IRNA, tRNA, RRNA - үш негізгі нуклеин қышқылдарының өзара әрекеттесуі мен құрылымын цитология сияқты ғылым қарастырады. Бұл жасушадағы тасымалдау рибонуклеин қышқылының (тРНҚ) рөлі қандай екенін анықтауға көмектеседі. Бұл өте кішкентай, бірақ сонымен бірге даусыз маңызды молекула денені құрайтын ақуыздарды біріктіру процесіне қатысады.
тРНҚ-ның құрылымы қандай? Бұл затты «іштен» қарастыру, оның биохимиясы мен биологиялық рөлін білу өте қызықты. Сондай-ақ, тРНҚ құрылымы мен оның ақуыз синтезіндегі рөлі өзара қалай байланысты?
tRNA дегеніміз не, ол қалай жұмыс істейді?
Тасымалдау рибонуклеин қышқылы жаңа ақуыздардың түзілуіне қатысады. Барлық рибонуклеин қышқылдарының 10% дерлік тасымалдаушы болып табылады. Молекуланың қандай химиялық элементтерден түзілетінін түсіну үшін тРНҚ-ның екінші реттік құрылымының құрылымын сипаттаймыз. Екінші реттік құрылым элементтер арасындағы барлық негізгі химиялық байланыстарды қарастырады.
Бұл полинуклеотидтік тізбектен тұратын макромолекула. Ондағы азотты негіздер сутектік байланыс арқылы байланысады. ДНҚ-дағы сияқты РНҚ-да 4 азотты негіз бар: аденин,цитозин, гуанин және урацил. Бұл қосылыстарда аденин әрқашан урацилмен, ал гуанин әдеттегідей цитозинмен байланысты.
Нуклеотидте неліктен рибо- префиксі болады? Қарапайым сөзбен айтқанда, нуклеотидтің негізінде пентозаның орнына рибозасы бар барлық сызықтық полимерлер рибонуклеиндік деп аталады. Ал трансфер РНҚ дәл осындай рибонуклеинді полимердің 3 түрінің бірі болып табылады.
tRNA құрылымы: биохимия
Молекулярлық құрылымның ең терең қабаттарын қарастырайық. Бұл нуклеотидтерде 3 компонент бар:
- Сахароза, рибоза РНҚ-ның барлық түрлеріне қатысады.
- Фосфор қышқылы.
- Азотты негіздер. Бұл пуриндер мен пиримидиндер.
Азотты негіздер өзара күшті байланыстар арқылы байланысқан. Негіздерді пурин және пиримидин деп бөлу әдетке айналған.
Пуриндер - аденин мен гуанин. Аденин өзара байланысқан 2 сақинадан тұратын аденил нуклеотидіне сәйкес келеді. Ал гуанин сол «бір сақиналы» гуанин нуклеотидіне сәйкес келеді.
Пирамидиндер - цитозин және урацил. Пиримидиндердің бір сақиналы құрылымы бар. РНҚ-да тимин жоқ, өйткені ол урацил сияқты элементпен ауыстырылады. Мұны тРНҚ-ның басқа құрылымдық ерекшеліктерін қарастырмас бұрын түсіну маңызды.
РНҚ түрлері
Көріп отырғаныңыздай, TRNA құрылымын қысқаша сипаттау мүмкін емес. Молекуланың мақсатын және оның шынайы құрылымын түсіну үшін биохимияны тереңдету керек. Тағы қандай рибосомалық нуклеотидтер белгілі? Сондай-ақ матрицалық немесе ақпараттық және рибосомалық нуклеин қышқылдары бар. РНҚ және РНҚ ретінде қысқартылған. Барлығы 3молекулалар жасушада бір-бірімен тығыз байланыста жұмыс істейді, осылайша дене дұрыс құрылымды ақуыз түйіршіктерін алады.
Бір полимердің жұмысын басқа 2 полимердің көмегінсіз елестету мүмкін емес. ТРНҚ-ның құрылымдық ерекшеліктері рибосомалардың жұмысымен тікелей байланысты функциялармен бірге қаралғанда түсінікті болады.
IRNA, tRNA, RRNA құрылымы көп жағынан ұқсас. Барлығында рибоза негізі бар. Дегенмен, олардың құрылымы мен функциялары әртүрлі.
Нуклеин қышқылдарының ашылуы
Швейцариялық Иоганн Мишер 1868 жылы жасуша ядросынан кейін нуклеин деп аталатын макромолекулаларды тапты. «Нуклеиндер» атауы (ядро) – ядро сөзінен шыққан. Біраз уақыттан кейін ядросы жоқ біржасушалы тіршілік иелерінде бұл заттардың да болатыны анықталды. 20 ғасырдың ортасында нуклеин қышқылдарының синтезін ашқаны үшін Нобель сыйлығы алды.
Белок синтезіндегі TRNA қызметі
Атаудың өзі – трансфер РНҚ молекуланың негізгі қызметі туралы айтады. Бұл нуклеин қышқылы белгілі бір ақуызды жасау үшін рибосомалық РНҚ-ға қажетті маңызды амин қышқылын өзімен бірге «әкеледі».
тРНҚ молекуласының қызметі аз. Біріншісі - IRNA кодонын тану, екіншісі - ақуыз синтезіне арналған құрылыс блоктарын - аминқышқылдарын жеткізу. Кейбір сарапшылар акцепторлық функцияны ажыратады. Яғни, аминқышқылдарының коваленттік принцип бойынша қосылуы. Аминоцил-тРНҚ синтатаза сияқты фермент осы амин қышқылын "байланыстырады".
ТРНҚ құрылымы онымен қалай байланыстыфункциялары? Бұл ерекше рибонуклеин қышқылы оның бір жағында үнемі жұппен байланысқан азотты негіздер болатындай етіп орналасады. Бұл бізге белгілі элементтер - A, U, C, G. Дәл 3 "әріп" немесе азотты негіздер антикодонды - комплементарлылық принципі бойынша кодонмен әрекеттесетін элементтердің кері жиынтығын құрайды.
ТРНҚ-ның бұл маңызды құрылымдық ерекшелігі шаблон нуклеин қышқылын декодтау кезінде қателердің болмауын қамтамасыз етеді. Өйткені, қазіргі уақытта ағзаға қажет ақуыздың дұрыс синтезделуі аминқышқылдарының нақты реттілігіне байланысты.
Құрылыс мүмкіндіктері
ТРНҚ-ның құрылымдық ерекшеліктері және оның биологиялық рөлі қандай? Бұл өте көне құрылым. Оның мөлшері шамамен 73 - 93 нуклеотидті құрайды. Заттың молекулалық салмағы 25 000–30 000.
ТРНҚ-ның екінші реттік құрылымының құрылымын молекуланың 5 негізгі элементін зерттеу арқылы бөлшектеуге болады. Сонымен, бұл нуклеин қышқылы келесі элементтерден тұрады:
- ферменттік байланыс контуры;
- рибосомамен байланысқа арналған ілмек;
- антикодондық цикл;
- акцептор діңі;
- антикодонның өзі.
Сондай-ақ қосалқы құрылымда шағын айнымалы циклды бөліңіз. тРНҚ-ның барлық түрлерінде бір иық бірдей – екі цитозин мен бір аденозин қалдығының өзегі. Дәл осы жерде қол жетімді 20 аминқышқылдарының 1-імен байланыс пайда болады. Әрбір амин қышқылының жеке ферменті бар - өзінің аминоацил-тРНҚ.
Барлығының құрылымын шифрлайтын барлық ақпаратнуклеин қышқылдары ДНҚ-ның өзінде кездеседі. Планетадағы барлық тіршілік иелерінің тРНҚ құрылымы дерлік бірдей. Ол 2D форматында қараған кезде жапырақ сияқты болады.
Алайда, көлемі бойынша қарасаңыз, молекула L-тәрізді геометриялық құрылымға ұқсайды. Бұл тРНҚ-ның үшінші реттік құрылымы болып саналады. Бірақ оқуға ыңғайлы болу үшін оны көзбен «бұрау» әдеттегідей. Үшінші реттік құрылым екінші реттік құрылым элементтерінің, бірін-бірі толықтыратын бөліктердің өзара әрекеттесуінің нәтижесінде қалыптасады.
тРНҚ қолдары немесе сақиналары маңызды рөл атқарады. Мысалы, белгілі бір ферментпен химиялық байланыс үшін бір қол қажет.
Нуклеотидтерге тән қасиет - нуклеозидтердің көп санының болуы. Бұл кіші нуклеозидтердің 60-тан астам түрі бар.
tРНҚ құрылымы және аминқышқылдарының кодталуы
ТРНҚ антикодонының ұзындығы 3 молекуладан тұратынын білеміз. Әрбір антикодон белгілі бір «жеке» амин қышқылына сәйкес келеді. Бұл амин қышқылы арнайы ферменттің көмегімен тРНҚ молекуласымен байланысады. 2 аминқышқылдары қосыла салысымен тРНҚ-мен байланыс үзіледі. Барлық химиялық қосылыстар мен ферменттер қажетті уақытқа дейін қажет. Осылайша тРНҚ құрылымы мен функциялары өзара байланысты.
Жасушада мұндай молекулалардың 61 түрі бар. 64 математикалық вариация болуы мүмкін. Бірақ IRNA-дағы тоқтату кодондарының дәл осы санында антикодондар болмағандықтан тРНҚ-ның 3 түрі жоқ.
IRNA және TRNA өзара әрекеттесуі
Заттың МРНҚ және РРНҚ-мен әрекеттесуін, сонымен қатар ТРНҚ-ның құрылымдық ерекшеліктерін қарастырайық. Құрылымы мен мақсатымакромолекулалар өзара байланысты.
IRNA құрылымы ДНҚ-ның бөлек бөлімінен ақпаратты көшіреді. ДНҚ-ның өзі молекулалардың тым үлкен байланысы және ол ешқашан ядродан шықпайды. Сондықтан делдалдық РНҚ қажет – ақпараттық.
РНҚ көшірген молекулалар тізбегі негізінде рибосома белок түзеді. Рибосома жеке полинуклеотидтік құрылым болып табылады, оның құрылымын түсіндіру қажет.
Рибосомалық тРНҚ өзара әрекеттесуі
Рибосомалық РНҚ – үлкен органоид. Оның молекулалық массасы 1 000 000 - 1 500 000. РНҚ жалпы мөлшерінің 80% дерлік рибосомалық нуклеотидтер.
Бұл IRNA тізбегін басып алады және тРНҚ молекулаларын өздерімен бірге әкелетін антикодондарды күтеді. Рибосомалық РНҚ 2 суббірліктен тұрады: кіші және үлкен.
Рибосома «зауыт» деп аталады, өйткені бұл органоидте күнделікті өмірге қажетті заттардың барлық синтезі жүреді. Бұл өте көне жасуша құрылымы.
Рибосомада ақуыз синтезі қалай жүреді?
ТРНҚ құрылымы мен оның ақуыз синтезіндегі рөлі өзара байланысты. Рибонуклеин қышқылының бір жағында орналасқан антикодон өзінің нысаны бойынша негізгі қызметі – аминқышқылдарын рибосомаға жеткізу үшін қолайлы, мұнда белоктың бірте-бірте туралануы орын алады. Негізінде TRNA делдал ретінде әрекет етеді. Оның міндеті тек қажетті амин қышқылын әкелу.
IRNA-ның бір бөлігінен ақпаратты оқығанда, рибосома тізбек бойымен әрі қарай жылжиды. Матрица тек жіберу үшін қажетбір белоктың конфигурациясы мен қызметі туралы кодталған ақпарат. Әрі қарай басқа тРНҚ азотты негіздерімен рибосомаға жақындайды. Ол сонымен қатар RNC келесі бөлігін дешифрлайды.
Декодтау келесідей орындалады. Азотты негіздер ДНҚ-дағы сияқты комплементарлылық принципі бойынша біріктіріледі. Тиісінше, TRNA амин қышқылын қай жерде «айла» және қай «ангарға» жіберу керектігін көреді.
Содан кейін рибосомада осылай таңдалған амин қышқылдары химиялық байланысып, біртіндеп жаңа сызықты макромолекула түзіліп, синтез аяқталғаннан кейін түйіршікке (шарға) айналады. Пайдаланылған тРНҚ және IRNA өз функцияларын орындап, ақуыз «зауытынан» шығарылады.
Кодонның бірінші бөлігі антикодонға қосылғанда оқу кадры анықталады. Кейіннен, егер қандай да бір себептермен кадрдың ығысуы орын алса, ақуыздың кейбір белгілері қабылданбайды. Рибосома бұл процеске араласып, мәселені шеше алмайды. Процесс аяқталғаннан кейін ғана 2 рРНҚ суббірлігі қайтадан біріктіріледі. Орташа алғанда әрбір 104 аминқышқылдары үшін 1 қате бар. Жиналған әрбір 25 ақуыз үшін кемінде 1 репликация қатесі орын алады.
ТРНҚ реликті молекулалар ретінде
ТРНҚ жер бетінде тіршілік пайда болған кезде болуы мүмкін болғандықтан, оны реликтік молекула деп атайды. РНҚ ДНҚ-ға дейін болған, содан кейін эволюцияланған алғашқы құрылым деп саналады. РНҚ әлемдік гипотезасы – 1986 жылы лауреат Уолтер Гилберт тұжырымдаған. Дегенмен, дәлелдеу үшінәлі қиын. Теория айқын фактілермен қорғалған – тРНҚ молекулалары ақпарат блоктарын сақтай алады және бұл ақпаратты қандай да бір түрде жүзеге асырады, яғни жұмыс істейді.
Бірақ теорияның қарсыластары заттың қысқа өмір сүру ұзақтығы тРНҚ-ның кез келген биологиялық ақпаратты жақсы тасымалдаушы екеніне кепілдік бере алмайды деп санайды. Бұл нуклеотидтер тез ыдырайды. Адам жасушаларында тРНҚ өмір сүру ұзақтығы бірнеше минуттан бірнеше сағатқа дейін. Кейбір түрлер бір күнге дейін созылуы мүмкін. Ал егер бактериялардағы бірдей нуклеотидтер туралы айтатын болсақ, онда терминдер әлдеқайда қысқа - бірнеше сағатқа дейін. Сонымен қатар, тРНҚ-ның құрылымы мен функциялары молекула Жер биосферасының негізгі элементі болу үшін тым күрделі.
