Vreme u kojem živimo obeleženo je neverovatnim promenama, ogromnim napretkom, kada ljudi dobijaju odgovore na sve više novih pitanja. Život se ubrzano kreće naprijed, a ono što se donedavno činilo nemogućim počinje da se ostvaruje. Sasvim je moguće da će ono što danas izgleda kao zaplet iz žanra naučne fantastike uskoro dobiti i crte stvarnosti.
Jedno od najvažnijih otkrića u drugoj polovini dvadesetog veka bile su nukleinske kiseline RNA i DNK, zahvaljujući kojima se čovek približio razotkrivanju misterija prirode.
Nukleinske kiseline
Nukleinske kiseline su organska jedinjenja sa makromolekularnim svojstvima. Sastoje se od vodonika, ugljenika, azota i fosfora.
Otkrio ih je 1869. F. Miescher, koji je ispitivao gnoj. Međutim, tada se njegovom otkriću nije pridavao veliki značaj. Tek kasnije, kada su ove kiseline pronađene u svim životinjskim i biljnim ćelijama, došlo je do razumevanja njihove ogromne uloge.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: RNA i DNK (ribonukleinska i deoksiribonukleinskakiseline). Ovaj članak je o ribonukleinskoj kiselini, ali radi opšteg razumijevanja, razmotrimo i šta je DNK.
Šta je deoksiribonukleinska kiselina?
DNK je nukleinska kiselina koja se sastoji od dva lanca koji su povezani prema zakonu komplementarnosti vodoničnim vezama azotnih baza. Dugi lanci su uvijeni u spiralu, jedan zavoj sadrži skoro deset nukleotida. Promjer dvostruke spirale je dva milimetra, udaljenost između nukleotida je oko pola nanometra. Dužina jednog molekula ponekad doseže nekoliko centimetara. Dužina DNK jezgra ljudske ćelije je skoro dva metra.
Struktura DNK sadrži sve genetske informacije. DNK ima replikaciju, što znači proces tokom kojeg se iz jednog molekula formiraju dvije apsolutno identične kćerke molekule.
Kao što je već napomenuto, lanac se sastoji od nukleotida, koji se sastoje od azotnih baza (adenin, gvanin, timin i citozin) i ostataka fosforne kiseline. Svi nukleotidi se razlikuju po dušičnim bazama. Vodikova veza se ne javlja između svih baza; adenin, na primjer, može se kombinirati samo s timinom ili gvaninom. Dakle, adenil nukleotida u tijelu ima onoliko koliko i timidil nukleotida, a broj guanil nukleotida jednak je citidil nukleotidu (Chargaffovo pravilo). Ispostavilo se da slijed jednog lanca unaprijed određuje slijed drugog, a čini se da lanci zrcali jedan drugog. Takav obrazac, gdje su nukleotidi dva lanca raspoređeni na uredan način, a također su povezani selektivno, naziva seprincip komplementarnosti. Osim vodonikovih jedinjenja, dvostruka spirala također djeluje hidrofobno.
Dva lanca su u suprotnim smjerovima, odnosno nalaze se u suprotnim smjerovima. Dakle, nasuprot trostrukom kraju jednog je petokraj drugog lanca.
Izvana, molekul DNK liči na spiralno stepenište, čija je ograda šećerno-fosfatna kičma, a stepenice su komplementarne azotne baze.
Šta je ribonukleinska kiselina?
RNA je nukleinska kiselina sa monomerima zvanim ribonukleotidi.
Po hemijskim svojstvima, veoma je sličan DNK, pošto su oba polimeri nukleotida, koji su fosforilovani N-glikozid, koji je izgrađen na ostatku pentoze (šećera sa pet ugljenika), sa fosfatnom grupom na peti atom ugljika i baza dušika na prvom atomu ugljika.
To je jedan polinukleotidni lanac (osim virusa), koji je mnogo kraći od DNK.
Jedan RNA monomer su ostaci sljedećih supstanci:
- azotne baze;
- monosaharid sa pet ugljika;
- fosforne kiseline.
RNA imaju pirimidinsku (uracil i citozin) i purinsku (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid RNK nukleotida.
Razlike između RNK i DNK
Nukleinske kiseline se razlikuju jedna od druge na sljedeće načine:
- njegova količina u ćeliji zavisi od fiziološkog stanja, starosti i pripadnosti organa;
- DNK sadrži ugljikohidratedeoksiriboza i RNA - riboza;
- Azotna baza u DNK je timin, au RNK je uracil;
- klase obavljaju različite funkcije, ali se sintetiziraju na DNK matrici;
- DNK je dvostruka spirala, RNA je jednolančana;
- nije tipično za njena pravila DNK Chargaffa;
- RNA ima više manjih baza;
- lančići se značajno razlikuju po dužini.
Historija studija
RNK ćeliju prvi je otkrio njemački biohemičar R. Altman dok je proučavao ćelije kvasca. Sredinom dvadesetog veka dokazana je uloga DNK u genetici. Tek tada su opisani tipovi RNK, funkcije i tako dalje. Do 80-90% mase u ćeliji otpada na rRNA, koja zajedno sa proteinima formira ribozom i učestvuje u biosintezi proteina.
Šezdesetih godina prošlog veka prvi put je sugerisano da mora postojati određena vrsta koja nosi genetske informacije za sintezu proteina. Nakon toga je naučno utvrđeno da postoje takve informacijske ribonukleinske kiseline koje predstavljaju komplementarne kopije gena. Nazivaju se i messenger RNA.
Takozvane transportne kiseline su uključene u dekodiranje informacija zapisanih u njima.
Kasnije su počele da se razvijaju metode za identifikaciju sekvence nukleotida i uspostavljanje strukture RNK u kiselom prostoru. Tako je otkriveno da neki od njih, koji su se zvali ribozimi, mogu cijepati poliribonukleotidne lance. Kao rezultat toga, počelo se pretpostavljati da je u vrijeme kada je nastao život na planeti,RNK je radila bez DNK i proteina. Štaviše, sve transformacije su napravljene uz njeno učešće.
Struktura molekula ribonukleinske kiseline
Gotovo sve RNK su jednostruki lanci polinukleotida, koji se pak sastoje od monoribonukleotida - purinskih i pirimidinskih baza.
Nukleotidi su označeni početnim slovima baza:
- adenin (A), A;
- guanin (G), G;
- citozin (C), C;
- uracil (U), U.
Povezani su vezama od tri i pet fosfodiestara.
Najraznovrsniji broj nukleotida (od nekoliko desetina do desetina hiljada) je uključen u strukturu RNK. Oni mogu formirati sekundarnu strukturu koja se sastoji uglavnom od kratkih dvolančanih niti koje su formirane komplementarnim bazama.
Struktura molekula ribnukleinske kiseline
Kao što je već spomenuto, molekul ima jednolančanu strukturu. RNA dobiva svoju sekundarnu strukturu i oblik kao rezultat međusobne interakcije nukleotida. To je polimer čiji je monomer nukleotid koji se sastoji od šećera, ostatka fosforne kiseline i azotne baze. Spolja, molekul je sličan jednom od lanaca DNK. Nukleotidi adenin i guanin, koji su dio RNK, su purini. Citozin i uracil su pirimidinske baze.
Proces sinteze
Da bi se sintetizovao RNA molekul, šablon je molekul DNK. Istina, dešava se i obrnut proces, kada se na matrici ribonukleinske kiseline formiraju novi molekuli deoksiribonukleinske kiseline. Takvejavlja se tokom replikacije određenih tipova virusa.
Osnova za biosintezu mogu poslužiti i kao drugi molekuli ribonukleinske kiseline. Njegova transkripcija, koja se dešava u ćelijskom jezgru, uključuje mnoge enzime, ali najznačajniji od njih je RNA polimeraza.
Pregledi
U zavisnosti od vrste RNK, njene funkcije se takođe razlikuju. Postoji nekoliko tipova:
- informativna i-RNA;
- ribosomalna rRNA;
- transport t-RNA;
- manji;
- ribozymes;
- virusno.
Informativna ribonukleinska kiselina
Takvi molekuli se takođe nazivaju matričnim. Oni čine oko dva posto ukupnog broja u ćeliji. U eukariotskim stanicama sintetiziraju se u jezgrima na DNK šablonima, zatim prelaze u citoplazmu i vezuju se za ribozome. Nadalje, oni postaju šabloni za sintezu proteina: pridružuju im se prijenosne RNK koje nose aminokiseline. Tako se odvija proces transformacije informacija, koji se ostvaruje u jedinstvenoj strukturi proteina. U nekim virusnim RNK to je također hromozom.
Jacob i Mano su otkrivači ove vrste. Nema krutu strukturu, njegov lanac formira zakrivljene petlje. Ne radi, i-RNA se skuplja u nabore i savija u lopticu, te se rasklapa u radnom stanju.
i-RNA nosi informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu koji se sintetiše. Svaka aminokiselina je kodirana na određenoj lokaciji koristeći genetske kodove koji su:
- trojnost - od četiri mononukleotida moguće je izgraditi šezdeset četiri kodona (genetski kod);
- bez prelaska - informacije se kreću u jednom smjeru;
- kontinuitet - princip rada je da je jedna mRNA jedan protein;
- univerzalnost - jedna ili druga vrsta aminokiselina je kodirana u svim živim organizmima na isti način;
- degeneracija - poznato je dvadeset aminokiselina i šezdeset jedan kodon, odnosno kodirani su sa nekoliko genetskih kodova.
Ribozomalna ribonukleinska kiselina
Takvi molekuli čine ogromnu većinu ćelijske RNK, odnosno osamdeset do devedeset posto ukupnog broja. Kombinuju se sa proteinima i formiraju ribozome - to su organele koje vrše sintezu proteina.
Ribozomi su šezdeset pet posto rRNA i trideset pet posto proteina. Ovaj polinukleotidni lanac se lako savija zajedno sa proteinom.
Ribosom se sastoji od aminokiselinskih i peptidnih regiona. Nalaze se na kontaktnim površinama.
Ribozomi se slobodno kreću u ćeliji, sintetizirajući proteine na pravim mjestima. Oni nisu baš specifični i ne samo da mogu čitati informacije iz mRNA, već i formirati matricu s njima.
Transport ribonukleinske kiseline
t-RNA je najviše proučavana. Oni čine deset posto stanične ribonukleinske kiseline. Ove vrste RNK vezuju se za aminokiseline zahvaljujući posebnom enzimu i dostavljaju se ribozomima. Istovremeno, aminokiseline se transportuju transportommolekule. Međutim, dešava se da različiti kodoni kodiraju aminokiselinu. Tada će ih nositi nekoliko transportnih RNA.
Svija se u klupko kada je neaktivna, ali funkcionira kao list djeteline.
U njemu se razlikuju sljedeći dijelovi:
- prihvatljivo stablo koje ima nukleotidnu sekvencu ACC;
- mjesto za pričvršćivanje na ribozom;
- antikodon koji kodira aminokiselinu vezanu za ovu tRNA.
Manje vrste ribonukleinske kiseline
Nedavno, RNK vrste su popunjene novom klasom, takozvanom malom RNK. Oni su najvjerovatnije univerzalni regulatori koji uključuju ili isključuju gene u embrionalnom razvoju, kao i kontroliraju procese unutar stanica.
Ribozimi su takođe nedavno identifikovani, oni su aktivno uključeni kada je RNA kiselina fermentisana, delujući kao katalizator.
Virusne vrste kiselina
Virus može sadržavati ribonukleinsku kiselinu ili deoksiribonukleinsku kiselinu. Stoga se s odgovarajućim molekulima nazivaju RNK-sadržeći. Kada takav virus uđe u ćeliju, dolazi do reverzne transkripcije - pojavljuje se nova DNK na bazi ribonukleinske kiseline, koja se integrira u stanice, osiguravajući postojanje i reprodukciju virusa. U drugom slučaju dolazi do formiranja komplementarne RNK na dolaznoj RNK. Virusi su proteini, vitalna aktivnost i reprodukcija se odvijaju bez DNK, ali samo na osnovu informacija sadržanih u RNK virusa.
Replikacija
Da bi se poboljšalo zajedničko razumijevanje, neophodno jeRazmotrimo proces replikacije koji proizvodi dva identična molekula nukleinske kiseline. Ovako počinje podjela ćelija.
Uključuje DNK polimeraze, DNK zavisne, RNA polimeraze i DNK ligaze.
Proces replikacije se sastoji od sljedećih koraka:
- despiralizacija - dolazi do uzastopnog odmotavanja majčinske DNK, zahvatajući cijeli molekul;
- prekidanje vodoničnih veza, pri čemu se lanci razilaze i pojavljuje se replikaciona viljuška;
- podešavanje dNTP-a na oslobođene baze roditeljskih lanaca;
- cijepanje pirofosfata od dNTP molekula i formiranje fosforodiesterskih veza zbog oslobođene energije;
- respiralizacija.
Nakon formiranja kćerke molekule, jezgro, citoplazma i ostalo se dijele. Tako se formiraju dvije ćelije kćeri koje su u potpunosti primile sve genetske informacije.
Osim toga, primarna struktura proteina koji se sintetiziraju u ćeliji je kodirana. DNK u ovom procesu učestvuje indirektno, a ne direktno, što se sastoji u tome da se na DNK odvija sinteza proteina, RNK uključenih u formiranje. Ovaj proces se zove transkripcija.
Transkripcija
Sinteza svih molekula se dešava tokom transkripcije, odnosno prepisivanja genetskih informacija iz specifičnog DNK operona. Proces je na neki način sličan replikaciji, a na druge vrlo različit.
Sličnosti su sljedeći dijelovi:
- počinje sa despiralizacijom DNK;
- dolazi do rupture vodonikaveze između baza lanaca;
- NTF-ovi komplementarni njima;
- formiraju se vodonične veze.
Razlike od replikacije:
- tokom transkripcije, samo dio DNK koji odgovara transkriptonu se odmotava, dok se tokom replikacije cijeli molekul odmota;
- kada se transkribuju, podesivi NTF sadrže ribozu i uracil umjesto timina;
- informacije se otpisuju samo sa određenog područja;
- nakon formiranja molekula, vodonične veze i sintetizirani lanac se prekidaju, a lanac sklizne s DNK.
Za normalno funkcionisanje, primarna struktura RNK bi se trebala sastojati samo od dijelova DNK kopiranih iz egzona.
Proces sazrijevanja počinje u novoformiranoj RNK. Tihi regioni su izrezani, a informativni regioni su fuzionisani da formiraju polinukleotidni lanac. Nadalje, svaka vrsta ima svoje transformacije.
U i-RNA dolazi do vezivanja za početni kraj. Poliadenilat je vezan za konačnu lokaciju.
TRNA baze su modificirane da formiraju manje vrste.
U rRNA, pojedinačne baze su također metilirane.
Štiti proteine od uništenja i poboljšati transport do citoplazme. Zrela RNA se veže za njih.
Važnost deoksiribonukleinskih i ribonukleinskih kiselina
Nukleinske kiseline su od velikog značaja u životu organizama. U njima se pohranjuje, prenosi u citoplazmu i nasljeđuje ćerke ćelijeinformacije o proteinima koji se sintetiziraju u svakoj ćeliji. Prisutne su u svim živim organizmima, stabilnost ovih kiselina igra važnu ulogu za normalno funkcioniranje kako stanica tako i cijelog organizma. Svaka promjena u njihovoj strukturi će dovesti do promjena u ćelijama.
