Строение и синтез РНК

Рибонуклеиновая кислота по своему химическому строению сходна с ДНК – это также гетерополимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. В состав каждого нуклеотида входит остаток фосфорной кислоты, сахар (пентозный) и азотистое основание. Отличия от ДНК: РНК – одноцепочечная молекула; сахар входит в её состав другой – рибоза; одно из азотистых оснований другое – урацил, вместо тимина.

В клетке содержится 3 вида РНК:

1) Информационная (матричная) и-РНК (м-РНК) – имеет нитчатое строение, представляет собой копию определённого участка одной из цепей ДНК. Длина её различна и зависит от длины полипептидной цепи, которую она кодирует (самая короткая состоит ≈ из 300 нуклеотидов). Количество и-РНК в клетке составляет 3-5% от всей содержащейся РНК. Функция – перенос информации о структуре белка из ядра в цитоплазму.

2)Транспортная – т-РНК- значительно короче (76-85 нуклеотидов), имеет сложную пространственную структуру, напоминающую клеверный лист. На её долю приходится ≈ 15% всей клеточной РНК. Функция – перенос аминокислот к месту синтеза белка.

3) Рибосомальная РНК р-РНК – составляет более 80% всей РНК клетки. Кодируется особыми генами, находящимися в нескольких хромосомах и расположенными в участке ядрышка. Входит в состав рибосом (64% р-РНК и 36% белка). Функция заключена в том, чтобы удерживать в нужном положении м-РНК, т-РНК с аминокислотой и белковую нить, до тех пор, пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.

Биосинтез белка. Процесс биосинтеза белка состоит из 2-х стадий: транскрипции и трансляции.

Транскрипция – это процесс переписи информации с определённого участка ДНК (гена) на и-РНК. Транскрипция происходит в ядре. Необходимый участок ДНК освобождается от гистонов, раскручивается двойная спираль ДНК и освобождаются одиночные полинуклеотидные цепи. Одна из них избирается в качестве матрицы, на которой с помощью фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы синтезируется про-м-РНК – предшественник зрелой м-РНК. Последовательность азотистых оснований в ней является точной копией участка одной из цепей ДНК, а именно не той, на которой она синтезировалась, а противоположной ей.

Также как и в ДНК, в про-м-РНК имеются кодирующие фрагменты – экзоны – и фрагменты, не содержащие генетической информации – интроны. Длина интрона бывает различной – от двухсот до тысячи пар нуклеотидов. В ядре специальные ферменты вырезают из про-м-РНК интроны, а экзоны «сращивают» между собой в строгом порядке. Образуется зрелая м-РНК, которая содержит только участки, кодирующие синтез полипептидной цепи.

Синтезированные молекулы м-РНК выходят из ядра через ядерные поры и направляются к рибосомам, на которых происходит следующий этап биосинтеза белка – трансляция. Трансляция – это процесс перехода информации с м-РНК в полипептидную цепь (процесс, при котором последовательность триплетов оснований м-РНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи). Трансляция происходит в цитоплазме на рибосомах. Обычно несколько рибосом одновременно прикрепляются к одной молекуле и-РНК подобно бусинам на нитке, образуя полисому.

В протоплазме клетки в свободном состоянии присутствуют аминокислоты. Чтобы а/к присоединилась к т-РНК, её надо активировать. Активация осуществляется ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазой, выделяемым митохондриями и специфичными для каждой аминокислоты. Под действием этого фермента а/к получив заряд энергии от АТФ, моментально присоединяется к акцепторному концу своей специфической т-РНК.

Для синтеза белка проводят аналогично со сборкой механизмов на заводе (или строительством домов). т-РНК, как грузовичёк, доставляет блоки (аминокислоты) к в сборочный цех (рибосому), где идёт монтаж белковой молекулы по схеме-чертежу, представленному в виде и-РНК. И место на и-РНК, куда следует поставить свою а/к согласно «схеме чертежа» отыскивает, «узнаёт» именно т-РНК благодаря комплиментарности своего антикодона определённому кодону. Антикодон соединяется водородными связями с комплиментарным ему кодоном. Акцепторный конец т-РНК с соответствующей аминокислотой прикрепляется к поверхности большой субчастицы рибосомы. После первой а/к другая т-РНК доставляет следующую и между ними образуется пептидная связь. Так постепенно на рибосоме синтезируется полипептидная цепь. Начало синтеза полипептидной цепи называют инициацией, её рост – элонгацией, окончание синтеза – терминацией.

Сигналом к прекращению трансляции является существование на и-РНК т.н.бессмысленного кодона, для которого не существует т-РНК с антикодоном.

Теперь немного подробнее рассмотрим, что такое кодоны, антикодоны, бессмысленные триплеты и тому подобное.

Генетический код.

Генетический код – это способ записи информации о строении белков в молекулах нуклеиновых кислот с помощью триплетов нуклеотидов.

Основные свойства генетического кода:

1. Триплетность генетический код триплетный, т.е. три подряд стоящие нуклеотида в молекуле ДНК представляют собой кодон или шифровальное слово. Почему именно 3 нуклеотида? Известно, что белки состоят из 20 аминокислот, а в состав ДНК входит только 4 азотистых основания. Если бы одно основание кодировало 1 а/к, то закодированными оказались бы только 4 а/к. Шифровальное слово не может также состоять из 2-х символов (2-х оснований), т.к. в этом случае возможных комбинаций из 4-х символов по 2 окажется 16 (зашифрованы будут только 16 а/к). В случае, когда кодовое слово состоит из 3-х символов (3-х оснований), можно получить 64 комбинации (4³=4∙4∙4=64), этого более чем достаточно для обозначения 20 а/к. Остаются даже 44 «лишние» комбинации. Как быть с ними? вытекает следующее свойство генетического кода:

2. Вырожденность т.к.вырожденный, т.е. одна аминокислота может кодироваться несколькими (от одного до 6) кодонами. Только две аминокислоты кодируются одним триплетом – метионин (АУГ) и триптофан (УГГ).

3. Колинеарность - чёткое соответствие между последовательностями кодонов нуклеиновых кислот и аминокислотами полипептидных цепей.

4. Неперекрываемость - триплеты в молекуле ДНК располагаются в линейной последовательности, наподобие слов в печальной строке. Считывание информации начинается с одного определённого триплета и далее продолжается в линейной последовательности.

5.Существование «бессмысленных» триплетов 3 триплета не кодируют никакую а/к: У А А, УАГ и УГА. Два из них являются «стоп»-сигналами белкового синтеза (У АА и УАГ).

6.Универсальность: у всех живых организмов одни и те же а/к кодируются одними и теми же триплетами (у вирусов, у бактерий, растений, животных). Белки у разных организмов различны, но зашифрованы они одинаковыми условными символами.