De tijd waarin we leven wordt gekenmerkt door verbazingwekkende veranderingen, enorme vooruitgang, wanneer mensen antwoorden krijgen op steeds meer nieuwe vragen. Het leven gaat snel vooruit en wat tot voor kort onmogelijk leek, begint werkelijkheid te worden. Het is heel goed mogelijk dat wat vandaag een plot uit het sciencefictiongenre lijkt, binnenkort ook de kenmerken van de realiteit zal krijgen.
Een van de belangrijkste ontdekkingen in de tweede helft van de twintigste eeuw waren de nucleïnezuren RNA en DNA, waardoor de mens dichter bij het ontrafelen van de mysteries van de natuur kwam.
Nucleïnezuren
Nucleïnezuren zijn organische verbindingen met macromoleculaire eigenschappen. Ze zijn samengesteld uit waterstof, koolstof, stikstof en fosfor.
Ze werden in 1869 ontdekt door F. Miescher, die pus onderzocht. Aan zijn ontdekking werd in die tijd echter niet veel belang gehecht. Pas later, toen deze zuren in alle dierlijke en plantaardige cellen werden gevonden, kwam het begrip van hun enorme rol.
Er zijn twee soorten nucleïnezuren: RNA en DNA (ribonucleïnezuur en deoxyribonucleïnezuurzuren). Dit artikel gaat over ribonucleïnezuur, maar laten we voor een algemeen begrip ook eens kijken wat DNA is.
Wat is deoxyribonucleïnezuur?
DNA is een nucleïnezuur dat bestaat uit twee strengen die zijn verbonden volgens de wet van complementariteit door waterstofbruggen van stikstofbasen. Lange ketens zijn in een spiraal gedraaid, één draai bevat bijna tien nucleotiden. De diameter van de dubbele helix is twee millimeter, de afstand tussen nucleotiden is ongeveer een halve nanometer. De lengte van één molecuul bereikt soms enkele centimeters. De lengte van het DNA van de kern van een menselijke cel is bijna twee meter.
De structuur van DNA bevat alle genetische informatie. DNA heeft replicatie, dat wil zeggen het proces waarbij twee absoluut identieke dochtermoleculen worden gevormd uit één molecuul.
Zoals al opgemerkt, bestaat de keten uit nucleotiden, die op hun beurt weer bestaan uit stikstofbasen (adenine, guanine, thymine en cytosine) en een fosforzuurresidu. Alle nucleotiden verschillen in stikstofbasen. Waterstofbinding vindt niet tussen alle basen plaats; adenine kan bijvoorbeeld alleen combineren met thymine of guanine. Er zijn dus net zoveel adenylnucleotiden in het lichaam als thymidylnucleotiden, en het aantal guanylnucleotiden is gelijk aan cytidylnucleotiden (de regel van Chargaff). Het blijkt dat de volgorde van de ene keten de volgorde van de andere bepa alt, en de ketens lijken elkaar te spiegelen. Een dergelijk patroon, waarbij de nucleotiden van twee ketens op een geordende manier zijn gerangschikt, en ook selectief zijn verbonden, wordt genoemdhet complementariteitsbeginsel. Naast waterstofverbindingen, interageert de dubbele helix ook hydrofoob.
Twee kettingen zijn in tegengestelde richtingen, dat wil zeggen, ze bevinden zich in tegengestelde richtingen. Daarom is tegenover het drie'-uiteinde van de ene het vijf'-uiteinde van de andere keten.
Uiterlijk lijkt het DNA-molecuul op een wenteltrap, waarvan de reling een suikerfosfaatruggengraat is, en de treden zijn complementaire stikstofbasen.
Wat is ribonucleïnezuur?
RNA is een nucleïnezuur met monomeren die ribonucleotiden worden genoemd.
In chemische eigenschappen lijkt het erg op DNA, omdat beide polymeren van nucleotiden zijn, een gefosforyleerd N-glycoside, dat is gebouwd op een pentose (suiker met vijf koolstofatomen), met een fosfaatgroep op het vijfde koolstofatoom en een stikstofbase bij het eerste koolstofatoom.
Het is een enkele polynucleotideketen (behalve virussen), die veel korter is dan die van DNA.
Eén RNA-monomeer zijn de resten van de volgende stoffen:
- stikstofbases;
- monosacharide met vijf koolstofatomen;
- fosforzuren.
RNA's hebben pyrimidine (uracil en cytosine) en purine (adenine, guanine) basen. Ribose is de monosacharide van het RNA-nucleotide.
Verschillen tussen RNA en DNA
Nucleïnezuren verschillen op de volgende manieren van elkaar:
- de hoeveelheid in een cel hangt af van de fysiologische toestand, leeftijd en orgaanaffiliatie;
- DNA bevat koolhydratendeoxyribose en RNA - ribose;
- De stikstofbase in DNA is thymine, en in RNA is het uracil;
- klassen voeren verschillende functies uit, maar worden gesynthetiseerd op de DNA-matrix;
- DNA is dubbele helix, RNA is enkelstrengs;
- niet typisch voor haar DNA Chargaff-regels;
- RNA heeft meer kleine basen;
- kettingen variëren aanzienlijk in lengte.
Studiegeschiedenis
De RNA-cel werd voor het eerst ontdekt door de Duitse biochemicus R. Altman tijdens het bestuderen van gistcellen. In het midden van de twintigste eeuw werd de rol van DNA in de genetica bewezen. Pas toen werden RNA-types, functies, enzovoort beschreven. Tot 80-90% van de massa in de cel v alt op rRNA, dat samen met eiwitten het ribosoom vormt en deelneemt aan de eiwitbiosynthese.
In de jaren zestig van de vorige eeuw werd voor het eerst gesuggereerd dat er een bepaalde soort moet zijn die de genetische informatie voor eiwitsynthese draagt. Daarna werd wetenschappelijk vastgesteld dat er zulke informatieve ribonucleïnezuren zijn die complementaire kopieën van genen vertegenwoordigen. Ze worden ook boodschapper-RNA's genoemd.
De zogenaamde transportzuren zijn betrokken bij het decoderen van de informatie die erin is vastgelegd.
Later begonnen methoden te worden ontwikkeld om de sequentie van nucleotiden te identificeren en de structuur van RNA in de zure ruimte vast te stellen. Er werd dus ontdekt dat sommigen van hen, die ribozymen werden genoemd, polyribonucleotideketens kunnen splitsen. Dientengevolge begon men aan te nemen dat op het moment dat het leven op de planeet opkwam,RNA werkte zonder DNA en eiwitten. Bovendien zijn alle transformaties gemaakt met haar deelname.
De structuur van het ribonucleïnezuurmolecuul
Bijna alle RNA's zijn enkele ketens van polynucleotiden, die op hun beurt bestaan uit monoribonucleotiden - purine- en pyrimidinebasen.
Nucleotiden worden aangeduid met de beginletters van de basen:
- adenine (A), A;
- guanine (G), G;
- cytosine (C), C;
- uracil (U), U.
Ze zijn verbonden door drie- en vijf-fosfodiesterbindingen.
Het meest gevarieerde aantal nucleotiden (van enkele tientallen tot tienduizenden) is opgenomen in de structuur van RNA. Ze kunnen een secundaire structuur vormen die voornamelijk bestaat uit korte dubbelstrengs strengen die worden gevormd door complementaire basen.
Structuur van een ribnucleïnezuurmolecuul
Zoals eerder vermeld, heeft het molecuul een enkelstrengs structuur. RNA krijgt zijn secundaire structuur en vorm als gevolg van de interactie van nucleotiden met elkaar. Het is een polymeer waarvan het monomeer een nucleotide is dat bestaat uit een suiker, een fosforzuurresidu en een stikstofbase. Uiterlijk lijkt het molecuul op een van de DNA-ketens. Nucleotiden adenine en guanine, die deel uitmaken van RNA, zijn purine. Cytosine en uracil zijn pyrimidinebasen.
Syntheseproces
Voor een te synthetiseren RNA-molecuul is de sjabloon een DNA-molecuul. Toegegeven, het omgekeerde proces vindt ook plaats, wanneer nieuwe moleculen van desoxyribonucleïnezuur worden gevormd op de ribonucleïnezuurmatrix. Zo eentreedt op tijdens de replicatie van bepaalde soorten virussen.
De basis voor biosynthese kan ook dienen als andere moleculen van ribonucleïnezuur. Bij de transcriptie ervan, die plaatsvindt in de celkern, zijn veel enzymen betrokken, maar de belangrijkste daarvan is RNA-polymerase.
Beelden
Afhankelijk van het type RNA, verschillen de functies ook. Er zijn verschillende soorten:
- informatief i-RNA;
- ribosomaal rRNA;
- transport t-RNA;
- minor;
- ribozymen;
- viraal.
Informatieve ribonucleïnezuur
Dergelijke moleculen worden ook wel matrix genoemd. Ze vormen ongeveer twee procent van het totaal in de cel. In eukaryote cellen worden ze gesynthetiseerd in de kernen op DNA-templates, gaan ze vervolgens het cytoplasma binnen en binden ze aan ribosomen. Verder worden ze sjablonen voor eiwitsynthese: ze worden verbonden door transfer-RNA's die aminozuren dragen. Zo vindt het proces van informatietransformatie plaats, dat wordt gerealiseerd in de unieke structuur van het eiwit. In sommige virale RNA's is het ook een chromosoom.
Jacob en Mano zijn de ontdekkers van deze soort. Omdat het geen stijve structuur heeft, vormt de ketting gebogen lussen. Werkt niet, i-RNA verzamelt zich in vouwen en vouwt zich tot een bal, en ontvouwt zich in werkende staat.
i-RNA bevat informatie over de volgorde van aminozuren in het eiwit dat wordt gesynthetiseerd. Elk aminozuur wordt op een specifieke locatie gecodeerd met behulp van genetische codes die zijn:
- tripletiteit - uit vier mononucleotiden is het mogelijk vierenzestig codons (genetische code) te bouwen;
- non-crossing - informatie beweegt in één richting;
- continuïteit - het werkingsprincipe is dat één mRNA één eiwit is;
- universaliteit - een of ander type aminozuur wordt op dezelfde manier in alle levende organismen gecodeerd;
- degeneratie - er zijn twintig aminozuren bekend en eenenzestig codons, dat wil zeggen, ze worden gecodeerd door verschillende genetische codes.
Ribosomaal ribonucleïnezuur
Dergelijke moleculen vormen de overgrote meerderheid van cellulair RNA, namelijk tachtig tot negentig procent van het totaal. Ze combineren met eiwitten en vormen ribosomen - dit zijn organellen die eiwitsynthese uitvoeren.
Ribosomen zijn vijfenzestig procent rRNA en vijfendertig procent eiwit. Deze polynucleotideketen vouwt zich gemakkelijk samen met het eiwit.
Het ribosoom bestaat uit aminozuur- en peptidegebieden. Ze bevinden zich op de contactoppervlakken.
Ribosomen bewegen vrij in de cel en synthetiseren eiwitten op de juiste plaatsen. Ze zijn niet erg specifiek en kunnen niet alleen informatie uit mRNA lezen, maar er ook een matrix mee vormen.
Ribonucleïnezuur vervoeren
t-RNA is het meest bestudeerd. Ze vormen tien procent van cellulair ribonucleïnezuur. Deze soorten RNA binden zich dankzij een speciaal enzym aan aminozuren en worden afgeleverd aan ribosomen. Tegelijkertijd worden aminozuren getransporteerd door transportmoleculen. Het komt echter voor dat verschillende codons coderen voor een aminozuur. Dan zullen verschillende transport-RNA's ze dragen.
Het krult zich op tot een bal als het inactief is, maar functioneert als een klaverblad.
De volgende secties worden daarin onderscheiden:
- acceptorstam met de nucleotidesequentie van ACC;
- site voor bevestiging aan het ribosoom;
- een anticodon dat codeert voor het aminozuur dat aan dit tRNA is gehecht.
Kleine soorten ribonucleïnezuur
Onlangs zijn RNA-soorten aangevuld met een nieuwe klasse, het zogenaamde kleine RNA. Het zijn hoogstwaarschijnlijk universele regulatoren die genen aan- of uitzetten in de embryonale ontwikkeling, evenals controleprocessen in cellen.
Ribozymen zijn recentelijk ook geïdentificeerd, ze zijn actief betrokken bij de fermentatie van RNA-zuur en werken als een katalysator.
Virale soorten zuren
Het virus kan ribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur bevatten. Daarom worden ze met de overeenkomstige moleculen RNA-bevattend genoemd. Wanneer zo'n virus een cel binnendringt, vindt reverse transcriptie plaats - nieuw DNA verschijnt op basis van ribonucleïnezuur, dat in cellen wordt geïntegreerd, waardoor het bestaan en de reproductie van het virus wordt gegarandeerd. In een ander geval vindt de vorming van complementair RNA plaats op het binnenkomende RNA. Virussen zijn eiwitten, vitale activiteit en reproductie gaat door zonder DNA, maar alleen op basis van de informatie in het RNA van het virus.
Replicatie
Om het gemeenschappelijk begrip te verbeteren, is het noodzakelijkBeschouw het proces van replicatie dat twee identieke nucleïnezuurmoleculen produceert. Dit is hoe celdeling begint.
Het gaat om DNA-polymerasen, DNA-afhankelijke, RNA-polymerasen en DNA-ligasen.
Het replicatieproces bestaat uit de volgende stappen:
- despiralisatie - er is een sequentiële afwikkeling van het maternale DNA, waarbij het hele molecuul wordt gevangen;
- verbreken van waterstofbruggen, waarbij de ketens divergeren, en een replicatievork verschijnt;
- aanpassing van dNTP's aan de vrijgegeven bases van de bovenliggende ketens;
- splitsing van pyrofosfaten van dNTP-moleculen en vorming van fosforodiesterbindingen door vrijgekomen energie;
- respiralization.
Na de vorming van het dochtermolecuul worden de kern, het cytoplasma en de rest verdeeld. Zo worden twee dochtercellen gevormd die alle genetische informatie volledig hebben ontvangen.
Bovendien wordt de primaire structuur van eiwitten die in de cel worden gesynthetiseerd, gecodeerd. DNA speelt een indirecte rol in dit proces, en niet direct, dat erin bestaat dat het op DNA is dat de synthese van eiwitten, RNA dat betrokken is bij de vorming, plaatsvindt. Dit proces wordt transcriptie genoemd.
Transcriptie
De synthese van alle moleculen vindt plaats tijdens transcriptie, dat wil zeggen, het herschrijven van genetische informatie van een specifiek DNA-operon. Het proces lijkt in sommige opzichten op replicatie en op andere heel anders.
De overeenkomsten zijn de volgende onderdelen:
- begint met DNA-despiralisatie;
- waterstofbreuk treedt opverbindingen tussen de basis van de kettingen;
- NTF's die hieraan complementair zijn;
- waterstofbindingen worden gevormd.
Verschillen met replicatie:
- tijdens transcriptie wordt alleen het gedeelte van het DNA dat overeenkomt met het transcripton gedraaid, terwijl tijdens replicatie het hele molecuul wordt gedraaid;
- wanneer ze worden getranscribeerd, bevatten afstembare NTF's ribose en uracil in plaats van thymine;
- informatie wordt alleen afgeschreven van een bepaald gebied;
- na de vorming van het molecuul worden de waterstofbruggen en de gesynthetiseerde keten verbroken en glijdt de keten van het DNA af.
Voor normaal functioneren mag de primaire structuur van RNA alleen bestaan uit DNA-secties die zijn gekopieerd van exons.
Het rijpingsproces begint in het nieuw gevormde RNA. Stille gebieden worden uitgesneden en informatieve gebieden worden gefuseerd om een polynucleotideketen te vormen. Verder heeft elke soort zijn eigen transformaties.
In i-RNA vindt hechting aan het initiële uiteinde plaats. Polyadenylaat is aan de uiteindelijke site gehecht.
TRNA-basen worden gemodificeerd om minder belangrijke soorten te vormen.
In rRNA worden ook individuele basen gemethyleerd.
Bescherm eiwitten tegen vernietiging en verbeter het transport naar het cytoplasma. Rijp RNA bindt eraan.
Het belang van deoxyribonucleïne- en ribonucleïnezuren
Nucleïnezuren zijn van groot belang in het leven van organismen. Het wordt erin opgeslagen, overgebracht naar het cytoplasma en geërfd door dochtercelleninformatie over de eiwitten die in elke cel worden gesynthetiseerd. Ze zijn aanwezig in alle levende organismen, de stabiliteit van deze zuren speelt een belangrijke rol voor het normaal functioneren van zowel cellen als het hele organisme. Elke verandering in hun structuur zal leiden tot cellulaire veranderingen.
