינתנו במאמרים הבאים.
מבנה שלישוני של tRNA.
המבנה השלישוני של tRNA מתאים למבנה המרחבי האמיתי. היא קיבלה את השםל-צורות, בשל הדמיון של המבנה השלישוני לצורת האות הבירה הלטינית "ל". המבנה השלישוני נוצר עקב האינטראקציה של מרכיבי המבנה המשני. השתתף בהיווצרותו אינטראקציות מתקדמות עילה. עקב ערימת בסיסים, המקבל וגזע ה-T של עלה התלתן יוצרים סליל כפול רציף אחד, ויוצרים את אחד ה"מוטות"ל-טפסים. אנטיקודון וד- גבעולים יוצרים "מקל" נוסף של המכתב הזה,ד- וגםט-לולאות במבנה כזה מתבררות כקרובות ומהודקות יחד על ידי יצירת זוגות בסיסים נוספים, לעתים קרובות יוצאי דופן, אשר, ככלל, נוצרים על ידי שאריות שמרניות או שמרניות למחצה. לאור מעורבות זו של קרנות שמרניות וחצי שמרניות בחינוךלצורות הופכות ברורות לנוכחותןט- וגםד-לולאות. היווצרות המבנה בצורת L והאינטראקציה שלו עם APCase מוצגת באופן סכמטי באיור. 2.
אורז. 2.תכנית חינוך מרחביתלמבנה בצורת tRNA והאינטראקציה שלו עם ARSase אה.
החץ מציין את אתר ההתקשרות של חומצת האמינו במהלך אמינואצילציה של tRNA synthetase. תחום מקבל ה-tRNA מודגש באדום, תחום האנטיקודון מודגש בכחול. האליפסות מציינות את תחומי ה-APCase: ירוק הוא התחום הקטליטי המכיל את תחום הקישור והאמינו-אצילציה של אזור מקבל ה-tRNA, צהוב וכתום הם התחום המשתנה של APCase. בהתאם לגודל התחום הזה, APCase a מזהה את אזור האנטיקודון כתחום משתנה (התחום מסומן בצהוב), או לא מזהה אותו (התחום מסומן בכתום).
הבסיסים של האנטיקודון הפוכיםבְּתוֹך ל-מולקולה בצורת.
העברת RNAs בכל האורגניזמים החיים מבצעים ברצף שלוש פונקציות הנחוצות לסינתזת חלבון:
1) מקבל - בעזרת אנזימים חלבוניים (סינטזות aminoacyl-tRNA) מצמידים באופן קוולנטי חומצת אמינו מוגדרת בקפדנות לשארית האמינואציל (עבור כל חומצת אמינו - אך ורק אחד משלה או לפעמים כמה tRNAs שונים);2) תַחְבּוּרָה - מעביר חומצת אמינו למקום מסוים על הריבוזום;3) אדפטיבי - בשילוב עם הריבוזום, הוא מסוגל לזהות באופן ספציפי את שלישיית הקוד הגנטי על RNA מטריקס, ולאחר מכן חומצת האמינו המחוברת ל-tRNA נכללת בשרשרת הפוליפפטיד ההולכת וגדלה על הריבוזום.
מאמרים הקשורים לנושא:
מבנה RNAs העברה ותפקודם בשלב הראשון (טרום-ריבוזומלי) של ביוסינתזה של חלבון
האם סינתזה של מולקולת חלבון המבוססת על RNA שליח (תרגום). עם זאת, בניגוד לשעתוק, לא ניתן לתרגם רצף נוקלאוטידים ישירות לחומצת אמינו, מכיוון שלתרכובות אלו יש אופי כימי שונה. לכן, תרגום מצריך מתווך בצורת טרנספר RNA (tRNA), שתפקידו לתרגם את הקוד הגנטי ל"שפת" חומצות האמינו.
מאפיינים כלליים של RNA העברה
העברה RNAs או tRNAs הם מולקולות קטנות המספקות חומצות אמינו לאתר של סינתזת חלבון (לריבוזומים). כמות חומצה ריבונוקלאית מסוג זה בתא היא כ-10% ממאגר ה-RNA הכולל.
כמו סוגים אחרים של tRNA, הוא מורכב משרשרת של טריפוספטים ריבונוקליאוזידים. אורך רצף הנוקלאוטידים הוא 70-90 יחידות, וכ-10% מהרכב המולקולה נופל על רכיבים מינוריים.
בשל העובדה שלכל חומצת אמינו יש נשא משלה בצורה של tRNA, התא מסנתז מספר רב של זנים של מולקולה זו. בהתאם לסוג האורגניזם החי, אינדיקטור זה משתנה בין 80 ל-100.
פונקציות tRNA
Transfer RNA הוא הספק של המצע לסינתזת חלבון, המתרחשת בריבוזומים. בשל היכולת הייחודית להיקשר הן לחומצות אמינו והן לרצף התבנית, tRNA פועל כמתאם סמנטי בהעברת מידע גנטי מצורת ה-RNA לצורת החלבון. האינטראקציה של מתווך כזה עם מטריצת קידוד, כמו בתעתיק, מבוססת על עקרון ההשלמה של בסיסים חנקניים.
תפקידו העיקרי של tRNA הוא לקבל יחידות חומצות אמינו ולהעביר אותן למנגנון של סינתזת חלבון. מאחורי התהליך הטכני הזה עומדת משמעות ביולוגית עצומה - יישום הקוד הגנטי. היישום של תהליך זה מבוסס על התכונות הבאות:
- כל חומצות האמינו מקודדות על ידי שלישיות נוקלאוטידים;
- לכל שלישייה (או קודון) ישנו אנטיקודון שהוא חלק מה-tRNA;
- כל tRNA יכול להיקשר רק לחומצת אמינו ספציפית.
לפיכך, רצף חומצות האמינו של חלבון נקבע לפי אילו tRNAs ובאיזה סדר יתקשרו באופן משלים עם RNA שליח במהלך התרגום. הדבר אפשרי בשל נוכחותם של מרכזים פונקציונליים ב-Transfer RNA, שאחד מהם אחראי על התקשרות סלקטיבית של חומצת אמינו, והשני לקישור לקודון. לכן, הפונקציות וקשורות קשר הדוק.
מבנה RNA העברה
הייחודיות של tRNA טמונה בעובדה שהמבנה המולקולרי שלו אינו ליניארי. הוא כולל מקטעים דו-גדיליים סלילניים, הנקראים גבעולים, ו-3 לולאות חד-גדיליות. בצורתו, מבנה זה דומה לעלה תלתן.
במבנה של tRNA, נבדלים הגבעולים הבאים:
- מקבל;
- אנטיקודון;
- דיהידרואורידיל;
- פסאודורידיל;
- נוֹסָף.
גבעולים ספירליים כפולים מכילים 5 עד 7 זוגות ווטסון-קריקסון. בקצה גזע המקובל יש שרשרת קטנה של נוקלאוטידים לא מזווגים, ש-3-הידרוקסיל שבהם הוא אתר ההתקשרות של מולקולת חומצת האמינו המתאימה.
האזור המבני לחיבור עם mRNA הוא אחת מלולאות ה-tRNA. הוא מכיל אנטיקודון משלים לטריפלט הסמנטי, הוא האנטיקודון והקצה המקבל המספקים את תפקוד המתאם של tRNA.
מבנה שלישוני של מולקולה
"עלה תלתן" הוא מבנה משני של tRNA, אולם עקב הקיפול, המולקולה מקבלת מבנה בצורת L, המוחזק יחד בקשרי מימן נוספים.
צורת ה-L היא המבנה השלישוני של tRNA ומורכבת משני סלילי A-RNA כמעט מאונכים, באורך של 7 ננומטר ועובי של 2 ננומטר. לצורה זו של המולקולה יש רק 2 קצוות, לאחד מהם יש אנטיקודון, ולשני יש מרכז מקבל.
תכונות של קשירת tRNA לחומצת אמינו
ההפעלה של חומצות אמינו (התקשרותן ל-RNA ההעברה) מתבצעת על ידי סינתטאז של aminoacyl-tRNA. אנזים זה מבצע בו זמנית 2 פונקציות חשובות:
- מזרז יצירת קשר קוולנטי בין קבוצת ה-3'-הידרוקסיל של גזע המקבל לחומצת האמינו;
- מספק את העיקרון של התאמה סלקטיבית.
לכל אחד מהם יש סינתזה aminoacyl-tRNA משלו. זה יכול לקיים אינטראקציה רק עם הסוג המתאים של מולקולת התחבורה. המשמעות היא שהאנטיקודון של האחרון חייב להיות משלים לטריפלט המקודד לחומצת אמינו מסוימת זו. לדוגמה, לאוצין סינתטאז ייקשר רק ל-tRNA המיועד לאוצין.
ישנם שלושה כיסים קושרי נוקלאוטידים במולקולת aminoacyl-tRNA synthetase, שהקונפורמציה והמטען שלהן משלימים לנוקלאוטידים של האנטיקודון המקביל ב-tRNA. לפיכך, האנזים קובע את מולקולת התחבורה הרצויה. הרבה פחות פעמים, רצף הנוקלאוטידים של גזע המקבל משמש כשבר זיהוי.