Sinh học phân tử đề cập đến việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của các phân tử chất hữu cơ tạo nên tế bào sống của thực vật, động vật và con người. Một vị trí đặc biệt trong số đó được trao cho một nhóm hợp chất gọi là axit nucleic (hạt nhân).
Có hai loại: axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic. Loại thứ hai có một số sửa đổi: i-RNA, t-RNA và r-RNA, khác nhau về chức năng và vị trí của chúng trong tế bào. Bài viết này dành cho việc nghiên cứu các câu hỏi sau: rRNA được tổng hợp ở đâu trong tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực, cấu trúc và ý nghĩa của nó.
Bối cảnh lịch sử
Đề cập khoa học đầu tiên về axit ribosom có thể được tìm thấy trong các nghiên cứu của R. Weinberg và S. Penman vào những năm 60 của thế kỷ XX, những người đã mô tả các phân tử polynucleotide ngắn liên quan đến axit ribonucleic, nhưng khác nhau về cấu trúc không gian và hệ số lắng từ RNA thông tin và vận chuyển. Thông thường, các phân tử của chúngđược tìm thấy trong nucleolus, cũng như trong các bào quan của tế bào - ribosome chịu trách nhiệm tổng hợp protein tế bào. Chúng được gọi là ribosome (axit ribonucleic của ribosome).
đặc tính RNA
Axit Ribonucleic, giống như DNA, là một polyme, các đơn phân của chúng là các nucleotit của 4 loại: adenin, guanin, uracil và cytidin, được nối với nhau bằng liên kết photphodiester thành các phân tử sợi đơn dài, xoắn theo dạng a xoắn ốc hoặc có nhiều cấu trúc phức tạp hơn. Ngoài ra còn có các axit ribonucleic mạch kép của ribosome được tìm thấy trong vi rút chứa RNA và sao chép các chức năng của DNA: bảo tồn và truyền các đặc điểm di truyền.
Ba loại axit phổ biến nhất trong tế bào, đó là: chất nền, hoặc thông tin, RNA, axit ribonucleic vận chuyển của ribosom, mà axit amin được gắn vào, cũng như axit ribosom, nằm trong nucleolus và tế bào tế bào chất.
RNA ribosome chiếm khoảng 80% tổng số axit ribonucleic trong tế bào và 60% khối lượng của ribosome, một organoid tổng hợp protein tế bào. Tất cả các loài trên đều được tổng hợp (phiên mã) tại một số đoạn nhất định của ADN, được gọi là gen ARN. Trong quá trình tổng hợp, các phân tử của một loại enzyme đặc biệt, RNA polymerase, có sự tham gia. Nơi tổng hợp rRNA trong tế bào là nucleolus, nằm trong karyoplasmhạt nhân.
Hạt nhân, vai trò của nó trong tổng hợp
Trong vòng đời của tế bào, được gọi là chu kỳ tế bào, có một khoảng thời gian giữa các lần phân chia - giữa các pha. Vào thời điểm này, các thể dày đặc của cấu trúc dạng hạt, được gọi là nucleoli, có thể nhìn thấy rõ ràng trong nhân tế bào, là thành phần không thể thiếu của cả tế bào thực vật và động vật.
Trong sinh học phân tử, người ta đã xác định rằng nucleoli là bào quan nơi tổng hợp rARN. Nghiên cứu sâu hơn của các nhà tế bào học đã dẫn đến việc phát hiện ra các phần của DNA tế bào, trong đó các gen chịu trách nhiệm về cấu trúc và tổng hợp axit ribosom đã được tìm thấy. Họ được gọi là người tổ chức hạt nhân.
Nhà tổ chức hạt nhân
Cho đến những năm 60 của thế kỷ XX, trong sinh học đã có ý kiến cho rằng cơ quan tổ chức hạt nhân, nằm ở vị trí thắt nút thứ cấp ở các cặp nhiễm sắc thể thứ 13, 14, 15, 21 và 22, có dạng của một trang web. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu về tổn thương nhiễm sắc thể, được gọi là quang sai, đã phát hiện ra rằng tại thời điểm nhiễm sắc thể bị đứt ở vị trí thắt nút thứ cấp, sự hình thành nucleoli xảy ra trên mỗi bộ phận của nó.
Như vậy, chúng ta có thể phát biểu như sau: cơ quan tổ chức nucleolar không bao gồm một, mà bao gồm một số locus (gen) chịu trách nhiệm hình thành nucleolus. Trong đó, các axit ribonucleic của ribosom được tổng hợp, tạo thành các tiểu đơn vị của các bào quan tế bào tổng hợp protein - ribosom.
Ribosome là gì?
Như đã đề cập trước đó, cả ba loại chínhRNA tồn tại trong tế bào, nơi chúng được tổng hợp tại một số vị trí nhất định - gen DNA. RNA ribosome được hình thành do quá trình phiên mã tạo thành phức hợp với protein - ribonucleoprotein, từ đó các bộ phận cấu thành của bào quan tương lai, được gọi là tiểu đơn vị, được hình thành. Thông qua các lỗ trên màng nhân, chúng đi vào tế bào chất và hình thành trong đó các cấu trúc kết hợp, bao gồm các phân tử i-RNA và t-RNA, được gọi là polysome.
Bản thân các ribosome có thể được tách ra dưới tác dụng của các ion canxi và tồn tại riêng lẻ dưới dạng tiểu đơn vị. Quá trình ngược lại xảy ra trong các ngăn của tế bào chất, nơi diễn ra các quá trình dịch mã - lắp ráp các phân tử protein tế bào. Tế bào càng hoạt động mạnh, quá trình trao đổi chất trong đó càng diễn ra mạnh mẽ, thì càng chứa nhiều ribosome. Ví dụ, tế bào của tủy xương đỏ, tế bào gan của động vật có xương sống và người được đặc trưng bởi một số lượng lớn các bào quan này trong tế bào chất.
Các gen rRNA được mã hóa như thế nào?
Dựa trên cơ sở trên, cấu trúc, kiểu và chức năng của gen rRNA phụ thuộc vào các tổ chức nucleolar. Chúng chứa các locus chứa các gen mã hóa RNA ribosome. O. Miller, tiến hành nghiên cứu về sự phát sinh tế bào sa giông, đã thiết lập cơ chế hoạt động của các gen này. Các bản sao của rRNA (được gọi là bản sao chính) được tổng hợp từ chúng, chứa khoảng 13x103 nucleotide và có hệ số lắng là 45 S. Sau đó, chuỗi này trải qua một quá trình trưởng thành, kết thúc với sự hình thành của baCác phân tử rRNA có hệ số lắng 5, 8 S, 28 S và 18 S.
Cơ chế hình thành rRNA
Hãy quay lại các thí nghiệm của Miller, người đã nghiên cứu quá trình tổng hợp RNA ribosome và chứng minh rằng nucleolar DNA đóng vai trò là khuôn mẫu (chất nền) để hình thành rRNA - một chất phiên mã. Ông cũng xác định rằng số lượng axit ribosom chưa trưởng thành (tiền r-RNA) được hình thành phụ thuộc vào số lượng phân tử của enzyme RNA polymerase. Sau đó, quá trình trưởng thành (quá trình xử lý) của chúng xảy ra và các phân tử rRNA ngay lập tức bắt đầu liên kết với các peptit, dẫn đến sự hình thành ribonucleoprotein, vật liệu xây dựng của ribosome.
Đặc điểm của axit ribosom trong tế bào nhân thực
Có cùng nguyên tắc cấu tạo và cơ chế chức năng chung, ribosome của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân vẫn có sự khác biệt về phân tử tế bào. Để tìm hiểu, các nhà khoa học đã sử dụng một phương pháp nghiên cứu gọi là phân tích nhiễu xạ tia x. Người ta nhận thấy rằng kích thước của ribosome sinh vật nhân chuẩn, và do đó rRNA có trong nó, lớn hơn và hệ số lắng là 80 S. Hạt nhỏ chứa một phân tử axit, hạt lớn chứa một - ba tức là tế bào nhân chứa ribôxôm gồm 4 vòng xoắn polynucleotit của axit có các đặc điểm sau: 28 S ARN - 5 nghìn nuclêôtit, 18 S - 2 nghìn 5 S - 120 nucleotide, 5, 8 S - 160. Vị trí mà rRNA được tổng hợp trong tế bào nhân thực là nucleolus, nằm trong karyoplasm của nhân.
ARN ribôxôm của sinh vật nhân sơ
Không giống như r-RNA,đi vào tế bào nhân, các axit ribonucleic của ribosome của vi khuẩn được phiên mã trong một khu vực nén chặt của tế bào chất có chứa DNA và được gọi là nucleoid. Nó chứa các gen rRNA. Phiên mã, đặc điểm chung của nó có thể được biểu diễn như một quá trình viết lại thông tin từ rARN của gen DNA thành trình tự nucleotit của axit ribonucleic ở ribosom, có tính đến quy luật bổ sung của mã di truyền: nucleoit adenin tương ứng với uracil và guanin. sang cytosine.
R-RNA vi khuẩn có trọng lượng phân tử thấp hơn và kích thước nhỏ hơn so với tế bào nhân. Hệ số lắng của chúng là 70 S, và hai đơn vị con có giá trị là 50 S và 30 S. Hạt nhỏ hơn chứa một phân tử rRNA và hạt lớn hơn chứa hai.
Vai trò của axit ribonucleic trong quá trình dịch mã
Chức năng chính của r-RNA là đảm bảo quá trình sinh tổng hợp - dịch mã protein tế bào. Nó chỉ được thực hiện khi có ribosome chứa r-RNA. Kết hợp thành nhóm, chúng liên kết với phân tử DNA thông tin, tạo thành polysome. Các phân tử của axit ribonucleic ở ribosome vận chuyển, mang các axit amin, khi ở trong polysome, liên kết với nhau bằng liên kết peptit, tạo thành polyme - protein. Đây là hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của tế bào, thực hiện nhiều chức năng quan trọng: xây dựng, vận chuyển, năng lượng, enzym, bảo vệ và tín hiệu.
Bài báo này đã kiểm tra các đặc điểm, cấu trúc và mô tả của các axit nucleic của ribosom, làchất tạo sinh học hữu cơ của tế bào thực vật, động vật và con người.
