Thời gian chúng ta đang sống được đánh dấu bằng những thay đổi đáng kinh ngạc, những tiến bộ vượt bậc, khi mọi người nhận được câu trả lời cho ngày càng nhiều câu hỏi mới. Cuộc sống đang tiến nhanh về phía trước, và điều mà cho đến gần đây dường như là không thể đã bắt đầu trở thành sự thật. Rất có thể những gì hôm nay có vẻ là một cốt truyện từ thể loại khoa học viễn tưởng cũng sẽ sớm có được những nét đặc trưng của thực tế.
Một trong những khám phá quan trọng nhất trong nửa sau của thế kỷ XX là axit nucleic RNA và DNA, nhờ đó con người đã tiến gần hơn đến việc làm sáng tỏ những bí ẩn của tự nhiên.
Axit nucleic
Axit nucleic là những hợp chất hữu cơ có tính chất đại phân tử. Chúng bao gồm hydro, carbon, nitơ và phốt pho.
Chúng được phát hiện vào năm 1869 bởi F. Miescher, người đã kiểm tra mủ. Tuy nhiên, vào thời điểm đó khám phá của ông không được coi trọng lắm. Chỉ sau này, khi những axit này được tìm thấy trong tất cả các tế bào động vật và thực vật, người ta mới hiểu được vai trò to lớn của chúng.
Có hai loại axit nucleic: RNA và DNA (ribonucleic và deoxyribonucleicaxit). Bài viết này nói về axit ribonucleic, nhưng để hiểu tổng quát, chúng ta hãy cũng xem xét DNA là gì.
Axit deoxyribonucleic là gì?
DNA là một axit nucleic bao gồm hai sợi được nối với nhau theo quy luật bổ sung bằng liên kết hydro của bazơ nitơ. Các chuỗi dài được xoắn thành hình xoắn ốc, một lượt chứa gần mười nucleotide. Đường kính của chuỗi xoắn kép là hai milimet, khoảng cách giữa các nucleotide khoảng nửa nanomet. Chiều dài của một phân tử đôi khi lên tới vài cm. Chiều dài của DNA trong nhân tế bào người là gần hai mét.
Cấu trúc của DNA chứa tất cả thông tin di truyền. DNA có sự sao chép, có nghĩa là quá trình mà hai phân tử con hoàn toàn giống hệt nhau được hình thành từ một phân tử.
Như đã lưu ý, chuỗi được tạo thành từ các nucleotide, lần lượt bao gồm các bazơ nitơ (adenin, guanin, thymine và cytosine) và dư lượng axit phốt pho. Tất cả các nucleotide khác nhau ở các base nitơ. Liên kết hydro không xảy ra giữa tất cả các bazơ; ví dụ như adenin chỉ có thể kết hợp với thymine hoặc guanin. Do đó, có bao nhiêu adenyl nucleotide trong cơ thể như thymidyl nucleotide, và số lượng guanyl nucleotide bằng cytidyl nucleotide (quy tắc Chargaff). Nó chỉ ra rằng trình tự của một chuỗi xác định trước trình tự của chuỗi khác, và các chuỗi dường như phản chiếu lẫn nhau. Mô hình như vậy, trong đó các nucleotide của hai chuỗi được sắp xếp một cách có trật tự và cũng được kết nối một cách có chọn lọc, được gọi lànguyên tắc bổ sung cho nhau. Ngoài các hợp chất hydro, chuỗi xoắn kép cũng tương tác với chất hút nước.
Hai chuỗi nằm ngược chiều nhau, tức là chúng nằm ngược chiều nhau. Do đó, đối diện với đầu ba' của một là đầu năm' của chuỗi kia.
Nhìn bề ngoài, phân tử DNA giống như một cầu thang xoắn ốc, lan can là xương sống của đường-photphat và các bậc thang là các bazơ nitơ bổ sung.
Axit ribonucleic là gì?
RNA là một axit nucleic với các đơn phân gọi là ribonucleotide.
Về tính chất hóa học, nó rất giống với DNA, vì cả hai đều là polyme của nucleotide, là một N-glycoside được phosphoryl hóa, được xây dựng trên phần dư của pentose (đường năm carbon), với một nhóm phosphate trên nguyên tử cacbon thứ năm và một cơ sở nitơ ở nguyên tử cacbon đầu tiên.
Nó là một chuỗi polynucleotide đơn (trừ vi rút), ngắn hơn nhiều so với chuỗi DNA.
Một đơn phân RNA là phần dư của các chất sau:
- bazơ nitơ;
- monosaccharide năm cacbon;
- axit photpho.
RNA có các gốc pyrimidine (uracil và cytosine) và purine (adenine, guanine). Ribose là monosaccharide của nucleotide RNA.
Sự khác biệt giữa RNA và DNA
Các axit nucleic khác nhau theo những cách sau:
- số lượng của nó trong một tế bào phụ thuộc vào trạng thái sinh lý, tuổi tác và sự liên kết của các cơ quan;
- DNA chứa carbohydratedeoxyribose và RNA - ribose;
- Cơ sở nitơ trong DNA là thymine, và trong RNA là uracil;
- thực hiện các chức năng khác nhau, nhưng được tổng hợp trên ma trận DNA;
- DNA là chuỗi xoắn kép, RNA là sợi đơn;
- không điển hình cho quy tắc DNA Chargaff của cô ấy;
- RNA có nhiều bazơ phụ hơn;
- xích có độ dài khác nhau đáng kể.
Các lớp
Học lịch sử
Tế bào RNA lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa sinh người Đức R. Altman khi nghiên cứu tế bào nấm men. Vào giữa thế kỷ XX, vai trò của DNA trong di truyền đã được chứng minh. Chỉ sau đó, các loại RNA, chức năng, v.v. mới được mô tả. Có tới 80-90% khối lượng trong tế bào rơi vào rRNA, rRNA này cùng với protein tạo thành ribosome và tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein.
Vào những năm 60 của thế kỷ trước, người ta lần đầu tiên cho rằng phải có một loài nào đó mang thông tin di truyền để tổng hợp protein. Sau đó, khoa học đã thiết lập rằng có các axit ribonucleic thông tin như vậy đại diện cho các bản sao bổ sung của gen. Chúng còn được gọi là RNA thông tin.
Cái gọi là axit vận chuyển có liên quan đến việc giải mã thông tin được ghi trong chúng.
Sau đó, các phương pháp bắt đầu được phát triển để xác định trình tự của các nucleotide và thiết lập cấu trúc của RNA trong không gian axit. Vì vậy, người ta phát hiện ra rằng một số trong số chúng, được gọi là ribozyme, có thể phân cắt các chuỗi polyribonucleotide. Kết quả là, người ta bắt đầu cho rằng vào thời điểm mà sự sống đang xuất hiện trên hành tinh,RNA hoạt động mà không cần DNA và protein. Hơn nữa, tất cả các chuyển đổi đều được thực hiện với sự tham gia của cô ấy.
Cấu trúc của phân tử axit ribonucleic
Hầu hết tất cả các RNA đều là các chuỗi đơn polynucleotide, lần lượt, bao gồm các monoribonucleotide - các gốc purine và pyrimidine.
Nucleotide được biểu thị bằng các chữ cái đầu tiên của các base:
- adenine (A), A;
- guanin (G), G;
- cytosine (C), C;
- uracil (U), U.
Chúng được liên kết với nhau bằng liên kết ba và năm photphodiester.
Số lượng nucleotide đa dạng nhất (từ vài chục đến hàng chục nghìn) được bao gồm trong cấu trúc của RNA. Chúng có thể tạo thành một cấu trúc thứ cấp bao gồm chủ yếu là các sợi kép ngắn được hình thành bởi các bazơ bổ sung.
Cấu trúc của phân tử axit ribônuclêic
Như đã đề cập, phân tử có cấu trúc một sợi. RNA nhận được cấu trúc thứ cấp và hình dạng của nó là kết quả của sự tương tác của các nucleotide với nhau. Nó là một polyme có đơn phân là một nucleotit bao gồm đường, dư lượng axit photpho và một bazơ nitơ. Bề ngoài, phân tử tương tự như một trong các chuỗi DNA. Nucleotides adenine và guanine, là một phần của RNA, là purine. Cytosine và uracil là bazơ pyrimidine.
Quy trình tổng hợp
Để tổng hợp một phân tử RNA, khuôn mẫu là một phân tử DNA. Đúng, quá trình ngược lại cũng xảy ra, khi các phân tử mới của axit deoxyribonucleic được hình thành trên nền axit ribonucleic. Như làxảy ra trong quá trình nhân lên của một số loại vi rút.
Cơ sở cho quá trình sinh tổng hợp cũng có thể đóng vai trò là các phân tử khác của axit ribonucleic. Quá trình phiên mã của nó, xảy ra trong nhân tế bào, liên quan đến nhiều enzym, nhưng quan trọng nhất trong số đó là ARN polymerase.
Lượt xem
Tùy thuộc vào loại RNA, chức năng của nó cũng khác nhau. Có một số loại:
- i-RNA thông tin;
- rRNA của ribosome;
- vận chuyển t-RNA;
- phụ;
- ribozyme;
- lan truyền.
Axit Ribonucleic cung cấp thông tin
Các phân tử như vậy còn được gọi là ma trận. Chúng chiếm khoảng hai phần trăm tổng số trong phòng giam. Trong tế bào nhân thực, chúng được tổng hợp trong nhân trên khuôn mẫu DNA, sau đó đi vào tế bào chất và liên kết với ribosome. Hơn nữa, chúng trở thành khuôn mẫu để tổng hợp protein: chúng được nối với nhau bằng các ARN chuyển mang các axit amin. Đây là cách quá trình biến đổi thông tin diễn ra, được thực hiện trong cấu trúc độc đáo của protein. Trong một số RNA của virus, nó cũng là một nhiễm sắc thể.
Jacob và Mano là những người phát hiện ra loài này. Không có cấu trúc cứng nhắc, chuỗi của nó tạo thành các vòng cong. Không hoạt động, i-RNA tập hợp thành các nếp gấp và gấp lại thành một quả bóng, và mở ra trong tình trạng hoạt động.
i-RNA mang thông tin về trình tự các axit amin trong protein đang được tổng hợp. Mỗi axit amin được mã hóa ở một vị trí cụ thể bằng cách sử dụng mã di truyền:
- bộ ba - từ bốn mononucleotide có thể tạo ra sáu mươi bốn codon (mã di truyền);
- không vượt qua - thông tin di chuyển theo một hướng;
- liên tục - nguyên tắc hoạt động là một mRNA là một protein;
- tính phổ quát - một hoặc một loại axit amin khác được mã hóa trong tất cả các sinh vật sống theo cùng một cách;
- thoái hóa - đã biết hai mươi axit amin và sáu mươi mốt codon, tức là chúng được mã hóa bởi một số mã di truyền.
Axit ribonucleic của ribôxôm
Những phân tử như vậy tạo nên phần lớn RNA tế bào, cụ thể là từ tám mươi đến chín mươi phần trăm tổng số. Chúng kết hợp với protein và tạo thành ribosome - đây là những bào quan thực hiện tổng hợp protein.
Ribosome là sáu mươi lăm phần trăm rRNA và ba mươi lăm phần trăm protein. Chuỗi polynucleotide này dễ dàng gấp lại cùng với protein.
Ribôxôm bao gồm các vùng axit amin và peptit. Chúng nằm trên bề mặt tiếp xúc.
Ribôxôm di chuyển tự do trong tế bào, tổng hợp prôtêin ở những vị trí thích hợp. Chúng không quá cụ thể và không chỉ có thể đọc thông tin từ mRNA mà còn tạo thành một ma trận với chúng.
Vận chuyển axit ribonucleic
t-RNA được nghiên cứu nhiều nhất. Chúng tạo nên mười phần trăm axit ribonucleic của tế bào. Các loại RNA này liên kết với các axit amin nhờ một loại enzyme đặc biệt và được đưa đến các ribosome. Đồng thời, các axit amin được vận chuyển bằng đường vận chuyểncác phân tử. Tuy nhiên, điều xảy ra là các codon khác nhau mã cho một axit amin. Sau đó, một số RNA vận chuyển sẽ mang chúng.
Nó cuộn lại thành một quả bóng khi không hoạt động, nhưng có chức năng giống như một chiếc lá cỏ ba lá.
Các phần sau được phân biệt trong đó:
- gốc chất nhận có trình tự nucleotide của ACC;
- trang web để gắn vào ribosome;
- một bộ chống mã hóa axit amin gắn vào tRNA này.
Các loài nhỏ của axit ribonucleic
Gần đây, các loài RNA đã được bổ sung một lớp mới, cái gọi là RNA nhỏ. Chúng rất có thể là những bộ điều chỉnh phổ quát giúp bật hoặc tắt các gen trong quá trình phát triển phôi thai, cũng như kiểm soát các quá trình bên trong tế bào.
Ribozyme cũng được xác định gần đây, chúng tham gia tích cực khi axit RNA được lên men, đóng vai trò như một chất xúc tác.
Vi-rút các loại axit
Virus có thể chứa axit ribonucleic hoặc axit deoxyribonucleic. Do đó, với các phân tử tương ứng, chúng được gọi là chứa RNA. Khi một loại vi rút như vậy xâm nhập vào tế bào, quá trình phiên mã ngược xảy ra - DNA mới xuất hiện trên cơ sở axit ribonucleic, được tích hợp vào tế bào, đảm bảo sự tồn tại và sinh sản của vi rút. Trong một trường hợp khác, sự hình thành RNA bổ sung xảy ra trên RNA đến. Vi rút là các protein, hoạt động quan trọng và quá trình sinh sản diễn ra mà không cần DNA, mà chỉ dựa trên thông tin có trong RNA của vi rút.
Nhân bản
Để nâng cao hiểu biết chung, cầnXét quá trình nhân đôi tạo ra hai phân tử axit nuclêic giống nhau. Đây là cách bắt đầu phân chia tế bào.
Nó liên quan đến DNA polymerase, phụ thuộc DNA, RNA polymerase và DNA ligases.
Quá trình sao chép bao gồm các bước sau:
- khử hơi nước - có một chuỗi DNA mẹ tháo xoắn, thu giữ toàn bộ phân tử;
- phá vỡ các liên kết hydro, trong đó các chuỗi phân kỳ và xuất hiện một nhánh sao chép;
- điều chỉnh dNTP cho các cơ sở đã phát hành của chuỗi mẹ;
- phân cắt pyrophosphat từ các phân tử dNTP và hình thành liên kết phosphorodiester do năng lượng được giải phóng;
- hô hấp.
Sau khi hình thành phân tử con, nhân, tế bào chất và phần còn lại được phân chia. Do đó, hai tế bào con được hình thành đã hoàn toàn nhận được tất cả các thông tin di truyền.
Ngoài ra, cấu trúc cơ bản của protein được tổng hợp trong tế bào được mã hóa. DNA tham gia một phần gián tiếp vào quá trình này, chứ không phải trực tiếp, điều này bao gồm thực tế là trên DNA diễn ra quá trình tổng hợp protein, RNA tham gia vào quá trình hình thành, diễn ra. Quá trình này được gọi là phiên mã.
Phiên âm
Sự tổng hợp của tất cả các phân tử xảy ra trong quá trình phiên mã, tức là sự viết lại thông tin di truyền từ một operon DNA cụ thể. Quá trình này tương tự như sao chép theo một số cách và rất khác ở những cách khác.
Điểm tương đồng là các phần sau:
- bắt đầu với quá trình khử khoáng DNA;
- xảy ra đứt gãy hydrokết nối giữa các cơ sở của chuỗi;
- LSNG bổ sung cho họ;
- liên kết hydro được hình thành.
Sự khác biệt so với sao chép:
- trong quá trình phiên mã, chỉ phần DNA tương ứng với phần phiên mã là không được xoắn, trong khi trong quá trình sao chép, toàn bộ phân tử không bị xoắn;
- khi được phiên âm, LSNG có thể điều chỉnh được chứa ribose và uracil thay vì thymine;
- thông tin chỉ được viết tắt từ một khu vực nhất định;
- sau khi hình thành phân tử, các liên kết hydro và chuỗi tổng hợp bị phá vỡ, và chuỗi này trượt khỏi DNA.
Để hoạt động bình thường, cấu trúc chính của RNA chỉ nên bao gồm các phần DNA được sao chép từ các exon.
Quá trình trưởng thành bắt đầu trong RNA mới được hình thành. Các vùng im lặng được cắt bỏ và các vùng thông tin được hợp nhất để tạo thành chuỗi polynucleotide. Hơn nữa, mỗi loài đều có những biến đổi riêng.
Trong i-RNA, xảy ra sự gắn vào đầu cuối. Polyadenylate được gắn vào vị trí cuối cùng.
Các cơ sở
TRNA được sửa đổi để tạo thành các loài phụ.
Trong rARN, các bazơ riêng lẻ cũng được metyl hóa.
Bảo vệ protein khỏi bị phá hủy và cải thiện quá trình vận chuyển đến tế bào chất. RNA trưởng thành liên kết với chúng.
Tầm quan trọng của axit deoxyribonucleic và ribonucleic
Axit nucleic có tầm quan trọng lớn đối với sự sống của sinh vật. Nó được lưu trữ trong chúng, chuyển vào tế bào chất và được di truyền bởi các tế bào conthông tin về các protein được tổng hợp trong mỗi tế bào. Chúng có mặt trong tất cả các cơ thể sống, sự ổn định của các axit này đóng một vai trò quan trọng đối với hoạt động bình thường của cả tế bào và toàn bộ sinh vật. Bất kỳ thay đổi nào trong cấu trúc của chúng sẽ dẫn đến những thay đổi tế bào.
