Doba, ve které žijeme, je poznamenána úžasnými změnami, obrovským pokrokem, kdy lidé dostávají odpovědi na stále nové a nové otázky. Život jde rychle kupředu a to, co se ještě nedávno zdálo nemožné, se začíná naplňovat. Je docela možné, že to, co se dnes jeví jako zápletka z žánru sci-fi, brzy získá také rysy reality.
Jedním z nejvýznamnějších objevů druhé poloviny dvacátého století byly nukleové kyseliny RNA a DNA, díky nimž se člověk přiblížil k odhalení záhad přírody.
Nukleové kyseliny
Nukleové kyseliny jsou organické sloučeniny s makromolekulárními vlastnostmi. Skládají se z vodíku, uhlíku, dusíku a fosforu.
Byly objeveny v roce 1869 F. Miescherem, který zkoumal hnis. Jeho objevu se však v té době nepřikládal velký význam. Teprve později, když byly tyto kyseliny nalezeny ve všech živočišných a rostlinných buňkách, došlo k pochopení jejich obrovské role.
Existují dva typy nukleových kyselin: RNA a DNA (ribonukleová a deoxyribonukleovákyseliny). Tento článek je o ribonukleové kyselině, ale pro obecné porozumění se podívejme také na to, co je DNA.
Co je deoxyribonukleová kyselina?
DNA je nukleová kyselina sestávající ze dvou vláken, která jsou podle zákona komplementarity spojena vodíkovými vazbami dusíkatých bází. Dlouhé řetězce jsou stočeny do spirály, jedna otáčka obsahuje téměř deset nukleotidů. Průměr dvojité šroubovice je dva milimetry, vzdálenost mezi nukleotidy je asi půl nanometru. Délka jedné molekuly někdy dosahuje několika centimetrů. Délka DNA jádra lidské buňky je téměř dva metry.
Struktura DNA obsahuje všechny genetické informace. DNA má replikaci, což znamená proces, během kterého se z jedné molekuly vytvoří dvě absolutně identické dceřiné molekuly.
Jak již bylo uvedeno, řetězec je tvořen nukleotidy, které se dále skládají z dusíkatých bází (adenin, guanin, thymin a cytosin) a zbytku kyseliny fosforečné. Všechny nukleotidy se liší v dusíkatých bázích. Mezi všemi bázemi nedochází k vodíkové vazbě, například adenin se může slučovat pouze s thyminem nebo guaninem. V těle je tedy tolik adenylových nukleotidů jako thymidylových nukleotidů a počet guanylových nukleotidů se rovná cytidylovým nukleotidům (Chargaffovo pravidlo). Ukazuje se, že posloupnost jednoho řetězce předurčuje posloupnost druhého a řetězce se jakoby navzájem zrcadlí. Takový vzorec, kde jsou nukleotidy dvou řetězců uspořádány uspořádaným způsobem a jsou také spojeny selektivně, se nazýváprincip komplementarity. Kromě sloučenin vodíku interaguje hydrofobně také dvojitá šroubovice.
Dva řetězy jsou v opačných směrech, to znamená, že jsou umístěny v opačných směrech. Proto naproti tří'-konci jednoho je pět'-konec druhého řetězce.
Navenek molekula DNA připomíná točité schodiště, jehož zábradlí tvoří cukr-fosfátová páteř a kroky jsou komplementární dusíkové báze.
Co je ribonukleová kyselina?
RNA je nukleová kyselina s monomery zvanými ribonukleotidy.
V chemických vlastnostech je velmi podobná DNA, protože oba jsou polymery nukleotidů, které jsou fosforylovaným N-glykosidem, který je postaven na pentózovém (pěti-uhlíkovém cukru) zbytku s fosfátovou skupinou na pátý atom uhlíku a dusíková báze na prvním atomu uhlíku.
Jedná se o jeden polynukleotidový řetězec (kromě virů), který je mnohem kratší než řetězec DNA.
Jeden monomer RNA jsou zbytky následujících látek:
- dusíkové báze;
- monosacharid s pěti uhlíky;
- kyseliny fosforečné.
RNA mají pyrimidinové (uracil a cytosin) a purinové (adenin, guanin) báze. Ribóza je monosacharid nukleotidu RNA.
Rozdíly mezi RNA a DNA
Nukleové kyseliny se od sebe liší následujícími způsoby:
- jeho množství v buňce závisí na fyziologickém stavu, věku a orgánové příslušnosti;
- DNA obsahuje sacharidydeoxyribóza a RNA - ribóza;
- Dusíkatá báze v DNA je thymin a v RNA je to uracil;
- třídy plní různé funkce, ale jsou syntetizovány na matrici DNA;
- DNA je dvojitá šroubovice, RNA je jednovláknová;
- netypické pro její pravidla DNA Chargaff;
- RNA má více minoritních bází;
- řetězy se výrazně liší v délce.
Historie studia
Buňku RNA poprvé objevil německý biochemik R. Altman při studiu kvasinkových buněk. V polovině dvacátého století byla prokázána role DNA v genetice. Teprve poté byly popsány typy RNA, funkce a tak dále. Až 80-90 % hmoty v buňce připadá na rRNA, která spolu s proteiny tvoří ribozom a účastní se biosyntézy proteinů.
V šedesátých letech minulého století bylo poprvé navrženo, že musí existovat určitý druh, který nese genetickou informaci pro syntézu bílkovin. Poté bylo vědecky zjištěno, že existují takové informační ribonukleové kyseliny představující komplementární kopie genů. Říká se jim také messenger RNA.
Takzvané transportní kyseliny se podílejí na dekódování informací v nich zaznamenaných.
Později se začaly vyvíjet metody k identifikaci sekvence nukleotidů a stanovení struktury RNA v kyselém prostoru. Bylo tedy zjištěno, že některé z nich, které se nazývaly ribozymy, mohou štěpit polyribonukleotidové řetězce. V důsledku toho se začalo předpokládat, že v době, kdy na planetě vznikal život,RNA fungovala bez DNA a proteinů. Navíc byly všechny proměny provedeny za její účasti.
Struktura molekuly ribonukleové kyseliny
Téměř všechny RNA jsou jednoduché řetězce polynukleotidů, které se zase skládají z monoribonukleotidů – purinových a pyrimidinových bází.
Nukleotidy se označují počátečními písmeny bází:
- adenin (A), A;
- guanin (G), G;
- cytosin (C), C;
- uracil (U), U.
Jsou spojeny tří- a pěti-fosfodiesterovými vazbami.
Ve struktuře RNA je zahrnut nejrozmanitější počet nukleotidů (od několika desítek až po desítky tisíc). Mohou tvořit sekundární strukturu sestávající převážně z krátkých dvouvláknových vláken, která jsou tvořena komplementárními bázemi.
Struktura molekuly ribnukleové kyseliny
Jak již bylo zmíněno, molekula má jednovláknovou strukturu. RNA získává svou sekundární strukturu a tvar jako výsledek vzájemné interakce nukleotidů. Jde o polymer, jehož monomer je nukleotid sestávající z cukru, zbytku kyseliny fosforečné a dusíkaté báze. Navenek je molekula podobná jednomu z řetězců DNA. Nukleotidy adenin a guanin, které jsou součástí RNA, jsou purinové. Cytosin a uracil jsou pyrimidinové báze.
Proces syntézy
Pro molekulu RNA, která má být syntetizována, je templátem molekula DNA. Pravda, dochází i k opačnému procesu, kdy se na matrici ribonukleové kyseliny tvoří nové molekuly deoxyribonukleové kyseliny. Takovýdochází při replikaci určitých typů virů.
Základem pro biosyntézu mohou být i další molekuly ribonukleové kyseliny. Jeho transkripce, ke které dochází v buněčném jádře, zahrnuje mnoho enzymů, ale nejvýznamnější z nich je RNA polymeráza.
Zobrazení
V závislosti na typu RNA se její funkce také liší. Existuje několik typů:
- informační i-RNA;
- ribozomální rRNA;
- transport t-RNA;
- minor;
- ribozymes;
- virální.
Informační ribonukleová kyselina
Takové molekuly se také nazývají matrice. Tvoří asi dvě procenta z celkového počtu v buňce. V eukaryotických buňkách jsou syntetizovány v jádrech na templátech DNA, poté přecházejí do cytoplazmy a vážou se na ribozomy. Dále se stávají templáty pro syntézu proteinů: jsou spojeny transferovými RNA, které nesou aminokyseliny. Tak probíhá proces přeměny informace, který se realizuje v unikátní struktuře proteinu. V některých virových RNA je to také chromozom.
Jacob a Mano jsou objevitelé tohoto druhu. Nemá tuhou strukturu, jeho řetěz tvoří zakřivené smyčky. Nefunkční i-RNA se shromažďuje do záhybů a záhybů do klubíčka a rozvine se v provozním stavu.
i-RNA nese informaci o sekvenci aminokyselin v proteinu, který je syntetizován. Každá aminokyselina je zakódována na určitém místě pomocí genetických kódů, které jsou:
- tripletita - ze čtyř mononukleotidů je možné sestavit šedesát čtyři kodonů (genetický kód);
- noncrossing - informace se pohybují jedním směrem;
- kontinuita - princip fungování je, že jedna mRNA je jeden protein;
- univerzálnost – ten či onen typ aminokyseliny je zakódován ve všech živých organismech stejným způsobem;
- degenerace – je známo dvacet aminokyselin a šedesát jedna kodonů, to znamená, že jsou kódovány několika genetickými kódy.
Ribozomální ribonukleová kyselina
Takové molekuly tvoří převážnou většinu buněčné RNA, konkrétně osmdesát až devadesát procent z celkového počtu. Spojují se s proteiny a tvoří ribozomy – to jsou organely, které provádějí syntézu proteinů.
Ribozomy jsou ze šedesáti pěti procent rRNA a z třiceti pěti procent proteiny. Tento polynukleotidový řetězec se snadno složí spolu s proteinem.
Ribozom se skládá z aminokyselinových a peptidových oblastí. Jsou umístěny na kontaktních plochách.
Ribozomy se v buňce volně pohybují a syntetizují proteiny na správných místech. Nejsou příliš specifické a umí nejen číst informace z mRNA, ale také s nimi tvořit matrici.
Doprava ribonukleové kyseliny
t-RNA je nejvíce studovaná. Tvoří deset procent buněčné ribonukleové kyseliny. Tyto typy RNA se váží na aminokyseliny díky speciálnímu enzymu a jsou dodávány do ribozomů. Aminokyseliny jsou zároveň transportovány transportemmolekul. Stává se však, že různé kodony kódují aminokyselinu. Poté je ponese několik transportních RNA.
Když není aktivní, stočí se do klubíčka, ale funguje jako čtyřlístek.
Rozlišují se v něm následující sekce:
- akceptorový kmen s nukleotidovou sekvencí ACC;
- místo pro připojení k ribozomu;
- antikodon kódující aminokyselinu připojenou k této tRNA.
Menej významné druhy ribonukleové kyseliny
V poslední době byly druhy RNA doplněny o novou třídu, takzvanou malou RNA. Jsou to s největší pravděpodobností univerzální regulátory, které zapínají nebo vypínají geny v embryonálním vývoji, stejně jako kontrolní procesy v buňkách.
Ribozymy byly také nedávno identifikovány, aktivně se podílejí na fermentaci kyseliny RNA a působí jako katalyzátor.
Virové typy kyselin
Virus může obsahovat buď ribonukleovou kyselinu, nebo deoxyribonukleovou kyselinu. Proto se s odpovídajícími molekulami nazývají obsahující RNA. Když se takový virus dostane do buňky, dojde k reverzní transkripci – objeví se nová DNA na bázi ribonukleové kyseliny, které jsou integrovány do buněk, zajišťujících existenci a reprodukci viru. V jiném případě dochází k tvorbě komplementární RNA na příchozí RNA. Viry jsou proteiny, životně důležitá aktivita a reprodukce probíhá bez DNA, ale pouze na základě informací obsažených v RNA viru.
Replikace
Aby se zlepšilo společné porozumění, je to nutnéZvažte proces replikace, který produkuje dvě identické molekuly nukleové kyseliny. Tak začíná dělení buněk.
Zahrnuje DNA polymerázy, DNA-dependentní, RNA polymerázy a DNA ligázy.
Proces replikace se skládá z následujících kroků:
- despiralizace - dochází k postupnému odvíjení mateřské DNA, zachycení celé molekuly;
- přerušení vodíkových vazeb, při kterých se řetězce rozcházejí a objeví se replikační vidlice;
- přizpůsobení dNTP uvolněným základnám mateřských řetězců;
- štěpení pyrofosfátů z molekul dNTP a tvorba fosforodiesterových vazeb v důsledku uvolněné energie;
- respiralizace.
Po vytvoření dceřiné molekuly se jádro, cytoplazma a zbytek rozdělí. Vzniknou tak dvě dceřiné buňky, které kompletně obdržely veškerou genetickou informaci.
Kromě toho je zakódována primární struktura proteinů, které jsou syntetizovány v buňce. DNA se tohoto procesu účastní nepřímo, nikoli přímo, což spočívá v tom, že právě na DNA probíhá syntéza proteinů, RNA podílejících se na tvorbě. Tento proces se nazývá transkripce.
Přepis
Syntéza všech molekul probíhá během transkripce, tedy přepisování genetické informace ze specifického operonu DNA. Tento proces je v některých ohledech podobný replikaci a v jiných se velmi liší.
Podobnosti jsou následující části:
- začíná despiralizací DNA;
- dojde k roztržení vodíkuspojení mezi základnami řetězů;
- doplňkové NTF;
- vznikají vodíkové vazby.
Rozdíly oproti replikaci:
- během transkripce je nekroucená pouze část DNA odpovídající transkriptu, zatímco během replikace je nekroucená celá molekula;
- při přepisu obsahují laditelné NTF ribózu a uracil místo thyminu;
- informace jsou odepisovány pouze z určité oblasti;
- po vytvoření molekuly se vodíkové vazby a syntetizovaný řetězec přeruší a řetězec sklouzne z DNA.
Pro normální fungování by primární struktura RNA měla sestávat pouze z úseků DNA zkopírovaných z exonů.
Proces zrání začíná v nově vytvořené RNA. Tiché oblasti jsou vyříznuty a informativní oblasti jsou fúzovány za vzniku polynukleotidového řetězce. Dále, každý druh má své vlastní transformace.
V i-RNA dochází k připojení k počátečnímu konci. Polyadenylát je připojen ke konečnému místu.
Báze TRNA jsou upraveny tak, aby tvořily menší druhy.
V rRNA jsou jednotlivé báze také methylovány.
Chraňte proteiny před zničením a zlepšujte transport do cytoplazmy. Zralá RNA se na ně váže.
Význam deoxyribonukleových a ribonukleových kyselin
Nukleové kyseliny mají v životě organismů velký význam. Je v nich uložen, přenesen do cytoplazmy a zděděn dceřinými buňkamiinformace o proteinech syntetizovaných v každé buňce. Jsou přítomny ve všech živých organismech, stabilita těchto kyselin hraje důležitou roli pro normální fungování jak buněk, tak celého organismu. Jakékoli změny v jejich struktuře povedou k buněčným změnám.
