Ժամանակը, որում մենք ապրում ենք, նշանավորվում է զարմանալի փոփոխություններով, հսկայական առաջընթացով, երբ մարդիկ ավելի ու ավելի շատ նոր հարցերի պատասխաններ են ստանում: Կյանքն արագորեն առաջ է գնում, և այն, ինչ մինչև վերջերս անհնար էր թվում, սկսում է իրականանալ։ Միանգամայն հնարավոր է, որ այն, ինչ այսօր թվում է գիտաֆանտաստիկ ժանրից սյուժե, շուտով ձեռք բերի նաև իրականության հատկանիշներ։
Քսաներորդ դարի երկրորդ կեսի ամենակարևոր հայտնագործություններից մեկը նուկլեինաթթուներն էին ՌՆԹ և ԴՆԹ, որոնց շնորհիվ մարդն ավելի մոտեցավ բնության առեղծվածների բացահայտմանը։
Նուկլեինաթթուներ
Նուկլեինաթթուները մակրոմոլեկուլային հատկություններով օրգանական միացություններ են: Դրանք կազմված են ջրածնից, ածխածնից, ազոտից և ֆոսֆորից։
Դրանք հայտնաբերվել են 1869 թվականին Ֆ. Միշերի կողմից, ով հետազոտել է թարախը: Սակայն այն ժամանակ նրա հայտնագործությանը մեծ նշանակություն չտրվեց։ Միայն ավելի ուշ, երբ այս թթուները հայտնաբերվեցին բոլոր կենդանիների և բույսերի բջիջներում, հասկացվեց նրանց հսկայական դերը:
Նուկլեինաթթուների երկու տեսակ կա՝ ՌՆԹ և ԴՆԹ (ռիբոնուկլեին և դեզօքսիռիբոնուկլեին):թթուներ): Այս հոդվածը ռիբոնուկլեինաթթվի մասին է, բայց ընդհանուր հասկանալու համար եկեք նաև դիտարկենք, թե ինչ է ԴՆԹ-ն:
Ի՞նչ է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն:
ԴՆԹ-ն նուկլեինաթթու է, որը բաղկացած է երկու շղթաներից, որոնք փոխլրացման օրենքի համաձայն միացված են ազոտային հիմքերի ջրածնային կապերով։ Երկար շղթաները ոլորված են պարույրի մեջ, մեկ պտույտը պարունակում է գրեթե տասը նուկլեոտիդ: Կրկնակի պարույրի տրամագիծը երկու միլիմետր է, նուկլեոտիդների միջև հեռավորությունը մոտ կես նանոմետր է: Մեկ մոլեկուլի երկարությունը երբեմն հասնում է մի քանի սանտիմետրի։ Մարդու բջջի միջուկի ԴՆԹ-ի երկարությունը գրեթե երկու մետր է։
ԴՆԹ-ի կառուցվածքը պարունակում է ողջ գենետիկական տեղեկատվությունը: ԴՆԹ-ն ունի կրկնօրինակում, ինչը նշանակում է գործընթաց, որի ընթացքում մեկ մոլեկուլից ձևավորվում են երկու բացարձակապես նույնական դուստր մոլեկուլներ:
Ինչպես արդեն նշվեց, շղթան կազմված է նուկլեոտիդներից, որոնք իրենց հերթին բաղկացած են ազոտային հիմքերից (ադենին, գուանին, թիմին և ցիտոզին) և ֆոսֆորաթթվի մնացորդից: Բոլոր նուկլեոտիդները տարբերվում են ազոտային հիմքերով: Ջրածնային կապը չի առաջանում բոլոր հիմքերի միջև, օրինակ, ադենինը կարող է միավորվել միայն թիմինի կամ գուանինի հետ: Այսպիսով, մարմնում կան այնքան ադենիլ նուկլեոտիդներ, որքան թիմիդիլ նուկլեոտիդները, իսկ գուանիլ նուկլեոտիդների թիվը հավասար է ցիտիդիլ նուկլեոտիդներին (Չարգաֆի կանոն)։ Ստացվում է, որ մի շղթայի հաջորդականությունը կանխորոշում է մյուսի հաջորդականությունը, և շղթաները կարծես հայելային են միմյանց։ Նման օրինաչափությունը, որտեղ երկու շղթաների նուկլեոտիդները դասավորված են կարգավորված, ինչպես նաև միացված են ընտրովի, կոչվում է.փոխլրացման սկզբունքը։ Բացի ջրածնի միացություններից, կրկնակի պարույրը փոխազդում է նաև հիդրոֆոբ կերպով։
Երկու շղթաներ հակառակ ուղղություններով են, այսինքն՝ գտնվում են հակառակ ուղղություններով։ Հետևաբար, մեկի երեք ծայրի դիմաց մյուս շղթայի հինգ ծայրն է։
Արտաքին ԴՆԹ-ի մոլեկուլը նման է պարուրաձև սանդուղքի, որի բազրիքը շաքարաֆոսֆատային ողնաշար է, իսկ աստիճանները՝ լրացնող ազոտային հիմքեր։
Ի՞նչ է ռիբոնուկլեինաթթուն:
ՌՆԹ-ն նուկլեինաթթու է մոնոմերներով, որոնք կոչվում են ռիբոնուկլեոտիդներ:
Քիմիական հատկություններով այն շատ նման է ԴՆԹ-ին, քանի որ երկուսն էլ նուկլեոտիդների պոլիմերներ են, որոնք ֆոսֆորիլացված N-գլիկոզիդ են, որը կառուցված է պենտոզայի (հինգ ածխածնային շաքարի) մնացորդի վրա՝ ֆոսֆատային խմբի վրա։ ածխածնի հինգերորդ ատոմը և ազոտի հիմքը առաջին ածխածնի ատոմում։
Սա մեկ պոլինուկլեոտիդային շղթա է (բացառությամբ վիրուսների), որը շատ ավելի կարճ է, քան ԴՆԹ-ն:
ՌՆԹ-ի մեկ մոնոմերը հետևյալ նյութերի մնացորդներն են՝
- ազոտային հիմքեր;
- հինգ ածխածնային մոնոսաքարիդ;
- ֆոսֆորաթթուներ.
ՌՆԹ-ներն ունեն պիրիմիդին (ուրացիլ և ցիտոզին) և պուրինային (ադենին, գուանին) հիմքեր: Ռիբոզը ՌՆԹ նուկլեոտիդի մոնոսաքարիդն է։
Տարբերությունները ՌՆԹ-ի և ԴՆԹ-ի միջև
Նուկլեինաթթուները միմյանցից տարբերվում են հետևյալ կերպ.
- բջջում դրա քանակությունը կախված է ֆիզիոլոգիական վիճակից, տարիքից և օրգանների պատկանելությունից;
- ԴՆԹ-ն պարունակում է ածխաջրերդեզօքսիռիբոզ, իսկ ՌՆԹ - ռիբոզ;
- ԴՆԹ-ի ազոտային հիմքը թիմին է, իսկ ՌՆԹ-ում՝ ուրացիլ;
- դասերը կատարում են տարբեր գործառույթներ, բայց սինթեզվում են ԴՆԹ մատրիցով;
- ԴՆԹ-ն կրկնակի պարույր է, ՌՆԹ-ն՝ միաշղթա;
- բնորոշ չէ նրա ԴՆԹ-ի Չարգաֆի կանոններին;
- ՌՆԹ-ն ավելի փոքր հիմքեր ունի;
- շղթաները զգալիորեն տարբերվում են երկարությամբ:
Ուսումնառության պատմություն
ՌՆԹ բջիջն առաջին անգամ հայտնաբերել է գերմանացի կենսաքիմիկոս Ռ. Ալտմանը խմորիչ բջիջներն ուսումնասիրելիս: 20-րդ դարի կեսերին ապացուցվեց ԴՆԹ-ի դերը գենետիկայի մեջ։ Միայն դրանից հետո նկարագրվեցին ՌՆԹ-ի տեսակները, գործառույթները և այլն: Բջջի զանգվածի մինչև 80-90%-ը բաժին է ընկնում rRNA-ին, որը սպիտակուցների հետ միասին կազմում է ռիբոսոմը և մասնակցում սպիտակուցի կենսասինթեզին։
Անցյալ դարի վաթսունական թվականներին առաջին անգամ առաջարկվեց, որ պետք է լինի որոշակի տեսակ, որը կրում է գենետիկական տեղեկատվություն սպիտակուցի սինթեզի համար: Դրանից հետո գիտականորեն հաստատվել է, որ կան նման տեղեկատվական ռիբոնուկլեինաթթուներ, որոնք ներկայացնում են գեների լրացուցիչ պատճեններ։ Դրանք նաև կոչվում են սուրհանդակային ՌՆԹ:
Այսպես կոչված տրանսպորտային թթուները մասնակցում են դրանցում գրանցված տեղեկատվության վերծանմանը:
Հետագայում սկսեցին մշակվել մեթոդներ նուկլեոտիդների հաջորդականությունը պարզելու և թթվային տարածության մեջ ՌՆԹ-ի կառուցվածքը հաստատելու համար։ Այսպիսով, պարզվեց, որ դրանցից մի քանիսը, որոնք կոչվում էին ռիբոզիմներ, կարող են ճեղքել պոլիրիբոնուկլեոտիդային շղթաները: Արդյունքում, սկսվեց ենթադրել, որ այն ժամանակ, երբ մոլորակի վրա կյանք էր առաջանում,ՌՆԹ-ն աշխատում էր առանց ԴՆԹ-ի և սպիտակուցների: Ավելին, բոլոր վերափոխումները կատարվել են նրա մասնակցությամբ։
Ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլի կառուցվածքը
Գրեթե բոլոր ՌՆԹ-ները պոլինուկլեոտիդների մեկ շղթա են, որոնք, իրենց հերթին, բաղկացած են մոնորիբոնուկլեոտիդներից՝ պուրինային և պիրիմիդինային հիմքերից։
Նուկլեոտիդները նշվում են հիմքերի սկզբնական տառերով՝
- ադենին (A), A;
- գուանին (G), G;
- ցիտոզին (C), C;
- ուրացիլ (U), U.
Դրանք կապված են երեք և հինգ ֆոսֆոդիստերային կապերով:
Նուկլեոտիդների ամենատարբեր քանակությունը (մի քանի տասնյակից մինչև տասնյակ հազար) ներառված է ՌՆԹ-ի կառուցվածքում: Նրանք կարող են ձևավորել երկրորդական կառուցվածք, որը բաղկացած է հիմնականում կարճ երկշղթա թելերից, որոնք ձևավորվում են լրացուցիչ հիմքերով:
Ռինուկլեինաթթվի մոլեկուլի կառուցվածքը
Ինչպես արդեն նշվեց, մոլեկուլն ունի միաշղթա կառուցվածք։ ՌՆԹ-ն իր երկրորդական կառուցվածքն ու ձևը ստանում է նուկլեոտիդների միմյանց հետ փոխազդեցության արդյունքում։ Այն պոլիմեր է, որի մոնոմերը նուկլեոտիդ է, որը բաղկացած է շաքարից, ֆոսֆորաթթվի մնացորդից և ազոտային հիմքից։ Արտաքինից մոլեկուլը նման է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկին։ Նուկլեոտիդները՝ ադենինը և գուանինը, որոնք ՌՆԹ-ի մաս են կազմում, պուրին են։ Ցիտոզինը և ուրացիլը պիրիմիդինային հիմքեր են։
Սինթեզի գործընթաց
ՌՆԹ-ի մոլեկուլը սինթեզելու համար ձևանմուշը ԴՆԹ-ի մոլեկուլ է: Ճիշտ է, տեղի է ունենում նաև հակառակ պրոցեսը, երբ ռիբոնուկլեինաթթվի մատրիցայի վրա ձևավորվում են դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի նոր մոլեկուլներ։ Այդպիսինառաջանում է որոշ տեսակի վիրուսների բազմացման ժամանակ։
Կենսասինթեզի հիմքը կարող է ծառայել նաև որպես ռիբոնուկլեինաթթվի այլ մոլեկուլներ: Նրա տրանսկրիպցիան, որը տեղի է ունենում բջջի միջուկում, ներառում է բազմաթիվ ֆերմենտներ, սակայն դրանցից ամենակարևորը ՌՆԹ պոլիմերազն է։
Դիտումներ
Կախված ՌՆԹ-ի տեսակից՝ նրա գործառույթները նույնպես տարբերվում են։ Կան մի քանի տեսակներ.
- տեղեկատվական i-RNA;
- ռիբոսոմային rRNA;
- տրանսպորտ t-RNA;
- փոքր;
- ռիբոզիմներ;
- վիրուսային.
Տեղեկատվական ռիբոնուկլեինաթթու
Նման մոլեկուլները կոչվում են նաև մատրիցա։ Նրանք կազմում են բջջի ընդհանուրի մոտ երկու տոկոսը: Էուկարիոտիկ բջիջներում դրանք սինթեզվում են ԴՆԹ-ի կաղապարների միջուկներում, այնուհետև անցնում ցիտոպլազմա և կապվում ռիբոսոմների հետ։ Ավելին, դրանք դառնում են սպիտակուցների սինթեզի ձևանմուշներ. դրանք միանում են ամինաթթուներ կրող փոխանցող ՌՆԹ-ներով: Այսպես է տեղի ունենում տեղեկատվության փոխակերպման գործընթացը, որն իրականացվում է սպիտակուցի յուրահատուկ կառուցվածքում։ Որոշ վիրուսային ՌՆԹ-ներում այն նաև քրոմոսոմ է:
Յակոբը և Մանոն այս տեսակի հայտնագործողներն են: Չունենալով կոշտ կառուցվածք՝ նրա շղթան կազմում է կոր օղակներ։ Չաշխատող, i-RNA-ն հավաքվում է ծալքերի մեջ և ծալվում է գնդակի մեջ և բացվում աշխատանքային վիճակում:
i-RNA-ն տեղեկատվություն է կրում սինթեզվող սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության մասին: Յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է որոշակի վայրում՝ օգտագործելով գենետիկ կոդեր, որոնք են՝
- եռապատիկ - չորս մոնոնուկլեոտիդներից հնարավոր է կառուցել վաթսունչորս կոդոն (գենետիկական ծածկագիր);
- չհատվող - տեղեկատվությունը շարժվում է մեկ ուղղությամբ;
- շարունակություն - գործողության սկզբունքն այն է, որ մեկ mRNA-ն մեկ սպիտակուց է;
- համընդհանուրություն - ամինաթթուների այս կամ այն տեսակը կոդավորված է բոլոր կենդանի օրգանիզմներում նույն կերպ;
- դեգեներացիա - հայտնի է քսան ամինաթթու, և վաթսունմեկ կոդոն, այսինքն՝ դրանք կոդավորված են մի քանի գենետիկ կոդերով:
Ռիբոսոմային ռիբոնուկլեինաթթու
Նման մոլեկուլները կազմում են բջջային ՌՆԹ-ի ճնշող մեծամասնությունը, մասնավորապես ընդհանուրի ութսունից իննսուն տոկոսը: Նրանք միանում են սպիտակուցների հետ և ձևավորում ռիբոսոմներ՝ սրանք օրգանելներ են, որոնք կատարում են սպիտակուցի սինթեզ։
Ռիբոսոմները կազմում են վաթսունհինգ տոկոս rRNA և երեսունհինգ տոկոս սպիտակուց: Այս պոլինուկլեոտիդային շղթան հեշտությամբ ծալվում է սպիտակուցի հետ միասին:
Ռիբոսոմը բաղկացած է ամինաթթուներից և պեպտիդներից: Դրանք տեղակայված են շփման մակերեսների վրա։
Ռիբոսոմներն ազատ տեղաշարժվում են բջջի մեջ՝ սինթեզելով սպիտակուցները ճիշտ տեղերում: Նրանք այնքան էլ կոնկրետ չեն և կարող են ոչ միայն կարդալ տեղեկատվությունը mRNA-ից, այլև դրանցով մատրիցա կազմել:
Տրանսպորտային ռիբոնուկլեինաթթու
t-RNA-ն ամենաշատ ուսումնասիրվածն է: Դրանք կազմում են բջջային ռիբոնուկլեինաթթվի տասը տոկոսը։ ՌՆԹ-ի այս տեսակները հատուկ ֆերմենտի շնորհիվ կապվում են ամինաթթուների հետ և փոխանցվում ռիբոսոմներին: Միաժամանակ ամինաթթուները տեղափոխվում են տրանսպորտովմոլեկուլները. Այնուամենայնիվ, պատահում է, որ տարբեր կոդոններ կոդավորում են ամինաթթու: Այնուհետև մի քանի տրանսպորտային ՌՆԹ դրանք կկրեն:
Այն պտտվում է գնդակի մեջ, երբ այն ակտիվ չէ, բայց գործում է ինչպես երեքնուկի տերևը:
Դրանում առանձնացված են հետևյալ բաժինները.
- ընդունող ցողուն, որն ունի ACC-ի նուկլեոտիդային հաջորդականություն;
- կայք ռիբոսոմին միանալու համար;
- հակակոդոն, որը կոդավորում է այս tRNA-ին կցված ամինաթթուն:
Ռիբոնուկլեինաթթվի փոքր տեսակ
Վերջերս ՌՆԹ-ի տեսակները համալրվել են նոր դասով՝ այսպես կոչված փոքր ՌՆԹ-ով: Նրանք, ամենայն հավանականությամբ, ունիվերսալ կարգավորիչներ են, որոնք միացնում կամ անջատում են գեները սաղմնային զարգացման ընթացքում, ինչպես նաև վերահսկում են բջիջների ներսում տեղի ունեցող գործընթացները:
Ռիբոզիմները նույնպես վերջերս են հայտնաբերվել, նրանք ակտիվորեն ներգրավված են ՌՆԹ թթվի խմորման ժամանակ՝ հանդես գալով որպես կատալիզատոր:
Թթուների վիրուսային տեսակներ
Վիրուսը կարող է պարունակել կամ ռիբոնուկլեինաթթու կամ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու: Հետեւաբար, համապատասխան մոլեկուլներով դրանք կոչվում են ՌՆԹ պարունակող։ Երբ այդպիսի վիրուսը մտնում է բջիջ, տեղի է ունենում հակադարձ տրանսկրիպցիա՝ ռիբոնուկլեինաթթվի հիման վրա հայտնվում է նոր ԴՆԹ, որոնք ինտեգրվում են բջիջների մեջ՝ ապահովելով վիրուսի գոյությունն ու վերարտադրությունը։ Մեկ այլ դեպքում կոմպլեմենտար ՌՆԹ-ի ձևավորումը տեղի է ունենում մուտքային ՌՆԹ-ի վրա։ Վիրուսները սպիտակուցներ են, կենսական ակտիվությունն ու վերարտադրումն ընթանում է առանց ԴՆԹ-ի, բայց միայն վիրուսի ՌՆԹ-ում պարունակվող տեղեկատվության հիման վրա։
կրկնօրինակում
Ընդհանուր ըմբռնումը բարելավելու համար անհրաժեշտ էԴիտարկենք կրկնօրինակման գործընթացը, որն առաջացնում է երկու նույնական նուկլեինաթթվի մոլեկուլներ: Ահա թե ինչպես է սկսվում բջիջների բաժանումը։
Այն ներառում է ԴՆԹ պոլիմերազներ, ԴՆԹ-կախյալ, ՌՆԹ պոլիմերազներ և ԴՆԹ լիգազներ:
Կրկնօրինակման գործընթացը բաղկացած է հետևյալ քայլերից.
- հուսահատություն - տեղի է ունենում մայրական ԴՆԹ-ի հաջորդական լուծարում՝ գրավելով ամբողջ մոլեկուլը;
- ջրածնային կապերի խզում, որի ժամանակ շղթաները շեղվում են, և առաջանում է վերարտադրության պատառաքաղ;
- dNTP-ների ճշգրտում մայր շղթաների ազատված հիմքերին;
- պիրոֆոսֆատների տարանջատում dNTP մոլեկուլներից և ֆոսֆորոդիեսթեր կապերի ձևավորում՝ արձակված էներգիայի պատճառով;
- շնչառականացում.
Դուստր մոլեկուլի ձևավորումից հետո միջուկը, ցիտոպլազմը և մնացածը բաժանվում են։ Այսպիսով, ձևավորվում են երկու դուստր բջիջներ, որոնք ամբողջությամբ ստացել են գենետիկական ամբողջ տեղեկատվությունը։
Բացի այդ, բջջում սինթեզվող սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը կոդավորված է: ԴՆԹ-ն անուղղակի մասնակցություն է ունենում այս գործընթացում, և ոչ ուղղակի, որը բաղկացած է նրանից, որ հենց ԴՆԹ-ի վրա է տեղի ունենում ձևավորման մեջ ներգրավված սպիտակուցների՝ ՌՆԹ-ի սինթեզը։ Այս գործընթացը կոչվում է տառադարձում։
Տառադարձում
Բոլոր մոլեկուլների սինթեզը տեղի է ունենում տրանսկրիպցիայի ժամանակ, այսինքն՝ գենետիկական տեղեկատվության վերաշարադրում կոնկրետ ԴՆԹ օպերոնից։ Գործընթացը որոշ առումներով նման է կրկնօրինակմանը, իսկ մյուսներում՝ շատ տարբեր:
Նմանությունները հետևյալ մասերն են.
- սկսվում է ԴՆԹ-ի դեսպիրալիզացիայից;
- ջրածնի պատռվածքկապեր շղթաների հիմքերի միջև;
- NTF-ներ, որոնք լրացնում են դրանց;
- ջրածնային կապեր։
տեղի է ունենում
Ձևավորվում են
Տարբերությունները կրկնօրինակումից.
- տրանսկրիպցիայի ընթացքում տրանսկրիպտոնին համապատասխանող ԴՆԹ-ի միայն հատվածը չի ոլորվում, մինչդեռ վերարտադրության ժամանակ ամբողջ մոլեկուլը չի ոլորվում;
- երբ տառադարձվում են, կարգավորելի NTF-ները պարունակում են ռիբոզա և ուրացիլ՝ թիմինի փոխարեն;
- տեղեկատվությունը դուրս է գրվում միայն որոշակի տարածքից;
- Մոլեկուլի ձևավորումից հետո ջրածնային կապերը և սինթեզված շղթան կոտրվում են, և շղթան սահում է ԴՆԹ-ից:
Նորմալ գործելու համար ՌՆԹ-ի առաջնային կառուցվածքը պետք է բաղկացած լինի միայն էկզոններից պատճենված ԴՆԹ հատվածներից:
Հասունացման գործընթացը սկսվում է նոր ձևավորված ՌՆԹ-ում։ Լուռ շրջանները կտրվում են, և տեղեկատվական շրջանները միաձուլվում են պոլինուկլեոտիդային շղթա ձևավորելու համար: Ավելին, յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր փոխակերպումները:
Ի-ՌՆԹ-ում տեղի է ունենում կցում սկզբնական ծայրին: Պոլիադենիլատը կցվում է վերջնական տեղամասին:
TRNA հիմքերը փոփոխված են՝ ձևավորելու փոքր տեսակներ:
RRNA-ում առանձին հիմքերը նույնպես մեթիլացված են:
Պաշտպանեք սպիտակուցները ոչնչացումից և բարելավում տեղափոխումը դեպի ցիտոպլազմա: Հասուն ՌՆԹ-ն կապվում է դրանց հետ։
Դեզօքսիռիբոնուկլեինային և ռիբոնուկլեինաթթուների կարևորությունը
Նուկլեինաթթուները մեծ նշանակություն ունեն օրգանիզմների կյանքում։ Այն պահվում է դրանցում, տեղափոխվում ցիտոպլազմա և ժառանգվում դուստր բջիջներովտեղեկատվություն յուրաքանչյուր բջիջում սինթեզված սպիտակուցների մասին: Դրանք առկա են բոլոր կենդանի օրգանիզմներում, այդ թթուների կայունությունը կարևոր դեր է խաղում ինչպես բջիջների, այնպես էլ ամբողջ օրգանիզմի բնականոն գործունեության համար։ Նրանց կառուցվածքի ցանկացած փոփոխություն կհանգեցնի բջջային փոփոխությունների։
