IRNA, tRNA, RRNA - երեք հիմնական նուկլեինաթթուների փոխազդեցությունը և կառուցվածքը համարվում է այնպիսի գիտության կողմից, ինչպիսին է բջջաբանությունը: Դա կօգնի պարզել, թե որն է բջիջներում փոխադրող ռիբոնուկլեինաթթվի (tRNA) դերը: Այս շատ փոքր, բայց միևնույն ժամանակ անհերքելի կարևոր մոլեկուլը մասնակցում է մարմինը կազմող սպիտակուցների միացման գործընթացին։
Ինչպիսի՞ն է tRNA-ի կառուցվածքը: Շատ հետաքրքիր է այս նյութը դիտարկել «ներսից», պարզել նրա կենսաքիմիան և կենսաբանական դերը։ Եվ նաև, ինչպե՞ս են tRNA-ի կառուցվածքը և նրա դերը սպիտակուցի սինթեզում փոխկապակցված:
Ի՞նչ է tRNA, ինչպես է այն աշխատում:
Տրանսպորտային ռիբոնուկլեինաթթուն ներգրավված է նոր սպիտակուցների կառուցման մեջ: Բոլոր ռիբոնուկլեինաթթուների գրեթե 10%-ը տրանսպորտային են: Որպեսզի պարզ լինի, թե ինչ քիմիական տարրերից է առաջացել մոլեկուլը, մենք կնկարագրենք tRNA-ի երկրորդական կառուցվածքի կառուցվածքը։ Երկրորդական կառուցվածքը հաշվի է առնում բոլոր հիմնական քիմիական կապերը տարրերի միջև:
Սա մակրոմոլեկուլ է, որը բաղկացած է պոլինուկլեոտիդային շղթայից: Նրանում ազոտային հիմքերը միացված են ջրածնային կապերով։ Ինչպես ԴՆԹ-ում, ՌՆԹ-ն ունի 4 ազոտային հիմք՝ ադենին,ցիտոզին, գուանին և ուրացիլ: Այս միացություններում ադենինը միշտ կապված է ուրացիլի հետ, իսկ գուանինը, ինչպես միշտ, ցիտոզինի հետ։
Ինչու՞ նուկլեոտիդն ունի ռիբո- նախածանց: Պարզապես, բոլոր գծային պոլիմերները, որոնք նուկլեոտիդի հիմքում պենտոզայի փոխարեն ունեն ռիբոզ, կոչվում են ռիբոնուկլեին: Իսկ տրանսֆերային ՌՆԹ-ն հենց այդպիսի ռիբոնուկլեինային պոլիմերների 3 տեսակներից մեկն է։
tRNA-ի կառուցվածքը. կենսաքիմիա
Եկեք նայենք մոլեկուլային կառուցվածքի ամենախոր շերտերին: Այս նուկլեոտիդներն ունեն 3 բաղադրիչ՝
- Սաքարոզա, ռիբոզա ներգրավված է ՌՆԹ-ի բոլոր տեսակների մեջ:
- ֆոսֆորական թթու.
- Ազոտային հիմքեր. Սրանք պուրիններ և պիրիմիդիններ են:
Ազոտային հիմքերը փոխկապակցված են ամուր կապերով: Ընդունված է հիմքերը բաժանել պուրինի և պիրիմիդինի։
Պուրինները ադենին և գուանին են: Ադենինը համապատասխանում է 2 փոխկապակցված օղակների ադենիլ նուկլեոտիդին։ Իսկ գուանինը համապատասխանում է նույն «մեկ օղակով» գուանի նուկլեոտիդին։
Պիրամիդինները ցիտոզին և ուրացիլ են: Պիրիմիդինները ունեն մեկ օղակաձեւ կառուցվածք: ՌՆԹ-ում թիմին չկա, քանի որ այն փոխարինվում է այնպիսի տարրով, ինչպիսին է ուրացիլը: Սա կարևոր է հասկանալ tRNA-ի այլ կառուցվածքային առանձնահատկություններին նայելուց առաջ:
ՌՆԹ-ի տեսակներ
Ինչպես տեսնում եք, TRNA-ի կառուցվածքը հնարավոր չէ համառոտ նկարագրել: Դուք պետք է խորամուխ լինեք կենսաքիմիայի մեջ՝ հասկանալու համար մոլեկուլի նպատակը և դրա իրական կառուցվածքը: Ի՞նչ այլ ռիբոսոմային նուկլեոտիդներ են հայտնի: Կան նաև մատրիցային կամ տեղեկատվական և ռիբոսոմային նուկլեինաթթուներ։ Կրճատ՝ ՌՆԹ և ՌՆԹ։ Բոլորը 3մոլեկուլները բջջում սերտորեն աշխատում են միմյանց հետ, որպեսզի մարմինը ստանա ճիշտ կառուցվածքով սպիտակուցային գնդիկներ:
Անհնար է պատկերացնել մեկ պոլիմերի աշխատանքը առանց մյուս 2-ի օգնության։ tRNA-ների կառուցվածքային առանձնահատկությունները դառնում են ավելի հասկանալի, երբ դիտարկվում են գործառույթների հետ միասին, որոնք անմիջականորեն կապված են ռիբոսոմների աշխատանքի հետ:
IRNA, tRNA, RRNA-ի կառուցվածքը շատ առումներով նման է: Բոլորն ունեն ռիբոզային հիմք: Այնուամենայնիվ, դրանց կառուցվածքն ու գործառույթները տարբեր են։
Նուկլեինաթթուների բացահայտում
Շվեյցարացի Յոհան Միշերը 1868 թվականին մակրոմոլեկուլներ է հայտնաբերել բջջի միջուկում, որոնք հետագայում կոչվեցին նուկլեիններ: «Նուկլեիններ» անվանումը առաջացել է (միջուկ)՝ միջուկ բառից։ Թեև մի փոքր ուշ պարզվեց, որ միջուկ չունեցող միաբջիջ արարածների մեջ այդ նյութերը նույնպես առկա են։ 20-րդ դարի կեսերին Նոբելյան մրցանակ ստացավ նուկլեինաթթուների սինթեզի բացահայտման համար։
TRNA գործառույթը սպիտակուցի սինթեզում
Անվանումն ինքնին` տրանսֆերային ՌՆԹ-ն խոսում է մոլեկուլի հիմնական գործառույթի մասին: Այս նուկլեինաթթուն իր հետ «բերում է» էական ամինաթթուն, որն անհրաժեշտ է ռիբոսոմային ՌՆԹ-ին որոշակի սպիտակուց ստեղծելու համար:
tRNA մոլեկուլը քիչ գործառույթներ ունի: Առաջինը IRNA կոդոնի ճանաչումն է, երկրորդ գործառույթը շինանյութերի առաքումն է՝ ամինաթթուներ սպիտակուցի սինթեզի համար։ Որոշ փորձագետներ տարբերում են ընդունող գործառույթը: Այսինքն՝ ամինաթթուների ավելացում՝ կովալենտային սկզբունքով։ Ֆերմենտը, ինչպիսին է ամինոցիլ-tRNA սինթաթազը, օգնում է «կցել» այս ամինաթթուն:
Ինչպե՞ս է կապված tRNA-ի կառուցվածքը դրա հետգործառույթներ? Այս հատուկ ռիբոնուկլեինաթթուն դասավորված է այնպես, որ նրա մի կողմում կան ազոտային հիմքեր, որոնք միշտ զույգերով միացված են։ Սրանք մեզ հայտնի տարրերն են՝ A, U, C, G: Հակակոդոնը կազմում են հենց 3 «տառ» կամ ազոտային հիմքերը՝ տարրերի հակառակ բազմությունը, որը փոխազդում է կոդոնի հետ փոխլրացման սկզբունքով։։
tRNA-ի այս կարևոր կառուցվածքային առանձնահատկությունն ապահովում է, որ կաղապարի նուկլեինաթթվի վերծանման ժամանակ սխալներ չեն լինի: Ի վերջո, ամինաթթուների ճշգրիտ հաջորդականությունից է կախված, թե արդյոք ներկայումս մարմնին անհրաժեշտ սպիտակուցը ճիշտ է սինթեզվում։
Շենքի առանձնահատկություններ
Որո՞նք են tRNA-ի կառուցվածքային առանձնահատկությունները և նրա կենսաբանական դերը: Սա շատ հին կառույց է։ Դրա չափը մոտ 73-93 նուկլեոտիդ է: Նյութի մոլեկուլային զանգվածը 25000–30000 է։
tRNA-ի երկրորդական կառուցվածքի կառուցվածքը կարելի է ապամոնտաժել՝ ուսումնասիրելով մոլեկուլի 5 հիմնական տարրերը։ Այսպիսով, այս նուկլեինաթթուն բաղկացած է հետևյալ տարրերից՝
- ֆերմենտային կոնտակտային հանգույց;
- հանգույց ռիբոսոմի հետ շփման համար;
- հակակոդոնային հանգույց;
- ընդունող ցողուն;
- ինքնին հակակոդոն:
Եվ նաև հատկացրեք փոքր փոփոխական հանգույց երկրորդական կառուցվածքում: Բոլոր տեսակի tRNA-ի մեկ ուսը նույնն է՝ երկու ցիտոզինի և մեկ ադենոզինի մնացորդներից բաղկացած ցողուն: Հենց այս վայրում է տեղի ունենում կապը հասանելի 20 ամինաթթուներից 1-ի հետ։ Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի առանձին ֆերմենտ՝ իր սեփական aminoacyl-tRNA:
Բոլոր տեղեկությունները, որոնք կոդավորում են բոլորի կառուցվածքընուկլեինաթթուները հայտնաբերված են հենց ԴՆԹ-ում: Մոլորակի բոլոր կենդանի արարածների մեջ tRNA-ի կառուցվածքը գրեթե նույնական է: Այն տերևի տեսք կունենա, երբ դիտեք 2-D:
Սակայն, եթե նայենք ծավալով, ապա մոլեկուլը նման է L-աձև երկրաչափական կառուցվածքի: Սա համարվում է tRNA-ի երրորդական կառուցվածքը: Բայց սովորելու հարմարության համար ընդունված է տեսողականորեն «շրջվել»: Երրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է երկրորդական կառուցվածքի տարրերի փոխազդեցության արդյունքում, այն մասերը, որոնք փոխլրացնող են։
Կարևոր դեր են խաղում tRNA թեւերը կամ օղակները: Մեկ ձեռքը, օրինակ, անհրաժեշտ է որոշակի ֆերմենտի հետ քիմիական կապի համար:
Նուկլեոտիդի բնորոշ հատկանիշը հսկայական քանակությամբ նուկլեոզիդների առկայությունն է: Այս փոքր նուկլեոզիդների ավելի քան 60 տեսակ կա։
tRNA-ի կառուցվածքը և ամինաթթուների կոդավորումը
Մենք գիտենք, որ tRNA հակակոդոնը 3 մոլեկուլ է: Յուրաքանչյուր հակակոդոն համապատասխանում է կոնկրետ, «անձնական» ամինաթթվի: Այս ամինաթթուն միացված է tRNA մոլեկուլին հատուկ ֆերմենտի միջոցով: Հենց որ 2 ամինաթթուները միանում են, tRNA-ի կապերը կոտրվում են։ Բոլոր քիմիական միացությունները և ֆերմենտները անհրաժեշտ են մինչև պահանջվող ժամանակը։ Ահա թե ինչպես են փոխկապակցված tRNA-ի կառուցվածքն ու գործառույթները։
Բջջում կա այդպիսի մոլեկուլների 61 տեսակ։ Կարող է լինել 64 մաթեմատիկական տատանումներ: Այնուամենայնիվ, tRNA-ի 3 տեսակ բացակայում է այն պատճառով, որ IRNA-ում հենց այս թվով կանգառ կոդոններ չունեն հակակոդոններ:
IRNA-ի և TRNA-ի փոխազդեցությունը
Դիտարկենք նյութի փոխազդեցությունը MRNA-ի և RRNA-ի հետ, ինչպես նաև TRNA-ի կառուցվածքային առանձնահատկությունները: Կառուցվածքը և նպատակըմակրոմոլեկուլները փոխկապակցված են։
ԻՌՆԱ-ի կառուցվածքը պատճենում է տեղեկատվությունը ԴՆԹ-ի առանձին հատվածից: ԴՆԹ-ն ինքնին չափազանց մեծ մոլեկուլների միացում է, և այն երբեք չի հեռանում միջուկից: Հետևաբար, անհրաժեշտ է միջանկյալ ՌՆԹ՝ տեղեկատվական։
Հիմք ընդունելով ՌՆԹ-ի կողմից պատճենված մոլեկուլների հաջորդականությունը՝ ռիբոսոմը ձևավորում է սպիտակուց: Ռիբոսոմը առանձին պոլինուկլեոտիդային կառուցվածք է, որի կառուցվածքը պետք է բացատրվի։
Ռիբոսոմային tRNA փոխազդեցություն
Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ն հսկայական օրգանել է: Նրա մոլեկուլային զանգվածը կազմում է 1,000,000 - 1,500,000: ՌՆԹ-ի ընդհանուր քանակի գրեթե 80%-ը կազմում են ռիբոսոմային նուկլեոտիդները:
Այն մի տեսակ գրավում է IRNA շղթան և սպասում հակակոդոնների, որոնք իրենց հետ կբերեն tRNA մոլեկուլներ: Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ն բաղկացած է 2 ենթամիավորներից՝ փոքր և մեծ։
Ռիբոսոմը կոչվում է «գործարան», քանի որ այս օրգանելում տեղի է ունենում առօրյա կյանքի համար անհրաժեշտ նյութերի ամբողջ սինթեզը։ Այն նաև շատ հին բջջային կառուցվածք է։
Ինչպե՞ս է տեղի ունենում սպիտակուցի սինթեզը ռիբոսոմում:
tRNA-ի կառուցվածքը և նրա դերը սպիտակուցի սինթեզում փոխկապակցված են: Ռիբոնուկլեինաթթվի կողմերից մեկում տեղակայված հակակոդոնն իր տեսքով հարմար է հիմնական գործառույթի համար՝ ամինաթթուների առաքում ռիբոսոմին, որտեղ տեղի է ունենում սպիտակուցի աստիճանական հավասարեցում: Ըստ էության, TRNA-ն հանդես է գալիս որպես միջնորդ: Նրա խնդիրն է միայն բերել անհրաժեշտ ամինաթթուն։
Երբ տեղեկատվությունը կարդացվում է IRNA-ի մի մասից, ռիբոսոմը ավելի է շարժվում շղթայի երկայնքով: Մատրիցը անհրաժեշտ է միայն փոխանցման համարկոդավորված տեղեկատվություն մեկ սպիտակուցի կազմաձևման և գործառույթի մասին: Հաջորդը, մեկ այլ tRNA մոտենում է ռիբոսոմին իր ազոտային հիմքերով: Այն նաև վերծանում է RNC-ի հաջորդ մասը:
Ավերծանումը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. Ազոտային հիմքերը միանում են փոխլրացման սկզբունքով այնպես, ինչպես ինքնին ԴՆԹ-ում: Համապատասխանաբար, TRNA-ն տեսնում է, թե որտեղ պետք է «դավանա» և որ «անգար» ուղարկի ամինաթթուն:
Այնուհետև ռիբոսոմում այսպես ընտրված ամինաթթուները քիմիապես կապվում են, քայլ առ քայլ ձևավորվում է նոր գծային մակրոմոլեկուլ, որը սինթեզի ավարտից հետո ոլորվում է գնդիկի (գնդիկի) մեջ։ Օգտագործված tRNA-ները և IRNA-ները, կատարելով իրենց գործառույթը, հեռացվում են սպիտակուցի «գործարանից»:
Երբ կոդոնի առաջին մասը միանում է հակակոդոնին, որոշվում է ընթերցման շրջանակը: Հետագայում, եթե ինչ-ինչ պատճառներով շրջանակի փոփոխություն տեղի ունենա, ապա սպիտակուցի որոշ նշաններ կմերժվեն: Ռիբոսոմը չի կարող միջամտել այս գործընթացին և լուծել խնդիրը։ Միայն գործընթացի ավարտից հետո 2 rRNA ենթամիավորները կրկին միավորվում են: Միջին հաշվով յուրաքանչյուր 104 ամինաթթուների համար կա 1 սխալ: Արդեն հավաքված յուրաքանչյուր 25 սպիտակուցի համար առնվազն 1 կրկնօրինակման սխալ է տեղի ունենում:
TRNA որպես մասունքային մոլեկուլներ
Քանի որ tRNA-ն կարող էր գոյություն ունենալ երկրի վրա կյանքի ծագման ժամանակ, այն կոչվում է մասունքային մոլեկուլ: Ենթադրվում է, որ ՌՆԹ-ն առաջին կառուցվածքն է, որը գոյություն է ունեցել ԴՆԹ-ից առաջ, իսկ հետո զարգացել: ՌՆԹ-ի համաշխարհային վարկածը - ձևակերպվել է 1986 թվականին դափնեկիր Վալտեր Գիլբերտի կողմից: Այնուամենայնիվ, ապացուցելու համարդեռ դժվար է. Տեսությունը պաշտպանվում է ակնհայտ փաստերով. tRNA մոլեկուլները կարողանում են պահել տեղեկատվության բլոկները և ինչ-որ կերպ իրականացնել այդ տեղեկատվությունը, այսինքն՝ կատարել աշխատանք:
Բայց տեսության հակառակորդները պնդում են, որ նյութի կարճ կյանքի տևողությունը չի կարող երաշխավորել, որ tRNA-ն ցանկացած կենսաբանական տեղեկատվության լավ կրող է: Այս նուկլեոտիդները արագորեն քայքայվում են: Մարդկային բջիջներում tRNA-ի կյանքի տևողությունը տատանվում է մի քանի րոպեից մինչև մի քանի ժամ: Որոշ տեսակներ կարող են ապրել մինչև մեկ օր: Իսկ եթե խոսենք բակտերիաների նույն նուկլեոտիդների մասին, ապա ժամկետները շատ ավելի կարճ են՝ մինչև մի քանի ժամ։ Բացի այդ, tRNA-ի կառուցվածքն ու գործառույթները չափազանց բարդ են, որպեսզի մոլեկուլը դառնա Երկրի կենսոլորտի հիմնական տարրը:
