Molekularbiologie befasst sich mit der Erforschung der Struktur und Funktion von Molekülen organischer Substanzen, aus denen die lebenden Zellen von Pflanzen, Tieren und Menschen bestehen. Eine besondere Stellung unter ihnen nimmt eine Gruppe von Verbindungen ein, die als Nukleinsäuren bezeichnet werden.
Es gibt zwei Arten: Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure. Letztere hat mehrere Modifikationen: i-RNA, t-RNA und r-RNA, die sich in ihrer Funktion und Lage in der Zelle unterscheiden. Dieser Artikel widmet sich der Untersuchung folgender Fragen: Wo wird rRNA in prokaryotischen und eukaryotischen Zellen synthetisiert, welche Struktur und Bedeutung hat sie?
Historischer Hintergrund
Die erste wissenschaftliche Erwähnung der Ribosomensäure findet sich in den Studien von R. Weinberg und S. Penman in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts, die kurze Polynukleotidmoleküle beschrieben, die mit Ribonukleinsäuren verwandt sind, sich jedoch in räumlicher Struktur und Struktur unterscheiden Sedimentationskoeffizient aus Information und Transport-RNA. Meistens ihre Molekülegefunden im Nukleolus sowie in Zellorganellen - Ribosomen, die für die Synthese von Zellproteinen verantwortlich sind. Sie wurden ribosomal (ribosomale Ribonukleinsäuren) genannt.
RNA-Merkmal
Ribonukleinsäure ist wie DNA ein Polymer, dessen Monomere Nukleotide von 4 Arten sind: Adenin, Guanin, Uracil und Cytidin, die durch Phosphodiesterbindungen zu langen einzelsträngigen Molekülen verbunden sind und in Form von a verdreht sind spiralförmig oder mit komplexeren Konformationen. Es gibt auch doppelsträngige ribosomale Ribonukleinsäuren, die in RNA-h altigen Viren gefunden werden und die Funktionen der DNA duplizieren: die Erh altung und Übertragung erblicher Merkmale.
Drei Arten von Säuren kommen am häufigsten in der Zelle vor, diese sind: Matrix- oder Informations-RNA, Transport-ribosomale Ribonukleinsäure, an die Aminosäuren gebunden sind, sowie ribosomale Säure, die sich im Nukleolus und in der Zelle befindet Zytoplasma.
Ribosomale RNA macht etwa 80 % der Gesamtmenge an Ribonukleinsäuren in der Zelle und 60 % der Masse des Ribosoms aus, einem Organoid, das zelluläres Protein synthetisiert. Alle oben genannten Arten werden an bestimmten Abschnitten der DNA, den so genannten RNA-Genen, synthetisiert (transkribiert). Am Syntheseprozess sind Moleküle eines speziellen Enzyms, der RNA-Polymerase, beteiligt. Der Ort in der Zelle, an dem rRNA synthetisiert wird, ist der Nukleolus, der sich im Karyoplasma befindetKerne.
Nucleolus, seine Rolle bei der Synthese
Im Leben einer Zelle, Zellzyklus genannt, gibt es eine Periode zwischen ihren Teilungen - Interphase. Zu diesem Zeitpunkt sind im Zellkern dichte Körper mit körniger Struktur, Nukleolen genannt, deutlich sichtbar, die ein unverzichtbarer Bestandteil sowohl pflanzlicher als auch tierischer Zellen sind.
In der Molekularbiologie wurde festgestellt, dass die Nukleolen die Organellen sind, in denen rRNA synthetisiert wird. Weitere Forschungen von Zytologen führten zur Entdeckung von Abschnitten zellulärer DNA, in denen Gene gefunden wurden, die für die Struktur und Synthese von ribosomalen Säuren verantwortlich sind. Sie wurden Nukleolar-Organisator genannt.
Atomorganisator
Bis in die 60er Jahre des 20. Jahrhunderts gab es in der Biologie die Meinung, dass der nukleoläre Organisator, der sich an der Stelle der sekundären Verengung im 13., 14., 15., 21. und 22. Chromosomenpaar befindet, die Form hat einer einzigen Website. Wissenschaftler, die an der Untersuchung von Chromosomenschäden, sogenannten Aberrationen, beteiligt sind, haben herausgefunden, dass im Moment des Chromosomenbruchs an der Stelle der sekundären Verengung die Bildung von Nukleoli an jedem seiner Teile auftritt.
Daher können wir folgendes festh alten: Der nukleoläre Organisator besteht nicht aus einem, sondern aus mehreren Loci (Genen), die für die Bildung des Nukleolus verantwortlich sind. Darin werden ribosomale Ribonukleinsäuren rRNA synthetisiert, die Untereinheiten von proteinsynthetisierenden Zellorganellen - Ribosomen bilden.
Was sind Ribosomen?
Wie bereits erwähnt, alle drei HaupttypenRNA existiert in der Zelle, wo sie an bestimmten Stellen synthetisiert wird - DNA-Gene. Die durch Transkription gebildete ribosomale RNA bildet Komplexe mit Proteinen - Ribonukleoproteinen, aus denen die Bestandteile der zukünftigen Organelle, die sogenannten Untereinheiten, gebildet werden. Durch die Poren in der Kernmembran gelangen sie in das Zytoplasma und bilden darin die kombinierten Strukturen, zu denen auch Moleküle der i-RNA und t-RNA gehören, die als Polysomen bezeichnet werden.
Die Ribosomen selbst können unter Einwirkung von Calciumionen getrennt werden und existieren separat als Untereinheiten. Der umgekehrte Prozess findet in den Kompartimenten des Zellzytoplasmas statt, wo die Translationsprozesse stattfinden - der Zusammenbau von zellulären Proteinmolekülen. Je aktiver die Zelle, desto intensiver die Stoffwechselvorgänge in ihr, desto mehr Ribosomen enthält sie. Beispielsweise zeichnen sich Zellen des roten Knochenmarks, Hepatozyten von Wirbeltieren und Menschen durch eine große Anzahl dieser Organellen im Zytoplasma aus.
Wie werden rRNA-Gene kodiert?
Basierend auf dem Obigen hängen Struktur, Typen und Funktion von rRNA-Genen von nukleolären Organisatoren ab. Sie enth alten Loci, die Gene enth alten, die für ribosomale RNA kodieren. O. Miller, der Forschungen zur Oogenese in Molchzellen durchführte, stellte den Mechanismus der Funktion dieser Gene fest. Aus ihnen wurden Kopien der rRNA (die sogenannten primären Transkriptanten) synthetisiert, die etwa 13x103 Nukleotide enthielten und einen Sedimentationskoeffizienten von 45 S aufwiesen. Dann durchlief diese Kette einen Reifungsprozess, der mit der Bildung von drei endeterRNA-Moleküle mit Sedimentationskoeffizienten von 5, 8 S, 28 S und 18 S.
Mechanismus der rRNA-Bildung
Kehren wir zu den Experimenten von Miller zurück, der die Synthese von ribosomaler RNA untersuchte und bewies, dass nukleoläre DNA als Matrize (Matrix) für die Bildung von rRNA – einem Transkriptanten – dient. Er stellte auch fest, dass die Anzahl der gebildeten unreifen ribosomalen Säuren (pre-r-RNA) von der Anzahl der Moleküle des Enzyms RNA-Polymerase abhängt. Dann erfolgt ihre Reifung (Verarbeitung) und rRNA-Moleküle beginnen sofort, an Peptide zu binden, was zur Bildung eines Ribonukleoproteins führt, dem Baumaterial des Ribosoms.
Eigenschaften von ribosomalen Säuren in eukaryotischen Zellen
Die Ribosomen prokaryotischer und nuklearer Organismen weisen dieselben Strukturprinzipien und gemeinsamen Funktionsmechanismen auf und weisen dennoch zytomolekulare Unterschiede auf. Um das herauszufinden, verwendeten Wissenschaftler eine Forschungsmethode namens Röntgenbeugungsanalyse. Es wurde festgestellt, dass die Größe des eukaryotischen Ribosoms und damit der darin enth altenen rRNA größer ist und der Sedimentationskoeffizient 80 S beträgt. Die Organelle, die Magnesiumionen verliert, kann in zwei Untereinheiten mit Indikatoren von 60 S und 40 S unterteilt werden Ein kleines Partikel enthält ein Säuremolekül und ein großes - drei, dh Kernzellen enth alten Ribosomen, die aus 4 Polynukleotidsäurehelices mit den folgenden Eigenschaften bestehen: 28 S-RNA - 5.000 Nukleotide, 18 S - 2.000 5 S - 120 Nukleotide, 5, 8 S - 160. Die Stelle, an der rRNA in eukaryotischen Zellen synthetisiert wird, ist der Nukleolus, der sich im Karyoplasma des Zellkerns befindet.
Ribosomale RNA von Prokaryoten
Im Gegensatz zu r-RNA,Beim Eintritt in die Kernzellen werden die ribosomalen Ribonukleinsäuren von Bakterien in einem kompakten Bereich des Zytoplasmas transkribiert, der DNA enthält und als Nukleoid bezeichnet wird. Es enthält rRNA-Gene. Transkription, deren allgemeines Merkmal als Prozess des Umschreibens von Informationen aus rRNA von DNA-Genen in eine Nukleotidsequenz von ribosomaler Ribonukleinsäure dargestellt werden kann, wobei die Regel der Komplementarität des genetischen Codes berücksichtigt wird: Adenin-Nukleotid entspricht Uracil und Guanin zu Cytosin.
R-RNA-Bakterien haben ein niedrigeres Molekulargewicht und eine geringere Größe als Kernzellen. Ihr Sedimentationskoeffizient beträgt 70 S, und die beiden Untereinheiten haben Werte von 50 S und 30 S. Das kleinere Partikel enthält ein rRNA-Molekül, das größere zwei.
Die Rolle der Ribonukleinsäure im Translationsprozess
Die Hauptfunktion von r-RNA besteht darin, den Prozess der zellulären Proteinbiosynthese - Translation - sicherzustellen. Sie wird nur in Gegenwart von Ribosomen durchgeführt, die r-RNA enth alten. Wenn sie sich zu Gruppen zusammenschließen, binden sie an das Informations-DNA-Molekül und bilden ein Polysom. Moleküle der Transport-ribosomalen Ribonukleinsäure, die Aminosäuren tragen, die, sobald sie sich im Polysom befinden, durch Peptidbindungen aneinander binden, bilden ein Polymer - Protein. Es ist die wichtigste organische Verbindung der Zelle, die viele wichtige Funktionen erfüllt: Aufbau, Transport, Energie, Enzyme, Schutz und Signalisierung.
Dieser Artikel untersuchte die Eigenschaften, Struktur und Beschreibung von ribosomalen Nukleinsäuren, die sindorganische Biopolymere pflanzlicher, tierischer und menschlicher Zellen.
