Moleculaire biologie houdt zich bezig met de studie van de structuur en functies van moleculen van organische stoffen die de levende cellen van planten, dieren en mensen vormen. Een speciale plaats onder hen wordt gegeven aan een groep verbindingen die nucleïnezuren (nucleaire zuren) worden genoemd.
Er zijn twee soorten: deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur. De laatste heeft verschillende modificaties: i-RNA, t-RNA en r-RNA, die verschillen in hun functies en locatie in de cel. Dit artikel is gewijd aan de studie van de volgende vragen: waar wordt rRNA gesynthetiseerd in prokaryote en eukaryote cellen, wat is de structuur en betekenis ervan.
Historische achtergrond
De eerste wetenschappelijke vermelding van ribosomaal zuur is te vinden in de studies van R. Weinberg en S. Penman in de jaren 60 van de twintigste eeuw, die korte polynucleotidemoleculen beschreven die verwant zijn aan ribonucleïnezuren, maar die verschillen in ruimtelijke structuur en sedimentatiecoëfficiënt van informatie- en transport-RNA. Meestal zijn hun moleculengevonden in de nucleolus, evenals in celorganellen - ribosomen die verantwoordelijk zijn voor de synthese van cellulair eiwit. Ze werden ribosomaal (ribosomale ribonucleïnezuren) genoemd.
RNA-kenmerk
Ribonucleïnezuur is, net als DNA, een polymeer waarvan de monomeren nucleotiden van 4 soorten zijn: adenine, guanine, uracil en cytidine, verbonden door fosfodiesterbindingen tot lange enkelstrengs moleculen, gedraaid in de vorm van een spiraalvormig of met meer complexe conformaties. Er zijn ook dubbelstrengs ribosomale ribonucleïnezuren die worden aangetroffen in RNA-bevattende virussen en die de functies van DNA dupliceren: het behoud en de overdracht van erfelijke eigenschappen.
Drie soorten zuren komen het meest voor in de cel, dit zijn: matrix, of informatief, RNA, transport ribosomaal ribonucleïnezuur, waaraan aminozuren zijn gehecht, evenals ribosomaal zuur, dat zich in de nucleolus en cel bevindt cytoplasma.
Ribosomaal RNA maakt ongeveer 80% uit van de totale hoeveelheid ribonucleïnezuren in de cel en 60% van de massa van het ribosoom, een organoïde die cellulair eiwit synthetiseert. Alle bovengenoemde soorten worden gesynthetiseerd (getranscribeerd) in bepaalde delen van het DNA, RNA-genen genoemd. Bij het syntheseproces zijn moleculen van een speciaal enzym, RNA-polymerase, betrokken. De plaats in de cel waar rRNA wordt gesynthetiseerd is de nucleolus, gelegen in het karyoplasmakernels.
Nucleolus, zijn rol in de synthese
In het leven van een cel, de celcyclus genoemd, is er een periode tussen zijn delingen - interfase. Op dit moment zijn dichte lichamen met een korrelige structuur, nucleoli genaamd, duidelijk zichtbaar in de celkern, die een onmisbaar onderdeel zijn van zowel plantaardige als dierlijke cellen.
In de moleculaire biologie is vastgesteld dat de nucleoli de organellen zijn waar rRNA wordt gesynthetiseerd. Nader onderzoek door cytologen leidde tot de ontdekking van secties van cellulair DNA, waarin genen werden gevonden die verantwoordelijk zijn voor de structuur en synthese van ribosomale zuren. Ze werden de nucleolaire organisator genoemd.
Nucleaire organisator
Tot de jaren 60 van de twintigste eeuw was er in de biologie een mening dat de nucleolaire organisator, die zich op de plaats van de secundaire vernauwing in het 13e, 14e, 15e, 21e en 22e paar chromosomen bevindt, de vorm heeft van een enkele site. Wetenschappers die betrokken zijn bij de studie van chromosomale schade, aberraties genaamd, hebben ontdekt dat op het moment van chromosoombreuk op de plaats van de secundaire vernauwing, de vorming van nucleoli plaatsvindt op elk van zijn onderdelen.
Zo kunnen we het volgende stellen: de nucleolaire organisator bestaat niet uit één, maar uit meerdere loci (genen) die verantwoordelijk zijn voor de vorming van de nucleolus. Daarin worden ribosomale ribonucleïnezuren rRNA gesynthetiseerd, die subeenheden vormen van eiwitsynthetiserende celorganellen - ribosomen.
Wat zijn ribosomen?
Zoals eerder vermeld, alle drie de hoofdtypenRNA bestaat in de cel, waar ze op bepaalde plaatsen worden gesynthetiseerd - DNA-genen. Het ribosomale RNA gevormd als resultaat van transcriptie vormt complexen met eiwitten - ribonucleoproteïnen, waaruit de samenstellende delen van het toekomstige organel, de zogenaamde subeenheden, worden gevormd. Door de poriën in het kernmembraan gaan ze het cytoplasma binnen en vormen daarin de gecombineerde structuren, die ook moleculen van i-RNA en t-RNA bevatten, polysomen genaamd.
De ribosomen zelf kunnen worden gescheiden onder invloed van calciumionen en bestaan afzonderlijk als subeenheden. Het omgekeerde proces vindt plaats in de compartimenten van het celcytoplasma, waar de translatieprocessen plaatsvinden - de assemblage van cellulaire eiwitmoleculen. Hoe actiever de cel, hoe intenser de stofwisselingsprocessen erin, hoe meer ribosomen ze bevat. Cellen van het rode beenmerg, hepatocyten van gewervelde dieren en mensen worden bijvoorbeeld gekenmerkt door een groot aantal van deze organellen in het cytoplasma.
Hoe worden rRNA-genen gecodeerd?
Op basis van het bovenstaande zijn de structuur, typen en werking van rRNA-genen afhankelijk van nucleolaire organisatoren. Ze bevatten loci die genen bevatten die coderen voor ribosomaal RNA. O. Miller, die onderzoek deed naar oögenese in newt-cellen, stelde het mechanisme van het functioneren van deze genen vast. Hieruit werden kopieën van rRNA (de zogenaamde primaire transcriptanten) gesynthetiseerd, die ongeveer 13x103 nucleotiden bevatten en een sedimentatiecoëfficiënt van 45 S hebben. Vervolgens onderging deze keten een rijpingsproces, eindigend met de vorming van drierRNA-moleculen met sedimentatiecoëfficiënten van 5, 8 S, 28 S en 18 S.
Mechanisme van rRNA-vorming
Laten we terugkeren naar de experimenten van Miller, die de synthese van ribosomaal RNA onderzocht en bewees dat nucleolair DNA dient als een sjabloon (matrix) voor de vorming van rRNA - een transcriptant. Ook stelde hij vast dat het aantal onrijpe ribosomale zuren (pre-r-RNA) dat wordt gevormd afhangt van het aantal moleculen van het RNA-polymerase-enzym. Dan vindt hun rijping (verwerking) plaats en beginnen rRNA-moleculen zich onmiddellijk aan peptiden te binden, wat resulteert in de vorming van een ribonucleoproteïne, het bouwmateriaal van het ribosoom.
Kenmerken van ribosomale zuren in eukaryote cellen
Met dezelfde structuurprincipes en gemeenschappelijke functionele mechanismen, hebben de ribosomen van prokaryotische en nucleaire organismen nog steeds cytomoleculaire verschillen. Om daar achter te komen, gebruikten wetenschappers een onderzoeksmethode genaamd röntgendiffractie-analyse. Er werd gevonden dat de grootte van het eukaryote ribosoom, en dus het rRNA dat erin is opgenomen, groter is en dat de sedimentatiecoëfficiënt 80 S is. Het organel, dat magnesiumionen verliest, kan worden verdeeld in twee subeenheden met indicatoren van 60 S en 40 S Een klein deeltje bevat één zuurmolecuul en een groot deeltje - drie, dat wil zeggen, kerncellen bevatten ribosomen bestaande uit 4 polynucleotidehelices van zuur met de volgende kenmerken: 28 S RNA - 5000 nucleotiden, 18 S - 2 duizend 5 S - 120 nucleotiden, 5, 8 S - 160. De plaats waar rRNA wordt gesynthetiseerd in eukaryote cellen is de nucleolus, die zich in het karyoplasma van de kern bevindt.
Ribosomaal RNA van prokaryoten
In tegenstelling tot r-RNA,wanneer ze de kerncellen binnendringen, worden de ribosomale ribonucleïnezuren van bacteriën getranscribeerd in een verdicht gebied van het cytoplasma dat DNA bevat en de nucleoïde genoemd. Het bevat rRNA-genen. Transcriptie, waarvan het algemene kenmerk kan worden weergegeven als een proces van herschrijven van informatie van rRNA van DNA-genen in een nucleotidesequentie van ribosomaal ribonucleïnezuur, rekening houdend met de regel van complementariteit van de genetische code: adeninenucleoitide komt overeen met uracil en guanine naar cytosine.
R-RNA-bacteriën hebben een lager molecuulgewicht en zijn kleiner dan dat van kerncellen. Hun sedimentatiecoëfficiënt is 70 S en de twee subeenheden hebben waarden van 50 S en 30 S. Het kleinere deeltje bevat één rRNA-molecuul en het grotere bevat er twee.
De rol van ribonucleïnezuur in het vertaalproces
De belangrijkste functie van r-RNA is het verzekeren van het proces van cellulaire eiwitbiosynthese - translatie. Het wordt alleen uitgevoerd in aanwezigheid van ribosomen die r-RNA bevatten. Samengevoegd in groepen, binden ze aan het informatieve DNA-molecuul en vormen een polysoom. Moleculen van het transport ribosomale ribonucleïnezuur, die aminozuren dragen, die, eenmaal in het polysoom, aan elkaar binden door peptidebindingen, vormen een polymeer - eiwit. Het is de belangrijkste organische verbinding van de cel, die veel belangrijke functies vervult: opbouw, transport, energie, enzymatisch, beschermend en signalerend.
Dit artikel onderzocht de kenmerken, structuur en beschrijving van ribosomale nucleïnezuren, dieorganische biopolymeren van plantaardige, dierlijke en menselijke cellen.
