Аміноацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) – фермент синтетаза, що каталізує утворення аміноацил-тРНК у реакції етерифікації певної амінокислоти з відповідною їй молекулою тРНК. Для кожної амінокислоти існує своя аміноацил-тРНК-синтетаза. АРСази забезпечують відповідність нуклеотидним триплетам генетичного коду (антикодону тРНК), що вбудовуються в білок амінокислот, і, таким чином, забезпечують правильність того, що відбувається в подальшому зчитування генетичної інформації з мРНК при синтезі білків на рибосомах. Більшість АРС-аз складаються з 1, 2 або 4 однакових поліпептидних ланцюгів. Молекулярна маса поліпептидних ланцюгів 30-140 тис. Багато АРС-ази містять два активні центри. Є 3 ділянки. Перша ділянка не має специфічності, він однаковий для всіх ферментів, це місце приєднання АТФ. П-а ділянка має сувору специфічність, сюди приєднується певна АК, за якою і називається АРСаза, наприклад, якщо вона приєднує метіонін, то називається метіоніл-т-РНК-синтетаза. Ш-й ділянку також є строго специфічним ділянкою, що може з'єднатися тільки з виділеною т-РНК. Таким чином, фермент необхідний для впізнавання амінокислоти та т-РНК.
Специфіка реакцій, що каталізуються АРС-азами, дуже висока, що визначає точність білкового синтезу в живій клітині. Якщо А. здійснить помилкове аміноацилювання тРНК близькою за структурою амінокислотою, відбудеться корекція шляхом каталізованого тієї ж АРС-ази гідролізу помилкових АК-тРНК до АК та тРНК. У цитоплазмі міститься повний набір АРС-аз, у хлоропластах та мітохондріях є свої АРС-ази.
Транспортна РНК. Будова, функції. Будова рибосом.
Усі тРНК мають спільні риси як у їх первинній структурі, і у способі складання полінуклеотидного ланцюга у вторинну структуру з допомогою взаємодій між основами нуклеотидних залишків.
Первинна структура тРНК
тРНК – відносно невеликі молекули, довжина їх ланцюгів варіює від 74 до 95 нуклеотидних залишків. Всі тРНК мають однаковий 3"-кінець, побудований з двох залишків цитозину та одного - аденозину (CCA-кінець). Саме 3"-кінцевий аденозин зв'язується з амінокислотним залишком при утворенні аміноацил-тРНК. CCA-кінець приєднується до багатьох тРНК за допомогою спеціального ферменту. Нуклеотидний триплет, комплементарний кодону для амінокислоти (антикодон), знаходиться приблизно у середині ланцюга тРНК. В окремих положеннях послідовності практично у всіх видів тРНК зустрічаються ті самі (консервативні) нуклеотидні залишки. У деяких положеннях можуть бути або тільки пуринові, або тільки піримідинові основи (їх називають напівконсервативними залишками).
Для всіх молекул тРНК характерна присутність великої кількості (до 25% всіх залишків) різноманітних модифікованих нуклеозидів, які часто називають мінорними. Вони утворюються у різних місцях молекул, у часто чітко визначених, у результаті модифікації звичайних нуклеозидних залишків з допомогою спеціальних ферментів.
Вторинна структура тРНК
складання ланцюга у вторинну структуру відбувається за рахунок взаємокомплементарності ділянок ланцюга. Три фрагменти ланцюга виявляються комплементарними при складанні їх на себе, утворюючи шпилькоподібні структури. Крім того, 5"-кінець комплементарний ділянці, близької до 3"-кінцю ланцюга, при їх антипаралельному розташуванні; вони формують так зване акцепторне стебло. В результаті утворюється структура, що характеризується наявністю чотирьох стебел і трьох петель, яка отримала назву "конюшинного листа". Стебло із петлею формують гілку. Внизу розташована антикодонова гілка, що містить антикодоновий триплет у складі своєї петлі. Ліворуч і праворуч від неї розташовані D- та T-гілки, відповідно названі так через присутність у їх петлях незвичайних консервативних нуклеозидів дигідроуридину (D) та тимідину (T). Нуклеотидні послідовності всіх вивчених тРНК може бути складено аналогічні структури. На додаток до трьох петлях конюшинного листа в структурі тРНК виділяють також додаткову, або варіабельну, петлю (V-петлю). Її розміри різко різняться в різних тРНК, варіюючи від 4 до 21 нуклеотиду, а за останніми даними, і до 24 нуклеотидів.
Просторова (третинна) структура тРНК
За рахунок взаємодії елементів вторинної структури формується третинна структура, яка отримала назву L-форми через схожість із латинською літерою L (рис. 2 та 3). За рахунок стекінгу основ акцепторне стебло і T-стебло конюшинного листа утворюють одну безперервну подвійну спіраль, а два інших стебла - антикодоновий і D - іншу безперервну подвійну спіраль. При цьому D- та T-петлі виявляються зближеними та скріплюються між собою шляхом утворення додаткових, часто незвичайних пар основ. У освіті цих пар, зазвичай, беруть участь консервативні чи напівконсервативні залишки. Аналогічні третинні взаємодії скріплюють деякі інші ділянки L-структури
Основне призначення транспортної РНК (тРНК) - доставляти активовані залишки амінокислот в рибосому і забезпечувати їх включення в синтезується білковий ланцюг відповідно до програми, записаної генетичним кодом в матричній, або інформаційної РНК (мРНК).
Будова рибосом.
Рибосоми є рибонуклео-протеїновими утвореннями - своєрідні "фабрики", на яких йде складання амінокислот у білки. Еукаріотичні рибосоми мають константу седиментації 80S і складаються з 40S (малий) та 60S (великий) субодиниць. Кожна субодиниця включає рРНК та білки.
Білки входять до складу субодиниць рибосоми в кількості однієї копії та виконують структурну функцію, забезпечуючи взаємодію між мРНК та тРНК, пов'язаними з амінокислотою або пептидом.
У присутності мРНК 40S і 60S субодиниці поєднуються з утворенням повної рибосоми, маса якої приблизно в 650 разів більша за масу молекули гемоглобіну.
Мабуть, рРНК визначає основні структурні та функціональні властивості рибосом, зокрема забезпечує цілісність рибосомних субодиниць, зумовлює їх форму та низку структурних особливостей.
Об'єднання великої та малої субодиниці відбувається у присутності матричної (інформаційної) РНК (мРНК). Одна молекула мРНК зазвичай поєднує кілька рибосом на кшталт нитки намиста. Таку структуру називають полісомою. Полісоми вільно розташовуються в основному речовині цитоплазми або прикріплені до мембран шорсткої цитоплазматичної мережі. В обох випадках вони є місцем активного синтезу білка.
Так само, як і ендоплазматична мережа, рибосоми були відкриті лише за допомогою електронного мікроскопа. Рибосоми – найменші з клітинних органел.
У рибосомі є 2 центри для приєднання молекул тРНК: аміноацильний (А) та пептидильний (Р) центри, в освіті яких беруть участь обидві субодиниці. Разом центри А і Р включають ділянку мРНК, що дорівнює 2 кодонам. У ході трансляції центр А пов'язує аа-тРНК, будову якої визначає кодон, що знаходиться в цьому центрі. У структурі цього кодону зашифрована природа амінокислоти, яка буде включена в поліпептидний ланцюг, що росте. Центр Р займає пептидил-тРНК, тобто. тРНК, пов'язана з пептидним ланцюжком, який вже синтезований.
У еукаріот розрізняють рибосоми 2 типів: "вільні", що виявляються в цитоплазмі клітин, і пов'язані з ендоплазматичним ретикулумом (ЕР). Рибосоми, асоційовані з ЕР, відповідальні за синтез білків "на експорт", які виходять у плазму крові та беруть участь в оновленні білків ЕР, мембрани апарату Гольджі, мітохондрій або лізосом
Синтез поліпептидної молекули. Ініціація та елонгація.
Синтез білка є циклічним багатоступінчастим енергозалежним процесом, в якому вільні амінокислоти полімеризуються в генетично детерміновану послідовність з утворенням поліпептидів.
Другий етап матричного синтезу білка, що трансляцію, що протікає в рибосомі, умовно ділять на три стадії: ініціації, елонгації та термінації.
Ініціація.
Послідовність ДНК, що транскрибується в одну іРНК, що починається переглядом на 5' кінці і закінчується термінатором на 3'-кінці, є одиницею транскрипції і відповідає поняттю «ген». Контроль експресії генів може здійснюватись на етапі трансляції – ініціація. На цьому етапі РНК-полімераза розпізнає промотор фрагмент довжиною 41-44 п.н. Транскрипція відбувається у напрямі 5`-3` або зліва направо. Послідовності, що лежать праворуч від стартового нуклеїтиду, з якого починається синтез тРНК, позначаються номерами зі знаком + (+1, +2..), а ліворуч зі знаком – (-1,-2). Таким чином, область ДНК, до якої приєднується ДНК-полімераза, займає ділянку з координатами приблизно від -20 до +20. У всіх промоторах присутні одні й ті ж нуклеотидні послідовності, які називаються консервативними. Такі послідовності є сигналами, що розпізнаються РНК-полімеразами. Стартова точка зазвичай представлена пурином. Відразу вліво від неї розташовується 6-9 п.н., відомі як послідовність (або ящик) Прибнова: ТАТААТ. Вона може дещо варіювати, але перші дві підстави зустрічаються у більшості промоторів. Передбачається, що оскільки її утворюють ділянку, багату АТ-парами, пов'язані двома водневими зв'язками, ДНК у цьому місці легше поділяється на окремі нитки. Це створює умови для функціонування РНК-полімерази. Поряд із цим ящик Прибнова необхідний для орієнтування таким чином, щоб синтез іРНК йшов зліва направо, тобто з 5`-3`. Центр скриньки Прибнова знаходячи на нуклеотиді -10. Близька за складом послідовність розташована в іншій ділянці з центром у положенні – 35. Ця ділянка, що складається з 9 п.н., позначають як послідовність 35 або район розпізнавання. Він є сайтом, до якого приєднується фактор, тим самим визначаючи ефективність, з якою РНК полімераза не може почати транскрипцію без спеціальних білків. Одним з них є фактор CAP або СRP.
У еукаріот більш докладно вивчені промотори, що взаємодіють із РНК-полімеразою II. Вони містять три гомологічні ділянки в районах з координатами в точках -25,-27 а також у стартовій точці. Стартовими основами служать аденін, фланкованих з обох боків піримідинами. На відстані 19-25 п.н. ліворуч від ділянки розташовані 7 п.н. ТАТАА, відомі як послідовність ТАТА, або ящик «Хогнесу», часто він оточений ділянками, багатими на ГЦ-пари. Ще ліворуч у положенні від -70 до -80 знаходиться послідовність ГТЦ або ЦААТЦТ, що називається ящик ЦААТ. Передбачається, що послідовність ТАТА контролює вибір стартового нуклеотиду, а ЦААТ – первинне зв'язування РНК-полімерази з ДНК-матрицею.
Елонгація. Стадія елонгації іРНК має схожість з елонгацією ДНК. Як попередники для неї необхідні рибонуклеотидтрифосфати. Етап елонгації транскрипції, тобто зростання ланцюга іРНК, відбувається шляхом приєднання рибонуклеотидмонофосфатів до 3`-кінцюцепа зі звільненням пірофосфату. Копіювання у еукаріотів зазвичай відбувається на обмеженій ділянці ДНК (гені), хоча у прокаріотів у ряді випадків транскрипція може проходити послідовно через кілька зчеплених генів, що формують єдиний оперон, і одного загального промотора. У такому разі утворюється поліцистрона іРНК.
Регуляція активності генів з прикладу лактозного оперону.
Лактозний оперон – поліцистронний оперон бактерій, що кодує гени метаболізму лактози.
Регуляція експресії генів метаболізму лактози у кишкової палички була вперше описана у 1961 році вченими Ф. Жакобом та Ж. Моно. Бактеріальна клітина синтезує ферменти, що беруть участь у метаболізмі лактози, лише в тому випадку, коли лактоза присутня у навколишньому середовищі і клітина відчуває нестачу глюкози.
Лактозний оперон складається з трьох структурних генів, промотора, оператора та термінатора. Приймається, що до складу оперону входить ген-регулятор, який кодує білок-репресор.
Структурні гени лактозного оперону - lacZ, lacY та lacA:
lacZ кодує фермент β-галактозидазу, яка розщеплює дисахарид лактозу на глюкозу та галактозу,
lacY кодує β-галактозид пермеазу, мембранний транспортний білок, який переносить лактозу усередину клітини.
lacA кодує β-галактозид трансацетилазу, фермент, що переносить ацетильну групу від ацетил-КоА на бета-галактозиди.
На початку кожного оперону знаходиться спеціальний ген – ген оператор. На структурних генах одного оперону зазвичай утворюється одна м-РНК і ці гени бувають одночасно активні або неактивні. Як правило, структурні гени в опероні перебувають у стані репресії.
Промотор - ділянка ДНК, що розпізнається ферментом РНК-полімеразою, що забезпечує синтез м-РНК в опероні передує ділянку ДНК, до якого приєднується Сар-білок - білок активатор. Ці дві ділянки ДНК складаються з 85 нуклеотидних пар. Після промотора в опероні розміщується ген-оператор, що складається з 21 нуклеотидної пари. З ним зазвичай і буває пов'язаний білок-репресор, що виробляється геном-регулятором. За геном-оператором розташовується спейсер (space-проміжок). Спейсери – неінформативні ділянки молекули ДНК різної довжини (іноді до 20000 пар основ), які, мабуть, беруть участь у регулюванні процесу транскрипції сусіднього гена.
Закінчується оперон термінатором - невеликою ділянкою ДНК, яка є стоп-сигналом синтезу м-РНК на даному опероні.
Акцепторні гени є місцем прикріплення різних білків, що регулюють роботу структурних генів. Якщо лактоза, проникаючи у клітину (її у разі називають індуктором), блокує білки, кодируемые геном-регулятором, вони втрачають здатність приєднуватися до гену-оператору. Ген-оператор переходить в активний стан і включає структурні гени.
РНК-полімераза за допомогою Cap-білка (білка-активатора) приєднується до промотору і, просуваючись по оперону, синтезує про-м-РНК. При транскрипції м-РНК зчитує генетичну інформацію з усіх структурних генів одному опероні. При трансляції на рибосомі відбувається синтез декількох різних поліпептидних ланцюгів, відповідно до кодонів, що містяться в м-РНК - послідовностях нуклеотидів, що забезпечують ініціацію та термінацію трансляції кожного ланцюга. Тип регулювання роботи генів, розглянутої на прикладі лактозного оперону, називається негативною індукцією синтезу білка.
Регуляція активності генів з прикладу триптофанового оперону.
Іншим типом регуляції роботи генів служить негативна репресія, вивчена у E.coU з прикладу оперона, контролює синтез амінокислоти триптофона. Цей оперон складається з 6700 пар нуклеотидів і містить 5 структурних генів, ген-оператор і два промотори. Ген регулятор забезпечує постійний синтез регуляторного білка, який впливає роботу trp - оперона. При надлишку в клітині триптофану останній з'єднується з регуляторним білком і змінює його таким чином, що він зв'язується з пероном і репресує синтез відповідної м-РНК.
Негативний та позитивний контроль генетичної активності.
Відома також так звана позитивна індукція, коли білковий продукт гена-регулятора активує роботу оперону, тобто. є не репресором, а активатором Поділ це умовно, і будова акцепторної частини оперону, дія гена – регулятора у прокаріотів дуже різноманітні.
Число структурних генів в опероні у прокаріотів коливається від одного до дванадцяти; оперон може мати або один, або два промотори і термінатори. Всі структурні гени, локалізовані в одному опероні, зазвичай контролюють систему ферментів, що забезпечують один ланцюг біохімічних реакцій. Безсумнівно, що у клітині існують системи, які узгоджують регуляцію роботи кількох оперонів.
До першої частини акцептора гена – оператора приєднуються білки, що активують синтез м-РНК, а до кінця його – білки – репресори, що пригнічують синтез м-РНК. Один ген регулюється одним із кількох білків, кожен з яких прикріплюється до відповідної точки акцептора. Різні гени можуть мати загальні регулятори і однакові операторні ділянки. Гени – регулятори діють не одночасно. Спочатку один включає відразу одну групу генів, потім згодом інший - іншу групу, тобто. регуляція активності генів відбувається «каскадами», причому синтезований білок в одній стадії, може бути регулятором синтезу білків наступної стадії.
Будова хромосом. Каріотип. Ідіограма. Моделі будови хромосом.
Хромосоми еукаріотів мають складну будову. Основу хромосоми становить лінійна (не замкнута в кільце) макромолекула дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) значної довжини (наприклад, молекулах ДНК хромосом людини налічується від 50 до 245 мільйонів пар азотистих основ). У розтягнутому вигляді довжина хромосоми людини може досягати 5 см. Крім неї, до складу хромосоми входять п'ять спеціалізованих білків - H1, H2A, H2B, H3 та H4 (так звані гістони) та ряд негістонових білків. Послідовність амінокислот гістонів висококонсервативна і практично не відрізняється в різних групах організмів. В інтерфазі хроматин не конденсований, але і в цей час його нитки є комплексом з ДНК і білків. Хроматин є дезоксирибонуклеопротеїдом, що виявляється під світловим мікроскопом у вигляді тонких ниток і гранул. Макромолекула ДНК обвиває октомери (структури, що складається з восьми білкових глобул) гістонових білків H2A, H2B, H3 та H4 утворюючи структури, названі нуклеосомами.
Загалом вся конструкція дещо нагадує намисто. Послідовність таких нуклеосом, з'єднаних білком H1, називається нуклеофіламентом, або нуклеосомною ниткою, діаметром близько 10 нм.
Конденсована хромосома має вигляд літери X (часто з нерівними плечима), оскільки дві хроматиди, що виникли в результаті реплікації, як і раніше, з'єднані між собою в районі центроміру. Кожна клітина тіла людини містить 46 хромосом. Хромосоми завжди парні. У клітці завжди є по 2 хромосоми кожного виду, пари відрізняються один від одного за довжиною, формою та наявністю потовщень або перетяжок.
Центромера - особливим чином організована ділянка хромосоми, загальна для обох сестринських хроматид. Центромера ділить тіло хромосоми на два плечі. Залежно від розташування первинної перетяжки розрізняють такі типи хромосом: рівноплечі (метацентричні), коли центроміра розташована посередині, а плечі приблизно рівної довжини; нерівноплечі (субметацентричні), коли центроміра зміщена від середини хромосоми, а плечі нерівної довжини; паличкоподібні (акроцентричні), коли центромір зміщений до одного кінця хромосоми і одне плече дуже коротке. У деяких хромосомах можуть бути вторинні перетяжки, що відокремлюють від тіла хромосоми ділянку, яку називають супутником.
Вивчення хімічної організації хромосом еукаріотів показало, що вони складаються в основному з ДНК і білків. Як було доведено численними дослідженнями, ДНК є матеріальним носієм властивостей спадковості та мінливості та містить у собі біологічну інформацію – програму розвитку клітини, організму, записану за допомогою особливого коду. Білки становлять значну частину речовини хромосом (близько 65% цих структур). Хромосома як комплекс генів є еволюційно сформовану структуру, властиву всім особинам даного виду. Взаємне розташування генів у складі хромосоми грає важливу роль характері їх функціонування.
Графічне зображення каріотипу, що його структурні особливості, називається ідіограмою.
Специфічний для певного виду за кількістю та структурою набір хромосом отримав назву каріотипу.
Гістони. Структура Нуклеос.
Гістони - основний клас нуклеопротеїнів, ядерних білків, необхідних для збирання та пакування ниток ДНК у хромосоми. Існує п'ять різних типів гістонів, названих H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. Послідовність амінокислот у цих білках мало відрізняється у організмах різного рівня організації. Гістони – невеликі, сильно основні білки, що зв'язуються безпосередньо з ДНК. Гістони беруть участь у структурній організації хроматину, нейтралізуючи за рахунок позитивних зарядів амінокислотних залишків негативно заряджені фосфатні групи ДНК, що уможливлює щільну упаковку ДНК в ядрі.
По дві молекули кожного з гістонів Н2А, Н2В, Н3 і Н4 складають октамер, обвитий сегментом ДНК довжиною 146 п.о., що утворює 1,8 витка спіралі поверх білкової структури. Ця частка діаметром 7 нм називається нуклеосомою. Ділянка ДНК (лінкерна ДНК), що безпосередньо не контактує з гістоновим октамером, взаємодіє з гістоном Н1.
Група негістонових білків високо гетерогенна і включає структурні ядерні білки, безліч ферментів та факторів транскрипції, пов'язаних з певними ділянками ДНК та здійснюють регуляцію генної експресії та інших процесів.
Гістони в октамері мають рухомий N-кінцевий фрагмент («хвіст») з 20 амінокислот, який виступає з нуклеосом та важливий для підтримки структури хроматину та контролю за генною експресією. Так, наприклад, формування (конденсація) хромосом пов'язане з фосфорилуванням гістонів, а посилення транскрипції – з ацетилюванням у них залишків лізину. Деталі механізму регулювання до кінця не з'ясовані.
Нуклеосома - субодиниця хроматину, що складається з ДНК та набору з чотирьох пар гістонових білків Н2А, Н2В, Н3 та Н4 однієї молекули гістону H1. Гістон Н1 зв'язується з лінкерною ДНК між двома нуклеосомами.
Нуклеосома є елементарною одиницею пакування хроматину. Вона складається з подвійної спіралі ДНК, обмотаної навколо специфічного комплексу із восьми нуклеосомних гістонів (гістонового октамера). Нуклеосома є дископодібною частинкою з діаметром близько 11 нм, що містить по дві копії кожного з нуклеосомних гістонів (Н2A, Н2В, НЗ, Н4). Гістоновий октамер утворює білкову серцевину, навколо якої двічі обмотана двоспіральна ДНК (146 нуклеотидних пар ДНК на гістоновий октамер).
Нуклеосоми, що входять до складу фібрил, розташовані більш менш рівномірно вздовж молекули ДНК на відстані 10-20 нм один від одного.
Рівні упаковки хромосом еукаріотів. Конденсація хроматину.
Таким чином, рівні упаковки ДНК такі:
1) Нуклеосомний (2,5 обороту двоспіральної ДНК навколо восьми молекул гістонових білків).
2) Супернуклеосомний – хроматинова спіраль (хромонема).
3) Хроматидний – спіралізована хромонема.
4) Хромосома – четвертий ступінь спералізації ДНК.
В інтерфазному ядрі хромосоми деконденсовані та представлені хроматином. Деспіралізовану ділянку, що містить гени, називається еухроматин (розпушений, волокнистий хроматин). Це потрібна умова для транскрипції. Під час спокою між діленнями певні ділянки хромосом та цілі хромосоми залишаються компактними.
Ці спіралізовані ділянки, що сильно фарбуються, називаються гетерохроматином. Вони неактивні щодо транскрипції. Розрізняють факультативний та конститутивний гетерохроматин.
Факультативний гетерохроматин інформативний, т.к. містить гени і може переходити до еухроматину. З двох гомологічних хромосом одна може бути гетерохроматичною. Конститутивний гетерохроматин завжди гетерохроматичний, неіформативний (не містить генів) і тому завжди неактивний щодо транскрипції.
Хромосомна ДНК складається з понад 108 пар основ, у тому числі утворюється інформативні блоки - гени, розташовані лінійно. На їхню частку припадає до 25% ДНК. Ген - функціональна одиниця ДНК, що містить інформацію для синтезу поліпептидів або всіх РНК. Між генами знаходяться спейсери – неінформативні відрізки ДНК різної довжини. Надлишкові гени представлені великою кількістю - 104 ідентичні копії. Прикладом є гени т-РНК, р-РНК, гістонів. У ДНК зустрічаються послідовності тих самих нуклеотидів. Вони можуть бути помірно повторюваними і високо повторюваними послідовностями. Послідовності, що помірно повторюються, досягають 300 пар нуклеотидів з повтореннями 102 - 104 і представляють найчастіше спейсери, надлишкові гени.
Високоповторювані послідовності (105 - 106) утворюють конститутивний гетерохроматин. Близько 75% всього хроматину не бере участі в транскрипції, він припадає на повторювані послідовності і нетранскрибуються спейсери.
Приготування хромосомних препаратів. Використання колхіцину. Гіпотонія, фіксація та фарбування.
Залежно від ступеня проліферативної активності клітин різних тканин in vivo та in vitro розрізняють прямі та непрямі методи одержання препаратів хромосом.
1) Прямі методи використовуються при дослідженні тканин, що мають високу мітотичну активність (кістковий мозок, хоріон і плацента, клітини лімфатичних вузлів, тканини ембріона на ранній стадії розвитку). Препарати хромосом готуються безпосередньо зі свіжого матеріалу після спеціальної обробки.
2) Непрямі методи включають одержання препаратів хромосом із будь-якої тканини після її попереднього культивування протягом різного періоду часу.
Існує безліч модифікацій прямого та непрямого методів приготування хромосомних препаратів, проте основні етапи одержання метафазних пластинок залишаються незмінними:
1. Використання колхіцину (колцеміду) – інгібітора утворення мітотичного веретена, який зупиняє поділ клітин на стадії метафази.
2. Гіпотонічний шок з використанням розчинів солей калію або натрію, які внаслідок різниці осмотичного тиску всередині та зовні клітин викликають їх набухання та розрив міжхромосомних зв'язків. Така процедура призводить до відділення хромосом один від одного, сприяючи сильнішому їх розкиду в метафазних платівках.
3. Фіксація клітин з використанням крижаної оцтової кислоти та етанолу (метанолу) у співвідношенні 3:1 (фіксатор Карнуа), що сприяє збереженню структури хромосом.
4. Розкопування суспензії клітин на предметне скло.
5. Фарбування хромосомних препаратів.
Розроблено низку методів фарбування (бендингу), що дозволяють виявити комплекс поперечних міток (смуг, бендів) на хромосомі. Кожна хромосома характеризується специфічним комплексом смуг. Гомологічні хромосоми забарвлюються ідентично, крім поліморфних районів, де локалізуються різні алельні варіанти генів. Алельний поліморфізм уражає багатьох генів і зустрічається у більшості популяцій. Виявлення поліморфізмів на цитогенетичному рівні немає діагностичного значення.
А. Q-фарбування. Перший метод диференціального фарбування хромосом був розроблений шведським цитологом Касперссоном, який використовував для цього флюоресцентний барвник акрихін-іприт. Під люмінесцентним мікроскопом на хромосомах видно ділянки з неоднаковою інтенсивністю флюоресценції – Q-сегменти. Метод найкраще підходить для дослідження Y-хромосом і тому використовується для швидкого визначення генетичної статі, виявлення транслокацій (обмінів ділянками) між X- та Y-хромосомами або між Y-хромосомою та аутосомами, а також для перегляду великої кількості клітин, коли необхідно з'ясувати , є у хворого з мозаїцизмом за статевими хромосомами клон клітин, що несуть Y-хромосому.
Б. G-фарбування. Після інтенсивної попередньої обробки, часто із застосуванням трипсину, хромосоми фарбують барвником Гімзи. Під світловим мікроскопом на хромосомах видно світлі та темні смуги – G-сегменти. Хоча розташування Q-сегментів відповідає розташування G-сегментів, G-фарбування виявилося більш чутливим і зайняло місце Q-фарбування як стандартний метод цитогенетичного аналізу. G-фарбування дає найкращі результати при виявленні невеликих аберацій та маркерних хромосом (сегментованих інакше, ніж нормальні гомологічні хромосоми).
В. R-фарбування дає картину, протилежну G-фарбування. Зазвичай використовують барвник Гімзи або флюоресцентний акридиновий барвник помаранчевий. Цим методом виявляють відмінності у фарбуванні гомологічних G- або Q-негативних ділянок сестринських хроматид або гомологічних хромосом.
Г. C-фарбування використовують для аналізу центромірних районів хромосом (ці райони містять конститутивний гетерохроматин) та варіабельної, яскраво флюоресцентної дистальної частини Y-хромосоми.
Д. T-фарбування застосовують для аналізу тіломірних районів хромосом. Цю методику, а також фарбування районів ядерцевих організаторів азотнокислим сріблом (AgNOR-фарбування) використовують для уточнення результатів, отриманих шляхом стандартного фарбування хромосом.
Взаємодія та будова ІРНК, ТРНК, РРНК – трьох основних нуклеїнових кислот, що розглядає така наука, як цитологія. Вона допоможе з'ясувати, яка роль транспортної (ТРНК) у клітинах. Ця дуже маленька, але водночас незаперечно важлива молекула бере участь у процесі комбінування білків, у тому числі складається організм.
Яка будова ТРНК? Дуже цікаво розглянути «зсередини» цю речовину, пізнати її біохімію та біологічну роль. А також, як будова ТРНК та її роль у синтезі білка взаємопов'язані?
Що таке ТРНК, як вона влаштована?
Транспортна рибонуклеїнова кислота бере участь у побудові нових білків. Майже 10% всіх рибонуклеїнових кислот – транспортні. Щоб було зрозуміло, з яких хімічних елементів утворено молекулу, розкажемо будову вторинної структури ТРНК. Вторинна структура розглядає всі основні хімічні зв'язки між елементами.
Складається з полінуклеотидного ланцюга. Азотисті основи у ній пов'язані водневими зв'язками. Як і в ДНК, РНК має 4 азотисті основи: аденін, цитозин, гуанін, та урацил. У цих сполуках аденін завжди пов'язаний з урацилом, а гуанін, як завжди, з цитозином.
Чому нуклеотид має приставку рибо-? Просто всі лінійні полімери, що мають рибозу замість пентози в основі нуклеотиду, називаються рибонуклеїновими. А транспортна РНК - це один із трьох видів саме такого, рибонуклеїнового полімеру.
Будова ТРНК: біохімія
Заглянемо у найглибші шари будови молекули. Ці нуклеотиди мають 3 складові:
- Сахароза, у всіх видах РНК бере участь рибоза.
- Фосфорна кислота.
- Азотисті та піримідини.
Азотисті основи поєднуються між собою міцними зв'язками. Прийнято розділяти основи на пуринові та піримідинові.
Пурини - це аденін та гуанін. Аденіну відповідає аденіловий нуклеотид із двох взаємозалежних кілець. А гуаніну відповідає такий же «однокільцевий» гуаніновий нуклеотид.
Пірамідини – це цитозин та урацил. Пірімідини мають структуру з одного кільця. Тіміну в РНК немає, тому що його замінює такий елемент, як урацил. Це важливо зрозуміти, як звертати увагу інші особливості будови ТРНК.
Види РНК
Як бачимо, будову ТРНК коротко не описати. Потрібно заглибитись у біохімію, щоб зрозуміти призначення молекули та її справжню структуру. Які ще відомі рибосомні нуклеотиди? Розрізняють також матричну або інформаційну та рибосомну нуклеїнові кислоти. Скорочено ІРНК та РРНК. Усі 3 молекули тісно співпрацюють у клітині один з одним, щоб організм отримував правильно структуровані глобули білка.
Неможливо уявити роботу одного полімеру самостійно 2 інших. Особливості будови ТРНК стають зрозумілішими, коли розглядаються у взаємозв'язку з функціями, які безпосередньо пов'язані з роботою рибосом.
Будова ІРНК, ТРНК, РРНК багато в чому схожі. Усі мають у основі рибозу. Проте структура та функції у них різні.
Відкриття нуклеїнових кислот
Швейцарцем Йоганном Мішером були знайдені в ядрі клітини в 1868 макромолекули, названі нуклеїнами згодом. Назва «нуклеїни» походить від слова (nucleus) – ядро. Хоча трохи пізніше було встановлено, що одноклітинні істоти, що не мають ядра, ці речовини також присутні. У середині XX століття отримано Нобелівську премію за відкриття синтезу нуклеїнових кислот.
у синтезі білка
Сама назва – транспортна РНК говорить про основну функцію молекули. Ця нуклеїнова кислота «привозить» із собою необхідну амінокислоту, потрібну рибосомної РНК для створення конкретного білка.
У молекули ТРНК функцій небагато. Перша – розпізнавання кодону ІРНК, друга функція – це доставка будівельних «цеглинок» – амінокислот для синтезу білка. Ще деякі спеціалісти виділяють акцепторну функцію. Тобто приєднання за ковалентним принципом амінокислот. Допомагає "прикріпити" цю амінокислоту такий фермент, як аміноцил-ТРНК-синтатаз.
Як будова ТРНК пов'язані з її функціями? Ця особлива рибонуклеїнова кислота влаштована так, що на одному її боці є азотисті основи, які завжди з'єднуються попарно. Це відомі нам елементи — А, У, Ц, Р. Рівне 3 «літери» або азотисті основи, становлять антикодон — зворотний набір елементів, що взаємодіє з кодоном за принципом комплементарності.
Ця важлива особливість будови ТРНК гарантує, що помилок при декодуванні матричної нуклеїнової кислоти не буде. Адже від точної послідовності амінокислот залежить, чи правильно синтезується потрібний організму в даний час білок.
Особливості будови
Які особливості будови ТРНК та її біологічна роль? Це дуже давня структура. Її розміри десь 73 – 93 нуклеотиди. Молекулярна маса речовини – 25 000-30 000.
Будівлю вторинної структури ТРНК можна розібрати, вивчивши 5 основних елементів молекули. Отже, ця нуклеїнова кислота складається з таких елементів:
- петля для контакту із ферментом;
- петля для контакту з рибосомою;
- антикодонова петля;
- акцепторне стебло;
- сам антикодон.
І також виділяють малу варіабельну петлю у вторинній структурі. Одне плече у всіх видів ТРНК однакове — стебло із двох залишків цитозину та одного — аденозину. Саме в цьому місці відбувається зв'язок з 1 з 20 наявних амінокислот. Для кожної амінокислоти призначено окремий фермент - свій аміноацил-тРНК.
Вся інформація, яка шифрує будову всіх, міститься в самій ДНК. Будова ТРНК у всіх живих істот на планеті практично ідентична. Вона буде виглядати як лист, якщо розглядати її у 2-D форматі.
Однак якщо глянути об'ємно, молекула нагадує L-подібну геометричну структуру. Це вважається третинна структура ТРНК. Але для зручності вивчення її прийнято візуально «розкручувати». Третинна структура утворюється внаслідок взаємодії елементів вторинної структури тих частин, які взаємокомпліментарні.
Плечі ТРНК чи кільця відіграють важливу роль. Одне плече, наприклад, необхідне хімічного зв'язку з певним ферментом.
Характерною особливістю нуклеотиду є наявність великої кількості нуклеозидів. Цих мінорних нуклеозидів понад 60 видів.
Будова ТРНК та кодування амінокислот
Ми знаємо, що антикодон ТРНК становить 3 молекули. Кожному антикодону відповідає певна, особиста амінокислота. Ця амінокислота з'єднана з молекулою ТРНК з допомогою спеціального ферменту. Як тільки 2 амінокислоти поєднуються, зв'язки з ТРНК розпадаються. Усі хімічні сполуки та ферменти потрібні до часу. Саме так взаємопов'язані будова та функції ТРНК.
Загалом у клітині присутній 61 тип таких молекул. Математичних варіацій може бути 64. Однак 3 види ТРНК відсутні через те, що саме така кількість стопкодонів в ІРНК не має антикодонів.
Взаємодія ІРНК та ТРНК
Розглянемо взаємодію речовини з ІРНК та РРНК, а також особливості будови ТРНК. Структура та призначення макромолекули взаємопов'язані.
Структура ІРНК копіює інформацію з окремої ділянки ДНК. Сама ДНК надто велика сполука молекул, і вона ніколи не виходить з ядра. Тому потрібна посередницька РНК – інформаційна.
На основі послідовності молекул, що скопіювала ІРНК, рибосома будує білок. Рибосома - це окрема полінуклеотидна структура, будову якої необхідно пояснити.
Рибосомна ТРНК: взаємодія
Рибосомна РНК це величезна органела. Її молекулярна вага 1 000 000 – 1 500 000. Майже 80 % усієї кількості РНК – саме рибосомні нуклеотиди.
Вона як би захоплює ланцюг ІРНК і чекає на антикодони, які принесуть із собою молекули ТРНК. Складається рибосомна РНК із двох субодиниць: малої та великої.
Рибосому називають «фабрикою», оскільки у цій органелі відбувається весь синтез потрібних для повсякденного життя речовин. Це також дуже давня структура клітини.
Як відбувається синтез білка у рибосомі?
Будова ТРНК та її роль синтезі білка взаємопов'язані. Розташований антикодон на одній із сторін рибонуклеїнової кислоти підходить за своєю формою для основної функції - доставки амінокислот до рибосоми, де відбувається поетапне вибудовування білка. Власне, ТРНК виконує роль посередника. Її завдання лише принести необхідну амінокислоту.
Коли інформація зчитується з однієї частини ІРНК, рибосома рухається далі ланцюгом. Матриця потрібна лише передачі кодованої інформації про конфігурації та функції окремо взятого білка. Далі підходить до рибосоми інша ТРНК зі своїми азотистими основами. Вона також декодує таку частину ІРНК.
Декодування відбувається в такий спосіб. Азотисті основи об'єднуються за принципом комплементарності так само, як у самій ДНК. Відповідно, ТРНК бачить, куди йому потрібно «причалити» і до якого «ангару» відправити амінокислоту.
Потім у рибосомі вибрані у такий спосіб амінокислоти хімічно зв'язуються, крок за кроком формується нова лінійна макромолекула, яка після закінчення синтезу закручується в глобулу (кулю). Використані ТРНК та ІРНК, виконавши свою функцію, віддаляються від «фабрики» білка.
Коли перша частина кодону з'єднується з антикодон, визначається рамка зчитування. Згодом, якщо відбувається з якихось причин зсув рамки, якась ознака білка буде бракована. Рибосома не може втрутитися в цей процес і вирішити проблему. Тільки після завершення процесу дві субодиниці РРНК знову об'єднуються. У середньому на кожні 10 4 амінокислот припадає по 1 помилці. На 25 вже зібраних білків обов'язково зустрічається хоч одна помилка реплікації.
ТРНК як реліктові молекули
Оскільки ТРНК, можливо, існували за часів зародження життя землі, її називають реліктовою молекулою. Вважається, що РНК є найпершою структурою, яка існувала до ДНК, а потім еволюціонувала. Гіпотеза світу РНК - сформульована 1986 року лауреатом Волтером Гільбертом. Проте довести це поки що складно. На захист теорії виступають очевидні факти - молекули ТРНК можуть зберігати блоки інформації і якось реалізовувати ці відомості, тобто виконувати роботу.
Але противники теорії стверджують - невеликий період життя речовини не може гарантувати, що ТРНК є добрим носієм будь-якої біологічної інформації. Ці нуклеотиди швидко розпадаються. Термін життя ТРНК у клітинах людини коливається від кількох хвилин до кількох годин. Деякі види можуть протриматися до доби. А якщо говорити про такі ж нуклеотиди в бактеріях, то тут терміни набагато менші — до кількох годин. До того ж будова та функції ТРНК дуже складні, щоб молекула могла стати первинним елементом біосфери Землі.
Ця стаття є другою у серії автопублікацій, яку необхідно читати після ознайомлення з першою статтеюВластивості генетичного коду – слід його виникнення . Вкрай бажаним для людей, погано знайомим із основами молекулярної біології, знайомство зі статтею О.О. Фаворової ". Важливо розуміти, для того, щоб зрозуміти ЯК виник генетичний кодНеобхідно зрозуміти, ЯК він функціонує в сучасних організмах. А для цього необхідно вникнути в молекулярні механізми синтезу білка, що кодується. Для розуміння цієї статті важливо розуміти як влаштована молекула РНК, чим вона відрізняється від молекули ДНК.
Розібратися в темі про походження життя взагалі, та виникнення генетичного коду, зокрема, просто неможливо без розуміння основних молекулярних механізмів у живих організмах, насамперед двох аспектів – відтворення спадкових молекул (нуклеїнових кислот) та синтезу білка. Тому ця стаття присвячена насамперед викладу того мінімуму знання, за допомогою якого можна зрозуміти багатий і досить цікавий матеріал, пов'язаний із походженням генетичного коду (ГК).
Знайомство з молекулярними механізмами синтезу білка найкраще починати з вивчення структури однієї з ключових компонентів і з найдавніших структур живих організмах - молекули транспортної РНК (чи тРНК ). Молекула тРНК має надзвичайно консервативну структуру, яка подібна до всіх живих організмів. Ця структура змінюється в ході еволюції настільки повільно, що дозволяє нам отримати чимало інформації про те, як могли виглядати найдавніші білок-синтезуючі системи в період їхнього початкового формування. Тому кажуть, що молекула тРНК ємолекулярний релікт.
Молекулярний релікт, або молекулярна копалина - це абстракція, що позначає древні механізми і молекулярні і надмолекулярні структури, що у сучасних організмах, що дозволяє нам отримувати інформацію про пристрій найдавніших живих систем. До молекулярних реліктів відносяться молекули рибосомної та транспортних РНК, аміноацил-тРНК-синтетаз, ДНК- та РНК-полімераз і сам генетичний код, як спосіб кодування, а також ряд інших молекулярних структур та механізмів. Їх аналіз і є ключовим джерелом інформації про те, як могло виникнути життя, та генетичний код, зокрема. Розглянемо докладніше структуру тРНК і її ділянки, які змінюються під час еволюції настільки повільно, що містять багато інформації щодо древніх тРНК , що існували понад 3,5 млрд. років тому вони.
Молекула тРНК відносно невелика, її довжина варіює від 74 до 95 нукелотидних залишків, найчастіше – 76 нуклеотидів (див. рис. 1).У послідовності тРНК виділяють так званіконсервативні Нуклеотидні залишки - це нуклеотидні залишки, розташовані в строго визначених послідовностях майже у всіх молекул тРНК. Крім того виділяютьсянапівконсервативні Нуклеотидні залишки - це залишки, представлені тільки пуриновими або піримідиновими основами в строго визначених послідовностях тРНК. Крім того, різні ділянки тРНК змінюються з різною швидкістю.
До 25% всіх нуклеотидних залишків представлені модифікованими нуклеозидами, які часто називають мінорними . Мінорних залишків описано вже понад 60. Вони утворюються в результаті модифікації звичайних нуклеозидних залишків за допомогою спеціальних ферментів.
Серед модифікованих залишків часто зустрічаються псевдоуридин (5-рибофуранозилурацил, Ψ), 5,6-дигідроуридин (D), 4-тіоуріділ та інозин. Структура деяких модифікованих підстав та частково їх роль викладені у статті
Поряд з первинною структурою (це просто послідовність нуклеотидів), молекула тРНК має вторинну і третинну структуру.
Вторинна структура обумовлена освітою водневих зв'язків між нуклеотидами. Ще в школі вчать про водневі зв'язки при комплементарному спарюванні між нуклеотидами (AU і GC такий вид спарювання нуклеотидів називають канонічним), але в молекулах тРНК також утворюється чимала кількість неканонічних зв'язків, зокрема, між G і U, які буде дещо слабшими та енергетично меншими. вигідна).
Рис. 1. Узагальнена вторинна структура тРНК (ліворуч) та загальноприйнята нумерація нуклеотидів у тРНК (праворуч). Так вона має майже всі живі організми. На правому малюнку консервативні нуклеотиди виділені жирними кружальцями.
Позначення:N – будь-який нуклеотид, Т – тимін, D – дигідроуридин, Ψ – псевдоуридин, R – пуриновий нуклеотид.
В результаті утворюється так звана структура конюшинного листа.У структурі конюшинного листа виділяють: акцепторне стебло і три гілки, або домену (arms): антикокодонову (складається з антикодонового дволанцюжкового стебла (stem) та антикодонової петлі (loop), дигідроурідінову, абоD-Гілка, абоD-домен, (також з дигідроуридинової петлі та стебла) таTΨC-Гілки, або просто Т-гілки, або Т-домена, (Т-петлі і Т-стебла). На додаток до трьох петлях конюшини виділяється також так звана додаткова, або варіабельна, петля. Довжина варіабельної петлі варіює від 4 до 24 нуклеотидів.
Чому вторинна структура тРНК має Фому конюшинного листа? Відповідь це питання дав М.Эйген [Эйген М, Винклер Р.1979] . Справа в тому щопри довжині РНКової ланцюга 80 нуклеотидів з випадковою послідовністю вторинна структура з 3-4 пелюстками є найімовірнішою. Хоча шпилька, що має тільки одну петлю, має максимальну кількість спаренихпідстав, ця структура у випадкових послідовностях є малоймовірною. Саме тому розумно вважати, що тРНК-подібні структури (тобто структури з 3-4 петлями) були найпоширенішими молекулами на стадії РНК-і РНК-білкового життя. Додаткові аргументи на користь цього твердження будуть наведені в наступних статтях.
Третинна структура тРНК.
Третинна структура тРНК відповідає реальній просторовій структурі. Вона отримала назвуL-форми, через подібність третинної структури з формою латинської великої літериL». Третинна структура утворюється завдяки взаємодії елементів вторинної структури. У її формуванні беруть участь стекінг-взаємодії основ. За рахунок стекінгу основ акцепторний і Т-стебло конюшинного листа утворюють одну безперервну подвійну спіраль, що формує одну з «паличок»L-Форми. Антикодоновий таD-стебла утворюють іншу «паличку» цієї літери,D- ІT-петлі виявляються в такій структурі зближеними та скріплюються між собою шляхом утворення додаткових, часто незвичайних пар основ, які, як правило, утворені консервативними або напівконсервативними залишками. У світлі такої участі консервативних та напівконсервативних основ в освітіL-форми стає ясним їх присутність уT- ІD-петлях. Формування L-подібної структури та її взаємодію з АРСазою схематично наведено на рис. 2.
Рис. 2.Схема освіти просторовоїL-Образної структури тРНК і взаємодії її з АРСазою.
Стрілець позначено місце приєднання амінокислоти при аміноацилювання тРНК синтетазою. Червоним кольором виділено акцепторний домен тРНК, синім – антикодоновий домен. Овалами позначені домени АРСАзи: зелений - каталітичний домен, що містить домен зв'язування та аміноацилування акцепторної області тРНК, жовтим і помаранчевим - варіабельнийдомен АРСАзи. Залежно від розміру цього домену, АРСаз розпізнає варіабельним доменом антикодонову область (домен позначений жовтим кольором), або не розпізнає (домен позначений помаранчевим кольором).
Підстави антикодону зверненівсередину L-Образної молекули.
Транспортні РНК у всіх живих організмах послідовно виконують три фукнції, необхідні для здійснення синтезу білка:
1) акцепторну - за допомогою білкових ферментів (аміноацил-тРНК-синтатаз) ковалентно приєднує до аміноацильного залишку строго певну амінокислоту (для кожної амінокислоти - строго своя одна або іноді кілька різних тРНК);2) транспортну - транспортує амінокислоту до специфічного місця на рибосомі;3) адапторну - у комплексі з рибосомою здатний специфічно дізнаватися триплет генетичного коду на матричній РНК, після чого приєднана до тРНК амінокислота включається в поліпептидний ланцюг, що росте, на рибосомі.
Статті, пов'язані з темою:
Будова транспортних РНК та його функція першому (предрибосомном) етапі біосинтезу білків
70-90Н | вторинна стр-ра- конюшинний лист | CCA 3" const для всіх tRNA | до кінцевого аденозину приєднується акта |
наявність тиміну, псевдоурідіна-псі, дигіроуридину ДГУ в D-петлі - захист від рибонуклеаз? довгоживучі | Різноманітність первинних структур tРНК - 61+1 - за кількістю кодонів + формілметіонінова tРНК, у кіт антикодон такий же, як у метіонінової tРНК. Різноманітність третинних структур - 20 (за кількістю амінокислот) | рекогніція - утворення ковалентного зв'язку м-у tРНК та актом | аміноацил-тРНК-синтетази приєднують акти до тРНК
Функція тРНК полягає у перенесенні амінокислот з цитоплазми до рибосом, у яких відбувається синтез білків.
тРНК, що зв'язують одну амінокислоту, називаються ізоакцепторними.
Загалом у клітині одночасно існує 64 різних тРНК.
Кожна тРНК спарується лише зі своїм кодоном.
Кожна тРНК розпізнає власний кодон без участі амінокислоти. Зв'язані з тРНК амінокислоти хімічно модифікували, після чого аналізували поліпептид, що вийшов, який містив модифіковану амінокислоту. Цистеїніл-тРНКCys (R=CH2-SH) відновлювали до аланіл-тРНКCys (R=CH3).
Більшість тРНК, незалежно від їх нуклеотидної послідовності, мають вторинну структуру у формі конюшинного листа через наявність у ній трьох шпильок.
Особливості структури тРНК
На 3"-кінці молекули завжди знаходяться чотири неспарені нуклеотиди, причому три з них - це обов'язково ССА. 5"- і 3"-кінці ланцюга РНК утворюють акцепторне стебло. кінця з сімома нуклеотидами, що знаходяться поблизу 3"-кінця. 2. У всіх молекул є шпилька T? C, що позначається так тому, що вона містить два незвичайні залишки: рибо-тимідин (Т) і псевдоурідін (? ) Шпилька складається з дволанцюжкового стебла з п'яти спарених основ, включаючи пару GC, і петлі довжиною сім нуклеотидів.
в тому самому місці петлі. 3. В антикодоновій шпильці стебло завжди представлене сім'ю спарен-
ними підставами. Триплет, комплементарний родинному кодону, - антикодон - знаходиться в петлі.
ле, що складається із семи нуклеотидів. З 5"-кінця антикодон фланкують інваріантний залишок ура-
цила і модифікований цитозин, а до його 3"-кінця примикає модифікований пурин, як правило
аденін. 4. Ще одна шпилька складається з стебла довжиною три-чотири пари нуклеотидів і петлі вар-
іруючого розміру, що часто містить урацил у відновленій формі – дигідроурацил (DU). Найбільш сильно варіюють нуклеотидні послідовності стебел, число нуклеотидів між антикодоновим стеблом і стеблом Т?С (варіабельна петля), а також розмір петлі і локалізація залишків дигідроурацилу в DU-петлі.
[Сінгер, 1998].
Третинна структура тРНК
L-подібна структура.
Приєднання амінокислот до тРНК
Для того, щоб амінокислота могла утворювати поліпептидний ланцюг, вона повинна приєднатися до тРНК за допомогою ферменту аміноацил-тРНК-синтетази. Цей фермент утворює ковалентний зв'язок між карбоксильною групою амінокислоти та гідроксильною групою рибози на 3'-кінці тРНК за участю АТФ. Аміноацил-тРНК-синтетаза дізнається про специфічний кодон не через наявність антикодону на тРНК, а за наявності специфічного сайту впізнавання на тРНК.
Загалом у клітині є 21 різних аміноацил-тРНК-синтетаз.
Приєднання відбувається у дві стадії:
1. Карбоксильна група амінокислоти приєднується до афосфату АТФ. Отриманий нестабільний аміноацил-аденилат стабілізується, зв'язуючись з ферментом.
2. Перенесення аміноацильної групи аміноацил-аденілату на 2' або 3'-OH-групу кінцевої рибози тРНК
Деякі аміноацил-тРНК-синтетази складаються з одного поліпептидного ланцюга, інші - з двох або чотирьох ідентичних ланцюгів, кожна молекулярною масою від 35 до 115 кДа. Деякі димерні та тетрамерні ферменти складаються із субодиниць двох типів. Чіткої кореляції між розміром молекули ферменту чи характером його субодиничної структури та специфічністю не існує.
Специфічність ферменту визначається його міцним зв'язуванням з акцепторним кінцем тРНК, DU-дільницею та варіабельною петлею. Деякі ферменти, мабуть, не розпізнають антикодоновий триплет та каталізують реакцію аміноацетилювання навіть при зміненому антикодоні. Однак окремі ферменти виявляють знижену активність стосовно таких модифікованих тРНК і при заміні антикодону приєднують не ту амінокислоту.
70-90н | вторинна стр-ра- конюшинний лист | CCA 3" const для всіх tRNA | до кінцевого аденозину приєднується акта |
наявність тиміну, псевдоурідіна-псі, дигіроуридину ДГУ в D-петлі - захист від рибонуклеаз? довгоживучі | Різноманітність первинних структур tРНК - 61+1 - за кількістю кодонів + формілметіонінова tРНК, у кіт антикодон такий же, як у метіонінової tРНК. Різноманітність третинних структур - 20 (за кількістю амінокислот)
Є два види тРНК що зв'язують метіонін тРНКFMet і тРНКMMet у прокаріотів і, тРНКIMetі тРНКMMet - у еукаріотів. До кожної тРНК додається метіонін за допомогою відповідних аміноацил-тРНК-синтетез. метіонін приєднаний до тРНКFMet та тРНКIMet формується ферментом метіоніл-тРНК-трансформілазою до Fmet-тРНКFMet. тРНК навантажені формілметіоніном дізнаються про ініціаторний кодон AUG.
Література:
На жаль, списку літератури немає.
Важлива роль процесі використання спадкової інформації клітиною належить транспортної РНК (тРНК). Доставляючи необхідні амінокислоти до місця збирання пептидних ланцюгів, тРНК виконує функцію трансляційного посередника.
Молекули тРНК є полінуклеотидними ланцюгами, що синтезуються на певних послідовностях ДНК. Вони складаються із відносно невеликої кількості нуклеотидів -75-95. В результаті комплементарної сполуки основ, що знаходяться в різних ділянках полінуклеотидного ланцюга тРНК, вона набуває структури, що нагадує формою лист конюшини (рис. 3.26).
Рис. 3.26. Будова типової молекули тРНК.
У ній виділяють чотири основні частини, що виконують різні функції. Акцепторний"стебло" утворюється двома комплементарно з'єднаними кінцевими частинами тРНК. Він складається із семи пар основ. 3"-кінець цього стебла трохи довше і формує одноланцюговий ділянку, який закінчується послідовністю ЦЦА з вільною ОН-групою. До цього кінця приєднується амінокислота, що транспортується. Інші три гілки являють собою комплементарно спарені послідовності нуклеотидів, які закінчуються неспареними ділянки. цих гілок - антикодонова - складається з п'яти пар нуклеотидів і містить в центрі своєї петлі антикодон.
Між акцепторною та антикодоновою гілками розташовуються дві бічні гілки. У своїх петлях вони містять модифіковані основи - дигідроуридин (D-петля) і триплет TψC, де \у - псевдоуріаїн (Т^С-петля).
Між аитикодоновой і Т^С-гілками міститься додаткова петля, що включає від 3-5 до 13-21 нуклеотидів.
Загалом різні види тРНК характеризуються певною сталістю нуклеотидної послідовності, яка найчастіше складається з 76 нуклеотидів. Варіювання їх числа пов'язане головним чином із зміною кількості нуклеотидів у додатковій петлі. Комплементарні ділянки, що підтримують структуру тРНК, зазвичай консервативні. Первинна структура тРНК, яка визначається послідовністю нуклеотидів, формує вторинну структуру тРНК, що має форму листа конюшини. У свою чергу, вторинна структура обумовлює тривимірну третинну структуру, для якої характерне утворення двох перпендикулярно розташованих подвійних спіралей (рис. 3.27). Одна з них утворена акцепторною та Т?С-гілками, інша -антикодоновою і D-гілками.
На кінці однієї з подвійних спіралей розташовується амінокислота, що транспортується, на кінці іншої - антикодон. Ці ділянки виявляються максимально віддаленими одна від одної. Стабільність третинної структури тРНК підтримується завдяки виникненню додаткових водневих зв'язків між основами полінуклеотидного ланцюга, що знаходяться у різних її ділянках, але просторово зближених до третинної структури.
Різні види тРНК мають подібну третинну структуру, хоч і з деякими варіаціями.
Рис. 3.27. Просторова організація тРНК:
I -вторинна структура тРНК у вигляді «конюшинного листа», що визначається її первинною структурою (послідовністю нуклеотидів у ланцюзі);
II – двовимірна проекція третинної структури тРНК;
III - схема укладання молекули тРНК у просторі
ДОДАТОК (на випадок, якщо хтось це не розуміє)
Зубці блискавки - нуклеотиди (Аденін-Тімін/Ураціл/, Гуанін-Цитазін). Вся блискавка – ДНК.
Щоб передати інформацію з ДНК, треба розірвати 2 нитки. Зв'язок між А-Т та Г-Ц – воднева, тому легко розривається ферментом Геліказа:
Щоб не утворювалися вузли (Як приклад скрутив рушник):
Щоб ланцюжок не скручувалась одну нитку ДНК у точці початку реплікації розрізає Топоізомераза.
Коли одна нитка вільна - друга може легко обертатися навколо своєї осі, тим самим знімаючи напругу під час розкручування. Вузли не з'являються, заощаджується енергія.
Потім, щоб почати збирати РНК, потрібна РНК затравка. Білок, який збирає мРНК не може просто так зібрати перший нуклеотид, йому потрібен шматок РНК, щоб почати (там докладно написано, потім випишу). Цей шматок називається РНК затравка. І вже цей білок приєднує перший нуклеотид.
