زمانی که ما در آن زندگی می کنیم با تغییرات شگفت انگیز، پیشرفت عظیم مشخص شده است، زمانی که مردم به سوالات جدید و بیشتر پاسخ می گیرند. زندگی به سرعت در حال پیشرفت است و آنچه تا همین اواخر غیرممکن به نظر می رسید در حال تحقق است. این کاملاً امکان پذیر است که آنچه امروز به نظر می رسد طرحی از ژانر علمی تخیلی است، به زودی ویژگی های واقعیت را نیز به دست آورد.
یکی از مهمترین اکتشافات در نیمه دوم قرن بیستم اسیدهای نوکلئیک RNA و DNA بود که به لطف آنها انسان به کشف اسرار طبیعت نزدیک شد.
اسیدهای نوکلئیک
اسیدهای نوکلئیک ترکیبات آلی با خواص ماکرومولکولی هستند. آنها از هیدروژن، کربن، نیتروژن و فسفر تشکیل شده اند.
آنها در سال 1869 توسط F. Miescher، که چرک را بررسی کرد، کشف شدند. با این حال، در آن زمان به کشف او اهمیت زیادی داده نشد. تنها بعداً، زمانی که این اسیدها در تمام سلول‌های حیوانی و گیاهی یافت شدند، نقش عظیم آنها درک شد.
دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد: RNA و DNA (ریبونوکلئیک و دئوکسی ریبونوکلئیکاسیدها). این مقاله در مورد اسید ریبونوکلئیک است، اما برای درک کلی، بیایید DNA چیست را نیز در نظر بگیریم.
دئوکسی ریبونوکلئیک اسید چیست؟
DNA یک اسید نوکلئیک متشکل از دو رشته است که طبق قانون مکملیت توسط پیوندهای هیدروژنی بازهای نیتروژنی به هم متصل شده اند. زنجیرهای بلند به صورت مارپیچی پیچ خورده است، یک دور آن تقریباً ده نوکلئوتید دارد. قطر مارپیچ دوتایی دو میلی متر است، فاصله بین نوکلئوتیدها حدود نیم نانومتر است. طول یک مولکول گاهی به چند سانتی متر می رسد. طول DNA هسته سلول انسان تقریباً دو متر است.
ساختار DNA حاوی تمام اطلاعات ژنتیکی است. DNA همانندسازی دارد، به این معنی که طی آن دو مولکول دختر کاملاً یکسان از یک مولکول تشکیل می‌شوند.
همانطور که قبلاً اشاره شد، زنجیره از نوکلئوتیدها تشکیل شده است که به نوبه خود از بازهای نیتروژن دار (آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین) و یک باقیمانده اسید فسفر تشکیل شده است. همه نوکلئوتیدها در بازهای نیتروژنی متفاوت هستند. پیوند هیدروژنی بین همه پایه ها ایجاد نمی شود، برای مثال آدنین فقط با تیمین یا گوانین ترکیب می شود. بنابراین، به تعداد نوکلئوتیدهای تیمیدیل آدنیل در بدن وجود دارد و تعداد نوکلئوتیدهای گوانیل برابر با سیتیدیل نوکلئوتیدها است (قانون چارگاف). معلوم می‌شود که توالی یک زنجیره، توالی زنجیره دیگر را از پیش تعیین می‌کند و به نظر می‌رسد که زنجیره‌ها همدیگر را منعکس می‌کنند. چنین الگویی که در آن نوکلئوتیدهای دو زنجیره به صورت منظم چیده شده و همچنین به صورت انتخابی به هم متصل می شوند، نامیده می شود.اصل مکمل بودن علاوه بر ترکیبات هیدروژنی، مارپیچ دوگانه به صورت آبگریز نیز برهم کنش دارد.
دو زنجیره در جهت مخالف هستند، یعنی در جهت مخالف قرار دارند. بنابراین، در مقابل سه انتهای یکی، پنج انتهای زنجیره دیگر قرار دارد.
از نظر ظاهری، مولکول DNA شبیه یک پلکان مارپیچ است که نرده آن یک ستون فقرات قندی فسفات است و پله ها پایه های نیتروژن مکمل هستند.
ریبونوکلئیک اسید چیست؟
RNA یک اسید نوکلئیک با مونومرهایی به نام ریبونوکلئوتید است.
از نظر خواص شیمیایی، بسیار شبیه به DNA است، زیرا هر دو پلیمرهای نوکلئوتیدهایی هستند که یک N-گلیکوزید فسفریله شده هستند که بر روی یک باقیمانده پنتوز (قند پنج کربنی) ساخته شده است و یک گروه فسفات روی آن قرار دارد. پنجمین اتم کربن و یک پایه نیتروژن در اولین اتم کربن.
این یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی منفرد است (به جز ویروس ها) که بسیار کوتاهتر از DNA است.
یک مونومر RNA بقایای مواد زیر است:
- بازهای نیتروژن؛
- مونوساکارید پنج کربنی؛
- اسیدهای فسفر.
RNA های
دارای پایه های پیریمیدین (اوراسیل و سیتوزین) و پورین (آدنین، گوانین) هستند. ریبوز مونوساکارید نوکلئوتید RNA است.
تفاوت بین RNA و DNA
اسیدهای نوکلئیک به روش های زیر با یکدیگر متفاوت هستند:
- مقدار آن در یک سلول به وضعیت فیزیولوژیکی، سن و وابستگی اندام بستگی دارد.
- DNA حاوی کربوهیدرات استدئوکسی ریبوز و RNA - ریبوز؛
- باز نیتروژنی در DNA تیمین و در RNA اوراسیل است؛
- عملکردهای مختلفی را انجام می دهند، اما روی ماتریس DNA سنتز می شوند؛
- DNA مارپیچ دوگانه است، RNA تک رشته ای است؛
- برای قوانین Chargaff DNA او معمول نیست؛
- RNA بازهای جزئی بیشتری دارد؛
- زنجیر به طور قابل توجهی متفاوت است.
کلاس های
طول
سابقه مطالعه
سلول RNA اولین بار توسط بیوشیمیدان آلمانی R. Altman در حین مطالعه سلول های مخمر کشف شد. در اواسط قرن بیستم، نقش DNA در ژنتیک به اثبات رسید. تنها پس از آن انواع RNA، توابع، و غیره شرح داده شد. تا 80 تا 90 درصد از جرم در سلول روی rRNA می افتد که همراه با پروتئین ها ریبوزوم را تشکیل می دهند و در بیوسنتز پروتئین شرکت می کنند.
در دهه شصت قرن گذشته، برای اولین بار پیشنهاد شد که باید گونه خاصی وجود داشته باشد که حامل اطلاعات ژنتیکی برای سنتز پروتئین باشد. پس از آن، از نظر علمی ثابت شد که چنین اسیدهای ریبونوکلئیک اطلاعاتی وجود دارند که نسخه‌های مکمل ژن‌ها را نشان می‌دهند. به آنها RNA های پیام رسان نیز می گویند.
اسیدهای به اصطلاح انتقال در رمزگشایی اطلاعات ثبت شده در آنها نقش دارند.
بعدها، روش هایی برای شناسایی توالی نوکلئوتیدها و ایجاد ساختار RNA در فضای اسیدی شروع شد. بنابراین مشخص شد که برخی از آنها که ریبوزیم نامیده می شوند، می توانند زنجیره های پلی ریبونوکلئوتیدی را بشکنند. در نتیجه، این فرض آغاز شد که در زمانی که حیات در این سیاره در حال ظهور بود،RNA بدون DNA و پروتئین کار می کرد. علاوه بر این، تمام تحولات با مشارکت او انجام شد.
ساختار مولکول اسید ریبونوکلئیک
تقریباً همه RNA ها زنجیره ای از پلی نوکلئوتیدها هستند که به نوبه خود از مونوریبونوکلئوتیدها - بازهای پورین و پیریمیدین تشکیل شده اند.
نوکلئوتیدها با حروف اولیه پایه ها نشان داده می شوند:
- آدنین (A)، A;
- گوانین (G)، G;
- سیتوزین (C)، C;
- اوراسیل (U)، U.
آنها با پیوندهای سه و پنج فسفودی استر به هم مرتبط هستند.
متنوع ترین تعداد نوکلئوتیدها (از چند ده تا ده ها هزار) در ساختار RNA گنجانده شده است. آنها می توانند ساختار ثانویه ای را تشکیل دهند که عمدتاً از رشته های کوتاه دو رشته ای تشکیل شده است که توسط پایه های مکمل تشکیل شده اند.
ساختار یک مولکول اسید ریبونوکلئیک
همانطور که قبلاً ذکر شد، مولکول دارای ساختار تک رشته ای است. RNA ساختار و شکل ثانویه خود را در نتیجه برهمکنش نوکلئوتیدها با یکدیگر دریافت می کند. پلیمری است که مونومر آن یک نوکلئوتید متشکل از یک قند، یک باقیمانده اسید فسفر و یک باز نیتروژن است. از نظر ظاهری، مولکول شبیه یکی از زنجیره های DNA است. نوکلئوتیدهای آدنین و گوانین که بخشی از RNA هستند، پورین هستند. سیتوزین و اوراسیل بازهای پیریمیدین هستند.
فرایند سنتز
برای اینکه یک مولکول RNA سنتز شود، الگو یک مولکول DNA است. درست است، فرآیند معکوس نیز اتفاق می افتد، زمانی که مولکول های جدید اسید دئوکسی ریبونوکلئیک روی ماتریس اسید ریبونوکلئیک تشکیل می شود. چنیندر طول تکثیر انواع خاصی از ویروس ها رخ می دهد.
اساس بیوسنتز همچنین می تواند به عنوان مولکول های دیگر اسید ریبونوکلئیک عمل کند. رونویسی آن، که در هسته سلول اتفاق می افتد، آنزیم های زیادی را شامل می شود، اما مهم ترین آنها RNA پلیمراز است.
بازدید
بسته به نوع RNA، عملکردهای آن نیز متفاوت است. چندین نوع وجود دارد:
- i-RNA اطلاعاتی;
- rRNA ریبوزومی؛
- transport t-RNA;
- جزئی;
- ریبوزیم;
- ویروسی.
اسید ریبونوکلئیک اطلاعاتی
به این گونه مولکول ها ماتریکس نیز می گویند. آنها حدود دو درصد از کل سلول را تشکیل می دهند. در سلول های یوکاریوتی، آنها در هسته های روی قالب های DNA سنتز می شوند، سپس به سیتوپلاسم می روند و به ریبوزوم ها متصل می شوند. علاوه بر این، آنها به الگوهایی برای سنتز پروتئین تبدیل می شوند: آنها توسط RNA های انتقالی که حامل اسیدهای آمینه هستند به یکدیگر متصل می شوند. فرآیند تبدیل اطلاعات به این صورت است که در ساختار منحصر به فرد پروتئین تحقق می یابد. در برخی از RNA های ویروسی، کروموزوم نیز هست.
Jacob و Mano کاشفان این گونه هستند. بدون داشتن ساختار سفت و سخت، زنجیره آن حلقه های منحنی را تشکیل می دهد. کار نمی کند، i-RNA در چین ها جمع می شود و به شکل یک توپ جمع می شود و در شرایط کار باز می شود.
i-RNA حاوی اطلاعاتی در مورد توالی اسیدهای آمینه در پروتئینی است که در حال سنتز است. هر اسید آمینه در یک مکان خاص با استفاده از کدهای ژنتیکی رمزگذاری شده است:
- سه گانه - از چهار مونونوکلئوتید می توان شصت و چهار کدون (کد ژنتیکی) ساخت؛
- غیر متقاطع - اطلاعات در یک جهت حرکت می کند؛
- تداوم - اصل کار این است که یک mRNA یک پروتئین است؛
- جهانشمول - یک نوع اسید آمینه در همه موجودات زنده به یک شکل رمزگذاری شده است؛
- تجزیه - بیست اسید آمینه و شصت و یک کدون شناخته شده است، یعنی توسط چندین کد ژنتیکی کدگذاری شده اند.
ریبونوکلئیک اسید ریبوزومی
چنین مولکول هایی اکثریت قریب به اتفاق RNA سلولی را تشکیل می دهند، یعنی هشتاد تا نود درصد کل. آنها با پروتئین ها ترکیب می شوند و ریبوزوم ها را تشکیل می دهند - این اندامک ها هستند که سنتز پروتئین را انجام می دهند.
ریبوزوم ها شصت و پنج درصد rRNA و سی و پنج درصد پروتئین هستند. این زنجیره پلی نوکلئوتیدی به راحتی همراه با پروتئین تا می شود.
ریبوزوم از نواحی اسید آمینه و پپتیدی تشکیل شده است. آنها روی سطوح تماس قرار دارند.
ریبوزوم ها آزادانه در سلول حرکت می کنند و پروتئین ها را در مکان های مناسب سنتز می کنند. آنها خیلی خاص نیستند و نه تنها می توانند اطلاعات mRNA را بخوانند، بلکه یک ماتریس نیز با آنها تشکیل می دهند.
انتقال اسید ریبونوکلئیک
t-RNA بیشترین مطالعه شده است. آنها ده درصد اسید ریبونوکلئیک سلولی را تشکیل می دهند. این نوع RNA به لطف یک آنزیم خاص به اسیدهای آمینه متصل شده و به ریبوزوم ها تحویل داده می شود. در همان زمان، اسیدهای آمینه از طریق حمل و نقل منتقل می شوندمولکول ها. با این حال، اتفاق می افتد که کدون های مختلف برای یک اسید آمینه کد می کنند. سپس چندین RNA انتقالی آنها را حمل خواهند کرد.
در صورت غیرفعال بودن به شکل توپ جمع می شود، اما مانند یک برگ شبدر عمل می کند.
بخش های زیر در آن متمایز می شوند:
- ساقه گیرنده دارای توالی نوکلئوتیدی ACC؛
- سایت برای اتصال به ریبوزوم؛
- یک آنتی کدونی که آمینو اسید متصل به این tRNA را کد می کند.
گونه های کوچک ریبونوکلئیک اسید
اخیراً گونه های RNA با کلاس جدیدی به نام RNA کوچک پر شده اند. آنها به احتمال زیاد تنظیم کننده های جهانی هستند که ژن ها را در رشد جنینی روشن یا خاموش می کنند و همچنین فرآیندهای درون سلولی را کنترل می کنند.
ریبوزیم ها نیز اخیراً شناسایی شده اند، آنها به طور فعال در هنگام تخمیر اسید RNA نقش دارند و به عنوان یک کاتالیزور عمل می کنند.
انواع اسیدهای ویروسی
ویروس می تواند حاوی اسید ریبونوکلئیک یا اسید دئوکسی ریبونوکلئیک باشد. بنابراین، با مولکول های مربوطه، آنها را حاوی RNA می نامند. هنگامی که چنین ویروسی وارد سلول می شود، رونویسی معکوس رخ می دهد - DNA جدید بر اساس اسید ریبونوکلئیک ظاهر می شود که در سلول ها ادغام می شود و از وجود و تولید مثل ویروس اطمینان می یابد. در مورد دیگر، تشکیل RNA مکمل روی RNA ورودی رخ می دهد. ویروس ها پروتئین هستند، فعالیت حیاتی و تولید مثل بدون DNA انجام می شود، اما فقط بر اساس اطلاعات موجود در RNA ویروس.
Replication
به منظور بهبود درک مشترک، ضروری استفرآیند همانندسازی را در نظر بگیرید که دو مولکول اسید نوکلئیک یکسان تولید می کند. تقسیم سلولی اینگونه آغاز می شود.
شامل DNA پلیمرازها، وابسته به DNA، RNA پلیمرازها و DNA لیگازها می شود.
فرایند تکرار شامل مراحل زیر است:
- ناسپیری شدن - باز شدن متوالی DNA مادر وجود دارد که کل مولکول را می گیرد؛
- شکستن پیوندهای هیدروژنی، که در آن زنجیره ها از هم جدا می شوند و یک چنگال همانندسازی ظاهر می شود؛
- تنظیم dNTP ها به پایه های آزاد شده زنجیره های مادر؛
- شکاف پیروفسفات ها از مولکول های dNTP و تشکیل پیوندهای فسفرودی استر به دلیل انرژی آزاد شده؛
- تنفس.
پس از تشکیل مولکول دختر، هسته، سیتوپلاسم و بقیه تقسیم می شوند. بنابراین، دو سلول دختر تشکیل می شود که تمام اطلاعات ژنتیکی را به طور کامل دریافت کرده اند.
علاوه بر این، ساختار اولیه پروتئین هایی که در سلول سنتز می شوند، کدگذاری می شود. DNA در این فرآیند نقش غیرمستقیم دارد، و نه مستقیم، که شامل این واقعیت است که سنتز پروتئین ها، RNA که در تشکیل نقش دارند، روی DNA است. این فرآیند رونویسی نامیده می شود.
رونویسی
سنتز همه مولکول ها در طول رونویسی، یعنی بازنویسی اطلاعات ژنتیکی از یک اپرون DNA خاص اتفاق می افتد. این فرآیند از برخی جهات شبیه همانندسازی است و در برخی دیگر بسیار متفاوت است.
شباهت ها در بخش های زیر است:
- با despiralization DNA شروع می شود؛
- پارگی هیدروژن رخ می دهداتصالات بین پایه های زنجیر؛
- NTFهای مکمل آنها؛
- پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شود.
تفاوت با تکرار:
- در طول رونویسی، تنها بخشی از DNA مربوط به رونویسی پیچ خورده نمی شود، در حالی که در طول همانندسازی، کل مولکول پیچ خورده نمی شود؛
- هنگام رونویسی، NTFهای قابل تنظیم به جای تیمین حاوی ریبوز و اوراسیل هستند؛
- اطلاعات فقط از یک منطقه خاص نوشته می شود؛
- پس از تشکیل مولکول، پیوندهای هیدروژنی و زنجیره سنتز شده شکسته می شوند و زنجیره از DNA می لغزد.
برای عملکرد طبیعی، ساختار اولیه RNA باید فقط از بخش های DNA کپی شده از اگزون ها تشکیل شود.
فرایند بلوغ در RNA تازه تشکیل شده آغاز می شود. نواحی خاموش بریده می شوند و نواحی اطلاعاتی برای تشکیل یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی ترکیب می شوند. به علاوه، هر گونه دگرگونی های خاص خود را دارد.
در i-RNA، اتصال به انتهای اولیه رخ می دهد. پلی‌آدنیلات به محل نهایی متصل است.
پایه های TRNA برای تشکیل گونه های جزئی اصلاح شده اند.
در rRNA، بازهای منفرد نیز متیله می شوند.
محافظت از پروتئین ها در برابر تخریب و بهبود انتقال به سیتوپلاسم. RNA بالغ به آنها متصل می شود.
اهمیت اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک و ریبونوکلئیک
اسیدهای نوکلئیک از اهمیت زیادی در زندگی موجودات برخوردار هستند. در آنها ذخیره می شود، به سیتوپلاسم منتقل می شود و توسط سلول های دختر به ارث می رسداطلاعاتی در مورد پروتئین های سنتز شده در هر سلول. آنها در همه موجودات زنده وجود دارند، پایداری این اسیدها نقش مهمی برای عملکرد طبیعی سلول ها و کل ارگانیسم دارد. هر گونه تغییر در ساختار آنها منجر به تغییرات سلولی می شود.
