Рнк і днк. Рнк - це що таке? Рнк: будова, функції, види

Час, в який ми живемо, відзначено приголомшливими змінами, величезним прогресом, коли люди отримують відповіді на всі нові і нові питання. Життя стрімко рухається вперед, і те, що ще зовсім недавно здавалося неможливим, починає втілюватися в життя. Цілком можливо, що представляється сьогодні сюжетом з жанру фантастики, скоро теж набуде рис реальності.

Одним з найважливіших відкриттів у другій половині двадцятого століття стали нуклеїнові кислоти РНК і ДНК, завдяки яким людина наблизився до розгадок таємниць природи.

нуклеїнові кислоти

нуклеїнові кислоти - це органічні сполуки, які мають високомолекулярними властивостями. До їх складу входять водень, вуглець, азот і фосфор.

Вони були відкриті в 1869 році Ф. Мішер, який досліджував гній. Однак тоді його відкриття не надали особливого значення. Лише пізніше, коли ці кислоти виявили у всіх тварин і рослинних клітинах, прийшло розуміння величезної їх ролі.

Існують два види нуклеїнових кислот: РНК і ДНК (РНК і дезоксирибонуклеїнової кислоти). Ця стаття присвячена рибонуклеїнової кислоти, але для загального розуміння розглянемо також, що собою являє ДНК.

Що таке дезоксирибонуклеїнової кислоти?

ДНК - це нуклеїнова кислота, що складається з двох ниток, які з`єднані за законом комплементарності водневими зв`язками азотистих основ. Довгі ланцюги закручені в спіраль, один виток містить майже десять нуклеотидів. Діаметр подвійної спіралі становить два міліметри, відстань між нуклеотидами - близько половини нанометра. Довжина однієї молекули часом досягає декількох сантиметрів. Довжина ДНК ядра людської клітини становить майже два метри.

У структурі ДНК міститься вся генетична інформація. ДНК має репликацией, що означає процес, в ході якого з однієї молекули утворюються дві абсолютно однакові - дочірні.

Як вже було зазначено, ланцюг складається з нуклеотидів, що складаються, в свою чергу, з азотистих основ (аденіну, гуаніну, тиміну і цитозину) і залишку кислоти фосфору. Все нуклеотиди розрізняються азотистими підставами. воднева зв`язок виникає не між усіма підставами, аденін, наприклад, може з`єднуватися тільки з тиміном або гуаніном. Таким чином, аденілових нуклеотидів в організмі стільки ж, скільки тіміділових, а число гуанілова одно цітіділовим (правило Чаргаффа). Виходить, що послідовність одного ланцюжка зумовлює послідовність інший, і ланцюги як би дзеркально відображають один одного. Така закономірність, де нуклеотиди двох ланцюгів розташовуються впорядковано, а також з`єднуються вибірково, називається принципом комплементарності. Крім водневих з`єднань, подвійна спіраль взаємодіє і гідрофобною.

Дві ланцюга різноспрямовані, тобто розташовані в протилежних напрямках. Тому навпроти трех`-кінця однієї знаходиться пяті`-кінець іншого ланцюжка.

зовні молекула ДНК нагадує кручені сходи, перилами якої є сахарофосфатний остов, а сходинками - комплементарні підстави азоту.

Що таке рибонуклеїнова кислота?

РНК - це нуклеїнова кислота з мономерами, що називаються рибонуклеотид.

За хімічними властивостями вона дуже схожа на ДНК, так як обидві є полімерами нуклеотидів, що представляють собою фосфолірованний N-глікозид, який збудований на залишку пентози (пятиуглеродного цукру), з фосфатної групою п`ятого вуглецевого атома і підстави азоту при першому вуглецевому атомі.

Відео: Біологія. Біосинтез РНК. Дозрівання РНК. Типи РНК. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»

Вона являє собою одну полінуклеотидний ланцюжок (крім вірусів), яка набагато коротше, ніж у ДНК.

Один мономер РНК - це залишки наступних речовин:

• підстави азоту;
• пятиуглеродного моносахарида;
• кислоти фосфору.

Відео: Пристрій ДНК, РНК, рибосома, відео

РНК мають піримідинові (урацил і цитозин) і пуринові (аденін, гуанін) підстави. Рибоза є моносахаридом нуклеотиду РНК.

Відмінності РНК і ДНК

Нуклеїнові кислоти відрізняються один від одного наступними властивостями:

• кількість її в клітці залежить від фізіологічного стану, віку та органної приналежності;
• ДНК містить вуглевод дезоксирибозу, а РНК - рибозу;
• азотистих основ у ДНК - тимін, а у РНК - урацил;
• класи виконують різні функції, але синтезуються на матриці ДНК;
• ДНК складається з подвійної спіралі, а РНК - з одинарної ланцюга;
• для неї характерні правила Чаргаффа, діючі у ДНК;
• в РНК більше мінорних підстав;
• ланцюга істотно відрізняються по довжині.

Історія вивчення

Клітка РНК вперше була відкрита біохіміком з Німеччини Р. Альтманом при дослідженні дріжджових клітин. У середині двадцятого століття була доведена роль ДНК в генетиці. Лише тоді описали і типи РНК, функції і так далі. До 80-90% маси в клітці доводиться на р-РНК, що утворюють разом з білками рибосому і беруть участь в біосинтез білка.

У шістдесятих роках минулого століття вперше припустили, що повинен існувати якийсь вид, який несе в собі генетичну інформацію для синтезу білка. Після цього науково встановили, що є такі інформаційні РНК, що представляють комплементарні копії генів. Їх ще називають матричними РНК.

В декодуванні записаної в них інформації беруть участь так звані транспортні кислоти.

Пізніше стали розроблятися способи виявлення послідовності нуклеотидів і встановлюватися структура РНК в просторі кислоти. Так було виявлено, що деякі з них, які назвали рибозимами, можуть розщеплювати полірібонуклеотідной ланцюга. Внаслідок цього стали припускати, що в той час, коли зароджувалося життя на планеті, РНК діяла і без ДНК і білків. При цьому всі перетворення проводилися з її участю.

Будова молекули рибонуклеїнової кислоти

Майже всі РНК - це поодинокі ланцюга полінуклеотидів, які, в свою чергу, складаються з монорібонуклеотідов - пуринових і піримідинових основ.

Нуклеотиди позначають початковими буквами підстав:

• аденіну (А), А;
• гуаніну (G), Г;
• цитозину (С), Ц;
• урацила (U), У.

Вони пов`язані між собою трьох- і пятіфосфодіефірнимі зв`язками.

Саме різне кількість нуклеотидів (від декількох десятків до десятків тисяч) входить в будову РНК. Вони можуть формувати вторинну структуру, що складається в основному з коротких двуцепочних тяжів, які утворилися комплементарними підставами.

Структура молекули рібнуклеіновой кислоти

Як вже було сказано, у молекули є однонітевую будова. РНК отримує вторинну структуру і форму в результаті взаємодії нуклеотидів між собою. Це полімер, мономером якого є нуклеотид, що складається з цукру, залишку кислоти фосфору і підстави азоту. Зовні молекула схожа на одну з ланцюгів ДНК. Нуклеотиди аденін і гуанін, що входять до складу РНК, відносяться до пуріновим. Цитозин і урацил є піримідинових основ.

процес синтезу

Щоб молекула РНК синтезувалася, матрицею є молекула ДНК. Буває, правда, і зворотний процес, коли нові молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти утворюються на матриці рибонуклеїнової. Таке зустрічається при реплікації деяких видів вірусів.

Основою для біосинтезу можуть служити також інші молекули рибонуклеїнової кислоти. В її транскрипції, яка відбувається в ядрі клітини, беруть участь багато ферментів, але найбільш значущим з них є РНК-полімераза.

види

Залежно від виду РНК, функції її також відрізняються. Існують кілька видів:

• інформаційна і-РНК;
• рибосомальная р-РНК;
• транспортна т-РНК;
• мінорна;
• рибозими;
• вірусні.

Інформаційна рибонуклеїнова кислота

Такі молекули ще називають матричними. Вони складають в клітці приблизно два відсотки від усієї кількості. У клітинах еукаріот вони синтезуються в ядрах на ДНК-матрицях, переходячи потім в цитоплазму і зв`язуючись з рибосомами. Далі, вони стають матрицями для синтезу білка: до них приєднуються транспортні РНК, які несуть амінокислоти. Так відбувається процес перетворення інформації, яка реалізується в унікальній структурі білка. У деяких вірусних РНК вона до того ж є хромосомою.

Жакоб і Мано є відкривачі цього виду. Не маючи жорсткої структури, її ланцюг утворює вигнуті петлі. Чи не працюючи, і-РНК збирається в складки і згортається в клубок, а в робочому стані розгортається.

і-РНК несе в собі інформацію про послідовність амінокислот у білку, який синтезується. Кожна амінокислота закодована в певному місці за допомогою генетичних кодів, яким властиві:

• триплетність - з чотирьох мононуклеотидів можливо вибудувати шістдесят чотири кодону (генетичного коду);
• неперекрещіваемость - інформація рухається в одному напрямку;
• безперервність - принцип роботи зводиться до того, що одна і-РНК - один білок;
• універсальність - той чи інший вид амінокислоти кодується у всіх живих організмів однаково;
• вирожденність - відомими є двадцять амінокислот, а кодонів - шістдесят один, тобто вони кодуються кількома генетичними кодами.

Рибосомальна рибонуклеїнова кислота

Такі молекули складають переважну більшість клітинних РНК, а саме від вісімдесяти до дев`яноста відсотків від загальної кількості. Вони з`єднуються з білками і формують рибосоми - це органели, які виконують синтез білків.

Рибосоми складаються на шістдесят п`ять відсотків з р-РНК і на тридцять п`ять відсотків з білка. Ця полинуклеотидная ланцюг без праці згинається разом з білком.

Рибосома складається з амінокислотного і пептидного ділянок. Вони розташовані на контактуючих поверхнях.

Рибосоми вільно пересуваються в клітці, синтезуючи білки в потрібних місцях. Вони не дуже специфічні і можуть не тільки зчитувати інформацію з і-РНК, а й утворювати з ними матрицю.

Транспортна рибонуклеїнова кислота

т-РНК найбільш вивчені. Вони складають десять відсотків клітинної рибонуклеїнової кислоти. Ці види РНК зв`язуються з амінокислотами завдяки спеціальному ферменту і доставляються на рибосоми. При цьому амінокислоти переносяться транспортними молекулами. Однак буває, що амінокислоту кодують різні кодони. Тоді переносити їх будуть кілька транспортних РНК.

Вона згортається в клубочок, коли неактивна, а функціонуючи, має вигляд конюшини.

У ній розрізняють такі ділянки:

• акцепторні стебло, що має послідовність нуклеотидів АЦЦ;
• ділянку, службовець для приєднання до рибосоми;
• антикодон, що кодує амінокислоту, яка приєднана до цієї т-РНК.

Мінорний вид рибонуклеїнової кислоти

Нещодавно види РНК поповнилися новим класом, так званими малими РНК. Вони, швидше за все, є універсальними регуляторами, які включають або вимикають гени в ембріональному розвитку, а також контролюють процеси всередині клітин.

Рибозими також недавно виявлені, вони активно беруть участь, коли кислота РНК ферментує, будучи при цьому каталізатором.

Вірусні види кислот

Вірус здатний утримувати або рибонуклеїнової кислоту, або дезоксирибонуклеїнову. Тому з відповідними молекулами вони називаються РНК-містять. При попаданні в клітину такого вірусу відбувається зворотна транскрипція - на базі рибонуклеїнової кислоти з`являються нові ДНК, які вбудовуються в клітини, забезпечуючи існування і розмноження вірусу. В іншому випадку відбувається утворення компліментарної на надійшла РНК. Віруси білків, життєдіяльність і розмноження йде без ДНК, а лише на основі інформації, що міститься в РНК вірусу.

реплікація

З метою поліпшення загального розуміння необхідно розглянути процес реплікації, в результаті якого з`являються дві ідентичні молекули нуклеїнової кислоти. Так починається поділ клітини.

У ній беруть участь ДНК-полімерази, ДНК-залежні, РНК-полімерази і ДНК-лігази.

Процес реплікації складається з наступних етапів:

• деспіралізация - відбувається послідовне розкручування материнської ДНК, захоплюючої всю молекулу;
• розрив водневих зв`язків, при якому ланцюга розходяться, і з`являється репликативная вилка;
• підстроювання дНТФ до звільнилися підстав материнських ланцюгів;
• відщеплення пірофосфатів від дНТФ молекул і утворення фосфорнодіефірних зв`язків за рахунок енергії, що виділяється;
• респіралізація.

Після утворення дочірньої молекули ділиться ядро, цитоплазма і інше. Таким чином, утворюються дві дочірні клітини, повністю отримали всю генетичну інформацію.

Крім цього, кодується первинна структура білків, які в клітці синтезуються. ДНК в цьому процесі бере непряму участь, а не пряме, що полягає в тому, що саме на ДНК відбувається синтез, що беруть участь в утворенні білків, РНК. Цей процес отримав назву транскрипції.

транскрипція

Синтез усіх молекул відбувається під час транскрипції, тобто переписування генетичної інформації з певного оперону ДНК. Процес в деяких моментах схожий на реплікацію, а в інших істотно відрізняється від неї.

Подібностями є наступні частини:

• початок йде з деспіралізаціі ДНК;
• відбувається розрив водневих зв`язків між основами ланцюгів;
• до них комплементарно підлаштовуються НТФ;
• відбувається утворення водневих зв`язків.

Відмінності від реплікації:

• при транскрипції розплітається лише ділянку ДНК, відповідний транскріптону, в той час як при реплікації розплітання піддається вся молекула;
• при транскрипції подстраивающиеся НТФ містять рибозу, і замість тиміну урацил;
• інформація списується лише з певної ділянки;
• після утворення молекули водневі зв`язку та синтезована ланцюг розриваються, а ланцюг зісковзує з ДНК.

Для нормального функціонування первинна структура РНК повинна складатися тільки з списаних з екзонів ДНК-ділянок.

У щойно утворених РНК починається процес дозрівання. Мовчазні ділянки вирізаються, а інформативні зшиваються, утворюючи полінуклеотидних ланцюг. Далі, кожен вид має властиві тільки йому перетворення.

В і-РНК відбувається приєднання до початкового кінця. До кінцевого ділянці приєднується поліаденілат.

У т-РНК модифікуються підстави, утворюючи мінорні види.

У р-РНК також метилирующей окремі підстави.

Захищають від руйнування і поліпшують транспортування в цитоплазму білки. РНК в зрілому стані з ними з`єднуються.

Значення дезоксирибонуклеїнових і рибонуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти мають величезне значення в життєдіяльності організмів. У них зберігається, переноситься в цитоплазму і передається у спадок дочірнім клітинам інформація про білки, що синтезуються в кожній клітині. Вони присутні у всіх живих організмах, стабільність цих кислот грає найважливішу роль для нормального функціонування як клітин, так і всього організму. Будь-які зміни в їх будові приведуть до клітинних змін.