drei Haupttypen von RNA: informativ(mRNA) oder Matrix(mRNA), ribosomal(rRNA) und Transport(tRNA). Sie unterscheiden sich in Molekülgröße und Funktion. Alle Arten von RNA werden auf DNA unter Beteiligung von Enzymen - RNA-Polymerasen - synthetisiert. Messenger-RNA macht 2-3% aller zellulären RNA aus, ribosomale - 80-85, Transport - etwa 15%.

mRNA. es liest Erbinformationen von einem Stück DNA ab und überträgt sie in Form einer kopierten Abfolge stickstoffhaltiger Basen an Ribosomen, wo ein bestimmtes Protein synthetisiert wird. Jedes mRNA-Molekül entspricht in Nukleotidreihenfolge und Größe dem Gen in der DNA, von der es transkribiert wurde. Im Durchschnitt enthält mRNA 1500 Nukleotide (75-3000). Jedes Triplett (drei Nukleotide) auf einer mRNA wird als Codon bezeichnet. Es hängt vom Codon ab, welche Aminosäure während der Proteinsynthese an einer bestimmten Stelle erscheint.

(tRNA) hat ein relativ niedriges Molekulargewicht von etwa 24-29 Tausend D und enthält 75 bis 90 Nukleotide in einem Molekül. Bis zu 10 % aller tRNA-Nukleotide sind Nebenbasen, was sie offensichtlich vor der Wirkung hydrolytischer Enzyme schützt.Die Rolle der tRNA besteht darin, dass sie Aminosäuren zu Ribosomen übertragen und am Prozess der Proteinsynthese teilnehmen. Jede Aminosäure bindet an eine spezifische tRNA. Einige Aminosäuren haben mehr als eine tRNA. Bisher wurden mehr als 60 tRNAs entdeckt, die sich in ihrer Primärstruktur (Basensequenz) unterscheiden. Die Sekundärstruktur aller tRNAs wird in Form eines Kleeblatts mit einem doppelsträngigen Stamm und drei einzelsträngigen dargestellt). Am Ende einer der Ketten befindet sich eine Akzeptorstelle - das CCA-Triplett, an dessen Adenin eine bestimmte Aminosäure gebunden ist.

(rRNA). Sie enthalten 120-3100 Nukleotide. Ribosomale RNA sammelt sich im Zellkern, in den Nukleolen. Ribosomale Proteine ​​werden aus dem Zytoplasma zu den Nukleolen transportiert, und dort kommt es durch Kombination von Proteinen mit der entsprechenden rRNA zur spontanen Bildung von ribosomalen Subpartikeln. Die Subpartikel des Ribosoms werden gemeinsam oder getrennt durch die Poren der Kernmembran in das Zytoplasma transportiert. Ribosomen sind Organellen mit einer Größe von 20-30 nm. Sie sind aus zwei Subpartikeln unterschiedlicher Größe und Form aufgebaut. In bestimmten Stadien der Proteinsynthese in der Zelle werden die Ribosomen in Subpartikel unterteilt. Ribosomale RNA dient als Gerüst für Ribosomen und erleichtert die anfängliche Bindung von mRNA an das Ribosom während der Proteinbiosynthese.

Der genetische Code ist eine Möglichkeit, die Aminosäuresequenz von Proteinen unter Verwendung einer Nukleotidsequenz zu codieren, die für alle lebenden Organismen charakteristisch ist.

Eigenschaften: 1) genetischer Code Triplett(jede Aminosäure wird von drei Nukleotiden kodiert); 2) nicht überlappend(benachbarte Tripletts haben keine gemeinsamen Nukleotide); 3) degenerieren(mit Ausnahme von Methionin und Tryptophan haben alle Aminosäuren mehr als ein Codon); vier) Universal-(meistens für alle lebenden Organismen gleich); 5) in Codons für eine Aminosäure sind die ersten beiden Nukleotide normalerweise gleich und das dritte variiert; 6) hat eine lineare Lesereihenfolge und ist gekennzeichnet durch Kolinearität, d.h. die Übereinstimmung der Anordnungsreihenfolge von Codons in mRNA mit der Anordnungsreihenfolge von Aminosäuren in der synthetisierten Polypeptidkette.

Nukleinsäuren sind makromolekulare Substanzen, die aus Mononukleotiden bestehen, die über 3",5"-Phosphodiesterbindungen in einer Polymerkette miteinander verbunden und auf bestimmte Weise in Zellen verpackt sind.

Nukleinsäuren sind Biopolymere zweier Arten: Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA). Jedes Biopolymer besteht aus Nukleotiden, die sich im Kohlenhydratrest (Ribose, Desoxyribose) und einer der stickstoffhaltigen Basen (Uracil, Thymin) unterscheiden. Dementsprechend erhielten Nukleinsäuren ihren Namen.

Struktur der Ribonukleinsäure

Primärstruktur der RNA

RNA-Molekül sind lineare (d. h. unverzweigte) Polynukleotide mit einem ähnlichen Organisationsprinzip wie die DNA. RNA-Monomere sind Nukleotide, die aus Phosphorsäure, einem Kohlenhydrat (Ribose) und einer stickstoffhaltigen Base bestehen, die durch 3"-5"-Phosphodiesterbindungen verbunden sind. Die Polynukleotidketten des RNA-Moleküls sind polar, d.h. haben unterscheidbare 5'- und 3"-Enden. Gleichzeitig ist RNA im Gegensatz zu DNA ein einzelsträngiges Molekül. Der Grund für diesen Unterschied sind drei Merkmale der Primärstruktur:

1. RNA enthält im Gegensatz zu DNA Ribose anstelle von Desoxyribose, die eine zusätzliche Hydroxylgruppe aufweist. Die Hydroxygruppe macht die Doppelstrangstruktur weniger kompakt
2. Unter den vier wichtigsten oder wichtigsten stickstoffhaltigen Basen (A, G, C und U) ist anstelle von Thymin Uracil enthalten, das sich von Thymin nur durch das Fehlen einer Methylgruppe in der 5. Position unterscheidet. Dadurch nimmt die Stärke der hydrophoben Wechselwirkung im komplementären A-U-Paar ab, was auch die Wahrscheinlichkeit der Bildung stabiler doppelsträngiger Moleküle verringert.
3. Schließlich hat RNA (insbesondere tRNA) einen hohen Gehalt an sog. Nebenbasen und Nukleoside. Unter ihnen sind Dihydrouridin (es gibt keine einzelne Doppelbindung in Uracil), Pseudouridin (Uracil ist anders als gewöhnlich mit Ribose assoziiert), Dimethyladenin und Dimethylguanin (zwei zusätzliche Methylgruppen in stickstoffhaltigen Basen) und viele andere. Fast alle diese Basen können nicht an komplementären Wechselwirkungen teilnehmen. Somit befinden sich die Methylgruppen in Dimethyladenin (im Gegensatz zu Thymin und 5-Methylcytosin) an einem Atom, das eine Wasserstoffbrücke im A-U-Paar bildet; Daher kann diese Verbindung jetzt nicht geschlossen werden. Dadurch wird auch die Bildung doppelsträngiger Moleküle verhindert.

Daher sind die bekannten Unterschiede in der Zusammensetzung von RNA zu DNA von großer biologischer Bedeutung: Schließlich können RNA-Moleküle ihre Funktion nur im einzelsträngigen Zustand erfüllen, was für mRNA am offensichtlichsten ist: Es ist schwer vorstellbar, wie ein doppelsträngiges Molekül könnte auf Ribosomen translatiert werden.

Gleichzeitig kann die RNA-Kette, da sie einzeln bleibt, in einigen Bereichen Schleifen, Vorsprünge oder "Haarnadeln" mit einer doppelsträngigen Struktur bilden (Abb. 1.). Diese Struktur wird durch die Wechselwirkung der Basenpaare A::U und G:::C stabilisiert. Es können aber auch „falsche“ Paare gebildet werden (z. B. GU), und an manchen Stellen gibt es „Haarnadeln“ und es findet überhaupt keine Wechselwirkung statt. Solche Schleifen können (insbesondere bei tRNA und rRNA) bis zu 50 % aller Nukleotide enthalten. Der Gesamtgehalt an Nukleotiden in RNA variiert von 75 Einheiten bis zu vielen Tausend. Aber selbst die größten RNAs sind mehrere Größenordnungen kürzer als chromosomale DNAs.

Die Primärstruktur der mRNA wurde von einer DNA-Region kopiert, die Informationen über die Primärstruktur der Polypeptidkette enthält. Die Primärstruktur der übrigen RNA-Typen (tRNA, rRNA, seltene RNA) ist die endgültige Kopie des genetischen Programms der entsprechenden DNA-Gene.

Sekundär- und Tertiärstrukturen der RNA

Ribonukleinsäuren (RNA) sind einzelsträngige Moleküle, daher sind ihre Sekundär- und Tertiärstrukturen im Gegensatz zu DNA unregelmäßig. Diese Strukturen, definiert als die räumliche Konformation einer Polynukleotidkette, werden hauptsächlich durch Wasserstoffbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen stickstoffhaltigen Basen gebildet. Wenn eine stabile Helix charakteristisch für ein natives DNA-Molekül ist, dann ist die Struktur der RNA vielfältiger und labiler. Die Röntgenbeugungsanalyse zeigte, dass sich einzelne Abschnitte der RNA-Polynukleotidkette beim Umbiegen unter Bildung intrahelikaler Strukturen um sich selbst winden. Die Stabilisierung von Strukturen wird durch komplementäre Paarungen stickstoffhaltiger Basen von antiparallelen Abschnitten der Kette erreicht; die spezifischen Paare hier sind A-U, G-C und seltener G-U. Aus diesem Grund erscheinen im RNA-Molekül sowohl kurze als auch verlängerte aufgerollte Abschnitte, die zur selben Kette gehören; diese Bereiche werden als Haarnadeln bezeichnet. Das Modell der Sekundärstruktur von RNA mit Haarnadelelementen wurde Ende der 1950er und Anfang der 1960er Jahre entwickelt. 20. Jahrhundert in den Labors von A. S. Spirin (Russland) und P. Doty (USA).

Einige Arten von RNA
Arten von RNA	Größe in Nukleotiden	Funktion
gRNA - genomische RNA	10000-100000
mRNA - Informations- (Matrix-) RNA	100-100000	überträgt Informationen über die Struktur eines Proteins von einem DNA-Molekül
tRNA - Transfer-RNA	70-90	transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese
rRNA - ribosomale RNA	mehrere diskrete Klassen von 100 bis 500.000	in Ribosomen enthalten, beteiligt sich an der Aufrechterhaltung der Struktur des Ribosoms
sn-RNA - kleine Kern-RNA	100	entfernt Introns und verbindet Exons enzymatisch zu mRNA
sno-RNA - kleine nukleoläre RNA		beteiligt an der Lenkung oder Durchführung von Basenmodifikationen in rRNA und kleiner Kern-RNA, wie beispielsweise Methylierung und Pseudouridinisierung. Die meisten kleinen nukleolären RNAs befinden sich in den Introns anderer Gene.
srp-RNA - Signalerkennungs-RNA		erkennt die Signalsequenz von Proteinen, die zur Expression bestimmt sind, und ist an deren Übertragung durch die Zytoplasmamembran beteiligt
mi-RNA - Mikro-RNA	22	kontrollieren die Translation von Strukturgenen durch komplementäre Bindung an die 3'-Enden von untranslatierten mRNA-Regionen

Die Bildung helikaler Strukturen wird von einem hypochromen Effekt begleitet - einer Abnahme der optischen Dichte von RNA-Proben bei 260 nm. Die Zerstörung dieser Strukturen erfolgt, wenn die Ionenstärke der RNA-Lösung abnimmt oder wenn sie auf 60–70 °C erhitzt wird; es wird auch als Schmelzen bezeichnet und erklärt sich durch den strukturellen Übergang Helix - chaotische Spule, der mit einer Erhöhung der optischen Dichte der Nukleinsäurelösung einhergeht.

Es gibt verschiedene Arten von RNA in Zellen:

1. Information (oder Template) RNA (mRNA oder mRNA) und ihr Vorgänger - heterogene Kern-RNA (g-n-RNA)
2. Transfer-RNA (t-RNA) und deren Vorläufer
3. ribosomal (r-RNA) und sein Vorgänger
4. kleine Kern-RNA (sn-RNA)
5. kleine nukleoläre RNA (sno-RNA)
6. Signalerkennungs-RNA (srp-RNA)
7. miRNA (mi-RNA)
8. mitochondriale RNA (t+ RNA).

Heterogene Kern- und Informations-(Matrix)-RNA

Heterogene Kern-RNA ist einzigartig für Eukaryoten. Es ist der Vorläufer der Boten-RNA (i-RNA), die genetische Informationen von der Kern-DNA zum Zytoplasma transportiert. Heterogene Kern-RNA (Prä-mRNA) wurde vom sowjetischen Biochemiker G. P. Georgiev entdeckt. Die Anzahl der g-RNA-Typen entspricht der Anzahl der Gene, da sie als direkte Kopie der codierenden Sequenzen des Genoms dient, wodurch sie Kopien von DNA-Palindromen enthält, daher enthält ihre Sekundärstruktur Haarnadeln und lineare Abschnitte . Das Enzym RNA-Polymerase II spielt eine Schlüsselrolle bei der Transkription von RNA aus DNA.

Messenger-RNA entsteht durch Prozessierung (Reifung) von rn-RNA, bei der Haarnadeln abgeschnitten, nicht kodierende Regionen (Introns) herausgeschnitten und kodierende Exons zusammengeklebt werden.

Boten-RNA (i-RNA) ist eine Kopie eines bestimmten DNA-Abschnitts und fungiert als Träger genetischer Informationen von der DNA zum Ort der Proteinsynthese (Ribosom) und ist direkt am Zusammenbau seiner Moleküle beteiligt.

Reife Boten-RNA hat mehrere Regionen mit unterschiedlichen funktionellen Rollen (Abb.)

• am 5"-Ende befindet sich das sogenannte "cap" oder cap - ein Abschnitt aus ein bis vier modifizierten Nukleotiden. Diese Struktur schützt das 5"-Ende der mRNA vor Endonukleasen
• hinter der "Kappe" befindet sich eine 5 "untranslatierte Region - eine Sequenz von mehreren zehn Nukleotiden. Sie ist komplementär zu einem der Abschnitte der r-RNA, die in der kleinen Untereinheit des Ribosoms enthalten ist. Aus diesem Grund dient sie für die primäre Bindung von m-RNA an das Ribosom, aber selbst nicht ausgesendet
• Initiationscodon – AUG, das Methionin codiert. Alle mRNAs haben das gleiche Startcodon. Damit beginnt die Übersetzung (Lesung) der mRNA. Wird Methionin nach dem Aufbau der Peptidkette nicht benötigt, so wird es in der Regel von seinem N-Terminus abgespalten.
• Auf das Startcodon folgt der kodierende Teil, der Informationen über die Abfolge der Aminosäuren im Protein enthält. In Eukaryoten sind reife mRNAs monocistronisch; jeder von ihnen trägt Informationen über die Struktur nur einer Polypeptidkette.

  Eine andere Sache ist, dass manchmal die Peptidkette kurz nach der Bildung auf dem Ribosom in mehrere kleinere Ketten geschnitten wird. Dies geschieht beispielsweise bei der Synthese von Insulin und einer Reihe von Oligopeptidhormonen.

  Der codierende Teil der reifen eukaryotischen mRNA ist frei von Introns – irgendwelchen interkalierten nicht codierenden Sequenzen. Mit anderen Worten, es gibt eine kontinuierliche Folge von Sense-Codons, die in der Richtung 5" -> 3" gelesen werden müssen.

• Am Ende dieser Sequenz befindet sich ein Terminationscodon – eines von drei „bedeutungslosen“ Codons: UAA, UAG oder UGA (siehe Tabelle des genetischen Codes unten).
• Auf dieses Codon kann eine weitere 3'-untranslatierte Region folgen, die viel länger als die 5'-untranslatierte Region ist.
• Schließlich enthalten fast alle reifen eukaryotischen mRNAs (außer Histon-mRNAs) ein Poly(A)-Fragment von 150–200 Adenylnukleotiden am 3'-Ende.

Die 3'-untranslatierte Region und das Poly(A)-Fragment sind mit der Regulation der mRNA-Lebensdauer verbunden, da die Zerstörung der mRNA durch 3'-Exonukleasen durchgeführt wird. Nach Abschluss der mRNA-Translation werden 10–15 Nukleotide vom Poly(A)-Fragment abgespalten. Wenn dieses Fragment erschöpft ist, beginnt ein erheblicher Teil der mRNA abgebaut zu werden (wenn die 3'-untranslatierte Region fehlt).

Die Gesamtzahl der Nukleotide in mRNA variiert normalerweise innerhalb weniger Tausend. In diesem Fall kann der codierende Teil manchmal nur 60–70 % der Nukleotide ausmachen.

In Zellen sind mRNA-Moleküle fast immer mit Proteinen assoziiert. Letztere stabilisieren wahrscheinlich die lineare Struktur der mRNA, verhindern also die Bildung von "Haarnadeln" im kodierenden Teil. Darüber hinaus können Proteine ​​mRNA vor vorzeitigem Abbau schützen. Solche Komplexe von mRNA mit Proteinen werden manchmal als Informasomen bezeichnet.

Transfer-RNA im Zytoplasma der Zelle transportiert Aminosäuren in aktivierter Form zu den Ribosomen, wo sie in einer bestimmten Reihenfolge, die durch das RNA-Template (mRNA) vorgegeben wird, zu Peptidketten zusammengesetzt werden. Derzeit sind Daten zur Nukleotidsequenz von mehr als 1700 Arten von tRNA aus prokaryotischen und eukaryotischen Organismen bekannt. Alle haben gemeinsame Merkmale sowohl in ihrer Primärstruktur als auch in der Art und Weise, wie die Polynukleotidkette aufgrund der komplementären Wechselwirkung der in ihrer Struktur enthaltenen Nukleotide in eine Sekundärstruktur gefaltet wird.

Transfer-RNA enthält in ihrer Zusammensetzung nicht mehr als 100 Nukleotide, darunter einen hohen Gehalt an geringfügigen oder modifizierten Nukleotiden. Die erste vollständig entschlüsselte Transfer-RNA war aus Hefe isolierte Alanin-RNA. Die Analyse zeigte, dass Alanin-RNA aus 77 Nukleotiden besteht, die in einer streng definierten Sequenz angeordnet sind; dazu gehören die sogenannten Nebennukleotide, repräsentiert durch atypische Nukleoside Dihydrouridin (dgU) und Pseudouridin (Ψ); Inosin (I): im Vergleich zu Adenosin ist die Aminogruppe durch eine Ketogruppe ersetzt; Methylinosin (mI), Methyl- und Dimethylguanosin (mG und m 2 G); Methyluridin (mU): wie Ribothymidin. Alanin-tRNA enthält 9 ungewöhnliche Basen mit einer oder mehreren Methylgruppen, die nach der Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen Nukleotiden enzymatisch an sie gebunden werden. Diese Basen sind unfähig, gewöhnliche Paare zu bilden; vielleicht dienen sie dazu, die Basenpaarung in bestimmten Teilen des Moleküls zu verhindern und damit bestimmte chemische Gruppen freizulegen, die sekundäre Bindungen mit der Boten-RNA, dem Ribosom, oder vielleicht mit dem Enzym eingehen, das notwendig ist, um eine bestimmte Aminosäure an die entsprechende Transfer-RNA zu binden. Die bekannte Nukleotidsequenz in tRNA bedeutet im Wesentlichen, dass ihre Sequenz in den Genen, auf denen diese tRNA synthetisiert wird, ebenfalls bekannt ist. Diese Sequenz kann basierend auf den von Watson und Crick aufgestellten spezifischen Basenpaarungsregeln abgeleitet werden. 1970 wurde ein komplettes doppelsträngiges DNA-Molekül mit der entsprechenden Sequenz von 77 Nukleotiden synthetisiert, und es stellte sich heraus, dass es als Matrize für die Konstruktion von Alanin-Transfer-RNA dienen könnte. Es war das erste künstlich synthetisierte Gen.

tRNA-Transkription

Die Transkription von tRNA-Molekülen erfolgt von DNA-codierenden Sequenzen unter Beteiligung des Enzyms RNA-Polymerase III. Während der Transkription wird die Primärstruktur der tRNA in Form eines linearen Moleküls gebildet. Die Bildung beginnt mit der Zusammenstellung einer Nukleotidsequenz durch die RNA-Polymerase entsprechend dem Gen, das Informationen über diese Transfer-RNA enthält. Diese Sequenz ist eine lineare Polynukleotidkette, in der Nukleotide aufeinander folgen. Eine lineare Polynukleotidkette ist eine primäre RNA, ein Vorläufer von tRNA, die Introns enthält - nicht informative Überschüsse von Nukleotiden. Auf dieser Organisationsebene ist die Prä-tRNA nicht funktionsfähig. Pre-tRNA wird an verschiedenen Stellen in der DNA von Chromosomen gebildet und enthält im Vergleich zur reifen tRNA einen Überschuss von etwa 40 Nukleotiden.

Im zweiten Schritt wird der neu synthetisierte tRNA-Vorläufer einer posttranskriptionellen Reifung oder Prozessierung unterzogen. Während der Prozessierung werden nicht-informative Überschüsse an Prä-RNA entfernt und reife, funktionsfähige RNA-Moleküle gebildet.

Prä-tRNA-Verarbeitung

Die Prozessierung beginnt mit der Bildung von intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen im Transkript und das tRNA-Molekül nimmt die Form eines Kleeblatts an. Dies ist die sekundäre Ebene der tRNA-Organisation, auf der das tRNA-Molekül noch nicht funktionsfähig ist. Als nächstes werden nicht-informative Regionen aus Prä-RNA herausgeschnitten, informative Regionen von "gebrochenen Genen" werden gespleißt - Spleißen und Modifizieren der 5'- und 3'-terminalen Regionen der RNA.

Die Exzision nicht-informativer Bereiche der Prä-RNA wird mit Hilfe von Ribonukleasen (Exo- und Endonukleasen) durchgeführt. Nach der Entfernung überschüssiger Nukleotide erfolgt eine Methylierung der tRNA-Basen. Die Reaktion wird durch Methyltransferasen durchgeführt. S-Adenosylmethionin wirkt als Methylgruppen-Donor. Die Methylierung verhindert die Zerstörung der tRNA durch Nukleasen. Die endgültige reife tRNA entsteht durch die Anlagerung eines spezifischen Trios von Nukleotiden (Akzeptorende) - CCA, was von einer speziellen RNA-Polymerase durchgeführt wird.

Nach Abschluss der Prozessierung werden in der Sekundärstruktur wieder zusätzliche Wasserstoffbrückenbindungen gebildet, wodurch die tRNA auf die tertiäre Organisationsebene übergeht und die Form der sogenannten L-Form annimmt. In dieser Form gelangt tRNA in das Hyaloplasma.

tRNA-Struktur

Die Struktur der Transfer-RNA basiert auf einer Kette von Nukleotiden. Da jedoch jede Nukleotidkette positiv und negativ geladene Teile hat, kann sie sich nicht ungefaltet in der Zelle befinden. Diese geladenen Teile, die voneinander angezogen werden, bilden nach dem Prinzip der Komplementarität leicht Wasserstoffbrückenbindungen miteinander. Wasserstoffbrückenbindungen verdrehen den tRNA-Strang auf bizarre Weise und halten ihn in dieser Position. Dadurch hat die Sekundärstruktur der t-RNA die Form eines "Kleeblatts" (Abb.), das in seiner Struktur 4 doppelsträngige Bereiche enthält. Ein hoher Gehalt an geringfügigen oder modifizierten Nukleotiden, die in der tRNA-Kette festgestellt werden und zu komplementären Wechselwirkungen nicht in der Lage sind, bildet 5 einzelsträngige Regionen.

Dass. Die Sekundärstruktur der tRNA wird als Ergebnis der Intrastrangpaarung komplementärer Nukleotide einzelner Abschnitte der tRNA gebildet. Die Regionen der tRNA, die nicht an der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden beteiligt sind, bilden Schleifen oder lineare Verknüpfungen. In der tRNA werden folgende Strukturregionen unterschieden:

1. Akzeptorstelle (Ende), bestehend aus vier linear angeordneten Nukleotiden, von denen drei in allen tRNA-Typen die gleiche Sequenz aufweisen - CCA. Das Hydroxyl 3 "-OH von Adenosin ist frei. Eine Aminosäure ist mit einer Carboxylgruppe daran gebunden, daher ist der Name dieser tRNA-Stelle Akzeptor. Die an die 3"-Hydroxylgruppe von Adenosin gebundene tRNA-Aminosäure liefert das Amino Säure zu den Ribosomen, wo die Proteinsynthese stattfindet.
2. Anticodon-Schleife, normalerweise aus sieben Nukleotiden gebildet. Es enthält ein Triplett von Nukleotiden, die für jede tRNA spezifisch sind und als Anticodon bezeichnet werden. Das tRNA-Anticodon paart sich nach dem Prinzip der Komplementarität mit dem mRNA-Codon. Die Codon-Anticodon-Wechselwirkung bestimmt die Reihenfolge, in der Aminosäuren in der Polypeptidkette während ihres Zusammenbaus in Ribosomen angeordnet werden.
3. Pseudouridyl-Schleife (oder TΨC-Schleife), bestehend aus sieben Nukleotiden und notwendigerweise enthaltend einen Pseudouridylsäurerest. Es wird angenommen, dass die Pseudouridyl-Schleife an der Bindung von tRNA an das Ribosom beteiligt ist.
4. Dihydrouridin oder D-Schleife, üblicherweise bestehend aus 8–12 Nukleotidresten, unter denen sich notwendigerweise mehrere Dihydrouridinreste befinden. Es wird angenommen, dass die D-Schleife für die Bindung an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase notwendig ist, die an der Erkennung ihrer tRNA durch eine Aminosäure beteiligt ist (siehe "Proteinbiosynthese").
5. Zusätzliche Schleife, die in Größe und Zusammensetzung der Nukleotide in verschiedenen tRNAs variiert.

Die Tertiärstruktur der tRNA hat nicht mehr die Form eines Kleeblatts. Aufgrund der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden aus verschiedenen Teilen des "Kleeblatts" wickeln sich seine Blütenblätter um den Körper des Moleküls und werden zusätzlich durch Van-der-Waals-Bindungen in dieser Position gehalten, die der Form des Buchstabens G oder L ähneln Das Vorhandensein einer stabilen Tertiärstruktur ist ein weiteres Merkmal von t-RNA im Gegensatz zu den langen linearen mRNA-Polynukleotiden. Sie können genau verstehen, wie verschiedene Teile der t-RNA-Sekundärstruktur während der Bildung der Tertiärstruktur gebogen werden, indem Sie die Farben des Schemas der Sekundär- und Tertiärstruktur der t-RNA vergleichen.

Transfer-RNAs (tRNAs) transportieren während der Proteinsynthese Aminosäuren aus dem Zytoplasma zu den Ribosomen. Aus der Tabelle mit dem genetischen Code ist ersichtlich, dass jede Aminosäure von mehreren Nukleotidsequenzen kodiert wird, jede Aminosäure also eine eigene Transfer-RNA besitzt. Infolgedessen gibt es eine große Vielfalt an tRNAs, von einer bis zu sechs Arten für jede der 20 Aminosäuren. Arten von tRNA, die dieselbe Aminosäure binden können, werden als Isoakzeptoren bezeichnet (z. B. kann Alanin an tRNA angehängt werden, deren Anticodon komplementär zu den Codons GCU, GCC, GCA, GCG ist). Die Spezifität einer tRNA wird durch einen hochgestellten Index angezeigt, zum Beispiel: tRNA Ala.

Für den Prozess der Proteinsynthese sind die wichtigsten funktionellen Teile der tRNA: Anticodon - eine Sequenz von Nukleotiden, die sich auf der Anticodon-Schleife befinden und komplementär zum Codon der Informations-RNA (i-RNA) sind, und der Akzeptorteil - das Ende der t-RNA gegenüber dem Anticodon, an das die Aminosäure gebunden ist. Die Basensequenz im Anticodon hängt direkt von der Art der an den 3"-Terminus angehängten Aminosäure ab. Beispielsweise kann tRNA, deren Anticodon die Sequenz 5"-CCA-3" hat, nur die Aminosäure Tryptophan tragen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Abhängigkeit den Kern der Übertragung genetischer Informationen bildet, deren Träger die t-RNA ist.

Bei der Proteinsynthese erkennt das tRNA-Anticodon die Drei-Buchstaben-Sequenz des genetischen Codes (Codon) der i-RNA und gleicht sie mit der einzigen entsprechenden Aminosäure ab, die am anderen Ende der tRNA fixiert ist. Nur wenn das Anticodon komplementär zur mRNA-Region ist, kann sich die Transfer-RNA daran anschließen und die übertragene Aminosäure für den Aufbau einer Proteinkette abgeben. Die Wechselwirkung zwischen t-RNA und i-RNA findet im Ribosom statt, das auch aktiv an der Translation beteiligt ist.

Die Erkennung der tRNA ihrer Aminosäure und des Codons der i-RNA erfolgt auf eine bestimmte Weise:

• Die Bindung der „eigenen“ Aminosäure an die tRNA erfolgt mit Hilfe eines Enzyms – einer spezifischen Aminoacyl-tRNA-Synthetase

  Je nach Anzahl der von den Aminosäuren verwendeten tRNAs gibt es eine Vielzahl von Aminoacyl-tRNA-Synthetasen. Sie werden kurz ARSasen genannt. Aminoacyl-tRNA-Synthetasen sind große Moleküle (Molekulargewicht 100.000 - 240.000) mit Quartärstruktur. Sie erkennen spezifisch tRNA und Aminosäuren und katalysieren deren Kombination. Dieser Prozess erfordert ATP, dessen Energie verwendet wird, um die Aminosäure vom Carboxylende zu aktivieren und sie an das Hydroxyl (3 "-OH) des Adenosinakzeptorendes (CCA) von tRNA zu binden. Es wird angenommen, dass dies im Molekül der Fall ist jeder Aminoacyl-tRNA-Synthetase gibt es mindestens drei Bindungszentren: für Aminosäuren, Isoakzeptor-tRNAs und ATP wird bei ihrer Fehlpaarung (Anheftung der „falschen“ Aminosäure an die tRNA) hydrolysiert.

  ARSasen haben die Fähigkeit, bei der Erkennung selektiv eine Auswahl von tRNAs für jede Aminosäure zu verwenden, d.h. das führende Bindeglied bei der Erkennung ist die Aminosäure, an die die eigene tRNA angepasst ist. Außerdem überträgt die tRNA durch einfache Diffusion die daran gebundene Aminosäure zu den Ribosomen, wo das Protein aus Aminosäuren zusammengesetzt wird, die in Form verschiedener Aminoacyl-tRNAs bereitgestellt werden.

  

  Bindung einer Aminosäure an tRNA

  Die Bindung von tRNA und Aminosäure läuft wie folgt ab (Abb.): Eine Aminosäure und ein ATP-Molekül werden an die Aminoacyl-tRNA-Synthetase gebunden. Für die anschließende Aminoacetylierung setzt das ATP-Molekül Energie frei, indem es zwei Phosphatgruppen abspaltet. Das verbleibende AMP (Adenosinmonophosphat) heftet sich an die Aminosäure und bereitet sie für die Verbindung mit der Akzeptorstelle der tRNA vor – der Akzeptor-Haarnadel. Danach heftet die Synthetase die zugehörige tRNA an die entsprechende Aminosäure. In diesem Stadium wird die Kompatibilität der tRNA mit der Synthetase überprüft. Im Falle einer Übereinstimmung heftet sich die tRNA fest an die Synthetase und ändert ihre Struktur, was zum Start des Prozesses der Aminoacylierung führt - der Anheftung einer Aminosäure an die tRNA.

  Aminoacylierung tritt auf, wenn ein an eine Aminosäure gebundenes AMP-Molekül durch ein tRNA-Molekül ersetzt wird. Nach diesem Austausch verlässt AMP die Synthetase und die tRNA wird für einen letzten Aminosäurecheck aufgehalten.

  Überprüfung der Übereinstimmung von tRNA mit der angehängten Aminosäure

  Das Synthetase-Modell zur Überprüfung der Übereinstimmung von tRNA mit der angehängten Aminosäure geht von der Anwesenheit von zwei aktiven Zentren aus: synthetisch und korrigierend. Im Synthesezentrum wird tRNA an eine Aminosäure gebunden. Die Akzeptorstelle der von der Synthetase eingefangenen tRNA kontaktiert zunächst das Synthesezentrum, das bereits die an AMP gebundene Aminosäure enthält. Dieser Kontakt der tRNA-Akzeptorstelle verleiht ihr eine unnatürliche Verdrehung, bis die Aminosäure angefügt ist. Nachdem die Aminosäure an die Akzeptorstelle der tRNA gebunden ist, verschwindet die Notwendigkeit, dass diese Stelle im Synthesezentrum ist, die tRNA richtet sich auf und bewegt die daran gebundene Aminosäure zum Korrekturzentrum. Stimmen die Größe des an die tRNA angehängten Aminosäuremoleküls und die Größe des Korrekturzentrums nicht überein, wird die Aminosäure als falsch erkannt und von der tRNA abgelöst. Synthetase ist bereit für den nächsten Zyklus. Wenn die Größe des an die tRNA gebundenen Aminosäuremoleküls und die Größe des Korrekturzentrums übereinstimmen, wird die mit der Aminosäure beladene tRNA freigesetzt: Sie ist bereit, ihre Rolle bei der Proteintranslation zu spielen. Und die Synthetase ist bereit, neue Aminosäuren und tRNAs anzuhängen und den Zyklus von neuem zu beginnen.

  Die Verknüpfung einer ungeeigneten Aminosäure mit einer Synthetase kommt im Durchschnitt in 1 Fall von 50.000 vor, und bei einer fehlerhaften tRNA nur einmal pro 100.000 Anheftungen.

• Die Wechselwirkung von mRNA-Codon und tRNA-Anticodon erfolgt nach dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität

  Die Wechselwirkung von tRNA mit dem mRNA-Codon nach dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität bedeutet: Da die Bedeutung des mRNA-Codons in 5"->3"-Richtung gelesen wird, muss das Anticodon in der tRNA in 3"->3"-Richtung gelesen werden. >5" Richtung. In diesem Fall sind die ersten beiden Basen von Codon und Anticodon streng komplementär gepaart, dh es werden nur Paare A U und G C gebildet Die Paarung dritter Basen kann von diesem Prinzip abweichen. Gültige Paare werden durch das Schema definiert:

  Aus dem Schema folgt folgendes.

  • Ein tRNA-Molekül bindet nur an Typ-1-Codon, wenn das dritte Nukleotid in seinem Anticodon C oder A ist
  • tRNA bindet an 2 Arten von Codons, wenn das Anticodon auf U oder G endet.
  • Und schließlich bindet tRNA an 3 Arten von Codons, wenn das Anticodon mit I (Inosinnukleotid) endet; eine solche Situation insbesondere bei Alanin-tRNA.

    Daraus wiederum folgt, dass für die Erkennung von 61 Sense-Codons im Prinzip nicht die gleiche, sondern eine geringere Zahl unterschiedlicher tRNAs benötigt werden.

  Ribosomale RNA

  

  Ribosomale RNAs sind die Grundlage für die Bildung von Ribosomenuntereinheiten. Ribosomen sorgen für die räumliche Anordnung von mRNA und tRNA während der Proteinsynthese.

  Jedes Ribosom besteht aus einer großen und einer kleinen Untereinheit. Untereinheiten umfassen eine große Anzahl von Proteinen und ribosomalen RNAs, die keiner Translation unterliegen. Ribosomen unterscheiden sich wie ribosomale RNA im Sedimentationskoeffizienten (Sedimentation), gemessen in Svedberg-Einheiten (S). Dieser Koeffizient hängt von der Sedimentationsgeschwindigkeit der Untereinheiten während der Zentrifugation in einem gesättigten wässrigen Medium ab.

  Jedes eukaryotische Ribosom hat einen Sedimentationskoeffizienten von 80S und wird allgemein als 80S-Partikel bezeichnet. Es enthält

  • eine kleine Untereinheit (40S), die ribosomale RNA mit einem Sedimentationskoeffizienten von 18S-rRNA und 30 Molekülen verschiedener Proteine ​​enthält,
  • eine große Untereinheit (60S), die 3 verschiedene rRNA-Moleküle (ein langes und zwei kurze – 5S, 5.8S und 28S) sowie 45 Proteinmoleküle umfasst.

    Die Untereinheiten bilden das „Skelett“ des Ribosoms, jede von ihren eigenen Proteinen umgeben. Der Sedimentationskoeffizient eines vollständigen Ribosoms stimmt nicht mit der Summe der Koeffizienten seiner beiden Untereinheiten überein, was mit der räumlichen Konfiguration des Moleküls zusammenhängt.

  Die Struktur von Ribosomen in Prokaryoten und Eukaryoten ist ungefähr gleich. Sie unterscheiden sich nur im Molekulargewicht. Das bakterielle Ribosom hat einen Sedimentationskoeffizienten von 70S und wird als 70S-Partikel bezeichnet, was auf eine niedrigere Sedimentationsrate hinweist; enthält

  • kleine (30S) Untereinheit - 16S rRNA + Proteine
  • große Untereinheit (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + Proteine ​​der großen Untereinheit (Abb.)

  In rRNA ist unter den stickstoffhaltigen Basen der Gehalt an Guanin und Cytosin höher als üblich. Kleinere Nukleoside werden ebenfalls gefunden, aber nicht so häufig wie in tRNA: ungefähr 1%. Dies sind hauptsächlich Ribose-methylierte Nukleoside. Die Sekundärstruktur der rRNA hat viele doppelsträngige Regionen und Schleifen (Abb.). Dies ist die Struktur von RNA-Molekülen, die in zwei aufeinanderfolgenden Prozessen gebildet werden – DNA-Transkription und Reifung (Verarbeitung) von RNA.

  Transkription von rRNA aus DNA und Prozessierung von rRNA

  Prä-rRNA wird im Nukleolus produziert, wo sich die rRNA-Transkripte befinden. Die Transkription von rRNA aus DNA erfolgt mit Hilfe von zwei zusätzlichen RNA-Polymerasen. RNA-Polymerase I transkribiert 5S, 5.8S und 28S als ein langes 45S-Transkript, das dann in die erforderlichen Teile gespalten wird. Dies gewährleistet eine gleiche Anzahl von Molekülen. Im menschlichen Körper enthält jedes haploide Genom ungefähr 250 Kopien der DNA-Sequenz, die das 45S-Transkript kodiert. Sie befinden sich in fünf geclusterten Tandem-Repeats (d. h. paarweise hintereinander) auf den kurzen Armen der Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22. Diese Regionen sind aufgrund ihrer Transkription und anschließenden Prozessierung als nukleoläre Organisatoren bekannt Das 45S-Transkript kommt im Nukleolus vor.

  Es gibt 2000 Kopien des 5S-pRNA-Gens in mindestens drei Clustern von Chromosom 1. Ihre Transkription findet in Gegenwart von RNA-Polymerase III außerhalb des Nukleolus statt.

  Während der Verarbeitung bleibt etwas mehr als die Hälfte der Prä-rRNA übrig und reife rRNA wird freigesetzt. Ein Teil der rRNA-Nukleotide wird einer Modifikation unterzogen, die in einer Basenmethylierung besteht. Die Reaktion wird durch Methyltransferasen durchgeführt. S-Adenosylmethionin wirkt als Methylgruppen-Donor. Reife rRNAs verbinden sich im Zellkern mit Proteinen von Ribosomen, die hier aus dem Zytoplasma stammen, und bilden kleine und große ribosomale Untereinheiten. Reife rRNAs werden in einem Komplex mit einem Protein vom Zellkern ins Zytoplasma transportiert, was sie zusätzlich vor Zerstörung schützt und ihren Transfer erleichtert.

  Ribosomenzentren

  Ribosomen unterscheiden sich signifikant von anderen Zellorganellen. Im Zytoplasma kommen sie in zwei Zuständen vor: inaktiv, wenn die großen und kleinen Untereinheiten voneinander getrennt sind, und aktiv - während der Ausübung ihrer Funktion - Proteinsynthese, wenn die Untereinheiten miteinander verbunden sind.

  Der Vorgang des Verbindens von Ribosomenuntereinheiten oder des Zusammenbaus eines aktiven Ribosoms wird als Translationsinitiation bezeichnet. Dieser Zusammenbau erfolgt in einer streng geordneten Weise, die von den funktionellen Zentren der Ribosomen bereitgestellt wird. Alle diese Zentren befinden sich auf den Kontaktflächen beider Untereinheiten des Ribosoms. Diese beinhalten:

  1. mRNA-Bindungszentrum (M-Zentrum). Sie wird von der 18S-rRNA-Region gebildet, die über 5-9 Nukleotide komplementär zum 5'-untranslatierten mRNA-Fragment ist.
  2. Peptidylzentrum (P-Zentrum). Zu Beginn des Translationsprozesses bindet die initiierende aa-tRNA daran. In Eukaryoten kodiert das initiierende Codon aller mRNAs immer für Methionin, daher ist die initiierende aa-tRNA eine der beiden Methionin-aa-tRNAs, gekennzeichnet mit dem Index i: Met-tRNA i Met . In den nachfolgenden Translationsstufen befindet sich im P-Zentrum die Peptidyl-tRNA, die den bereits synthetisierten Teil der Peptidkette enthält.

     Manchmal sprechen sie auch vom E-Zentrum (von "Ausgang" - Ausgang), wo sich die tRNA, die ihre Verbindung mit dem Peptidyl verloren hat, bewegt, bevor sie das Ribosom verlässt. Dieses Zentrum kann jedoch als integraler Bestandteil des P-Zentrums betrachtet werden.

  3. Aminosäurezentrum (A-Zentrum) - die Bindungsstelle der nächsten aa-tRNA.
  4. Peptidyl-Transferase-Zentrum (PTF-Zentrum) – es katalysiert die Übertragung von Peptidyl von der Zusammensetzung der Peptidyl-tRNA auf die nächste aa-tRNA, die in das A-Zentrum eingetreten ist. Dabei wird eine weitere Peptidbindung geknüpft und das Peptidyl um eine Aminosäure verlängert.

  Sowohl im Aminosäurezentrum als auch im Peptidylzentrum ist die Anticodon-Schleife der entsprechenden tRNA (aa-tRNA oder Peptidyl-tRNA) offensichtlich dem M-Zentrum – dem Bindungszentrum der Boten-RNA (interagiert mit mRNA) – und dem Akzeptor zugewandt Schleife mit Aminoacyl- oder Peptidyl-PTF-Zentrum.

  Verteilung der Zentren zwischen den Untereinheiten

  Die Verteilung der Zentren zwischen den Untereinheiten des Ribosoms erfolgt wie folgt:

  • Kleine Untereinheit. Da diese Untereinheit 18S-rRNA enthält, an deren Stelle mRNA bindet, befindet sich das M-Zentrum auf dieser Untereinheit. Außerdem befinden sich hier auch der Hauptteil des A-Zentrums und ein kleiner Teil des P-Zentrums.
  • Große Untereinheit. Die restlichen Teile der P- und A-Zentren befinden sich auf seiner Kontaktfläche. Beim P-Zentrum ist dies dessen Hauptteil, beim A-Zentrum die Bindungsstelle der α-tRNA-Akzeptorschleife mit dem Aminosäurerest (Aminoacyl); der Rest und der größte Teil der aa-tRNA bindet an die kleine Untereinheit. Auch das PTF-Zentrum gehört zur großen Untereinheit.
  Alle diese Umstände bestimmen die Reihenfolge des Zusammenbaus des Ribosoms im Stadium der Translationsinitiation.

  Ribosomen-Initiation (Vorbereitung des Ribosoms für die Proteinsynthese)

  Die Proteinsynthese oder Translation selbst wird normalerweise in drei Phasen unterteilt: Initiation (Beginn), Elongation (Verlängerung der Polypeptidkette) und Termination (Ende). In der Initiationsphase wird das Ribosom auf seine Arbeit vorbereitet: die Verbindung seiner Untereinheiten. In bakteriellen und eukaryotischen Ribosomen laufen die Verbindung von Untereinheiten und der Beginn der Translation auf unterschiedliche Weise ab.

  Das Starten einer Übertragung ist der langsamste Vorgang. Neben den Untereinheiten des Ribosoms, mRNA und tRNA, sind daran GTP und drei Proteininitiationsfaktoren (IF-1, IF-2 und IF-3) beteiligt, die keine integralen Bestandteile des Ribosoms sind. Initiationsfaktoren erleichtern die Bindung von mRNA an die kleine Untereinheit und GTP. GTP liefert durch Hydrolyse Energie für den Verschluss von Ribosomen-Untereinheiten.

  

  1. Die Initiation beginnt, wenn die kleine Untereinheit (40S) an den Initiationsfaktor IF-3 bindet, was zu einem Hindernis für die vorzeitige Bindung der großen Untereinheit und der Möglichkeit einer mRNA-Anlagerung daran führt.
  2. Weiterhin verbindet sich mRNA (mit ihrer 5'-untranslatierten Region) mit dem Komplex „kleine Untereinheit (40S) + IF-3". In diesem Fall befindet sich das Initiationscodon (AUG) auf der Ebene des Peptidylzentrums des zukünftigen Ribosoms .
  3. Außerdem schließen sich zwei weitere Initiationsfaktoren dem Komplex "kleine Untereinheit + IF-3 + mRNA" an: IF-1 und IF-2, während letzteres eine spezielle Transfer-RNA mit sich trägt, die als initiierende aa-tRNA bezeichnet wird. Der Komplex umfasst auch GTP.

     Die kleine Untereinheit bindet an die mRNA und präsentiert zwei Codons zum Lesen. In der ersten Stufe verankert das IF-2-Protein die Initiator-aa-tRNA. Das zweite Codon schließt das IF-1-Protein, das es blockiert, und verhindert, dass die nächste tRNA sich anschließt, bis das Ribosom vollständig zusammengesetzt ist.

  4. Nach Bindung der initiierenden aa-tRNA, d. h. Met-tRNA i Met, aufgrund komplementärer Wechselwirkung mit mRNA (initiierendes Codon AUG) und deren Platzieren im P-Zentrum erfolgt die Bindung von Ribosomen-Untereinheiten. GTP wird zu BIP und anorganischem Phosphat hydrolysiert, und die beim Aufbrechen dieser hochenergetischen Bindung freigesetzte Energie erzeugt einen thermodynamischen Stimulus, damit der Prozess in die richtige Richtung abläuft. Gleichzeitig verlassen Initiationsfaktoren das Ribosom.

  So entsteht eine Art „Sandwich“ aus vier Hauptkomponenten. Gleichzeitig befinden sich das initiierende mRNA-Codon (AUG) und die damit verbundene initiierende aa-tRNA im P-Zentrum des zusammengesetzten Ribosoms. Letztere spielt bei der Bildung der ersten Peptidbindung die Rolle der Peptidyl-tRNA.

  

  Von RNA-Polymerase synthetisierte RNA-Transkripte durchlaufen normalerweise weitere enzymatische Transformationen, die als posttranskriptionelle Verarbeitung bezeichnet werden, und erlangen erst danach ihre funktionelle Aktivität. Transkripte unreifer Boten-RNA werden als heterogene Kern-RNA (hnRNA) bezeichnet. Sie bestehen aus einer Mischung sehr langer RNA-Moleküle, die Introns und Exons enthalten. Die Reifung (Verarbeitung) von hnRNA in Eukaryoten umfasst mehrere Stufen, von denen eine die Entfernung von Introns – nicht übersetzte Insertionssequenzen – und die Fusion von Exons ist. Der Prozess läuft so ab, dass aufeinanderfolgende Exons, d. h. kodierende mRNA-Fragmente, niemals physikalisch getrennt werden. Exons sind durch Moleküle, sogenannte kleine nukleäre RNAs (snRNAs), sehr genau miteinander verbunden. Die Funktion dieser kurzen Kern-RNAs, die aus etwa hundert Nukleotiden bestehen, war lange unklar. Es wurde festgestellt, nachdem festgestellt wurde, dass ihre Nukleotidsequenz zu den Sequenzen an den Enden jedes der Introns komplementär ist. Durch die Paarung von Basen, die in der snRNA und an den Enden des geloopten Introns enthalten sind, nähern sich die Sequenzen zweier Exons so an, dass es möglich wird, das sie trennende Intron zu entfernen und die enzymatische Verbindung (Spleißen) von kodierenden Fragmenten ( Exons). snRNA-Moleküle spielen also die Rolle von temporären Templates, die die Enden zweier Exons nahe beieinander halten, damit das Spleißen an der richtigen Stelle stattfindet (Abb.).

  Die Umwandlung von hnRNA in mRNA durch Entfernen von Introns findet in einem nuklearen RNA-Protein-Komplex statt, der als Spleißom bezeichnet wird. Jedes Spleißom hat einen Kern, der aus drei kleinen (niedermolekularen) Kern-Ribonukleoproteinen oder Snurps besteht. Jeder Snurp enthält mindestens eine kleine Kern-RNA und mehrere Proteine. Es gibt mehrere hundert verschiedene kleine Kern-RNAs, die hauptsächlich von der RNA-Polymerase II transkribiert werden. Es wird angenommen, dass ihre Hauptfunktion die Erkennung spezifischer Ribonukleinsäuresequenzen durch Basenpaarung gemäß dem RNA-RNA-Typ ist. Ul, U2, U4/U6 und U5 sind für die hnRNA-Prozessierung am wichtigsten.

  Mitochondriale RNA

  Mitochondriale DNA ist eine kontinuierliche Schleife und codiert 13 Polypeptide, 22 tRNAs und 2 rRNAs (16S und 23S). Die meisten Gene befinden sich auf derselben (schweren) Kette, aber einige von ihnen befinden sich auch auf der komplementären leichten Kette. In diesem Fall werden beide Ketten als kontinuierliche Transkripte unter Verwendung von Mitochondrien-spezifischer RNA-Polymerase transkribiert. Dieses Enzym wird durch das Kerngen kodiert. Lange RNA-Moleküle werden dann in 37 separate Spezies gespalten, und mRNA, rRNA und tRNA übersetzen zusammen 13 mRNA. Eine große Anzahl zusätzlicher Proteine, die aus dem Zytoplasma in die Mitochondrien gelangen, werden von Kerngenen übersetzt. Patienten mit systemischem Lupus erythematodes haben Antikörper gegen ihre eigenen körpereigenen Snurp-Proteine. Darüber hinaus wird angenommen, dass ein bestimmter Satz von Genen für kleine Kern-RNA des Chromosoms 15q eine wichtige Rolle bei der Pathogenese des Prader-Willi-Syndroms spielt (eine erbliche Kombination aus geistiger Behinderung, Kleinwuchs, Fettleibigkeit, Muskelhypotonie).

  
  

8. Die Struktur von Phospholipiden. Die Rolle von Phospholipiden im Stoffwechsel.

9. Struktur und Funktionen von Eicosanoiden.

10. Struktur und Funktionen von Cholesterin.

13. Die biologische Rolle von Makro- und Mikroelementen.

15. Die Rolle von Phosphopyridoxal im Stoffwechsel

17. Biochemische Funktion von Vitamin B12.

18. Die biologische Rolle der Pantothensäure (b5)

19. Die biologische Rolle von Riboflavin (b2)

20. Die biologische Rolle von Nicotinamid.

21. Biochemische Funktionen von Thiaminpyrophosphat.

22. Biochemische Rolle von Vitamin C.

23. Biologische Rolle von Tetrahydrofolsäure (THFK).

24. Die biologische Rolle von Vitamin D.

25. Die biologische Rolle von Vitamin A.

26. Die biologische Rolle von Vitamin E.

27. Die biologische Rolle von Vitamin K.

29. Struktur und Klassifizierung von Enzymen.

30. Kompetitive und nicht-kompetitive Hemmung von Enzymen.

31. Merkmale der biologischen Katalyse.

32. Klassifizierung von Hormonen. Die Rolle der Hormone bei der Regulation des Stoffwechsels.

33. Nebennierenhormone und ihre biochemischen Funktionen.

34. Hypophysenhormone und ihre biologische Rolle.

35. Die biologische Rolle von Sexualhormonen.

36. Die biologische Rolle der Hormone der Nebennierenrinde.

37. Biologische Rolle der Bauchspeicheldrüsenhormone.

38. Schilddrüsenhormone. Ihre Wirkung auf den Stoffwechsel.

41. Biochemische Rolle von Second Messenger im Stoffwechsel.

42. Makroerge Verbindungen und ihre Rolle im Stoffwechsel.

43. Atmungskette in Mitochondrien.

44. Ortsfolge und Struktur von Elektronenüberträgern in der Atmungskette.

45. Der Prozess der oxidativen Phosphorylierung, seine biologische Rolle.

47. Mechanismen der Bildung freier Radikale. Antioxidative Systeme in Zellen.

49. Biochemische Mechanismen der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat.

50. Der Reaktionsmechanismus und die biologische Rolle des Krebszyklus.

53. Gluconeogenese und ihre biologische Rolle.

54. Pentosephosphatweg der Kohlenhydratoxidation.

55. Merkmale des Kohlenhydratstoffwechsels bei Wiederkäuern. Wege der Glukosesynthese bei Wiederkäuern.

62. Synthese von Triacylglyceriden und Phospholipiden.

63. Ketonkörper und ihre Rolle im Stoffwechsel.

64. Physikalisch-chemische Eigenschaften von Proteinen. Isoelektrischer Zustand und isoelektrischer Punkt von Aminosäuren und Proteinen.

65. Biochemische Mechanismen der Proteinverdauung im Magen-Darm-Trakt.

66. Reaktionsmechanismen der Transaminierung und Desaminierung von Aminosäuren.

67. Decarboxylierung von Aminosäuren. Biologische Rolle von Decarboxylierungsprodukten.

69. Biologische Mechanismen der Nukleotidoxidation

70. Die Struktur des DNA-Moleküls

71. Biochemische Mechanismen der Tagessynthese

72. Replikation und Reparatur.

73. Struktur von RNA. RNA-Typen. Ihre Rolle im Stoffwechsel.

74. Biochemische Mechanismen der RNA-Synthese.

75. Biochemische Mechanismen der Proteinsynthese.

73. Struktur von RNA. RNA-Typen. Ihre Rolle im Stoffwechsel.

Ribonukleinsäure (RNA) ist ein einzelsträngiges Biopolymer, dessen Monomere Nukleotide sind.

Die Vorlage für die Synthese neuer RNA-Moleküle sind Desoxyribonukleinsäure-Moleküle (RNA-Transkription). Obwohl in einigen Fällen auch der umgekehrte Prozess möglich ist (die Bildung neuer DNA auf der RNA-Vorlage während der Replikation einiger Viren). Auch andere Ribonukleinsäuremoleküle (RNA-Replikation) können als Grundlage für die RNA-Biosynthese dienen. An der Transkription von RNA, die im Zellkern stattfindet, sind eine Reihe von Enzymen beteiligt, von denen das bedeutendste die RNA-Polymerase ist.

RNA-Struktur.

Das Molekül hat eine einzelsträngige Struktur. Polymer. Durch die Wechselwirkung von Nukleotiden untereinander erhält das RNA-Molekül eine Sekundärstruktur verschiedener Formen (Helix, Kügelchen usw.). Das RNA-Monomer ist ein Nukleotid (ein Molekül, das eine stickstoffhaltige Base, einen Phosphorsäurerest und einen Zucker (Peptose) enthält). RNA ähnelt in ihrer Struktur einem einzelnen DNA-Strang. Nukleotide, aus denen RNA besteht: Guanin, Adenin, Cytosin, Uracil. Adenin und Guanin sind Purinbasen, während Cytosin und Uracil Pyrimidinbasen sind. Im Gegensatz zum DNA-Molekül ist die Kohlenhydratkomponente der Ribonukleinsäure nicht Desoxyribose, sondern Ribose. Der zweite signifikante Unterschied in der chemischen Struktur von RNA gegenüber DNA ist das Fehlen eines solchen Nukleotids wie Thymin im Ribonukleinsäuremolekül. In RNA wird es durch Uracil ersetzt.

Die Funktionen der RNA unterscheiden sich je nach Art der Ribonukleinsäure.

1) Boten-RNA (i-RNA).

Dieses Biopolymer wird manchmal als Boten-RNA (mRNA) bezeichnet. Diese Art von RNA befindet sich sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma der Zelle. Der Hauptzweck ist die Übertragung von Informationen über die Struktur des Proteins von der Desoxyribonukleinsäure zu den Ribosomen, wo das Proteinmolekül zusammengesetzt wird. Relativ kleine Population von RNA-Molekülen, weniger als 1 % aller Moleküle.

2) Ribosomale RNA (r-RNA).

Die häufigste Art von RNA (etwa 90 % aller Moleküle dieser Art in der Zelle). R-RNA befindet sich in Ribosomen und ist eine Matrize für die Synthese von Proteinmolekülen. Es hat die größten Abmessungen im Vergleich zu anderen Arten von RNA. Das Molekulargewicht kann 1,5 Millionen kDalton oder mehr erreichen.

3) Transfer-RNA (t-RNA).

Es befindet sich hauptsächlich im Zytoplasma der Zelle. Der Hauptzweck ist die Durchführung des Transports (Transfers) von Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese (in Ribosomen). Transfer-RNA macht bis zu 10 % aller in der Zelle befindlichen RNA-Moleküle aus. Es hat die kleinste Größe im Vergleich zu anderen RNA-Molekülen (bis zu 100 Nukleotide).

4) Kleinere (kleine) RNA.

Dies sind RNA-Moleküle, meist mit einem kleinen Molekulargewicht, die sich in verschiedenen Teilen der Zelle befinden (Membran, Zytoplasma, Organellen, Zellkern usw.). Ihre Rolle ist nicht vollständig verstanden. Es wurde nachgewiesen, dass sie die Reifung der ribosomalen RNA unterstützen, am Transfer von Proteinen durch die Zellmembran teilnehmen, die Reduplikation von DNA-Molekülen fördern usw.

5) Ribozyme.

Ein kürzlich identifizierter RNA-Typ, der als Enzym (Katalysator) aktiv an den enzymatischen Prozessen der Zelle beteiligt ist.

6) Virale RNA.

Jedes Virus kann nur eine Art von Nukleinsäure enthalten: entweder DNA oder RNA. Dementsprechend werden Viren, die ein RNA-Molekül in ihrer Zusammensetzung haben, als RNA-haltig bezeichnet. Wenn ein solches Virus in eine Zelle eindringt, kann es zum Prozess der reversen Transkription (der Bildung neuer DNA auf Basis von RNA) kommen, die neu gebildete Virus-DNA wird in das Zellgenom integriert und sichert die Existenz und Vermehrung des Erregers. Die zweite Variante des Szenarios ist die Bildung von komplementärer RNA auf der Matrix der ankommenden viralen RNA. In diesem Fall erfolgt die Bildung neuer viraler Proteine, die lebenswichtige Aktivität und Reproduktion des Virus ohne Beteiligung von Desoxyribonukleinsäure, nur auf der Grundlage der auf der viralen RNA aufgezeichneten genetischen Information.

Die Molekularbiologie ist einer der wichtigsten Zweige der Biowissenschaften und befasst sich mit der detaillierten Untersuchung der Zellen lebender Organismen und ihrer Bestandteile. Der Umfang ihrer Forschung umfasst viele lebenswichtige Prozesse, wie Geburt, Atmung, Wachstum, Tod.


Die unschätzbare Entdeckung der Molekularbiologie war die Entschlüsselung des genetischen Codes höherer Wesen und die Bestimmung der Fähigkeit der Zelle, genetische Informationen zu speichern und zu übertragen. Die Hauptrolle bei diesen Prozessen spielen Nukleinsäuren, die in der Natur durch zwei Typen unterschieden werden - DNA und RNA. Was sind diese Makromoleküle? Woraus bestehen sie und welche biologischen Funktionen erfüllen sie?

Was ist DNA?

DNA steht für Desoxyribonukleinsäure. Es ist eines der drei Makromoleküle der Zelle (die anderen beiden sind Proteine ​​und Ribonukleinsäure), das für die Erhaltung und Weitergabe des genetischen Codes für die Entwicklung und Aktivität von Organismen sorgt. Vereinfacht gesagt ist die DNA der Träger der Erbinformation. Es enthält den Genotyp eines Individuums, das die Fähigkeit besitzt, sich selbst zu reproduzieren und Informationen durch Vererbung weiterzugeben.

Als chemische Substanz wurde Säure bereits in den 1860er Jahren aus Zellen isoliert, aber bis Mitte des 20. Jahrhunderts ging niemand davon aus, dass sie Informationen speichern und übertragen kann.


Lange glaubte man, dass diese Funktionen von Proteinen übernommen werden, aber 1953 gelang es einer Gruppe von Biologen, das Verständnis der Essenz des Moleküls erheblich zu erweitern und die primäre Rolle der DNA bei der Erhaltung und Übertragung des Erbguts nachzuweisen. Die Entdeckung war die Entdeckung des Jahrhunderts, und Wissenschaftler erhielten für ihre Arbeit den Nobelpreis.

Woraus besteht DNA?

DNA ist das größte biologische Molekül und besteht aus vier Nukleotiden, die aus einem Phosphorsäurerest bestehen. Strukturell ist die Säure recht komplex. Seine Nukleotide sind durch lange Ketten miteinander verbunden, die paarweise zu Sekundärstrukturen - Doppelhelixen - zusammengefasst sind.

DNA neigt dazu, durch Strahlung oder verschiedene oxidierende Substanzen geschädigt zu werden, wodurch ein Mutationsprozess im Molekül stattfindet. Die Funktion einer Säure hängt direkt von ihrer Wechselwirkung mit einem anderen Molekül - Proteinen - ab. In Wechselwirkung mit ihnen in der Zelle bildet es die Substanz Chromatin, in der Informationen realisiert werden.

Was ist RNA?

RNA ist eine Ribonukleinsäure, die stickstoffhaltige Basen und Phosphorsäurereste enthält.


Es gibt eine Hypothese, dass es das erste Molekül ist, das die Fähigkeit zur Selbstreproduktion bereits in der Ära der Entstehung unseres Planeten erworben hat - in präbiologischen Systemen. RNA ist immer noch in den Genomen einzelner Viren enthalten und erfüllt in ihnen die Rolle, die DNA in höheren Wesen spielt.

Ribonukleinsäure besteht aus 4 Nukleotiden, aber anstelle einer Doppelhelix wie in der DNA sind ihre Ketten durch eine einzige Kurve verbunden. Nukleotide enthalten Ribose, die aktiv am Stoffwechsel beteiligt ist. Abhängig von der Fähigkeit, ein Protein zu codieren, wird RNA in Matrix und nicht codierende unterteilt.

Ersteres fungiert als eine Art Vermittler bei der Übertragung verschlüsselter Informationen an Ribosomen. Letztere können keine Proteine ​​codieren, haben aber andere Fähigkeiten – Translation und Ligation von Molekülen.

Wie unterscheidet sich DNA von RNA?

Säuren sind sich in ihrer chemischen Zusammensetzung sehr ähnlich. Beide sind lineare Polymere und ein N-Glykosid, das aus Zuckerresten mit fünf Kohlenstoffatomen hergestellt wird. Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass der Zuckerrest der RNA Ribose ist, ein Monosaccharid aus der Pentosegruppe, das leicht in Wasser löslich ist. Der Zuckerrest der DNA ist Desoxyribose oder ein Derivat von Ribose, das eine etwas andere Struktur hat.


Im Gegensatz zu Ribose, die einen Ring aus 4 Kohlenstoffatomen und 1 Sauerstoffatom bildet, ist bei Desoxyribose das zweite Kohlenstoffatom durch Wasserstoff ersetzt. Ein weiterer Unterschied zwischen DNA und RNA ist ihre Größe – größer. Außerdem ist eines der vier Nukleotide, aus denen die DNA besteht, eine stickstoffhaltige Base namens Thymin, während in der RNA anstelle von Thymin dessen Variante Uracil vorhanden ist.

RNA ist wie DNA ein Polynukleotid. Die Struktur von RNA-Nukleotiden mit der von DNA, aber es gibt folgende Unterschiede:

• Anstelle von Desoxyribose enthalten RNA-Nukleotide einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, Ribose;
• Anstelle der stickstoffhaltigen Base von Thymin, Uracil;
• Das RNA-Molekül wird normalerweise durch eine Kette dargestellt (bei einigen Viren durch zwei);

Es gibt in Zellen drei Arten von RNA: Informations-, Transport- und ribosomal.

Informativ RNA (i-RNA) ist eine Kopie eines bestimmten DNA-Abschnitts und fungiert als Träger der genetischen Information von der DNA zum Ort der Proteinsynthese (Ribosom) und ist direkt am Zusammenbau seiner Moleküle beteiligt.

Transport RNA (tRNA) transportiert Aminosäuren aus dem Zytoplasma zu den Ribosomen.

Ribosomale RNA (rRNA) ist Teil der Ribosomen. Es wird angenommen, dass r-RNA eine bestimmte räumliche Beziehung bereitstellt i-RNA und t-RNA.

Die Rolle der RNA im Prozess der Realisierung der Erbinformation.

Erbinformationen, die unter Verwendung des genetischen Codes geschrieben sind, werden in DNA-Molekülen gespeichert und vervielfacht, um neu gebildeten Zellen die notwendigen "Anweisungen" für ihre normale Entwicklung und Funktion zu geben. Gleichzeitig ist DNA nicht direkt an der Lebenserhaltung von Zellen beteiligt. Die Rolle eines Vermittlers, dessen Aufgabe es ist, die in der DNA gespeicherte Erbinformation in eine Arbeitsform zu übersetzen, wird von gespielt Ribonukleinsäuren - RNA.

Im Gegensatz zu DNA-Molekülen werden Ribonukleinsäuren durch eine Polynukleotidkette dargestellt, die aus vier Arten von Nukleotiden besteht, die Zucker, Ribose, Phosphat und eine der vier stickstoffhaltigen Basen - Adenin, Guanin, Uracil oder Cytosin - enthalten. RNA wird auf DNA-Molekülen unter Verwendung von RNA-Polymerase-Enzymen in Übereinstimmung mit dem Prinzip der Komplementarität und Antiparallelität synthetisiert, und Uracil ist komplementär zu DNA-Adenin in RNA. Die ganze Vielfalt der in der Zelle wirkenden RNAs kann in drei Haupttypen unterteilt werden: mRNA, tRNA, rRNA.

Nach der chemischen Organisation des Erb- und Variabilitätsmaterials unterscheiden sich eukaryotische und prokaryotische Zellen nicht grundsätzlich voneinander. Ihr genetisches Material wird durch DNA repräsentiert. Ihnen gemeinsam ist das Prinzip der Erfassung genetischer Informationen sowie des genetischen Codes. Dieselben Aminosäuren werden in Pro- und Eukaryoten mit denselben Codons verschlüsselt. Die Nutzung der in der DNA gespeicherten Erbinformation erfolgt in diesen Zelltypen prinzipiell auf die gleiche Weise. Zuerst wird es in die Nukleotidsequenz des mRNA-Moleküls transkribiert und dann auf Ribosomen unter Beteiligung von tRNA in die Aminosäuresequenz des Peptids übersetzt. Einige Merkmale der Organisation des Erbguts, die eukaryotische Zellen von prokaryotischen unterscheiden, führen jedoch zu Unterschieden in der Nutzung ihrer genetischen Information.

Das Erbmaterial einer prokaryotischen Zelle ist hauptsächlich in einem einzigen ringförmigen DNA-Molekül enthalten. Es befindet sich direkt im Zytoplasma der Zelle, wo sich auch für die Genexpression notwendige tRNAs und Enzyme befinden, die zum Teil in Ribosomen enthalten sind. Prokaryotische Gene bestehen ausschließlich aus kodierenden Nukleotidsequenzen, die bei der Synthese von Proteinen, tRNA oder rRNA entstehen.

Das Erbgut von Eukaryoten ist volumenmäßig größer als das von Prokaryoten. Es befindet sich hauptsächlich in speziellen Nuklearstrukturen - Chromosomen die durch die Kernhülle vom Zytoplasma getrennt sind. Der für die Proteinsynthese notwendige Apparat, bestehend aus Ribosomen, tRNA, einer Reihe von Aminosäuren und Enzymen, befindet sich im Zytoplasma der Zelle.

Signifikante Unterschiede bestehen in der molekularen Organisation von Genen in eukaryotischen Zellen. Die meisten von ihnen haben codierende Sequenzen Exons unterbrochen Intron Stellen, die nicht bei der Synthese von t-RNA, r-RNA oder Peptiden verwendet werden. Die Anzahl solcher Regionen variiert in verschiedenen Genen.Diese Regionen werden von der primär transkribierten RNA entfernt, und daher erfolgtdie Nutzung der genetischen Information in einer eukaryontischen Zelle etwasanders. In einer prokaryotischen Zelle, in der die Erbsubstanz und der Apparat zur Proteinbiosynthese nicht räumlich getrennt sind, laufen Transkription und Translation nahezu gleichzeitig ab. In einer eukaryotischen Zelle sind diese beiden Stadien nicht nur räumlich durch die Kernhülle, sondern auch zeitlich durch die Prozesse der mRNA-Reifung getrennt, aus denen uninformative Sequenzen entfernt werden müssen.

Zusätzlich zu diesen Unterschieden in jedem Stadium der Expression genetischer Informationen können einige Merkmale des Ablaufs dieser Prozesse in Pro- und Eukaryoten festgestellt werden.