Die Zeit, in der wir leben, ist geprägt von erstaunlichen Veränderungen, enormen Fortschritten, wenn Menschen Antworten auf immer neue Fragen bekommen. Das Leben schreitet schnell voran, und was bis vor kurzem unmöglich schien, beginnt wahr zu werden. Gut möglich, dass das, was heute wie ein Plot aus dem Science-Fiction-Genre erscheint, bald auch Züge der Realität annehmen wird.
Eine der wichtigsten Entdeckungen in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts waren die Nukleinsäuren RNA und DNA, dank derer der Mensch der Lösung der Geheimnisse der Natur näher kam.
Nukleinsäuren
Nukleinsäuren sind organische Verbindungen mit makromolekularen Eigenschaften. Sie bestehen aus Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor.
Sie wurden 1869 von F. Miescher entdeckt, der Eiter untersuchte. Zu dieser Zeit wurde seiner Entdeckung jedoch keine große Bedeutung beigemessen. Erst später, als diese Säuren in allen tierischen und pflanzlichen Zellen gefunden wurden, kam das Verständnis ihrer enormen Rolle.
Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren: RNA und DNA (Ribonukleinsäure und DesoxyribonukleinsäureSäuren). In diesem Artikel geht es um Ribonukleinsäure, aber für ein allgemeines Verständnis wollen wir uns auch überlegen, was DNA ist.
Was ist Desoxyribonukleinsäure?
DNA ist eine Nukleinsäure, die aus zwei Strängen besteht, die nach dem Gesetz der Komplementarität durch Wasserstoffbrückenbindungen stickstoffh altiger Basen verbunden sind. Lange Ketten sind zu einer Spirale verdreht, eine Windung enthält fast zehn Nukleotide. Der Durchmesser der Doppelhelix beträgt zwei Millimeter, der Abstand zwischen den Nukleotiden etwa einen halben Nanometer. Die Länge eines Moleküls erreicht manchmal mehrere Zentimeter. Die Länge der DNA des Zellkerns einer menschlichen Zelle beträgt fast zwei Meter.
Die Struktur der DNA enthält alle genetischen Informationen. DNA hat eine Replikation, das heißt den Prozess, bei dem aus einem Molekül zwei absolut identische Tochtermoleküle gebildet werden.
Wie bereits erwähnt, besteht die Kette aus Nukleotiden, die wiederum aus stickstoffh altigen Basen (Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin) und einem Phosphorsäurerest bestehen. Alle Nukleotide unterscheiden sich in stickstoffh altigen Basen. Wasserstoffbrückenbindungen treten nicht zwischen allen Basen auf, Adenin beispielsweise kann sich nur mit Thymin oder Guanin verbinden. Somit gibt es im Körper so viele Adenylnukleotide wie Thymidylnukleotide, und die Anzahl der Guanylnukleotide ist gleich der Anzahl der Cytidylnukleotide (Chargaff-Regel). Es stellt sich heraus, dass die Reihenfolge einer Kette die Reihenfolge einer anderen vorgibt, und die Ketten scheinen sich gegenseitig zu spiegeln. Ein solches Muster, bei dem die Nukleotide zweier Ketten geordnet angeordnet und auch selektiv verbunden sind, nennt mandas Prinzip der Komplementarität. Neben Wasserstoffverbindungen wirkt die Doppelhelix auch hydrophob.
Zwei Ketten sind in entgegengesetzte Richtungen, dh sie befinden sich in entgegengesetzten Richtungen. Daher ist dem Drei'-Ende der einen das Fünf'-Ende der anderen Kette gegenüber.
Äußerlich ähnelt das DNA-Molekül einer Wendeltreppe, deren Geländer ein Zucker-Phosphat-Rückgrat und die Stufen komplementäre Stickstoffbasen sind.
Was ist Ribonukleinsäure?
RNA ist eine Nukleinsäure mit Monomeren, die Ribonukleotide genannt werden.
In den chemischen Eigenschaften ist es der DNA sehr ähnlich, da beide Polymere von Nukleotiden sind, die ein phosphoryliertes N-Glykosid sind, das auf einem Pentoserest (Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen) mit einer Phosphatgruppe aufgebaut ist das fünfte Kohlenstoffatom und eine Stickstoffbase am ersten Kohlenstoffatom.
Es ist eine einzelne Polynukleotidkette (außer bei Viren), die viel kürzer ist als die der DNA.
Ein RNA-Monomer sind die Reste der folgenden Substanzen:
- Stickstoffbasen;
- Monosaccharid mit fünf Kohlenstoffatomen;
- Phosphorsäuren.
RNAs haben Pyrimidin- (Uracil und Cytosin) und Purin- (Adenin, Guanin) Basen. Ribose ist das Monosaccharid des RNA-Nukleotids.
Unterschiede zwischen RNA und DNA
Nukleinsäuren unterscheiden sich wie folgt:
- seine Menge in einer Zelle hängt vom physiologischen Zustand, dem Alter und der Organzugehörigkeit ab;
- DNA enthält KohlenhydrateDesoxyribose und RNA - Ribose;
- Die stickstoffh altige Base in der DNA ist Thymin und in der RNA Uracil;
- Klassen erfüllen unterschiedliche Funktionen, werden aber auf der DNA-Matrix synthetisiert;
- DNA ist Doppelhelix, RNA ist Einzelstrang;
- nicht typisch für ihre DNA-Chargaff-Regeln;
- RNA hat mehr kleinere Basen;
- Ketten variieren erheblich in der Länge.
Studiengeschichte
Die RNA-Zelle wurde erstmals vom deutschen Biochemiker R. Altman entdeckt, als er Hefezellen untersuchte. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Rolle der DNA in der Genetik bewiesen. Erst dann wurden RNA-Typen, Funktionen usw. beschrieben. Bis zu 80-90 % der Masse in der Zelle entfällt auf rRNA, die zusammen mit Proteinen das Ribosom bildet und an der Proteinbiosynthese beteiligt ist.
In den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurde erstmals vermutet, dass es eine bestimmte Spezies geben muss, die die genetische Information für die Proteinsynthese trägt. Danach wurde wissenschaftlich festgestellt, dass es solche informativen Ribonukleinsäuren gibt, die komplementäre Kopien von Genen darstellen. Sie werden auch Boten-RNAs genannt.
Die sogenannten Transportsäuren sind an der Entschlüsselung der in ihnen gespeicherten Informationen beteiligt.
Später wurden Methoden entwickelt, um die Sequenz von Nukleotiden zu identifizieren und die Struktur der RNA im Säureraum zu bestimmen. So wurde festgestellt, dass einige von ihnen, die Ribozyme genannt wurden, Polyribonukleotidketten sp alten können. Infolgedessen begann man anzunehmen, dass zu der Zeit, als das Leben auf dem Planeten entstand,RNA funktionierte ohne DNA und Proteine. Darüber hinaus wurden alle Transformationen mit ihrer Teilnahme durchgeführt.
Die Struktur des Ribonukleinsäuremoleküls
Fast alle RNAs sind Einzelketten von Polynukleotiden, die wiederum aus Monoribonukleotiden - Purin- und Pyrimidinbasen - bestehen.
Nukleotide werden mit den Anfangsbuchstaben der Basen bezeichnet:
- Adenin (A), A;
- Guanin (G), G;
- Cytosin (C), C;
- uracil (U), U.
Sie sind durch Drei- und Fünf-Phosphodiester-Bindungen verknüpft.
Die unterschiedlichste Anzahl von Nukleotiden (von einigen Zehn bis zu Zehntausenden) ist in der Struktur der RNA enth alten. Sie können eine Sekundärstruktur bilden, die hauptsächlich aus kurzen doppelsträngigen Strängen besteht, die von komplementären Basen gebildet werden.
Struktur eines Ribonucleinsäure-Moleküls
Wie bereits erwähnt, ist das Molekül einzelsträngig aufgebaut. RNA erhält ihre Sekundärstruktur und Form durch die Wechselwirkung von Nukleotiden untereinander. Es ist ein Polymer, dessen Monomer ein Nukleotid ist, das aus einem Zucker, einem Phosphorsäurerest und einer Stickstoffbase besteht. Äußerlich ähnelt das Molekül einer der DNA-Ketten. Die Nukleotide Adenin und Guanin, die Teil der RNA sind, sind Purin. Cytosin und Uracil sind Pyrimidinbasen.
Syntheseprozess
Für ein zu synthetisierendes RNA-Molekül ist die Matrize ein DNA-Molekül. Allerdings findet auch der umgekehrte Prozess statt, wenn neue Moleküle der Desoxyribonukleinsäure an der Ribonukleinsäurematrix gebildet werden. Solchtritt während der Replikation bestimmter Virentypen auf.
Als Grundlage für die Biosynthese können auch andere Moleküle der Ribonukleinsäure dienen. An seiner Transkription, die im Zellkern stattfindet, sind viele Enzyme beteiligt, aber das wichtigste davon ist die RNA-Polymerase.
Aufrufe
Je nach Art der RNA unterscheiden sich auch ihre Funktionen. Es gibt mehrere Typen:
- Informations-i-RNA;
- ribosomale rRNA;
- Transport-t-RNA;
- minor;
- Ribozyme;
- viral.
Information Ribonukleinsäure
Solche Moleküle nennt man auch Matrix. Sie machen etwa zwei Prozent der Gesamtmenge in der Zelle aus. In eukaryotischen Zellen werden sie in den Kernen auf DNA-Matrizen synthetisiert, gelangen dann in das Zytoplasma und binden an Ribosomen. Außerdem werden sie zu Vorlagen für die Proteinsynthese: Sie werden durch Transfer-RNAs verbunden, die Aminosäuren tragen. So findet der Prozess der Informationstransformation statt, der sich in der einzigartigen Struktur des Proteins verwirklicht. In einigen viralen RNAs ist es auch ein Chromosom.
Jacob und Mano sind die Entdecker dieser Spezies. Da es keine starre Struktur hat, bildet seine Kette gebogene Schleifen. Funktioniert nicht, i-RNA sammelt sich in F alten und f altet sich zu einer Kugel und entf altet sich im Arbeitszustand.
i-RNA trägt Informationen über die Sequenz der Aminosäuren in dem Protein, das synthetisiert wird. Jede Aminosäure ist an einer bestimmten Stelle mit folgenden genetischen Codes kodiert:
- Tripletität - aus vier Mononukleotiden lassen sich 64 Codons (genetischer Code) aufbauen;
- nicht kreuzend - Informationen bewegen sich in eine Richtung;
- Kontinuität - das Funktionsprinzip ist, dass eine mRNA ein Protein ist;
- Universalität - die eine oder andere Art von Aminosäure ist in allen lebenden Organismen auf die gleiche Weise kodiert;
- Degeneration - zwanzig Aminosäuren sind bekannt und einundsechzig Codons, das heißt, sie werden von mehreren genetischen Codes kodiert.
Ribosomale Ribonukleinsäure
Solche Moleküle machen den Großteil der zellulären RNA aus, nämlich achtzig bis neunzig Prozent der Gesamtmenge. Sie verbinden sich mit Proteinen und bilden Ribosomen – das sind Organellen, die die Proteinsynthese durchführen.
Ribosomen bestehen zu 65 % aus rRNA und zu 35 % aus Protein. Diese Polynukleotidkette f altet sich leicht zusammen mit dem Protein.
Das Ribosom besteht aus Aminosäure- und Peptidregionen. Sie befinden sich auf den Kontaktflächen.
Ribosome bewegen sich frei in der Zelle und synthetisieren Proteine an den richtigen Stellen. Sie sind nicht sehr spezifisch und können nicht nur Informationen aus mRNA lesen, sondern auch eine Matrix mit ihnen bilden.
Ribonukleinsäure transportieren
t-RNA ist die am besten untersuchte. Sie machen zehn Prozent der zellulären Ribonukleinsäure aus. Diese Arten von RNA binden dank eines speziellen Enzyms an Aminosäuren und werden an Ribosomen geliefert. Gleichzeitig werden Aminosäuren durch Transport transportiertMoleküle. Es kommt jedoch vor, dass verschiedene Codons für eine Aminosäure kodieren. Dann werden sie von mehreren Transport-RNAs transportiert.
Es rollt sich bei Inaktivität zu einer Kugel zusammen, funktioniert aber wie ein Kleeblatt.
Darin werden folgende Abschnitte unterschieden:
- Akzeptorstamm mit der Nukleotidsequenz von ACC;
- Stelle zur Anheftung an das Ribosom;
- ein Anticodon, das die an diese tRNA angehängte Aminosäure codiert.
Untergeordnete Arten von Ribonukleinsäure
In letzter Zeit wurden RNA-Spezies durch eine neue Klasse ergänzt, die sogenannte kleine RNA. Sie sind höchstwahrscheinlich universelle Regulatoren, die Gene in der Embryonalentwicklung ein- oder aussch alten und Prozesse innerhalb von Zellen steuern.
Ribozyme wurden ebenfalls kürzlich identifiziert, sie sind aktiv beteiligt, wenn RNA-Säure fermentiert wird, indem sie als Katalysator wirken.
Virale Arten von Säuren
Das Virus kann entweder Ribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure enth alten. Daher werden sie bei den entsprechenden Molekülen als RNA-h altig bezeichnet. Wenn ein solches Virus in eine Zelle eindringt, tritt eine reverse Transkription auf - neue DNA erscheint auf der Basis von Ribonukleinsäure, die in Zellen integriert wird und die Existenz und Reproduktion des Virus sicherstellt. In einem anderen Fall erfolgt die Bildung von komplementärer RNA auf der ankommenden RNA. Viren sind Proteine, lebenswichtige Aktivität und Fortpflanzung erfolgt ohne DNA, sondern nur auf der Grundlage der Informationen, die in der RNA des Virus enth alten sind.
Replikation
Um das gemeinsame Verständnis zu verbessern, ist es notwendigBetrachten Sie den Replikationsprozess, der zwei identische Nukleinsäuremoleküle produziert. So beginnt die Zellteilung.
Es handelt sich um DNA-Polymerasen, DNA-abhängige, RNA-Polymerasen und DNA-Ligasen.
Der Replikationsprozess besteht aus den folgenden Schritten:
- Despiralisation - es gibt ein sequentielles Abwickeln der mütterlichen DNA, wobei das gesamte Molekül eingefangen wird;
- Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen, bei dem die Ketten divergieren und eine Replikationsgabel entsteht;
- Anpassung der dNTPs an die freigesetzten Basen der Elternketten;
- Sp altung von Pyrophosphaten aus dNTP-Molekülen und Bildung von Phosphordiesterbindungen aufgrund freigesetzter Energie;
- Respiralisierung.
Nach der Bildung des Tochtermoleküls werden Zellkern, Zytoplasma und der Rest geteilt. Dadurch werden zwei Tochterzellen gebildet, die alle Erbinformationen vollständig erh alten haben.
Darüber hinaus wird die Primärstruktur von Proteinen kodiert, die in der Zelle synthetisiert werden. Die DNA nimmt an diesem Prozess indirekt und nicht direkt teil, was darin besteht, dass auf der DNA die Synthese von Proteinen, der an der Bildung beteiligten RNA, stattfindet. Dieser Vorgang wird Transkription genannt.
Transkription
Die Synthese aller Moleküle findet während der Transkription statt, d. h. das Umschreiben der genetischen Information eines bestimmten DNA-Operons. Der Prozess ähnelt in gewisser Weise der Replikation und unterscheidet sich in anderen stark.
Die Ähnlichkeiten sind die folgenden Teile:
- beginnt mit DNA-Despiralisierung;
- Wasserstoffbruch auftrittVerbindungen zwischen den Basen der Ketten;
- NTFs ergänzen sie;
- Wasserstoffbrücken entstehen.
Unterschiede zur Replikation:
- während der Transkription wird nur der Teil der DNA, der dem Transkript entspricht, entdrillt, während während der Replikation das gesamte Molekül entdrillt wird;
- bei der Transkription enth alten abstimmbare NTFs Ribose und Uracil anstelle von Thymin;
- Informationen werden nur aus einem bestimmten Bereich abgeschrieben;
- nach der Bildung des Moleküls werden die Wasserstoffbrückenbindungen und die synthetisierte Kette aufgebrochen, und die Kette rutscht von der DNA ab.
Für eine normale Funktion sollte die Primärstruktur der RNA nur aus DNA-Abschnitten bestehen, die von Exons kopiert wurden.
Der Reifungsprozess beginnt in der neu gebildeten RNA. Stille Regionen werden ausgeschnitten und informative Regionen werden fusioniert, um eine Polynukleotidkette zu bilden. Außerdem hat jede Spezies ihre eigenen Transformationen.
Bei i-RNA erfolgt die Anheftung an das Anfangsende. Polyadenylat wird an die endgültige Stelle gebunden.
TRNA-Basen werden modifiziert, um kleinere Arten zu bilden.
In der rRNA sind auch einzelne Basen methyliert.
Schützt Proteine vor Zerstörung und verbessert den Transport zum Zytoplasma. Reife RNA bindet an sie.
Die Bedeutung von Desoxyribonukleinsäuren und Ribonukleinsäuren
Nukleinsäuren sind von großer Bedeutung im Leben von Organismen. Es wird in ihnen gespeichert, ins Zytoplasma übertragen und von Tochterzellen vererbtInformationen über die Proteine, die in jeder Zelle synthetisiert werden. Sie sind in allen lebenden Organismen vorhanden, die Stabilität dieser Säuren spielt eine wichtige Rolle für das normale Funktionieren beider Zellen und des gesamten Organismus. Jede Veränderung ihrer Struktur führt zu zellulären Veränderungen.
