Molekularna biologija se bavi proučavanjem strukture i funkcija molekula organskih supstanci koje čine žive ćelije biljaka, životinja i ljudi. Posebno mjesto među njima ima grupa jedinjenja koja se nazivaju nukleinske (nuklearne) kiseline.
Postoje dvije vrste: deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina. Potonji ima nekoliko modifikacija: i-RNA, t-RNA i r-RNA, koje se razlikuju po svojim funkcijama i lokaciji u ćeliji. Ovaj članak je posvećen proučavanju sljedećih pitanja: gdje se rRNA sintetizira u prokariotskim i eukariotskim stanicama, koja je njena struktura i značaj.
Historijska pozadina
Prvi naučni pomen ribosomske kiseline može se naći u studijama R. Weinberga i S. Penmana 60-ih godina XX veka, koji su opisali kratke polinukleotidne molekule povezane sa ribonukleinskim kiselinama, ali se razlikuju po prostornoj strukturi i koeficijent sedimentacije iz informacijske i transportne RNK. Najčešće, njihovi molekulinalazi se u nukleolu, kao iu ćelijskim organelama - ribosomima odgovornim za sintezu ćelijskog proteina. Zvali su se ribosomalne (ribozomalne ribonukleinske kiseline).
RNA karakteristika
Ribonukleinska kiselina je, kao i DNK, polimer, čiji su monomeri nukleotidi 4 tipa: adenin, gvanin, uracil i citidin, povezani fosfodiesterskim vezama u dugačke jednolančane molekule, uvijene u obliku spiralni ili imaju složenije konformacije. Tu su i dvolančane ribozomalne ribonukleinske kiseline koje se nalaze u virusima koji sadrže RNK i dupliciraju funkcije DNK: očuvanje i prijenos nasljednih osobina.
Tri vrste kiselina su najčešće u ćeliji, a to su: matrična, odnosno informaciona, RNK, transportna ribozomalna ribonukleinska kiselina, za koju su vezane aminokiseline, kao i ribosomska kiselina, koja se nalazi u jezgri i ćeliji citoplazma.
Ribozomalna RNK čini oko 80% ukupne količine ribonukleinskih kiselina u ćeliji i 60% mase ribozoma, organoida koji sintetiše ćelijski protein. Sve gore navedene vrste se sintetiziraju (transkribiraju) u određenim dijelovima DNK, koji se nazivaju RNA geni. U procesu sinteze su uključeni molekuli posebnog enzima, RNA polimeraze. Mjesto u ćeliji gdje se sintetiše rRNA je nukleolus, smješten u karioplazmijezgra.
Nukleolus, njegova uloga u sintezi
U životu ćelije, koji se naziva ćelijski ciklus, postoji period između njenih podela - interfaza. U ovom trenutku, u ćelijskom jezgru su jasno vidljiva gusta tijela granularne strukture, nazvana nukleoli, koja su nezamjenjiva komponenta i biljnih i životinjskih stanica.
U molekularnoj biologiji je ustanovljeno da su jezgre organele u kojima se sintetiše rRNA. Dalja istraživanja citologa dovela su do otkrića dijelova stanične DNK, u kojima su pronađeni geni odgovorni za strukturu i sintezu ribosomskih kiselina. Zvali su ih nukleolarni organizator.
Nuklearni organizator
Do 60-ih godina XX veka u biologiji je postojalo mišljenje da nukleolarni organizator, koji se nalazi na mestu sekundarne konstrikcije u 13., 14., 15., 21. i 22. paru hromozoma, ima oblik jednog sajta. Naučnici uključeni u proučavanje hromozomskih oštećenja, nazvanih aberacije, otkrili su da u trenutku prekida hromozoma na mestu sekundarne konstrikcije dolazi do formiranja jezgara na svakom njegovom delu.
Dakle, možemo konstatovati sledeće: nukleolarni organizator se ne sastoji od jednog, već od nekoliko lokusa (gena) odgovornih za formiranje nukleolusa. U njemu se sintetiziraju ribozomalne ribonukleinske kiseline rRNA koje formiraju podjedinice ćelijskih organela koje sintetiziraju proteine - ribozome.
Šta su ribozomi?
Kao što je ranije spomenuto, sva tri glavna tipaRNK postoji u ćeliji, gdje se sintetizira na određenim mjestima - DNK geni. Ribosomska RNA nastala kao rezultat transkripcije formira komplekse s proteinima - ribonukleoproteinima, od kojih se formiraju sastavni dijelovi buduće organele, tzv. podjedinice. Kroz pore u nuklearnoj membrani, oni prolaze u citoplazmu i formiraju u njoj kombinovane strukture, koje također uključuju molekule i-RNA i t-RNA, nazvane polizomi.
Sami ribozomi se mogu razdvojiti pod dejstvom jona kalcijuma i postojati odvojeno kao podjedinice. Obrnuti proces se dešava u odjeljcima ćelijske citoplazme, gdje se odvijaju procesi translacije - sastavljanje ćelijskih proteinskih molekula. Što je stanica aktivnija, to su metabolički procesi u njoj intenzivniji, sadrži više ribozoma. Na primjer, ćelije crvene koštane srži, hepatociti kralježnjaka i ljudi karakteriziraju se velikim brojem ovih organela u citoplazmi.
Kako su kodirani rRNA geni?
Na osnovu gore navedenog, struktura, tipovi i funkcionisanje rRNA gena zavise od nukleolarnih organizatora. Sadrže lokuse koji sadrže gene koji kodiraju ribosomalnu RNK. O. Miller je, vodeći istraživanje oogeneze u ćelijama trimota, ustanovio mehanizam funkcionisanja ovih gena. Od njih su sintetizirane kopije rRNA (tzv. primarni transkriptanti) koje sadrže oko 13x103 nukleotida i imaju koeficijent sedimentacije od 45 S. Zatim je ovaj lanac prošao proces sazrijevanja, koji je završio formiranjem trirRNA molekule sa koeficijentima sedimentacije 5, 8 S, 28 S i 18 S.
Mehanizam formiranja rRNA
Vratimo se eksperimentima Millera, koji je istraživao sintezu ribosomalne RNK i dokazao da nukleolarna DNK služi kao šablon (matrica) za formiranje rRNA - transkriptanta. Također je ustanovio da broj nezrelih ribosomskih kiselina (pre-r-RNA) koje se formiraju ovisi o broju molekula enzima RNA polimeraze. Tada dolazi do njihovog sazrijevanja (obrade) i molekuli rRNA odmah počinju da se vezuju za peptide, što rezultira formiranjem ribonukleoproteina, građevnog materijala ribozoma.
Osobine ribosomskih kiselina u eukariotskim ćelijama
Imajući iste principe strukture i zajedničke funkcionalne mehanizme, ribozomi prokariotskih i nuklearnih organizama i dalje imaju citomolekularne razlike. Kako bi saznali, naučnici su koristili istraživačku metodu koja se zove analiza difrakcije rendgenskih zraka. Utvrđeno je da je veličina eukariotskog ribozoma, a samim tim i rRNA koja je u njemu uključena, veća, a koeficijent sedimentacije je 80 S. Organela, koja gubi ione magnezija, može se podijeliti na dvije podjedinice sa indikatorima 60 S i 40 S. Mala čestica sadrži jedan molekul kiseline, a velika - tri, odnosno nuklearne ćelije sadrže ribozome koji se sastoje od 4 polinukleotidna spirala kiseline sledećih karakteristika: 28 S RNA - 5 hiljada nukleotida, 18 S - 2 hiljade 5 S - 120 nukleotida, 5, 8 S - 160. Mjesto gdje se rRNA sintetizira u eukariotskim stanicama je nukleolus, smješten u karioplazmi jezgra.
Ribozomalna RNA prokariota
Za razliku od r-RNA,ulazeći u nuklearne ćelije, ribosomske ribonukleinske kiseline bakterija se transkribiraju u zbijenom području citoplazme koja sadrži DNK i naziva se nukleoid. Sadrži rRNA gene. Transkripcija, čija se opća karakteristika može predstaviti kao proces prepisivanja informacija iz rRNA gena DNK u nukleotidni niz ribosomalne ribonukleinske kiseline, uzimajući u obzir pravilo komplementarnosti genetskog koda: adenin nukleoitid odgovara uracilu, a gvaninu na citozin.
R-RNA bakterije imaju nižu molekularnu težinu i manju veličinu od nuklearnih ćelija. Njihov koeficijent sedimentacije je 70 S, a dvije podjedinice imaju vrijednosti 50 S i 30 S. Manja čestica sadrži jedan rRNA molekul, a veća dva.
Uloga ribonukleinske kiseline u procesu prevođenja
Glavna funkcija r-RNA je da osigura proces biosinteze ćelijskih proteina - translacije. Provodi se samo u prisustvu ribozoma koji sadrže r-RNA. Kombinujući se u grupe, vezuju se za informacionu molekulu DNK, formirajući polizom. Molekule transportne ribozomalne ribonukleinske kiseline, noseći aminokiseline, koje se, jednom u polizomu, vežu jedna za drugu peptidnim vezama, formiraju polimer – protein. To je najvažnije organsko jedinjenje ćelije, koje obavlja mnoge važne funkcije: izgradnju, transport, energiju, enzimsku, zaštitnu i signalnu.
Ovaj članak je ispitao karakteristike, strukturu i opis ribosomskih nukleinskih kiselina, koje suorganski biopolimeri biljnih, životinjskih i ljudskih ćelija.
