Molekularna biologija bavi se proučavanjem strukture i funkcija molekula organskih tvari koje čine žive stanice biljaka, životinja i ljudi. Posebno mjesto među njima ima skupina spojeva zvanih nukleinske (nuklearne) kiseline.
Postoje dvije vrste: deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina. Potonji ima nekoliko modifikacija: i-RNA, t-RNA i r-RNA, koje se razlikuju po svojim funkcijama i položaju u stanici. Ovaj članak posvećen je proučavanju sljedećih pitanja: gdje se rRNA sintetizira u prokariotskim i eukariotskim stanicama, koja je njezina struktura i značaj.
Povijesna pozadina
Prvi znanstveni spomen ribosomske kiseline nalazi se u studijama R. Weinberga i S. Penmana 60-ih godina XX. stoljeća, koji su opisali kratke polinukleotidne molekule povezane s ribonukleinskim kiselinama, ali se razlikuju po prostornoj strukturi i koeficijent sedimentacije iz informacijske i transportne RNA. Najčešće, njihove molekulenalazi u nukleolu, kao i u staničnim organelama - ribosomima odgovornim za sintezu staničnog proteina. Zvali su se ribosomalne (ribosomalne ribonukleinske kiseline).
RNA karakteristika
Ribonukleinska kiselina je, kao i DNK, polimer čiji su monomeri nukleotidi 4 vrste: adenin, guanin, uracil i citidin, povezani fosfodiesterskim vezama u dugačke jednolančane molekule, uvijene u obliku spiralni ili imaju složenije konformacije. Tu su i dvolančane ribosomske ribonukleinske kiseline koje se nalaze u virusima koji sadrže RNA i dupliciraju funkcije DNK: očuvanje i prijenos nasljednih osobina.
Tri vrste kiselina su najčešće u stanici, a to su: matrična, odnosno informacijska, RNA, transportna ribosomalna ribonukleinska kiselina, na koju su vezane aminokiseline, kao i ribosomska kiselina, koja se nalazi u jezgrici i stanici citoplazma.
Ribosomalna RNA čini oko 80% ukupne količine ribonukleinskih kiselina u stanici i 60% mase ribosoma, organoida koji sintetizira stanični protein. Sve gore navedene vrste sintetiziraju se (transkribiraju) u određenim dijelovima DNK, zvanim RNA geni. U procesu sinteze sudjeluju molekule posebnog enzima, RNA polimeraze. Mjesto u stanici gdje se sintetizira rRNA je nukleolus, smješten u karioplazmijezgre.
Nucleolus, njegova uloga u sintezi
U životu stanice, zvanom stanični ciklus, postoji razdoblje između njezinih podjela - interfaza. U ovom trenutku, u staničnoj jezgri jasno su vidljiva gusta tijela zrnaste strukture, nazvana nukleoli, koja su nezamjenjiva komponenta i biljnih i životinjskih stanica.
U molekularnoj biologiji ustanovljeno je da su jezgre organele u kojima se sintetizira rRNA. Daljnja istraživanja citologa dovela su do otkrića dijelova stanične DNK, u kojima su pronađeni geni odgovorni za strukturu i sintezu ribosomskih kiselina. Zvali su ih nukleolarni organizator.
Nuklearni organizator
Do 60-ih godina XX stoljeća u biologiji je postojalo mišljenje da nukleolarni organizator, koji se nalazi na mjestu sekundarne konstrikcije u 13., 14., 15., 21. i 22. paru kromosoma, ima oblik jednog mjesta. Znanstvenici uključeni u proučavanje kromosomskih oštećenja, nazvanih aberacije, otkrili su da u trenutku loma kromosoma na mjestu sekundarne konstrikcije dolazi do stvaranja jezgrica na svakom njegovom dijelu.
Dakle, možemo ustvrditi sljedeće: nukleolarni organizator se ne sastoji od jednog, već od nekoliko lokusa (gena) odgovornih za formiranje nukleola. U njemu se sintetiziraju ribosomske ribonukleinske kiseline rRNA koje tvore podjedinice staničnih organela koje sintetiziraju proteine - ribosome.
Što su ribosomi?
Kao što je ranije spomenuto, sve tri glavne vrsteRNA postoji u stanici, gdje se sintetizira na određenim mjestima - DNK geni. Ribosomska RNA nastala kao rezultat transkripcije tvori komplekse s proteinima - ribonukleoproteinima, od kojih nastaju sastavni dijelovi buduće organele, tzv. podjedinice. Kroz pore u nuklearnoj membrani prolaze u citoplazmu i formiraju u njoj kombinirane strukture, koje također uključuju molekule i-RNA i t-RNA, nazvane polisomi.
Sami ribosomi mogu se odvojiti pod djelovanjem kalcijevih iona i postojati odvojeno kao podjedinice. Obrnuti proces događa se u odjeljcima stanične citoplazme, gdje se odvijaju procesi translacije – sastavljanje molekula staničnih proteina. Što je stanica aktivnija, to su metabolički procesi u njoj intenzivniji, sadrži više ribosoma. Na primjer, stanice crvene koštane srži, hepatociti kralježnjaka i ljudi karakteriziraju se velikim brojem ovih organela u citoplazmi.
Kako su kodirani rRNA geni?
Na temelju gore navedenog, struktura, tipovi i funkcioniranje rRNA gena ovise o nukleolarnim organizatorima. Sadrže lokuse koji sadrže gene koji kodiraju ribosomalnu RNA. O. Miller, provodeći istraživanje oogeneze u stanicama trimota, ustanovio je mehanizam funkcioniranja ovih gena. Iz njih su sintetizirane kopije rRNA (tzv. primarni transkriptanti) koje sadrže oko 13x103 nukleotida i imaju koeficijent sedimentacije od 45 S. Zatim je ovaj lanac prošao proces sazrijevanja, koji je završio formiranjem trirRNA molekule s koeficijentima sedimentacije 5, 8 S, 28 S i 18 S.
Mehanizam stvaranja rRNA
Vratimo se eksperimentima Millera, koji je istraživao sintezu ribosomske RNA i dokazao da nukleolarna DNK služi kao šablon (matrica) za stvaranje rRNA - transkriptanta. Također je ustanovio da broj nezrelih ribosomskih kiselina (pre-r-RNA) koje nastaju ovisi o broju molekula enzima RNA polimeraze. Tada dolazi do njihovog sazrijevanja (obrade) i molekule rRNA se odmah počinju vezati za peptide, što rezultira stvaranjem ribonukleoproteina, građevnog materijala ribosoma.
Obilježja ribosomskih kiselina u eukariotskim stanicama
Imajući iste principe strukture i zajedničke funkcionalne mehanizme, ribosomi prokariotskih i nuklearnih organizama još uvijek imaju citomolekularne razlike. Kako bi saznali, znanstvenici su koristili istraživačku metodu nazvanu analiza difrakcije rendgenskih zraka. Utvrđeno je da je veličina eukariotskog ribosoma, a time i rRNA uključene u njega, veća, a koeficijent sedimentacije je 80 S. Organela koja gubi ione magnezija može se podijeliti u dvije podjedinice s pokazateljima 60 S i 40 S. Mala čestica sadrži jednu molekulu kiseline, a velika - tri, odnosno nuklearne stanice sadrže ribosome koji se sastoje od 4 polinukleotidna spirala kiseline sljedećih karakteristika: 28 S RNA - 5 tisuća nukleotida, 18 S - 2 tisuće 5 S - 120 nukleotida, 5, 8 S - 160. Mjesto gdje se rRNA sintetizira u eukariotskim stanicama je nukleolus, smješten u karioplazmi jezgre.
ribosomalna RNA prokariota
Za razliku od r-RNA,ulazeći u nuklearne stanice, ribosomske ribonukleinske kiseline bakterija se transkribiraju u zbijenom području citoplazme koje sadrži DNA i naziva se nukleoid. Sadrži rRNA gene. Transkripcija, čija se opća karakteristika može predstaviti kao proces prepisivanja informacija iz rRNA gena DNA u nukleotidni slijed ribosomske ribonukleinske kiseline, uzimajući u obzir pravilo komplementarnosti genetskog koda: adenin nukleoitid odgovara uracilu, a guanin na citozin.
R-RNA bakterije imaju nižu molekularnu težinu i manju veličinu od nuklearnih stanica. Njihov koeficijent sedimentacije je 70 S, a dvije podjedinice imaju vrijednosti 50 S i 30 S. Manja čestica sadrži jednu rRNA molekulu, a veća dvije.
Uloga ribonukleinske kiseline u procesu prevođenja
Glavna funkcija r-RNA je osigurati proces biosinteze staničnog proteina - translacije. Provodi se samo u prisutnosti ribosoma koji sadrže r-RNA. Kombinirajući se u skupine, vežu se na informacijsku molekulu DNK, tvoreći polisom. Molekule transportne ribosomske ribonukleinske kiseline, noseći aminokiseline, koje se, jednom u polisomu, vežu jedna na drugu peptidnim vezama, tvore polimer – protein. To je najvažniji organski spoj stanice, koji obavlja mnoge važne funkcije: izgradnju, transport, energiju, enzimsku, zaštitnu i signalnu.
Ovaj članak ispitao je karakteristike, strukturu i opis ribosomskih nukleinskih kiselina, koje suorganski biopolimeri biljnih, životinjskih i ljudskih stanica.
