Aminoacil-ARNt sintetaza (ARSase) este o enzimă sintetază care catalizează formarea aminoacil-ARNt în reacția de esterificare a unui anumit aminoacid cu molecula de ARNt corespunzătoare. Fiecare aminoacid are propria sa aminoacil-ARNt sintetaza. ARSase asigură că tripletele nucleotidice ale codului genetic (anticodon ARNt) corespund aminoacizilor inserați în proteină și asigură astfel citirea corectă a informațiilor genetice din ARNm în timpul sintezei proteinelor pe ribozomi. Cele mai multe APC-ase constau din 1, 2 sau 4 lanțuri polipeptidice identice. Greutatea moleculară a lanțurilor polipeptidice este de 30-140 mii. Multe APC-ase conțin doi centri activi. Sunt 3 parcele. Primul situ nu are specificitate, este același pentru toate enzimele, acesta este locul atașării ATP. Al n-lea situs are specificitate strictă, aici este atașat un anumit AK, conform căruia ARSază se numește, de exemplu, dacă se leagă de metionină, atunci se numește metionil-t-ARN sintetază. Site-ul sh-th este, de asemenea, un site strict specific, se poate conecta doar cu un anumit t-ARN. Astfel, enzima este necesară pentru recunoașterea aminoacizilor și a ARNt.
Specificitatea reacțiilor catalizate de APCazele este foarte mare, ceea ce determină acuratețea sintezei proteinelor într-o celulă vie. Dacă A. efectuează o aminoacilare eronată a ARNt cu un aminoacid asemănător ca structură, se va produce o corecție prin hidroliză catalizată de aceeași APC-ază a AK-ARNt eronat la AA și ARNt. Citoplasma conține un set complet de APCaze, în timp ce cloroplastele și mitocondriile au propriile lor APCaze.
ARN de transport. Structură, funcții. Structura ribozomului.
Toate ARNt-urile au caracteristici comune atât în structura lor primară, cât și în modul în care lanțul polinucleotidic este pliat într-o structură secundară datorită interacțiunilor dintre bazele reziduurilor de nucleotide.
Structura primară a ARNt
ARNt-urile sunt molecule relativ mici, lungimea lanțului lor variază de la 74 la 95 de resturi de nucleotide. Toate tARN-urile au același capăt 3’, construit din două resturi de citozină și unul de adenozină (CCA-end).Este adenozina 3’-terminală care se leagă de restul de aminoacizi în timpul formării aminoacil-ARNt. Capătul CCA este atașat la multe ARNt printr-o enzimă specială. Tripletul de nucleotide complementar codonului de aminoacid (anticodon) este situat aproximativ la mijlocul lanțului de ARNt. Aceleași resturi de nucleotide (conservative) se găsesc în anumite poziții ale secvenței în aproape toate tipurile de ARNt. Unele poziții pot conține fie numai baze purinice, fie doar baze pirimidinice (acestea se numesc reziduuri semi-conservative).
Toate moleculele de ARNt se caracterizează prin prezența unui număr mare (până la 25% din toate reziduurile) de diferite nucleozide modificate, adesea numite minore. Ele se formează în diferite locații ale moleculelor, în multe cazuri bine definite, ca urmare a modificării reziduurilor de nucleozide obișnuite cu ajutorul enzimelor speciale.
Structura secundară a ARNt
plierea lanțului într-o structură secundară are loc datorită complementarității reciproce a secțiunilor lanțului. Trei fragmente ale lanțului sunt complementare atunci când sunt pliate pe ele însele, formând structuri în ac de păr. În plus, capătul de 5" este complementar cu locul apropiat de capătul de 3" al lanțului, cu aranjamentul lor antiparalel; formează așa-numita tulpină acceptor. Rezultatul este o structură caracterizată prin prezența a patru tulpini și trei bucle, care se numește „frunză de trifoi”. O tulpină cu o buclă formează o ramură. În partea de jos este o ramură de anticodon care conține un triplet anticodon ca parte a buclei sale. La stânga și la dreapta se află ramurile D și T, respectiv numite pentru prezența nucleozidelor conservate neobișnuite de dihidrouridină (D) și timidină (T) în buclele lor. Secvențele de nucleotide ale tuturor ARNt studiate pot fi pliate în structuri similare. În plus față de cele trei bucle de trifoi, în structura ARNt este izolată și o buclă suplimentară sau variabilă (bucla V). Mărimea sa diferă brusc în diferite ARNt, variind de la 4 la 21 de nucleotide și, conform datelor recente, până la 24 de nucleotide.
Structura spațială (terțiară) a ARNt
Datorită interacțiunii elementelor structurii secundare, se formează o structură terțiară, care se numește forma L din cauza asemănării cu litera latină L (Fig. 2 și 3). Prin stivuirea bazei, tulpina acceptoare și tulpina T de trifoi formează un dublu helix continuu, iar celelalte două tulpini formează anticodonul, iar D tulpinile formează un alt dublu helix continuu. În acest caz, buclele D și T se dovedesc a fi apropiate și sunt fixate împreună formând perechi de baze suplimentare, adesea neobișnuite. De regulă, reziduurile conservatoare sau semi-conservative participă la formarea acestor perechi. Interacțiuni terțiare similare țin împreună și alte părți ale structurii L
Scopul principal al ARN-ului de transfer (ARNt) este de a furniza resturilor de aminoacizi activate la ribozom și de a asigura includerea lor în lanțul proteic sintetizat în conformitate cu programul scris de codul genetic în matrice, sau informație, ARN (ARNm).
Structura ribozomului.
Ribozomii sunt formațiuni ribonucleoproteice – un fel de „fabrică” în care aminoacizii sunt asamblați în proteine. Ribozomii eucarioți au o constantă de sedimentare de 80S și constau din subunități 40S (mici) și 60S (mari). Fiecare subunitate include ARNr și proteine.
Proteinele fac parte din subunitățile ribozomului în cantitate de o copie și îndeplinesc o funcție structurală, oferind interacțiune între ARNm și ARNt asociat cu un aminoacid sau peptidă.
În prezența ARNm, subunitățile 40S și 60S se combină pentru a forma un ribozom complet, a cărui masă este de aproximativ 650 de ori mai mare decât a moleculei de hemoglobină.
Aparent, ARNr determină principalele proprietăți structurale și funcționale ale ribozomilor, în special, asigură integritatea subunităților ribozomale, determină forma acestora și o serie de caracteristici structurale.
Unirea subunităților mari și mici are loc în prezența ARN-ului mesager (mesager) (ARNm). O moleculă de ARNm combină de obicei mai mulți ribozomi ca un șir de margele. O astfel de structură se numește polizom. Polizomii sunt localizați liber în substanța fundamentală a citoplasmei sau atașați de membranele reticulului citoplasmatic aspru. În ambele cazuri, ele servesc ca un loc pentru sinteza proteinelor active.
La fel ca reticulul endoplasmatic, ribozomii au fost descoperiți doar folosind un microscop electronic. Ribozomii sunt cele mai mici dintre organele celulare.
Ribozomul are 2 centri pentru atașarea moleculelor de ARNt: centrii aminoacil (A) și peptidil (P), în formarea cărora sunt implicate ambele subunități. Împreună, centrii A și P cuprind o regiune ARNm cu 2 codoni. În timpul translației, centrul A leagă aa-ARNt, a cărui structură este determinată de un codon situat în regiunea acestui centru. Structura acestui codon codifică natura aminoacidului care va fi inclus în lanțul polipeptidic în creștere. Centrul P este ocupat de peptidil-ARNt; ARNt legat de un lanț peptidic care a fost deja sintetizat.
La eucariote, există 2 tipuri de ribozomi: „liberi”, care se găsesc în citoplasma celulelor și se asociază cu reticulul endoplasmatic (RE). Ribozomii asociați cu ER sunt responsabili pentru sinteza proteinelor „pentru export” care intră în plasma sanguină și sunt implicați în reînnoirea proteinelor ER, a membranei aparatului Golgi, a mitocondriilor sau a lizozomilor.
Sinteza unei molecule polipeptidice. iniţiere şi alungire.
Sinteza proteinelor este un proces ciclic, în mai multe etape, dependent de energie, în care aminoacizii liberi sunt polimerizați într-o secvență determinată genetic pentru a forma polipeptide.
A doua etapă a sintezei proteinelor matriceale, translația reală care are loc în ribozom, este împărțită în mod convențional în trei etape: inițiere, alungire și terminare.
Iniţiere.
O secvență de ADN care este transcrisă într-un singur ARNm, începând cu o scanare la capătul 5’ și terminând cu un terminator la capătul 3’, este o unitate de transcripție și corespunde conceptului de „genă”. Controlul expresiei genelor poate fi efectuat în stadiul de translație - inițiere. În această etapă, ARN polimeraza recunoaște promotorul, un fragment de 41-44 bp. Transcrierea are loc în direcția 5`-3` sau de la stânga la dreapta. Secvențele situate în dreapta nucleotidei de pornire, de la care începe sinteza ARNt, sunt desemnate prin numere cu semnul + (+1,+2..) iar cele din stânga cu semnul - (-1,-2) . Astfel, regiunea ADN-ului de care se atașează ADN polimeraza ocupă o zonă cu coordonate aproximativ de la -20 la +20. Toți promotorii conțin aceleași secvențe de nucleotide, care sunt numite conservatoare. Astfel de secvențe servesc ca semnale recunoscute de ARN polimeraze. Punctul de plecare este de obicei reprezentat de purină. Imediat în stânga acestuia se află 6-9 bp, cunoscută sub numele de secvența (sau caseta) Pribnov: TATAAT. Poate varia oarecum, dar primele două baze apar în majoritatea promotorilor. Se presupune că, deoarece este format dintr-un site bogat în perechi AT, legate prin două legături de hidrogen, ADN-ul din acest loc este mai ușor împărțit în catene separate. Acest lucru creează condiții pentru funcționarea ARN polimerazei. Odată cu aceasta, cutia Pribnov este necesară pentru orientare în așa fel încât sinteza ARNm să meargă de la stânga la dreapta, adică de la 5`-3`. Centrul cutiei Pribnow este la nucleotida -10. O secvenţă de compoziţie similară este localizată într-o altă regiune centrată pe poziţia 35. Această regiune de 9 pb este desemnată ca secvenţă 35 sau regiunea de recunoaştere. Este locul de care se atașează factorul, determinând astfel eficiența cu care ARN polimeraza nu poate începe transcripția fără proteine speciale. Unul dintre ele este factorul CAP sau CRP.
La eucariote, promotorii care interacționează cu ARN polimeraza II au fost studiați mai detaliat. Ele conțin trei regiuni omoloage în regiuni cu coordonate la punctele -25, -27 și, de asemenea, la punctul de plecare. Bazele inițiale sunt adenine flancate pe ambele părți de pirimidine. La o distanta de 19-25 b.p. în stânga site-ului sunt 7 b.p. TATAA, cunoscută sub numele de secvența TATA, sau cutia Hogness, este adesea înconjurată de zone bogate în perechi GC. Mai în stânga, în pozițiile -70 până la -80, este secvența GTZ sau CAATCT, numită caseta CAAT. Se presupune că secvența TATA controlează alegerea nucleotidei inițiale, în timp ce CAAT controlează legarea primară a ARN polimerazei la matrița ADN.
Elongaţie. Etapa de alungire a ARNm este similară cu alungirea ADN-ului. Are nevoie de ribonucleotide trifosfați ca precursori. Etapa de alungire a transcripției, adică creșterea lanțului de ARNm, are loc prin atașarea monofosfaților de ribonucleotide la capătul 3’ al lanțului cu eliberarea de pirofosfat. Copierea la eucariote are loc de obicei într-o regiune limitată de ADN (genă), deși la procariote, în unele cazuri, transcripția poate avea loc secvenţial prin mai multe gene legate care formează un singur operon și un promotor comun. În acest caz, se formează ARNm policistronic.
Reglarea activității genelor pe exemplul operonului de lactoză.
Operonul de lactoză este un operon policistronic bacterian care codifică genele pentru metabolismul lactozei.
Reglarea expresiei genetice a metabolismului lactozei în Escherichia coli a fost descrisă pentru prima dată în 1961 de oamenii de știință F. Jacob și J. Monod. Celula bacteriană sintetizează enzimele implicate în metabolismul lactozei numai atunci când lactoza este prezentă în mediu, iar celula este lipsită de glucoză.
Operonul de lactoză este format din trei gene structurale, un promotor, un operator și un terminator. Se presupune că operonul include, de asemenea, o genă reglatoare care codifică o proteină represoare.
Genele structurale ale operonului de lactoză - lacZ, lacY și lacA:
lacZ codifică enzima β-galactozidaza, care descompune lactoza dizaharidă în glucoză și galactoză,
lacY codifică permeaza β-galactozidă, o proteină de transport membranară care transportă lactoza în celulă.
lacA codifică β-galactozidă transacetilază, o enzimă care transferă o grupare acetil de la acetil-CoA la beta-galactozide.
La începutul fiecărui operon se află o genă specială - gena operatorului. Pe genele structurale ale unui operon, se formează de obicei un ARNm, iar aceste gene sunt fie active, fie inactive în același timp. De regulă, genele structurale din operon sunt într-o stare de represiune.
Un promotor este o regiune ADN recunoscută de enzima ARN polimerază, care asigură sinteza ARNm în operon; este precedată de o regiune ADN de care este atașată proteina Sar, o proteină activatoare. Aceste două secțiuni de ADN au o lungime de 85 de perechi de baze. După promotor, operonul găzduiește gena operator, constând din 21 de perechi de nucleotide.De obicei este asociată cu proteina represoare produsă de gena regulatoare.În spatele genei operator se află un distanțier (spațiu-spațiu). Distanțierii sunt secțiuni neinformative ale moleculei de ADN de lungimi diferite (uneori până la 20.000 de perechi de baze), care, aparent, sunt implicate în reglarea procesului de transcripție al genei vecine.
Operonul se termină cu un terminator - o mică secțiune de ADN care servește ca semnal de oprire pentru sinteza ARNm pe acest operon.
Genele acceptoare servesc ca locații pentru atașarea diferitelor proteine care reglează funcționarea genelor structurale. Dacă lactoza, care pătrunde în celulă (în acest caz, se numește inductor), blochează proteinele codificate de gena regulatoare, atunci acestea își pierd capacitatea de a se atașa de gena operatorului. Operatorul genei intră într-o stare activă și pornește genele structurale.
ARN polimeraza, folosind proteina Cap (proteina activatoare), se atașează de promotor și, deplasându-se de-a lungul operonului, sintetizează pro-ARNm. În timpul transcripției, ARNm citește informațiile genetice din toate genele structurale dintr-un operon. În timpul translației pe ribozom are loc sinteza mai multor lanțuri polipeptidice diferite, în conformitate cu codonii conținuti în secvențele ARNm - nucleotide care asigură inițierea și terminarea translației fiecărui lanț. Tipul de reglare a activității genelor, considerat pe exemplul operonului de lactoză, se numește inducerea negativă a sintezei proteinelor.
Reglarea activității genelor pe exemplul operonului triptofan.
Un alt tip de reglare a genelor este represiunea negativă, studiată în E.coU folosind exemplul unui operon care controlează sinteza aminoacidului triptofon. Acest operon este format din 6700 de perechi de baze și conține 5 gene structurale, o genă operator și doi promotori. Gena reglatoare asigură sinteza constantă a proteinei reglatoare, care nu afectează funcționarea operonului trp. Cu un exces de triptofan în celulă, acesta din urmă se leagă de proteina reglatoare și o modifică în așa fel încât se leagă de o peron și reprimă sinteza ARNm-ului corespunzător.
Controlul negativ și pozitiv al activității genetice.
Este cunoscută și așa-numita inducție pozitivă, atunci când produsul proteic al genei regulatoare activează activitatea operonului, adică. nu este un represor, ci un activator.Această diviziune este condiționată, iar structura părții acceptoare a operonului, acțiunea genei regulatoare la procariote sunt foarte diverse.
Numărul de gene structurale din operon la procariote variază de la unu la doisprezece; Un operon poate avea unul sau doi promotori și un terminator. Toate genele structurale localizate într-un operon, de regulă, controlează un sistem de enzime care asigură un lanț de reacții biochimice. Fără îndoială, există sisteme în celulă care coordonează reglarea activității mai multor operoni.
Proteinele care activează sinteza ARNm sunt atașate de prima parte a acceptorului genei - operator, iar proteinele - represori care suprimă sinteza ARNm sunt atașate la capătul acesteia. O genă este reglată de una dintre mai multe proteine, fiecare dintre acestea se atașează la un situs acceptor corespunzător. Genele diferite pot avea regulatori comuni și regiuni operator identice. Genele reglatoare nu acționează simultan. Mai întâi, unul include imediat un grup de gene, apoi după un timp celălalt - un alt grup, adică. reglarea activității genelor are loc în „cascade”, iar proteina sintetizată într-o etapă poate fi un regulator al sintezei proteinelor în etapa următoare.
Structura cromozomilor. Cariotip. Idiograma. Modele ale structurii cromozomilor.
Cromozomii eucarioti sunt complexi. Baza cromozomului este o macromoleculă liniară (neînchisă într-un inel) de acid dezoxiribonucleic (ADN) de lungime considerabilă (de exemplu, în moleculele de ADN ale cromozomilor umani, există de la 50 la 245 de milioane de perechi de baze azotate). Într-o formă întinsă, lungimea unui cromozom uman poate ajunge la 5 cm. În plus, cromozomul include cinci proteine specializate - H1, H2A, H2B, H3 și H4 (așa-numitele histone) și o serie de non- proteine histonice. Secvența de aminoacizi a histonelor este foarte conservată și practic nu diferă în diferite grupuri de organisme. În interfaza, cromatina nu este condensată, dar chiar și în acest moment firele sale sunt un complex de ADN și proteine. Cromatina este o dezoxiribonucleoproteină care poate fi văzută la microscop cu lumină sub formă de filamente și granule subțiri. O macromoleculă de ADN se înfășoară în jurul octomerilor (structuri formate din opt globule proteice) de proteine histone H2A, H2B, H3 și H4, formând structuri numite nucleozomi.
În general, întregul design amintește oarecum de margele. O secvență de astfel de nucleozomi conectați printr-o proteină H1 se numește nucleofilament, sau filament nucleozomal, cu un diametru de aproximativ 10 nm.
Cromozomul condensat arată ca un X (adesea cu brațe inegale) deoarece cele două cromatide rezultate din replicare sunt încă conectate între ele la centromer. Fiecare celulă a corpului uman conține exact 46 de cromozomi. Cromozomii sunt întotdeauna în perechi. O celulă are întotdeauna 2 cromozomi din fiecare specie, perechile diferă între ele ca lungime, formă și prezența îngroșărilor sau constricțiilor.
Centromer - o secțiune special organizată a cromozomului, comună ambelor cromatide surori. Centromerul împarte corpul cromozomului în două brațe. În funcție de localizarea constricției primare, se disting următoarele tipuri de cromozomi: braț egal (metacentric), când centromerul este situat la mijloc, iar brațele sunt aproximativ egale ca lungime; brațe inegale (submetacentrice), când centromerul este deplasat de la mijlocul cromozomului, iar brațele sunt de lungime inegală; în formă de tijă (acrocentric), când centromerul este deplasat la un capăt al cromozomului și un braț este foarte scurt. În unii cromozomi, pot exista constricții secundare care separă o regiune numită satelit de corpul cromozomului.
Studiul organizării chimice a cromozomilor celulelor eucariote a arătat că aceștia constau în principal din ADN și proteine. După cum a fost dovedit de numeroase studii, ADN-ul este un purtător material al proprietăților eredității și variabilității și conține informații biologice - un program pentru dezvoltarea unei celule, a unui organism, scris folosind un cod special. Proteinele alcătuiesc o parte semnificativă a substanței cromozomilor (aproximativ 65% din masa acestor structuri). Cromozomul, ca complex de gene, este o structură stabilită evolutiv care este caracteristică tuturor indivizilor unei specii date. Aranjarea reciprocă a genelor în cromozom joacă un rol important în natura funcționării lor.
O reprezentare grafică a unui cariotip care arată caracteristicile sale structurale se numește idiogramă.
Un set de cromozomi specifici unei anumite specii ca număr și structură se numește cariotip.
Histones. Structura nucleozomilor.
Histonele sunt clasa principală de nucleoproteine, proteinele nucleare necesare pentru asamblarea și împachetarea catenelor de ADN în cromozomi. Există cinci tipuri diferite de histone, numite H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. Secvența de aminoacizi din aceste proteine practic nu diferă în organismele cu diferite niveluri de organizare. Histonele sunt proteine mici, puternic bazice, care se leagă direct de ADN. Histonele participă la organizarea structurală a cromatinei, neutralizând grupările fosfat încărcate negativ ale ADN-ului datorită sarcinilor pozitive ale reziduurilor de aminoacizi, ceea ce face posibilă împachetarea densă a ADN-ului în nucleu.
Două molecule din fiecare dintre histonele H2A, H2B, H3 și H4 formează un octamer împletit cu un segment de ADN de 146 bp, formând 1,8 spire ale helixului peste structura proteinei. Această particulă cu un diametru de 7 nm se numește nucleozom. O secțiune de ADN (linker DNA) care nu este direct în contact cu octamerul histonei interacționează cu histona H1.
Grupul de proteine non-histone este foarte eterogen și include proteine nucleare structurale, multe enzime și factori de transcripție asociați cu anumite regiuni ADN și reglarea expresiei genelor și alte procese.
Histonele din octamer au un fragment mobil N-terminal („coada”) de 20 de aminoacizi, care iese din nucleozomi și este important pentru menținerea structurii cromatinei și controlul expresiei genelor. Deci, de exemplu, formarea (condensarea) cromozomilor este asociată cu fosforilarea histonelor, iar îmbunătățirea transcripției este asociată cu acetilarea reziduurilor de lizină din ele. Detaliile mecanismului de reglementare nu au fost pe deplin elucidate.
Nucleozomul este o subunitate a cromatinei constând din ADN și un set de patru perechi de proteine histonice H2A, H2B, H3 și H4 dintr-o moleculă de histonă H1. Histona H1 se leagă de ADN-ul linker dintre doi nucleozomi.
Nucleozomul este unitatea de bază a ambalării cromatinei. Constă dintr-o dublă helix ADN înfășurată în jurul unui complex specific de opt histone nucleozomi (octamerul histonelor). Nucleozomul este o particulă în formă de disc cu un diametru de aproximativ 11 nm, care conține două copii ale fiecăreia dintre histonele nucleozomale (H2A, H2B, H3, H4). Octamerul de histonă formează un miez proteic în jurul căruia se află ADN-ul dublu catenar (146 bp ADN per octamer de histonă).
Nucleozomii care alcătuiesc fibrilele sunt localizați mai mult sau mai puțin uniform de-a lungul moleculei de ADN la o distanță de 10-20 nm unul de celălalt.
Nivelurile de impachetare ale cromozomilor eucarioți. condensarea cromatinei.
Astfel, nivelurile de ambalare a ADN-ului sunt următoarele:
1) Nucleozomal (2,5 spire de ADN dublu catenar în jurul a opt molecule de proteine histonice).
2) Supernucleozomal - helix cromatin (cromonem).
3) Cromatide - cromonem spiralizat.
4) Cromozomul - al patrulea grad de spermalizare ADN.
In nucleul de interfaza, cromozomii sunt decondensati si sunt reprezentati de cromatina. Regiunea despiralizată care conține gene se numește eucromatină (cromatina fibroasă, liberă). Aceasta este o condiție necesară pentru transcriere. În timpul repausului dintre diviziuni, anumite secțiuni de cromozomi și cromozomi întregi rămân compacte.
Aceste zone spiralate, puternic colorate se numesc heterocromatină. Sunt inactive pentru transcriere. Există heterocromatine facultative și constitutive.
Heterocromatina facultativă este informativă, deoarece conţine gene şi poate trece în eucromatină. Dintre cei doi cromozomi omologi, unul poate fi heterocromatic. Heterocromatina constitutivă este întotdeauna heterocromatică, non-informativă (nu conține gene) și, prin urmare, este întotdeauna inactivă în raport cu transcripția.
ADN-ul cromozomal este format din mai mult de 108 perechi de baze, din care se formează blocuri informative - gene dispuse liniar. Ele reprezintă până la 25% din ADN. O genă este o unitate funcțională a ADN-ului care conține informații pentru sinteza polipeptidelor sau a întregului ARN. Între gene se află distanțiere - segmente neinformative ale ADN-ului de lungimi diferite. Excesul de gene este reprezentat de un număr mare - 104 copii identice. Un exemplu sunt genele pentru t-ARN, r-ARN, histone. În ADN, există secvențe ale acelorași nucleotide. Ele pot fi secvențe moderat repetitive și foarte repetitive. Secvențele moderat repetitive ajung la 300 de perechi de baze cu repetări 102 - 104 și cel mai adesea reprezintă distanțieri, gene redundante.
Secvențele foarte repetitive (105 - 106) formează heterocromatina constitutivă. Aproximativ 75% din toată cromatina nu este implicată în transcripție, ea cade pe secvențe foarte repetitive și distanțiere netranscrise.
Prepararea preparatelor cromozomiale. Utilizarea colchicinei. Hipotonie, fixare și colorare.
În funcție de gradul de activitate proliferativă a celulelor diferitelor țesuturi in vivo și in vitro, se disting metode directe și indirecte de obținere a preparatelor cromozomiale.
1) Metodele directe sunt utilizate în studiul țesuturilor cu activitate mitotică mare (măduvă osoasă, corion și placentă, celule ale ganglionilor limfatici, țesuturi ale embrionului într-un stadiu incipient de dezvoltare). Preparatele cromozomiale sunt preparate direct din material proaspat obtinut dupa o prelucrare speciala.
2) Metodele indirecte includ obținerea de preparate cromozomiale din orice țesut după cultivarea lui preliminară pentru o perioadă diferită de timp.
Există multe modificări ale metodelor directe și indirecte de preparare a preparatelor cromozomiale, totuși, pașii principali pentru obținerea plăcilor metafazate rămân neschimbate:
1. Utilizarea colchicinei (colcemid) - un inhibitor al formării fusului mitotic, care oprește diviziunea celulară în stadiul de metafază.
2. Șoc hipotonic cu utilizarea soluțiilor de săruri de potasiu sau de sodiu, care, din cauza diferenței de presiune osmotică din interiorul și din exteriorul celulelor, provoacă umflarea acestora și ruperea legăturilor intercromozomiale. Această procedură duce la separarea cromozomilor unul de celălalt, contribuind la răspândirea lor mai mare în plăcile metafazate.
3. Fixarea celulelor folosind acid acetic glacial și etanol (metanol) în raport de 3:1 (fixantul lui Carnoy), care contribuie la păstrarea structurii cromozomilor.
4. Aruncarea suspensiei de celule pe lame de sticlă.
5. Colorarea preparatelor cromozomiale.
Au fost dezvoltate o serie de metode de colorare (bandare) care fac posibilă identificarea unui complex de mărci transversale (benzi, benzi) pe un cromozom. Fiecare cromozom este caracterizat de un set specific de benzi. Cromozomii omologi se colorează identic, cu excepția regiunilor polimorfe în care sunt localizate diferite variante alelice ale genelor. Polimorfismul alelic este caracteristic multor gene și se găsește la majoritatea populațiilor. Detectarea polimorfismelor la nivel citogenetic nu are valoare diagnostică.
A. Colorarea Q. Prima metodă de colorare diferențială a cromozomilor a fost dezvoltată de citologul suedez Kaspersson, care a folosit în acest scop colorantul fluorescent acrichină muștar. Sub un microscop fluorescent pe cromozomi sunt vizibile zone cu intensitate inegală a fluorescenței - segmentele Q. Metoda este cea mai potrivită pentru studiul cromozomilor Y și, prin urmare, este utilizată pentru a determina rapid sexul genetic, pentru a identifica translocații (schimburi de situsuri) între cromozomii X și Y sau între cromozomii Y și autozomi, precum și pentru a vizualiza un număr mare de celule atunci când este necesar să se afle dacă un pacient cu mozaicism pe cromozomii sexuali are o clonă de celule care poartă cromozomul Y.
B. G-colorare. După un pretratament extins, adesea cu tripsină, cromozomii sunt colorați cu colorant Giemsa. Sub un microscop cu lumină, dungi luminoase și întunecate sunt vizibile pe cromozomi - segmentele G. Deși dispunerea segmentelor Q corespunde cu cea a segmentelor G, colorarea G s-a dovedit a fi mai sensibilă și a luat locul colorației Q ca metodă standard de analiză citogenetică. Colorația G oferă cele mai bune rezultate în detectarea aberațiilor mici și a cromozomilor marker (segmentați diferit față de cromozomii omologi normali).
B. Colorarea R oferă o imagine opusă colorării G. De obicei se folosește colorant Giemsa sau colorant fluorescent portocaliu acridin. Această metodă dezvăluie diferențe în colorarea regiunilor omoloage G sau Q negative ale cromatidelor surori sau cromozomilor omologi.
D. Colorația C este utilizată pentru a analiza regiunile centromerice ale cromozomilor (aceste regiuni conțin heterocromatina constitutivă) și porțiunea distală variabilă, puternic fluorescentă a cromozomului Y.
E. Colorarea T este utilizată pentru a analiza regiunile telomerice ale cromozomilor. Această tehnică, precum și colorarea regiunilor organizatorilor nucleolari cu nitrat de argint (colorare AgNOR) este utilizată pentru a rafina rezultatele obținute prin colorarea standard a cromozomilor.
Interacțiunea și structura IRNA, ARNt, RARN - cei trei acizi nucleici principali, este considerată de o astfel de știință precum citologia. Va ajuta să aflați care este rolul transportului (ARNt) în celule. Această moleculă foarte mică, dar în același timp incontestabil importantă, participă la procesul de combinare a proteinelor care formează organismul.
Care este structura ARNt? Este foarte interesant să luăm în considerare această substanță „din interior”, pentru a-i afla biochimia și rolul biologic. Și, de asemenea, cum sunt interconectate structura ARNt și rolul său în sinteza proteinelor?
Ce este TRNA, cum este aranjat?
Acidul ribonucleic de transport este implicat în construcția de noi proteine. Aproape 10% din toți acizii ribonucleici sunt de transport. Pentru a clarifica din ce elemente chimice este formată o moleculă, vom descrie structura structurii secundare a ARNt. Structura secundară ia în considerare toate legăturile chimice majore dintre elemente.
Constând dintr-un lanț polinucleotidic. Bazele azotate din el sunt legate prin legături de hidrogen. La fel ca ADN-ul, ARN-ul are 4 baze azotate: adenina, citozina, guanina si uracil. În acești compuși, adenina este întotdeauna asociată cu uracil, iar guanina, ca de obicei, cu citozina.
De ce o nucleotidă are prefixul ribo-? Pur și simplu, toți polimerii liniari care au o riboză în loc de pentoză la baza nucleotidei sunt numiți ribonucleici. Și ARN-ul de transfer este unul dintre cele 3 tipuri de un astfel de polimer ribonucleic.
Structura ARNt: biochimie
Să ne uităm la cele mai profunde straturi ale structurii moleculei. Aceste nucleotide au 3 componente:
- Zaharoza, riboza este implicată în toate tipurile de ARN.
- Acid fosforic.
- azotate și pirimidine.
Bazele azotate sunt legate între ele prin legături puternice. Se obișnuiește să se împartă bazele în purină și pirimidină.
Purinele sunt adenina și guanina. Adenina corespunde unei nucleotide adenil din 2 inele interconectate. Și guanina corespunde aceleiași nucleotide de guanină „un singur inel”.
Piramidinele sunt citozină și uracil. Pirimidinele au o singură structură de inel. Nu există timină în ARN, deoarece este înlocuită cu un element precum uracil. Acest lucru este important de înțeles înainte de a analiza alte caracteristici structurale ale ARNt.
Tipuri de ARN
După cum puteți vedea, structura ARNt nu poate fi descrisă pe scurt. Trebuie să te aprofundezi în biochimie pentru a înțelege scopul moleculei și adevărata ei structură. Ce alte nucleotide ribozomale sunt cunoscute? Există, de asemenea, acizi nucleici matrici sau informaționali și ribozomali. Abreviat ca ARN și ARN. Toate cele 3 molecule lucrează îndeaproape unele cu altele în celulă, astfel încât organismul să primească globule de proteine structurate corect.
Este imposibil să ne imaginăm funcționarea unui polimer fără ajutorul altor 2. Caracteristicile structurale ale ARNt-urilor devin mai ușor de înțeles atunci când sunt luate în considerare în legătură cu funcțiile care sunt direct legate de activitatea ribozomilor.
Structura ARN, ARNt, ARNr este similară în multe privințe. Toate au o bază de riboză. Cu toate acestea, structura și funcțiile lor sunt diferite.
Descoperirea acizilor nucleici
Elvețianul Johann Miescher a găsit macromolecule în nucleul celulei în 1868, numite mai târziu nucleine. Numele „nucleine” provine de la cuvântul (nucleu) - nucleu. Deși puțin mai târziu s-a constatat că la creaturile unicelulare care nu au nucleu sunt prezente și aceste substanțe. La mijlocul secolului al XX-lea a fost primit Premiul Nobel pentru descoperirea sintezei acizilor nucleici.
în sinteza proteinelor
Numele în sine - ARN de transfer - indică funcția principală a moleculei. Acest acid nucleic „aduce” cu el aminoacidul esențial necesar ARN-ului ribozomal pentru a produce o anumită proteină.
Molecula de ARNt are puține funcții. Prima este recunoașterea codonului IRNA, a doua funcție este livrarea blocurilor de construcție - aminoacizi pentru sinteza proteinelor. Unii mai mulți experți disting funcția acceptor. Adică adăugarea de aminoacizi conform principiului covalent. Ajută la „atașarea” acestui aminoacid la o enzimă precum aminocil-ARNt sintatază.
Cum este structura ARNt legată de funcțiile sale? Acest acid ribonucleic special este proiectat în așa fel încât pe o parte a acestuia să existe baze azotate, care sunt întotdeauna conectate în perechi. Acestea sunt elementele cunoscute de noi – A, U, C, G. Exact 3 „litere” sau baze azotate alcătuiesc anticodonul – un set invers de elemente care interacționează cu codonul după principiul complementarității.
Această caracteristică structurală importantă a ARNt asigură că nu vor exista erori în decodificarea acidului nucleic șablon. La urma urmei, depinde de secvența exactă a aminoacizilor dacă proteina de care organismul are nevoie în prezent este sintetizată corect.
Caracteristici structurale
Care sunt caracteristicile structurale ale ARNt și rolul său biologic? Aceasta este o structură foarte veche. Dimensiunea sa este undeva în jur de 73 - 93 de nucleotide. Greutatea moleculară a substanței este de 25.000-30.000.
Structura structurii secundare a ARNt poate fi dezasamblată prin examinarea celor 5 elemente principale ale moleculei. Deci, acest acid nucleic este format din următoarele elemente:
- buclă pentru contactul cu enzima;
- buclă pentru contact cu ribozomul;
- buclă anticodon;
- tulpina acceptoare;
- anticodonul în sine.
Și, de asemenea, alocați o buclă variabilă mică în structura secundară. Un braț în toate tipurile de ARNt este același - o tulpină de două resturi de citozină și unul de adenozină. În acest loc are loc legătura cu 1 din cei 20 de aminoacizi disponibili. Pentru fiecare aminoacid, este destinată o enzimă separată - propriul aminoacil-ARNt.
Toate informațiile care criptează structura tuturor sunt conținute în ADN-ul însuși. Structura ARNt la toate creaturile vii de pe planetă este aproape identică. Va arăta ca o frunză când este privit în 2-D.
Cu toate acestea, dacă te uiți în volum, molecula seamănă cu o structură geometrică în formă de L. Aceasta este considerată structura terțiară a ARNt. Dar, pentru comoditatea studiului, este obișnuit să „dezvoltați” vizual. Structura terțiară se formează ca urmare a interacțiunii elementelor structurii secundare, acele părți care se completează reciproc.
Brațele sau inelele ARNt joacă un rol important. Un braț, de exemplu, este necesar pentru legarea chimică cu o anumită enzimă.
O trăsătură caracteristică a unei nucleotide este prezența unui număr mare de nucleozide. Există mai mult de 60 de tipuri de aceste nucleozide minore.
Structura ARNt și codificarea aminoacizilor
Știm că anticodonul ARNt are 3 molecule lungime. Fiecare anticodon corespunde unui aminoacid specific, „personal”. Acest aminoacid este conectat la molecula de ARNt folosind o enzimă specială. De îndată ce cei 2 aminoacizi se unesc, legăturile cu ARNt sunt rupte. Toți compușii chimici și enzimele sunt necesari până la timpul necesar. Acesta este modul în care structura și funcțiile ARNt sunt interconectate.
În total, există 61 de tipuri de astfel de molecule în celulă. Pot exista variații matematice 64. Cu toate acestea, 3 tipuri de ARNt lipsesc din cauza faptului că exact acest număr de codoni stop din IRNA nu are anticodoni.
Interacțiunea dintre ARN și ARNt
Să luăm în considerare interacțiunea unei substanțe cu ARN și RARN, precum și caracteristicile structurale ale ARNt. Structura și scopul unei macromolecule sunt interdependente.
Structura IRNA copiază informații dintr-o secțiune separată a ADN-ului. ADN-ul în sine este o conexiune prea mare de molecule și nu părăsește niciodată nucleul. Prin urmare, este nevoie de un ARN intermediar - informațional.
Pe baza secvenței de molecule copiate de ARN, ribozomul formează o proteină. Ribozomul este o structură polinucleotidă separată, a cărei structură trebuie explicată.
ARNt ribozomal: interacțiune
ARN-ul ribozomal este un organel imens. Greutatea sa moleculară este de 1 000 000 - 1 500 000. Aproape 80% din cantitatea totală de ARN este nucleotide ribozomale.
Se pare că captează lanțul IRNA și așteaptă anticodoni care vor aduce cu ei molecule de ARNt. ARN-ul ribozomal este format din 2 subunități: mici și mari.
Ribozomul se numește „fabrica”, deoarece în acest organel are loc toată sinteza substanțelor necesare vieții de zi cu zi. Este, de asemenea, o structură celulară foarte veche.
Cum are loc sinteza proteinelor în ribozom?
Structura ARNt și rolul său în sinteza proteinelor sunt interdependente. Antidonul situat pe una dintre părțile acidului ribonucleic este potrivit în forma sa pentru funcția principală - livrarea de aminoacizi la ribozom, unde are loc alinierea în faze a proteinei. În esență, TARN-ul acționează ca un intermediar. Sarcina sa este doar de a aduce aminoacidul necesar.
Când informațiile sunt citite dintr-o parte a ARN-ului, ribozomul se deplasează mai departe de-a lungul lanțului. Șablonul este necesar doar pentru a transmite informații codificate despre configurația și funcția unei singure proteine. Apoi, un alt ARNt se apropie de ribozom cu bazele sale azotate. De asemenea, decodifică următoarea parte a MRNA.
Decodificarea se desfășoară după cum urmează. Bazele azotate se combină după principiul complementarității în același mod ca și în ADN-ul însuși. În consecință, TRNA vede unde trebuie să „acosteze” și în ce „hangar” să trimită aminoacidul.
Apoi, în ribozom, aminoacizii astfel selectați sunt legați chimic, pas cu pas se formează o nouă macromoleculă liniară, care, după terminarea sintezei, se răsucește într-o globulă (bilă). ARNt-ul și ARN-ul folosit, după ce și-au îndeplinit funcția, sunt îndepărtați din „fabrică” de proteine.
Când prima parte a codonului se unește cu anticodonul, se determină cadrul de citire. Ulterior, dacă dintr-un anumit motiv are loc o schimbare a cadrului, atunci un semn al proteinei va fi respins. Ribozomul nu poate interveni în acest proces și nu poate rezolva problema. Abia după finalizarea procesului, cele 2 subunități de ARNr sunt combinate din nou. În medie, pentru fiecare 104 aminoacizi, există 1 eroare. Pentru fiecare 25 de proteine deja asamblate, se va produce cel puțin o eroare de replicare.
ARNt ca molecule relicve
Deoarece ARNt poate fi existat în momentul nașterii vieții pe pământ, se numește moleculă relicvă. Se crede că ARN-ul este prima structură care a existat înainte de ADN și apoi a evoluat. Ipoteza lumii ARN - formulată în 1986 de laureatul Walter Gilbert. Cu toate acestea, este încă dificil să dovedești acest lucru. Teoria este susținută de fapte evidente - moleculele de ARNt sunt capabile să stocheze blocuri de informații și să implementeze cumva aceste informații, adică să efectueze muncă.
Dar adversarii teoriei susțin că o perioadă scurtă de viață a unei substanțe nu poate garanta că ARNt este un bun purtător al oricărei informații biologice. Aceste nucleotide sunt degradate rapid. Durata de viață a ARNt în celulele umane variază de la câteva minute la câteva ore. Unele specii pot dura până la o zi. Și dacă vorbim despre aceleași nucleotide în bacterii, atunci termenii sunt mult mai scurti - până la câteva ore. În plus, structura și funcțiile ARNt sunt prea complexe pentru ca o moleculă să devină elementul principal al biosferei Pământului.
Acest articol este al doilea dintr-o serie de auto-publicare, care trebuie citit după citirea primului articol.Proprietățile codului genetic - o urmă a apariției acestuia . Este foarte de dorit ca oamenii care sunt începători cu elementele de bază ale biologiei moleculare să citească articolul lui O.O. Favorova" „. Este important să înțelegem, pentru a înțelege CUM cod genetic, este necesar să înțelegem CUM funcționează în organismele moderne. Și pentru aceasta este necesar să ne adâncim în mecanismele moleculare ale sintezei proteinelor codificate. Pentru a înțelege acest articol, este important să înțelegeți cum este aranjată molecula de ARN, cum diferă de molecula de ADN.
Înțelegerea subiectului despre originea vieții în general și apariția codului genetic, în special, este pur și simplu imposibilă fără înțelegerea mecanismelor moleculare de bază în organismele vii, în primul rând două aspecte - reproducerea moleculelor ereditare (acizi nucleici) și proteine. sinteză. Prin urmare, acest articol este dedicat în primul rând prezentării acelui minim de cunoștințe, cu ajutorul căruia se poate înțelege materialul bogat și destul de interesant legat de originea codului genetic (GC).
Cel mai bine este să vă familiarizați cu mecanismele moleculare ale sintezei proteinelor prin studierea structurii uneia dintre componentele cheie și a uneia dintre cele mai vechi structuri din organismele vii - molecula de ARN de transfer (sau ARNt). Molecula de ARNt are o structură neobișnuit de conservată, care este similară în toate organismele vii. Această structură se schimbă în cursul evoluției atât de încet încât ne permite să extragem o mulțime de informații despre cum ar putea arăta cele mai vechi sisteme de sinteză a proteinelor în timpul formării lor inițiale. Prin urmare, se spune că molecula de ARNt esterelicvă moleculară.
Relicva moleculara, sau fosilă moleculară este o abstractizare care denotă mecanisme antice și structuri moleculare și supramoleculare găsite în organismele moderne, ceea ce ne permite să extragem informații despre structura celor mai vechi sisteme vii. Relicvele moleculare includ molecule de ARN ribozomal și de transfer, aminoacil-ARNt sintetaze, ADN și ARN polimeraze și cod genetic, ca modalitate de codificare, precum și o serie de alte structuri și mecanisme moleculare. Analiza lor este o sursă cheie de informații despre cum ar fi putut apărea viața și cod genetic, în special. Să luăm în considerare mai detaliat structura ARNt și acele părți ale acestuia care se schimbă atât de lent în timpul evoluției, încât conțin încă o mulțime de informații despre ARNt-urile antice care au existat cu mai bine de 3,5 miliarde de ani în urmă.
Molecula de ARNt este relativ mică, lungimea sa variază de la 74 la 95 de resturi de nucleotide, cel mai adesea 76 de nucleotide (vezi Fig. 1).În secvența tARN, așa-numitaconservator resturile de nucleotide sunt resturi de nucleotide situate în secvențe strict definite în aproape toate moleculele de ARNt. În plus, ieși în evidențăsemiconservatoare resturile de nucleotide sunt reziduuri reprezentate numai de baze purinice sau pirimidinice în secvențe de ARNt strict definite. În plus, diferite regiuni ale ARNt se modifică la rate semnificativ diferite.
Până la 25% din toate reziduurile de nucleotide sunt nucleozide modificate, adesea denumite minor . Au fost deja descrise peste 60 de reziduuri minore. Ele se formează ca urmare a modificării reziduurilor de nucleozide obișnuite cu ajutorul enzimelor speciale.
Pseudouridină (5-ribofuranoziluracil, Ψ), 5,6-dihidrouridină (D), 4-tiouridil și inozină. Structura unor baze modificate și parțial rolul lor sunt descrise în articol
Alături de structura primară (este doar o secvență de nucleotide), molecula de ARNt are o structură secundară și terțiară.
Structura secundară se datorează formării legăturilor de hidrogen între nucleotide. Chiar și la școală, se învață despre legăturile de hidrogen în timpul împerecherii complementare între nucleotide (AU și GC acest tip de împerechere de nucleotide se numește canonic), dar un număr considerabil de legături necanonice se formează și în moleculele de ARNt, în special, între G. și U, care va fi ceva mai slab și mai puțin avantajos din punct de vedere energetic).
Orez. 1. Structura secundară generalizată a ARNt (stânga) și numerotarea nucleotidelor general acceptată în ARNt (dreapta). Așa arată în aproape toate organismele vii. În figura din dreapta, nucleotidele conservatoare sunt evidențiate în cercuri aldine.
Denumiri:N - orice nucleotidă, T - timină, D - dihidrouridină, Ψ - pseudouridină, R - nucleotidă purinică.
Ca rezultat, se formează așa-numita structură de trifoi.În structura unei frunze de trifoi, există: o tulpină acceptoare și trei ramuri, sau domenii (arme): anticocodon (constă dintr-un anticodon tulpină dublu catenară (tulpina) și bucla anticodon (buclă), dihidrouridină sauD- ramură, sauD-domeniu, (tot din buclă și tulpină dihidrouridină) șiTΨC-ramură, sau pur și simplu ramură T, sau domeniu T, (buclă T și tulpină T). Pe lângă cele trei bucle ale frunzei de trifoi, se distinge și așa-numita buclă suplimentară sau variabilă. Lungimea buclei variabile variază de la 4 la 24 de nucleotide.
De ce structura secundară a ARNt are formă de trifoi? Răspunsul la această întrebare a fost dat de M. Eigen [Eigen M, Winkler R.1979] . Adevărul este căcu o lungime a lanțului ARN de 80 de nucleotide cu o secvență aleatorie, cea mai probabilă este o structură secundară cu 3-4 petale. Deși un ac de păr cu o singură buclă are numărul maxim de perechi de baze, această structură în secvențe aleatorii este puțin probabilă. De aceea este rezonabil să se considere că structurile asemănătoare ARNt (adică structurile cu 3-4 bucle) au fost cele mai comune molecule în stadiul vieții ARN și ARN-proteine. Argumente suplimentare în favoarea acestei afirmații vor fi date în articolele următoare.
Structura terțiară a ARNt.
Structura terțiară a ARNt corespunde structurii spațiale reale. Ea a primit numeleL-forme, datorită asemănării structurii terțiare cu forma literei mari latine "L". Structura terțiară se formează datorită interacțiunii elementelor structurii secundare. Participa la formarea lui staking interacțiuni temeiuri. Datorită stivuirii bazelor, acceptorul și tulpina T ale frunzei de trifoi formează un dublu helix continuu, formând una dintre "tije"L-forme. Anticodon șiD- tulpinile formează un alt „băț” al acestei litere,D- șiT-buclele într-o astfel de structură sunt reunite și sunt fixate împreună prin formarea de perechi de baze suplimentare, adesea neobișnuite, care, de regulă, sunt formate din reziduuri conservatoare sau semi-conservatoare. În lumina acestei implicări a fundațiilor conservatoare și semiconservatoare în educațieL-formele devin clare prezența lor înT- șiD-bucle. Formarea structurii în formă de L și interacțiunea acesteia cu APCaza este prezentată schematic în fig. 2.
Orez. 2.Schema de educație spațialăL-structura în formă a ARNt și interacțiunea acestuia cu ARSaza oh.
Săgeata indică locul de atașare a aminoacidului în timpul aminoacilării ARNt sintetazei. Domeniul acceptor ARNt este evidențiat cu roșu, domeniul anticodon este evidențiat cu albastru. Ovalele indică domeniile APCază: verde este domeniul catalitic care conține domeniul de legare și aminoacilare al regiunii acceptoare de ARNt, galben și portocaliu sunt domeniul variabil al APCazei. În funcție de mărimea acestui domeniu, APCase a recunoaște regiunea anticodon ca domeniu variabil (domeniul este indicat cu galben) sau nu o recunoaște (domeniul este indicat cu portocaliu).
Bazele anticodonului sunt inversateinterior L-moleculă în formă.
ARN-urile de transfer în toate organismele vii îndeplinesc secvenţial trei funcţii necesare pentru sinteza proteinelor:
1) acceptor - cu ajutorul enzimelor proteice (aminoacil-ARNt-sintataza) ataseaza covalent un aminoacid strict definit de restul de aminoacil (pentru fiecare aminoacid - strict propriu sau uneori mai multe tARN);2) transport - transportă un aminoacid într-o locație specifică de pe ribozom;3) adaptativ - în combinație cu ribozomul, este capabil să recunoască în mod specific tripletul codului genetic pe ARN-ul matricei, după care aminoacidul atașat la ARNt este inclus în lanțul polipeptidic în creștere de pe ribozom.
Articole legate de subiect:
Structura ARN-urilor de transfer și funcția lor în prima etapă (pre-ribosomală) a biosintezei proteinelor
70-90N | pagina secundară - trifoi | CCA 3" const pentru tot ARNt |
prezența timinei, pseudouridină-psi, digirouridină DGU în bucla D - protecție împotriva ribonucleazelor? longeviv | O varietate de structuri primare ale ARNt - 61 + 1 - prin numărul de codoni + ARNt formilmetionină, anticodonul pisicii este același cu cel al ARNt metioninei. Varietate de structuri terțiare - 20 (în funcție de numărul de aminoacizi) | recunoaștere - formarea unei legături covalente m-y tARN și act | aminoacil-ARNt sintetazele atașează acte la tARN
Funcția ARNt este de a transfera aminoacizi din citoplasmă la ribozomi, în care are loc sinteza proteinelor.
ARNt-urile care leagă un aminoacid se numesc izoacceptor.
În total, 64 de ARNt diferite există simultan într-o celulă.
Fiecare ARNt se asociază numai cu propriul codon.
Fiecare ARNt își recunoaște propriul codon fără implicarea unui aminoacid. Aminoacizii legați de ARNt au fost modificați chimic, după care a fost analizată polipeptida rezultată, care conținea aminoacidul modificat. Cysteinil-tRNACys (R=CH2-SH) a fost redus la alanil-tRNACys (R=CH3).
Majoritatea ARNt-urilor, indiferent de secvența lor de nucleotide, au o structură secundară în formă de trifoi datorită prezenței a trei ac de păr în ea.
Caracteristicile structurale ale ARNt
Există întotdeauna patru nucleotide nepereche la 3 "capătul moleculei, iar trei dintre ele sunt în mod necesar CCA-uri. Capetele 5" și 3" ale lanțului de ARN formează o tulpină acceptor. Lanțurile sunt ținute împreună datorită împerecherii complementare a șapte nucleotide 5" - se termină cu șapte nucleotide situate în apropierea capătului de 3". 2. Toate moleculele au un ac de păr T? C, denumit astfel deoarece conține două reziduuri neobișnuite: ribotimidină (T) și pseudouridină (? Actorul de păr este format dintr-un ac dublu -tulpină de cinci perechi de baze, inclusiv o pereche de GC, și o buclă de șapte nucleotide în lungime.
în același punct al buclei. 3. Într-un ac de păr anticodon, tulpina este întotdeauna reprezentată de o familie de perechi
temeiuri. Tripletul complementar codonului înrudit, anticodonul, este situat în buclă.
le, constând din șapte nucleotide. Un ura invariant-
cyl și o citozină modificată, iar o purină modificată se învecinează cu capătul său de 3 ", de regulă
adenina. 4. Un alt ac de păr constă dintr-o tulpină lungă de trei până la patru perechi de nucleotide și o buclă variabilă
dimensiune, care conțin adesea uracil într-o formă redusă - dihidrouracil (DU). Secvențele de nucleotide ale tulpinilor, numărul de nucleotide dintre tulpina anticodonului și tulpina T?C (bucla variabilă), precum și dimensiunea buclei și localizarea reziduurilor de dihidrouracil în bucla DU variază cel mai puternic.
[Singer, 1998].
Structura terțiară a ARNt
Structură în formă de L.
Atașarea aminoacizilor la ARNt
Pentru ca un aminoacid să formeze un lanț polipeptidic, acesta trebuie să fie atașat la ARNt de către enzima aminoacil-ARNt sintetaza. Această enzimă formează o legătură covalentă între gruparea carboxil aminoacidului și gruparea hidroxil riboză la capătul 3’ al ARNt cu participarea ATP. Aminoacil-ARNt sintetaza recunoaște un codon specific nu datorită prezenței unui anticodon pe ARNt, ci prin prezența unui situs de recunoaștere specific pe ARNt.
În total, există 21 de aminoacil-ARNt sintetaze diferite în celulă.
Aderarea are loc în două etape:
1. Gruparea carboxil a unui aminoacid este atașată de ATP a-fosfat. Adenilatul de aminoacil instabil rezultat este stabilizat prin legarea la enzimă.
2. Transferul grupării aminoacil a adenilatului de aminoacil la gruparea 2’ sau 3’-OH a ribozei terminale a ARNt
Unele aminoacil-ARNt sintetaze constau dintr-un singur lanț polipeptidic, în timp ce altele constau din două sau patru lanțuri identice, fiecare cu o greutate moleculară de 35 până la 115 kDa. Unele enzime dimerice și tetramerice sunt compuse din două tipuri de subunități. Nu există o corelație clară între dimensiunea moleculei de enzimă sau natura structurii și specificității subunității sale.
Specificitatea unei enzime este determinată de legarea sa puternică la capătul acceptor al ARNt, regiunea DU și bucla variabilă. Unele enzime par să nu recunoască tripletul anticodonului și catalizează reacția de aminoacetilare chiar și atunci când anticodonul este alterat. Cu toate acestea, unele enzime prezintă o activitate redusă în raport cu astfel de ARNt modificați și adaugă aminoacidul greșit atunci când înlocuiesc anticodonul.
70-90n | pagina secundară - trifoi | CCA 3" const pentru tot ARNt |
prezența timinei, pseudouridină-psi, digirouridină DGU în bucla D - protecție împotriva ribonucleazelor? longeviv | O varietate de structuri primare ale ARNt - 61 + 1 - prin numărul de codoni + ARNt formilmetionină, anticodonul pisicii este același cu cel al ARNt metioninei. Varietate de structuri terțiare - 20 (în funcție de numărul de aminoacizi)
Există două tipuri de tRNAFMet și tRNAMMet de legare a metioninei la procariote și tRNAIMet și tRNAMMet la eucariote. Se adaugă metionină la fiecare ARNt utilizând sinteza aminoacil-ARNt corespunzătoare. metionina atașată la tRNAFMet și tRNAIMet este formată de enzima metionil-ARNt-transformilază la Fmet-tRNAFMet. ARNt-urile încărcate cu formilmetionină recunosc codonul de inițiere AUG.
Literatură:
Din păcate, nu există bibliografie.
ARN de transfer (ARNt) joacă un rol important în procesul de utilizare a informațiilor ereditare de către celulă. Livrând aminoacizii necesari la locul de asamblare al lanțurilor peptidice, ARNt acționează ca un mediator de translație.
Moleculele de ARNt sunt lanțuri de polinucleotide sintetizate pe secvențe specifice de ADN. Ele constau dintr-un număr relativ mic de nucleotide -75-95. Ca urmare a conexiunii complementare a bazelor care se află în diferite părți ale lanțului polinucleotidic ARNt, acesta capătă o structură asemănătoare cu forma unei frunze de trifoi (Fig. 3.26).
Orez. 3.26. Structura unei molecule tipice de ARNt.
Are patru părți principale care îndeplinesc funcții diferite. acceptor„Tulpina” este formată din două părți terminale conectate complementare ale ARNt. Este format din șapte perechi de baze. Capătul de 3" al acestei tulpini este oarecum mai lung și formează o regiune monocatenară care se termină într-o secvență CCA cu o grupare OH liberă. La acest capăt este atașat un aminoacid transportabil. Cele trei ramuri rămase sunt secvențe de nucleotide pereche complementare care se termină în regiuni nepereche care formează bucle.Mijlocul acestor ramuri - anticodonul - constă din cinci perechi de nucleotide și conține un anticodon în centrul buclei sale.Anticodonul este trei nucleotide complementare codonului ARNm, care codifică aminoacidul. transportat de acest ARNt la locul de sinteză a peptidei.
Între ramurile acceptor și anticodon sunt două ramuri laterale. În buclele lor, ele conțin baze modificate - dihidrouridină (bucla D) și tripletul TψC, unde \y este pseudouriaină (bucla T^C).
Între ramurile aiticodonă și T^C există o buclă suplimentară, care include de la 3-5 până la 13-21 nucleotide.
În general, diferitele tipuri de ARNt sunt caracterizate printr-o anumită constanță a secvenței de nucleotide, care constă cel mai adesea din 76 de nucleotide. Variația numărului lor se datorează în principal modificării numărului de nucleotide din bucla suplimentară. Regiunile complementare care susțin structura ARNt sunt de obicei conservate. Structura primară a ARNt, determinată de secvența nucleotidelor, formează structura secundară a ARNt, care are forma unei frunze de trifoi. La rândul său, structura secundară determină o structură terțiară tridimensională, care se caracterizează prin formarea a două elice duble perpendiculare (Fig. 3.27). Una dintre ele este formată din ramurile acceptor și TψC, cealaltă din ramurile anticodon și D.
La capătul uneia dintre helixele duble se află aminoacidul transportat, la capătul celeilalte se află anticodonul. Aceste zone sunt cele mai îndepărtate unele de altele. Stabilitatea structurii terțiare a ARNt este menținută datorită apariției unor legături suplimentare de hidrogen între bazele lanțului polinucleotidic, situate în diferite părți ale acestuia, dar apropiate spațial în structura terțiară.
Diferite tipuri de ARNt au o structură terțiară similară, deși cu unele variații.
Orez. 3.27. Organizarea spațială a ARNt:
I - structura secundară a ARNt sub forma unei „frunze de trifoi”, determinată de structura sa primară (secvența de nucleotide din lanț);
II - proiecția bidimensională a structurii terțiare a ARNt;
III - dispunerea moleculei de ARNt în spațiu
ANEXĂ (în cazul în care cineva nu înțelege acest lucru)
Dinții de fulger – nucleotide (Adenină-Timină/Uracil/, Guanine-Citazină). Toate fulgerele sunt ADN.
Pentru a transfera informații din ADN, trebuie să rupeți 2 fire. Legătura dintre A-T și G-C este hidrogen, prin urmare este ușor ruptă de enzima helicază:
Pentru a preveni formarea nodurilor (De exemplu, am răsucit un prosop):
Topoizomeraza taie o catenă de ADN la originea replicării, astfel încât lanțul să nu se răsucească.
Când un fir este liber, cel de-al doilea se poate roti cu ușurință în jurul axei sale, eliberând astfel tensiunea în timpul „deztorsului”. Nodurile nu apar, se economisește energia.
Apoi, este necesar un primer ARN pentru a începe colectarea ARN. O proteină care asamblează ARNm nu poate asambla pur și simplu prima nucleotidă, are nevoie de o bucată de ARN pentru a începe (este scris în detaliu acolo, o voi scrie mai târziu). Această piesă se numește primer ARN. Și această proteină atașează deja prima nucleotidă la ea.
