В каком составе содержатся днк и рнк
Если очень коротко, то это предположение, что жизнь на Земле начиналась не с ДНК или белков, а с ансамблей РНК.
Главной проблемой в происхождении жизни является вопрос о возникновении аппарата наследственности и вещества наследственности – нуклеиновых кислот.
Маловероятно, что жизнь началась с ДНК, потому что это громоздкие двухцепочечные молекулы, просто здоровенные по молекулярным меркам. Кроме того, они не могут сами себя обслуживать (нужны белки, а это всё усложняет).
Если предположить, что жизнь началась с белков, то возникают другие проблемы (например, откуда бы им взяться без ДНК).
Чем же РНК лучше?
РНК – одноцепочечные гибкие молекулы. Долгое время считалось, что функция РНК состоит в простом считывании информации с цепей ДНК + последующий синтез белков на РНК-матрице. Потом оказалось, что кодирующие РНК — малая доля всех РНК, а основная часть — как раз некодирующие. Было открыто явление обратной транскрипции – синтез ДНК на матрице РНК. Так же стало известно, что РНК способны самосворачиваться в компактные структуры, узнавать и избирательно связывать органические молекулы. Совсем как… белки.
Получается, РНК — уникальный биополимер, которому свойственны функции ДНК и белков одновременно:
1) Комплементарная репликация (если для чайников, то это достройка «обратной цепи» по имеющейся цепи. Не копирование и не зеркальное построение, а как бы «снятие негатива»)
2) Кодирование белков
3)Структурная и формообразующая функции (сворачивание в клубочки разной формы)
4)Специфическое узнавание молекул
5) Катализ реакций
Выходит, молекулы РНК могли бы обходиться не только без ДНК как генетического вещества, но и без белков для осуществления катализа реакций. Эта идея была сформулирована в 1986 г. и в настоящее время является почти общепринятой.
В древнем мире РНК не было ни белков, ни ДНК, а лишь ансамбли различных молекул РНК. Дело в том, что из единичных молекул РНК в подходящих условиях вырастают колонии из копий исходной молекулы.
Возможно, эти процессы происходили в мелких лужицах, которые то подсыхали и разделялись, то снова заливались доисторическим дождиком, сливаясь в одну большую. В луже, содержащей РНК, молекулы копировались (иногда с ошибками) и накапливались. Но на этом этапе никакой эволюции еще не было, потому что любые варианты копировались одинаково интенсивно. Чтобы естественный отбор начал работать, необходима была какая-то форма обособления отдельных ансамблей РНК. «Лучшие» обособленные ансамбли РНК должны расти быстрее других, перерастать их, тем самым обеспечивая отбор. Поэтому в большинстве теорий происхождения жизни возникновение каких-то ограничивающих мембран — необходимое условие начала эволюции. В этом одна из основных трудностей таких теорий.
Но для РНК была экспериментально показана способность формировать молекулярные колонии на гелях или других влажных твердых средах. Смешанные колонии РНК на твердых или полутвердых поверхностях, без каких-то ни было мембран, и могли быть первыми эволюционирующими бесклеточными ансамблями. Это создавало условия для очень быстрой эволюции: колонии РНК не были отгорожены от внешней среды и могли легко обмениваться своим генетическим материалом.
И так, эволюционный процесс должен был быть исключительно быстрым благодаря трем обстоятельствам:
1) Спонтанные перестройки молекул РНК + низкая точность копирования = огромное число вариантов для отбора.
2) Свободный обмен молекулами РНК между колониями через воду и атмосферу делал любые полезные инновации достоянием всех и позволял колониям быстро совершенствоваться за короткое время.
3) Экспоненциальное обогащение всей популяции «лучшими» молекулами РНК в циклах умножения и отбора — эволюционный двигатель для всего коммунального мира РНК в целом.
Если именно мир РНК возник и эволюционировал в клеточные формы жизни на Земле, то весь путь эволюции до индивидуальных организмов с клеточной структурой, ДНК и современным аппаратом белкового синтеза должен был быть пройден менее чем за пол-миллиарда лет.
Это адаптированное сокращение доклада А.С. Спирина «Древний мир РНК». Гуглится легко. Рекомендую прочитать его целиком, если вам интересны подробности.
Если очень коротко, то это предположение, что жизнь на Земле начиналась не с ДНК или белков, а с ансамблей РНК.
Главной проблемой в происхождении жизни является вопрос о возникновении аппарата наследственности и вещества наследственности – нуклеиновых кислот.
Маловероятно, что жизнь началась с ДНК, потому что это громоздкие двухцепочечные молекулы, просто здоровенные по молекулярным меркам. Кроме того, они не могут сами себя обслуживать (нужны белки, а это всё усложняет).
Если предположить, что жизнь началась с белков, то возникают другие проблемы (например, откуда бы им взяться без ДНК).
Чем же РНК лучше?
РНК – одноцепочечные гибкие молекулы. Долгое время считалось, что функция РНК состоит в простом считывании информации с цепей ДНК + последующий синтез белков на РНК-матрице. Потом оказалось, что кодирующие РНК — малая доля всех РНК, а основная часть — как раз некодирующие. Было открыто явление обратной транскрипции – синтез ДНК на матрице РНК. Так же стало известно, что РНК способны самосворачиваться в компактные структуры, узнавать и избирательно связывать органические молекулы. Совсем как… белки.
Получается, РНК — уникальный биополимер, которому свойственны функции ДНК и белков одновременно:
1) Комплементарная репликация (если для чайников, то это достройка «обратной цепи» по имеющейся цепи. Не копирование и не зеркальное построение, а как бы «снятие негатива»)
2) Кодирование белков
3)Структурная и формообразующая функции (сворачивание в клубочки разной формы)
4)Специфическое узнавание молекул
5) Катализ реакций
Выходит, молекулы РНК могли бы обходиться не только без ДНК как генетического вещества, но и без белков для осуществления катализа реакций. Эта идея была сформулирована в 1986 г. и в настоящее время является почти общепринятой.
В древнем мире РНК не было ни белков, ни ДНК, а лишь ансамбли различных молекул РНК. Дело в том, что из единичных молекул РНК в подходящих условиях вырастают колонии из копий исходной молекулы.
Возможно, эти процессы происходили в мелких лужицах, которые то подсыхали и разделялись, то снова заливались доисторическим дождиком, сливаясь в одну большую. В луже, содержащей РНК, молекулы копировались (иногда с ошибками) и накапливались. Но на этом этапе никакой эволюции еще не было, потому что любые варианты копировались одинаково интенсивно. Чтобы естественный отбор начал работать, необходима была какая-то форма обособления отдельных ансамблей РНК. «Лучшие» обособленные ансамбли РНК должны расти быстрее других, перерастать их, тем самым обеспечивая отбор. Поэтому в большинстве теорий происхождения жизни возникновение каких-то ограничивающих мембран — необходимое условие начала эволюции. В этом одна из основных трудностей таких теорий.
Но для РНК была экспериментально показана способность формировать молекулярные колонии на гелях или других влажных твердых средах. Смешанные колонии РНК на твердых или полутвердых поверхностях, без каких-то ни было мембран, и могли быть первыми эволюционирующими бесклеточными ансамблями. Это создавало условия для очень быстрой эволюции: колонии РНК не были отгорожены от внешней среды и могли легко обмениваться своим генетическим материалом.
И так, эволюционный процесс должен был быть исключительно быстрым благодаря трем обстоятельствам:
1) Спонтанные перестройки молекул РНК + низкая точность копирования = огромное число вариантов для отбора.
2) Свободный обмен молекулами РНК между колониями через воду и атмосферу делал любые полезные инновации достоянием всех и позволял колониям быстро совершенствоваться за короткое время.
3) Экспоненциальное обогащение всей популяции «лучшими» молекулами РНК в циклах умножения и отбора — эволюционный двигатель для всего коммунального мира РНК в целом.
Если именно мир РНК возник и эволюционировал в клеточные формы жизни на Земле, то весь путь эволюции до индивидуальных организмов с клеточной структурой, ДНК и современным аппаратом белкового синтеза должен был быть пройден менее чем за пол-миллиарда лет.
Это адаптированное сокращение доклада А.С. Спирина «Древний мир РНК». Гуглится легко. Рекомендую прочитать его целиком, если вам интересны подробности.
Интересуетесь, что такое ДНК? Это важная молекула в организме человека, которая выполняет определенную функцию. Именно благодаря ДНК устанавливается родство, а также определяются внешние данные человека. Подробнее о молекуле прочтете в статье.
Фото: YouTube
Внимание! Материал носит лишь ознакомительный характер. Не следует прибегать к описанным в нем методам лечения без предварительной консультации с врачом.
Что такое ДНК человека простыми словами
О ДНК не понаслышке знает каждый человек, который учил в школе биологию или смотрел какие-либо фильмы и сериалы, в которых главные герои часто проходят генетический тест. Однако многие так и не могут понять, что же на самом деле собой представляет загадочное вещество ДНК.
ДНК — это сокращенная аббревиатура названия кислоты, которая находится в хромосомной клетке человека. Научное название выглядит так —дезоксирибонуклеиновая кислота. Сокращение пошло от трех составляющих этого вещества: Дезоксирибо Нуклеиновая Кислота.
Казалось бы, что важного в обычной кислоте и почему о ней так много говорят? Дело в том, что в веществе хранится генетическая информация (код), в которой заложены данные человека. Именно благодаря ДНК у каждого индивида определенное телосложение, цвет глаз и волос, а также характеристика. Во время деления клеток кислота обеспечивает правильную подачу и считывание информации.
Фото: В чем разница
Интересует строение ДНК? Если посмотрите на кислоту под микроскопом, увидите длинную волнообразную кривую с перекрытиями. Она состоит из нескольких нуклеотидов, которые соединяются цепями, а затем закручиваются в спирали. Если одну такую волну раскрутить, ее длина будет такой же, как и рост среднестатистического мужчины — приблизительно 1 м 80 см.
ДНК содержится в ядре абсолютно каждой клетки человека, причем по своему составу она идентичная. Она структурируется в 46 хромосомах, которые несут генетический код.
ДНК каждого человека уникальна. Абсолютно идентичной по составу она может быть только у однояйцевых близнецов.
Фото: Популярная механика
Молекула ДНК может повреждаться. Зачастую это случается из-за воздействия агрессивных веществ:
- радиации;
- окисляющих веществ.
ДНК, расшифровка которой не слишком простая, — это важный «кирпич», из которого построен организм человека. На его основе ученые в ближайшем будущем собираются «вырастить» целого индивида. Однако удастся им это или нет — покажет время.
Читайте также: Что такое хромосома: определение и количество
РНК: что это такое
Рядом с термином «ДНК» часто можно встретить понятие «РНК». Что это такое и в чем их различие?
РНК расшифровывается как рибонуклеиновая кислота. Эта молекула состоит из остатков фосфорных кислот и азотистых оснований.
Структура ДНК и РНК практически аналогична, да и по внешнему виду у молекул есть сходство, только РНК состоит из одной волнообразной цепи.
Фото: Hi-News.ru
ДНК и РНК — это нуклеиновые кислоты, которые похожи по своему составу, однако отличаются функциями. О пользе первой вы уже знаете. Поэтому пришло время выяснить, что же делает РНК.
РНК содержится в каждых клетках живых организмов, даже в вирусах, и разделяется на такие подвиды:
- информационная — отвечает за хранение информации (иРНК);
- транспортная — доставляет аминокислоты к рибосомам (тРНК);
- рибосомная — содержится в рибосомах (рРНК).
В некоторых источниках классификация РНК расширяется: можно встретить еще вирусную, рибозиму и минорную кислоты.
В отличие от ДНК, в которой информация лишь хранится, РНК отвечает за транскрипцию и трансляцию генетической информации, а также участвует в синтезе белка.
Вы узнали, что такое ДНК и РНК, в чем их разница и схожесть. Разобраться в сложных биологических терминах бывает непросто, однако важно запомнить одно: ДНК отвечает за хранение информации, а РНК — за ее перенос.
Читайте также: Сколько хромосом у человека здорового?
Автор: кандидат медицинских наук Анна Ивановна Тихомирова
Рецензент: кандидат медицинских наук, профессор Иван Георгиевич Максаков
6.4.2. ÄÍÊ è ÐÍÊ
 çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé ìîíîñàõàðèä ñîäåðæèòñÿ â ñòðóêòóðíîì çâåíå ïîëèíóêëåîòèäà — ðèáîçà èëè 2-äåçîêñèðèáîçà, ðàçëè÷àþò
- ðèáîíóêëåèíîâûå êèñëîòû (ÐÍÊ) è
- äåçîêñèðèáîíóêëåèíîâûå êèñëîòû (ÄÍÊ).
 ãëàâíóþ (ñàõàðîôîñôàòíóþ) öåïü ÐÍÊ âõîäÿò îñòàòêè ðèáîçû, à â ÄÍÊ 2-äåçîêñèðèáîçû.
Íóêëåîòèäíûå çâåíüÿ ìàêðîìîëåêóë ÄÍÊ ìîãóò ñîäåðæàòü àäåíèí, ãóàíèí, öèòîçèí è òèìèí. Ñîñòàâ ÐÍÊ îòëè÷àåòñÿ òåì, ÷òî âìåñòî òèìèíà ïðèñóòñòâóåò óðàöèë.
Ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ÄÍÊ äîñòèãàåò äåñÿòêîâ ìèëëèîíîâ à.å.ì. Ýòî ñàìûå äëèííûå èç èçâåñòíûõ ìàêðîìîëåêóë.
Çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà ÐÍÊ (îò íåñêîëüêèõ ñîòåí äî äåñÿòêîâ òûñÿ÷).
ÄÍÊ ñîäåðæàòñÿ â îñíîâíîì â ÿäðàõ êëåòîê, ÐÍÊ â ðèáîñîìàõ è ïðîòîïëàçìå êëåòîê.
Ïðè îïèñàíèè ñòðîåíèÿ íóêëåèíîâûõ êèñëîò ó÷èòûâàþò ðàçëè÷íûå óðîâíè îðãàíèçàöèè ìàêðîìîëåêóë: ïåðâè÷íóþ è âòîðè÷íóþ ñòðóêòóðó.
- Ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà íóêëåèíîâûõ êèñëîò ýòî íóêëåîòèäíûé ñîñòàâ è îïðåäåëåííàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü íóêëåîòèäíûõ çâåíüåâ â ïîëèìåðíîé öåïè.
Íàïðèìåð:
 ñîêðàù¸ííîì îäíîáóêâåííîì îáîçíà÷åíèè ýòà ñòðóêòóðà çàïèñûâàåòñÿ êàê … À Ã Ö …
- Ïîä âòîðè÷íîé ñòðóêòóðîé íóêëåèíîâûõ êèñëîò ïîíèìàþò ïðîñòðàíñòâåííî óïîðÿäî÷åííûå ôîðìû ïîëèíóêëåîòèäíûõ öåïåé.
Âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà ÄÍÊ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâå ïàðàëëåëüíûå íåðàçâåòâëåííûå ïîëèíóêëåîòèäíûå öåïè, çàêðó÷åííûå âîêðóã îáùåé îñè â äâîéíóþ ñïèðàëü.
Òàêàÿ ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà óäåðæèâàåòñÿ ìíîæåñòâîì âîäîðîäíûõ ñâÿçåé, îáðàçóåìûõ àçîòèñòûìè îñíîâàíèÿìè, íàïðàâëåííûìè âíóòðü ñïèðàëè.
Âîäîðîäíûå ñâÿçè âîçíèêàþò ìåæäó ïóðèíîâûì îñíîâàíèåì îäíîé öåïè è ïèðèìèäèíîâûì îñíîâàíèåì äðóãîé öåïè. Ýòè îñíîâàíèÿ ñîñòàâëÿþò êîìïëåìåíòàðíûå ïàðû (îò ëàò. complementum — äîïîëíåíèå).
Îáðàçîâàíèå âîäîðîäíûõ ñâÿçåé ìåæäó êîìïëåìåíòàðíûìè ïàðàìè îñíîâàíèé îáóñëîâëåíî èõ ïðîñòðàíñòâåííûì ñîîòâåòñòâèåì. Ïèðèìèäèíîâîå îñíîâàíèå êîìïëåìåíòàðíî ïóðèíîâîìó îñíîâàíèþ:
Âîäîðîäíûå ñâÿçè ìåæäó äðóãèìè ïàðàìè îñíîâàíèé íå ïîçâîëÿþò èì ðàçìåñòèòüñÿ â ñòðóêòóðå äâîéíîé ñïèðàëè. Òàêèì îáðàçîì,
- ÒÈÌÈÍ (Ò) êîìïëåìåíòàðåí ÀÄÅÍÈÍÓ (À),
- ÖÈÒÎÇÈÍ (Ö) êîìïëåìåíòàðåí ÃÓÀÍÈÍÓ (Ã).
Êîìïëåìåíòàðíîñòü îñíîâàíèé îïðåäåëÿåò êîìïëåìåíòàðíîñòü öåïåé â ìîëåêóëàõ ÄÍÊ.
Êîìïëåìåíòàðíîñòü ïîëèíóêëåîòèäíûõ öåïåé ñëóæèò õèìè÷åñêîé îñíîâîé ãëàâíîé ôóíêöèè ÄÍÊ õðàíåíèÿ è ïåðåäà÷è íàñëåäñòâåííûõ ïðèçíàêîâ.
Ñïîñîáíîñòü ÄÍÊ íå òîëüêî õðàíèòü, íî è èñïîëüçîâàòü ãåíåòè÷åñêóþ èíôîðìàöèþ îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèìè åå ñâîéñòâàìè:
Âèäåî «ÄÍÊ. Êîä Æèçíè»
Âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà ÐÍÊ.  îòëè÷èå îò ÄÍÊ, ìîëåêóëû ÐÍÊ ñîñòîÿò èç îäíîé ïîëèíóêëåîòèäíîé öåïè è íå èìåþò ñòðîãî îïðåäåëåííîé ïðîñòðàíñòâåííîé ôîðìû (âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà ÐÍÊ çàâèñèò îò èõ áèîëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé).
Îñíîâíàÿ ðîëü ÐÍÊ íåïîñðåäñòâåííîå ó÷àñòèå â áèîñèíòåçå áåëêà. Èçâåñòíû òðè âèäà êëåòî÷íûõ ÐÍÊ, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ ïî ìåñòîïîëîæåíèþ â êëåòêå, ñîñòàâó, ðàçìåðàì è ñâîéñòâàì, îïðåäåëÿþùèì èõ ñïåöèôè÷åñêóþ ðîëü â îáðàçîâàíèè áåëêîâûõ ìàêðîìîëåêóë:
- èíôîðìàöèîííûå (ìàòðè÷íûå) ÐÍÊ ïåðåäàþò çàêîäèðîâàííóþ â ÄÍÊ èíôîðìàöèþ î ñòðóêòóðå áåëêà îò ÿäðà êëåòêè ê ðèáîñîìàì, ãäå è îñóùåñòâëÿåòñÿ ñèíòåç áåëêà;
- òðàíñïîðòíûå ÐÍÊ ñîáèðàþò àìèíîêèñëîòû â öèòîïëàçìå êëåòêè è ïåðåíîñÿò èõ â ðèáîñîìó; ìîëåêóëû ÐÍÊ ýòîãî òèïà «óçíàþò» ïî ñîîòâåòñòâóþùèì ó÷àñòêàì öåïè èíôîðìàöèîííîé ÐÍÊ, êàêèå àìèíîêèñëîòû äîëæíû ó÷àñòâîâàòü â ñèíòåçå áåëêà;
- ðèáîñîìíûå ÐÍÊ îáåñïå÷èâàþò ñèíòåç áåëêà îïðåäåëåííîãî ñòðîåíèÿ, ñ÷èòûâàÿ èíôîðìàöèþ ñ èíôîðìàöèîííîé (ìàòðè÷íîé) ÐÍÊ.
Время, в которое мы живем, отмечено потрясающими переменами, огромным прогрессом, когда люди получают ответы на все новые и новые вопросы. Жизнь стремительно движется вперед, и то, что еще совсем недавно казалось невозможным, начинает претворяться в жизнь. Вполне возможно, что представляется сегодня сюжетом из жанра фантастики, скоро тоже приобретет черты реальности.
Одним из важнейших открытий во второй половине двадцатого столетия стали нуклеиновые кислоты РНК и ДНК, благодаря которым человек приблизился к разгадкам тайн природы.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты — это органические соединения, обладающие высокомолекулярными свойствами. В их состав входят водород, углерод, азот и фосфор.
Они были открыты в 1869 году Ф. Мишером, который исследовал гной. Однако тогда его открытию не придали особого значения. Лишь позже, когда эти кислоты обнаружили во всех животных и растительных клетках, пришло понимание огромной их роли.
Существуют два вида нуклеиновых кислот: РНК и ДНК (рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты). Настоящая статья посвящена рибонуклеиновой кислоте, но для общего понимания рассмотрим также, что собой представляет ДНК.
Что такое дезоксирибонуклеиновая кислота?
ДНК — это нуклеиновая кислота, состоящая из двух нитей, которые соединены по закону комплементарности водородными связями азотистых оснований. Длинные цепи закручены в спираль, один виток содержит почти десять нуклеотидов. Диаметр двойной спирали составляет два миллиметра, расстояние между нуклеотидами — около половины нанометра. Длина одной молекулы порой достигает нескольких сантиметров. Длина ДНК ядра человеческой клетки составляет почти два метра.
В структуре ДНК содержится вся генетическая информация. ДНК обладает репликацией, что означает процесс, в ходе которого из одной молекулы образуются две совершенно одинаковые — дочерние.
Как уже было отмечено, цепь складывается из нуклеотидов, состоящих, в свою очередь, из азотистых оснований (аденина, гуанина, тимина и цитозина) и остатка кислоты фосфора. Все нуклеотиды различаются азотистыми основаниями. Водородная связь возникает не между всеми основаниями, аденин, к примеру, может соединяться только с тимином или гуанином. Таким образом, адениловых нуклеотидов в организме столько же, сколько тимидиловых, а число гуаниловых равно цитидиловым (правило Чаргаффа). Получается, что последовательность одной цепочки предопределяет последовательность другой, и цепи как бы зеркально отражают друг друга. Такая закономерность, где нуклеотиды двух цепей располагаются упорядоченно, а также соединяются избирательно, называется принципом комплементарности. Кроме водородных соединений, двойная спираль взаимодействует и гидрофобно.
Две цепи разнонаправлены, то есть расположены в противоположных направлениях. Поэтому напротив трех’-конца одной находится пяти’-конец другой цепи.
Внешне молекула ДНК напоминает винтовую лестницу, перилом которой является сахарофосфатный остов, а ступеньками — комплементарные основания азота.
Что такое рибонуклеиновая кислота?
РНК — это нуклеиновая кислота с мономерами, называющимися рибонуклеотидами.
По химическим свойствам она очень похожа на ДНК, так как обе являются полимерами нуклеотидов, представляющих собой фосфолированный N-гликозид, который выстроен на остатке пентозы (пятиуглеродного сахара), с фосфатной группой пятого углеродного атома и основания азота при первом углеродном атоме.
Она представляет собой одну полинуклеотидную цепочку (кроме вирусов), которая намного короче, чем у ДНК.
Один мономер РНК — это остатки следующих веществ:
- основания азота;
- пятиуглеродного моносахарида;
- кислоты фосфора.
РНК имеют пиримидиновые (урацил и цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания. Рибоза является моносахаридом нуклеотида РНК.
Отличия РНК и ДНК
Нуклеиновые кислоты отличаются друг от друга следующими свойствами:
- количество ее в клетке зависит от физиологического состояния, возраста и органной принадлежности;
- ДНК содержит углевод дезоксирибозу, а РНК — рибозу;
- азотистое основание у ДНК — тимин, а у РНК — урацил;
- классы выполняют различные функции, но синтезируются на матрице ДНК;
- ДНК состоит из двойной спирали, а РНК — из одинарной цепи;
- для нее нехарактерны правила Чаргаффа, действующие у ДНК;
- в РНК больше минорных оснований;
- цепи существенно отличаются по длине.
История изучения
Клетка РНК впервые была открыта биохимиком из Германии Р. Альтманом при исследовании дрожжевых клеток. В середине двадцатого века была доказана роль ДНК в генетике. Лишь тогда описали и типы РНК, функции и так далее. До 80-90% массы в клетке приходится на р-РНК, образующих совместно с белками рибосому и участвующих в биосинтезе белка.
В шестидесятых годах прошлого столетия впервые предположили, что должен существовать некий вид, который несет в себе генетическую информацию для синтеза белка. После этого научно установили, что есть такие информационные рибонуклеиновые кислоты, представляющие комплементарные копии генов. Их еще называют матричными РНК.
В декодировании записанной в них информации участвуют так называемые транспортные кислоты.
Позже стали разрабатываться способы выявления последовательности нуклеотидов и устанавливаться структура РНК в пространстве кислоты. Так было обнаружено, что некоторые из них, которые назвали рибозимами, могут расщеплять полирибонуклеотидные цепи. Вследствие этого стали предполагать, что в то время, когда зарождалась жизнь на планете, РНК действовала и без ДНК и белков. При этом все превращения производились с ее участием.
Строение молекулы рибонуклеиновой кислоты
Почти все РНК — это одиночные цепи полинуклеотидов, которые, в свою очередь, состоят из монорибонуклеотидов — пуриновых и пиримидиновых оснований.
Нуклеотиды обозначают начальными буквами оснований:
- аденина (А), А;
- гуанина (G), Г;
- цитозина (С), Ц;
- урацила (U), У.
Они связаны между собой трех- и пятифосфодиэфирными связями.
Самое разное количество нуклеотидов (от нескольких десятков до десятков тысяч) входит в строение РНК. Они могут формировать вторичную структуру, состоящую в основном из коротких двуцепочных тяжей, которые образовались комплементарными основаниями.
Структура молекулы рибнуклеиновой кислоты
Как уже было сказано, у молекулы имеется однонитевое строение. РНК получает вторичную структуру и форму в результате взаимодействия нуклеотидов между собой. Это полимер, мономером которого является нуклеотид, состоящий из сахара, остатка кислоты фосфора и основания азота. Внешне молекула похожа на одну из цепей ДНК. Нуклеотиды аденин и гуанин, входящие в состав РНК, относятся к пуриновым. Цитозин и урацил являются пиримидиновыми основаниями.
Процесс синтеза
Чтобы молекула РНК синтезировалась, матрицей является молекула ДНК. Бывает, правда, и обратный процесс, когда новые молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты образуются на матрице рибонуклеиновой. Такое встречается при репликации некоторых видов вирусов.
Основой для биосинтеза могут служить также другие молекулы рибонуклеиновой кислоты. В ее транскрипции, которая происходит в ядре клетки, участвуют много ферментов, но самым значимым из них является РНК-полимераза.
Виды
В зависимости от вида РНК, функции ее также отличаются. Существуют несколько видов:
- информационная и-РНК;
- рибосомальная р-РНК;
- транспортная т-РНК;
- минорная;
- рибозимы;
- вирусные.
Информационная рибонуклеиновая кислота
Такие молекулы еще называют матричными. Они составляют в клетке примерно два процента от всего количества. В клетках эукариот они синтезируются в ядрах на ДНК-матрицах, переходя затем в цитоплазму и связываясь с рибосомами. Далее, они становятся матрицами для синтеза белка: к ним присоединяются транспортные РНК, которые несут аминокислоты. Так происходит процесс преобразования информации, которая реализуется в уникальной структуре белка. В некоторых вирусных РНК она к тому же является хромосомой.
Жакоб и Мано являются открывателями этого вида. Не имея жесткой структуры, ее цепь образует изогнутые петли. Не работая, и-РНК собирается в складки и сворачивается в клубок, а в рабочем состоянии разворачивается.
и-РНК несет в себе информацию о последовательности аминокислот в белке, который синтезируется. Каждая аминокислота закодирована в определенном месте при помощи генетических кодов, которым свойственны:
- триплетность — из четырех мононуклеотидов возможно выстроить шестьдесят четыре кодона (генетического кода);
- неперекрещиваемость — информация движется в одном направлении;
- непрерывность — принцип работы сводится к тому, что одна и-РНК — один белок;
- универсальность — тот или иной вид аминокислоты кодируется у всех живых организмов одинаково;
- вырожденность — известными являются двадцать аминокислот, а кодонов — шестьдесят один, то есть они кодируются несколькими генетическими кодами.
Рибосомальная рибонуклеиновая кислота
Такие молекулы составляют подавляющее большинство клеточных РНК, а именно от восьмидесяти до девяноста процентов от общего количества. Они соединяются с белками и формируют рибосомы — это органоиды, выполняющие синтез белков.
Рибосомы состоят на шестьдесят пять процентов из р-РНК и на тридцать пять процентов из белка. Эта полинуклеотидная цепь без труда изгибается вместе с белком.
Рибосома состоит из аминокислотного и пептидного участков. Они расположены на контактирующих поверхностях.
Рибосомы свободно передвигаются в клетке, синтезируя белки в нужных местах. Они не очень специфичны и могут не только считывать информацию с и-РНК, но и образовывать с ними матрицу.
Транспортная рибонуклеиновая кислота
т-РНК наиболее изучены. Они составляют десять процентов клеточной рибонуклеиновой кислоты. Эти виды РНК связываются с аминокислотами благодаря специальному ферменту и доставляются на рибосомы. При этом аминокислоты переносятся транспортными молекулами. Однако бывает, что аминокислоту кодируют разные кодоны. Тогда переносить их будут несколько транспортных РНК.
Она сворачивается в клубочек, когда неактивна, а функционируя, имеет вид клеверного листа.
В ней различаются следующие участки:
- акцепторный стебель, имеющий последовательность нуклеотидов АЦЦ;
- участок, служащий для присоединения к рибосоме;
- антикодон, кодирующий аминокислоту, которая присоединена к этой т-РНК.
Минорный вид рибонуклеиновой кислоты
Недавно виды РНК пополнились новым классом, так называемыми малыми РНК. Они, скорее всего, являются универсальными регуляторами, которые включают или выключают гены в эмбриональном развитии, а также контролируют процессы внутри клеток.
Рибозимы также недавно выявлены, они активно принимают участие, когда кислота РНК ферментируется, являясь при этом катализатором.
Вирусные виды кислот
Вирус способен содержать либо рибонуклеиновую кислоту, либо дезоксирибонуклеиновую. Поэтому с соответствующими молекулами они называются РНК-содержащими. При попадании в клетку такого вируса происходит обратная транскрипция — на базе рибонуклеиновой кислоты появляются новые ДНК, которые встраиваются в клетки, обеспечивая существование и размножение вируса. В другом случае происходит образование комплиментарной на поступившей РНК. Вирусы белков, жизнедеятельность и размножение идет без ДНК, а лишь на основе информации, содержащейся в РНК вируса.
Репликация
В целях улучшения общего понимания необходимо рассмотреть процесс репликации, в результате которого появляются две идентичные молекулы нуклеиновой кислоты. Так начинается деление клетки.
В ней участвуют ДНК-полимеразы, ДНК-зависимые, РНК-полимеразы и ДНК-лигазы.
Процесс репликации состоит из следующих этапов:
- деспирализация — происходит последовательное раскручивание материнской ДНК, захватывающей всю молекулу;
- разрыв водородных связей, при котором цепи расходятся, и появляется репликативная вилка;
- подстройка дНТФ к освободившимся основаниям материнских цепей;
- отщепление пирофосфатов от дНТФ молекул и образование фосфорнодиэфирных связей за счет выделяющейся энергии;
- респирализация.
После образования дочерней молекулы делится ядро, цитоплазма и остальное. Таким образом, образуются две дочерние клетки, полностью получившие всю генетическую информацию.
Кроме этого, кодируется первичная структура белков, которые в клетке синтезируются. ДНК в этом процессе принимает косвенное участие, а не прямое, заключающееся в том, что именно на ДНК происходит синтез, участвующих в образовании белков, РНК. Этот процесс получил название транскрипции.
Транскрипция
Синтез всех молекул происходит во время транскрипции, то есть переписывании генетической информации с определенного оперона ДНК. Процесс в некоторых моментах похож на репликацию, а в других существенно отличается от нее.
Сходствами являются следующие части:
- начало идет с деспирализации ДНК;
- происходит разрыв водородных связей между основаниями цепей;
- к ним комплементарно подстраиваются НТФ;
- происходит образование водородных связей.
Отличия от репликации:
- при транскрипции расплетается лишь участок ДНК, соответствующий транскриптону, в то время как при репликации расплетению подвергается вся молекула;
- при транскрипции подстраивающиеся НТФ содержат рибозу, и вместо тимина урацил;
- информация списывается лишь с определенного участка;
- после образования молекулы водородные связи и синтезированная цепь разрываются, а цепь соскальзывает с ДНК.
Для нормального функционирования первичная структура РНК должна состоять только из списанных с экзонов ДНК-участков.
У только что образованных РНК начинается процесс созревания. Молчащие участки вырезаются, а информативные сшиваются, образуя полинуклеотидную цепь. Далее, каждый вид имеет присущие только ему превращения.
В и-РНК происходит присоединение к начальному концу. К конечному участку присоединяется полиаденилат.
В т-РНК модифицируются основания, образуя минорные виды.
У р-РНК также метилируются отдельные основания.
Защищают от разрушения и улучшают транспортировку в цитоплазму белки. РНК в зрелом состоянии с ними соединяются.
Значение дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты имеют огромное значение в жизнедеятельности организмов. В них хранится, переносится в цитоплазму и передается по наследству дочерним клеткам информация о белках, синтезирующихся в каждой клетке. Они присутствуют во всех живых организмах, стабильность этих кислот играет важнейшую роль для нормального функционирования как клеток, так и всего организма. Любые изменения в их строении приведут к клеточным изменениям.