Interakce a struktura IRNA, tRNA, RRNA - tří hlavních nukleových kyselin, je považována za takovou vědu, jako je cytologie. Pomůže zjistit, jaká je role transportní ribonukleové kyseliny (tRNA) v buňkách. Tato velmi malá, ale zároveň nepopiratelně důležitá molekula se účastní procesu spojování proteinů, které tvoří tělo.
Jaká je struktura tRNA? Je velmi zajímavé zvážit tuto látku "zevnitř", zjistit její biochemii a biologickou roli. A také, jak spolu souvisí struktura tRNA a její role v syntéze proteinů?
Co je tRNA, jak funguje?
Transport ribonukleové kyseliny se podílí na konstrukci nových proteinů. Téměř 10 % všech ribonukleových kyselin tvoří transport. Aby bylo jasné, z jakých chemických prvků je molekula tvořena, popíšeme si strukturu sekundární struktury tRNA. Sekundární struktura bere v úvahu všechny hlavní chemické vazby mezi prvky.
Toto je makromolekula skládající se z polynukleotidového řetězce. Dusíkaté báze v něm jsou spojeny vodíkovými vazbami. Stejně jako v DNA má RNA 4 dusíkaté báze: adenin,cytosin, guanin a uracil. V těchto sloučeninách je adenin vždy spojen s uracilem a guanin jako obvykle s cytosinem.
Proč má nukleotid předponu ribo-? Jednoduše všechny lineární polymery, které mají na bázi nukleotidu ribózu místo pentózy, se nazývají ribonukleové. A transferová RNA je jedním ze 3 typů právě takového ribonukleového polymeru.
Struktura tRNA: biochemie
Pojďme se podívat do nejhlubších vrstev molekulární struktury. Tyto nukleotidy mají 3 složky:
- Sacharóza, ribóza se podílí na všech typech RNA.
- Kyselina fosforečná.
- Dusíkaté báze. Jedná se o puriny a pyrimidiny.
Dusíkaté báze jsou propojeny silnými vazbami. Je zvykem dělit báze na purinové a pyrimidinové.
Puriny jsou adenin a guanin. Adenin odpovídá adenylovému nukleotidu se 2 propojenými kruhy. A guanin odpovídá stejnému "jednokruhovému" guaninovému nukleotidu.
Pyramidiny jsou cytosin a uracil. Pyrimidiny mají jednoduchou kruhovou strukturu. V RNA není žádný thymin, protože je nahrazen prvkem, jako je uracil. To je důležité pochopit, než se podíváte na další strukturální rysy tRNA.
Typy RNA
Jak vidíte, strukturu TRNA nelze stručně popsat. Musíte se ponořit do biochemie, abyste pochopili účel molekuly a její skutečnou strukturu. Jaké další ribozomální nukleotidy jsou známy? Existují také matricové nebo informační a ribozomální nukleové kyseliny. Zkráceno jako RNA a RNA. Všechny 3molekuly v buňce úzce spolupracují, takže tělo dostává správně strukturované proteinové globule.
Je nemožné si představit práci jednoho polymeru bez pomoci 2 dalších. Strukturální rysy tRNA se stávají srozumitelnějšími ve spojení s funkcemi, které přímo souvisejí s prací ribozomů.
Struktura IRNA, tRNA, RRNA je v mnoha ohledech podobná. Všechny mají ribózový základ. Jejich struktura a funkce se však liší.
Objev nukleových kyselin
Švýcar Johann Miescher našel v roce 1868 v buněčném jádře makromolekuly, později nazývané nukleiny. Název "nukleiny" pochází ze slova (nucleus) - jádro. I když se o něco později zjistilo, že u jednobuněčných tvorů, kteří nemají jádro, jsou tyto látky také přítomny. V polovině 20. století byla udělena Nobelova cena za objev syntézy nukleových kyselin.
Funkce TRNA při syntéze bílkovin
Samotný název - transferová RNA vypovídá o hlavní funkci molekuly. Tato nukleová kyselina s sebou „přináší“esenciální aminokyselinu, kterou ribozomální RNA potřebuje k vytvoření konkrétního proteinu.
Molekula tRNA má málo funkcí. První je rozpoznání kodonu IRNA, druhou funkcí je dodání stavebních bloků – aminokyselin pro syntézu bílkovin. Někteří odborníci rozlišují funkci akceptoru. Tedy přidání aminokyselin podle kovalentního principu. Enzym, jako je aminocil-tRNA synthatasa, pomáhá „připojit“tuto aminokyselinu.
Jak s ní souvisí struktura tRNAfunkce? Tato speciální ribonukleová kyselina je uspořádána tak, že na její jedné straně jsou dusíkaté báze, které jsou vždy spojeny ve dvojicích. Jsou to nám známé prvky - A, U, C, G. Přesně 3 "písmena" neboli dusíkaté báze tvoří antikodon - reverzní soubor prvků, který interaguje s kodonem podle principu komplementarity.
Tato důležitá strukturální vlastnost tRNA zajišťuje, že při dekódování templátové nukleové kyseliny nedojde k žádným chybám. Koneckonců záleží na přesném pořadí aminokyselin, zda je protein, který tělo v současné době potřebuje, správně syntetizován.
Stavební prvky
Jaké jsou strukturální rysy tRNA a její biologická úloha? Jedná se o velmi starou stavbu. Jeho velikost je někde kolem 73 - 93 nukleotidů. Molekulová hmotnost látky je 25 000–30 000.
Struktura sekundární struktury tRNA může být rozebrána studiem 5 hlavních prvků molekuly. Tato nukleová kyselina se tedy skládá z následujících prvků:
- enzymová kontaktní smyčka;
- smyčka pro kontakt s ribozomem;
- antikodonová smyčka;
- akceptorový kmen;
- samotný antikodon.
A také alokovat malou proměnnou smyčku v sekundární struktuře. Jedno rameno ve všech typech tRNA je stejné - kmen dvou cytosinových a jednoho adenosinového zbytku. Právě v tomto místě dochází ke spojení s 1 z 20 dostupných aminokyselin. Každá aminokyselina má samostatný enzym – svou vlastní aminoacyl-tRNA.
Všechny informace, které šifrují strukturu všechnukleové kyseliny se nacházejí v samotné DNA. Struktura tRNA u všech živých tvorů na planetě je téměř identická. Při pohledu ve 2D bude vypadat jako list.
Pokud se však podíváte na objem, molekula připomíná geometrickou strukturu ve tvaru písmene L. To je považováno za terciární strukturu tRNA. Ale pro pohodlí studia je obvyklé vizuálně „rozkroutit“. Terciální struktura vzniká jako výsledek interakce prvků sekundární struktury, těch částí, které se vzájemně doplňují.
Rama nebo prstence tRNA hrají důležitou roli. Jedno rameno je například nutné pro chemickou vazbu s konkrétním enzymem.
Charakteristickým znakem nukleotidu je přítomnost velkého množství nukleosidů. Existuje více než 60 typů těchto minoritních nukleosidů.
Struktura tRNA a kódování aminokyselin
Víme, že antikodon tRNA je dlouhý 3 molekuly. Každý antikodon odpovídá specifické, „osobní“aminokyselině. Tato aminokyselina je spojena s molekulou tRNA pomocí speciálního enzymu. Jakmile se 2 aminokyseliny spojí, vazby na tRNA se přeruší. Všechny chemické sloučeniny a enzymy jsou potřeba do požadované doby. Takto jsou propojeny struktura a funkce tRNA.
V buňce je 61 typů takových molekul. Matematických variant může být 64. Chybí však 3 typy tRNA, protože přesně tento počet stop kodonů v IRNA nemá antikodony.
Interakce IRNA a TRNA
Uvažujme interakci látky s MRNA a RRNA a také strukturální rysy TRNA. Struktura a účelmakromolekuly jsou propojeny.
Struktura IRNA kopíruje informace z oddělené části DNA. Samotná DNA je příliš velkým spojením molekul a nikdy neopustí jádro. Proto je potřeba zprostředkovatelská RNA - informační.
Na základě sekvence molekul kopírovaných RNA vytváří ribozom protein. Ribozom je samostatná polynukleotidová struktura, jejíž strukturu je třeba vysvětlit.
Interakce ribozomální tRNA
Ribozomální RNA je obrovská organela. Její molekulová hmotnost je 1 000 000 - 1 500 000. Téměř 80 % z celkového množství RNA tvoří ribozomální nukleotidy.
Zachycuje řetězec IRNA a čeká na antikodony, které s sebou přinesou molekuly tRNA. Ribozomální RNA se skládá ze 2 podjednotek: malé a velké.
Ribozom se nazývá „továrna“, protože v této organele probíhá veškerá syntéza látek nezbytných pro každodenní život. Je to také velmi stará buněčná struktura.
Jak probíhá syntéza bílkovin v ribozomu?
Struktura tRNA a její role v syntéze proteinů spolu souvisí. Antikodon umístěný na jedné ze stran ribonukleové kyseliny je svou formou vhodný pro hlavní funkci - dodání aminokyselin do ribozomu, kde dochází k postupnému zarovnání proteinu. TRNA v podstatě působí jako prostředník. Jeho úkolem je pouze přinést potřebnou aminokyselinu.
Když se informace čte z jedné části IRNA, ribozom se pohybuje dále v řetězci. Matrice je potřeba pouze pro přenoszakódované informace o konfiguraci a funkci jednoho proteinu. Dále se k ribozomu svými dusíkatými bázemi přibližuje další tRNA. Také dekóduje další část RNC.
Dekódování probíhá následovně. Dusíkaté báze se kombinují podle principu komplementarity stejným způsobem jako v samotné DNA. V souladu s tím TRNA vidí, kde potřebuje "ukotvit" a do kterého "hangáru" poslat aminokyselinu.
V ribozomu se pak chemicky navážou takto vybrané aminokyseliny, krok za krokem vzniká nová lineární makromolekula, která se po skončení syntézy zkroutí do globule (kuličky). Použité tRNA a IRNA, které splnily svou funkci, jsou odstraněny z proteinové "továrny".
Když se první část kodonu spojí s antikodonem, je určen čtecí rámec. Následně, pokud z nějakého důvodu dojde k posunu rámce, pak bude určitá známka proteinu odmítnuta. Ribozom nemůže do tohoto procesu zasáhnout a problém vyřešit. Teprve po dokončení procesu se 2 podjednotky rRNA opět spojí. V průměru na každých 104aminokyselin připadá 1 chyba. Na každých 25 již sestavených proteinů se určitě vyskytne alespoň 1 chyba replikace.
TRNA jako reliktní molekuly
Jelikož tRNA mohla existovat v době vzniku života na Zemi, nazývá se reliktní molekula. Předpokládá se, že RNA je první strukturou, která existovala před DNA a poté se vyvinula. The RNA World Hypothesis - formuloval v roce 1986 laureát W alter Gilbert. Nicméně dokázatje to stále těžké. Teorii hájí zřejmá fakta – molekuly tRNA jsou schopny ukládat bloky informací a tyto informace nějak implementovat, tedy vykonávat práci.
Odpůrci teorie ale tvrdí, že krátká životnost látky nemůže zaručit, že tRNA je dobrým nosičem jakékoli biologické informace. Tyto nukleotidy jsou rychle degradovány. Životnost tRNA v lidských buňkách se pohybuje od několika minut do několika hodin. Některé druhy mohou vydržet až jeden den. A pokud mluvíme o stejných nukleotidech v bakteriích, pak jsou termíny mnohem kratší - až několik hodin. Navíc struktura a funkce tRNA jsou příliš složité na to, aby se molekula stala primárním prvkem biosféry Země.
