Взаємодія і будова ИРНК, ТРНК, РРНК — трьох основних нуклеїнових кислот, розглядає така наука, як цитологія. Вона допоможе з'ясувати, яка роль транспортної рибонуклеїнової кислоти (ТРНК) у клітинах. Ця дуже маленька, але в той же час незаперечно важлива молекула приймає участь в процесі комбінування білків, з яких складається організм. Яке будова ТРНК? Дуже цікаво розглянути «зсередини» це речовина, дізнатися його біохімію та біологічну роль. А також, як будова ТРНК та її роль у синтезі білка взаємопов'язані?
Що таке ТРНК, як вона влаштована?
Транспортна рибонуклеїнова кислота бере участь у побудові нових білків. Майже 10 % всіх рибонуклеїнових кислот — транспортні. Щоб було зрозуміло, з яких хімічних елементів утворена молекула, розповімо будова вторинної структури ТРНК. Вторинна структура розглядає всі основні хімічні зв'язки між елементами.
Це макромолекула, що складається з полінуклеотидного ланцюга. Азотисті основи в ній пов'язані водневими зв'язками. Як і в ДНК, РНК має 4 азотисті підстави: аденін, цитозин, гуанін, урацил. У цих з'єднаннях аденін завжди пов'язаний з урацилом, а гуанін, як зазвичай, з цитозином.
Чому нуклеотид має приставку рибо-? Просто всі лінійні полімери, що мають рибозу замість пентози на підставі нуклеотиду, називаються рибонуклеиновими. А транспортна РНК - це один з 3 видів саме такого, рибонуклеинового полімеру.
Будова ТРНК: біохімія
Заглянемо в найглибші шари будови молекули. Ці нуклеотиди мають 3 складові:
Сахароза, у всіх видах РНК бере участь рибоза. Фосфорна кислота. Азотисті підстави. Це пурини і пиримидини. Азотисті підстави з'єднуються між собою міцними зв'язками. Прийнято розділяти підстави на пуринові і пиримидиновие. Пурини - це аденін і гуанін. Аденину відповідає адениловий нуклеотид з 2 взаємопов'язаних кілець. А гуанину — відповідає такий же «однокольцовий» гуаниновий нуклеотид. Пирамидини — це цитозин і урацил. Пиримидини мають структуру з одного кільця. Тиміну в РНК немає, так як його замінює такий елемент, як урацил. Це важливо зрозуміти, перш ніж звертати увагу на інші особливості будови ТРНК.
Види РНК
Як бачимо, будова ТРНК коротко не описати. Потрібно заглибитися в біохімію, щоб зрозуміти призначення молекули і її справжню структуру. Які ще відомі рибосомние нуклеотиди? Розрізняють також матричну або інформаційну та рибосомную нуклеїнові кислоти. Скорочено ИРНК і РРНК. Всі 3 молекули тісно співпрацюють в клітці один з одним, щоб організм отримував правильно структуровані глобули білка.
Неможливо уявити роботу одного полімеру без допомоги 2 інших. Особливості будови ТРНК стають більш зрозумілими, коли розглядаються у взаємозв'язку з функціями, які безпосередньо пов'язані з роботою рибосом. Будова ИРНК, ТРНК, РРНК багато в чому схожі. Всі мають в основі рибозу. Однак структура і функції у них різні.
Відкриття нуклеїнових кислот
Швейцарцем Іоганном Мишером були знайдені в ядрі клітини в 1868 році макромолекули, названі нуклеинами згодом. Назва «нуклеини» походить від слова (nucleus) - ядро. Хоча трохи пізніше було встановлено, що у одноклітинних істот, що не мають ядра, ці речовини також присутні. У середині XX століття отримана Нобелівська премія за відкриття синтезу нуклеїнових кислот.
Функції ТРНК в синтезі білка
Сама назва — транспортна РНК говорить про основний функції молекули. Ця нуклеїнова кислота привозить з собою необхідну амінокислоту, необхідну рибосомной РНК для створення конкретного білка. Молекули ТРНК функцій небагато. Перша — розпізнавання кодона ИРНК, друга функція — це доставка будівельних «цеглинок» — амінокислот для синтезу білка. Ще деякі фахівці виділяють акцепторную функцію. Тобто приєднання по ковалентного принципом амінокислот. Допомагає «прикріпити» цю амінокислоту такий фермент, як аминоцил-ТРНК-синтатаз. Як будова ТРНК пов'язана з її функціями? Ця особлива рибонуклеїнова кислота влаштована так, на одній її стороні є азотисті основи, які завжди з'єднуються попарно. Це відомі нам елементи — А, У, Ц, Р. Рівно 3 «букви» або азотисті підстави, складають антикодон — зворотний набір елементів, який взаємодіє з кодоном за принципом комплементарності. Ця важлива особливість будови ТРНК гарантує, що помилок при декодуванні матричної нуклеїнової кислоти не буде. Адже від точної послідовності амінокислот залежить правильно синтезується потрібний організму в даний час білок.
Особливості будови
Які особливості будови ТРНК і її біологічна роль? Це дуже давня структура. Її розміри десь 73 - 93 нуклеотиду. Молекулярна маса речовини - 25000-30000. Будова вторинної структури ТРНК можна розібрати, вивчивши 5 основних елементів молекули. Отже, складається ця нуклеїнова кислота з таких елементів:
петля для контакту з ферментом; петля для контакту з рибосомой; антикодоновая петля; акцепторний стебло; сам антикодон. І також виділяють малу вариабельную петлю у вторинній структурі. Одне плече у всіх видів ТРНК однаково — стебло з двох залишків цитозина і одного — аденозину. Саме в цьому місці відбувається зв'язок з 1 із 20 наявних амінокислот. Для кожної амінокислоти призначений окремий фермент — свій аминоацил-тРНК.
Вся інформація, яка шифрує будова всіх нуклеїнових кислот міститься в самій ДНК. Будова ТРНК у всіх живих істот на планеті практично ідентичне. Вона буде виглядати, як лист, якщо розглядати її в 2-D форматі. Однак якщо поглянути об'ємно, то молекула нагадує L-подібну геометричну структуру. Це вважається третинна структура ТРНК. Але для зручності вивчення її прийнято візуально «розкручувати». Третинна структура утворюється внаслідок взаємодії елементів вторинної структури, тих частин, які взаимокомплиментарни. Плечі ТРНК або кільця відіграють важливу роль. Одне плече, наприклад, необхідно для хімічної зв'язку з певним ферментом. Характерною особливістю нуклеотиду є наявність величезного числа нуклеозидів. Цих мінорних нуклеозидів більше 60 видів.
Будова ТРНК і кодування амінокислот
Ми знаємо, що антикодон ТРНК становить 3 молекули. Кожному антикодону відповідає певна, «особиста» амінокислота. Ця амінокислота з'єднана з молекулою ТРНК з допомогою спеціального ферменту. Як тільки 2 амінокислоти об'єднуються, згідно з ТРНК розпадаються. Всі хімічні сполуки і ферменти потрібні до необхідного часу. Саме так взаємопов'язані будова і функції ТРНК. Всього в клітці присутній 61 тип таких молекул. Математичних варіацій може бути 64. Однак 3 види ТРНК відсутні з причини того, що саме така кількість стопкодонов в ИРНК не має антикодонов.
Взаємодія ИРНК і ТРНК
Розглянемо взаємодія речовини з ИРНК і РРНК, а також особливості будови ТРНК. Структура і призначення макромолекули взаємопов'язані. Структура ИРНК копіює інформацію з окремої ділянки ДНК. Сама ДНК занадто велике з'єднання молекул, і вона ніколи не виходить з ядра. Тому потрібна посередницька РНК — інформаційна.
На основі послідовності молекул, які скопіювала ИРНК, рибосома будує білок. Рибосома — це окрема полинуклеотидная структура, будова якої потрібно роз'яснити.
Рибосомна ТРНК: взаємодія
Рибосомна РНК це величезна органелла. Її молекулярний вага 1000000 – 1500000. Майже 80 % усього кількості РНК — саме рибосомние нуклеотиди.
Вона як би захоплює ланцюг ИРНК і чекає антикодонов, які принесуть із собою молекули ТРНК. Складається рибосомна РНК з 2 субодиниць: малої і великий. Рибосому називають «фабрикою», оскільки в цій органелле і відбувається весь синтез потрібних для повсякденного життя речовин. Це також дуже давня структура клітини.
Як відбувається синтез білка на рибосомі?
Будова ТРНК та її роль у синтезі білка взаємопов'язані. Розташований антикодон на одній із сторін рибонуклеїнової кислоти підходить за своєю формою для основної функції — доставки амінокислот до рибосомі, де відбувається поетапне створення білка. По суті, ТРНК виконує роль посередника. Її завдання-принести необхідну амінокислоту. Коли інформація зчитується з однієї частини ИРНК, рибосома рухається далі по ланцюгу. Матриця потрібна тільки для передачі кодованої інформації про конфігурацію і функції окремо взятого білка. Далі підходить до рибосомі інша ТРНК зі своїми азотистими підставами. Вона також декодує наступну частину ИРНК. Декодування відбувається наступним чином. Азотисті підстави об'єднуються за принципом комплементарності точно так само, як в самій ДНК. Відповідно, ТРНК бачить, куди йому потрібно «причалити» і в якій «ангар» відправити амінокислоту.
Потім в рибосомі вибрані таким способом амінокислоти хімічно зв'язуються, крок за кроком формується нова лінійна макромолекула, яка після закінчення синтезу закручується в глобулу (куля). Використані ТРНК і ИРНК, виконавши свою функцію, віддаляються від «фабрики» білка. Коли перша частина кодона з'єднується з антикодоном, визначається рамка зчитування. Згодом, якщо з якихось причин зрушення рамки, то якийсь ознака білка буде бракований. Рибосома ж не може втрутитися в цей процес і вирішити проблему. Лише після завершення процесу 2 субодиниці РРНК знову об'єднуються. В середньому на кожні 10 4 амінокислот припадає по 1 помилку. На 25 вже зібраних білків обов'язково зустрічається хоч 1 помилка реплікації.
ТРНК як реліктові молекули
Так як ТРНК, можливо, існували у часи зародження життя на землі, її називають реліктової молекулою. Вважається, що РНК найперше структура, яка існувала до ДНК, а потім еволюціонувала. Гіпотеза світу РНК — сформульована в 1986 році лауреатом Уолтером Гильбертом. Однак довести це поки складно. На захист теорії виступають очевидні факти — молекули ТРНК в змозі зберігати блоки інформації і якось реалізовувати ці відомості, тобто виконувати роботу. Але противники теорії стверджують - невеликий період життя речовини не може гарантувати, що ТРНК хороший носій будь-біологічної інформації. Ці нуклеотиди швидко розпадаються. Термін життя ТРНК в клітинах людини коливається від декількох хвилин до декількох годин. Деякі види можуть протриматися до доби. А якщо говорити про таких же нуклеотидах у бактеріях, то тут терміни набагато менше — до декількох годин. До того ж будова і функції ТРНК занадто складні, щоб молекула могла стати первинним елементом біосфери Землі.
