Biologia moleculară se ocupă cu studiul structurii și funcțiilor moleculelor de substanțe organice care alcătuiesc celulele vii ale plantelor, animalelor și oamenilor. Un loc special printre aceștia este acordat unui grup de compuși numiți acizi nucleici (nucleari).
Există două tipuri: acid dezoxiribonucleic (ADN) și acid ribonucleic. Acesta din urmă are mai multe modificări: i-ARN, t-ARN și r-ARN, care diferă prin funcțiile și locația lor în celulă. Acest articol este dedicat studiului următoarelor întrebări: unde este sintetizat ARNr-ul în celulele procariote și eucariote, care este structura și semnificația sa.
Context istoric
Prima mențiune științifică a acidului ribozomal poate fi găsită în studiile lui R. Weinberg și S. Penman din anii 60 ai secolului XX, care au descris molecule polinucleotidice scurte legate de acizii ribonucleici, dar care diferă ca structură spațială și coeficientul de sedimentare din informaţie şi transport ARN. Cel mai adesea, moleculele lorgăsit în nucleol, precum și în organele celulare - ribozomi responsabili de sinteza proteinelor celulare. Au fost numite ribozomale (acizi ribonucleici ribozomal).
caracteristică ARN
Acidul ribonucleic, ca și ADN-ul, este un polimer, ai cărui monomeri sunt nucleotide de 4 tipuri: adenină, guanină, uracil și citidină, conectate prin legături fosfodiesterice în molecule lungi monocatenar, răsucite sub formă de spirală sau având conformaţii mai complexe. Există, de asemenea, acizi ribonucleici ribozomal dublu catenar găsiți în virusurile care conțin ARN și care dublează funcțiile ADN-ului: conservarea și transmiterea trăsăturilor ereditare.
Trei tipuri de acizi sunt cele mai frecvente în celulă, acestea sunt: matrice, sau informațional, ARN, acid ribonucleic ribozomal de transport, de care sunt atașați aminoacizii, precum și acidul ribozomal, situat în nucleol și celulă. citoplasmă.
ARN-ul ribozomal reprezintă aproximativ 80% din cantitatea totală de acizi ribonucleici din celulă și 60% din masa ribozomului, un organoid care sintetizează proteina celulară. Toate speciile de mai sus sunt sintetizate (transcrise) la anumite secțiuni ale ADN-ului, numite gene ARN. În procesul de sinteză sunt implicate molecule ale unei enzime speciale, ARN polimeraza. Locul din celulă în care este sintetizat ARNr este nucleolul, situat în carioplasmă.nuclee.
Nucleol, rolul său în sinteză
În viața unei celule, numită ciclu celular, există o perioadă între diviziunile sale - interfaza. În acest moment, corpurile dense cu o structură granulară, numite nucleoli, sunt clar vizibile în nucleul celular, care sunt o componentă indispensabilă atât a celulelor vegetale, cât și a celor animale.
În biologia moleculară, s-a stabilit că nucleolii sunt organitele în care este sintetizat ARNr. Cercetările ulterioare ale citologilor au condus la descoperirea unor secțiuni de ADN celular, în care au fost găsite gene responsabile de structura și sinteza acizilor ribozomal. Au fost numiți organizatorul nucleolar.
Organizator nuclear
Până în anii 60 ai secolului XX, în biologie exista o opinie că organizatorul nucleolar, situat la locul constricției secundare în perechile de cromozomi a 13-a, 14-a, 15-a, 21-a și 22-a, are forma a unui singur site. Oamenii de știință implicați în studiul leziunilor cromozomiale, numite aberații, au descoperit că, în momentul ruperii cromozomilor la locul constricției secundare, are loc formarea de nucleoli în fiecare dintre părțile sale.
Astfel, putem afirma următoarele: organizatorul nucleolar este format nu dintr-un singur loc, ci din mai multe loci (gene) responsabile de formarea nucleolului. În ea sunt sintetizați ARNr-ul acizilor ribonucleici ribozomal, care formează subunități ale organelelor celulare care sintetizează proteinele - ribozomi.
Ce sunt ribozomii?
Așa cum am menționat mai devreme, toate cele trei tipuri principaleARN-ul există în celulă, unde sunt sintetizați în anumite locuri - genele ADN. ARN-ul ribozomal format ca urmare a transcripției formează complexe cu proteine - ribonucleoproteine, din care se formează părțile constitutive ale viitoarei organite, așa-numitele subunități. Prin porii din membrana nucleară, ei trec în citoplasmă și formează în ea structurile combinate, care includ și molecule de i-ARN și t-ARN, numite polizomi.
Ribozomii înșiși pot fi separați sub acțiunea ionilor de calciu și există separat ca subunități. Procesul invers are loc în compartimentele citoplasmei celulare, unde au loc procesele de translație - asamblarea moleculelor de proteine celulare. Cu cât celula este mai activă, cu atât procesele metabolice din ea sunt mai intense, cu atât conține mai mulți ribozomi. De exemplu, celulele măduvei osoase roșii, hepatocitele vertebratelor și ale oamenilor sunt caracterizate de un număr mare de aceste organite în citoplasmă.
Cum sunt codificate genele ARNr?
Pe baza celor de mai sus, structura, tipurile și funcționarea genelor ARNr depind de organizatorii nucleolari. Ele conțin loci care conțin gene care codifică ARN ribozomal. O. Miller, efectuând cercetări asupra oogenezei în celulele de triton, a stabilit mecanismul de funcționare a acestor gene. Din ele au fost sintetizate copii de ARNr (așa-numitii transcriptanți primari), care conțineau aproximativ 13x103 nucleotide și au un coeficient de sedimentare de 45 S. Apoi acest lanț a suferit un proces de maturare, terminând cu formarea a treiMolecule de ARNr cu coeficienți de sedimentare de 5, 8 S, 28 S și 18 S.
Mecanismul de formare a ARNr
Să revenim la experimentele lui Miller, care a investigat sinteza ARN-ului ribozomal și a demonstrat că ADN-ul nucleolar servește ca șablon (matrice) pentru formarea ARNr - un transcriptant. El a stabilit, de asemenea, că numărul de acizi ribozomali imaturi (pre-r-ARN) care se formează depinde de numărul de molecule ale enzimei ARN polimerază. Apoi are loc maturarea (procesarea) lor și moleculele de ARNr încep imediat să se lege de peptide, rezultând formarea unei ribonucleoproteine, materialul de construcție al ribozomului.
Caracteristici ale acizilor ribozomal din celulele eucariote
Avand aceleasi principii de structura si mecanisme functionale comune, ribozomii organismelor procariote si nucleare au inca diferente citomoleculare. Pentru a afla, oamenii de știință au folosit o metodă de cercetare numită analiză prin difracție cu raze X. S-a constatat că mărimea ribozomului eucariot și, prin urmare, ARNr inclus în acesta, este mai mare, iar coeficientul de sedimentare este de 80 S. Organela, pierzând ioni de magneziu, poate fi împărțită în două subunități cu indicatori de 60 S și 40 S. O particulă mică conține o moleculă de acid, iar una mare - trei, adică celulele nucleare conțin ribozomi constând din 4 elice polinucleotidice de acid cu următoarele caracteristici: 28 S ARN - 5 mii nucleotide, 18 S - 2 mii 5 S - 120 nucleotide, 5, 8 S - 160. Locul unde este sintetizat ARNr în celulele eucariote este nucleolul, situat în carioplasma nucleului.
ARN ribozomal al procariotelor
Spre deosebire de r-ARN,pătrunzând în celulele nucleare, acizii ribonucleici ribozomali ai bacteriilor sunt transcriși într-o zonă compactă a citoplasmei care conține ADN și numită nucleoid. Conține gene ARNr. Transcripția, a cărei caracteristică generală poate fi reprezentată ca un proces de rescriere a informațiilor din ARNr-ul genelor ADN într-o secvență de nucleotide a acidului ribonucleic ribozomal, ținând cont de regula de complementaritate a codului genetic: nucleoitid de adenină corespunde uracilului și guaninei la citozină.
Bacteriile
R-ARN au o greutate moleculară mai mică și o dimensiune mai mică decât cea a celulelor nucleare. Coeficientul lor de sedimentare este de 70 S, iar cele două subunități au valori de 50 S și 30 S. Particula mai mică conține o moleculă de ARNr, iar cea mai mare conține două.
Rolul acidului ribonucleic în procesul de traducere
Funcția principală a r-ARN este de a asigura procesul de biosinteză a proteinelor celulare - translație. Se efectuează numai în prezența ribozomilor care conțin r-ARN. Combinându-se în grupuri, se leagă de molecula informațională de ADN, formând un polizom. Moleculele transportului de acid ribonucleic ribozomal, purtători de aminoacizi, care, odată ajunși în polizom, se leagă între ele prin legături peptidice, formează un polimer - proteină. Este cel mai important compus organic al celulei, care îndeplinește multe funcții importante: construcție, transport, energie, enzimatice, de protecție și de semnalizare.
Acest articol a examinat caracteristicile, structura și descrierea acizilor nucleici ribozomali, care suntbiopolimeri organici ai celulelor vegetale, animale și umane.
