Synteza prekursorów rRNA i tRNA przebiega podobnie do syntezy ire-mRNA. Pierwotny transkrypt rybosomalnego RNA nie zawiera intronów i pod działaniem specyficznych RNaz ulega rozszczepieniu, tworząc 28S-, 18S- i 5.8S-pRNA; Synteza 5S-pRNA odbywa się przy udziale polimerazy RNA III.
rRNA i tRNA.
Pierwotne transkrypty tRNA są również przekształcane w formy dojrzałe w wyniku częściowej hydrolizy.
Wszystkie typy RNA biorą udział w biosyntezie białek, jednak ich funkcje w tym procesie są różne. Rolę macierzy określającej pierwszorzędową strukturę białek pełnią informacyjne RNA (mRNA).W badaniu mechanizmów translacji ogromne znaczenie ma wykorzystanie bezkomórkowych systemów biosyntezy białek. Jeśli homogenaty tkankowe inkubuje się z mieszaniną aminokwasów, z których co najmniej jeden jest znakowany, wówczas biosyntezę białek można zarejestrować poprzez włączenie znacznika do białek. Podstawowa struktura syntetyzowanego białka jest określona przez pierwotną strukturę mRNA dodanego do układu. Jeśli układ bezkomórkowy składa się z mRNA globiny (można go wyizolować z retikulocytów), syntetyzowana jest globina (łańcuchy a i (3-globiny); jeśli albumina jest syntetyzowana z mRNA albuminy wyizolowanej z hepatocytów itp.
14. Wartość replikacji:
a) proces ten jest ważnym mechanizmem molekularnym leżącym u podstaw wszystkich typów podziału komórek proeukariotycznych, b) zapewnia wszystkie rodzaje rozmnażania zarówno organizmów jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych,
c) utrzymuje stałość komórki
skład narządów, tkanek i organizmu w wyniku regeneracji fizjologicznej
d) zapewnia długoterminową egzystencję poszczególnych jednostek;
e) zapewnia długotrwałe istnienie gatunków organizmów;
e) proces przyczynia się do dokładnego podwojenia informacji;
g) możliwe są błędy (mutacje) w procesie replikacji, które mogą prowadzić do upośledzenia syntezy białek wraz z rozwojem zmian patologicznych.
Unikalna właściwość cząsteczki DNA do podwajania się przed podziałem komórki nazywana jest replikacją.
Szczególne właściwości natywnego DNA jako nośnika informacji dziedzicznej:
1) replikacja – tworzenie nowych łańcuchów ma charakter komplementarny;
2) samokorekta – polimeraza DNA odcina błędnie replikowane regiony (10-6);
3) naprawa – renowacja;
Realizacja tych procesów zachodzi w komórce przy udziale specjalnych enzymów.
Jak działa system naprawczy Eksperymenty, które odsłoniły mechanizmy naprawy i samo istnienie tej zdolności, przeprowadzono przy pomocy organizmów jednokomórkowych. Ale procesy naprawcze są nieodłącznym elementem żywych komórek zwierząt i ludzi. Niektórzy ludzie cierpią na kserodermę barwnikową. Choroba ta jest spowodowana niezdolnością komórek do resyntezy uszkodzonego DNA. Xeroderma jest dziedziczona. Z czego składa się system napraw? Cztery enzymy wspierające proces naprawy to helikaza DNA, -egzonukleaza, -polimeraza i -ligaza. Pierwszy z tych związków jest w stanie rozpoznać uszkodzenia w łańcuchu cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego. Nie tylko rozpoznaje, ale także przecina łańcuch we właściwym miejscu, aby usunąć zmieniony segment cząsteczki. Sama eliminacja odbywa się za pomocą egzonukleazy DNA. Następnie z aminokwasów syntetyzuje się nowy segment cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego w celu całkowitego zastąpienia uszkodzonego segmentu. Cóż, ostatni akord tej najbardziej złożonej procedury biologicznej wykonywany jest przy użyciu enzymu ligazy DNA. Odpowiada za przyłączenie syntetyzowanego miejsca do uszkodzonej cząsteczki. Gdy wszystkie cztery enzymy wykonają swoją pracę, cząsteczka DNA zostaje całkowicie odnowiona, a wszelkie uszkodzenia należą już do przeszłości. W ten sposób mechanizmy wewnątrz żywej komórki działają w harmonii.
Klasyfikacja Obecnie naukowcy wyróżniają następujące rodzaje systemów reparacji. Są aktywowane w zależności od różnych czynników. Należą do nich: Reaktywacja. odzyskiwanie rekombinacji. Naprawa heterodupleksów. naprawa przez wycięcie. Łączenie niehomologicznych końców cząsteczek DNA. Wszystkie organizmy jednokomórkowe mają co najmniej trzy układy enzymatyczne. Każdy z nich posiada możliwość przeprowadzenia procesu rekonwalescencji. Do systemów tych zalicza się: bezpośredni, wycinający i postreplikacyjny. Prokarioty posiadają te trzy rodzaje naprawy DNA. Jeśli chodzi o eukarionty, mają one do dyspozycji dodatkowe mechanizmy, które nazywane są Miss-mathe i Sos-repair. Biologia szczegółowo zbadała wszystkie rodzaje samoleczenia materiału genetycznego komórek.
15. Kod genetyczny to sposób kodowania sekwencji aminokwasów białek za pomocą sekwencji nukleotydów, charakterystycznej dla wszystkich organizmów żywych. Sekwencja aminokwasów w cząsteczce białka jest szyfrowana jako sekwencja nukleotydów w cząsteczce DNA i nosi nazwę kod genetyczny. Nazywa się region cząsteczki DNA odpowiedzialny za syntezę pojedynczego białka genom.
W DNA stosowane są cztery nukleotydy - adenina (A), guanina (G), cytozyna (C), tymina (T), które w literaturze rosyjskojęzycznej są oznaczone literami A, G, C i T. Litery te tworzą alfabet kodu genetycznego. W RNA stosuje się te same nukleotydy, z wyjątkiem tyminy, którą zastępuje się podobnym nukleotydem - uracylem, co jest oznaczone literą U (U w literaturze rosyjskojęzycznej). W cząsteczkach DNA i RNA nukleotydy układają się w łańcuchy i w ten sposób uzyskuje się sekwencje liter genetycznych.
W przyrodzie do budowy białek wykorzystuje się 20 różnych aminokwasów. Każde białko to łańcuch lub kilka łańcuchów aminokwasów w ściśle określonej kolejności. Sekwencja ta determinuje strukturę białka, a co za tym idzie, wszystkie jego właściwości biologiczne. Zestaw aminokwasów jest także uniwersalny dla niemal wszystkich organizmów żywych.
Implementacja informacji genetycznej w żywych komórkach (tj. synteza białka kodowanego przez gen) odbywa się za pomocą dwóch procesów macierzowych: transkrypcji (tj. syntezy mRNA na matrycy DNA) i translacji kodu genetycznego na aminokwas sekwencję (synteza łańcucha polipeptydowego na matrycy mRNA). Trzy kolejne nukleotydy wystarczą do zakodowania 20 aminokwasów oraz sygnału stop, co oznacza koniec sekwencji białka. Zestaw trzech nukleotydów nazywany jest tripletem. Akceptowane skróty odpowiadające aminokwasom i kodonom pokazano na rysunku.
Właściwości kodu genetycznego
Tripletity - znacząca jednostka kodu to kombinacja trzech nukleotydów (triplet lub kodon).
Ciągłość - pomiędzy trójkami nie ma znaków interpunkcyjnych, co oznacza, że informacja jest odczytywana w sposób ciągły.
Brak nakładania się - ten sam nukleotyd nie może być jednocześnie częścią dwóch lub więcej tripletów. (Nie dotyczy niektórych nakładających się genów w wirusach, mitochondriach i bakteriach, które kodują białka z wieloma przesunięciami ramki odczytu).
Jednoznaczność – określony kodon odpowiada tylko jednemu aminokwasowi. (Właściwość nie jest uniwersalna. Kodon UGA w Euplotes crassus koduje dwa aminokwasy, cysteinę i selenocysteinę)
Degeneracja (redundancja) - temu samemu aminokwasowi może odpowiadać kilka kodonów.
Uniwersalność – kod genetyczny działa tak samo w organizmach o różnym stopniu złożoności – od wirusów po człowieka (na tym opierają się metody inżynierii genetycznej) (Istnieje również szereg wyjątków od tej właściwości, patrz tabela w rozdziale „Odmiany standardowy kod genetyczny” w tym artykule).
16.Warunki biosyntezy
Biosynteza białek wymaga informacji genetycznej cząsteczki DNA; informacyjny RNA - nośnik tej informacji z jądra do miejsca syntezy; rybosomy - organelle, w których zachodzi faktyczna synteza białek; zestaw aminokwasów w cytoplazmie; transportują RNA kodujące aminokwasy i przenoszą je do miejsca syntezy na rybosomach; ATP jest substancją dostarczającą energii do procesu kodowania i biosyntezy.
Gradacja
Transkrypcja- proces biosyntezy wszystkich typów RNA na macierzy DNA, który odbywa się w jądrze.
Pewna część cząsteczki DNA ulega despiralizacji, a wiązania wodorowe pomiędzy dwoma łańcuchami ulegają zniszczeniu pod działaniem enzymów. Na jednej nici DNA, podobnie jak na matrycy, z nukleotydów syntetyzowana jest kopia RNA zgodnie z zasadą komplementarności. W zależności od regionu DNA, w ten sposób syntetyzowane są RNA rybosomalne, transportowe i informacyjne.
Po syntezie mRNA opuszcza jądro i trafia do cytoplazmy, do miejsca syntezy białek na rybosomach.
Audycja- proces syntezy łańcuchów polipeptydowych, przeprowadzany na rybosomach, gdzie mRNA jest pośrednikiem w przekazywaniu informacji o pierwotnej strukturze białka.
Biosynteza białek składa się z szeregu reakcji.
1. Aktywacja i kodowanie aminokwasów. tRNA ma postać liścia koniczyny, w którego centralnej pętli znajduje się tripletowy antykodon odpowiadający kodowi określonego aminokwasu i kodonowi na mRNA. Każdy aminokwas jest połączony z odpowiednim tRNA za pomocą energii ATP. Tworzy się kompleks tRNA-aminokwas, który przedostaje się do rybosomów.
2. Tworzenie kompleksu mRNA-rybosom. mRNA w cytoplazmie jest połączone rybosomami na ziarnistej ER.
3. Składanie łańcucha polipeptydowego. tRNA z aminokwasami, zgodnie z zasadą komplementarności antykodonu z kodonem, łączą się z mRNA i wchodzą do rybosomu. W centrum peptydowym rybosomu tworzy się wiązanie peptydowe pomiędzy dwoma aminokwasami, a uwolniony tRNA opuszcza rybosom. Jednocześnie mRNA za każdym razem przesuwa się o jedną trójkę, wprowadzając nowy tRNA - aminokwas i usuwając uwolnione tRNA z rybosomu. Cały proces jest zasilany przez ATP. Jeden mRNA może łączyć się z kilkoma rybosomami, tworząc polisom, w którym jednocześnie syntetyzowanych jest wiele cząsteczek jednego białka. Synteza kończy się, gdy w mRNA zaczynają się bezsensowne kodony (kody stop). Rybosomy oddzielają się od mRNA, usuwane są z nich łańcuchy polipeptydowe. Ponieważ cały proces syntezy odbywa się na ziarnistej siateczce śródplazmatycznej, powstałe łańcuchy polipeptydowe przedostają się do kanalików EPS, gdzie uzyskują ostateczną strukturę i zamieniają się w cząsteczki białka.
Wszystkie reakcje syntezy są katalizowane przez specjalne enzymy wykorzystujące energię ATP. Szybkość syntezy jest bardzo wysoka i zależy od długości polipeptydu. Na przykład w rybosomie Escherichia coli białko składające się z 300 aminokwasów jest syntetyzowane w ciągu około 15-20 sekund.
Wszystkie tRNA mają wspólne cechy zarówno pod względem struktury pierwszorzędowej, jak i sposobu, w jaki łańcuch polinukleotydowy jest składany w strukturę drugorzędową w wyniku interakcji pomiędzy zasadami reszt nukleotydowych.
Podstawowa struktura tRNA
tRNA są stosunkowo małymi cząsteczkami, ich długość łańcucha waha się od 74 do 95 reszt nukleotydowych. Wszystkie tRNA mają ten sam koniec 3', zbudowany z dwóch reszt cytozyny i jednej adenozyny (koniec CCA). To adenozyna na końcu 3' wiąże się z resztą aminokwasu podczas tworzenia aminoacylo-tRNA. Koniec CCA jest przyłączony do wielu tRNA za pomocą specjalnego enzymu. Triplet nukleotydów komplementarny do kodonu aminokwasu (antykodon) znajduje się mniej więcej pośrodku łańcucha tRNA. Te same (konserwatywne) reszty nukleotydowe znajdują się w pewnych pozycjach sekwencji w prawie wszystkich typach tRNA. Niektóre pozycje mogą zawierać albo tylko zasady purynowe, albo tylko zasady pirymidynowe (nazywa się je resztami półkonserwatywnymi).
Wszystkie cząsteczki tRNA charakteryzują się obecnością dużej liczby (do 25% wszystkich reszt) różnych modyfikowanych nukleozydów, często nazywanych mniejszymi. Powstają w różnych miejscach cząsteczek, w wielu przypadkach dobrze określonych, w wyniku modyfikacji zwykłych reszt nukleozydowych za pomocą specjalnych enzymów.
Struktura drugorzędowa tRNA
złożenie łańcucha w strukturę wtórną następuje w wyniku wzajemnego uzupełniania się odcinków łańcucha. Trzy fragmenty łańcuszka uzupełniają się, gdy są złożone jeden na drugim, tworząc struktury typu spinki do włosów. Ponadto koniec 5" jest uzupełnieniem miejsca znajdującego się blisko końca 3" łańcucha, z ich ułożeniem antyrównoległym; tworzą tzw. rdzeń akceptorowy. Rezultatem jest struktura charakteryzująca się obecnością czterech łodyg i trzech pętli, zwana „koniczyną”. Łodyga z pętlą tworzy gałąź. Na dole znajduje się gałąź antykodonu zawierająca triplet antykodonu jako część swojej pętli. Po jego lewej i prawej stronie znajdują się gałęzie D i T, odpowiednio nazwane ze względu na obecność w swoich pętlach niezwykłych konserwatywnych nukleozydów dihydrourydyny (D) i tymidyny (T). Sekwencje nukleotydowe wszystkich badanych tRNA można złożyć w podobne struktury. Oprócz trzech pętli koniczyny, w strukturze tRNA izolowana jest również dodatkowa lub zmienna pętla (pętla V). Jego wielkość różni się znacznie w różnych tRNA i waha się od 4 do 21 nukleotydów, a według najnowszych danych do 24 nukleotydów.
Przestrzenna (trzeciorzędowa) struktura tRNA
W wyniku interakcji elementów struktury wtórnej powstaje struktura trzeciorzędowa, zwana formą L ze względu na podobieństwo do łacińskiej litery L (ryc. 2 i 3). Dzięki ułożeniu zasad łodyga akceptorowa i łodyga T koniczyny tworzą jedną ciągłą podwójną helisę, a pozostałe dwie łodygi tworzą antykodon, a łodygi D kolejną ciągłą podwójną helisę. W tym przypadku pętle D i T okazują się być blisko siebie i są łączone ze sobą, tworząc dodatkowe, często nietypowe pary zasad. Z reguły w tworzeniu tych par biorą udział reszty konserwatywne lub półkonserwatywne. Podobne interakcje trzeciorzędowe spajają również niektóre inne części struktury L
70-90N | strona dodatkowa - koniczyna | CCA 3" const dla wszystkich tRNA |
obecność tyminy, pseudourydyny-psi, digirourydyny DGU w pętli D - ochrona przed rybonukleazami? długowieczny | Różnorodność pierwszorzędowych struktur tRNA - 61 + 1 - według liczby kodonów + tRNA formylometioniny, antykodon kota jest taki sam jak tRNA metioniny. Różnorodność struktur trzeciorzędowych - 20 (w zależności od liczby aminokwasów) | rozpoznanie - utworzenie wiązania kowalencyjnego m-y tRNA i akt | Syntetazy aminoacylo-tRNA przyłączają akty do tRNA
Funkcją tRNA jest przenoszenie aminokwasów z cytoplazmy do rybosomów, w których zachodzi synteza białek.
tRNA wiążące jeden aminokwas nazywane są izoakceptorami.
W sumie w komórce istnieją jednocześnie 64 różne tRNA.
Każdy tRNA łączy się w pary tylko z własnym kodonem.
Każdy tRNA rozpoznaje swój własny kodon bez udziału aminokwasu. Aminokwasy związane z tRNA zmodyfikowano chemicznie, po czym poddano analizie powstały polipeptyd, który zawierał zmodyfikowany aminokwas. Cysteinylo-tRNACys (R=CH2-SH) zredukowano do alanylo-tRNACys (R=CH3).
Większość tRNA, niezależnie od ich sekwencji nukleotydowej, ma strukturę drugorzędową w kształcie koniczyny ze względu na obecność w niej trzech spinek do włosów.
Cechy strukturalne tRNA
Na 3" końcu cząsteczki zawsze znajdują się cztery niesparowane nukleotydy, a trzy z nich to koniecznie CCA. Końce 5" i 3" łańcucha RNA tworzą rdzeń akceptorowy. Łańcuchy są utrzymywane razem dzięki komplementarnemu parowaniu siedem nukleotydów 5" - koniec z siedmioma nukleotydami zlokalizowanymi w pobliżu 3" końca. 2. Wszystkie cząsteczki mają spinkę do włosów T? C, oznaczoną tak, ponieważ zawiera dwie niezwykłe reszty: rybotymidynę (T) i pseudourydynę (? Spinka do włosów składa się z podwójnej -niciowy rdzeń złożony z pięciu sparowanych zasad, w tym pary G-C, i pętla o długości siedmiu nukleotydów.
w tym samym punkcie pętli. 3. W spince do włosów z antykodonem łodyga jest zawsze reprezentowana przez rodzinę par
fusy. Triplet komplementarny do pokrewnego kodonu, antykodon, znajduje się w pętli.
le, składający się z siedmiu nukleotydów. Niezmienny ura-
cyl i zmodyfikowana cytozyna, a z reguły do jej 3-końca przylega zmodyfikowana puryna
adenina. 4. Kolejna spinka do włosów składa się z łodygi o długości od trzech do czterech par zasad i zmiennej pętli.
wielkości, często zawierające uracyl w postaci zredukowanej – dihydrouracyl (DU). Sekwencje nukleotydowe łodyg, liczba nukleotydów pomiędzy rdzeniem antykodonu a rdzeniem TΔC (pętla zmienna), jak również wielkość pętli i lokalizacja reszt dihydrouracylu w pętli DU różnią się najbardziej.
[Piosenkarka, 1998].
Trzeciorzędowa struktura tRNA
Konstrukcja w kształcie litery L.
Przyłączenie aminokwasów do tRNA
Aby aminokwas utworzył łańcuch polipeptydowy, musi zostać przyłączony do tRNA przez enzym syntetazę aminoacylo-tRNA. Enzym ten tworzy kowalencyjne wiązanie pomiędzy grupą karboksylową aminokwasu a grupą hydroksylową rybozy na końcu 3' tRNA z udziałem ATP. Syntetaza aminoacylo-tRNA rozpoznaje specyficzny kodon nie ze względu na obecność antykodonu w tRNA, ale na podstawie obecności specyficznego miejsca rozpoznawania w tRNA.
W sumie w komórce występuje 21 różnych syntetaz aminoacylo-tRNA.
Dołączenie odbywa się w dwóch etapach:
1. Grupa karboksylowa aminokwasu jest przyłączona do a-fosforanu ATP. Powstały niestabilny adenylan aminoacylu jest stabilizowany przez wiązanie z enzymem.
2. Przeniesienie grupy aminoacylowej aminoacyloadenylanu do grupy 2' lub 3'-OH końcowej rybozy tRNA
Niektóre syntetazy aminoacylo-tRNA składają się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego, podczas gdy inne składają się z dwóch lub czterech identycznych łańcuchów, każdy o masie cząsteczkowej od 35 do 115 kDa. Niektóre enzymy dimeryczne i tetrameryczne składają się z dwóch typów podjednostek. Nie ma wyraźnej korelacji między wielkością cząsteczki enzymu lub naturą jej struktury podjednostki i specyficznością.
Specyficzność enzymu zależy od jego silnego wiązania z końcem akceptorowym tRNA, regionem DU i pętlą zmienną. Wydaje się, że niektóre enzymy nie rozpoznają tripletu antykodonu i katalizują reakcję aminoacetylacji, nawet jeśli antykodon ulega zmianie. Jednakże niektóre enzymy wykazują zmniejszoną aktywność w stosunku do tak zmodyfikowanych tRNA i przy wymianie antykodonu dodają niewłaściwy aminokwas.
70-90n | strona dodatkowa - koniczyna | CCA 3" const dla wszystkich tRNA |
obecność tyminy, pseudourydyny-psi, digirourydyny DGU w pętli D - ochrona przed rybonukleazami? długowieczny | Różnorodność pierwszorzędowych struktur tRNA - 61 + 1 - według liczby kodonów + tRNA formylometioniny, antykodon kota jest taki sam jak tRNA metioniny. Różnorodność struktur trzeciorzędowych - 20 (w zależności od liczby aminokwasów)
Istnieją dwa typy tRNA wiążącego metioninę: tRNAFMet i tRNAMMet u prokariotów oraz tRNAIMet i tRNAMMet u eukariontów. Do każdego tRNA dodaje się metioninę, stosując odpowiednią syntezę aminoacylo-tRNA. metionina przyłączona do tRNAFMet i tRNAIMet jest tworzona przez enzym metionylo-tRNA-transformylazę do Fmet-tRNAFMet. tRNA obciążone formylometioniną rozpoznają kodon inicjacyjny AUG.
Literatura:
Niestety nie ma bibliografii.
Artykuł ten jest drugim z serii autopublikacji, którą należy przeczytać po przeczytaniu pierwszego artykułu.Właściwości kodu genetycznego – ślad jego występowania . Bardzo wskazane jest, aby osoby nieznające podstaw biologii molekularnej przeczytały artykuł O.O. Faworyza” „. Ważne jest, aby zrozumieć, aby zrozumieć JAK kod genetyczny, konieczne jest zrozumienie JAK funkcjonuje we współczesnych organizmach. W tym celu konieczne jest zagłębienie się w molekularne mechanizmy kodowanej syntezy białek. Aby zrozumieć ten artykuł, ważne jest, aby zrozumieć, jak ułożona jest cząsteczka RNA i czym różni się ona od cząsteczki DNA.
Zrozumienie tematu pochodzenia życia w ogóle, a w szczególności pojawienia się kodu genetycznego, jest po prostu niemożliwe bez zrozumienia podstawowych mechanizmów molekularnych w organizmach żywych, przede wszystkim dwóch aspektów - reprodukcji dziedzicznych cząsteczek (kwasów nukleinowych) i białka synteza. Dlatego też niniejszy artykuł poświęcony jest przede wszystkim przedstawieniu tego minimum wiedzy, dzięki któremu można zrozumieć bogaty i dość interesujący materiał związany z pochodzeniem kodu genetycznego (GC).
Zapoznanie się z molekularnymi mechanizmami syntezy białek najlepiej rozpocząć od zbadania struktury jednego z kluczowych składników i jednej z najstarszych struktur organizmów żywych – cząsteczki transferowego RNA (lub tRNA). Cząsteczka tRNA ma niezwykle konserwatywną strukturę, która jest podobna we wszystkich żywych organizmach. Struktura ta zmienia się w trakcie ewolucji na tyle wolno, że pozwala nam wydobyć wiele informacji o tym, jak mogły wyglądać najstarsze systemy syntezy białek w początkowej fazie ich powstawania. Dlatego mówi się, że cząsteczka tRNA jestrelikt molekularny.
Relikt molekularny lub molekularna skamielina to abstrakcja oznaczająca starożytne mechanizmy oraz struktury molekularne i supramolekularne występujące we współczesnych organizmach, która pozwala wydobyć informacje o budowie najstarszych układów żywych. Relikty molekularne obejmują cząsteczki rybosomalnego i transferowego RNA, syntetazy aminoacylo-tRNA, polimerazy DNA i RNA oraz kod genetyczny, jako sposób kodowania, a także szereg innych struktur i mechanizmów molekularnych. Ich analiza jest kluczowym źródłem informacji o tym, jak mogło powstać życie kod genetyczny, w szczególności. Rozważmy bardziej szczegółowo strukturę tRNA i jego części, które zmieniają się tak wolno podczas ewolucji, że nadal zawierają wiele informacji o starożytnych tRNA, które istniały ponad 3,5 miliarda lat temu.
Cząsteczka tRNA jest stosunkowo mała, jej długość waha się od 74 do 95 reszt nukleotydowych, najczęściej 76 nukleotydów (patrz ryc. 1).W sekwencji tRNA tzwkonserwatywny reszty nukleotydowe to reszty nukleotydowe zlokalizowane w ściśle określonych sekwencjach w prawie wszystkich cząsteczkach tRNA. Poza tym wyróżnij siępółkonserwatywny reszty nukleotydowe to reszty reprezentowane wyłącznie przez zasady purynowe lub pirymidynowe w ściśle określonych sekwencjach tRNA. Ponadto różne regiony tRNA zmieniają się w znacząco różnym tempie.
Do 25% wszystkich reszt nukleotydowych to zmodyfikowane nukleozydy, często określane jako drobny . Opisano już ponad 60 drobnych pozostałości. Powstają w wyniku modyfikacji zwykłych reszt nukleozydowych za pomocą specjalnych enzymów.
Pseudourydyna (5-rybofuranozylouracyl, Ψ), 5,6-dihydrourydyna (D), 4-tiourydyl i inozyna. W artykule opisano budowę niektórych zmodyfikowanych zasad oraz częściowo ich rolę
Oprócz struktury pierwotnej (jest to po prostu sekwencja nukleotydów), cząsteczka tRNA ma strukturę drugorzędową i trzeciorzędową.
Struktura drugorzędowa wynika z tworzenia wiązań wodorowych pomiędzy nukleotydami. Już w szkole uczą o wiązaniach wodorowych podczas komplementarnego parowania nukleotydów (A-U i G-C ten typ parowania nukleotydów nazywa się kanonicznym), ale znaczna liczba wiązań niekanonicznych powstaje także w cząsteczkach tRNA, w szczególności pomiędzy G i U, które będą nieco słabsze i mniej korzystne energetycznie).
Ryż. 1. Uogólniona struktura drugorzędowa tRNA (po lewej) i ogólnie przyjęta numeracja nukleotydów w tRNA (po prawej). Tak to wygląda u prawie wszystkich żywych organizmów. Na prawym rysunku konserwatywne nukleotydy zaznaczono pogrubionymi kółkami.
Oznaczenia:N - dowolny nukleotyd, T - tymina, D - dihydrourydyna, Ψ - pseudourydyna, R - nukleotyd purynowy.
W rezultacie powstaje tak zwana struktura koniczyny.W strukturze liścia koniczyny znajdują się: łodyga akceptorowa i trzy gałęzie, czyli domeny (ramiona): antykodon (składa się z dwuniciowej łodygi antykodonu (trzon) i pętla antykodonu (pętla), dihydrourydyna lubD- oddział lubD-domena (również z pętli dihydrourydyny i łodygi) iTΨC-gałąź lub po prostu gałąź T lub domena T (pętla T i rdzeń T). Oprócz trzech pętelek koniczyny istnieje również tzw. pętla dodatkowa lub zmienna. Długość zmiennej pętli waha się od 4 do 24 nukleotydów.
Dlaczego drugorzędowa struktura tRNA ma kształt liścia koniczyny? Odpowiedzi na to pytanie udzielił M. Eigen [Eigen M, Winkler R.1979] . Fakt jest takiprzy długości łańcucha RNA wynoszącej 80 nukleotydów o losowej sekwencji najbardziej prawdopodobna jest struktura drugorzędowa z 3-4 płatkami. Chociaż spinka do włosów z tylko jedną pętlą ma maksymalną liczbę par zasad, taka struktura w losowych sekwencjach jest mało prawdopodobna. Dlatego rozsądne jest uznanie, że struktury podobne do tRNA (to znaczy struktury z 3-4 pętlami) były najczęstszymi cząsteczkami na etapie życia RNA i RNA-białko. Dodatkowe argumenty na rzecz tego twierdzenia zostaną podane w kolejnych artykułach.
Trzeciorzędowa struktura tRNA.
Trzeciorzędowa struktura tRNA odpowiada rzeczywistej strukturze przestrzennej. Dostała to imięL-formy, ze względu na podobieństwo struktury trzeciorzędowej do formy łacińskiej dużej litery „L„. Struktura trzeciorzędowa powstaje w wyniku interakcji elementów struktury wtórnej. Weź udział w jego powstaniu interakcje stakowe fusy. W wyniku ułożenia zasad akceptor i łodyga T koniczyny tworzą jedną ciągłą podwójną helisę, tworząc jeden z „prętów”L-formy. Antykodon iD- łodygi tworzą kolejny "kij" tego listu,D- IT-pętle w takiej strukturze okazują się bliskie i są ze sobą łączone, tworząc dodatkowe, często nietypowe pary zasad, które z reguły tworzą reszty konserwatywne lub półkonserwatywne. W świetle tego zaangażowania podstaw konserwatywnych i półkonserwatywnych w edukacjęL-formy stają się jasne, ich obecność wT- ID-pętle. Tworzenie struktury w kształcie litery L i jej interakcję z APCase pokazano schematycznie na ryc. 2.
Ryż. 2.Program edukacji przestrzennejL-kształtna struktura tRNA i jej oddziaływanie z ARSase oh.
Strzałka wskazuje miejsce przyłączenia aminokwasu podczas aminoacylowania syntetazy tRNA. Domena akceptora tRNA jest zaznaczona na czerwono, domena antykodonu jest podświetlona na niebiesko. Owale wskazują domeny APCase: zielony to domena katalityczna zawierająca domenę wiążącą i aminoacylującą regionu akceptora tRNA, żółty i pomarańczowy to domena zmienna APCase. W zależności od wielkości tej domeny, APCase a rozpoznaje region antykodonu jako domenę zmienną (domena jest zaznaczona na żółto) lub go nie rozpoznaje (domena jest zaznaczona na pomarańczowo).
Zasady antykodonu są odwróconewewnątrz Lcząsteczka w kształcie.
Transferowe RNA we wszystkich żywych organizmach spełniają kolejno trzy funkcje niezbędne do syntezy białek:
1) akceptor - za pomocą enzymów białkowych (syntataza aminoacylo-tRNA) kowalencyjnie przyłącza ściśle określony aminokwas do reszty aminoacylowej (dla każdego aminokwasu - ściśle własnego jednego lub czasami kilku różnych tRNA);2) transport - transportuje aminokwas do określonego miejsca na rybosomie;3) adaptacyjny - w połączeniu z rybosomem jest w stanie specyficznie rozpoznać triplet kodu genetycznego na matrix RNA, po czym aminokwas przyłączony do tRNA zostaje włączony do rosnącego łańcucha polipeptydowego na rybosomie.
Artykuły powiązane z tematem:
Struktura transferowych RNA i ich funkcja na pierwszym (przedrybosomalnym) etapie biosyntezy białek
Czy synteza cząsteczki białka opiera się na informacyjnym RNA (translacja). Jednakże, w przeciwieństwie do transkrypcji, sekwencji nukleotydowej nie można bezpośrednio przełożyć na aminokwas, ponieważ związki te mają inny charakter chemiczny. Dlatego translacja wymaga pośrednika w postaci transferowego RNA (tRNA), którego funkcją jest tłumaczenie kodu genetycznego na „język” aminokwasów.
Ogólna charakterystyka transferowego RNA
Transferowe RNA lub tRNA to małe cząsteczki, które dostarczają aminokwasy do miejsca syntezy białek (do rybosomów). Ilość tego typu kwasu rybonukleinowego w komórce wynosi około 10% całkowitej puli RNA.
Podobnie jak inne typy tRNA, składa się z łańcucha trifosforanów rybonukleozydów. Długość sekwencji nukleotydowej wynosi 70-90 jednostek, a około 10% składu cząsteczki przypada na mniejsze składniki.
Ze względu na to, że każdy aminokwas ma swój własny nośnik w postaci tRNA, komórka syntetyzuje dużą liczbę odmian tej cząsteczki. W zależności od rodzaju żywego organizmu wskaźnik ten waha się od 80 do 100.
Funkcje tRNA
Transferowy RNA jest dostawcą substratu do syntezy białek, która zachodzi w rybosomach. Ze względu na wyjątkową zdolność wiązania się zarówno z aminokwasami, jak i sekwencją matrycową, tRNA pełni rolę semantycznego adaptera w przekazywaniu informacji genetycznej z postaci RNA do postaci białka. Oddziaływanie takiego mediatora z matrycą kodującą, podobnie jak w transkrypcji, opiera się na zasadzie komplementarności zasad azotowych.
Główną funkcją tRNA jest przyjmowanie jednostek aminokwasów i transport ich do aparatu syntezy białek. Za tym procesem technicznym kryje się ogromne znaczenie biologiczne – implementacja kodu genetycznego. Realizacja tego procesu opiera się na następujących cechach:
- wszystkie aminokwasy są kodowane przez triplety nukleotydów;
- dla każdego tripletu (lub kodonu) istnieje antykodon będący częścią tRNA;
- każdy tRNA może wiązać się tylko z określonym aminokwasem.
Zatem sekwencja aminokwasów białka jest określona przez to, które tRNA i w jakiej kolejności będą komplementarnie oddziaływać z informacyjnym RNA podczas translacji. Jest to możliwe dzięki obecności w transferowym RNA centrów funkcjonalnych, z których jeden odpowiada za selektywne przyłączenie aminokwasu, a drugi za wiązanie z kodonem. Dlatego funkcje i są ze sobą ściśle powiązane.
Struktura transferowego RNA
Wyjątkowość tRNA polega na tym, że jego struktura molekularna nie jest liniowa. Zawiera spiralne sekcje dwuniciowe, zwane łodygami i 3 jednoniciowe pętle. Kształtem ta konformacja przypomina liść koniczyny.
W strukturze tRNA wyróżnia się następujące łodygi:
- akceptor;
- antykodon;
- dihydrourydyl;
- pseudourydyl;
- dodatkowy.
Podwójne spiralne łodygi zawierają od 5 do 7 par Watsona-Cricksona. Na końcu trzonu akceptorowego znajduje się mały łańcuch niesparowanych nukleotydów, którego grupa 3-hydroksylowa jest miejscem przyłączenia odpowiedniej cząsteczki aminokwasu.
Region strukturalny umożliwiający połączenie z mRNA to jedna z pętli tRNA. Zawiera antykodon komplementarny do trypletu semantycznego.To właśnie antykodon i koniec akceptujący zapewniają tRNA funkcję adaptacyjną.
Trzeciorzędowa struktura cząsteczki
„Liść koniczyny” jest strukturą wtórną tRNA, jednak w wyniku fałdowania cząsteczka uzyskuje konformację w kształcie litery L, która jest spajana dodatkowymi wiązaniami wodorowymi.
Forma L reprezentuje trzeciorzędową strukturę tRNA i składa się z dwóch prawie prostopadłych helis A-RNA, o długości 7 nm i grubości 2 nm. Ta forma cząsteczki ma tylko 2 końce, z których jeden ma antykodon, a drugi ma centrum akceptorowe.
Cechy wiązania tRNA z aminokwasem
Aktywacja aminokwasów (ich przyłączenie do transferowego RNA) przeprowadzana jest przez syntetazę aminoacylo-tRNA. Enzym ten pełni jednocześnie 2 ważne funkcje:
- katalizuje tworzenie wiązania kowalencyjnego pomiędzy grupą 3'-hydroksylową rdzenia akceptorowego a aminokwasem;
- zapewnia zasadę selektywnej zgodności.
Każdy z nich ma własną syntetazę aminoacylo-tRNA. Może oddziaływać jedynie z odpowiednim rodzajem cząsteczki transportowej. Oznacza to, że antykodon tego ostatniego musi być komplementarny do tripletu kodującego ten konkretny aminokwas. Na przykład syntetaza leucyny będzie wiązać się tylko z tRNA przeznaczonym dla leucyny.
W cząsteczce syntetazy aminoacylo-tRNA znajdują się trzy kieszenie wiążące nukleotydy, których konformacja i ładunek są komplementarne do nukleotydów odpowiedniego antykodonu w tRNA. W ten sposób enzym określa pożądaną cząsteczkę transportową. Znacznie rzadziej sekwencja nukleotydów rdzenia akceptorowego służy jako fragment rozpoznawczy.