três tipos principais de RNA: informativo(RNAm), ou matriz(RNAm), ribossomal(rRNA), e transporte(ARNt). Eles diferem em tamanho molecular e função. Todos os tipos de RNA são sintetizados no DNA com a participação de enzimas - RNA polimerases. O RNA mensageiro compõe 2-3% de todo o RNA celular, ribossômico - 80-85, transporte - cerca de 15%.

mRNA. ele lê a informação hereditária de um pedaço de DNA e, na forma de uma sequência copiada de bases nitrogenadas, a transfere para os ribossomos, onde uma proteína específica é sintetizada. Cada molécula de mRNA corresponde em ordem e tamanho de nucleotídeos ao gene no DNA do qual foi transcrita. Em média, o mRNA contém 1.500 nucleotídeos (75-3.000). Cada tripleto (três nucleotídeos) em um mRNA é chamado de códon. Depende do códon qual aminoácido aparecerá em um determinado local durante a síntese de proteínas.

(tRNA) tem um peso molecular relativamente baixo de cerca de 24-29 mil D e contém de 75 a 90 nucleotídeos em uma molécula. Até 10% de todos os nucleotídeos de tRNA são bases menores, o que aparentemente o protege da ação de enzimas hidrolíticas.O papel do tRNA é transferir aminoácidos para os ribossomos e participar do processo de síntese proteica. Cada aminoácido se liga a um tRNA específico. Alguns aminoácidos têm mais de um tRNA. Até o momento, foram descobertos mais de 60 tRNAs que diferem em sua estrutura primária (sequência de bases). A estrutura secundária de todos os tRNAs é apresentada na forma de uma folha de trevo com uma haste de fita dupla e três fitas simples). No final de uma das cadeias há um sítio aceptor - o tripleto CCA, à adenina à qual um aminoácido específico está ligado.

(rRNA). Eles contêm 120-3100 nucleotídeos. O RNA ribossômico se acumula no núcleo, nos nucléolos. As proteínas ribossomais são transportadas para os nucléolos a partir do citoplasma, e a formação espontânea de subpartículas ribossomais ocorre ali pela combinação de proteínas com o rRNA correspondente. As subpartículas do ribossomo são transportadas juntas ou separadamente através dos poros da membrana nuclear para o citoplasma. Ribossomos são organelas de 20 a 30 nm de tamanho. Eles são construídos a partir de duas subpartículas de diferentes tamanhos e formas. Em certos estágios da síntese de proteínas na célula, os ribossomos são divididos em subpartículas. O RNA ribossômico serve como uma estrutura para os ribossomos e facilita a ligação inicial do mRNA ao ribossomo durante a biossíntese de proteínas.

O código genético é uma forma de codificar a sequência de aminoácidos de proteínas utilizando uma sequência de nucleotídeos, característica de todos os organismos vivos.

Propriedades: 1) código genético trio(cada aminoácido é codificado por três nucleotídeos); 2) não sobreposto(trigêmeos vizinhos não possuem nucleotídeos comuns); 3) degenerar(com exceção da metionina e do triptofano, todos os aminoácidos possuem mais de um códon); quatro) universal(principalmente o mesmo para todos os organismos vivos); 5) em códons para um aminoácido, os dois primeiros nucleotídeos são geralmente os mesmos e o terceiro varia; 6) tem uma ordem de leitura linear e é caracterizada por colinearidade, isto é, a coincidência da ordem de arranjo dos códons no mRNA com a ordem de arranjo dos aminoácidos na cadeia polipeptídica sintetizada.

Os ácidos nucleicos são substâncias macromoleculares que consistem em mononucleotídeos, que são conectados uns aos outros em uma cadeia polimérica usando ligações fosfodiéster de 3", 5" e empacotados nas células de uma certa maneira.

Os ácidos nucleicos são biopolímeros de duas variedades: ácido ribonucleico (RNA) e ácido desoxirribonucleico (DNA). Cada biopolímero consiste em nucleotídeos que diferem em resíduo de carboidrato (ribose, desoxirribose) e uma das bases nitrogenadas (uracila, timina). Assim, os ácidos nucleicos receberam seu nome.

Estrutura do ácido ribonucleico

Estrutura primária do RNA

Molécula de RNA são polinucleotídeos lineares (isto é, não ramificados) com um princípio de organização semelhante ao DNA. Os monômeros de RNA são nucleotídeos que consistem em ácido fosfórico, um carboidrato (ribose) e uma base nitrogenada conectada por ligações fosfodiéster de 3", 5". As cadeias polinucleotídicas da molécula de ARN são polares, i.e. têm extremidades 5' e 3" distinguíveis. Ao mesmo tempo, ao contrário do DNA, o RNA é uma molécula de fita simples. A razão para essa diferença são três características da estrutura primária:

1. O RNA, ao contrário do DNA, contém ribose em vez de desoxirribose, que possui um grupo hidroxila adicional. O grupo hidroxi torna a estrutura de fita dupla menos compacta
2. Entre as quatro bases nitrogenadas principais ou principais (A, G, C e U), em vez da timina, está contido o uracil, que difere da timina apenas pela ausência de um grupo metil na 5ª posição. Devido a isso, a força da interação hidrofóbica no par A-U complementar diminui, o que também reduz a probabilidade de formação de moléculas de fita dupla estáveis.
3. Finalmente, o RNA (especialmente o tRNA) tem um alto teor dos chamados. bases menores e nucleosídeos. Entre eles estão a di-hidrouridina (não há ligação dupla simples no uracil), a pseudouridina (o uracil está associado à ribose de maneira diferente do habitual), dimetiladenina e dimetilguanina (dois grupos metil adicionais em bases nitrogenadas) e muitos outros. Quase todas essas bases não podem participar de interações complementares. Assim, os grupos metil na dimetiladenina (ao contrário da timina e 5-metilcitosina) estão localizados em um átomo que forma uma ligação de hidrogênio no par A-U; portanto, agora esta conexão não pode ser fechada. Isso também impede a formação de moléculas de fita dupla.

Assim, as conhecidas diferenças na composição do RNA a partir do DNA são de grande significado biológico: afinal, as moléculas de RNA podem desempenhar sua função apenas em um estado de fita simples, o que é mais óbvio para o mRNA: é difícil imaginar como uma molécula de fita dupla pode ser traduzida em ribossomos.

Ao mesmo tempo, permanecendo única, em algumas áreas a cadeia de RNA pode formar alças, saliências ou "ganchos de cabelo", com estrutura de fita dupla (Fig. 1.). Esta estrutura é estabilizada pela interação de bases nos pares A::U e G:::C. No entanto, pares "incorretos" também podem ser formados (por exemplo, GU), e em alguns lugares há "grampos de cabelo" e nenhuma interação ocorre. Essas alças podem conter (especialmente em tRNA e rRNA) até 50% de todos os nucleotídeos. O conteúdo total de nucleotídeos no RNA varia de 75 unidades a muitos milhares. Mas mesmo os maiores RNAs são várias ordens de magnitude mais curtos que os DNAs cromossômicos.

A estrutura primária do mRNA foi copiada de uma região de DNA contendo informações sobre a estrutura primária da cadeia polipeptídica. A estrutura primária dos restantes tipos de RNA (tRNA, rRNA, RNA raro) é a cópia final do programa genético dos genes de DNA correspondentes.

Estruturas secundárias e terciárias do RNA

Os ácidos ribonucleicos (RNA) são moléculas de fita simples, portanto, diferentemente do DNA, suas estruturas secundárias e terciárias são irregulares. Essas estruturas, definidas como a conformação espacial de uma cadeia polinucleotídica, são formadas principalmente por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas entre bases nitrogenadas. Se uma hélice estável é característica de uma molécula de DNA nativa, a estrutura do RNA é mais diversa e lábil. A análise de difração de raios-X mostrou que seções individuais da cadeia polinucleotídica de RNA, curvadas, enrolam-se sobre si mesmas com a formação de estruturas intra-helicoidais. A estabilização das estruturas é conseguida através de pares complementares de bases nitrogenadas de seções antiparalelas da cadeia; os pares específicos aqui são A-U, G-C e, mais raramente, G-U. Devido a isso, ambas as seções enroladas curtas e estendidas pertencentes à mesma cadeia aparecem na molécula de RNA; essas áreas são chamadas de grampos de cabelo. O modelo da estrutura secundária do RNA com elementos hairpin foi desenvolvido no final dos anos 1950 e início dos anos 1960. século 20 nos laboratórios de A. S. Spirin (Rússia) e P. Doty (EUA).

Alguns tipos de ARN
Tipos de RNA	Tamanho em nucleotídeos	Função
gRNA - RNA genômico	10000-100000
mRNA - RNA informativo (matriz)	100-100000	transfere informações sobre a estrutura de uma proteína de uma molécula de DNA
tRNA - RNA de transferência	70-90	transporta aminoácidos para o local de síntese proteica
rRNA - RNA ribossômico	várias classes discretas de 100 a 500.000	contido nos ribossomos, participa na manutenção da estrutura do ribossomo
sn-RNA - RNA nuclear pequeno	100	remove íntrons e une enzimaticamente éxons em mRNA
sno-RNA - RNA nucleolar pequeno		envolvidos na direção ou realização de modificações de base em rRNA e RNA nuclear pequeno, como, por exemplo, metilação e pseudouridinização. A maioria dos pequenos RNAs nucleolares são encontrados nos íntrons de outros genes.
srp-RNA - RNA de reconhecimento de sinal		reconhece a sequência sinal de proteínas destinadas à expressão e participa de sua transferência através da membrana citoplasmática
mi-RNA - micro-RNA	22	controlar a tradução de genes estruturais por ligação complementar às extremidades 3' de regiões de mRNA não traduzidas

A formação de estruturas helicoidais é acompanhada por um efeito hipocrômico - uma diminuição na densidade óptica das amostras de RNA em 260 nm. A destruição dessas estruturas ocorre quando a força iônica da solução de RNA diminui ou quando ela é aquecida a 60-70°C; também é chamado de fusão e é explicado pela hélice de transição estrutural - bobina caótica, que é acompanhada por um aumento na densidade óptica da solução de ácido nucleico.

Existem vários tipos de RNA nas células:

1. informação (ou modelo) RNA (mRNA ou mRNA) e seu predecessor - RNA nuclear heterogêneo (g-n-RNA)
2. RNA de transferência (t-RNA) e seu precursor
3. ribossomal (r-RNA) e seu predecessor
4. RNA nuclear pequeno (sn-RNA)
5. RNA nucleolar pequeno (sno-RNA)
6. RNA de reconhecimento de sinal (srp-RNA)
7. miRNA (mi-RNA)
8. RNA mitocondrial (t+RNA).

RNA nuclear e informacional heterogêneo (matriz)

O RNA nuclear heterogêneo é exclusivo dos eucariotos. É o precursor do RNA mensageiro (i-RNA), que transporta a informação genética do DNA nuclear para o citoplasma. O RNA nuclear heterogêneo (pré-mRNA) foi descoberto pelo bioquímico soviético G. P. Georgiev. O número de tipos de g-RNA é igual ao número de genes, pois serve como uma cópia direta das sequências de codificação do genoma, devido ao qual possui cópias de palíndromos de DNA, portanto, sua estrutura secundária contém grampos e seções lineares . A enzima RNA polimerase II desempenha um papel fundamental na transcrição do RNA do DNA.

O RNA mensageiro é formado como resultado do processamento (maturação) do rn-RNA, durante o qual os grampos são cortados, as regiões não codificantes (íntrons) são extirpadas e os éxons codificadores são colados.

O RNA mensageiro (i-RNA) é uma cópia de uma seção específica do DNA e atua como transportador da informação genética do DNA para o sítio de síntese proteica (ribossomo) e está diretamente envolvido na montagem de suas moléculas.

O RNA mensageiro maduro tem várias regiões com diferentes funções funcionais (Fig.)

• na extremidade 5" está a chamada "cap" ou cap - uma seção de um a quatro nucleotídeos modificados. Essa estrutura protege a extremidade 5" do mRNA das endonucleases
• atrás do "cap" está uma região não traduzida de 5 "- uma sequência de várias dezenas de nucleotídeos. É complementar a uma das seções do r-RNA que está incluída na pequena subunidade do ribossomo. Devido a isso, serve para a ligação primária do m-RNA ao ribossomo, mas não é transmitido
• códon de iniciação - AUG que codifica metionina. Todos os mRNAs têm o mesmo códon de início. A tradução (leitura) do mRNA começa com ele. Se a metionina não for necessária após a síntese da cadeia peptídica, então, como regra, ela é clivada de seu terminal N.
• O códon de início é seguido pela parte de codificação, que contém informações sobre a sequência de aminoácidos na proteína. Em eucariotos, os mRNAs maduros são monocistrônicos; cada um deles carrega informações sobre a estrutura de apenas uma cadeia polipeptídica.

  Outra coisa é que às vezes a cadeia peptídica logo após a formação no ribossomo é cortada em várias cadeias menores. Isso acontece, por exemplo, na síntese de insulina e vários hormônios oligopeptídicos.

  A parte de codificação do mRNA eucariótico maduro é desprovida de íntrons - quaisquer sequências não codificantes intercaladas. Em outras palavras, há uma sequência contínua de códons de sentido que devem ser lidos na direção 5" -> 3".

• No final desta sequência, há um códon de terminação - um dos três códons "sem sentido": UAA, UAG ou UGA (veja a tabela do código genético abaixo).
• Este codão pode ser seguido por outra região 3' não traduzida, que é muito mais longa do que a região 5' não traduzida.
• Finalmente, quase todos os mRNAs eucarióticos maduros (exceto mRNAs de histonas) contêm um fragmento poli(A) de 150-200 nucleotídeos adenil na extremidade 3'.

A região 3' não traduzida e o fragmento poli(A) estão relacionados com a regulação do tempo de vida do mRNA, uma vez que a destruição do mRNA é realizada por 3'-exonucleases. Após a conclusão da tradução do mRNA, 10-15 nucleotídeos são clivados do fragmento poli(A). Quando este fragmento se esgota, uma parte significativa do mRNA começa a se degradar (se a região 3' não traduzida estiver faltando).

O número total de nucleotídeos no mRNA geralmente varia dentro de alguns milhares. Nesse caso, a parte de codificação às vezes pode representar apenas 60-70% dos nucleotídeos.

Nas células, as moléculas de mRNA estão quase sempre associadas a proteínas. Este último provavelmente estabiliza a estrutura linear do mRNA, ou seja, previne a formação de "ganchos de cabelo" na parte codificadora. Além disso, as proteínas podem proteger o mRNA da degradação prematura. Esses complexos de mRNA com proteínas são às vezes chamados de informossomos.

O RNA de transferência no citoplasma da célula transporta aminoácidos em uma forma ativada para os ribossomos, onde são combinados em cadeias peptídicas em uma sequência específica, que é definida pelo molde de RNA (mRNA). Atualmente, são conhecidos dados sobre a sequência de nucleotídeos de mais de 1700 tipos de tRNA de organismos procarióticos e eucarióticos. Todos eles têm características comuns tanto em sua estrutura primária quanto na forma como a cadeia polinucleotídica é dobrada em uma estrutura secundária devido à interação complementar dos nucleotídeos incluídos em sua estrutura.

O RNA de transferência em sua composição não contém mais de 100 nucleotídeos, entre os quais há um alto teor de nucleotídeos menores ou modificados. O primeiro RNA de transferência totalmente decodificado foi o RNA de alanina isolado de levedura. A análise mostrou que o RNA da alanina consiste em 77 nucleotídeos dispostos em uma sequência estritamente definida; eles incluem os chamados nucleotídeos menores, representados por nucleosídeos atípicos di-hidrouridina (dgU) e pseudouridina (Ψ); inosina (I): em relação à adenosina, o grupo amino é substituído por um grupo ceto; metilinosina (mI), metil- e dimetilguanosina (mG e m2G); metiluridina (mU): o mesmo que ribotimidina. O tRNA da alanina contém 9 bases incomuns com um ou mais grupos metil, que são ligados enzimaticamente a eles após a formação de ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos. Essas bases são incapazes de formar pares comuns; talvez sirvam para impedir o pareamento de bases em certas partes da molécula e assim expor grupos químicos específicos que formam ligações secundárias com o RNA mensageiro, o ribossomo, ou talvez com a enzima necessária para ligar um certo aminoácido ao RNA de transferência correspondente. A sequência conhecida de nucleotídeos no tRNA significa essencialmente que sua sequência nos genes nos quais esse tRNA é sintetizado também é conhecida. Esta sequência pode ser derivada com base nas regras de pareamento de bases específicas estabelecidas por Watson e Crick. Em 1970, uma molécula de DNA de fita dupla completa com a sequência correspondente de 77 nucleotídeos foi sintetizada, e descobriu-se que poderia servir como molde para a construção de RNA de transferência de alanina. Foi o primeiro gene sintetizado artificialmente.

transcrição de tRNA

A transcrição de moléculas de tRNA ocorre a partir de sequências codificadoras de DNA com a participação da enzima RNA polimerase III. Durante a transcrição, a estrutura primária do tRNA é formada na forma de uma molécula linear. A formação começa com a compilação de uma sequência de nucleotídeos pela RNA polimerase de acordo com o gene que contém informações sobre esse RNA de transferência. Esta sequência é uma cadeia polinucleotídica linear na qual os nucleotídeos seguem um ao outro. Uma cadeia polinucleotídica linear é um RNA primário, um precursor do tRNA, que inclui íntrons - excessos não informativos de nucleotídeos. Nesse nível de organização, o pré-tRNA não é funcional. Formado em diferentes locais do DNA dos cromossomos, o pré-tRNA contém um excesso de cerca de 40 nucleotídeos em relação ao tRNA maduro.

Na segunda etapa, o precursor de tRNA recém-sintetizado sofre maturação ou processamento pós-transcricional. Durante o processamento, os excessos não informativos no pré-RNA são removidos e as moléculas de RNA maduras e funcionais são formadas.

processamento de pré-tRNA

O processamento começa com a formação de ligações de hidrogênio intramoleculares no transcrito e a molécula de tRNA assume a forma de uma folha de trevo. Este é o nível secundário de organização do tRNA, no qual a molécula de tRNA ainda não é funcional. Em seguida, regiões não informativas são extirpadas do pré-RNA, regiões informativas de "genes quebrados" são splicing - splicing e modificação das regiões 5'- e 3'-terminais do RNA.

A excisão de regiões não informativas do pré-RNA é realizada com a ajuda de ribonucleases (exo e endonucleases). Após a remoção do excesso de nucleotídeos, ocorre a metilação das bases do tRNA. A reação é realizada por metiltransferases. S-adenosilmetionina atua como um doador de grupo metil. A metilação previne a destruição do tRNA por nucleases. O tRNA finalmente maduro é formado pela ligação de um trio específico de nucleotídeos (extremidade aceptora) - CCA, que é realizado por uma RNA polimerase especial.

Após a conclusão do processamento, ligações de hidrogênio adicionais são novamente formadas na estrutura secundária, devido às quais o tRNA passa para o nível terciário de organização e assume a forma da chamada forma L. Nesta forma, o tRNA vai para o hialoplasma.

estrutura de tRNA

A estrutura do RNA de transferência é baseada em uma cadeia de nucleotídeos. No entanto, devido ao fato de qualquer cadeia de nucleotídeos ter partes carregadas positiva e negativamente, ela não pode estar na célula em estado desdobrado. Essas partes carregadas, sendo atraídas umas pelas outras, facilmente formam ligações de hidrogênio entre si de acordo com o princípio da complementaridade. As ligações de hidrogênio torcem bizarramente a fita de tRNA e a mantêm nessa posição. Como resultado, a estrutura secundária do t-RNA tem a forma de uma "folha de trevo" (Fig.), contendo 4 regiões de fita dupla em sua estrutura. Um alto teor de nucleotídeos menores ou modificados observados na cadeia de tRNA e incapazes de interações complementares forma 5 regiões de fita simples.

Este. a estrutura secundária do tRNA é formada como resultado do emparelhamento intrafita de nucleotídeos complementares de seções individuais de tRNA. As regiões do tRNA não envolvidas na formação de ligações de hidrogênio entre nucleotídeos formam laços ou ligações lineares. As seguintes regiões estruturais são distinguidas no tRNA:

1. Site aceitante (final), composto por quatro nucleotídeos dispostos linearmente, três dos quais possuem a mesma sequência em todos os tipos de tRNA - CCA. O hidroxil 3 "-OH da adenosina é livre. Um aminoácido está ligado a ele com um grupo carboxil, daí o nome deste sítio de tRNA é aceptor. O aminoácido tRNA ligado ao grupo 3"-hidroxil da adenosina fornece o aminoácido ácido aos ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas.
2. Alça de anticódon, geralmente formado por sete nucleotídeos. Ele contém um tripleto de nucleotídeos específicos para cada tRNA, chamado de anticódon. O anticódon do tRNA emparelha com o códon do mRNA de acordo com o princípio da complementaridade. A interação códon-anticódon determina a ordem em que os aminoácidos são organizados na cadeia polipeptídica durante sua montagem nos ribossomos.
3. Alça de pseudouridil (ou alça TΨC), consistindo em sete nucleotídeos e contendo necessariamente um resíduo de ácido pseudouridílico. Supõe-se que a alça pseudouridil esteja envolvida na ligação do tRNA ao ribossomo.
4. Diidrouridina, ou D-loop, geralmente consistindo de 8-12 resíduos de nucleotídeos, entre os quais existem necessariamente vários resíduos de di-hidrouridina. Acredita-se que o D-loop seja necessário para a ligação à aminoacil-tRNA sintetase, que está envolvida no reconhecimento de seu tRNA por um aminoácido (ver "Biossíntese de proteínas"),
5. Loop adicional, que varia em tamanho e composição de nucleotídeos em diferentes tRNAs.

A estrutura terciária do tRNA não tem mais a forma de uma folha de trevo. Devido à formação de ligações de hidrogênio entre nucleotídeos de diferentes partes da "folha de trevo", suas pétalas envolvem o corpo da molécula e são adicionalmente mantidas nessa posição por ligações de van der Waals, lembrando a forma da letra G ou L A presença de uma estrutura terciária estável é outra característica do t-RNA, em contraste com os polinucleotídeos de mRNA lineares longos. Você pode entender exatamente como diferentes partes da estrutura secundária do t-RNA são dobradas durante a formação da estrutura terciária, comparando as cores do esquema da estrutura secundária e terciária do t-RNA.

Os RNAs de transferência (tRNAs) transportam aminoácidos do citoplasma para os ribossomos durante a síntese de proteínas. A partir da tabela com o código genético, pode-se observar que cada aminoácido é codificado por várias sequências de nucleotídeos, portanto, cada aminoácido possui seu próprio RNA de transferência. Como resultado, existe uma grande variedade de tRNAs, de uma a seis espécies para cada um dos 20 aminoácidos. Os tipos de tRNA que podem se ligar ao mesmo aminoácido são chamados de isoaceptor (por exemplo, alanina pode ser ligada ao tRNA, cujo anticódon será complementar aos códons GCU, GCC, GCA, GCG). A especificidade de um tRNA é indicada por um sobrescrito, por exemplo: tRNA Ala.

Para o processo de síntese proteica, as principais partes funcionais do tRNA são: anticódon - uma sequência de nucleotídeos localizada na alça do anticódon, complementar ao códon do RNA informacional (i-RNA) e a parte aceptora - a extremidade do t-RNA oposto ao anticódon, ao qual o aminoácido está ligado. A sequência de bases no anticódon depende diretamente do tipo de aminoácido ligado ao terminal 3". Por exemplo, tRNA, cujo anticódon tem a sequência 5"-CCA-3", só pode transportar o aminoácido triptofano. Deve-se notar que essa dependência está no centro da transferência de informação genética, cujo portador é o t-RNA.

No processo de síntese proteica, o anticódon do tRNA reconhece a sequência de três letras do código genético (códon) do i-RNA, combinando-o com o único aminoácido correspondente fixado na outra extremidade do tRNA. Somente se o anticódon for complementar à região do mRNA, o RNA de transferência pode se juntar a ele e doar o aminoácido transferido para a formação de uma cadeia proteica. A interação entre t-RNA e i-RNA ocorre no ribossomo, que também é um participante ativo na tradução.

O reconhecimento do tRNA de seu aminoácido e códon do i-RNA ocorre de uma certa maneira:

• A ligação do aminoácido "próprio" ao tRNA ocorre com a ajuda de uma enzima - uma aminoacil-tRNA sintetase específica

  Existe uma grande variedade de aminoacil-tRNA sintetases, de acordo com o número de tRNAs utilizados pelos aminoácidos. Eles são chamados ARSases para breve. As aminoacil-tRNA sintetases são moléculas grandes (peso molecular 100.000 - 240.000) com uma estrutura quaternária. Eles reconhecem especificamente tRNA e aminoácidos e catalisam sua combinação. Este processo requer ATP, cuja energia é utilizada para ativar o aminoácido da extremidade carboxila e ligá-lo à hidroxila (3 "-OH) da extremidade aceitadora de adenosina (CCA) do tRNA. Acredita-se que na molécula de cada aminoacil-tRNA sintetase existem centros de ligação pelo menos três centros de ligação: para aminoácidos, tRNAs isoaceptor e ATP. é hidrolisado em caso de incompatibilidade (ligação ao tRNA do aminoácido "errado").

  As ARSases têm a capacidade de usar seletivamente uma variedade de tRNAs para cada aminoácido após o reconhecimento, ou seja, o elo principal no reconhecimento é o aminoácido, e seu próprio tRNA é ajustado a ele. Além disso, o tRNA, por difusão simples, transfere o aminoácido ligado a ele para os ribossomos, onde a proteína é montada a partir de aminoácidos fornecidos na forma de diferentes aminoacil-tRNAs.

  

  Ligação de um aminoácido ao tRNA

  A ligação de tRNA e aminoácido ocorre da seguinte forma (Fig.): um aminoácido e uma molécula de ATP são ligados à aminoacil-tRNA sintetase. Para a aminoacetilação subsequente, a molécula de ATP libera energia dividindo dois grupos fosfato. O AMP restante (monofosfato de adenosina) se liga ao aminoácido, preparando-o para a conexão com o sítio aceptor do tRNA - o grampo aceptor. Depois disso, a sintetase liga o tRNA relacionado ao aminoácido correspondente. Nesta fase, a conformidade do tRNA com a sintetase é verificada. No caso de correspondência, o tRNA se liga firmemente à sintetase, alterando sua estrutura, o que leva ao lançamento do processo de aminoacilação - a ligação de um aminoácido ao tRNA.

  A aminoacilação ocorre quando uma molécula de AMP ligada a um aminoácido é substituída por uma molécula de tRNA. Após essa substituição, o AMP deixa a sintetase e o tRNA é retido para uma última verificação de aminoácidos.

  Verificando a correspondência do tRNA com o aminoácido anexado

  O modelo da sintetase para verificar a correspondência do tRNA ao aminoácido anexado pressupõe a presença de dois centros ativos: sintético e corretivo. No centro sintético, o tRNA está ligado a um aminoácido. O sítio aceitador do tRNA capturado pela sintetase entra em contato primeiro com o centro sintético, que já contém o aminoácido ligado ao AMP. Este contato do sítio aceitador de tRNA lhe dá uma torção não natural até que o aminoácido seja anexado. Depois que o aminoácido é ligado ao sítio aceptor do tRNA, a necessidade desse sítio estar no centro sintético desaparece, o tRNA se endireita e move o aminoácido ligado a ele para o centro de correção. Se o tamanho da molécula de aminoácido ligada ao tRNA e o tamanho do centro de correção não corresponderem, o aminoácido é reconhecido como incorreto e separado do tRNA. A sintetase está pronta para o próximo ciclo. Quando o tamanho da molécula de aminoácido ligada ao tRNA e o tamanho do centro de correção coincidem, o tRNA carregado com o aminoácido é liberado: ele está pronto para desempenhar seu papel na tradução de proteínas. E a sintetase está pronta para anexar novos aminoácidos e tRNAs e iniciar o ciclo novamente.

  A conexão de um aminoácido inadequado com uma sintetase ocorre em média em 1 caso a cada 50 mil, e com um tRNA errôneo apenas uma vez a cada 100 mil anexos.

• A interação do códon do mRNA e do anticódon do tRNA ocorre de acordo com o princípio da complementaridade e antiparalelismo

  A interação do tRNA com o códon mRNA de acordo com o princípio da complementaridade e antiparalelismo significa: uma vez que o significado do códon mRNA é lido na direção 5"->3", o anticódon no tRNA deve ser lido na direção 3"- >5" direção. Nesse caso, as duas primeiras bases do códon e do anticódon são pareadas estritamente complementares, ou seja, formam-se apenas os pares A U e G C. O pareamento das terceiras bases pode desviar-se deste princípio. Os pares válidos são definidos pelo esquema:

  O seguinte segue do esquema.

  • Uma molécula de tRNA se liga apenas ao códon tipo 1 se o terceiro nucleotídeo em seu anticódon for C ou A
  • O tRNA se liga a 2 tipos de códons se o anticódon terminar em U ou G.
  • E, finalmente, o tRNA se liga a 3 tipos de códons se o anticódon terminar em I (nucleotídeo de inosina); tal situação, em particular, em tRNA de alanina.

    Disto, por sua vez, segue-se que o reconhecimento de 61 códons de sentido requer, em princípio, não o mesmo, mas um número menor de tRNAs diferentes.

  RNA ribossomal

  

  Os RNAs ribossomais são a base para a formação das subunidades ribossomais. Os ribossomos fornecem o arranjo espacial de mRNA e tRNA durante a síntese de proteínas.

  Cada ribossomo consiste em uma subunidade grande e uma pequena. As subunidades incluem um grande número de proteínas e RNAs ribossomais que não sofrem tradução. Os ribossomos, como o RNA ribossômico, diferem no coeficiente de sedimentação (sedimentação), medido em unidades Svedberg (S). Este coeficiente depende da velocidade de sedimentação das subunidades durante a centrifugação em meio aquoso saturado.

  Cada ribossomo eucariótico tem um coeficiente de sedimentação de 80S e é comumente referido como uma partícula 80S. Inclui

  • uma pequena subunidade (40S) contendo RNA ribossômico com um coeficiente de sedimentação de 18S rRNA e 30 moléculas de várias proteínas,
  • uma grande subunidade (60S), que inclui 3 moléculas de rRNA diferentes (uma longa e duas curtas - 5S, 5.8S e 28S), bem como 45 moléculas de proteína.

    As subunidades formam o "esqueleto" do ribossomo, cada uma cercada por suas próprias proteínas. O coeficiente de sedimentação de um ribossomo completo não coincide com a soma dos coeficientes de suas duas subunidades, que está associada à configuração espacial da molécula.

  A estrutura dos ribossomos em procariontes e eucariontes é aproximadamente a mesma. Eles diferem apenas no peso molecular. O ribossomo bacteriano tem um coeficiente de sedimentação de 70S e é designado como partícula 70S, indicando uma taxa de sedimentação mais baixa; contém

  • subunidade pequena (30S) - 16S rRNA + proteínas
  • subunidade grande (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + proteínas da subunidade grande (Fig.)

  No rRNA, entre as bases nitrogenadas, o teor de guanina e citosina é maior que o normal. Nucleósidos menores também são encontrados, mas não com tanta frequência quanto no tRNA: aproximadamente 1%. Estes são principalmente nucleosídeos metilados com ribose. A estrutura secundária do rRNA tem muitas regiões e alças de fita dupla (Fig.). Tal é a estrutura das moléculas de RNA formadas em dois processos sucessivos - transcrição do DNA e maturação (processamento) do RNA.

  Transcrição de rRNA do DNA e processamento de rRNA

  O pré-rRNA é produzido no nucléolo, onde estão localizados os transcriptons do rRNA. A transcrição do rRNA do DNA ocorre com a ajuda de duas RNA polimerases adicionais. A RNA polimerase I transcreve 5S, 5.8S e 28S como um longo transcrito 45S, que é então dividido nas partes necessárias. Isso garante um número igual de moléculas. No corpo humano, cada genoma haplóide contém aproximadamente 250 cópias da sequência de DNA que codifica o transcrito 45S. Eles estão localizados em cinco repetições em tandem agrupadas (ou seja, em pares uma atrás da outra) nos braços curtos dos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22. Essas regiões são conhecidas como organizadores nucleolares, uma vez que sua transcrição e posterior processamento de o transcrito 45S ocorre dentro do nucléolo.

  Existem 2.000 cópias do gene 5S-pRNA em pelo menos três grupos do cromossomo 1. Sua transcrição ocorre na presença de RNA polimerase III fora do nucléolo.

  Durante o processamento, um pouco mais da metade do pré-rRNA permanece e o rRNA maduro é liberado. Parte dos nucleotídeos do rRNA sofre modificação, que consiste na metilação da base. A reação é realizada por metiltransferases. S-adenosilmetionina atua como um doador de grupo metil. Os rRNAs maduros combinam-se no núcleo com proteínas dos ribossomos que vêm aqui do citoplasma e formam subunidades ribossomais pequenas e grandes. Os rRNAs maduros são transportados do núcleo para o citoplasma em um complexo com uma proteína, que também os protege da destruição e facilita sua transferência.

  Centros de ribossomos

  Os ribossomos diferem significativamente de outras organelas celulares. No citoplasma, ocorrem em dois estados: inativos, quando as subunidades grandes e pequenas são separadas umas das outras, e ativa - durante o desempenho de sua função - síntese proteica, quando as subunidades estão conectadas umas às outras.

  O processo de união de subunidades de ribossomo ou montagem de um ribossomo ativo é referido como iniciação da tradução. Essa montagem ocorre de maneira estritamente ordenada, que é fornecida pelos centros funcionais dos ribossomos. Todos esses centros estão localizados nas superfícies de contato de ambas as subunidades do ribossomo. Esses incluem:

  1. centro de ligação de mRNA (centro M). É formado pela região de rRNA 18S, que é complementar por 5-9 nucleotídeos ao fragmento de mRNA não traduzido 5'.
  2. Centro peptidílico (P-centro). No início do processo de tradução, o aa-tRNA iniciador se liga a ele. Em eucariotos, o códon de iniciação de todos os mRNAs sempre codifica a metionina, de modo que o aa-tRNA de iniciação é um dos dois aa-tRNAs de metionina, marcados com o subscrito i: Met-tRNA i Met . Nos estágios subsequentes da tradução, o peptidil-tRNA contendo a parte já sintetizada da cadeia peptídica está localizado no centro P.

     Às vezes, eles também falam sobre o centro E (de "saída" - saída), onde o tRNA que perdeu sua conexão com o peptidil se move antes de deixar o ribossomo. No entanto, este centro pode ser considerado como parte integrante do P-centro.

  3. Centro de aminoácidos (centro A) - o local de ligação do próximo aa-tRNA.
  4. Centro de peptidil transferase (centro PTF) - catalisa a transferência de peptidil da composição de peptidil-tRNA para o próximo aa-tRNA que entrou no centro A. Neste caso, outra ligação peptídica é formada e o peptidil é estendido por um aminoácido.

  Tanto no centro de aminoácidos quanto no centro de peptidil, a alça anticódon do tRNA correspondente (aa-tRNA ou peptidil-tRNA) obviamente está voltada para o centro M - o centro de ligação do RNA mensageiro (interagindo com o mRNA) e o aceptor alça com centro de PTF de aminoacil ou peptidil.

  Distribuição de centros entre subunidades

  A distribuição dos centros entre as subunidades do ribossomo ocorre da seguinte forma:

  • Subunidade pequena. Uma vez que é esta subunidade que contém 18S-rRNA, com o local de ligação do mRNA, o centro M está localizado nesta subunidade. Além disso, a parte principal do centro A e uma pequena parte do centro P também estão localizadas aqui.
  • Subunidade grande. As partes restantes dos centros P e A estão localizadas em sua superfície de contato. No caso do centro P, esta é sua parte principal, e no caso do centro A, o sítio de ligação da alça aceptora de α-tRNA com o radical aminoácido (aminoacil); o resto e a maior parte do aa-tRNA liga-se à pequena subunidade. O centro PTF também pertence à subunidade grande.
  Todas essas circunstâncias determinam a ordem de montagem do ribossomo no estágio de iniciação da tradução.

  Iniciação do ribossomo (preparação do ribossomo para a síntese de proteínas)

  A síntese de proteínas, ou tradução em si, é geralmente dividida em três fases: iniciação (início), alongamento (alongamento da cadeia polipeptídica) e terminação (final). Na fase de iniciação, o ribossomo está preparado para o trabalho: a conexão de suas subunidades. Nos ribossomos bacterianos e eucarióticos, a conexão das subunidades e o início da tradução ocorrem de maneiras diferentes.

  Iniciar uma transmissão é o processo mais lento. Além das subunidades do ribossomo, participam dele o mRNA e o tRNA, GTP e três fatores de iniciação de proteínas (IF-1, IF-2 e IF-3), que não são componentes integrais do ribossomo. Os fatores de iniciação facilitam a ligação do mRNA à subunidade pequena e ao GTP. O GTP, por meio da hidrólise, fornece energia para o fechamento das subunidades dos ribossomos.

  

  1. A iniciação começa quando a subunidade pequena (40S) se liga ao fator de iniciação IF-3, resultando em um obstáculo à ligação prematura da subunidade grande e a possibilidade de ligação do mRNA a ela.
  2. Além disso, o mRNA (com sua região 5' não traduzida) une-se ao complexo "pequena subunidade (40S) + IF-3". Neste caso, o códon de iniciação (AUG) está localizado no nível do centro peptidil do futuro ribossomo .
  3. Além disso, mais dois fatores de iniciação se unem ao complexo "pequena subunidade + IF-3 + mRNA": IF-1 e IF-2, enquanto o último carrega consigo um RNA de transferência especial, que é chamado de aa-tRNA iniciador. O complexo também inclui GTP.

     A subunidade pequena se liga ao mRNA e apresenta dois códons para leitura. No primeiro estágio, a proteína IF-2 ancora o iniciador aa-tRNA. O segundo códon fecha a proteína IF-1, que a bloqueia e não permite que o próximo tRNA se junte até que o ribossomo esteja totalmente montado.

  4. Após a ligação do aa-tRNA iniciador, ou seja, Met-tRNA i Met, devido à interação complementar com o mRNA (códon de iniciação AUG) e colocando-o em seu lugar no centro P, ocorre a ligação das subunidades ribossomais. O GTP é hidrolisado em GDP e fosfato inorgânico, e a energia liberada quando essa ligação de alta energia é quebrada cria um estímulo termodinâmico para que o processo prossiga na direção certa. Simultaneamente, os fatores de iniciação deixam o ribossomo.

  Assim, forma-se uma espécie de "sanduíche" de quatro componentes principais. Ao mesmo tempo, o códon de mRNA de iniciação (AUG) e o aa-tRNA de iniciação associado a ele estão localizados no centro P do ribossomo montado. Este último, na formação da primeira ligação peptídica, desempenha o papel de peptidil-tRNA.

  

  Os transcritos de RNA sintetizados pela RNA polimerase geralmente sofrem outras transformações enzimáticas, chamadas de processamento pós-transcricional, e somente depois disso adquirem sua atividade funcional. As transcrições de RNA mensageiro imaturo são chamadas de RNA nuclear heterogêneo (hnRNA). Eles consistem em uma mistura de moléculas de RNA muito longas contendo íntrons e éxons. A maturação (processamento) do hnRNA em eucariotos inclui várias etapas, uma das quais é a remoção de íntrons - sequências de inserção não traduzidas e a fusão de éxons. O processo prossegue de tal forma que éxons sucessivos, ou seja, fragmentos de mRNA codificadores, nunca se separam fisicamente. Os éxons são conectados com muita precisão entre si por moléculas chamadas RNAs nucleares pequenos (snRNAs). A função desses RNAs nucleares curtos, consistindo em aproximadamente cem nucleotídeos, permaneceu incerta por muito tempo. Foi estabelecido depois que se descobriu que sua sequência de nucleotídeos é complementar às sequências nas extremidades de cada um dos íntrons. Como resultado do pareamento das bases contidas no snRNA e nas extremidades do íntron em loop, as sequências de dois éxons se aproximam de tal forma que se torna possível a remoção do íntron que os separa e a conexão enzimática (splicing) dos fragmentos codificantes ( exões). Assim, as moléculas de snRNA desempenham o papel de moldes temporários que mantêm as extremidades de dois éxons próximas uma da outra para que o splicing ocorra no local correto (Fig.).

  A conversão de hnRNA em mRNA pela remoção de íntrons ocorre em um complexo RNA-proteína nuclear chamado splicesome. Cada spliceoma tem um núcleo, que consiste em três pequenas (baixo peso molecular) ribonucleoproteínas nucleares, ou snurps. Cada snurp contém pelo menos um pequeno RNA nuclear e várias proteínas. Existem várias centenas de pequenos RNAs nucleares diferentes transcritos principalmente pela RNA polimerase II. Acredita-se que sua principal função seja o reconhecimento de sequências ribonucléicas específicas através do pareamento de bases de acordo com o tipo de RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 e U5 são os mais importantes para o processamento de hnRNA.

  RNA mitocondrial

  O DNA mitocondrial é uma alça contínua e codifica 13 polipeptídeos, 22 tRNAs e 2 rRNAs (16S e 23S). A maioria dos genes está localizada na mesma cadeia (pesada), mas alguns deles também estão localizados na cadeia leve complementar. Neste caso, ambas as cadeias são transcritas como transcritos contínuos usando RNA polimerase específica da mitocôndria. Esta enzima é codificada pelo gene nuclear. Moléculas longas de RNA são então clivadas em 37 espécies separadas, e mRNA, rRNA e tRNA juntos traduzem 13 mRNA. Um grande número de proteínas adicionais que entram na mitocôndria a partir do citoplasma são traduzidos a partir de genes nucleares. Pacientes com lúpus eritematoso sistêmico têm anticorpos para suas próprias proteínas de snurp do corpo. Além disso, acredita-se que um certo conjunto de genes para o RNA nuclear pequeno do cromossomo 15q desempenha um papel importante na patogênese da síndrome de Prader-Willi (uma combinação hereditária de retardo mental, baixa estatura, obesidade, hipotensão muscular).

  
  

8. A estrutura dos fosfolipídios. O papel dos fosfolipídios no metabolismo.

9. Estrutura e funções dos eicosanóides.

10. Estrutura e funções do colesterol.

13. O papel biológico dos macro e microelementos.

15. O papel do fosfopiridoxal no metabolismo

17. Função bioquímica da vitamina B12.

18. O papel biológico do ácido pantotênico (b5)

19. O papel biológico da riboflavina (b2)

20. O papel biológico da nicotinamida.

21. Funções bioquímicas do pirofosfato de tiamina.

22. Papel bioquímico da vitamina C.

23. Papel biológico do ácido tetrahidrofólico (THFK).

24. O papel biológico da vitamina d.

25. O papel biológico da vitamina a.

26. O papel biológico da vitamina e.

27. O papel biológico da vitamina K.

29. Estrutura e classificação de enzimas.

30. Inibição competitiva e não competitiva de enzimas.

31. Características da catálise biológica.

32. Classificação dos hormônios. O papel dos hormônios na regulação do metabolismo.

33. Hormônios adrenais e suas funções bioquímicas.

34. Hormônios hipofisários e seu papel biológico.

35. O papel biológico dos hormônios sexuais.

36. O papel biológico dos hormônios do córtex adrenal.

37. Papel biológico dos hormônios pancreáticos.

38. Hormônios da tireóide. Seu efeito sobre o metabolismo.

41. Papel bioquímico dos segundos mensageiros no metabolismo.

42. Compostos macroérgicos e seu papel no metabolismo.

43. Cadeia respiratória nas mitocôndrias.

44. Sequência de localização e estrutura dos transportadores de elétrons na cadeia respiratória.

45. O processo de fosforilação oxidativa, seu papel biológico.

47. Mecanismos de formação de radicais livres. Sistemas antioxidantes nas células.

49. Mecanismos bioquímicos de descarboxilação oxidativa do piruvato.

50. O mecanismo das reações e o papel biológico do ciclo de Krebs.

53. Gliconeogênese e seu papel biológico.

54. Via pentose fosfato de oxidação de carboidratos.

55. Características do metabolismo de carboidratos em ruminantes. Rotas de síntese de glicose em ruminantes.

62. Síntese de triacilglicerídeos e fosfolipídios.

63. Corpos cetônicos e seu papel no metabolismo.

64. Propriedades físico-químicas das proteínas. Estado isoelétrico e ponto isoelétrico de aminoácidos e proteínas.

65. Mecanismos bioquímicos de digestão de proteínas no trato gastrointestinal.

66. Mecanismos de reações de transaminação e desaminação de aminoácidos.

67. Descarboxilação de aminoácidos. Papel biológico dos produtos de descarboxilação.

69. Mecanismos biológicos de oxidação de nucleotídeos

70. A estrutura da molécula de DNA

71. Mecanismos bioquímicos de síntese diurna

72. Replicação e reparo.

73. Estrutura do RNA. tipos de ARN. Seu papel no metabolismo.

74. Mecanismos bioquímicos de síntese de RNA.

75. Mecanismos bioquímicos de síntese proteica.

73. Estrutura do RNA. tipos de ARN. Seu papel no metabolismo.

Ácido ribonucleico (RNA)é um biopolímero de fita simples, cujos monômeros são nucleotídeos.

O molde para a síntese de novas moléculas de RNA são as moléculas de ácido desoxirribonucleico (transcrição de RNA). Embora em alguns casos o processo inverso também seja possível (a formação de novo DNA no molde de RNA durante a replicação de alguns vírus). Outras moléculas de ácido ribonucleico (replicação de RNA) também podem servir como base para a biossíntese de RNA. Várias enzimas estão envolvidas na transcrição do RNA, que ocorre no núcleo da célula, sendo a mais significativa a RNA polimerase.

estrutura do RNA.

A molécula tem uma estrutura de fita simples. Polímero. Como resultado da interação dos nucleotídeos entre si, a molécula de RNA adquire uma estrutura secundária de várias formas (hélice, glóbulo, etc.). O monômero de RNA é um nucleotídeo (uma molécula que inclui uma base nitrogenada, um resíduo de ácido fosfórico e um açúcar (peptose)). O RNA é semelhante em estrutura a uma única fita de DNA. Nucleotídeos que compõem o RNA: guanina, adenina, citosina, uracila. Adenina e guanina são bases púricas, enquanto citosina e uracila são bases pirimídicas. Ao contrário da molécula de DNA, o componente carboidrato do ácido ribonucleico não é a desoxirribose, mas a ribose. A segunda diferença significativa na estrutura química do RNA do DNA é a ausência de um nucleotídeo como a timina na molécula de ácido ribonucleico. No RNA, é substituído por uracila.

As funções do RNA diferem dependendo do tipo de ácido ribonucleico.

1) RNA mensageiro (i-RNA).

Este biopolímero é por vezes referido como ARN mensageiro (ARNm). Este tipo de RNA está localizado tanto no núcleo quanto no citoplasma da célula. O objetivo principal é a transferência de informações sobre a estrutura da proteína do ácido desoxirribonucleico para os ribossomos, onde a molécula da proteína é montada. População relativamente pequena de moléculas de RNA, menos de 1% de todas as moléculas.

2) RNA ribossomal (r-RNA).

O tipo mais comum de RNA (cerca de 90% de todas as moléculas desse tipo na célula). O R-RNA está localizado nos ribossomos e é um molde para a síntese de moléculas de proteína. Tem as maiores dimensões em comparação com outros tipos de RNA. O peso molecular pode atingir 1,5 milhões de kDaltons ou mais.

3) RNA de transferência (t-RNA).

Localiza-se principalmente no citoplasma da célula. O objetivo principal é a implementação do transporte (transferência) de aminoácidos para o local da síntese de proteínas (em ribossomos). O RNA de transferência compõe até 10% de todas as moléculas de RNA localizadas na célula. Tem o menor tamanho em comparação com outras moléculas de RNA (até 100 nucleotídeos).

4) RNA menor (pequeno).

São moléculas de RNA, na maioria das vezes com baixo peso molecular, localizadas em várias partes da célula (membrana, citoplasma, organelas, núcleo, etc.). Seu papel não é totalmente compreendido. Foi comprovado que eles podem ajudar na maturação do RNA ribossômico, participar na transferência de proteínas através da membrana celular, promover a reduplicação de moléculas de DNA, etc.

5) Ribozimas.

Um tipo de RNA recentemente identificado que está ativamente envolvido nos processos enzimáticos da célula como uma enzima (catalisador).

6) RNA viral.

Qualquer vírus pode conter apenas um tipo de ácido nucleico: DNA ou RNA. Assim, os vírus que possuem uma molécula de RNA em sua composição são chamados de contendo RNA. Quando um vírus desse tipo entra em uma célula, pode ocorrer o processo de transcrição reversa (a formação de um novo DNA baseado no RNA), e o DNA do vírus recém-formado é integrado ao genoma da célula e garante a existência e reprodução do patógeno. A segunda variante do cenário é a formação de RNA complementar na matriz do RNA viral de entrada. Nesse caso, a formação de novas proteínas virais, a atividade vital e a reprodução do vírus ocorrem sem a participação do ácido desoxirribonucleico, apenas com base na informação genética registrada no RNA viral.

A biologia molecular é um dos ramos mais importantes das ciências biológicas e envolve um estudo detalhado das células dos organismos vivos e seus componentes. O escopo de sua pesquisa inclui muitos processos vitais, como nascimento, respiração, crescimento, morte.


A descoberta inestimável da biologia molecular foi a decifração do código genético dos seres superiores e a determinação da capacidade da célula de armazenar e transmitir informações genéticas. O papel principal nesses processos pertence aos ácidos nucleicos, que se distinguem na natureza por dois tipos - DNA e RNA. O que são essas macromoléculas? De que são feitos e que funções biológicas desempenham?

O que é ADN?

DNA significa ácido desoxirribonucleico. É uma das três macromoléculas da célula (as outras duas são proteínas e ácido ribonucleico), que garante a preservação e transmissão do código genético para o desenvolvimento e atividade dos organismos. Simplificando, o DNA é o portador da informação genética. Ele contém o genótipo de um indivíduo, que tem a capacidade de se reproduzir e transmite informações por herança.

Como substância química, o ácido foi isolado das células já na década de 1860, mas até meados do século 20, ninguém supunha que fosse capaz de armazenar e transmitir informações.


Por muito tempo acreditou-se que essas funções fossem desempenhadas por proteínas, mas em 1953 um grupo de biólogos conseguiu ampliar significativamente a compreensão da essência da molécula e comprovar o papel primordial do DNA na preservação e transmissão do genótipo. A descoberta foi a descoberta do século, e os cientistas receberam o Prêmio Nobel por seu trabalho.

Do que é feito o DNA?

O DNA é a maior das moléculas biológicas e consiste em quatro nucleotídeos, consistindo em um resíduo de ácido fosfórico. Estruturalmente, o ácido é bastante complexo. Seus nucleotídeos são interconectados por longas cadeias, que são combinadas em pares em estruturas secundárias - hélices duplas.

O DNA tende a ser danificado por radiação ou várias substâncias oxidantes, devido às quais ocorre um processo de mutação na molécula. O funcionamento de um ácido depende diretamente de sua interação com outra molécula - proteínas. Interagindo com eles na célula, forma a substância cromatina, dentro da qual a informação é realizada.

O que é ARN?

O RNA é um ácido ribonucleico contendo bases nitrogenadas e resíduos de ácido fosfórico.


Há uma hipótese de que seja a primeira molécula que adquiriu a capacidade de se auto-reproduzir na era da formação do nosso planeta - em sistemas pré-biológicos. O RNA ainda está incluído nos genomas de vírus individuais, desempenhando neles o papel que o DNA desempenha nos seres superiores.

O ácido ribonucleico consiste em 4 nucleotídeos, mas em vez de uma dupla hélice, como no DNA, suas cadeias são conectadas por uma única curva. Os nucleotídeos contêm ribose, que está ativamente envolvida no metabolismo. Dependendo da capacidade de codificar uma proteína, o RNA é dividido em matriz e não codificante.

O primeiro atua como uma espécie de intermediário na transferência de informações codificadas para os ribossomos. Este último não pode codificar proteínas, mas tem outras capacidades - tradução e ligação de moléculas.

Como o DNA é diferente do RNA?

Em sua composição química, os ácidos são muito semelhantes entre si. Ambos são polímeros lineares e são um N-glicosídeo criado a partir de resíduos de açúcar de cinco carbonos. A diferença entre eles é que o resíduo de açúcar do RNA é a ribose, um monossacarídeo do grupo pentose, que é facilmente solúvel em água. O resíduo de açúcar do DNA é a desoxirribose, ou um derivado da ribose, que tem uma estrutura ligeiramente diferente.


Ao contrário da ribose, que forma um anel de 4 átomos de carbono e 1 átomo de oxigênio, na desoxirribose o segundo átomo de carbono é substituído por hidrogênio. Outra diferença entre DNA e RNA é seu tamanho - maior. Além disso, entre os quatro nucleotídeos que compõem o DNA, um é uma base nitrogenada chamada timina, enquanto no RNA, em vez de timina, está presente sua variante, uracila.

O RNA, como o DNA, é um polinucleotídeo. A estrutura dos nucleotídeos de RNA com a do DNA, mas existem as seguintes diferenças:

• Em vez de desoxirribose, os nucleotídeos de RNA contêm um açúcar de cinco carbonos, a ribose;
• Em vez da base nitrogenada da timina, uracila;
• A molécula de RNA é geralmente representada por uma cadeia (em alguns vírus, duas);

Existem nas células três tipos de ARN: informacional, de transporte e ribossomal.

Informativo O RNA (i-RNA) é uma cópia de uma determinada seção do DNA e atua como transportador da informação genética do DNA para o sítio de síntese proteica (ribossomo) e está diretamente envolvido na montagem de suas moléculas.

Transporte O RNA (tRNA) transporta aminoácidos do citoplasma para os ribossomos.

O RNA ribossômico (rRNA) faz parte dos ribossomos. Acredita-se que o r-RNA fornece uma certa relação espacial i-RNA e t-RNA.

O papel do RNA no processo de realização da informação hereditária.

As informações hereditárias, escritas usando o código genético, são armazenadas nas moléculas de DNA e se multiplicam para fornecer às células recém-formadas as "instruções" necessárias para seu desenvolvimento e funcionamento normais. Ao mesmo tempo, o DNA não participa diretamente do suporte de vida das células. O papel de um intermediário, cuja função é traduzir a informação hereditária armazenada no DNA em uma forma funcional, é desempenhado por ácidos ribonucleicos - RNA.

Ao contrário das moléculas de DNA, os ácidos ribonucleicos são representados por uma cadeia polinucleotídica, que consiste em quatro tipos de nucleotídeos contendo açúcar, ribose, fosfato e uma das quatro bases nitrogenadas - adenina, guanina, uracila ou citosina. O RNA é sintetizado em moléculas de DNA usando enzimas RNA polimerase em conformidade com o princípio de complementaridade e antiparalelismo, e o uracil é complementar ao DNA adenina no RNA. Toda a variedade de RNAs que atuam na célula pode ser dividida em três tipos principais: mRNA, tRNA, rRNA.

De acordo com a organização química do material de hereditariedade e variabilidade, as células eucarióticas e procarióticas não diferem fundamentalmente umas das outras. Seu material genético é representado pelo DNA. Comum a eles é o princípio de registro da informação genética, assim como o código genético. Os mesmos aminoácidos são criptografados em pró e eucariotos com os mesmos códons. Em princípio, o uso de informações hereditárias armazenadas no DNA é realizado da mesma forma nesses tipos de células. Primeiro, ela é transcrita na sequência de nucleotídeos da molécula de mRNA e depois traduzida na sequência de aminoácidos do peptídeo nos ribossomos com a participação do tRNA. No entanto, algumas características da organização do material hereditário, que distinguem as células eucarióticas das procarióticas, causam diferenças no uso de suas informações genéticas.

O material hereditário de uma célula procariótica está contido principalmente em uma única molécula de DNA circular. Ele está localizado diretamente no citoplasma da célula, onde também existem tRNAs e enzimas necessárias para a expressão gênica, alguns dos quais estão contidos nos ribossomos. Os genes procarióticos consistem inteiramente em sequências de nucleotídeos codificantes que são realizadas durante a síntese de proteínas, tRNA ou rRNA.

O material hereditário dos eucariotos é maior em volume do que o dos procariontes. Está localizado principalmente em estruturas nucleares especiais - cromossomos que são separados do citoplasma pelo envoltório nuclear. O aparato necessário para a síntese de proteínas, composto por ribossomos, tRNA, um conjunto de aminoácidos e enzimas, está localizado no citoplasma da célula.

Existem diferenças significativas na organização molecular dos genes em células eucarióticas. A maioria deles tem sequências de codificação exons interrompido íntron sítios que não são usados ​​na síntese de t-RNA, r-RNA ou peptídeos. O número dessas regiões varia em diferentes genes, essas regiões são removidas do RNA primário transcrito e, portanto, o uso da informação genética em uma célula eucariótica ocorre de maneira um pouco diferente. Em uma célula procariótica, onde o material hereditário e o aparato para a biossíntese de proteínas não estão espacialmente separados, a transcrição e a tradução ocorrem quase simultaneamente. Em uma célula eucariótica, esses dois estágios não são apenas espacialmente separados pelo envelope nuclear, mas também são separados no tempo pelos processos de maturação do mRNA, dos quais sequências não informativas devem ser removidas.

Além dessas diferenças em cada estágio da expressão da informação genética, algumas características do curso desses processos em pró e eucariotos podem ser notadas.