Роль РНК в биосинтезе белка

"Нуклеиновые кислоты"

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение………………………………………………………………………..2

2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

2.1. Состав нуклеиновых кислот………………………………………………2

2.2. Значение нуклеиновых кислот…………………………………………...4

2.3. Типы нуклеиновых кислот….…………………………………………….4

3. РНК

3.1. Состав РНК………………………………………………………………...4

3.2. Макромолекулярная структура  РНК……………………………………..5

3.3. Виды РНК………………………………………………………………….6

3.4. Сравнение с ДНК ………………………………………………………...7

4. Роль РНК в биосинтезе белка…………………………………………………7

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………10

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………11

7. ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………12

1. ВВЕДЕНИЕ

Мы рождаемся, взрослеем, у нас появляются дети и внуки. Мы ни одни живые существа на этой планете, вокруг нас ежечасно, ежесекундно  происходит зарождение новой жизни. Этот процесс не прерывается никогда. Наши соседи по планете – это миллиарды живых существ: растения, животные, микроорганизмы, вирусы. Нас радует цветущий вишневый сад и шорох желтеющей, отмирающей листвы под ногами, умиротворяет выпрыгивающие из воды дельфины и прыгающая белка – летяга. Все мы когда-либо болели гриппом, краснухой и эти болезни вызваны нахождением в нашем организме болезнетворных микробов и вирусов, а это тоже живые организмы. Как редко мы задумываемся, откуда такое разнообразие жизни, и ее форм, так не похожих друг на друга! А между тем все живые организмы состоят из одних и тех же химических элементов, объединенных в макромолекулы, такие как белки. Только у различных живых существ белки различны по своей структуре. Но почему клетки определенного организма синтезируют только свойственные им белки? Как происходит механизм передачи наследственной информации, а главное – где она хранится? Это вопросы, на которые я постараюсь найти ответы в этой работе.

2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

2.1. Состав нуклеиновых  кислот

Нуклеиновые кислоты - это  биополимеры, макромолекулы которых  состоят из многократно повторяющихся  звеньев - нуклеотидов. Поэтому их называют также полинуклеотидами. Важнейшей  характеристикой нуклеиновых кислот является их нуклеотидный состав. В состав нуклеотида - структурного звена нуклеиновых кислот - входят три составные части:

• азотистое основание - пиримидиновое или пуриновое. В  нуклеиновых кислотах содержатся основания 4-х разных видов: два из них относятся к классу пуринов и два – к классу пиримидинов. Азот, содержащийся в кольцах, придает молекулам основные свойства.

• моносахарид - рибоза или 2-дезоксирибоза. Сахар, входящий в состав нуклеотида, содержит пять углеродных атомов, т.е. представляет собой пентозу. В зависимости от вида пентозы, присутствующей в нуклеотиде, различают два вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дизоксирибозу.

• остаток фосфорной  кислоты. Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекулах содержится фосфорная кислота.

Нуклеотид - фосфорный  эфир нуклеозида. В состав нуклеозида входят два компонента: моносахарид (рибоза или дезоксирибоза) и азотистое  основание.

В конце 40-х — начале 50-х годов, когда появились такие методы исследования, как хроматография на бумаге и УФ-спектроскопия, были проведены многочисленные исследования нуклеотидного состава НК (Чаргафф, А. Н. Белозерский). Полученные данные позволили решительно отбросить старые представления о нуклеиновых кислотах, как о полимерах, содержащих повторяющиеся тетрануклеотидные последовательности (так называемая тетрануклеотидная теория строения ПК, господствовавшая в 30—40-е годы), и подготовили почву для создания современных представлений не только о первичной структуре ДНК и РНК, но и об их макромолекулярной структуре и функциях.

Метод определения состава ПК основан  на анализе гидролизатов, образующихся при их ферментативном или химическом расщеплении. Обычно используются три способа химического расщепления НК. Кислотный гидролиз в жестких условиях (70%-ная хлорная кислота, 100°С, 1ч или 100%-ная муравьиная кислота, 175 °C, 2 ч), применяемый для анализа как ДНК, так и РНК, приводит к разрыву всех N-гликозидных связей и образованию смеси пуриновых и пиримидиновых оснований. При исследовании РНК могут использоваться как мягкий кислотный гидролиз (1 н. соляная кислота, 1OO°C, 1 ч), в результате которого образуются пуриновые основания и пирамидиновые нуклеозид-2'(3')-фосфаты, так и щелочной гидролиз (0,3 н. едкий кали, 37 °С, 20 ч), дающий смесь нуклеозид -2' (3') -фосфатов.

Поскольку в НК число нуклеотидов  каждого вида равно числу соответствующих  оснований, для установления нуклеотидного  состава данной НК достаточно определить количественное соотношение оснований. Для этой цели из гидролизатов с помощью хроматографии на бумаге или электрофореза (когда в результате гидролиза получают нуклеотиды) выделяют индивидуальные соединения. Каждое основание независимо от того, связано оно с углеводным фрагментом или нет, обладает характерным максимумом поглощения в УФ, интенсивность которого зависит от концентрации. По этой причине, исходя из УФ-спектров выделенных соединений, можно определить количественное соотношение оснований, а следовательно, и нуклеотидный состав исходной НК.

При количественном определении минорных нуклеотидов, особенно таких неустойчивых, как дигидроуридиловая кислота, пользуются ферментативными методами гидролиза (ФДЭ змеиного яда и  селезенки).

Использование описанных выше аналитических приемов показало, что ПК различного происхождения состоят за редким исключением из четырех основных нуклеотидов и что содержание минорных нуклеотидов может меняться в значительных пределах.

2.2. Значение нуклеиновых кислот

Значение нуклеиновых кислот очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса в цитоплазму и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой клетке. Белки обусловливают большинство свойств и признаков клеток. Понятно поэтому, что стабильность структуры нуклеиновых кислот - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и организма в целом. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность.

2.3. Существует два типа нуклеиновых  кислот: ДНК и РНК.

РНК (рибонуклеиновая кислота), так  же как ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого служат нуклеотиды. Азотистые основания те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цетозин); четвертое - урацил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат вместо дизоксирибозы другую пентозу - рибозу. (Приложение1)

3. РНК

3.1. Состав РНК

Первые сведения о нуклеотидном составе РНК относились к препаратам, представляющим собой смеси клеточных  РНК (рибосомных, информационных и транспортных) и называемым обычно суммарной фракцией РНК. Правила Чаргаффа в этом случае не соблюдаются, хотя определенное соответствие между содержанием гуанина и цитозина, а также аденина и урацила все же имеет место.

Данные, полученные в последние  годы при анализе индивидуальных РНК, показывают, что и на них правила  Чаргаффа не распространяются. Однако различия в содержании аденина и урацила, а также гуанина и цитозина для большинства РНК невелики и что, следовательно, тенденция к выполнению указанных правил все же наблюдается. Этот факт объясняется особенностями макроструктуры РНК.

Характерными структурными элементами некоторых РНК являются минорные основания. Соответствующие им нуклеотидные остатки обычно входят в состав транспортных и некоторых других РНК в очень небольших количествах, поэтому определение полного нуклеотидного состава таких РНК представляет собой иногда весьма сложную задачу.

3.2. Макромолекулярная структура  РНК

Химически РНК очень похожа на ДНК.(Приложение2). Оба вещества - это линейные полимеры нуклеотидов. Каждый мономер - нуклеотид - представляет собой фосфорилированный N-гликозид, построенный из остатка пятиуглеродного сахара - пентозы, несущего фосфатную группу на гидроксильной группе пятого углеродного атома (сложноэфирная связь) и азотистое основание при первом углеродном атоме (N-гликозидная связь). Главное химическое различие между ДНК и РНК состоит в том, что сахарный остаток мономера РНК - это рибоза, а мономера ДНК - дезоксирибоза, являющаяся производным рибозы, в котором отсутствует гидроксильная группа при втором углеродном атоме

Азотистых оснований в РНК четыре вида: два пуриновых - аденин (А) и гуанин (G) -и два пиримидиновых - цитозин (С) и урацил (U)

Мономеры - рибонуклеотиды РНК - образуют полимерную цепь посредством формирования фосфодиэфирных мостиков между сахарными  остатками (между пятым и третьим атомами углерода пентозы). Таким образом, полимерная цепь РНК может быть представлена как линейный сахаро-фосфатный остов с азотистыми основаниями в качестве боковых групп.

Впервые специфическая пространственная структура РНК была продемонстрирована при расшифровке атомной структуры одной из т-РНК в 1974 г.. Сворачивание полимерной цепи тРНК, состоящей из 76 нуклеотидных мономеров, приводит к формированию очень компактного глобулярного ядра, из которого под прямым углом торчат два выступа. Они представляют собой короткие двойные спирали по типу ДНК, но организованные за счет взаимодействия участков одной и той же цепи РНК. Один из выступов является акцептором аминокислоты и участвует в синтезе полипептидной цепи белка на рибосоме, а другой предназначен для комплементарного взаимодействия с кодирующим триплетом (кодоном) м-РНК в той же рибосоме. Только такая структура способна специфически взаимодействовать с белком-ферментом, навешивающим аминокислоту на т-РНК, и с рибосомой в процессе трансляции, то есть специфически "узнаваться" ими.

Изучение изолированных рибосомных РНК дало следующий разительный  пример формирования компактных специфических  структур из еще более длинных  линейных полимеров этого типа. Рибосома состоит из двух неравных частей - большой  и малой рибосомных субчастиц (субъединиц). Каждая субчастица построена из одной высокополимерной РНК и целого ряда разнообразных рибосомных белков. Длина цепей рибосомных РНК весьма значительна: так, РНК малой субчастицы бактериальной рибосомы содержит более 1500 нуклеотидов, а РНК большой субчастицы - около 3000 нуклеотидов. У млекопитающих, включая человека, эти РНК еще больше - около 1900 нуклеотидов и более 5000 нуклеотидов в малой и большой субчастицах соответственно.

3.3. Виды РНК

Существует три вида основных вида РНК.

Информационная (матричная) РНК –  мРНК.

Наиболее разнородная по размерам, структуре и стабильности группа молекул РНК с длиной цепи 75-3000 нуклеотидов и массой 250 тыс. – 1 млн  дальтон (Да). мРНК представляет собой  полинуклеотидную незамкнутую цепь. Единой пространственной структуры, характерной хотя бы для большинства мРНК, не обнаружено.

Все мРНК объединяет их функции –  они служат в качестве матриц для  синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК.

Транспортная (акцепторная) РНК – тРНК

Самая маленькая из РНК. Молекулы тРНК состоят из 75-100 нуклеотидов  и весит 20-30 тыс.Да. Функция тРНК –  перенос аминокислот к синтезируемой  молекуле белка.

Число различных видов  тРНК в клетке невелико: 20-61. Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, которую традиционно изображают в виде плоского креста, называя ее клеверным крестом. Трехмерная же модель тРНК выглядит несколько иначе. В тРНК выделяют 4 петли (или плеча):

• акцепторная (служит местом присоединения переносимой аминокислоты);

• антикодоновая (узнает кодон в мРНК в процессе трансляции);

• 2 боковые.

Рибосомная РНК –  рРНК.

Одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплекте с рибосомными белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка.

рРНК – разнородная  группа молекул с длиной цепи 120-3500 нуклеотидов и весом 35 тыс.-1,5 млн  Да.

В клетке больше всего содержится рРНК, значительно меньше тРНК и совсем немного мРНК. Так, у кишечной палочки Е.coli соотношение этих видов РНК сосотавляет примерно 82%, 16 и 2%, соответственно.

3.4 Сравнение с ДНК

Между ДНК и РНК  есть три основных отличия:

1. ДНК содержит сахар дезоксирибозу, РНК — рибозу, у которой есть дополнительная, по сравнению с дезоксирибозой, гидроксильная группа. Эта группа увеличивает вероятность гидролиза молекулы, то есть уменьшает стабильность молекулы РНК.

2. Нуклеотид, комплементарный  аденину, в РНК не тимин, как в ДНК, а урацил — неметилированная форма тимина.

3. ДНК существует в  форме двойной спирали, состоящей  из двух отдельных молекул.  Молекулы РНК, в среднем, гораздо  короче и преимущественно одноцепочечные