Vrijeme u kojem živimo obilježeno je nevjerojatnim promjenama, ogromnim napretkom, kada ljudi dobivaju odgovore na sve više novih pitanja. Život se ubrzano kreće naprijed, a ono što se donedavno činilo nemogućim počinje se ostvarivati. Sasvim je moguće da će ono što se danas čini zapletom iz žanra znanstvene fantastike uskoro dobiti i obilježja stvarnosti.
Jedno od najvažnijih otkrića u drugoj polovici dvadesetog stoljeća bile su nukleinske kiseline RNA i DNK, zahvaljujući kojima se čovjek približio razotkrivanju misterija prirode.
Nukleinske kiseline
Nukleinske kiseline su organski spojevi s makromolekularnim svojstvima. Sastoje se od vodika, ugljika, dušika i fosfora.
Otkrio ih je 1869. F. Miescher, koji je pregledao gnoj. Međutim, u to vrijeme njegovom otkriću nije se pridavala velika važnost. Tek kasnije, kada su te kiseline pronađene u svim životinjskim i biljnim stanicama, došlo je do razumijevanja njihove ogromne uloge.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: RNA i DNK (ribonukleinska i deoksiribonukleinskakiseline). Ovaj članak govori o ribonukleinskoj kiselini, ali radi općeg razumijevanja, razmotrimo i što je DNK.
Što je deoksiribonukleinska kiselina?
DNA je nukleinska kiselina koja se sastoji od dva lanca koji su povezani prema zakonu komplementarnosti vodikovim vezama dušičnih baza. Dugi lanci su uvijeni u spiralu, jedan zavoj sadrži gotovo deset nukleotida. Promjer dvostruke spirale je dva milimetra, udaljenost između nukleotida je oko pola nanometra. Duljina jedne molekule ponekad doseže nekoliko centimetara. Duljina DNK jezgre ljudske stanice je gotovo dva metra.
Struktura DNK sadrži sve genetske informacije. DNK ima replikaciju, što znači proces tijekom kojeg se iz jedne molekule formiraju dvije apsolutno identične kćeri molekule.
Kao što je već napomenuto, lanac se sastoji od nukleotida, koji se sastoje od dušičnih baza (adenin, gvanin, timin i citozin) i ostataka fosforne kiseline. Svi nukleotidi se razlikuju po dušičnim bazama. Vodikova veza ne nastaje između svih baza; adenin, na primjer, može se kombinirati samo s timinom ili gvaninom. Dakle, adenil nukleotida u tijelu ima onoliko koliko i timidil nukleotida, a broj guanil nukleotida jednak je citidil nukleotida (Chargaffovo pravilo). Ispada da slijed jednog lanca unaprijed određuje slijed drugog, a čini se da lanci zrcali jedan drugoga. Takav uzorak, gdje su nukleotidi dvaju lanaca raspoređeni na uredan način, a također su povezani selektivno, naziva seprincip komplementarnosti. Osim vodikovih spojeva, dvostruka spirala također djeluje hidrofobno.
Dva lanca su u suprotnim smjerovima, odnosno nalaze se u suprotnim smjerovima. Stoga, nasuprot trostrukom kraju jednog je petokraj drugog lanca.
Izvana, molekula DNK nalikuje spiralnom stubištu, čija je ograda šećerno-fosfatna okosnica, a stepenice su komplementarne dušične baze.
Što je ribonukleinska kiselina?
RNA je nukleinska kiselina s monomerima zvanim ribonukleotidi.
Po kemijskim svojstvima, vrlo je sličan DNK, budući da su oba polimeri nukleotida, koji su fosforilirani N-glikozid, koji je izgrađen na ostatku pentoze (šećera s pet ugljika), s fosfatnom skupinom na peti atom ugljika i dušikova baza na prvom atomu ugljika.
To je jedan polinukleotidni lanac (osim virusa), koji je mnogo kraći od onog u DNK.
Jedan RNA monomer su ostaci sljedećih tvari:
- baze dušika;
- monosaharid s pet ugljika;
- fosforne kiseline.
RNA imaju pirimidinsku (uracil i citozin) i purinsku (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid nukleotida RNA.
Razlike između RNA i DNK
Nukleinske kiseline se razlikuju jedna od druge na sljedeće načine:
- njegova količina u stanici ovisi o fiziološkom stanju, dobi i pripadnosti organa;
- DNK sadrži ugljikohidratedeoksiriboza i RNA - riboza;
- Dušična baza u DNK je timin, au RNA je uracil;
- klase obavljaju različite funkcije, ali se sintetiziraju na DNK matrici;
- DNK je dvostruka spirala, RNA je jednolančana;
- nije tipično za njezina pravila DNK Chargaffa;
- RNA ima više manjih baza;
- lanci se značajno razlikuju po dužini.
Povijest studija
RNK stanicu prvi je otkrio njemački biokemičar R. Altman dok je proučavao stanice kvasca. Sredinom dvadesetog stoljeća dokazana je uloga DNK u genetici. Tek tada su opisani tipovi RNA, funkcije i tako dalje. Do 80-90% mase u stanici otpada na rRNA, koja zajedno s proteinima tvori ribosom i sudjeluje u biosintezi proteina.
Šezdesetih godina prošlog stoljeća prvi put je sugerirano da mora postojati određena vrsta koja nosi genetske informacije za sintezu proteina. Nakon toga je znanstveno utvrđeno da postoje takve informacijske ribonukleinske kiseline koje predstavljaju komplementarne kopije gena. Nazivaju se i RNA za glasnike.
Takozvane transportne kiseline sudjeluju u dekodiranju informacija zapisanih u njima.
Kasnije su se počele razvijati metode za identifikaciju slijeda nukleotida i uspostavljanje strukture RNA u kiselom prostoru. Tako je otkriveno da neki od njih, koji su se zvali ribozimi, mogu cijepati poliribonukleotidne lance. Kao rezultat toga, počelo se pretpostavljati da je u vrijeme kada se na planeti pojavio život,RNA je radila bez DNK i proteina. Štoviše, sve transformacije napravljene su uz njezino sudjelovanje.
Struktura molekule ribonukleinske kiseline
Gotovo sve RNA su jednostruki lanci polinukleotida, koji se pak sastoje od monoribonukleotida - purinskih i pirimidinskih baza.
Nukleotidi su označeni početnim slovima baza:
- adenin (A), A;
- guanin (G), G;
- citozin (C), C;
- uracil (U), U.
Povezani su tro- i pet-fosfodiesterskim vezama.
Najrazličitiji broj nukleotida (od nekoliko desetaka do desetaka tisuća) uključen je u strukturu RNA. Mogu formirati sekundarnu strukturu koja se sastoji uglavnom od kratkih dvolančanih niti koje su formirane komplementarnim bazama.
Struktura molekule ribnukleinske kiseline
Kao što je već spomenuto, molekula ima jednolančanu strukturu. RNA dobiva svoju sekundarnu strukturu i oblik kao rezultat međusobnog međudjelovanja nukleotida. To je polimer čiji je monomer nukleotid koji se sastoji od šećera, ostatka fosforne kiseline i dušične baze. Izvana, molekula je slična jednom od lanaca DNK. Nukleotidi adenin i guanin, koji su dio RNK, su purini. Citozin i uracil su pirimidinske baze.
Proces sinteze
Za molekulu RNA koju treba sintetizirati, predložak je molekula DNA. Istina, događa se i obrnuti proces, kada se na matrici ribonukleinske kiseline formiraju nove molekule deoksiribonukleinske kiseline. Takavjavlja se tijekom replikacije određenih vrsta virusa.
Osnova za biosintezu mogu poslužiti i druge molekule ribonukleinske kiseline. Njegova transkripcija, koja se događa u jezgri stanice, uključuje mnoge enzime, ali najznačajniji od njih je RNA polimeraza.
Pregledi
Ovisno o vrsti RNA, njezine se funkcije također razlikuju. Postoji nekoliko vrsta:
- informativna i-RNA;
- ribosomalna rRNA;
- transport t-RNA;
- manji;
- ribozymes;
- virusno.
Informativna ribonukleinska kiselina
Takve molekule se također nazivaju matričnim. Oni čine oko dva posto ukupnog broja u ćeliji. U eukariotskim stanicama sintetiziraju se u jezgrama na DNA predlošcima, zatim prelaze u citoplazmu i vežu se na ribosome. Nadalje, oni postaju šabloni za sintezu proteina: pridružuju im se prijenosne RNA koje nose aminokiseline. Tako se odvija proces transformacije informacija, koji se ostvaruje u jedinstvenoj strukturi proteina. U nekim virusnim RNA je također kromosom.
Jacob i Mano su otkrivači ove vrste. Nema krutu strukturu, njegov lanac tvori zakrivljene petlje. Ne radi, i-RNA se skuplja u nabore i savija u lopticu, te se odvija u radnom stanju.
i-RNA nosi informacije o slijedu aminokiselina u proteinu koji se sintetizira. Svaka aminokiselina je kodirana na određenom mjestu pomoću genetskih kodova koji su:
- trostrukost - od četiri mononukleotida moguće je izgraditi šezdeset četiri kodona (genetski kod);
- bez križanja - informacije se kreću u jednom smjeru;
- kontinuitet - princip rada je da je jedna mRNA jedan protein;
- univerzalnost - jedna ili druga vrsta aminokiselina je kodirana u svim živim organizmima na isti način;
- degeneracija - poznato je dvadeset aminokiselina i šezdeset jedan kodon, odnosno kodirani su s nekoliko genetskih kodova.
ribosomalna ribonukleinska kiselina
Takve molekule čine veliku većinu stanične RNA, odnosno osamdeset do devedeset posto ukupnog broja. Kombiniraju se s proteinima i formiraju ribosome - to su organele koje vrše sintezu proteina.
Ribosomi su šezdeset pet posto rRNA i trideset pet posto proteina. Ovaj polinukleotidni lanac lako se savija zajedno s proteinom.
Ribosom se sastoji od aminokiselinskih i peptidnih regija. Nalaze se na kontaktnim površinama.
Ribosomi se slobodno kreću u stanici, sintetizirajući proteine na pravim mjestima. Oni nisu baš specifični i ne samo da mogu čitati informacije iz mRNA, već i formirati matricu s njima.
Transport ribonukleinske kiseline
t-RNA je najviše proučavana. Oni čine deset posto stanične ribonukleinske kiseline. Ove vrste RNA vežu se na aminokiseline zahvaljujući posebnom enzimu i dostavljaju se ribosomima. Istodobno, aminokiseline se transportirajumolekule. Međutim, događa se da različiti kodoni kodiraju aminokiselinu. Tada će ih nositi nekoliko transportnih RNA.
Svija se u klupko kada je neaktivna, ali funkcionira kao list djeteline.
U njemu se razlikuju sljedeći odjeljci:
- prihvatljiva stabljika koja ima nukleotidni slijed ACC;
- mjesto za pričvršćivanje na ribosom;
- antikodon koji kodira aminokiselinu vezanu za ovu tRNA.
Manje vrste ribonukleinske kiseline
Nedavno su RNA vrste nadopunjene novom klasom, takozvanom malom RNA. Oni su najvjerojatnije univerzalni regulatori koji uključuju ili isključuju gene u embrionalnom razvoju, kao i kontroliraju procese unutar stanica.
Ribozimi su također nedavno identificirani, oni su aktivno uključeni kada se RNA kiselina fermentira, djelujući kao katalizator.
Virusne vrste kiselina
Virus može sadržavati ribonukleinsku kiselinu ili deoksiribonukleinsku kiselinu. Stoga se s odgovarajućim molekulama nazivaju RNA-sadržećima. Kada takav virus uđe u stanicu, dolazi do reverzne transkripcije – pojavljuje se nova DNK na bazi ribonukleinske kiseline, koja se integrira u stanice, osiguravajući postojanje i reprodukciju virusa. U drugom slučaju dolazi do stvaranja komplementarne RNA na dolaznoj RNA. Virusi su proteini, vitalna aktivnost i reprodukcija odvijaju se bez DNK, ali samo na temelju informacija sadržanih u RNA virusa.
Replikacija
Kako bi se poboljšalo zajedničko razumijevanje, potrebno jeRazmotrimo proces replikacije koji proizvodi dvije identične molekule nukleinske kiseline. Ovako počinje dioba stanica.
Uključuje DNA polimeraze, DNK ovisne, RNA polimeraze i DNA ligaze.
Proces replikacije sastoji se od sljedećih koraka:
- despiralizacija - dolazi do uzastopnog odmotavanja majčine DNK, hvatanja cijele molekule;
- razbijanje vodikovih veza, u kojem se lanci razilaze i pojavljuje se replikacijska vilica;
- prilagodba dNTP-a na oslobođene baze roditeljskih lanaca;
- cijepanje pirofosfata od dNTP molekula i stvaranje fosforodiesterskih veza zbog oslobođene energije;
- respiralizacija.
Nakon formiranja kćerke molekule, jezgra, citoplazma i ostalo se dijele. Tako nastaju dvije stanice kćeri koje su u potpunosti primile sve genetske informacije.
Osim toga, kodirana je primarna struktura proteina koji se sintetiziraju u stanici. DNK u ovom procesu sudjeluje neizravno, a ne izravno, što se sastoji u tome da se na DNK odvija sinteza proteina, RNA koja je uključena u formiranje. Taj se proces naziva transkripcija.
Transkripcija
Sinteza svih molekula događa se tijekom transkripcije, odnosno ponovnog pisanja genetskih informacija iz specifičnog DNK operona. Proces je na neki način sličan replikaciji, a na druge vrlo različit.
Sličnosti su sljedeći dijelovi:
- počinje s despiralizacijom DNK;
- dolazi do rupture vodikaveze između baza lanaca;
- NTF-ovi komplementarni s njima;
- formiraju se vodikove veze.
Razlike od replikacije:
- tijekom transkripcije odmotava se samo dio DNK koji odgovara transkripciji, dok se tijekom replikacije cijela molekula ne uvija;
- kada se transkribiraju, podesivi NTF-ovi sadrže ribozu i uracil umjesto timina;
- informacije se otpisuju samo s određenog područja;
- nakon formiranja molekule, vodikove veze i sintetizirani lanac se prekidaju, a lanac sklizne s DNK.
Za normalno funkcioniranje, primarna struktura RNA trebala bi se sastojati samo od dijelova DNK kopiranih iz egzona.
Proces sazrijevanja počinje u novoformiranoj RNA. Tihe regije se izrezuju, a informativne regije se spajaju u polinukleotidni lanac. Nadalje, svaka vrsta ima svoje transformacije.
U i-RNA dolazi do vezivanja za početni kraj. Poliadenilat je vezan za konačno mjesto.
TRNA baze su modificirane da formiraju manje vrste.
U rRNA, pojedinačne baze su također metilirane.
Štiti proteine od uništenja i poboljšati transport do citoplazme. Zrela RNA se veže za njih.
Važnost deoksiribonukleinskih i ribonukleinskih kiselina
Nukleinske kiseline su od velike važnosti u životu organizama. U njima se pohranjuje, prenosi u citoplazmu i nasljeđuje stanice kćeriinformacije o proteinima sintetiziranim u svakoj stanici. Prisutni su u svim živim organizmima, stabilnost ovih kiselina igra važnu ulogu za normalno funkcioniranje i stanica i cijelog organizma. Svaka promjena u njihovoj strukturi dovest će do staničnih promjena.
