Структура РНК. Определение биомолекул

Рибонуклеиновая кислота (РНК) - построена из монорибонуклеотидов, соединенных в одну цепь. В состав РНК входят: рибоза, фосфорная кислота, азотистые основания - А, Г, Ц, У. Размер молекулы РНК меньше, чем ДНК, но количество РНК в клетке больше. В структуре РНК выделяют три уровня организации молекулы:

Роль РНК

РНК содержится во всех живых клетках в виде одноцепочечных молекул. Она отличается от ДНК тем, что содержит в качестве пентозы рибозу (вместо дезоксирибозы), а в качестве одного из пиримидиновых оснований — урацил (вместо тимина). Анализ РНК, содержащейся в клетках, показал, что существуют три типа РНК, участвующих в синтезе белковых молекул. Это матричная, или информационная, РНК (мРНК), транспортная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК). Все три РНК синтезируются непосредственно на ДНК, а количество РНК в каждой клетке находится в прямой зависимости от количества вырабатываемого этой клеткой белка.

Первичная структура РНК - это последовательное соединение монорибонуклеотидов при помощи фосфодиэфирной связи.

Вторичная структура РНК - это частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь. Участки спирализации - шпильки - удерживаются при помощи водородных связей, образованных между комплиментарными основаниями: Г=Ц, А=У.

Третичная структура РНК - это пространственное расположение молекулы РНК. По составу, структуре и функциям РНК делятся на три типа: мРНК - матричная, тРНК - транспортная, рРНК - рибосомальная.

Матричная РНК.

Как показали анализы, мРНК составляет 3—5% всей РНК клетки. Это одноцепочечная молекула, образующаяся на одной из цепей ДНК в процессе, называемом транскрипцией. При синтезе мРНК копируется только одна цепь молекулы ДНК. Последовательность оснований в мРНК представляет собой комплементарную копию соответствующей цепи ДНК; длина ее варьирует в зависимости от длины полипептидной цепи, которую она кодирует. Большая часть мРНК находится в клетке лишь короткое время. У бактерий это может быть всего несколько минут, тогда как в развивающихся эритроцитах мРНК может служить матрицей для синтеза гемоглобина в течение нескольких дней.

Рибосомная РНК

Рибосомная РНК составляет примерно 80% всей РНК клетки. образует рибосому, составляя до 65% их массы. Число рибосом в клетке до 1 000 000. Она кодируется генами, находящимися в ДНК нескольких хромосом, расположенных в участке ядрышка. Последовательность оснований в рРНК сходна у всех организмов — от бактерий до высших растений и животных. рРНК содержится в цитоплазме, где она связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы, называемые рибосомами.

На рибосомах происходит синтез белка. Здесь «код», заключенный в мРНК, транслируется в аминокислотную последовательность полипептидной цепи.

Транспортная РНК

Транспортная РНК - тРНК - самые мелкие молекулы РНК с молекулярной массой до 30000, составляют 20% от всех РНК клетки. Функция заключается в транспортировке аминокислот на рибосому, каждой из 20 аминокислот соответствует своя тРНК. Молекула тРНК представляет одиночную цепь закрученную в сложную пространственную структуру - "клеверный лист". Аминокислота присоединяется к акцептирующему стеблю. Антикодоновая петля содержит антикодон из трех нуклеотидов, комплиментарных кодону данной аминокислоте в мРНК (мРНК содержит-ГЦЦ, то тРНК - ЦГГ) он обеспечивает специфичность взаимодействия тРНК и мРНК.

Существование транспортной РНК (тРНК) было постулировано Криком и продемонстрировано Хоглендом в 1955 г. У каждой аминокислоты имеется собственная семья молекул тРНК. Они доставляют содержащиеся в цитоплазме аминокислоты к рибосоме. Таким образом, тРНК служит промежуточной молекулой между триплетным кодом в мРНК и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи. На долю тРНК приходится примерно 15% всей клеточной РНК; у этих РНК самая короткая полинуклеотидная цепь — в нее входит в среднем 80 нуклеотидов. В каждой отдельной клетке содержится более 20 различных молекул тРНК (идентифицировано уже 60). Все молекулы тРНК имеют сходную основную структуру.

На 5'-конце молекулы тРНК всегда находится гуанин, а на З'-конце — последовательность оснований ЦЦА. Последовательность нуклеотидов в остальной части молекулы варьирует и может содержать «необычные» основания, такие как инозин и псевдоурацил. Последовательность оснований в триплете антикодона строго соответствует той аминокислоте, которую переносит данная молекула тРНК. Каждая аминокислота присоединяется к одной из своих специфичных тРНК при участии фермента амино-ацил-тРНК-синтетазы. В результате образуется комплекс аминокислота-тРНК, известный как аминоацил-тРНК, в котором энергия связи между концевым нуклеотидом А в триплете ЦЦА и аминокислотой достаточна, чтобы в дальнейшем могла образоваться связь с соседней аминокислотой. Таким образом синтезируется полипептидная цепь.

Псевдоуридиновая петля -при помощи нее взаимодействует тРНК с рибосомой. Петля лигидроуридиновая - она участвует во взаимодействии со специфичным активирующим ферментом.