Для підтримки життя живому організмі відбувається безліч процесів. Деякі з них ми можемо спостерігати - дихання, прийом їжі, позбавлення продуктів життєдіяльності, отримання інформації органами почуттів і забування цієї інформації. Але більшість хімічних процесів прихована від очей.

Довідка. Класифікація

По-науковому, обмін речовин – це метаболізм.

Метаболізм зазвичай ділять на дві стадії:
в ході катаболізму складні органічні молекули розпадаються більш прості, з отриманням енергії; (Енергія витрачається)
у процесах анаболізму витрачається енергія на синтез із простих молекул складних біомолекул. (Енергія запасається)

Біомолекули, як видно вище, поділяються на малі молекули та великі.

Малі:
Ліпіди (жири), фосфоліпіди, гліколіпіди, стероли, гліцероліпіди,
Вітаміни
Гормони, нейромедіатори
Метаболіти
Великі:
Мономери, олігомери та полімери.

Мономери Олігомери Біополімери

Амінокислоти Олігопептиди Поліпептиди, білки
Моносахариди Олігосахариди Полісахариди (крохмаль, целюлоза)
Нуклеотиди Олігонуклеотиди Полінуклеотиди, (ДНК, РНК)

У стовпчику біополімери знаходяться полінуклеотиди. Саме тут знаходиться рибонуклеїнова кислота – об'єкт статті.

Рибонуклеїнові кислоти. Будова, призначення.

На малюнку показано молекулу РНК.
Нуклеїнові кислоти ДНК і РНК присутні в клітинах всіх живих організмів і виконують функції зберігання, передачі та реалізації спадкової інформації.

Подібність та відмінність РНК та ДНК

Як видно, є зовнішня схожість із відомою структурою молекули ДНК (дезоксирибонуклеїновою кислотою).
Однак, РНК може мати як дволанцюгову структуру, так і одноланцюжкову.
Нуклеотиди (п'яти- та шестикутники на малюнку)
Крім того, нитка РНК складається з чотирьох нуклеотидів (або азотистих основ, що те саме): аденін, урацил, гуанін і цитозин.
Нитка ДНК складається з іншого набору нуклеотидів: аденін, гуанін, тимін і цитозин.
Хімічна будова полінуклеотиду РНК:

Як бачимо, є характерні нуклеотиди урацил (для РНК) та тимін (для ДНК).
Усі 5 нуклеотидів на малюнку:


Шестикутники на малюнках - це бензольні кільця, в які замість вуглецю вбудовуються інші елементи, в даному випадку це азот.

Бензол. Для довідки.

Хімічна формула бензолу – C6H6. Тобто. у кожному вугіллі шестикутника знаходиться атом вуглецю. 3 додаткові внутрішні лінії шестикутник вказують на наявність подвійних ковалентних зв'язків між цими атомами вуглецю. Вуглець - елемент 4 групи періодичної таблиці Менделєєва, отже, у нього 4 електрони можуть утворити ковалентний зв'язок. На малюнку - один зв'язок - з електроном водню, другий - з електроном вуглецю ліворуч і ще 2 - з 2 електронами вуглецю праворуч. Втім, фізично існує єдина електронна хмара, що охоплює всі 6 атомів вуглецю бензолу.

З'єднання азотистих основ

Комплементарні нуклеотиди один з одним зчіплюються (гібридизуються) за допомогою водневих зв'язків. Аденін комплементарний урацилу, а гуанін – цитозину. Чим довше на цій РНК комплементарні ділянки, тим міцніше буде утворена ними структура; навпаки, короткі ділянки будуть нестабільними. Це визначає функцію конкретної РНК.
На малюнку фрагмент комплементарної ділянки РНК. Азотисті основи зафарбовані синім кольором

Структура РНК

Зчеплення багатьох груп нуклеотидів утворюють РНК-шпильки (первинна структура):


Безліч шпильок у стрічці зчіплюються у подвійну спіраль. У розгорнутому вигляді така структура нагадує дерево (вторинна структура):


Спіралі як і взаємодіють друг з одним (третинна структура). Видно, як різні спіралі з'єднані один з одним:


Інші РНК згортаються аналогічно. Нагадує набір стрічок (четвертинна структура).

Висновок

Для обчислення конформацій, які ухвалять РНК, за їх первинною послідовністю існують

Якщо раніше переважала думка про другорядну роль РНК, то тепер ясно, що вона є необхідним і найважливішим елементом життєдіяльності клітини. Механізми багатьох...

Від Masterweb

09.04.2018 14:00

Різні види ДНК та РНК – нуклеїнових кислот – це один із об'єктів вивчення молекулярної біології. Одним з найбільш перспективних та швидко розвиваються напрямів у цій науці в останні роки стало дослідження РНК.

Коротко про будову РНК

Отже, РНК, рибонуклеїнова кислота, - це біополімер, молекула якого є ланцюжком, утвореним чотирма видами нуклеотидів. Кожен нуклеотид, своєю чергою, складається з азотистого підстави (аденіна А, гуаніну Р, урацилу У чи цитозину Ц) разом із цукром рибозою і залишком фосфорної кислоти. Фосфатні залишки, з'єднуючись із рибозами сусідніх нуклеотидів, «зшивають» складові блоки РНК у макромолекулу – полінуклеотид. Так утворюється первинна структура РНК.

Вторинна структура - утворення подвійного ланцюжка - утворюється на деяких ділянках молекули відповідно до принципу комплементарності азотистих основ: аденін утворює пару з урацилом за допомогою подвійного, а гуанін з цитозином - потрійного водневого зв'язку.

У робочій формі молекула РНК утворює також третинну структуру – особливу просторову будову, конформацію.

Синтез РНК

Усі види РНК синтезуються з допомогою ферменту РНК-полімерази. Вона може бути ДНК-і РНК-залежною, тобто каталізувати синтез як на ДНК, так і на РНК-матриці.

Синтез заснований на комплементарності підстав та антипаралельності напряму читання генетичного коду та протікає у кілька етапів.

Спочатку відбувається впізнавання і зв'язування РНК-полімерази з особливою послідовністю нуклеотидів на ДНК - промотором, після чого подвійна спіраль ДНК розкручується на невеликій ділянці і починається складання молекули РНК над одним з ланцюжків, званим матричним (інший ланцюжок ДНК називається кодує - саме її копією є синтезується РНК). Асиметричність промотора визначає, який із ланцюжків ДНК буде служити матрицею, і тим самим дозволяє РНК-полімеразі ініціювати синтез у правильному напрямку.

Наступний етап називається елонгацією. Транскрипційний комплекс, що включає РНК-полімеразу та розплетену ділянку з гібридом ДНК-РНК, починає рух. У міру цього переміщення ланцюжок РНК, що нарощується, поступово відокремлюється, а подвійна спіраль ДНК розплітається перед комплексом і відновлюється за ним.

Завершальний етап синтезу настає, коли РНК-полімераза досягає особливої ​​ділянки матриці, що називається термінатором. Термінація (закінчення) процесу може досягатися різними способами.

Основні види РНК та їх функції у клітині

Вони такі:

• Матрична чи інформаційна (мРНК). Через неї здійснюється транскрипція – перенесення генетичної інформації з ДНК.
• Рибосомна (рРНК), що забезпечує процес трансляції - синтез білка на матриці мРНК.
• Транспортна (ТРНК). Здійснює впізнавання та транспортування амінокислоти на рибосому, де відбувається синтез білка, а також бере участь у трансляції.
• Малі РНК – великий клас молекул невеликої довжини, здійснюють різноманітні функції під час процесів транскрипції, дозрівання РНК, трансляції.
• РНК-геноми – послідовності, що кодують, які містять генетичну інформацію у деяких вірусів і віроїдів.

У 1980-х роках було відкрито каталітичну активність РНК. Молекули, що мають цю властивість, отримали назву рибозимів. Природних рибозимів поки що відомо не так багато, каталітична здатність їх нижча, ніж у білків, проте в клітині вони виконують виключно важливі функції. В даний час ведуться успішні роботи з синтезу рибозимів, що мають у тому числі прикладне значення.

Зупинимося докладніше різних видів молекул РНК.

Матрична (інформаційна) РНК

Ця молекула синтезується над розплетеною ділянкою ДНК, копіюючи таким чином ген, що кодує той чи інший білок.

РНК еукаріотичних клітин, перш ніж стати, своєю чергою, матрицею для синтезу білка, повинні дозріти, тобто пройти через комплекс різних модифікацій – процесинг.

Насамперед, ще на стадії транскрипції, молекула піддається кепіювання: до її кінця приєднується особлива структура з одного або кількох модифікованих нуклеотидів – кеп. Він відіграє у багатьох наступних процесах і підвищує стабільність мРНК. До іншого кінця первинного транскрипта приєднується так званий полі(А)хвіст – послідовність аденінових нуклеотидів.

Після цього пре-мРНК піддається сплайсингу. Це видалення з молекули ділянок, що не кодують, – інтронів, яких багато в ДНК еукаріотів. Далі відбувається процедура редагування мРНК, коли він хімічно модифікується її склад, і навіть метилювання, після чого зріла мРНК залишає клітинне ядро.

Рибосомна РНК

Основу рибосоми – комплексу, що забезпечує білковий синтез, становлять дві довгі рРНК, які утворюють субчастинки рибосоми. Синтезуються вони спільно у вигляді однієї пре-рРНК, яка потім під час процесингу поділяється. У велику субчастинку входить також низькомолекулярна рРНК, що синтезується з окремого гена. Рибосомні РНК мають щільно упаковану третинну структуру, яка служить каркасом для білків, присутніх в рибосомі і виконують допоміжні функції.

У неробочій фазі субодиниці рибосоми розділені; при ініціації трансляційного процесу рРНК малої субчастинки з'єднується з матричною РНК, після чого відбувається повне поєднання елементів рибосоми. При взаємодії РНК малої субчастинки з мРНК остання хіба що простягається через рибосому (що рівнозначно руху рибосоми по мРНК). Рибосомна РНК великої субчастинки є рибозимом, тобто має ферментні властивості. Вона каталізує утворення пептидних зв'язків між амінокислотами під час синтезу білка.

Слід зазначити, що найбільша частина всієї РНК у клітині посідає частку рибосомної – 70-80 %. ДНК має велику кількість генів, що кодують рРНК, що забезпечує вельми інтенсивну її транскрипцію.

Транспортна РНК

Ця молекула розпізнається певною амінокислотою за допомогою особливого ферменту і, з'єднуючись з нею, здійснює транспортування амінокислоти на рибосому, де служить посередником у процесі трансляції - синтезу білка. Перенесення здійснюється шляхом дифузії у цитоплазмі клітини.

Знову синтезовані молекули тРНК, як і інші види РНК, піддаються процесингу. Зріла тРНК в активній формі має конформацію, що нагадує конюшинний лист. На «черешку» листа – акцепторній ділянці – розташована послідовність ЦЦА з гідроксильною групоюяка зв'язується з амінокислотою. На протилежному кінці "аркуша" знаходиться антикодонова петля, яка з'єднується з комплементарним кодоном на мРНК. D-петля служить для зв'язування транспортної РНК з ферментом при взаємодії з амінокислотою, а Т-петля для зв'язування з великою субчастицею рибосоми.

Малі РНК

Ці види РНК відіграють у клітинних процесах і зараз активно вивчаються.

Так, наприклад, малі ядерні РНК у клітинах еукаріотів беруть участь у сплайсингу мРНК і, можливо, мають каталітичні властивості поряд з білками сплайсосом. Малі ядерцеві РНК беруть участь у процесингу рибосомної та транспортної РНК.

Малі інтерферуючі та мікроРНК є найважливішими елементами системи регулювання експресії генів, необхідної клітині для контролю власної структури та життєдіяльності. Ця система – важлива частина імунної антивірусної відповіді клітини.

Існує також клас малих РНК, що функціонують у комплексі із білками Piwi. Ці комплекси грають величезну роль розвитку клітин зародкової лінії, в сперматогенезі й у придушенні мобільних генетичних елементів.

РНК-геном

Молекула РНК може використовуватися як геному більшістю вірусів. Вірусні геноми бувають різними – одно- та дволанцюжковими, кільцевими або лінійними. Також РНК-геноми вірусів часто бувають сегментовані і в цілому коротше, ніж ДНК-геноми.

Існує сімейство вірусів, генетична інформація яких, закодована в РНК після інфікування клітини шляхом зворотної транскрипції переписується на ДНК, яка потім впроваджується в геном клітини-жертви. Це так звані ретровіруси. До них, зокрема, належать вірус імунодефіциту людини.

Значення дослідження РНК у сучасній науці

Якщо раніше переважала думка про другорядну роль РНК, то тепер ясно, що вона - необхідний і найважливіший елемент внутрішньоклітинної життєдіяльності. Багато процесів першорядної значущості не обходяться без активної участі РНК. Механізми таких процесів тривалий час залишалися невідомими, але завдяки дослідженню різних видівРНК та його функцій поступово проясняються багато деталей.

Не виключено, що РНК зіграла вирішальну роль у виникненні та становленні життя на зорі історії Землі. Результати недавніх досліджень свідчать на користь цієї гіпотези, свідчивши про надзвичайну давнину багатьох механізмів функціонування клітини з участю тих чи інших видів РНК. Наприклад, нещодавно відкриті рибоперемикачі у складі мРНК (система безбілкової регуляції активності генів на стадії транскрипції), на думку багатьох дослідників, є відлуннями епохи, коли примітивне життя будувалося на основі РНК, без участі ДНК та білків. Також дуже давнім компонентом системи регуляції вважаються мікроРНК. Особливості структури каталітично активної рРНК свідчать про її поступову еволюцію шляхом приєднання нових фрагментів до давньої проторибосоми.

Ретельне вивчення того, які види РНК і яким чином зайняті в тих чи інших процесах, важливе також для теоретичних і прикладних областей медицини.

Вулиця Київян, 16 0016 Вірменія, Єреван Сервіс +374 11 233 255

РНК- полімер, мономерами якої є рибонуклеотиди. На відміну від ДНК, РНК утворена не двома, а одним полінуклеотидним ланцюжком (виняток - деякі РНК-віруси мають дволанцюгову РНК). Нуклеотиди РНК здатні утворювати водневі зв'язки між собою. Ланцюги РНК значно коротші за ланцюги ДНК.

Мономер РНК – нуклеотид (рибонуклеотид)- складається із залишків трьох речовин: 1) азотистої основи, 2) п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) та 3) фосфорної кислоти. Азотисті основи РНК також відносяться до класів піримідинів та пуринів.

Піримидинові основи РНК – урацил, цитозин, пуринові основи – аденін та гуанін. Моносахарид нуклеотиду РНК представлений рибозою.

Виділяють три види РНК: 1) інформаційна(матрична) РНК – іРНК (мРНК), 2) транспортнаРНК – тРНК, 3) рибосомнаРНК – рРНК.

Усі види РНК є нерозгалуженими полінуклеотидами, мають специфічну просторову конформацію і беруть участь у процесах синтезу білка. Інформація про будову всіх видів РНК зберігається у ДНК. Процес синтезу РНК на матриці ДНК називається транскрипцією.

Транспортні РНКмістять зазвичай 76 (від 75 до 95) нуклеотидів; молекулярна маса - 25 000-30 000. На частку тРНК припадає близько 10% від загального вмісту РНК у клітині. Функції тРНК: 1) транспорт амінокислот до місця синтезу білка, до рибосом, 2) трансляційний посередник. У клітині зустрічається близько 40 видів тРНК, кожен із них має характерну лише йому послідовність нуклеотидів. Однак у всіх тРНК є кілька внутрішньомолекулярних комплементарних ділянок, через які тРНК набувають конформації, що нагадує формою лист конюшини. Будь-яка тРНК має петлю для контакту з рибосомою (1), антикодонову петлю (2), петлю для контакту з ферментом (3), акцепторне стебло (4), антикодон (5). Амінокислота приєднується до 3"-кінця акцепторного стебла. Антикодон- Три нуклеотиди, що «пізнають» кодон іРНК. Слід підкреслити, що конкретна тРНК може транспортувати певну амінокислоту, відповідну її антикодону. Специфічність сполуки амінокислоти та тРНК досягається завдяки властивостям ферменту аміноацил-тРНК-синтетазу.

Рибосомні РНКмістять 3000-5000 нуклеотидів; молекулярна маса - 1000000-1500000. На частку рРНК припадає 80-85% від загального вмісту РНК в клітині. У комплексі з рибосомними білками рРНК утворює рибосоми – органоїди, які здійснюють синтез білка. В еукаріотичних клітин синтез рРНК відбувається в ядерцях. Функції рРНК: 1) необхідний структурний компонент рибосом та, таким чином, забезпечення функціонування рибосом; 2) забезпечення взаємодії рибосоми та тРНК; 3) початкове зв'язування рибосоми та кодону-ініціатора іРНК та визначення рамки зчитування; 4) формування активного центру рибосоми.

Види РНК

Молекули РНК на відміну ДНК є однонитковими структурами. Схема побудови РНК аналогічна ДНК: основу утворює цукрово-фосфатний кістяк, до якого приєднуються азотисті основи.

Мал. 5.16. Будова ДНК та РНК

Відмінності хімічної будови полягають у наступному: дезоксирибоза, яка присутня в ДНК, замінена на молекулу рибози, а тімін представлений іншим піримідином - урацилом (Рис. 5.16, 5.18).

Молекули РНК залежно від виконуваних функцій поділяються на три основні види: інформаційні, або матричні (мРНК), транспортні (тРНК) та рибосомальні (рРНК).

У ядрі клітин еукаріотів міститься РНК четвертого виду - гетерогенна ядерна РНК (гяРНК),яка є точною копією відповідної ДНК.

Функції РНК

МРНК переносять інформацію про структуру білка від ДНК до рибосом, (тобто є матрицею для синтезу білка;

тРНК переносять амінокислоти до рибосом, специфічність такого перенесення забезпечується тим, що є 20 типів тРНК, відповідних 20 амінокислот (Рис. 5.17);

рРНК утворюють у комплексі з білками рибосому, у якій відбувається синтез білка;

гяРНК є точним транскриптом ДНК, яка, зазнаючи специфічних змін, перетворюється (дозріває) на зрілу мРНК.

Молекули РНК значно менше молекул ДНК. Найкоротшою є тРНК, що складається з 75 нуклеотидів.

Мал. 5.17. Будова транспортної РНК

Мал. 5.18. Порівняння ДНК та РНК

Сучасні ставлення до будову гена. Інтрон-екзонна структура у еукаріотів

Елементарною одиницею спадковості є ген. Термін «ген» було запропоновано 1909 р. У. Йогансеном для позначення матеріальної одиниці спадковості, виділеної Р. Менделем.

Після робіт американських генетиків Дж. Бідла та Е. Тейтума геном стали називати ділянку молекули ДНК, що кодує синтез одного білка.

Згідно з сучасними уявленнями, ген розглядається як ділянка молекули ДНК, що характеризується специфічною послідовністю нуклеотидів, що визначають амінокислотну послідовність поліпептидного ланцюга якогось білка або нуклеотидну послідовність функціонуючої молекули РНК (тРНК, рРНК).

Відносно короткі кодуючі послідовності основ (екзони)чергуються в них з довгими послідовностями, що не кодують. інтронами,які вирізаються ( сплайсинг) у процесі дозрівання іРНК ( процесингу) і не беруть участь у процесі трансляції (Рис. 5.19).

Розміри генів людини можуть коливатися від кількох десятків пар нуклеотидів (п.н.) до тисяч і навіть мільйонів п.н. Так, найменший з відомих генів містить всього 21 п.н., а один із найбільших генів має розмір понад 2,6 млн п.н.

Мал. 5.19. Будова ДНК еукаріотів

Після того як закінчується транскрипція, всі види РНК зазнають дозрівання РНК. процесинг.Він представлений сплайсингом- Це процес видалення ділянок молекули РНК, відповідних інтронних послідовностей ДНК. Зріла мРНК входить у цитоплазму і стає матрицею для синтезу білка, тобто. переносить інформацію про структуру білка від ДНК до рибосом (Рис. 5.19, 5.20).

Послідовність нуклеотидів у рРНК подібна до всіх організмів. Вся рРНК знаходиться у цитоплазмі, де вона утворює складний комплекс із білками, формуючи рибосому.

На рибосомах інформація, зашифрована у структурі мРНК, перекладається ( транслюється) в амінокислотну послідовність, тобто. відбувається синтез білка.

Мал. 5.20. Сплайсинг

5.6. Практичне завдання

Виконати самостійне завдання. Заповнити таблицю 5.1. Порівняти будову, властивості та функції ДНК та РНК

Таблиця 5.1.

Порівняння ДНК та РНК

Питання тесту

1. Молекула РНК містить азотисті основи:

2. Молекула АТФмістить:

а) аденін, дизоксирибозу та три залишки фосфорної кислоти

б) аденін, рибозу та три залишки фосфорної кислоти

в) аденозин, рибозу та три залишки фосфорної кислоти

г) аденозин, дезоксирибозу та три залишки фосфорної кислоти.

3. Зберігачем спадковості в клітині є молекули ДНК, оскільки в них закодована інформація про

а) склад полісахаридів

б) структуру молекул ліпідів

в) первинної структури молекул білка

г) будову амінокислот

4. У реалізації спадкової інформації беруть участь молекули нуклеїнових кислот, забезпечуючи

а) синтез вуглеводів

б) окислення білків

в) окиснення вуглеводів

г) синтез білків

5. За допомогою молекул іРНК здійснюється передача спадкової інформації

а) з ядра до мітохондрії

б) з однієї клітини до іншої

в) із ядра до рибосоми

г) від батьків потомству

6. Молекули ДНК

а) переносять інформацію про будову білка до рибосом

б) переносять інформацію про будову білка до цитоплазми

в) доставляють до рибосом амінокислоти

г) містять спадкову інформацію про первинну структуру білка

7. Рибонуклеїнові кислоти в клітинах беруть участь у

а) зберігання спадкової інформації

б) регуляції обміну жирів

в) утворенні вуглеводів

г) біосинтезі білків

8. Яка нуклеїнова кислота може бути у вигляді дволанцюжкової молекули

9. З молекули ДНК та білка складається

а) мікротрубочка

б) плазматична мембрана

в) ядерце

г) хромосома

10. Формування ознак організму залежить від молекул

б) білків

11. Молекули ДНК на відміну молекул білка мають здатність

а) утворювати спіраль

б) утворювати третинну структуру

в) самоподвоюватися

г) утворювати четвертинну структуру

12. Власну ДНК має

а) комплекс Гольджі

б) лізосома

в) ендоплазматична мережа

г) мітохондрія

13. Спадкова інформація про ознаки організму зосереджена у молекулах

в) білків

г) полісахаридів

14. Молекули ДНК є матеріальною основою спадковості, оскільки в них закодована інформація про структуру молекул

а) полісахаридів

б) білків

в) ліпідів

г) амінокислот

15. Полінуклеотидні нитки в молекулі ДНК утримуються поруч за рахунок зв'язків між

а) комплементарними азотистими основами

б) залишками фосфорної кислоти

в) амінокислотами

г) вуглеводами

16. З однієї молекули нуклеїнової кислоти у поєднанні з білками складається

а) хлоропласт

б) хромосома

г) мітохондрія

17. Кожна амінокислота в клітині кодується

а) одним триплетом

б) кількома триплетами

в) одним або декількома триплетами

г) одним нуклеотидом

18. Завдяки властивості молекули ДНК відтворювати собі подібних

а) формується пристосованість організму до довкілля

б) у особин виду з'являються модифікації

в) з'являються нові комбінації генів

г) відбувається передача спадкової інформації від материнської клітини до дочірніх

19. Певною послідовністю трьох нуклеотидів зашифрована у клітині кожна молекула

а) амінокислоти

б) глюкози

в) крохмалю

г) гліцерину

20. Де в клітині містяться молекули ДНК

а) У ядрі, мітохондріях та пластидах

б) У рибосомах та комплексі Гольджі

в) У цитоплазматичній мембрані

г) У лізосомах, рибосомах, вакуолях

21. У клітинах рослин тРНК

а) зберігає спадкову інформацію

б) реплікується на іРНК

в) забезпечує реплікацію ДНК

г) переносить амінокислоти на рибосоми

22. Молекула РНК містить азотисті основи:

а) аденін, гуанін, урацил, цитозин

б) цитозин, гуанін, аденін, тимін

в) тимін, урацил, аденін, гуанін

г) аденін, урацил, тимін, цитозин.

23. Мономерами молекул нуклеїнових кислот є:

а) нуклеозиди

б) нуклеотиди

в) полінуклеотиди

г) азотисті основи.

24. Склад мономерів молекул ДНК та РНК відрізняється один від одного змістом:

а) цукру

б) азотистих основ

в) цукру та азотистих основ

г) цукру, азотистих основ та залишків фосфорних кислот.

25. Клітина містить ДНК у:

б) ядрі та цитоплазмі

в) ядрі, цитоплазмі та мітохондріях

г) ядрі, мітохондріях та хлоропластах.

Молекула РНК також полімер, мономерами якого є рибонуклеотиди, РНК є одноланцюжковою молекулою. Вона побудована так само, як і один з ланцюгів ДНК. Нуклеотиди РНК схожі на нуклеотиди ДНК, хоч і не тотожні їм. Їх теж чотири, і вони складаються з осаток азотистої основи, пентози та фосфорної кислоти. Три азотисті основи абсолютно такі ж, як у ДНК: А, Гі Ц. Однак замість Ту ДНК у РНК присутня близька за будовою піримідинова основа – урацил ( У). основне різницю між ДНК і РНК – це характер вуглеводу: в нуклотидах ДНК моносахарид – дезоксирибоза, а РНК – рибоза. Зв'язок між нуклеотидами здійснюється, як і ДНК, через цукор і залишок фосфорної кислоти. На відміну від ДНК, вміст якої у клітинах певних організмів постійно, вміст РНК у них коливається. Воно помітно вище там, де відбувається інтенсивний синтез.

Щодо виконуваних функцій розрізняють кілька видів РНК.

Транспортна РНК (ТРНК). Молекули тРНк найкоротші: вони складаються лише з 80-100 нуклеотидів. Молекулярна маса таких частинок дорівнює 25-30 тис. Транспортні РНК переважно містяться в цитоплазмі клітини. Функція їх полягає у перенесенні амінокислот у рибосоми, до місця синтезу білка. Із загального вмісту РНК клітин на частку тРНК припадає близько 10%.

Рибосомна РНК (РРНК). Це великі молекули: до їх складу входить 3-5 тис. нуклеотидів, відповідно їхня молекулярна маса досягає 1-1,5 млн. рибосомних РНК складають істотну частину рибосоми. Із загального вмісту РНК у клітині частку рРНК припадає близько 90%.

Інформаційна РНК (іРНК), або матрична РНК (МРНК), міститься в ядрі та цитоплазмі. Функція її полягає у перенесенні інформації про структуру білка від ДНК до місця синтезу білка в рибосомах. Перед іРНК припадає приблизно 0,5-1% від загального вмісту РНК клітини. Розмір іРНК коливається у межах – від 100 до 10000 нуклеотидів.

Всі види РНК синтезуються на ДНК, яка служить свого роду матрицею.

ДНК - носій спадкової інформації.

Кожен білок представлений одним або декількома поліпіптидними ланцюгами. Ділянку ДНК, що несе інформацію про один поліпіптидний ланцюг, називають геном. Сукупність молекул ДНК клітини виконує функцію носія генетичної інформації. Генетична інформація передається як від материнської клітини дочірнім клітинам, і від батьків дітям. Ген є одиницею генетичної, або спадкової інформації.

ДНК - носій генетичної інформації в клітині – безпосередньої участі у синтезі білків не бере. У клітинах еукаріотів молекули ДНК містяться в хромосомах ядра і відокремлені ядерною оболонкою від цитоплазми, де відбувається синтез білків. До рибосом - місць зборки білків - висилається з ядра несе інформацію посередник, здатний пройти через пори ядерної оболонки. Таким посередником є ​​інформаційна РНК (ІРНК). За принципом комплементарності вона синтезується на ДНК за участі ферменту, званого РНК- полімеразою.

Інформаційна РНК – це однониткова молекула, і транскрипція йде з одного ланцюга двониткової молекули ДНК. Вона є копією не всієї молекули ДНК, а лише частини її – одного гена у еукаріотів або групи поряд розташованих генів, що несуть інформацію про структуру білків, необхідних для виконання однієї функції у прокаріотів. Таку групу генів називають опероном. На початку кожного оперону знаходиться свого роду посадковий майданчик для РНК-полімерази, що називається промотором.це специфічна послідовність нуклеотидів ДНК, яку фермент «дізнається» завдяки хімічному спорідненості. Тільки приєднавшись до промотору, РНК-полімераза здатна почати інтез РНК. Доходячи до кінця оперону, фермент зустрічає сигнал (у вигляді певної послідовності нуклеотидів), що означає кінець зчитування. Готова іРНК відходить від ДНК і прямує до місця синтезу білків.

У процесі транскрипції можна назвати чотири стадії: 1) зв'язування РНК-полімерази з промотором; 2) ініціація- Початок синтезу. Вона полягає в утворенні першої фосфодіефірного зв'язку між АТФ або ГТФ і другим нуклеотидом синтезується молекули РНК; 3) елонгація- Зростання ланцюга РНК; тобто. послідовне приєднання нуклеотидів один до одного в тому порядку, в якому стоять комплементарні їм нуклеотиди в нитки ДНК, що транскрибується. Швидкість елонгації 50 нуклеотидів за секунду; 4) термінація- Завершення синтезу РНК.

Пройшовши через пори ядерної оболонки, іРНК прямує до рибосом, де здійснюється розшифровка генетичної інформації - переклад її з "мови" нуклеотидів на "мову" амінокислот. Синтез поліпептидних ланцюгів за матрицею іРНК, що відбувається в рибосомах, називають трансляцією(Лат. translation - Переклад).

Амінокислоти, з яких синтезуються білки, доставляються до рибосом за допомогою спеціальних РНК, які називають транспортними (тРНК). У клітині є стільки різних тРНК, скільки кодонів, шифруючих амінокислоти. На вершині «аркуша» кожної тРНК є послідовність трьох нуклеотидів, комплементарних нуклеотидів кодону іРНК. Її називають антикодон.Спеціальний фермент - кодаза - пізнає тРНК і приєднує до "черешка листа" амінокислоту - тільки ту, що кодується триплетом, комплементарним антикодону. На утворення ковалентного зв'язку між тРНК та «своєю» амінокислотою витрачається енергія однієї молекули АТФ.

Щоб амінокислота включилася в полипептидную ланцюг, вона повинна відірватися від тРНК. Це стає можливим, коли тРНК надходить на рибосмосу і антикодон дізнається свій кодон в іРНК. У рибосомі є дві ділянки зв'язування двох молекул тРНК. В одну з цих ділянок, званий акцепторним, надходить тРНК з амінокислотою і приєднується до кодону (I). Ця амінокислота приєднує до себе (акцептує) зростаючий ланцюг білка (II)? Між ними утворюється пептидна зв'язок. тРНК, до якої тепер приєднується разом з кодоном іРНК донорнийділянку рибосоми. У акцепторну ділянку, що звільнився, приходить нова тРНК, пов'язана з амінокислотою, яка шифрується черговим кодоном (III). З донорної ділянки сюди знову переноситься поліпептидний ланцюг, що відірвався, і подовжується ще на одну ланку. Амінокислоти в зростаючому ланцюгу з'єднані в тій послідовності, в якій розташовані кодони, що їх шифрують, в іРНК.

Коли на рибосомі виявляється один із трьох триплетів ( УАА, УАГ, УГА), які є «розділовими знаками» між генами, жодна тРНК не може зайняти місце в акцепторній ділянці. Справа в тому, що не існує антикодонів, комплементарних послідовностей нуклеотидів «розділових знаків». Ланцюга, що відірвався, ні до чого приєднатися в акцепторній ділянці, і він залишає рибосому. Синтез білка завершено.

У прокаріотів синтез білків починається з того, що кодон АУГ, розташований першому місці у копії з кожного гена, займає в рибосомі таку позицію, що з ним взаємодіє антикодон особливою тРНК, об'єднаною з формілментіоніном. Ця змінена форма амінокислоти метіоніну відразу потрапляє в донорну ділянку і виконує роль великої літери у фразі - з неї в бактеріальній клітині починається синтез будь-якого поліпептидного ланцюга. Коли триплет АУГстоїть не першому місці, а всередині копії з гена, він кодує амінокислоту метионин. Після завершення синтезу поліпептидного ланцюга формілметіонін відщеплюється від нього і в готовому білку відсутня.

Для збільшення виробництва білків іРНК часто проходить одночасно не по одній, а по кількох рибосом. Яку структуру, об'єднану однією молекулою іРНК, називають полісомою. На кожній рибосомі в цьому схожому на нитку бус конвеєрі синтезуються однакові білки.

Амінокислоти безперебійно поставляються до рибосом за допомогою тРНК. Віддавши амінокислоту, тРНК залишає рибосому та за допомогою кодази з'єднується. Висока злагодженість всіх «служб комбінату» з виробництва білов дозволяє протягом декількох секунд синтезувати поліпептидні ланцюги, що складаються з сотень амінокислот.

Властивості генетичного коду. Завдяки процесу транскрипції у клітині здійснюється передача інформації від ДНК до білка.

ДНК → іРНК → білок

Генетична інформація, що міститься в ДНК та іРНК, укладена в послідовності розташування нуклеотидів у молекулах.

Яким чином відбувається переклад інформації з «мови» нуклеотидів на «мову» амінокислот? Такий переклад здійснюється за допомогою генетичного коду. Код або шифр, - це система символів для переведення однієї форми інформації до іншої. Генетичний код-це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів в іРНК.

Які ж властивості має генетичний код?

Код триплетен. До складу РНК входять чотири нуклеотиди: А, Р, Ц, У.Якби ми намагалися позначити одну амінокислоту одним нуклеотидом, то 16 із 20 амінокислот залишилися б не зашифровані. Двох літерний код дозволив би зашифрувати 16 амінокислот. Природа створила трилітерний, або триплетний, код. Це означає, що кожна з 20 амінокислот зашифрована послідовністю трьох нуклеотидів, званої триплетом або кодоном.

Код вироджено.Це означає, що кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном.Винятки: метеонін та триптофан, кожна з яких кодується одним триплетом.

Код однозначний. Кожен кодон шифрує лише одну амінокислоту.

Між генами є «розділові знаки».У друкованому тексті наприкінці кожної фрази стоїть крапка. Декілька пов'язаних за змістом фраз становлять абзац. Мовою генетичної інформації таким абзацом є оперон і комплементарна йому іРНК. Кожен ген в опероні прокаріотів або окремий ген еукаріотів кодує один поліпептидний ланцюжок - фразу. Так як у ряді випадків за матрицею іРНК послідовно створюється кілька різних поліпептидних ланцюгів, вони повинні бути відокремлені один від одного. Для цього в генетичному році є три спеціальні триплети - УАА, УАГ, УГА, кожен з яких означає припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга. Таким чином, ці триплети виконують функцію розділових знаків. Вони знаходяться наприкінці кожного гена.

Усередині гена немає «розділових знаків».

Код є універсальним.Генетичний код єдиний всім живих Землі істот. У бактерій і грибів, пшениці і бавовни, риб і черв'яків, жаб і людини одні й ті самі триплети кодують ті самі амінокислоти.

Принципи ДНК реплікації. Наступність генетичного матеріалу в поколіннях клітин та організмів забезпечується процесом реплікації – подвоєння молекул ДНК.Цей складний процес здійснюється комплексом кількох ферментів і не мають каталітичної активністю білов, необхідних надання полінуклеотидним ланцюгам потрібної конформації. Внаслідок реплікації утворюються дві ідентичні подвійні спіралі ДНК. Ці так звані дочірні молекули нічим не відрізняються одна від одної та від вихідної материнської молекули ДНК. Реплікація відбувається у клітині перед розподілом, тому кожна дочірня клітина отримує такі самі молекули ДНК, які мала материнська клітина. Процес реплікації заснований на низці принципів:

Тільки в цьому випадку ДНК-полімерази здатна рухатися материнськими нитками і використовувати їх як матриці для безпомилкового синтезу дочірніх ланцюгів. Але повне розкручування спіралей, що складаються з багатьох мільйонів пар нуклеотидів, пов'язане з таким значним числом обертань і такими енергетичними витратами, які неможливі за умов клітини. Тому реплікація у еукаріотів починається одночасно в деяких місцях молекули ДНК. Ділянку між двома точками, в яких починається синтез дочірніх кіл, називають репліконом. Він являється одиницею реплікації.

У кожній молекулі ДНК еукаріотичної клітини є багато репліконів. У кожному репліконі можна побачити реплікативну вилку – ту частину молекули ДНК, яка під впливом спеціальних ферментів вже розплелася. Кожна нитка у вилці є матрицею для синтезу комплементарного дочірнього ланцюга. У ході реплікації вилка переміщається вздовж материнської молекули, у своїй розплітаються нові ділянки ДНК. Так як ДНК-полімерази можуть рухатися лише в одному напрямку вздовж матричних ниток, а нитки орієнтовані антипаралельно, то в кожній вилці одночасно ведуть синтез два різні ферментативні комплекси. Причому в кожній вилці один дочірній (лідируючий) ланцюг росте безперервно, а інший (відстає) синтезується окремими фрагментами довжиною в кілька нуклеотидів. Такі ферменти, названі на честь японського вченого, що їх відкрив. фрагментами Оказакизшиваються ДНК-лігазою, утворюючи безперервний ланцюг Механізм утворення дочірніх кіл ДНК фрагментами називають переривчастими.

Потреба в затравці ДНК-полімеразу не здатна починати синтез провідного ланцюга, ні синтез фрагментів козаків. Вона може лише нарощувати вже наявну полінуклеотидну нитку, послідовно приєднуючи дезоксирибонуклеотиди до її 3'-ОН кінця. Звідки ж береться початкова 5'-кінцева ділянка зростаючого ланцюга ДНК? Його синтезує на матриці ДНК особлива РНК-полімераза, яка називається праймазою(Англ. Primer - затравка). Розмір рибонуклеотидної затравки невеликий (менше 20 нуклеотидів) у порівнянні з розміром ланцюга ДНК, що утворюється ДНК-поімеразою. Виконала сво. функції. РНК-затравка видаляється спеціальним ферментом, а утворена при еом пролом зашпаровується ДНК-полімеразою, що використовує як затравку 3'-ВІН кінець сусіднього фрагмента Оказаки.

Проблема недореплікації кінців лінійних молекул ДНК. Видалення крайніх РНК-праймерів, комплементрних 3'-кінців обох ланцюгів лінійної материнської молекули ДНК, призводить до того, що дочірні ланцюги виявляються коротшими за 10-20 нуклеотидів. У цьому полягає проблема недореплікації кінців лінійних молекул.

Проблема недореплікації 3'-кінців лінійних молекул ДНК вирішується еукаріотичними клітинами за допомогою спеціального ферменту. теломерази.

Теломераза є ДНК-полімеразою, що добудовує 3'-концилінійних молекул ДНК хромосом короткими послідовностями, що повторюються. Вони, розташовуючись один за одним, утворюють регулярну кінцеву структуру довжиною до 10 тис. Нуклеотидів. Крім білкової частини, теломераза містить РНК, що виконує роль матриці для нарощування повторами ДНК.

Схема подовження кінців молекул ДНК. Спочатку відбувається комплементарне зв'язування виступаючого кінця ДНК з матричною ділянкою теломеразної РНК, потім теломераза нарощує ДНК, використовуючи як затравку її 3'-ОН кінець, а як матрицю – РНК, що входить до складу ферменту. Ця стадія називається елонгацією. Після цього відбувається транслокація, тобто. переміщення ДНК, подовженої однією повтор, щодо ферменту. Далі йде елонгація і чергова транслокація.

Через війну утворюються спеціалізовані кінцеві структури хромосом. Вони складаються з багаторазово повторених коротких послідовностей ДНК та специфічних білків.