РНК (рибонуклеиновая кислота) сходна по химическому строению с ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислотой). Оба типа нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) представляют собой полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Однако в каждый нуклеотид РНК вместо дезоксирибозы входит рибоза. Также вместо азотистого основания тимина в РНК входит урацил.
Самым главным отличием молекулы РНК от ДНК следует считать то, что она состоит из одной цепочки (лишь у ряда вирусов РНК двухцепочечная). При этом многие типы молекул РНК могут сворачивать так, что в определенных местах одна цепочка образует сама с собой водородные связи и становится как бы состоящей из двух связанных цепочек.
Преимущественно всё РНК клетки синтезируется в ядре на ДНК по матричному принципу. Малая часть РНК синтезируется в митохондриях (митохондриальная РНК). При этом существуют три основных типа РНК: информационная (или матричная), транспортная, рибосомальная. Обозначаются они соответственно иРНК (или мРНК), тРНК, рРНК. Кроме основных типов РНК существует также другие типы РНК. Так есть РНК, которые регулируют гены, катализируют реакции и др. Следует отметить малые ядерные РНК (мяРНК) и митохондриальные РНК (митРНК)
Основные типы РНК
Информационная РНК переносит от ДНК к месту синтеза белка (к рибосомам) закодированную с помощью нуклеотидов информацию о последовательности аминокислот в белке. Данный тип РНК называют также матричной. Так как белки разные, то каждому соответствует своя иРНК, которая синтезируется на своем участке ДНК. Количество нуклеотидов в конечных молекулах иРНК может сильно отличаться (от сотен до нескольких тысяч). От общей массы РНК в клетке информационная занимает примерно 10%.
На самом деле на ДНК синтезируется не иРНК, а ее предшественник — пре-иРНК. Из этого типа РНК далее вырезаются участки, которые не кодируют информацию, и получается иРНК. Созревание иРНК называют процессингом, а сшивку кодирующих участков — сплайсингом. Зрелая информационная РНК укорачивается по сравнению со своем предшественником в разы.
Молекулы транспортной РНК состоят менее чем из 100 нуклеотидов. Это самый короткий тип РНК. Она функционирует в цитоплазме клетки, осуществляя перенос аминокислот к рибосомам, где из аминокислот синтезируется белок. Цепь тРНК особым образом складывается образую вторичную структуру в виде кленового листа с четырьмя спаренными участками. Также тРНК образует третичную структуру, похожую на букву L. Массовая доля тРНК составляет около 25 % от всех рибонуклеиновых кислот клетки.
Рибосомальные РНК в комплексе с белками образуют рибосомы. В каждую зрелую молекулу рРНК входит около 4 тысяч нуклеотидов. В ее предшественник (как и в случае с иРНК) — существенно больше. Данный тип РНК синтезируются в ядрышке, которое образуется за счет специальных концов хроматина (ядрышковых организаторов). Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединицы. В первую входит три разные молекулы рРНК, во вторую — одна. Именно на рибосомах осуществляется синтез белков. По массе в клетках больше всего именно рРНК (более 50 %). Сборка рибосом происходит в ядре или в цитоплазме.
РНК (рибонуклеиновая кислота), так же как и ДНК, относится к нуклеиновым кислотам. Молекулы-полимеры РНК намного меньше, чем у ДНК. Однако в зависимости от типа РНК количество входящих в них нуклеотидов-мономеров различается.
В состав нуклеотида РНК в качестве сахара входит рибоза, в качестве азотистого основания — аденит, гуанин, урацил, цитозин. Урацил по строению и химическим свойствам близок к тимину, который обычен для ДНК. В зрелых молекулах РНК многие азотистые основания модифицированы, поэтому в реальности разновидностей азотистых оснований в составе РНК намного больше.
Рибоза в отличие от дезоксирибозы имеет дополнительную -ОН-группу (гидроксильную). Это обстоятельство позволяет РНК легче вступать в химические реакции.
Главной функцией РНК в клетках живых организмов можно назвать реализацию генетической информации. Именно благодаря разным типам рибонуклеиновой кислоты генетический код считывается (транскрибируется) с ДНК, после чего на его основе синтезируются полипептиды (происходит трансляция). Итак, если ДНК в основном отвечает за хранение и передачу из поколения в поколение генетической информации (основной процесс – репликация), то РНК реализует эту информацию (процессы транскрипции и трансляции). При этом транскрипция происходит на ДНК, так что этот процесс относится к обоим типам нуклеиновых кислот и тогда с этой точки зрения можно сказать, что и ДНК отвечает за реализацию генетической информации.
При более подробном рассмотрении функции РНК намного разнообразнее. Ряд молекул РНК выполняют структурную, каталитическую и другие функции.
Существует так называемая гипотеза РНК-мира, согласно которой вначале в живой природе в качестве носителя генетической информации выступали только молекулы РНК, при этом другие молекулы РНК катализировали различные реакции. Данная гипотеза подтверждена рядом опытов, показывающих возможную эволюцию РНК. На это указывает и то, что ряд вирусов в качестве нуклеиновой кислоты, хранящей генетическую информацию, имеют молекулу РНК.
Согласно гипотезе РНК-мира ДНК появилась позже в процессе естественного отбора как более устойчивая молекула, что важно для хранения генетической информации.
Выделяют три основных типа РНК (кроме них есть и другие): матричная (она же информационная), рибосомальная и транспортная. Обозначаются они соответственно иРНК (или мРНК), рРНК, тРНК.
Информационная РНК (иРНК)
Почти все РНК синтезируются на ДНК в процессе транскрипции. Однако часто транскрипция упоминается как синтез именно информационной РНК (иРНК). Связано это с тем, что последовательность нуклеотидов иРНК в последствии определит последовательность аминокислот синтезируемого в процессе трансляции белка.
Перед транскрипцией нити ДНК расплетаются, и на одной из них с помощью комплекса белков-ферментов синтезируется РНК по принципу комплементарности, так же как это происходит при репликации ДНК. Только напротив аденина ДНК к молекуле РНК присоединяется нуклеотид, содержащий урацил, а не тимин.
На самом деле на ДНК синтезируется не готовая информационная РНК, а ее предшественник — пре-иРНК. Предшественник содержит участки последовательности нуклеотидов, которые не кодируют белок и которые после синтеза пре-иРНК вырезаются при участии малых ядерных и ядрышковых РНК («дополнительные» типы РНК). Эти удаляющиеся участки называются интронами. Остающиеся части иРНК называются экзонами. После удаления интронов экзоны сшиваются между собой. Процесс удаления интронов и сшивания экзонов называется сплайсингом. Усложняющей жизнь особенностью является то, что можно вырезать интроны по-разному, в результате получатся разные готовые иРНК, которые будут служить матрицами для разных белков. Таким образом, вроде бы один ген ДНК может играть роль нескольких генов.
Следует отметить, что у прокариотических организмов сплайсинга не происходит. Обычно их иРНК сразу после синтеза на ДНК готова к трансляции. Бывает, что пока конец молекулы иРНК еще транскрибируется, на ее начале уже сидят рибосомы, синтезирующие белок.
После того как пре-иРНК созревает в информационную РНК и оказывается вне ядра, она становится матрицей для синтеза полипептида. При этом на нее «насаживаются» рибосомы (не сразу, какая-то оказывается первой, другая — второй и т. д.). Каждая синтезирует свою копию белка, т. е. на одной молекуле РНК могут синтезироваться сразу несколько одинаковых белковых молекул (понятно, что каждая будет находиться на своей стадии синтеза).
Рибосома, передвигаясь от начала иРНК к ее концу, считывает по три нуклеотида (хотя вмещает шесть, т. е. два кодона) и присоединяет соответствующую транспортную РНК (имеющую соответствующий кодону антикодон), к которой присоединена соответствующая аминокислота. После этого с помощью активного центра рибосомы ранее синтезированная часть полипептида, соединенная с предшествующей тРНК, как-бы «пересаживается» (образуется пептидная связь) на аминокислоту, прикрепленную к только что пришедшей тРНК. Таким образом, молекула белка постепенно увеличивается.
Когда молекула информационной РНК становится не нужна, клетка ее разрушает.
Транспортная РНК (тРНК)
Транспортная РНК — это достаточно маленькая (по меркам полимеров) молекула (количество нуклеотидов бывает разным, в среднем около 80-ти), во вторичной структуре имеет форму клеверного листа, в третичной сворачивается в нечто подобное букве Г.
Функция тРНК – присоединение к себе соответствующей своему антикодону аминокислоты. В дальнейшем соединение с рибосомой, находящейся на соответствующем антикодону кодоне иРНК, и «передача» этой аминокислоты. Обобщая, можно сказать, что транспортная РНК переносит (на то она и транспортная) аминокислоты к месту синтеза белка.
Живая природа на Земле использует всего около 20-ти аминокислот для синтеза различных белковых молекул (на самом деле аминокислот куда больше). Но поскольку, согласно генетическому коду, кодонов больше 60-ти, то каждой аминокислоте может соответствовать несколько кодонов (на самом деле какой-то больше, какой-то меньше). Таким образом, разновидностей тРНК больше 20, при этом разные транспортные РНК переносят одинаковые аминокислоты. (Но и тут не так все просто.)
Рибосомная РНК (рРНК)
Рибосомную РНК часто также называют рибосомальной РНК. Это одно и то же.
Рибосомная РНК составляет около 80% всей РНК клетки, так как входит в состав рибосом, коих в клетке бывает достаточно много.
В рибосомах рРНК образует комплексы с белками, выполняет структурную и каталитическую функции.
В состав рибосомы входят несколько разных молекул рРНК, отличающиеся между собой как по длине цепи, вторичной и третичной структуре, выполняемым функциям. Однако их суммарная функция — это реализация процесса трансляции. При этом молекулы рРНК считывают информацию с иРНК и катализируют образование пептидной связи между аминокислотами.
РНК – биополимер, мономером которого является нуклеотид. Состоит РНК из одной цепочки (в отличие от ДНК, которая состоит из двух). В состав РНК входят нуклеотиды: А (адненин) – У (урацил), Г (гуанин) – Ц (цитозин).
Все виды РНК синтезируются на матрице – ДНК, различают три вида РНК:
- Рибосомальная РНК (рРНК)
Синтезируются в ядрышке. рРНК входит в состав малых и больших субъединиц рибосом. В процентном отношении рРНК составляет 80-90% всей РНК клетки.
Информационная РНК (иРНК)
Синтезируется в ядре в ходе процесса транскрипции (лат. transcriptio — переписывание). Фермент РНК-полимераза строит цепь иРНК по принципу комплементарности с ДНК. Исходя из данного принципа, гуанин (Г) в молекуле ДНК соединяется с цитозином (Ц) в РНК. Далее соответственно: цитозин (Ц) – гуанин (Г), аденин (А) – урацил (У), тимин (Т) – аденин (А).
Обеспечивает транспорт аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. Благодаря этому становится возможным соединение аминокислот друг с другом, образуется белок. тРНК имеет характерную форму клеверного листа.
P.S. Мы нашли статью, которая относится к данной теме, изучите ее – Неорганические и органические вещества клетки 😉
P.S.S. Для вас готов следующий случайный вопрос. Мы сами не знаем, но вас ждет что-то интересное!
© Беллевич Юрий Сергеевич
Данный вопрос является интеллектуальной собственностью Беллевича Юрия Сергеевича. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов вопроса и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.