Rybosomalny RNA

Rybosomalne kwasy rybonukleinowe (rRNA) to kilka cząsteczek RNA, które stanowią podstawę rybosomu. Główną funkcją rRNA jest przeprowadzanie procesu translacji – odczytywanie informacji z mRNA za pomocą cząsteczek adaptorowych tRNA i katalizowanie tworzenia wiązań peptydowych pomiędzy aminokwasami przyłączonymi do tRNA. Rybosomalny RNA stanowi około 80% całkowitego RNA komórki. Jest kodowany przez geny znajdujące się w DNA kilku chromosomów zlokalizowanych w obszarze jąderka zwanym organizatorem jąderkowym.

Sekwencja zasad w rRNA jest podobna we wszystkich organizmach, od bakterii po zwierzęta. rRNA znajduje się w cytoplazmie, gdzie wiąże się z cząsteczkami białek, tworząc razem organelle komórkowe zwane rybosomami. Synteza białek zachodzi na rybosomach. Tutaj „kod” zawarty w mRNA ulega translacji na sekwencję aminokwasów łańcucha polipeptydowego.

Przenieść RNA

Transferowy RNA, tRNA, to kwas rybonukleinowy, którego funkcją jest transport aminokwasów do miejsca syntezy białek. tRNA biorą także bezpośredni udział w wydłużaniu łańcucha polipeptydowego, łącząc się – będąc w kompleksie z aminokwasem – z kodonem mRNA i zapewniając złożoną konformację niezbędną do utworzenia nowego wiązania peptydowego.

Każdy aminokwas ma swój własny tRNA.

tRNA jest jednoniciowym RNA, ale w swojej funkcjonalnej formie ma konformację liścia koniczyny. Składa się z czterech głównych części, które spełniają różne funkcje. „Rdzeń” akceptorowy jest utworzony przez dwie komplementarne, połączone końcowe części tRNA. Składa się z siedmiu par zasad. 3-calowy koniec tego rdzenia jest nieco dłuższy i tworzy region jednoniciowy zakończony sekwencją CCA z wolną grupą OH. Do tego końca jest przyłączony transportowany aminokwas. Pozostałe trzy gałęzie to komplementarne sparowane sekwencje nukleotydowe, które kończą się z niesparowanymi regionami tworzącymi pętle.Środkowa z tych gałęzi – antykodon – składa się z pięciu par nukleotydów i zawiera antykodon w środku swojej pętli.Antykodon to trzy nukleotydy komplementarne do kodonu mRNA, który koduje transportowany aminokwas przez ten tRNA do miejsca syntezy peptydu.

Pomiędzy gałęziami akceptorowymi i antykodonowymi znajdują się dwie gałęzie boczne. W swoich pętlach zawierają zmodyfikowane zasady -dihydrourydynę (pętla D) i triplet T?C, gdzie? - pseudourain (pętla T?C). Pomiędzy gałęziami aitikodonu i TΔC znajduje się dodatkowa pętla zawierająca od 3-5 do 13-21 nukleotydów.

Aminokwas jest kowalencyjnie przyłączony do 3" końca cząsteczki za pomocą enzymu syntetazy aminoacylo-tRNA, specyficznego dla każdego typu tRNA.

tRNA służy jako cząsteczka pośrednia pomiędzy kodonem tripletowym w mRNA a sekwencją aminokwasów łańcucha polipeptydowego. tRNA stanowi około 15% całego komórkowego RNA; te RNA mają najkrótszy łańcuch polinukleotydowy – zawiera średnio 80 nukleotydów. Każda pojedyncza komórka zawiera ponad 20 różnych cząsteczek tRNA. Wszystkie cząsteczki tRNA mają podobną podstawową strukturę. Na końcu 5' cząsteczki tRNA zawsze znajduje się guanina, a na końcu 3' sekwencja zasad CCA.

Sekwencja nukleotydów w pozostałej części cząsteczki jest zmienna i może zawierać „niezwykłe” zasady, takie jak inozyna i pseudouracyl.

Sekwencja zasad w triplecie antykodonu ściśle odpowiada aminokwasowi zawartemu w tej cząsteczce tRNA.

Ryż. 3.

Każdy aminokwas jest przyłączony do jednego ze swoich specyficznych tRNA przy udziale enzymu syntazy aminoacylo-tRNA. Powoduje to utworzenie kompleksu animokwas-tRNA, znanego jako animoacylo-tRNA, w którym energia wiązania pomiędzy końcowym nukleotydem A w triplecie CCA a aminokwasem jest wystarczająca, aby umożliwić późniejsze wiązanie z sąsiednim aminokwasem. W ten sposób syntetyzowany jest łańcuch polipeptydowy.

Jedną z cech tRNA jest obecność w nim nietypowych zasad, które powstają w wyniku modyfikacji chemicznej po włączeniu normalnej zasady do łańcucha polinukleotydowego. Te zmienione zasady determinują dużą różnorodność strukturalną tRNA w ogólnym planie ich struktury. Najbardziej interesujące są modyfikacje zasad tworzących antykodon, które wpływają na specyficzność jego interakcji z kodonem. Na przykład atypowa zasada inozyna, czasami znajdująca się na 1. pozycji antykodonu tRNA, jest zdolna do komplementarnego łączenia się z trzema różnymi trzecimi zasadami kodonu mRNA - U, C i A. Ponieważ jedną z cech kodu genetycznego jest ze względu na degenerację wiele aminokwasów jest szyfrowanych przez kilka kodonów, które zazwyczaj różnią się trzecią zasadą. Ze względu na niespecyficzne wiązanie zmodyfikowanej zasady antykodonu, jeden tRNA rozpoznaje kilka synonimicznych kodonów.

Transferowe RNA, budowa i mechanizm funkcjonalny.

Transferowy RNA (tRNA) odgrywa ważną rolę w procesie wykorzystania przez komórkę informacji dziedzicznej. Dostarczając niezbędne aminokwasy do miejsca złożenia łańcuchów peptydowych, tRNA działa jako pośrednik translacyjny.

Cząsteczki tRNA to łańcuchy polinukleotydowe syntetyzowane z określonych sekwencji DNA. Składają się ze stosunkowo małej liczby nukleotydów -75-95. W wyniku komplementarnego połączenia zasad znajdujących się w różnych częściach łańcucha polinukleotydowego tRNA uzyskuje on strukturę przypominającą kształtem liść koniczyny (ryc. 3.26).

Ryż. 3.26. Struktura typowej cząsteczki tRNA.

Składa się z czterech głównych części, które spełniają różne funkcje. Akceptor„Rdzeń” jest utworzony przez dwie komplementarnie połączone końcowe części tRNA. Składa się z siedmiu par zasad. 3-calowy koniec tego rdzenia jest nieco dłuższy i tworzy region jednoniciowy zakończony sekwencją CCA z wolną grupą OH. Do tego końca jest przyłączony transportowany aminokwas. Pozostałe trzy gałęzie to komplementarne sparowane sekwencje nukleotydowe, które kończą się z niesparowanymi regionami tworzącymi pętle.Środkowa z tych gałęzi – antykodon – składa się z pięciu par nukleotydów i zawiera antykodon w środku swojej pętli.Antykodon to trzy nukleotydy komplementarne do kodonu mRNA, który koduje transportowany aminokwas przez ten tRNA do miejsca syntezy peptydu.

Pomiędzy gałęziami akceptorowymi i antykodonowymi znajdują się dwie gałęzie boczne. W swoich pętlach zawierają zmodyfikowane zasady - dihydrourydynę (pętla D) i triplet TψC, gdzie \y to pseudourydyna (pętla T^C).

Pomiędzy gałęziami aitikodonu i T^C znajduje się dodatkowa pętla zawierająca od 3-5 do 13-21 nukleotydów.

Ogólnie rzecz biorąc, różne typy tRNA charakteryzują się pewną stałością sekwencji nukleotydów, która najczęściej składa się z 76 nukleotydów. Różnice w ich liczbie wynikają głównie ze zmian w liczbie nukleotydów w pętli dodatkowej. Regiony komplementarne, które wspierają strukturę tRNA, są zwykle konserwatywne. Podstawowa struktura tRNA, określona przez sekwencję nukleotydów, tworzy drugorzędową strukturę tRNA, która ma kształt liścia koniczyny. Z kolei struktura wtórna determinuje trójwymiarową strukturę trzeciorzędową, która charakteryzuje się utworzeniem dwóch prostopadle położonych podwójnych helis (ryc. 3.27). Jedną z nich tworzą gałęzie akceptorowe i TψC, drugą zaś gałęzie antykodonowe i D.

Transportowany aminokwas znajduje się na końcu jednej z podwójnych helis, a antykodon znajduje się na końcu drugiej. Obszary te są położone jak najdalej od siebie. Stabilność trzeciorzędowej struktury tRNA jest zachowana dzięki występowaniu dodatkowych wiązań wodorowych pomiędzy zasadami łańcucha polinukleotydowego, zlokalizowanymi w różnych jego częściach, ale przestrzennie blisko siebie w strukturze trzeciorzędowej.

Różne typy tRNA mają podobne struktury trzeciorzędowe, chociaż z pewnymi różnicami.

Ryż. 3,27. Organizacja przestrzenna tRNA:

I - drugorzędowa struktura tRNA w postaci „koniczyny”, zdeterminowana jego pierwotną strukturą (kolejność nukleotydów w łańcuchu);

II - dwuwymiarowa projekcja trzeciorzędowej struktury tRNA;

III - schemat ułożenia cząsteczki tRNA w przestrzeni

ZAŁĄCZNIK (gdyby ktoś nie zrozumiał)

Błyskawiczne zęby - nukleotydy (Adenina-Tymina/Uracyl/, Guanina-Cytazyna). Każda błyskawica to DNA.

Aby przenieść informację z DNA, należy przerwać 2 nici. Wiązaniem pomiędzy A-T i G-C jest wodór, dlatego łatwo je rozrywa enzym Helikaza:

Aby zapobiec tworzeniu się sęków (dla przykładu skręciłam ręcznik):

Aby zapobiec skręceniu łańcucha, jedna nić DNA w miejscu początku replikacji jest odcinana przez topoizomerazę.

Gdy jedna nić jest wolna, druga może łatwo obracać się wokół własnej osi, łagodząc w ten sposób napięcie podczas „odwijania”. Pojawiają się węzły, energia jest oszczędzana.

Następnie potrzebny jest starter RNA, aby rozpocząć składanie RNA. Białko, które składa mRNA, nie może po prostu złożyć pierwszego nukleotydu, potrzebuje do rozpoczęcia kawałka RNA (jest tam szczegółowo napisane, napiszę później). Ten fragment nazywa się starterem RNA. I to białko przyłącza już do niego pierwszy nukleotyd.

Struktura i funkcje RNA

RNA- polimer, którego monomery są rybonukleotydy. W przeciwieństwie do DNA, RNA składa się nie z dwóch, ale z jednego łańcucha polinukleotydowego (z wyjątkiem niektórych wirusów zawierających RNA, które mają dwuniciowy RNA). Nukleotydy RNA są zdolne do tworzenia między sobą wiązań wodorowych. Łańcuchy RNA są znacznie krótsze niż łańcuchy DNA.

Monomer RNA - nukleotyd (rybonukleotyd)- składa się z pozostałości trzech substancji: 1) zasady azotowej, 2) pięciowęglowego monosacharydu (pentozy) i 3) kwasu fosforowego. Zasady azotowe RNA również należą do klas pirymidyn i puryn.

Zasadami pirymidynowymi RNA są uracyl, cytozyna, a zasadami purynowymi są adenina i guanina. Monosacharydem nukleotydowym RNA jest ryboza.

Atrakcja trzy typy RNA: 1) informacyjny(posłaniec) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) rybosomalny RNA - rRNA.

Wszystkie typy RNA są nierozgałęzionymi polinukleotydami, mają specyficzną konformację przestrzenną i biorą udział w procesach syntezy białek. Informacje o strukturze wszystkich typów RNA są przechowywane w DNA. Proces syntezy RNA na matrycy DNA nazywa się transkrypcją.

Transferowe RNA zwykle zawierają 76 (od 75 do 95) nukleotydów; masa cząsteczkowa - 25 000–30 000. tRNA stanowi około 10% całkowitej zawartości RNA w komórce. Funkcje tRNA: 1) transport aminokwasów do miejsca syntezy białek, do rybosomów, 2) pośrednik translacyjny. W komórce występuje około 40 rodzajów tRNA, każdy z nich ma unikalną sekwencję nukleotydów. Jednakże wszystkie tRNA mają kilka wewnątrzcząsteczkowych regionów komplementarnych, dzięki czemu tRNA uzyskują konformację przypominającą liść koniczyny. Każde tRNA ma pętlę kontaktową z rybosomem (1), pętlę antykodonową (2), pętlę kontaktową z enzymem (3), rdzeń akceptorowy (4) i antykodon (5). Aminokwas dodaje się do 3-calowego końca łodygi akceptorowej. Antykodon- trzy nukleotydy „identyfikujące” kodon mRNA. Należy podkreślić, że specyficzny tRNA może transportować ściśle określony aminokwas odpowiadający jego antykodonowi. Specyficzność połączenia aminokwasu z tRNA osiągana jest dzięki właściwościom enzymu syntetazy aminoacylo-tRNA.

Rybosomalny RNA zawierają 3000–5000 nukleotydów; masa cząsteczkowa - 1 000 000–1 500 000. rRNA stanowi 80–85% całkowitej zawartości RNA w komórce. W kompleksie z białkami rybosomalnymi rRNA tworzy rybosomy - organelle przeprowadzające syntezę białek. W komórkach eukariotycznych synteza rRNA zachodzi w jąderkach. Funkcje rRNA: 1) niezbędny składnik strukturalny rybosomów i tym samym zapewniający funkcjonowanie rybosomów; 2) zapewnienie interakcji rybosomu i tRNA; 3) wstępne związanie rybosomu z kodonem inicjatorowym mRNA i określenie ramki odczytu, 4) utworzenie aktywnego centrum rybosomu.

Cytoplazma komórek zawiera trzy główne funkcjonalne typy RNA:

• informacyjne RNA (mRNA), które działają jako szablony do syntezy białek;
• rybosomalne RNA (rRNA), które pełnią funkcję składników strukturalnych rybosomów;
• transferujące RNA (tRNA) zaangażowane w translację (translację) informacji mRNA na sekwencję aminokwasową cząsteczki białka.

Jądrowy RNA znajduje się w jądrze komórkowym i stanowi od 4 do 10% całkowitego RNA komórkowego. Większość jądrowego RNA jest reprezentowana przez prekursory rybosomalnego i transferowego RNA o dużej masie cząsteczkowej. Prekursory rRNA o dużej masie cząsteczkowej (RNA 28 S, 18 S i 5 S) są zlokalizowane głównie w jąderku.

RNA jest podstawowy materiał genetyczny w niektórych wirusach zwierzęcych i roślinnych (genomowy RNA). Większość wirusów RNA charakteryzuje się odwrotną transkrypcją genomu RNA, kierowaną przez odwrotną transkryptazę.

Wszystkie kwasy rybonukleinowe są polimery rybonukleotydowe, połączone, jak w cząsteczce DNA, wiązaniami 3”,5”-fosforodiestrowymi. W przeciwieństwie do DNA, które ma strukturę dwuniciową, RNA jest jednołańcuchowe liniowe cząsteczki polimeru.

Struktura mRNA. mRNA jest najbardziej niejednorodną klasą RNA pod względem wielkości i stabilności. Zawartość mRNA w komórkach wynosi 2-6% całkowitej ilości RNA. mRNA składają się z odcinków zwanych cistronami, które określają sekwencję aminokwasów w kodowanych przez nie białkach.

Struktura tRNA . Transferowe RNA działają jako pośrednicy (adaptery) podczas translacji mRNA. Stanowią około 15% całkowitego RNA komórkowego. Każdy z 20 aminokwasów proteinogennych ma swój własny tRNA. Dla niektórych aminokwasów kodowanych przez dwa lub więcej kodonów istnieje kilka tRNA. tRNA to stosunkowo małe jednoniciowe cząsteczki składające się z 70–93 nukleotydów. Ich masa cząsteczkowa wynosi (2,4-3,1).104 kDa.

Struktura drugorzędowa tRNA powstaje w wyniku utworzenia maksymalnej liczby wiązań wodorowych między wewnątrzcząsteczkowymi komplementarnymi parami zasad azotowych. W wyniku powstania tych wiązań łańcuch polinukleotydowy tRNA skręca się, tworząc spiralne gałęzie zakończone pętlami niesparowanych nukleotydów. Przestrzenna reprezentacja drugorzędowych struktur wszystkich tRNA ma postać liść koniczyny.

W „liściu koniczyny” są cztery wymagane gałęzie, zawierają również dłuższe tRNA krótka piąta (dodatkowa) gałąź. Funkcję adaptorową tRNA pełni odgałęzienie akceptorowe, do którego 3" końca przyłączona jest reszta aminokwasowa wiązaniem estrowym, oraz odgałęzienie antykodonowe naprzeciw gałęzi akceptorowej, na szczycie którego znajduje się pętla zawierająca antykodon Antykodon to specyficzny triplet nukleotydów, komplementarny w kierunku antyrównoległym do kodonu mRNA, kodujący odpowiedni aminokwas.

Oddział T, niosący pętlę pseudourydynową (pętla TyC), zapewnia interakcję tRNA z rybosomami.

Oddział D, niosący pętlę dehydrourydyny, zapewnia interakcję tRNA z odpowiednią syntetazą aminoacylo-tRNA.

Struktura drugorzędowa tRNA

Funkcje piątej dodatkowej gałęzi są dotychczas mało zbadane, najprawdopodobniej wyrównuje ona długość różnych cząsteczek tRNA.

Trzeciorzędowa struktura tRNA bardzo zwarty i powstaje poprzez połączenie poszczególnych gałęzi liścia koniczyny w wyniku dodatkowych wiązań wodorowych, tworząc strukturę w kształcie litery L "zgięcie łokcia". W tym przypadku ramię akceptorowe, które wiąże aminokwas, znajduje się na jednym końcu cząsteczki, a antykodon na drugim.

Trzeciorzędowa struktura tRNA (wg A.S. Spirin)

Struktura rRNA i rybosomów . Rybosomalne RNA tworzą rusztowanie, z którym wiążą się określone białka, tworząc rybosomy. Rybosomy- Są to organelle nukleoproteinowe, które zapewniają syntezę białek na mRNA. Liczba rybosomów w komórce jest bardzo duża: od 104 u prokariotów do 106 u eukariontów. Rybosomy zlokalizowane są głównie w cytoplazmie, u eukariontów, dodatkowo w jąderku, w macierzy mitochondrialnej i zrębie chloroplastów. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek: dużej i małej. Na podstawie wielkości i masy cząsteczkowej wszystkie badane rybosomy podzielono na 3 grupy - rybosomy 70S prokariotów (współczynnik S-sedymentacji), składające się z małych podcząstek 30S i dużych 50S; Rybosomy 80S eukariontów, składające się z małych podjednostek 40S i dużych 60S.

Mała podcząstka Rybosom 80S składa się z jednej cząsteczki rRNA (18S) i 33 cząsteczek różnych białek. Duża podcząstka utworzony przez trzy cząsteczki rRNA (5S, 5.8S i 28S) i około 50 białek.

Struktura wtórna rRNA powstaje z powodu krótkich dwuniciowych odcinków cząsteczki - spinek do włosów (około 2/3 rRNA), reprezentowana jest 1/3 sekcje jednoniciowe bogaty w nukleotydy purynowe.

Cząsteczka RNA jest również polimerem, którego monomerami są rybonukleotydy; RNA jest cząsteczką jednoniciową. Jest zbudowany w taki sam sposób, jak jedna z nici DNA. Nukleotydy RNA są podobne do nukleotydów DNA, chociaż nie są z nimi identyczne. Jest ich również cztery i składają się z reszt zasad azotowych, pentozy i kwasu fosforowego. Trzy zasady azotowe są dokładnie takie same jak w DNA: A, G I C. Jednak zamiast T DNA w RNA zawiera zasadę pirymidynową o podobnej budowie – uracyl ( U). Główną różnicą między DNA i RNA jest natura węglowodanów: w nukleotydach DNA monosacharydem jest deoksyryboza, a w RNA ryboza. Połączenie między nukleotydami odbywa się, podobnie jak w DNA, poprzez resztę cukru i kwasu fosforowego. W przeciwieństwie do DNA, którego zawartość w komórkach niektórych organizmów jest stała, zawartość RNA w nich jest zmienna. Jest on zauważalnie wyższy tam, gdzie zachodzi intensywna synteza.

Ze względu na funkcje jakie pełnią wyróżnia się kilka typów RNA.

Przenieść RNA (tRNA). Cząsteczki tRNA są najkrótsze: składają się z zaledwie 80-100 nukleotydów. Masa cząsteczkowa takich cząstek wynosi 25-30 tys. Transferowe RNA zawarte są głównie w cytoplazmie komórki. Ich funkcją jest przenoszenie aminokwasów do rybosomów, do miejsca syntezy białek. Z całkowitej zawartości RNA w komórkach tRNA stanowi około 10%.

Rybosomalny RNA (rRNA). Są to duże cząsteczki: zawierają odpowiednio 3-5 tysięcy nukleotydów, ich masa cząsteczkowa sięga 1-1,5 miliona, rybosomalne RNA stanowią znaczną część rybosomu. Z całkowitej zawartości RNA w komórce rRNA stanowi około 90%.

Komunikator RNA (mRNA) lub informacyjny RNA (mRNA) znajduje się w jądrze i cytoplazmie. Jego funkcją jest przekazywanie informacji o strukturze białka z DNA do miejsca syntezy białka w rybosomach. mRNA stanowi około 0,5-1% całkowitej zawartości RNA w komórce. Rozmiar mRNA jest bardzo zróżnicowany - od 100 do 10 000 nukleotydów.

Wszystkie typy RNA są syntetyzowane na DNA, które służy jako rodzaj matrycy.

DNA jest nośnikiem informacji dziedzicznej.

Każde białko jest reprezentowane przez jeden lub więcej łańcuchów polipeptydowych. Nazywa się odcinek DNA, który niesie informację o jednym łańcuchu polipeptydowym genom. Całość cząsteczek DNA w komórce pełni rolę nośnika informacji genetycznej. Informacja genetyczna przekazywana jest zarówno z komórek macierzystych do komórek potomnych, jak i od rodziców do dzieci. Gen jest jednostką genetyczną, Lub informacje dziedziczne.

DNA jest nośnikiem informacji genetycznej w komórce – nie uczestniczy bezpośrednio w syntezie białek. W komórkach eukariotycznych cząsteczki DNA znajdują się w chromosomach jądra i są oddzielone otoczką jądrową od cytoplazmy, gdzie zachodzi synteza białek. Posłaniec przenoszący informacje jest wysyłany z jądra do rybosomów, miejsca składania białek, i może przechodzić przez pory błony jądrowej. Tym przekaźnikiem jest informacyjny RNA (mRNA). Zgodnie z zasadą komplementarności syntetyzowany jest na DNA przy udziale enzymu zwanego RNA polimeraza.

Informacyjny RNA jest cząsteczką jednoniciową, a transkrypcja zachodzi z jednej nici dwuniciowej cząsteczki DNA. Nie jest to kopia całej cząsteczki DNA, a jedynie jej część – jeden gen u eukariontów lub grupa sąsiadujących ze sobą genów, które niosą informację o strukturze białek niezbędnych do pełnienia jednej funkcji u prokariotów. Ta grupa genów nazywa się operon. Na początku każdego operonu znajduje się swego rodzaju lądowisko dla polimerazy RNA, tzw promotor.jest to specyficzna sekwencja nukleotydów DNA, którą enzym „rozpoznaje” ze względu na powinowactwo chemiczne. Tylko poprzez przyłączenie się do promotora polimeraza RNA może rozpocząć syntezę RNA. Po dotarciu do końca operonu enzym napotyka sygnał (w postaci określonej sekwencji nukleotydów) wskazujący koniec odczytu. Gotowy mRNA opuszcza DNA i trafia do miejsca syntezy białka.

W procesie transkrypcji można wyróżnić cztery etapy: 1) Wiązanie RNA-polimeraza z promotorem; 2) inicjacja– początek syntezy. Polega na utworzeniu pierwszego wiązania fosfodiestrowego pomiędzy ATP lub GTP a drugim nukleotydem syntetyzowanej cząsteczki RNA; 3) wydłużenie– wzrost łańcucha RNA; te. sekwencyjne dodawanie nukleotydów do siebie w kolejności, w jakiej ich komplementarne nukleotydy pojawiają się w transkrybowanej nici DNA. Szybkość wydłużania wynosi 50 nukleotydów na sekundę; 4) zakończenie– zakończenie syntezy RNA.

Po przejściu przez pory błony jądrowej mRNA zostaje wysłany do rybosomów, gdzie zostaje rozszyfrowana informacja genetyczna - przetłumaczona z „języka” nukleotydów na „język” aminokwasów. Synteza łańcuchów polipeptydowych z wykorzystaniem matrycy mRNA, która zachodzi w rybosomach, nazywa się audycja(Tłumaczenie łacińskie - tłumaczenie).

Aminokwasy, z których syntetyzowane są białka, dostarczane są do rybosomów za pomocą specjalnych RNA zwanych transferowymi RNA (tRNA). W komórce jest tyle różnych tRNA, ile jest kodonów kodujących aminokwasy. Na górze „liście” każdego tRNA znajduje się sekwencja trzech nukleotydów, które są komplementarne do nukleotydów kodonu w mRNA. Dzwonią do niej antykodon. Specjalny enzym, kodaza, rozpoznaje tRNA i przyłącza aminokwas do „ogonka liścia” – tylko ten kodowany przez triplet komplementarny do antykodonu. Utworzenie wiązania kowalencyjnego pomiędzy tRNA i jego „własnym” aminokwasem wymaga energii jednej cząsteczki ATP.

Aby aminokwas mógł zostać włączony do łańcucha polipeptydowego, musi odłączyć się od tRNA. Staje się to możliwe, gdy tRNA dostanie się do rybosomu, a antykodon rozpoznaje swój kodon w mRNA. Rybosom ma dwa miejsca do wiązania dwóch cząsteczek tRNA. W jednym z tych obszarów, tzw akceptor tRNA przybywa z aminokwasem i przyłącza się do jego kodonu (I). Czy ten aminokwas przyłącza się do siebie (akceptuje) rosnący łańcuch białkowy (II)? Tworzy się między nimi wiązanie peptydowe. tRNA, który jest teraz przyłączony wraz z kodonem mRNA in dawca część rybosomu. Nowy tRNA pojawia się w pustym miejscu akceptorowym, związany z aminokwasem, który jest szyfrowany przez następny kodon (III). Odłączony łańcuch polipeptydowy jest tutaj ponownie przenoszony z miejsca dawcy i przedłużany o jeszcze jedno ogniwo. Aminokwasy w rosnącym łańcuchu są połączone w takiej kolejności, w jakiej kodony je kodony są zlokalizowane w mRNA.

Kiedy na rybosomie pojawi się jedna z trzech trójek ( UAA, UAG, UGA), które są „znakami interpunkcyjnymi” pomiędzy genami, żadne tRNA nie może zająć miejsca w miejscu akceptorowym. Faktem jest, że nie ma antykodonów komplementarnych do sekwencji nukleotydowych „znaków interpunkcyjnych”. Odłączona nić nie ma się do czego przyczepić w miejscu akceptorowym i opuszcza rybosom. Synteza białek została zakończona.

U prokariotów synteza białek rozpoczyna się od kodonu SIERPIEŃ, znajdujący się na pierwszym miejscu w kopii każdego genu, zajmuje w rybosomie taką pozycję, z którą oddziałuje antykodon specjalnego tRNA z nim połączonego formylomentionina. Ta zmodyfikowana forma aminokwasu metioniny natychmiast wchodzi do miejsca dawcy i pełni funkcję dużej litery w zdaniu - synteza dowolnego łańcucha polipeptydowego rozpoczyna się od niej w komórce bakteryjnej. Kiedy trójka SIERPIEŃ nie znajduje się na pierwszym miejscu, ale wewnątrz kopii genu; koduje aminokwas metioninę. Po zakończeniu syntezy łańcucha polipeptydowego formylometionina zostaje od niego odszczepiona i nie występuje w gotowym białku.

Aby zwiększyć produkcję białka, mRNA często przechodzi nie przez jeden, ale przez kilka rybosomów jednocześnie. Struktura ta, połączona przez jedną cząsteczkę mRNA, nazywa się polisom. Każdy rybosom w tym przypominającym kulkę przenośniku taśmowym syntetyzuje te same białka.

Aminokwasy są w sposób ciągły dostarczane do rybosomów za pomocą tRNA. Po oddaniu aminokwasu tRNA opuszcza rybosom i łączy się za pomocą kodazy. Wysoka spójność wszystkich „usług rośliny” do produkcji białek umożliwia syntezę łańcuchów polipeptydowych składających się z setek aminokwasów w ciągu kilku sekund.

Właściwości kodu genetycznego. Dzięki procesowi transkrypcji w komórce informacja przekazywana jest z DNA na białko

DNA → mRNA → białko

Informacja genetyczna zawarta w DNA i mRNA zawarta jest w sekwencji nukleotydów w cząsteczkach.

W jaki sposób informacja jest przekazywana z „języka” nukleotydów do „języka” aminokwasów? Tłumaczenie to odbywa się przy użyciu kodu genetycznego. Kod lub szyfr, to system symboli służący do tłumaczenia jednej formy informacji na inną. Kod genetyczny to system zapisu informacji o sekwencji aminokwasów w białkach na podstawie sekwencji nukleotydów w mRNA.

Jakie właściwości ma kod genetyczny?

Kod jest potrójny. RNA zawiera cztery nukleotydy: A, G, C, U. Gdybyśmy próbowali oznaczyć jeden aminokwas jednym nukleotydem, wówczas 16 z 20 aminokwasów pozostałoby niekodowanych. Dwuliterowy kod szyfrowałby 16 aminokwasów. Natura stworzyła trzyliterowy kod. To znaczy, że Każdy z 20 aminokwasów jest kodowany przez sekwencję trzech nukleotydów zwaną tripletem lub kodonem.

Kod jest zdegenerowany. To znaczy, że Każdy aminokwas jest kodowany przez więcej niż jeden kodon. Wyjątki: meteonina i tryptofan, z których każdy jest kodowany przez jedną trójkę.

Kod jest jasny. Każdy kodon koduje tylko jeden aminokwas.

Pomiędzy genami znajdują się „znaki interpunkcyjne”. W tekście drukowanym na końcu każdego wyrażenia znajduje się kropka. Akapit składa się z kilku powiązanych ze sobą wyrażeń. W języku informacji genetycznej takim akapitem jest operon i komplementarny do niego mRNA. Każdy gen w operonie prokariotycznym lub oddzielny gen eukariotyczny koduje jeden łańcuch polipeptydowy – frazę. Ponieważ w niektórych przypadkach z matrycy mRNA powstaje sekwencyjnie kilka różnych łańcuchów polipeptydowych, należy je od siebie oddzielić. W tym celu w roku genetycznym wyróżnia się trzy specjalne trojaczki – UAA, UAG, UGA, z których każda wskazuje na ustanie syntezy jednego łańcucha polipeptydowego. Zatem te trójki pełnią funkcję znaków interpunkcyjnych. Znajdują się na końcu każdego genu.

W genie nie ma „znaków interpunkcyjnych”.

Kod jest uniwersalny. Kod genetyczny jest taki sam dla wszystkich stworzeń żyjących na Ziemi. U bakterii i grzybów, pszenicy i bawełny, ryb i robaków, żab i ludzi te same trojaczki kodują te same aminokwasy.

Zasady replikacji DNA. Proces ten zapewnia ciągłość materiału genetycznego w pokoleniach komórek i organizmów replikacja - podwojenie cząsteczek DNA. W tym złożonym procesie bierze udział kompleks kilku enzymów i białek, które nie mają aktywności katalitycznej, a które są niezbędne do nadania łańcuchom polinukleotydowym pożądanej konformacji. W wyniku replikacji powstają dwie identyczne podwójne helisy DNA. Te tak zwane cząsteczki potomne nie różnią się od siebie ani od pierwotnej cząsteczki macierzystego DNA. Replikacja zachodzi w komórce przed podziałem, więc każda komórka potomna otrzymuje dokładnie te same cząsteczki DNA, które miała komórka macierzysta. Proces replikacji opiera się na kilku zasadach:

Tylko w tym przypadku polimerazy DNA są w stanie przemieszczać się wzdłuż nici macierzystych i wykorzystywać je jako matryce do bezbłędnej syntezy nici potomnych. Jednak całkowite rozwinięcie helis składających się z wielu milionów par nukleotydów wiąże się z tak znaczną liczbą obrotów i takimi kosztami energii, które są niemożliwe w warunkach komórkowych. Dlatego replikacja u eukariontów rozpoczyna się jednocześnie w niektórych miejscach cząsteczki DNA. Obszar pomiędzy dwoma punktami, w którym rozpoczyna się synteza łańcuchów potomnych, nazywa się replikon. On jest jednostka replikacji.

Każda cząsteczka DNA komórki eukariotycznej zawiera wiele replikonów. W każdym replikonie widać widełki replikacyjne – tę część cząsteczki DNA, która uległa już rozplątaniu pod wpływem specjalnych enzymów. Każda nić w widelcu służy jako szablon do syntezy komplementarnej nici potomnej. Podczas replikacji widełki poruszają się wzdłuż cząsteczki macierzystej i rozwijają się nowe odcinki DNA. Ponieważ polimerazy DNA mogą poruszać się tylko w jednym kierunku wzdłuż nici matrycy, a nici są zorientowane antyrównolegle, w każdym widelcu syntetyzowane są jednocześnie dwa różne kompleksy enzymatyczne. Co więcej, w każdym widelcu jeden łańcuch potomny (wiodący) rośnie w sposób ciągły, podczas gdy drugi (opóźniony) łańcuch jest syntetyzowany w oddzielnych fragmentach o długości kilku nukleotydów. Takie enzymy, nazwane na cześć japońskiego naukowca, który je odkrył fragmenty Okazaki, są usieciowane ligazą DNA, tworząc ciągły łańcuch. Mechanizm tworzenia nici potomnych DNA przez fragmenty nazywa się nieciągłym.

Wymóg starterowania polimerazy DNA nie jest w stanie zainicjować syntezy nici wiodącej, ani syntezy fragmentów nici opóźnionej Okazaki. Może jedynie wydłużyć istniejącą nić polinukleotydową poprzez kolejne dodanie deoksyrybonukleotydów do jej końca 3’-OH. Skąd pochodzi początkowy region 5'-końcowy rosnącego łańcucha DNA? Jest syntetyzowany na matrycy DNA przez specjalną polimerazę RNA zwaną prymas(Podkład języka angielskiego - materiał siewny). Rozmiar startera rybonukleotydowego jest niewielki (mniej niż 20 nukleotydów) w porównaniu z rozmiarem łańcucha DNA utworzonego przez poimerazę DNA. Skończywszy ją Funkcjonować Starter RNA jest usuwany przez specjalny enzym, a powstała w tym procesie szczelina jest zamykana przez polimerazę DNA, która jako starter wykorzystuje koniec 3'-OH sąsiadującego fragmentu Okazaki.

Problem niedostatecznej replikacji końców liniowych cząsteczek DNA. Usuwanie skrajnych starterów RNA, komplementarne do końców 3' obu nici liniowej macierzystej cząsteczki DNA, prowadzi do tego, że nici potomne są krótsze niż 10-20 nukleotydów. Jest to problem niedostatecznej replikacji końców cząsteczek liniowych.

Problem niedostatecznej replikacji końców 3' liniowych cząsteczek DNA rozwiązują komórki eukariotyczne za pomocą specjalnego enzymu - telomeraza.

Telomeraza jest polimerazą DNA, która uzupełnia 3'-końcowe cząsteczki DNA chromosomów o krótkie powtarzające się sekwencje. Umieszczone jeden za drugim tworzą regularną strukturę końcową o długości do 10 tysięcy nukleotydów. Oprócz części białkowej telomeraza zawiera RNA, który działa jako matryca do wydłużania powtórzeń DNA.

Schemat wydłużania końców cząsteczek DNA. Najpierw następuje komplementarne wiązanie wystającego końca DNA z regionem matrycowym RNA telomerazy, następnie telomeraza wydłuża DNA wykorzystując jego koniec 3’-OH jako starter i RNA zawarty w enzymie jako matrycę. Ten etap nazywa się elongacją. Następnie następuje translokacja, tj. ruch DNA wydłużony o jedno powtórzenie w stosunku do enzymu. Następnie następuje wydłużenie i kolejna translokacja.

W rezultacie powstają wyspecjalizowane struktury końcowe chromosomów. Składają się z wielokrotnie powtarzających się krótkich sekwencji DNA i specyficznych białek.