Timpul în care trăim este marcat de schimbări uimitoare, progrese uriașe, când oamenii primesc răspunsuri la tot mai multe întrebări noi. Viața avansează rapid și ceea ce până de curând părea imposibil, începe să devină realitate. Este foarte posibil ca ceea ce pare astăzi a fi un complot din genul science fiction să dobândească în curând și caracteristicile realității.
Una dintre cele mai importante descoperiri din a doua jumătate a secolului al XX-lea a fost acizii nucleici ARN și ADN, datorită cărora omul s-a apropiat de dezvăluirea misterelor naturii.
Acizi nucleici
Acizii nucleici sunt compuși organici cu proprietăți macromoleculare. Sunt compuse din hidrogen, carbon, azot și fosfor.
Au fost descoperite în 1869 de F. Miescher, care a examinat puroiul. Cu toate acestea, la acea vreme descoperirii lui nu i s-a acordat prea multă importanță. Abia mai târziu, când acești acizi au fost găsiți în toate celulele animale și vegetale, a venit înțelegerea rolului lor enorm.
Există două tipuri de acizi nucleici: ARN și ADN (ribonucleic și dezoxiribonucleicacizi). Acest articol este despre acidul ribonucleic, dar pentru o înțelegere generală, să luăm în considerare și ce este ADN-ul.
Ce este acidul dezoxiribonucleic?
ADN este un acid nucleic format din două catene care sunt conectate conform legii complementarității prin legături de hidrogen ale bazelor azotate. Lanțurile lungi sunt răsucite într-o spirală, o tură conține aproape zece nucleotide. Diametrul dublei helix este de doi milimetri, distanța dintre nucleotide este de aproximativ o jumătate de nanometru. Lungimea unei molecule ajunge uneori la câțiva centimetri. Lungimea ADN-ului nucleului unei celule umane este de aproape doi metri.
Structura ADN-ului conține toată informația genetică. ADN-ul are replicare, ceea ce înseamnă procesul în care două molecule fiice absolut identice se formează dintr-o moleculă.
După cum sa menționat deja, lanțul este alcătuit din nucleotide, care, la rândul lor, constau din baze azotate (adenină, guanină, timină și citozină) și un reziduu de acid fosforic. Toate nucleotidele diferă în baze azotate. Legătura de hidrogen nu are loc între toate bazele; adenina, de exemplu, se poate combina doar cu timina sau guanina. Astfel, există în organism tot atâtea nucleotide adenil cât nucleotide timidil, iar numărul de nucleotide guanil este egal cu nucleotide citidil (regula lui Chargaff). Se dovedește că succesiunea unui lanț predetermină succesiunea altuia, iar lanțurile par să se oglindească reciproc. Un astfel de model, în care nucleotidele a două lanțuri sunt aranjate într-o manieră ordonată și sunt, de asemenea, conectate selectiv, se numeșteprincipiul complementaritatii. Pe lângă compușii cu hidrogen, helixul dublu interacționează și hidrofob.
Două lanțuri sunt în direcții opuse, adică sunt situate în direcții opuse. Prin urmare, opus capătului trei al unuia se află capătul cinci al celuil alt lanț.
În exterior, molecula de ADN seamănă cu o scară în spirală, a cărei balustradă este o coloană vertebrală de zahăr-fosfat, iar treptele sunt baze de azot complementare.
Ce este acidul ribonucleic?
ARN este un acid nucleic cu monomeri numiți ribonucleotide.
În proprietățile chimice, este foarte asemănător cu ADN-ul, deoarece ambii sunt polimeri de nucleotide, care sunt o N-glicozidă fosforilată, care este construită pe un reziduu de pentoză (zahăr cu cinci atomi de carbon), cu o grupare fosfat pe al cincilea atom de carbon și o bază de azot la primul atom de carbon.
Este un singur lanț de polinucleotide (cu excepția virușilor), care este mult mai scurt decât cel al ADN-ului.
Un monomer ARN este reziduurile următoarelor substanțe:
- baze azotate;
- monozaharidă cu cinci atomi de carbon;
- acizi fosforici.
ARN-urile au baze de pirimidină (uracil și citozină) și purină (adenină, guanină). Riboza este monozaharida nucleotidei ARN.
Diferențe între ARN și ADN
Acizii nucleici diferă unul de celăl alt în următoarele moduri:
- cantitatea sa într-o celulă depinde de starea fiziologică, de vârstă și de apartenența la organ;
- ADN conține carbohidrațidezoxiriboză și ARN - riboză;
- Baza azotată din ADN este timină, iar în ARN este uracil;
- clasele îndeplinesc diferite funcții, dar sunt sintetizate pe matricea ADN;
- ADN-ul este dublu helix, ARN-ul este o singură catenă;
- nu este tipic pentru regulile ei de ADN Chargaff;
- ARN are mai multe baze minore;
- lanțuri variază semnificativ în lungime.
Istoricul studiului
Celula ARN a fost descoperită pentru prima dată de biochimistul german R. Altman în timp ce studia celulele de drojdie. La mijlocul secolului al XX-lea a fost dovedit rolul ADN-ului în genetică. Abia atunci au fost descrise tipurile, funcțiile și așa mai departe de ARN. Până la 80-90% din masa celulei cade pe ARNr, care împreună cu proteinele formează ribozomul și participă la biosinteza proteinelor.
În anii şaizeci ai secolului trecut, s-a sugerat pentru prima dată că trebuie să existe o anumită specie care să poarte informaţia genetică pentru sinteza proteinelor. După aceea, s-a stabilit științific că există astfel de acizi ribonucleici informaționali care reprezintă copii complementare ale genelor. Se mai numesc și ARN mesageri.
Așa-numiții acizi de transport sunt implicați în decodarea informațiilor înregistrate în ei.
Mai târziu, au început să fie dezvoltate metode de identificare a secvenței de nucleotide și de stabilire a structurii ARN-ului în spațiul acid. Așa că s-a descoperit că unele dintre ele, care au fost numite ribozime, pot scinda lanțurile poliribonucleotidice. Ca urmare, s-a început să se presupună că în momentul în care viața a apărut pe planetă,ARN-ul a funcționat fără ADN și proteine. Mai mult, toate transformările au fost făcute cu participarea ei.
Structura moleculei de acid ribonucleic
Aproape toate ARN-urile sunt lanțuri simple de polinucleotide, care, la rândul lor, constau din monoribonucleotide - baze purinice și pirimidinice.
Nucleotidele sunt notate cu literele inițiale ale bazelor:
- adenină (A), A;
- guanină (G), G;
- citozină (C), C;
- uracil (U), U.
Sunt legate prin legături cu trei și cinci fosfodiesteri.
Cel mai variat număr de nucleotide (de la câteva zeci la zeci de mii) este inclus în structura ARN-ului. Ele pot forma o structură secundară constând în principal din catene scurte dublu catenare care sunt formate din baze complementare.
Structura unei molecule de acid ribnucleic
Așa cum sa menționat deja, molecula are o structură monocatenară. ARN-ul primește structura și forma secundară ca rezultat al interacțiunii nucleotidelor între ele. Este un polimer al cărui monomer este o nucleotidă constând dintr-un zahăr, un reziduu de acid fosforic și o bază de azot. În exterior, molecula este similară cu unul dintre lanțurile de ADN. Nucleotidele adenina și guanina, care fac parte din ARN, sunt purine. Citozina și uracilul sunt baze pirimidinice.
Proces de sinteză
Pentru ca o moleculă de ARN să fie sintetizată, șablonul este o moleculă de ADN. Adevărat, se întâmplă și procesul invers, când pe matricea acidului ribonucleic se formează noi molecule de acid dezoxiribonucleic. Astfel deapare în timpul replicării anumitor tipuri de viruși.
Baza pentru biosinteză poate servi și ca alte molecule de acid ribonucleic. Transcripția sa, care are loc în nucleul celulei, implică multe enzime, dar cea mai semnificativă dintre ele este ARN polimeraza.
Vizualizări
În funcție de tipul de ARN, și funcțiile acestuia diferă. Există mai multe tipuri:
- informațional i-ARN;
- rARN ribozomal;
- transport t-ARN;
- minor;
- ribozime;
- viral.
Acid ribonucleic informativ
Astfel de molecule se mai numesc și matrice. Ele reprezintă aproximativ două procente din totalul celulei. În celulele eucariote, acestea sunt sintetizate în nuclee pe șablonele ADN, trecând apoi în citoplasmă și se leagă de ribozomi. Mai mult, ele devin modele pentru sinteza proteinelor: sunt unite prin ARN-uri de transfer care poartă aminoacizi. Așa are loc procesul de transformare a informațiilor, care se realizează în structura unică a proteinei. În unele ARN virale, este și un cromozom.
Jacob și Mano sunt descoperitorii acestei specii. Neavând o structură rigidă, lanțul său formează bucle curbe. Nu funcționează, i-ARN se adună în pliuri și se pliază într-o bilă și se desfășoară în stare de funcționare.
i-ARN poartă informații despre secvența de aminoacizi din proteina care este sintetizată. Fiecare aminoacid este codificat într-o locație specifică folosind coduri genetice care sunt:
- tripletitate - din patru mononucleotide este posibil să se construiască șaizeci și patru de codoni (cod genetic);
- neîncrucișare - informațiile se mișcă într-o direcție;
- continuitate - principiul de funcționare este că un ARNm este o proteină;
- universalitate - unul sau altul tip de aminoacid este codificat în toate organismele vii în același mod;
- degenerare - sunt cunoscuți douăzeci de aminoacizi și șaizeci și unu de codoni, adică sunt codificați de mai multe coduri genetice.
Acid ribonucleic ribozomal
Astfel de molecule alcătuiesc marea majoritate a ARN-ului celular, și anume optzeci până la nouăzeci la sută din total. Se combină cu proteinele și formează ribozomi - acestea sunt organite care realizează sinteza proteinelor.
Ribozomii sunt 65 la sută ARNr și treizeci și cinci la sută proteine. Acest lanț de polinucleotide se pliază cu ușurință împreună cu proteina.
Ribozomul este format din regiuni de aminoacizi și peptide. Sunt situate pe suprafețele de contact.
Ribozomii se mișcă liber în celulă, sintetizând proteine în locurile potrivite. Ele nu sunt foarte specifice și nu numai că pot citi informații din ARNm, dar și pot forma o matrice cu ele.
Transport acid ribonucleic
t-ARN este cel mai studiat. Ele reprezintă zece la sută din acidul ribonucleic celular. Aceste tipuri de ARN se leagă de aminoacizi datorită unei enzime speciale și sunt livrate la ribozomi. În același timp, aminoacizii sunt transportați prin transportmolecule. Cu toate acestea, se întâmplă ca diferiți codoni să codifice pentru un aminoacid. Apoi, mai multe ARN-uri de transport le vor transporta.
Se înfășoară într-o minge când este inactiv, dar funcționează ca o frunză de trifoi.
În acesta se disting următoarele secțiuni:
- tulpina acceptoare având secvența de nucleotide a ACC;
- site pentru atașarea la ribozom;
- un anticodon care codifică aminoacidul atașat la acest ARNt.
Specie minoră de acid ribonucleic
Recent, speciile de ARN au fost completate cu o nouă clasă, așa-numitul ARN mic. Cel mai probabil, aceștia sunt regulatori universali care activează sau dezactivează genele în dezvoltarea embrionară, precum și procesele de control din interiorul celulelor.
Ribozimele sunt, de asemenea, identificate recent, ele sunt implicate activ atunci când acidul ARN este fermentat, acționând ca un catalizator.
Tipuri virale de acizi
Virusul poate conține fie acid ribonucleic, fie acid dezoxiribonucleic. Prin urmare, cu moleculele corespunzătoare, ele sunt numite care conțin ARN. Când un astfel de virus pătrunde într-o celulă, are loc transcripția inversă - apare ADN nou pe baza acidului ribonucleic, care sunt integrate în celule, asigurând existența și reproducerea virusului. Într-un alt caz, formarea de ARN complementar are loc pe ARN-ul de intrare. Virușii sunt proteine, activitatea vitală și reproducerea continuă fără ADN, dar numai pe baza informațiilor conținute în ARN-ul virusului.
Replicare
Pentru a îmbunătăți înțelegerea comună, este necesarLuați în considerare procesul de replicare care produce două molecule identice de acid nucleic. Așa începe diviziunea celulară.
Implică ADN polimeraze, ADN-dependente, ARN polimeraze și ADN ligaze.
Procesul de replicare constă din următorii pași:
- despiralizare - are loc o derulare secvenţială a ADN-ului matern, captând întreaga moleculă;
- ruperea legăturilor de hidrogen, în care lanțurile diverg, și apare o furcă de replicare;
- ajustarea dNTP-urilor la bazele eliberate ale lanțurilor părinte;
- clivarea pirofosfaților din moleculele dNTP și formarea de legături fosforodiester datorită energiei eliberate;
- respiralizare.
După formarea moleculei fiice, nucleul, citoplasma și restul sunt împărțite. Astfel, se formează două celule fiice care au primit complet toată informația genetică.
În plus, structura primară a proteinelor care sunt sintetizate în celulă este codificată. ADN-ul participă indirect în acest proces, și nu direct, care constă în faptul că pe ADN are loc sinteza proteinelor, ARN implicat în formare. Acest proces se numește transcriere.
Transcriere
Sinteza tuturor moleculelor are loc în timpul transcripției, adică rescrierea informațiilor genetice dintr-un anumit operon ADN. Procesul este similar cu replicarea în unele moduri și foarte diferit în altele.
Asemănările sunt următoarele părți:
- începe cu despiralizarea ADN-ului;
- hidrogenconexiuni între bazele lanțurilor;
- NTF-uri complementare acestora;
- legături de hidrogen.
Are loc ruptura de
Se formează
Diferențe față de replicare:
- în timpul transcripției, numai porțiunea de ADN corespunzătoare transcriptonului este nerăsucită, în timp ce în timpul replicării, întreaga moleculă este nerăuită;
- când sunt transcrise, NTF-urile reglabile conțin riboză și uracil în loc de timină;
- informațiile sunt anulate numai dintr-o anumită zonă;
- după formarea moleculei, legăturile de hidrogen și lanțul sintetizat sunt rupte, iar lanțul alunecă de pe ADN.
Pentru funcționarea normală, structura primară a ARN-ului ar trebui să fie compusă numai din secțiuni de ADN copiate din exoni.
Procesul de maturare începe în ARN-ul nou format. Regiunile silențioase sunt excizate, iar regiunile informative sunt fuzionate pentru a forma un lanț polinucleotidic. În plus, fiecare specie are propriile transformări.
În i-ARN, are loc atașarea la capătul inițial. Poliadenilatul este atașat la locul final.
Bazele
TRNA sunt modificate pentru a forma specii minore.
În ARNr, bazele individuale sunt de asemenea metilate.
Protejează proteinele de distrugere și îmbunătățește transportul către citoplasmă. ARN-ul matur se leagă de ele.
Importanța acizilor dezoxiribonucleici și ribonucleici
Acizii nucleici sunt de mare importanță în viața organismelor. Este stocat în ele, transferat în citoplasmă și moștenit de celulele fiiceinformații despre proteinele sintetizate în fiecare celulă. Sunt prezenti in toate organismele vii, stabilitatea acestor acizi joaca un rol important pentru functionarea normala atat a celulelor cat si a intregului organism. Orice modificare a structurii lor va duce la modificări celulare.
