Среди РНК различают: информационную, рибосомальную, транспортную, регуляторную, гетерогенно ядерную и др. На долю транспортной РНК (тРНК) приходится 10-15% всех РНК клетки, молекулярная масса не превышает 30 тыс. Д, ее нить состоит из 70-95 мононуклеотидов, причем в ее молекулу включено до 8-19% минорных оснований (дигидрацил, инозин, тиоурацил и т. д.). Необычность их структуры мешает нуклеазам разрушать тРНК, что делает их долгожителями. Оба конца нити тРНК у всех их представителей имеют одинаковое строение: в начале цепи расположен ГМФ, а заканчивается следующим тринуклеотидом: ЦЦА. Вторичная структура представлена в форме клеверного листа, образованной в виде шпилькообразных структур, за счет комплементарности (схема 3.2.3.1.1.). Сближенные концы цепи тРНК называют акцепторным участком, сюда крепится транспортируемая аминокислота, противоположная петля включает антикодон – триплет, с помощью которого узнается соответствующее (комплементарное) звено на иРНК. Исходя из того, что смысловых кодонов 61, следовательно, и разных тРНК в клетке не менее 60. Еще две петли служат для взаимодействия с рибосомой и аминоацил-тРНК-синтетазой. Цепи различных тРНК укладываются в компактные третичные структуры; за счет стекинг - взаимодействий петли сближаются, принимая форму, напоминающую латинскую букву «L». Митохондриальные тРНК несколько короче (до 65 нуклеотидов), петли также меньше, пространственная структура
|
|
не установлена.
Схема 3.2.3.1.1. Универсальная укладка полинуклеотидной цепи тРНК.
Функции т-РНК: а) акцепторная – способность ковалентно связываться с аминокислотой, превращаясь в аминоацил~тРНК; б) адапторная – способность узнавать кодом иРНК, соответствующий транспортируемой аминокислоте, и обеспечивать ее включение на законное место в растущей цепи белка. При этом образование пептидной связи обеспечивается за счет макроэргической связи аминоацил~т-РНК.
Большая часть цитоплазматических РНК (80-85%) составляют рибосомальные (рРНК), составляющие основу соответсвующих органелл, локализирующихся и в цитозоле, и в митохондриях. Выделяют несколько рРНК (5S, 16-18S, 23-29S) с различными ММ (от 40.000 до 700.000 Д), с неодинаковым числом мононуклеотидов (120-3000). Первичная структура включает минорные основания, хотя и в меньшем количестве, чем у тРНК.
Дальнейшее усложнение организации приводит к спирализации (с помощью водородных, координационных связей), возникновению шпилек с дефектами комплементарности (пиримидин - пиримидин). С помощью шпилек рРНК связываются со своими белками, обычно гистонами, образуя в целом рибосомы, предварительно плотно упаковавшись в пространстве (третичная структура), принимая разные формы (У или V). Функция рибосом – создать каркас, где бы происходило взаимодействие иРНК и тРНК и рост полипептидной цепи. Матричная (информационная) РНК (иРНК) резко отличается от других вариантов полирибонуклеотидов по структуре. На ее долю приходится от 2 до 6% от числа подобных соединений, молекулярная масса колеблется от 25000 до миллиона Д; может включать от сотни до 3000 мононуклеидов. В первичной структуре отсутствуют минорные основания, с одной стороны цепь заканчивается
|
|
Схема 3.2.3.1.1. Схема первичной структуры и-РНК.
одинаковыми кирпичиками (50-400 моноаденилатов), подобный неспецифический хвост мешает разрушению иРНК нуклеазами. С другого конца имеет иРНК модифицированный ГМФ (сар-участок), с помощью которого крепится к рибосоме (схема 3.2.3.1.1.). В середине молекулы между инициирующим и терминирующим кодонами располагается собственно кодирующая область – представляющая чередование информативных и неинформативных участков. Вторичная и третичная структуры индивидуальны, но в итоге имеется несколько шпилек, куда крепятся факторы инициации и терминации, а молекула обязательно связывается со специфическим белком, образуя информосому, сближается с рибосомой, где служит матрицей в синтезе соответствующей полипептидной цепи.
Варианты ДНК
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) обычно локализуются в ядре и митохондриях, что и лежит в основе их деления.
Принципы строения их молекул однотипны. Как любой биополимер имеют несколько уровней организации: первичную – двойную полинуклеотидную нить, состоящую из дезоксирибонуклеозидфосфатов, связанных фосфодиэфирными связями; вторичную – полученную в результате спирализации; третичную – суперспиралированную структуру. Но так как они сильно отличаются по массе, то и в деталях их строения имеется много отличий.
Митохондриальную ДНК иногда называют 25–ой хромосомой, ее значения не превышают 5% от общего количества ДНК; в каждой органелле содержится 5-10 ее копий. Это довольно маленький биополимер: его первичную структуру составляют 16569 пар мононуклеотидов. Облигатной чертой ДНК эукарит является спаренность нитей за счет комплементарности. Первым эту особенность заметил Chargaff в 1949 г. Он обратил внимание, что часть и пиримидиновых, и пуриновых оснований включает или кето- или аминогруппы, между которыми за счет наличия водорода в последней могут образовываться водородные связи. Его первый постулат: молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов и это логично – две нити будут параллельны только тогда, если против крупной структуры (пурина) встанет маленькая (пиримидин). Если подобная ситуация создастся между двумя пуринами – им будет тесно, а пиримидинам – просторно, что не будет способствовать возникновению водородных связей. Во-вторых, для этого необходимо, чтобы против кетогруппы стояла аминогруппа, то есть их число должно быть равным
Исходя из выше сказанного, третьим положением и будет: А = Т, а Г = Ц (схема 323.2.1).
Схема 3.2.3.2.1. Водородные связи между основаниями в ДНК.
В целом, первичная структура ДНК представляет нить, образованную фосфодиэфирными связями между мононуклеотидами одной цепи и водородными между противоположными. (см. Приложение, схема 2). Кроме того, рядом лежащие гидрофобные ароматические основания за счет различных по плотности электронных облаков способны взаимодействовать друг с другом, создавая так называемые стекинг-взаимодействия, а фосфаты, являясь заряженными группами, вступают в ионные связи с различными катионами (металлов, основными белками, полиаминами).
Характеризуя митохондриальную ДНК следует заметить, что в первичной структуре отсутствуют интроны, в ее кодогенах (триплетах - комплементарных смысловым кодонам иРНК) нередки отклонения от генетического кода. Вторичная структура - хорошо спирализованное образование. Третичная - представляет кольцевой дуплекс, то есть концы сдвоенной нити сближены и соединены между собой. ДНК митохондрий содержит информацию не обо всех белках этих органоидов (см. «Патохимия наследственных болезней» С. 18).
|
|
Самая большая молекула, содержащая в клетках, это ядерная ДНК. Если ее вытянуть до первичной структуры, длина составит около 8 см (!). Этот уровень организации включает различные гены (транскриптоны, регуляционные и т.д.), палиндромы. Последние представляют фрагменты нитей, одна половина которой комплементарна второй, при их сближении друг с другом за счет возникновения водородных связей образуются шпильки, к которым крепятся различные белки (регуляторные, каталитические).
Первичная структура включает и минорные основания, о вероятной роли которых было написано выше.
Как замечено раньше, нить с одного конца фосфорилирована (5’ –конец), на другом расположена свободная 3’–ОН группа дезоксирибозы (3’ – конец). Когда две нити связаны одной ДНК, то они антипараллельны - каждый конец цепи имеет 3’ и 5’ концы.
Ядерная ДНК хорошо спирализована - это правозакрученная спираль, шаг которой равен 3,4 нм, диаметр составляет 2 нм, 1 виток включает 10 мононуклеотидов и полюс шпильки. Подобная конформация известна как В-форма и обычна для клетки. Но молекула ДНК может менять свою упаковку в зависимости от условий: быть более сплющенный (А-форма), зигзагообразный (Z-форма).
Важным свойством двойной спирали ДНК является ее способность изгибаться. Молекула ее в миллион раз длиннее, чем ядро или клетка и чтобы поместиться в них, она должна быть гибкой, что приводит к суперспирализации, т.е. третичная структура представляет дальнейшее закручивание двойной нити вокруг положительно заряженных белков - гистонов. Последние образуют октамерный (восемь, т.е 4 пары Н2а, Н2в, Н3, Н4 гистонов) протеиновый комплекс, называемый нуклеосомой, вокруг которого молекула ДНК совершает два оборота (схема 3.2.3.2.2).
|
|
Схема 3.2.3.2. Модель упаковки ДНК
Участок ДНК, расположенный между рядом лежащими нуклеосомами и включающий 30-40 пар мононуклеотидов (в отличие от 200 пар, окружающих катушку), - называют линкерным. Считают, что он связан с Н1-гистонами. Подобная упаковка доводит до стократного уменьшения молекулы. В дальнейшем подобные нити образуют петли, что увеличивает компактность; за счет дополнительной спирализации и обеспечивается 10000-кратная конденсация ДНК.