Sitologi (Orang yunani- "wadah", di sini: "sel" dan - "pengajaran", "sains") - bagian biologi yang belajar hidup sel, mereka organel, struktur, fungsi, proses reproduksi sel, penuaan dan kematian.

Istilah juga digunakan sel biologi, sel biologi (Bahasa inggris Sel biologi).

Munculnya dan perkembangan sitologi

Gambar oleh Robert Hooke yang menggambarkan bagian jaringan gabus di bawah mikroskop (dari buku Micrographia, 1664)

Istilah "sel" pertama kali digunakan Robert Hooke di 1665, dalam menggambarkan "penyelidikannya terhadap struktur gabus dengan lensa pembesar". PADA 1674 Anthony van Leeuwenhoek menetapkan bahwa zat di dalam sel diatur dengan cara tertentu. Dia adalah orang pertama yang menemukan inti sel. Pada tingkat ini, gagasan tentang sel bertahan selama lebih dari 100 tahun.

Studi tentang sel dipercepat pada tahun 1830-an ketika ditingkatkan mikroskop. Pada tahun 1838-1839 ahli botani Matthias Schleiden dan ahli anatomi Theodor Schwann hampir secara bersamaan mengajukan gagasan tentang struktur seluler tubuh. T. Schwann mengusulkan istilah " teori sel dan mempresentasikan teori ini kepada komunitas ilmiah. Munculnya sitologi erat kaitannya dengan penciptaan teori sel- generalisasi biologis yang paling luas dan paling mendasar. Menurut teori seluler, semua tumbuhan dan hewan terdiri dari unit yang serupa - sel, yang masing-masing memiliki semua sifat makhluk hidup.

Tambahan terpenting pada teori sel adalah pernyataan naturalis Jerman yang terkenal Rudolf Virchow bahwa setiap sel terbentuk sebagai hasil pembelahan sel lain.

Pada tahun 1870-an, dua metode pembelahan sel eukariotik ditemukan, yang kemudian disebut mitosis dan meiosis. Sudah 10 tahun kemudian, dimungkinkan untuk menetapkan fitur genetik utama dari jenis divisi ini. Ditemukan bahwa sebelum mitosis, penggandaan kromosom dan distribusi seragamnya di antara sel anak terjadi, sehingga jumlah kromosom sebelumnya dipertahankan dalam sel anak. Sebelum meiosis, jumlah kromosom juga berlipat ganda, tetapi pada pembelahan pertama (reduksi), kromosom dua kromatid menyimpang ke kutub sel, sehingga sel-sel dengan set haploid terbentuk, jumlah kromosom di dalamnya adalah dua kali. lebih sedikit daripada di sel induk. Ditemukan bahwa jumlah, bentuk dan ukuran kromosom - kariotipe- sama di semua sel somatik hewan dari spesies tertentu, dan jumlah kromosom di gamet dua kali lebih kecil. Selanjutnya, penemuan sitologi ini menjadi dasar teori kromosom hereditas.

Sitologi Klinis

Sitologi klinis adalah bagian dari diagnostik laboratorium dan bersifat deskriptif. Secara khusus, bagian penting dari sitologi klinis adalah onkositologi, yang dihadapkan dengan tugas mendiagnosis neoplasma.

Asam ribonukleat (RNA) adalah salah satu dari tiga utama makromolekul(dua lainnya adalah DNA dan tupai), yang terkandung dalam sel semua makhluk hidup organisme.

Sama seperti DNA (asam deoksiribonukleat), RNA terdiri dari rantai panjang di mana setiap tautan disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen, Gula ribosa dan gugus fosfat. Urutan nukleotida memungkinkan RNA untuk mengkode informasi genetik. Semua organisme seluler menggunakan RNA ( mRNA) untuk memprogram sintesis protein.

RNA seluler terbentuk dalam proses yang disebut transkripsi, yaitu, sintesis RNA pada templat DNA, yang dilakukan oleh enzim khusus - RNA polimerase. Kemudian RNA pembawa pesan(mRNA) mengambil bagian dalam proses yang disebut siaran. Terjemahan adalah sintesis tupai pada matriks mRNA dengan partisipasi ribosom. RNA lain mengalami modifikasi kimia setelah transkripsi, dan setelah pembentukan struktur sekunder dan tersier, mereka melakukan fungsi yang bergantung pada jenis RNA.

RNA untai tunggal dicirikan oleh berbagai struktur spasial di mana beberapa nukleotida dari rantai yang sama dipasangkan satu sama lain. Beberapa RNA yang sangat terstruktur terlibat dalam sintesis protein sel, misalnya, mentransfer RNA berfungsi untuk mengenali kodon dan pengiriman yang relevan asam amino ke tempat sintesis protein RNA ribosom berfungsi sebagai struktural dan katalis dasar ribosom.

Namun, fungsi RNA dalam sel modern tidak terbatas pada perannya dalam translasi. Jadi, RNA nuklir kecil ambil bagian penyambungan eukariotik RNA pembawa pesan dan proses lainnya.

Selain fakta bahwa molekul RNA adalah bagian dari beberapa enzim (misalnya, telomerase), beberapa RNA memilikinya sendiri enzimatik aktivitas: kemampuan untuk memutuskan molekul RNA lain atau, sebaliknya, "menempelkan" dua fragmen RNA. RNA semacam itu disebut ribozim.

Genom seri virus terdiri dari RNA, yaitu, di dalamnya memainkan peran yang dimainkan DNA pada organisme yang lebih tinggi. Berdasarkan keragaman fungsi RNA dalam sel, sebuah hipotesis diajukan, yang menurutnya RNA adalah molekul pertama yang mampu mereproduksi diri dalam sistem prabiologis.

Waktu di mana kita hidup ditandai dengan perubahan luar biasa, kemajuan besar, ketika orang menerima jawaban atas semakin banyak pertanyaan baru. Hidup bergerak maju dengan cepat, dan apa yang sampai saat ini tampak mustahil mulai menjadi kenyataan. Sangat mungkin bahwa apa yang tampak hari ini sebagai plot dari genre fiksi ilmiah akan segera juga memperoleh fitur realitas.

Salah satu penemuan paling penting di paruh kedua abad kedua puluh adalah asam nukleat RNA dan DNA, berkat itu manusia semakin dekat untuk mengungkap misteri alam.

Asam nukleat

Asam nukleat adalah senyawa organik dengan sifat berat molekul tinggi. Mereka termasuk hidrogen, karbon, nitrogen dan fosfor.

Mereka ditemukan pada tahun 1869 oleh F. Misher, yang menyelidiki nanah. Namun, pada saat itu penemuannya tidak terlalu penting. Baru kemudian, ketika asam-asam ini ditemukan di semua sel hewan dan tumbuhan, pemahaman tentang peran besar mereka muncul.

Ada dua jenis asam nukleat: RNA dan DNA (asam ribonukleat dan deoksiribonukleat). Artikel ini dikhususkan untuk asam ribonukleat, tetapi untuk pemahaman umum, kami juga akan mempertimbangkan apa itu DNA.

Apa

DNA terdiri dari dua untai yang dihubungkan menurut hukum komplementaritas oleh ikatan hidrogen antara basa nitrogen. Rantai panjang dipelintir menjadi spiral, satu putaran mengandung hampir sepuluh nukleotida. Diameter heliks ganda adalah dua milimeter, jarak antara nukleotida sekitar setengah nanometer. Panjang satu molekul terkadang mencapai beberapa sentimeter. Panjang DNA dalam inti sel manusia hampir dua meter.

Struktur DNA mengandung semua DNA yang memiliki replikasi, yang berarti proses di mana dua molekul anak yang benar-benar identik terbentuk dari satu molekul.

Seperti telah dicatat, rantai terdiri dari nukleotida, yang, pada gilirannya, terdiri dari basa nitrogen (adenin, guanin, timin dan sitosin) dan residu asam fosfor. Semua nukleotida berbeda dalam basa nitrogen. Ikatan hidrogen tidak terjadi antara semua basa; adenin, misalnya, hanya dapat bergabung dengan timin atau guanin. Dengan demikian, ada banyak nukleotida adenil dalam tubuh seperti nukleotida timidil, dan jumlah nukleotida guanil sama dengan nukleotida sitidil (aturan Chargaff). Ternyata urutan satu rantai menentukan urutan yang lain, dan rantai tampaknya saling mencerminkan. Pola seperti itu, di mana nukleotida dari dua rantai disusun secara teratur, dan juga terhubung secara selektif, disebut prinsip saling melengkapi. Selain senyawa hidrogen, heliks ganda juga berinteraksi secara hidrofobik.

Kedua rantai berada dalam arah yang berlawanan, yaitu, mereka terletak di arah yang berlawanan. Oleh karena itu, berlawanan dengan tiga "-ujung satu adalah lima" -ujung rantai lainnya.

Dari luar, itu menyerupai tangga spiral, pagar yang merupakan tulang punggung gula-fosfat, dan langkah-langkahnya adalah basa nitrogen komplementer.

Apa itu asam ribonukleat?

RNA adalah asam nukleat dengan monomer yang disebut ribonukleotida.

Dalam sifat kimia, sangat mirip dengan DNA, karena keduanya merupakan polimer nukleotida, yang merupakan N-glikosida terfosforilasi yang dibangun di atas residu pentosa (gula lima karbon), dengan gugus fosfat pada atom karbon kelima dan basa nitrogen pada atom karbon pertama.

Ini adalah rantai polinukleotida tunggal (kecuali virus), yang jauh lebih pendek daripada DNA.

Satu monomer RNA adalah residu dari zat berikut:

• basa nitrogen;
• monosakarida lima karbon;
• asam fosfor.

RNA memiliki basa pirimidin (urasil dan sitosin) dan purin (adenin, guanin). Ribosa adalah monosakarida dari nukleotida RNA.

Perbedaan RNA dan DNA

Asam nukleat berbeda satu sama lain dalam sifat-sifat berikut:

• kuantitasnya dalam sel tergantung pada keadaan fisiologis, usia dan afiliasi organ;
• DNA mengandung karbohidrat deoksiribosa, dan RNA mengandung ribosa;
• basa nitrogen dalam DNA adalah timin, dan dalam RNA adalah urasil;
• kelas melakukan fungsi yang berbeda, tetapi disintesis pada matriks DNA;
• DNA terdiri dari heliks ganda, sedangkan RNA terdiri dari untai tunggal;
• itu tidak seperti biasanya bertindak dalam DNA;
• RNA memiliki lebih banyak basa kecil;
• rantai sangat bervariasi panjangnya.

Sejarah studi

Sel RNA pertama kali ditemukan oleh ahli biokimia Jerman R. Altman saat mempelajari sel ragi. Di pertengahan abad kedua puluh, peran DNA dalam genetika terbukti. Baru kemudian jenis RNA, fungsi, dan sebagainya dijelaskan. Hingga 80-90% massa dalam sel jatuh pada rRNA, yang bersama-sama dengan protein membentuk ribosom dan berpartisipasi dalam biosintesis protein.

Pada tahun enam puluhan abad terakhir, pertama kali disarankan bahwa harus ada spesies tertentu yang membawa informasi genetik untuk sintesis protein. Setelah itu, secara ilmiah ditetapkan bahwa ada asam ribonukleat informasional yang mewakili salinan gen yang saling melengkapi. Mereka juga disebut messenger RNA.

Asam transpor yang disebut terlibat dalam penguraian kode informasi yang direkam di dalamnya.

Kemudian, metode mulai dikembangkan untuk mengidentifikasi urutan nukleotida dan membangun struktur RNA dalam ruang asam. Jadi ditemukan bahwa beberapa dari mereka, yang disebut ribozim, dapat memotong rantai poliribonukleotida. Akibatnya, mereka mulai berasumsi bahwa pada saat kehidupan lahir di planet ini, RNA bertindak tanpa DNA dan protein. Apalagi semua transformasi dilakukan dengan partisipasinya.

Struktur molekul asam ribonukleat

Hampir semua RNA adalah rantai tunggal polinukleotida, yang, pada gilirannya, terdiri dari monoribonukleotida - basa purin dan pirimidin.

Nukleotida dilambangkan dengan huruf awal basa:

• adenin (A), A;
• guanin (G), G;
• sitosin (C), C;
• urasil (U), U.

Mereka saling berhubungan oleh ikatan tiga dan lima fosfodiester.

Jumlah nukleotida yang sangat berbeda (dari beberapa puluh hingga puluhan ribu) termasuk dalam struktur RNA. Mereka dapat membentuk struktur sekunder yang terutama terdiri dari untaian ganda pendek yang dibentuk oleh basa komplementer.

Struktur molekul asam ribnukleat

Seperti yang telah disebutkan, molekul memiliki struktur beruntai tunggal. RNA menerima struktur dan bentuk sekundernya sebagai hasil interaksi nukleotida satu sama lain. Ini adalah polimer yang monomernya adalah nukleotida yang terdiri dari gula, residu asam fosfor dan basa nitrogen. Dari luar, molekulnya mirip dengan salah satu rantai DNA. Nukleotida adenin dan guanin, yang merupakan bagian dari RNA, adalah purin. Sitosin dan urasil adalah basa pirimidin.

Proses sintesis

Agar molekul RNA dapat disintesis, templatnya adalah molekul DNA. Benar, proses sebaliknya juga terjadi, ketika molekul baru asam deoksiribonukleat terbentuk pada matriks asam ribonukleat. Ini terjadi selama replikasi jenis virus tertentu.

Molekul lain dari asam ribonukleat juga dapat berfungsi sebagai dasar untuk biosintesis. Transkripsinya, yang terjadi di inti sel, melibatkan banyak enzim, tetapi yang paling signifikan adalah RNA polimerase.

jenis

Tergantung pada jenis RNA, fungsinya juga berbeda. Ada beberapa jenis:

• i-RNA informasional;
• r-RNA ribosom;
• mengangkut t-RNA;
• minor;
• ribozim;
• virus.

Informasi asam ribonukleat

Molekul seperti itu juga disebut matriks. Mereka membuat sekitar dua persen dari total dalam sel. Dalam sel eukariotik, mereka disintesis di inti pada templat DNA, kemudian masuk ke sitoplasma dan mengikat ribosom. Selanjutnya, mereka menjadi template untuk sintesis protein: mereka bergabung dengan RNA transfer yang membawa asam amino. Beginilah proses transformasi informasi terjadi, yang diwujudkan dalam struktur unik protein. Dalam beberapa RNA virus, itu juga merupakan kromosom.

Jacob dan Mano adalah penemu spesies ini. Tidak memiliki struktur yang kaku, rantainya membentuk loop melengkung. Tidak berfungsi, i-RNA berkumpul menjadi lipatan dan lipatan menjadi bola, dan terbuka dalam kondisi kerja.

mRNA membawa informasi tentang urutan asam amino dalam protein yang sedang disintesis. Setiap asam amino dikodekan di tempat tertentu menggunakan kode genetik, yang dicirikan oleh:

• triplet - dari empat mononukleotida dimungkinkan untuk membangun enam puluh empat kodon (kode genetik);
• non-crossing - informasi bergerak dalam satu arah;
• kontinuitas - prinsip operasi adalah bahwa satu mRNA adalah satu protein;
• universalitas - satu atau jenis asam amino lainnya dikodekan dalam semua organisme hidup dengan cara yang sama;
• degenerasi - dua puluh asam amino diketahui, dan enam puluh satu kodon, yaitu, mereka dikodekan oleh beberapa kode genetik.

Asam ribonukleat ribosom

Molekul tersebut membentuk sebagian besar RNA seluler, yaitu delapan puluh hingga sembilan puluh persen dari total. Mereka bergabung dengan protein dan membentuk ribosom - ini adalah organel yang melakukan sintesis protein.

Ribosom adalah enam puluh lima persen rRNA dan tiga puluh lima persen protein. Rantai polinukleotida ini dengan mudah menekuk bersama dengan protein.

Ribosom terdiri dari daerah asam amino dan peptida. Mereka terletak di permukaan kontak.

Ribosom bergerak bebas ke tempat yang tepat. Mereka tidak terlalu spesifik dan tidak hanya dapat membaca informasi dari mRNA, tetapi juga membentuk matriks dengan mereka.

Transportasi asam ribonukleat

tRNA adalah yang paling banyak dipelajari. Mereka membuat sepuluh persen asam ribonukleat seluler. Jenis RNA ini mengikat asam amino berkat enzim khusus dan dikirim ke ribosom. Dalam hal ini, asam amino dibawa oleh molekul transpor. Namun, kodon yang berbeda mengkode asam amino. Kemudian beberapa RNA transpor akan membawanya.

Ini meringkuk menjadi bola saat tidak aktif, dan saat berfungsi, memiliki penampilan seperti daun semanggi.

Ini berisi bagian-bagian berikut:

• batang akseptor yang memiliki urutan nukleotida ACC;
• situs untuk menempel pada ribosom;
• antikodon yang mengkode asam amino yang melekat pada tRNA ini.

Spesies kecil asam ribonukleat

Baru-baru ini, spesies RNA telah diisi ulang dengan kelas baru, yang disebut RNA kecil. Mereka kemungkinan besar adalah pengatur universal yang menghidupkan atau mematikan gen dalam perkembangan embrio, dan juga mengontrol proses di dalam sel.

Ribozymes juga baru-baru ini telah diidentifikasi, mereka secara aktif terlibat ketika asam RNA difermentasi, bertindak sebagai katalis.

Jenis virus asam

Virus ini mampu mengandung asam ribonukleat atau asam deoksiribonukleat. Oleh karena itu, dengan molekul yang sesuai, mereka disebut mengandung RNA. Ketika virus semacam itu memasuki sel, transkripsi terbalik terjadi - DNA baru muncul berdasarkan asam ribonukleat, yang diintegrasikan ke dalam sel, memastikan keberadaan dan reproduksi virus. Dalam kasus lain, pembentukan RNA komplementer terjadi pada RNA yang masuk. Virus adalah protein, aktivitas vital dan reproduksi berlangsung tanpa DNA, tetapi hanya berdasarkan informasi yang terkandung dalam RNA virus.

replikasi

Untuk meningkatkan pemahaman secara keseluruhan, perlu dipertimbangkan proses replikasi, yang menghasilkan dua molekul asam nukleat yang identik. Ini adalah bagaimana pembelahan sel dimulai.

Ini melibatkan DNA polimerase, DNA-dependent, RNA polimerase dan DNA ligase.

Proses replikasi terdiri dari langkah-langkah berikut:

• despiralisasi - ada pelepasan DNA ibu secara berurutan, menangkap seluruh molekul;
• pemutusan ikatan hidrogen, di mana rantai menyimpang, dan garpu replikasi muncul;
• penyesuaian dNTPs ke basis yang dilepaskan dari rantai ibu;
• pembelahan pirofosfat dari molekul dNTP dan pembentukan ikatan fosforodiester karena energi yang dilepaskan;
• pernafasan.

Setelah pembentukan molekul anak, nukleus, sitoplasma, dan sisanya dibagi. Dengan demikian, dua sel anak terbentuk yang telah sepenuhnya menerima semua informasi genetik.

Selain itu, struktur utama protein yang disintesis dalam sel dikodekan. DNA mengambil bagian tidak langsung dalam proses ini, dan tidak langsung, yang terdiri dari fakta bahwa pada DNA-lah sintesis protein, RNA yang terlibat dalam pembentukan, terjadi. Proses ini disebut transkripsi.

Transkripsi

Sintesis semua molekul terjadi selama transkripsi, yaitu penulisan ulang informasi genetik dari operon DNA tertentu. Prosesnya serupa dalam beberapa hal untuk replikasi, dan di lain hal itu sangat berbeda.

Kesamaan adalah bagian-bagian berikut:

• awalnya berasal dari despiralisasi DNA;
• ada pemutusan ikatan hidrogen antara basa rantai;
• NTF secara komplementer disesuaikan dengan mereka;
• ikatan hidrogen terbentuk.

Perbedaan dari replikasi:

• selama transkripsi, hanya bagian DNA yang sesuai dengan transkripsi yang tidak terpilin, sedangkan selama replikasi, seluruh molekul tidak terpilin;
• selama transkripsi, NTP merdu mengandung ribosa, dan bukannya timin, urasil;
• informasi dihapuskan hanya dari area tertentu;
• setelah pembentukan molekul, ikatan hidrogen dan untai yang disintesis terputus, dan untai terlepas dari DNA.

Untuk fungsi normal, struktur utama RNA seharusnya hanya terdiri dari bagian DNA yang dihapus dari ekson.

RNA yang baru terbentuk memulai proses pematangan. Daerah diam dihilangkan, dan daerah informatif digabungkan untuk membentuk rantai polinukleotida. Selanjutnya, setiap spesies memiliki transformasi yang hanya melekat padanya.

Dalam mRNA, perlekatan ke ujung awal terjadi. Polyadenylate bergabung dengan situs terakhir.

Basa dimodifikasi dalam tRNA untuk membentuk spesies kecil.

Dalam r-RNA, basa individu juga termetilasi.

Melindungi dari kehancuran dan meningkatkan pengangkutan protein ke dalam sitoplasma. RNA dalam keadaan matang terhubung dengan mereka.

Signifikansi asam deoksiribonukleat dan ribonukleat

Asam nukleat sangat penting dalam kehidupan organisme. Mereka menyimpan, mentransfer ke sitoplasma dan mewarisi informasi sel anak tentang protein yang disintesis di setiap sel. Mereka hadir di semua organisme hidup, stabilitas asam ini memainkan peran penting untuk fungsi normal sel dan seluruh organisme. Setiap perubahan dalam struktur mereka akan menyebabkan perubahan seluler.

Asam ribonukleat adalah kopolimer ribonukleotida purin dan pirimidin yang terhubung satu sama lain, seperti pada DNA, melalui jembatan fosfodiester (Gbr. 37.6). Meskipun kedua jenis asam nukleat ini memiliki banyak kesamaan, mereka berbeda satu sama lain dalam beberapa hal.

1. Dalam RNA, residu karbohidrat tempat basa purin atau pirimidin dan gugus fosfat melekat adalah ribosa, dan bukan 2-deoksiribosa (seperti pada DNA).

2. Komponen pirimidin RNA berbeda dengan DNA. Komposisi RNA, serta komposisi DNA, termasuk nukleotida adenin, guanin dan sitosin. Pada saat yang sama, RNA (dengan pengecualian beberapa kasus khusus, yang akan kita bahas di bawah) tidak mengandung timin; tempatnya dalam molekul RNA ditempati oleh urasil.

3. RNA adalah molekul beruntai tunggal (tidak seperti DNA, yang memiliki struktur beruntai ganda), namun, jika ada bagian dengan urutan komplementer (berlawanan polaritas) dalam rantai RNA, rantai RNA tunggal dapat melipat membentuk begitu -disebut "jepit rambut", struktur yang memiliki karakteristik beruntai ganda (Gbr. 37.7).

Beras. 37.6. Sebuah fragmen molekul asam ribonukleat (RNA) di mana basa purin dan pirimidin - adenin (A), urasil (U), sitosin (C) dan guanin - dipertahankan oleh tulang punggung fosfodiester yang menghubungkan residu ribosil yang dihubungkan oleh N-glikosidik ikatan ke basa nukleat yang sesuai Perhatikan bahwa untai RNA memiliki arah tertentu yang ditunjukkan oleh residu fosfat 5- dan 3-terminal.

4. Karena molekul RNA merupakan untai tunggal yang melengkapi hanya salah satu untai DNA, kandungan guanin di dalamnya belum tentu sama dengan kandungan sitosin, dan kandungan adenin belum tentu sama dengan kandungan urasil.

5. RNA dapat dihidrolisis dengan alkali menjadi diester 2,3-siklik dari mononukleotida; 2, Y, 5- tryster bertindak sebagai produk hidrolisis antara, yang tidak terbentuk selama hidrolisis basa DNA karena tidak adanya gugus 2-hidroksil pada yang terakhir; labilitas basa RNA (dibandingkan dengan DNA) adalah properti yang berguna untuk tujuan diagnostik dan analitis.

Informasi yang terkandung dalam RNA untai tunggal diwujudkan dalam bentuk urutan spesifik basa purin dan pirimidin (yaitu, dalam struktur primer) dari rantai polimer. Urutan ini melengkapi untai pengkode gen dari mana RNA "dibaca". Karena komplementaritas, molekul RNA mampu secara khusus mengikat (hibridisasi) dengan untai pengkode, tetapi tidak berhibridisasi dengan untai DNA non-coding. Urutan RNA (dengan pengecualian penggantian T dengan U) identik dengan urutan untai gen non-coding (Gbr. 37.8).

Fungsi biologis RNA

Beberapa jenis RNA dikenal. Hampir semuanya terlibat langsung dalam proses biosintesis protein. Molekul RNA sitoplasma yang bertindak sebagai cetakan untuk sintesis protein disebut messenger RNA (mRNA). Jenis lain dari RNA sitoplasma, RNA ribosom (rRNA), memainkan peran komponen struktural ribosom (organel yang memainkan peran penting dalam sintesis protein). Transfer RNA (tRNA) molekul adaptor terlibat dalam translasi (translasi) informasi mRNA ke dalam urutan asam amino dalam protein.

Bagian penting dari transkrip primer RNA yang diproduksi dalam sel eukariotik, termasuk sel mamalia, mengalami degradasi dalam nukleus dan tidak memainkan peran struktural atau informasi apa pun dalam sitoplasma. Di budidayakan

Beras. 37.7. Struktur sekunder molekul RNA tipe “lingkaran dengan batang” (“jepit rambut”), yang dihasilkan dari pembentukan ikatan hidrogen intramolekul antara pasangan basa nukleat komplementer.

Dalam sel manusia, kelas RNA nuklir kecil telah ditemukan yang tidak terlibat langsung dalam sintesis protein, tetapi dapat mempengaruhi pemrosesan RNA dan "arsitektur" sel secara keseluruhan. Ukuran molekul yang relatif kecil ini bervariasi, yang terakhir mengandung 90 hingga 300 nukleotida (Tabel 37.3).

RNA adalah materi genetik utama pada beberapa virus hewan dan tumbuhan. Beberapa virus RNA tidak pernah melalui transkripsi balik RNA menjadi DNA. Namun, sebagian besar virus hewan yang dikenal, seperti retrovirus, dicirikan oleh transkripsi balik genom RNA mereka, yang diarahkan oleh DNA polimerase yang bergantung pada RNA (reverse transcriptase) untuk membentuk salinan DNA untai ganda. Dalam banyak kasus, transkrip DNA untai ganda yang dihasilkan diintegrasikan ke dalam genom dan selanjutnya memastikan ekspresi gen virus, serta produksi salinan baru genom RNA virus.

Organisasi struktural RNA

Dalam semua organisme eukariotik dan prokariotik, ada tiga kelas utama molekul RNA: informasi (matriks atau messenger) RNA (mRNA), transportasi (tRNA) dan ribosom (rRNA). Perwakilan dari kelas-kelas ini berbeda satu sama lain dalam ukuran, fungsi, dan stabilitas.

Informational (mRNA) adalah kelas yang paling heterogen dalam hal ukuran dan stabilitas. Semua perwakilan dari kelas ini berfungsi sebagai pembawa informasi dari gen ke sistem sintesis protein sel. Mereka bertindak sebagai cetakan untuk polipeptida yang disintesis, yaitu, mereka menentukan urutan asam amino protein (Gbr. 37.9).

Messenger RNA, terutama yang eukariotik, memiliki beberapa fitur struktural yang unik. Ujung ke-5 mRNA "ditutupi" oleh 7-metilguanosin trifosfat yang terikat pada 5-hidroksil dari metilribonukleosida 2-0 yang berdekatan melalui residu trifosfat (Gbr. 37.10). Molekul mRNA sering mengandung residu 6-metiladenin internal dan ribonukleotida termetilasi 2-0. Meskipun arti "capping" belum sepenuhnya dijelaskan, dapat diasumsikan bahwa struktur yang dihasilkan dari mRNA 5-terminus digunakan untuk pengenalan khusus dalam sistem translasi. Sintesis protein dimulai pada ujung 5"-(tertutup) mRNA. Ujung lain dari sebagian besar molekul mRNA (3-ujung) mengandung rantai poliadenilat dari 20-250 nukleotida. Fungsi spesifik dari ini belum ditetapkan. diasumsikan bahwa struktur ini bertanggung jawab untuk menjaga stabilitas intraseluler mRNA Beberapa mRNA, termasuk histon, tidak mengandung poli(A) Adanya poli(A) dalam struktur mRNA digunakan untuk memisahkan dari jenis RNA lain dengan cara fraksinasi total RNA pada kolom dengan oligo(T) yang diimobilisasi pada penyangga padat seperti selulosa, dengan kolom terjadi karena interaksi komplementer poli (A) - "ekor" dengan oligo (T) yang tidak bergerak.

Beras. 37.8. Urutan gen dan transkrip RNA-nya. Untai coding dan non-coding ditampilkan, dan polaritasnya dicatat. Transkrip RNA yang memiliki polaritas melengkapi untai pengkode (dengan polaritas 3-5) dan identik secara berurutan (kecuali untuk substitusi T ke U) dan polaritas untai DNA non-coding.

Beras. 37.9. Ekspresi informasi genetik DNA dalam bentuk transkrip mRNA dan terjemahan selanjutnya dengan partisipasi ribosom untuk membentuk molekul protein tertentu.

(lihat pemindaian)

Beras. 37.10. Struktur "tutup" yang ditemukan di ujung 5 dari sebagian besar RNA pembawa pesan eukariotik 7-metilguanosin trifosfat melekat pada ujung 5 mRNA. yang biasanya mengandung nukleotida 2-O-metilpurin.

Dalam sel mamalia, termasuk sel manusia, molekul mRNA matang yang terletak di sitoplasma bukanlah salinan lengkap dari daerah transkripsi gen. Poliribonukleotida yang terbentuk sebagai hasil transkripsi adalah prekursor mRNA sitoplasma; sebelum meninggalkan nukleus, ia mengalami pemrosesan khusus. Produk transkripsi yang tidak diproses yang ditemukan dalam inti sel mamalia membentuk molekul RNA kelas keempat. RNA nuklir semacam itu sangat heterogen dan mencapai ukuran yang cukup besar. Molekul RNA inti heterogen dapat memiliki berat molekul lebih dari , sedangkan berat molekul mRNA biasanya tidak melebihi 2106. Mereka diproses dalam nukleus, dan mRNA matang yang dihasilkan memasuki sitoplasma, di mana mereka berfungsi sebagai matriks untuk protein biosintesis.

Molekul RNA transfer (tRNA) biasanya mengandung sekitar 75 nukleotida. Berat molekul molekul tersebut adalah . tRNA juga terbentuk sebagai hasil dari pemrosesan spesifik dari molekul prekursor yang sesuai (lihat Bab 39). Transport tRNA bertindak sebagai mediator dalam proses translasi mRNA. Setidaknya ada 20 jenis molekul tRNA di setiap sel. Setiap jenis (kadang-kadang beberapa jenis) tRNA sesuai dengan salah satu dari 20 asam amino yang diperlukan untuk sintesis protein. Meskipun setiap tRNA spesifik berbeda dari yang lain dalam urutan nukleotidanya, mereka semua memiliki fitur yang sama. Karena beberapa daerah komplementer intrastrand, semua tRNA memiliki struktur sekunder, yang disebut "daun semanggi" (Gbr. 37.11).

Molekul dari semua jenis tRNA memiliki empat lengan utama. Lengan akseptor terdiri dari "batang" nukleotida berpasangan dan diakhiri dengan urutan CCA. Melalui gugus Y-hidroksil residu adenosil, pengikatan ke gugus karboksil asam amino terjadi. Lengan yang tersisa juga terdiri dari "batang" yang dibentuk oleh pasangan basa komplementer dan loop dari basa yang tidak berpasangan (Gbr. 37.7). Lengan antikodon mengenali triplet atau kodon nukleotida (lihat Bab 40) dalam mRNA. Lengan-D dinamakan demikian karena adanya dihidrouridin di dalamnya, lengan-D dinamai menurut urutan T-pseudouridine-C. Lengan ekstra adalah struktur yang paling bervariasi dan berfungsi sebagai dasar untuk klasifikasi tRNA. TRNA kelas 1 (75% dari jumlah totalnya) memiliki lengan tambahan 3-5 pasangan basa. Lengan ekstra molekul tRNA kelas 2 panjangnya 13-21 pasangan basa dan sering kali termasuk loop yang tidak berpasangan.

Beras. 37.11. Struktur molekul aminoasil-tRNA, ke ujung 3-CCA tempat asam amino dilekatkan. Ikatan hidrogen intramolekul dan lokasi lengan antikodon, TTC, dan dihydrouracil ditunjukkan. (Dari J. D. Watson. Biologi molekuler dari Gene 3rd, ed.. Hak Cipta 1976, 1970, 1965 oleh W. A. ​​Benjamin, Inc., Menlo Park California)

Struktur sekunder, ditentukan oleh sistem interaksi komplementer basa nukleotida dari lengan yang sesuai, adalah karakteristik dari semua spesies Lengan akseptor berisi tujuh pasangan basa, lengan - lima pasangan basa, lengan D - tiga (atau empat) pasangan basa.

Molekul tRNA sangat stabil pada prokariota dan agak kurang stabil pada eukariota. Situasi sebaliknya adalah khas untuk mRNA, yang agak tidak stabil pada prokariota, sedangkan pada organisme eukariotik memiliki stabilitas yang signifikan.

RNA ribosom. Ribosom adalah struktur nukleoprotein sitoplasma yang dirancang untuk sintesis protein dari cetakan mRNA. Ribosom memberikan kontak tertentu, sebagai akibatnya terjemahan urutan nukleotida yang dibaca dari gen tertentu ke dalam urutan asam amino dari protein yang sesuai terjadi.

Di meja. 37.2 menunjukkan komponen ribosom mamalia dengan berat molekul 4.210 6 dan laju sedimentasi (satuan Swedberg). Ribosom mamalia terdiri dari dua subunit nukleoprotein, c . besar

Tabel 37.2. Komponen ribosom mamalia

berat molekul (60S), dan kecil, memiliki berat molekul (40S). Subunit 608 berisi 58-ribosomal RNA (rRNA), 5.8S-pRNA dan 28S-pRNA, serta lebih dari 50 polipeptida yang berbeda. Subunit kecil 408 mencakup satu 18S-pRNA dan sekitar 30 rantai polipeptida. Semua RNA ribosom, kecuali 5S-RNA, memiliki prekursor yang sama, 45S-RNA, yang terletak di nukleolus (lihat Bab 40). Molekul 5S-RNA memiliki prekursornya sendiri. Dalam nukleolus, RNA ribosom yang sangat termetilasi dikemas dengan protein ribosom. Di dalam sitoplasma, ribosom cukup stabil dan mampu melakukan sejumlah besar siklus translasi.

RNA kecil yang stabil. Sejumlah besar molekul RNA diskrit, sangat terkonservasi, kecil, dan stabil telah ditemukan dalam sel eukariotik. Sebagian besar RNA jenis ini ditemukan dalam ribonukleoprotein dan terlokalisasi di nukleus, sitoplasma, atau secara bersamaan di kedua kompartemen. Ukuran molekul ini bervariasi dari 90 hingga 300 nukleotida, isinya 100.000-1.000.000 eksemplar per sel.

Partikel ribonukleat nuklir kecil (sering disebut sebagai snurps - dari partikel ribonukleat nuklir kecil Inggris) mungkin memainkan peran penting dalam regulasi ekspresi gen. Partikel nukleoprotein tipe U7 tampaknya terlibat dalam pembentukan 3-terminal mRNA histon. Partikel mungkin diperlukan untuk poliadenilasi, a untuk penghilangan intron dan pemrosesan mRNA (lihat Bab 39). tab. 37.3. merangkum beberapa karakteristik RNA kecil yang stabil.

Tabel 37.3. Beberapa jenis RNA kecil yang stabil ditemukan di sel mamalia

LITERATUR

Darnell J. dkk. Biologi Sel Molekuler, Scientific American Books, 1986.

Hunt T. DNA Membuat RNA Membuat Protein, Elsevier, 1983. Lewin B. Gens, 2nd ed., Wiley, 1985.

Kaya A. dkk. Kimia dan biologi Z-DNA kidal, Annu. Putaran. Biokimia., 1984, 53, 847.

Turner P. Mengontrol peran untuk snurps, Nature 1985, 316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J.D., Crick F.H.C. Struktur molekul asam nukleat. Alam, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Dua kelompok RNA kecil yang stabil, Cell, 1981, 25, 296.

Molekul RNA juga merupakan polimer, monomernya adalah ribonukleotida, RNA adalah molekul beruntai tunggal. Itu dibangun dengan cara yang sama seperti salah satu untai DNA. Nukleotida RNA mirip dengan nukleotida DNA, meskipun mereka tidak identik. Ada juga empat dari mereka, dan mereka terdiri dari residu basa nitrogen, pentosa dan asam fosfat. Tiga basa nitrogen persis sama seperti pada DNA: TETAPI, G dan C. Namun, alih-alih T DNA dalam RNA mengandung basa pirimidin dengan struktur serupa, urasil ( Pada). Perbedaan utama antara DNA dan RNA adalah sifat karbohidrat: dalam nukletida DNA, monosakarida adalah deoksiribosa, dan pada RNA, itu adalah ribosa. Hubungan antara nukleotida dilakukan, seperti dalam DNA, melalui gula dan residu asam fosfat. Tidak seperti DNA, yang isinya konstan dalam sel organisme tertentu, kandungan RNA di dalamnya berfluktuasi. Ini terasa lebih tinggi di mana sintesis intensif terjadi.

Sehubungan dengan fungsi yang dilakukan, beberapa jenis RNA dibedakan.

Mentransfer RNA (tRNA). Molekul tRNA adalah yang terpendek: mereka hanya terdiri dari 80-100 nukleotida. Berat molekul partikel tersebut adalah 25-30 ribu RNA transportasi terutama terkandung dalam sitoplasma sel. Fungsinya adalah untuk mentransfer asam amino ke ribosom, ke tempat sintesis protein. Dari total isi RNA sel, tRNA menyumbang sekitar 10%.

RNA ribosom (rRNA). Ini adalah molekul besar: mereka termasuk 3-5 ribu nukleotida, masing-masing, berat molekulnya mencapai 1-1,5 juta RNA ribosom merupakan bagian penting dari ribosom. Dari total konten RNA dalam sel, rRNA menyumbang sekitar 90%.

Messenger RNA (mRNA), atau RNA pembawa pesan (mRNA), ditemukan di nukleus dan sitoplasma. Fungsinya untuk mentransfer informasi tentang struktur protein dari DNA ke tempat sintesis protein di ribosom. Bagian mRNA menyumbang sekitar 0,5-1% dari total konten RNA sel. Ukuran mRNA sangat bervariasi - dari 100 hingga 10.000 nukleotida.

Semua jenis RNA disintesis pada DNA, yang berfungsi sebagai semacam cetakan.

DNA adalah pembawa informasi herediter.

Setiap protein diwakili oleh satu atau lebih rantai polipeptida. Bagian DNA yang membawa informasi tentang satu rantai polipeptida disebut genom. Totalitas molekul DNA dalam sel berperan sebagai pembawa informasi genetik. Informasi genetik diturunkan dari sel ibu ke sel anak dan dari orang tua ke anak. Gen adalah unit genetik, atau informasi turun-temurun.

DNA adalah pembawa informasi genetik dalam sel - tidak mengambil bagian langsung dalam sintesis protein. Dalam sel eukariotik, molekul DNA terkandung dalam kromosom nukleus dan dipisahkan oleh membran nukleus dari sitoplasma, tempat protein disintesis. Ke ribosom - tempat perakitan protein - pembawa informasi dikirim dari nukleus, yang mampu melewati pori-pori selubung nukleus. Messenger RNA (mRNA) adalah perantara seperti itu. Menurut prinsip saling melengkapi, itu disintesis pada DNA dengan partisipasi enzim yang disebut RNA- polimerase.

Messenger RNA adalah molekul beruntai tunggal, dan transkripsi berasal dari satu untai molekul DNA beruntai ganda. Ini bukan salinan dari seluruh molekul DNA, tetapi hanya sebagian darinya - satu gen pada eukariota atau sekelompok gen yang berdekatan yang membawa informasi tentang struktur protein yang diperlukan untuk melakukan satu fungsi pada prokariota. Kelompok gen ini disebut operon. Pada awal setiap operon adalah semacam situs pendaratan untuk RNA polimerase yang disebut promotor.ini adalah urutan spesifik nukleotida DNA yang "dikenali" oleh enzim karena afinitas kimia. Hanya dengan menempel pada promotor, RNA polimerase dapat memulai sintesis RNA. Setelah mencapai akhir operon, enzim menemukan sinyal (dalam bentuk urutan nukleotida tertentu) yang menunjukkan akhir pembacaan. MRNA yang sudah jadi bergerak menjauh dari DNA dan menuju ke tempat sintesis protein.

Ada empat tahap dalam proses transkripsi: 1) pengikatan RNA- polimerase dengan promotor; 2) inisiasi- awal sintesis. Ini terdiri dari pembentukan ikatan fosfodiester pertama antara ATP atau GTP dan nukleotida kedua dari molekul RNA yang disintesis; 3) pemanjangan– pertumbuhan rantai RNA; itu. penambahan berurutan nukleotida satu sama lain dalam urutan di mana nukleotida komplementer mereka berada dalam untai DNA yang ditranskripsi. Tingkat elongasi adalah 50 nukleotida per detik; empat) penghentian- selesainya sintesis RNA.

Setelah melewati pori-pori amplop nuklir, mRNA dikirim ke ribosom, di mana informasi genetik diuraikan - itu diterjemahkan dari "bahasa" nukleotida ke "bahasa" asam amino. Sintesis rantai polipeptida menurut cetakan mRNA, yang terjadi di ribosom, disebut siaran(terjemahan lat. - terjemahan).

Asam amino, dari mana protein disintesis, dikirim ke ribosom dengan bantuan RNA khusus yang disebut RNA transpor (tRNA). Ada banyak tRNA yang berbeda dalam sel karena ada kodon yang mengkode asam amino. Di bagian atas "lembaran" setiap tRNA ada urutan tiga nukleotida yang saling melengkapi dengan nukleotida kodon dalam mRNA. Mereka memanggilnya antikodon. Sebuah enzim khusus - kodase - mengenali tRNA dan menempel pada "tangkai daun" asam amino - hanya asam amino yang dikodekan oleh triplet yang melengkapi antikodon. Energi satu molekul ATP dihabiskan untuk pembentukan ikatan kovalen antara tRNA dan asam amino "sendiri".

Agar asam amino dimasukkan dalam rantai polipeptida, asam amino harus melepaskan diri dari tRNA. Ini menjadi mungkin ketika tRNA memasuki ribosom dan antikodon mengenali kodonnya dalam mRNA. Ribosom memiliki dua tempat untuk mengikat dua molekul tRNA. Salah satu daerah ini, disebut akseptor, tRNA masuk dengan asam amino dan menempel pada kodonnya (I). Apakah asam amino ini menempel pada dirinya sendiri (menerima) rantai protein (II) yang sedang tumbuh? Ikatan peptida terbentuk di antara mereka. tRNA, yang sekarang dilekatkan bersama dengan kodon mRNA di penyumbang bagian ribosom. Sebuah tRNA baru datang ke situs akseptor yang dikosongkan, terikat pada asam amino, yang dienkripsi oleh kodon berikutnya (III). Dari situs donor, rantai polipeptida yang terlepas kembali ditransfer ke sini dan diperpanjang oleh satu tautan lagi. Asam amino dalam rantai yang sedang tumbuh terhubung dalam urutan di mana kodon yang mengkodenya terletak di mRNA.

Ketika salah satu dari tiga kembar tiga ditemukan pada ribosom ( UAA, UAG, UGA), yang merupakan "tanda baca" di antara gen, tidak ada tRNA yang dapat mengambil tempat di situs akseptor. Faktanya adalah bahwa tidak ada antikodon yang melengkapi urutan nukleotida dari "tanda baca". Rantai yang terlepas tidak memiliki apa pun untuk dilampirkan di situs akseptor, dan ia meninggalkan ribosom. Sintesis protein selesai.

Pada prokariota, sintesis protein dimulai dengan kodon Agustus, terletak di tempat pertama dalam salinan dari setiap gen, menempati posisi sedemikian rupa di ribosom sehingga antikodon dari tRNA khusus berinteraksi dengannya, terhubung dengan formilmentionin. Bentuk modifikasi dari asam amino metionin ini segera memasuki situs donor dan memainkan peran huruf kapital dalam frasa - sintesis rantai polipeptida apa pun dimulai dengan itu di dalam sel bakteri. Ketika kembar tiga Agustus tidak di tempat pertama, tetapi di dalam salinan dari gen, itu mengkodekan asam amino metionin. Setelah selesainya sintesis rantai polipeptida, formilmetionin dipecah darinya dan tidak ada dalam protein jadi.

Untuk meningkatkan produksi protein, mRNA sering melewati secara bersamaan bukan hanya satu, tetapi beberapa ribosom. Struktur apa yang disatukan oleh satu molekul mRNA disebut? polisom. Pada setiap ribosom, protein identik disintesis di jalur perakitan seperti manik ini.

Asam amino secara terus menerus dipasok ke ribosom oleh tRNA. Setelah menyumbangkan asam amino, tRNA meninggalkan ribosom dan terhubung dengan bantuan kodese. Koherensi tinggi dari semua "jasa tanaman" untuk produksi protein memungkinkan, dalam beberapa detik, untuk mensintesis rantai polipeptida yang terdiri dari ratusan asam amino.

Sifat kode genetik. Melalui proses transkripsi dalam sel, informasi ditransfer dari DNA ke protein.

DNA → mRNA → protein

Informasi genetik yang terkandung dalam DNA dan mRNA terkandung dalam urutan nukleotida dalam molekul.

Bagaimana penerjemahan informasi dari "bahasa" nukleotida ke dalam "bahasa" asam amino berlangsung? Penerjemahan ini dilakukan dengan menggunakan kode genetik. kode atau sandi, adalah sistem simbol untuk menerjemahkan satu bentuk informasi ke bentuk lain. Kode genetik adalah sistem untuk merekam informasi tentang urutan asam amino dalam protein menggunakan urutan nukleotida dalam mRNA.

Apa saja sifat-sifat kode genetik?

kode triplet. RNA mengandung empat nukleotida: A, G, C, W Jika kita mencoba untuk menetapkan satu asam amino dengan satu nukleotida, maka 16 dari 20 asam amino akan tetap tidak terenkripsi. Kode dua huruf akan mengenkripsi 16 asam amino. Alam telah menciptakan kode tiga huruf, atau triplet. Ini berarti bahwa masing-masing dari 20 asam amino dikodekan oleh urutan tiga nukleotida yang disebut triplet atau kodon.

Kodenya merosot. Ini berarti bahwa setiap asam amino dikode oleh lebih dari satu kodon. Pengecualian: meteonine dan tryptophan, yang masing-masing dikodekan oleh satu triplet.

Kode tidak ambigu. Setiap kodon hanya mengkode satu asam amino.

Ada "tanda baca" di antara gen. Dalam teks tercetak, ada titik di akhir setiap frasa. Beberapa frasa terkait membentuk sebuah paragraf. Dalam bahasa informasi genetik, paragraf seperti itu adalah operon dan mRNA pelengkapnya. Setiap gen dalam operon prokariotik atau gen eukariotik individu mengkodekan satu rantai polipeptida - sebuah frase. Karena dalam beberapa kasus beberapa rantai polipeptida yang berbeda secara berurutan dibuat pada template mRNA, mereka harus dipisahkan satu sama lain. Untuk ini, ada tiga kembar tiga khusus di tahun genetik - UAA, UAG, UGA, yang masing-masing menunjukkan penghentian sintesis satu rantai polipeptida. Dengan demikian, kembar tiga ini menjalankan fungsi tanda baca. Mereka berada di akhir setiap gen.

Tidak ada "tanda baca" di dalam gen.

Kode bersifat universal. Kode genetiknya sama untuk semua makhluk yang hidup di Bumi. Pada bakteri dan jamur, gandum dan kapas, ikan dan cacing, katak dan manusia, kembar tiga yang sama mengkodekan asam amino yang sama.

Prinsip replikasi DNA. Kontinuitas materi genetik dalam generasi sel dan organisme dipastikan oleh proses replikasi - duplikasi molekul DNA. Proses kompleks ini dilakukan oleh kompleks beberapa enzim dan protein yang tidak memiliki aktivitas katalitik, yang diperlukan untuk memberikan rantai polinukleotida konformasi yang diinginkan. Sebagai hasil dari replikasi, dua heliks ganda identik dari DNA terbentuk. Apa yang disebut molekul anak ini tidak berbeda satu sama lain dan dari molekul DNA induk aslinya. Replikasi terjadi di dalam sel sebelum pembelahan, sehingga setiap sel anak menerima molekul DNA yang persis sama dengan yang dimiliki sel induk. Proses replikasi didasarkan pada sejumlah prinsip:

Hanya dalam kasus ini, DNA polimerase dapat bergerak di sepanjang untai induk dan menggunakannya sebagai cetakan untuk sintesis untai anak yang bebas kesalahan. Tetapi pelepasan total heliks, yang terdiri dari jutaan pasangan basa, dikaitkan dengan sejumlah besar rotasi dan biaya energi yang tidak mungkin dilakukan dalam kondisi sel. Oleh karena itu, replikasi pada eukariota dimulai secara bersamaan di beberapa tempat molekul DNA. Daerah antara dua titik di mana sintesis rantai anak dimulai disebut replika. Dia adalah satuan replikasi.

Setiap molekul DNA dalam sel eukariotik mengandung banyak replika. Di setiap replika, seseorang dapat melihat garpu replikasi - bagian dari molekul DNA yang telah terurai di bawah aksi enzim khusus. Setiap untai di garpu berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai anak komplementer. Selama replikasi, garpu bergerak di sepanjang molekul induk, sementara bagian baru DNA tidak terpilin. Karena DNA polimerase hanya dapat bergerak dalam satu arah di sepanjang untaian matriks, dan untaian berorientasi antiparalel, dua kompleks enzim yang berbeda secara bersamaan mensintesis di setiap garpu. Selain itu, di setiap garpu, satu rantai anak (terkemuka) tumbuh terus menerus, dan rantai lainnya (tertinggal) disintesis oleh beberapa fragmen terpisah yang panjangnya beberapa nukleotida. Enzim tersebut, dinamai ilmuwan Jepang yang menemukannya pecahan Okazaki dihubungkan oleh DNA ligase untuk membentuk rantai kontinu. Mekanisme pembentukan rantai anak dari fragmen DNA disebut terputus-putus.

Kebutuhan primer DNA polimerase tidak dapat memulai sintesis untai utama, maupun sintesis fragmen Okazaki dari untai tertinggal. Itu hanya dapat membangun untai polinukleotida yang sudah ada dengan secara berurutan menempelkan deoksiribonukleotida ke ujung 3'-OH-nya. Dari mana ujung 5' awal untai DNA yang sedang tumbuh berasal? Ini disintesis pada cetakan DNA oleh RNA polimerase khusus yang disebut primata(Bahasa Inggris Primer - benih). Ukuran primer ribonukleotida kecil (kurang dari 20 nukleotida) dibandingkan dengan ukuran rantai DNA yang dibentuk oleh DNA poimerase. memenuhi nya Fungsi Primer RNA dihilangkan oleh enzim khusus, dan celah yang terbentuk selama ini diperbaiki oleh DNA polimerase, yang menggunakan ujung 3'-OH dari fragmen Okazaki yang berdekatan sebagai primer.

Masalah underreplication dari ujung molekul DNA linier. Penghapusan primer RNA ekstrim, komplementer dengan ujung 3' dari kedua untai molekul DNA induk linier, mengarah pada fakta bahwa untai anak lebih pendek dari 10-20 nukleotida. Ini adalah masalah underreplication dari ujung molekul linier.

Masalah underreplication dari 3' ujung molekul DNA linier diselesaikan oleh sel eukariotik menggunakan enzim khusus - telomerase.

Telomerase adalah DNA polimerase yang melengkapi molekul DNA terminal 3' dari kromosom dengan urutan berulang yang pendek. Mereka, terletak satu demi satu, membentuk struktur terminal reguler hingga 10 ribu nukleotida. Selain bagian protein, telomerase mengandung RNA, yang bertindak sebagai cetakan untuk memperpanjang DNA dengan pengulangan.

Skema pemanjangan ujung molekul DNA. Pertama, terjadi pengikatan komplementer dari ujung DNA yang menonjol ke situs cetakan telomerase RNA, kemudian telomerase membangun DNA, menggunakan ujung 3'-OH sebagai benih, dan RNA, yang merupakan bagian dari enzim, sebagai cetakan. Tahap ini disebut elongasi. Setelah itu terjadi translokasi, yaitu pergerakan DNA, diperpanjang oleh satu pengulangan, relatif terhadap enzim. Ini diikuti oleh elongasi dan translokasi lainnya.

Akibatnya, struktur akhir khusus kromosom terbentuk. Mereka terdiri dari sekuens DNA pendek berulang kali dan protein spesifik.

Untuk mempertahankan kehidupan dalam organisme hidup, banyak proses yang terjadi. Kita dapat mengamati beberapa dari mereka - bernapas, makan, membuang produk limbah, menerima informasi dengan indra dan melupakan informasi ini. Tetapi sebagian besar proses kimia tersembunyi dari pandangan.

Referensi. Klasifikasi

Secara ilmiah, metabolisme adalah metabolisme.

Metabolisme biasanya dibagi menjadi dua tahap:
selama katabolisme, molekul organik kompleks terurai menjadi yang lebih sederhana, dengan produksi energi; (energi terbuang)
dalam proses anabolisme, energi dihabiskan untuk sintesis biomolekul kompleks dari molekul sederhana. (energi disimpan)

Biomolekul, seperti yang terlihat di atas, dibagi menjadi molekul kecil dan besar.

Kecil:
Lipid (lemak), fosfolipid, glikolipid, sterol, gliserolipid,
vitamin
Hormon, neurotransmiter
Metabolisme
Besar:
Monomer, oligomer, dan polimer.

Monomer Oligomer Biopolimer

Asam amino Oligopeptida Polipeptida, protein
Monosakarida Oligosakarida Polisakarida (pati, selulosa)
Nukleotida Oligonukleotida Polinukleotida, (DNA, RNA)

Kolom biopolimer berisi polinukleotida. Di sinilah asam ribonukleat berada - objek artikel.

asam ribonukleat. Struktur, tujuan.

Gambar menunjukkan molekul RNA.
Asam nukleat DNA dan RNA hadir dalam sel semua organisme hidup dan melakukan fungsi menyimpan, mentransmisikan, dan menerapkan informasi keturunan.

Persamaan dan perbedaan antara RNA dan DNA

Seperti dapat dilihat, ada kemiripan luar dengan struktur molekul DNA yang diketahui (asam deoksiribonukleat).
Namun, RNA dapat berupa untai ganda dan untai tunggal.
Nukleotida (lima dan segi enam pada gambar)
Selain itu, untai RNA terdiri dari empat nukleotida (atau basa nitrogen, yang merupakan hal yang sama): adenin, urasil, guanin, dan sitosin.
Untai DNA terdiri dari satu set nukleotida yang berbeda: adenin, guanin, timin dan sitosin.
Struktur kimia RNA polinukleotida:

Seperti yang Anda lihat, ada nukleotida karakteristik urasil (untuk RNA) dan timin (untuk DNA).
Semua 5 nukleotida pada gambar:


Segi enam pada gambar adalah cincin benzena, di mana, alih-alih karbon, elemen lain tertanam, dalam hal ini adalah nitrogen.

Benzena. Sebagai referensi.

Rumus kimia benzena adalah C6H6. Itu. Setiap sudut segi enam mengandung atom karbon. 3 garis internal tambahan dalam segi enam menunjukkan adanya ikatan kovalen rangkap antara karbon ini. Karbon adalah unsur dari golongan ke-4 tabel periodik Mendeleev, oleh karena itu, ia memiliki 4 elektron yang dapat membentuk ikatan kovalen. Pada gambar - satu ikatan - dengan elektron hidrogen, yang kedua - dengan elektron karbon di sebelah kiri dan 2 lagi - dengan 2 elektron karbon di sebelah kanan. Namun, secara fisik ada awan elektron tunggal yang menutupi semua 6 atom karbon benzena.

Senyawa basa nitrogen

Nukleotida komplementer dihubungkan (hibridisasi) satu sama lain menggunakan ikatan hidrogen. Adenin komplementer dengan urasil, dan guanin komplementer dengan sitosin. Semakin lama daerah komplementer pada RNA yang diberikan, semakin kuat struktur yang mereka bentuk; sebaliknya, bagian pendek akan menjadi tidak stabil. Ini menentukan fungsi RNA tertentu.
Gambar tersebut menunjukkan sebuah fragmen dari wilayah RNA komplementer. Basa nitrogen yang diarsir dengan warna biru

struktur RNA

Keterkaitan banyak kelompok nukleotida membentuk jepit rambut RNA (struktur primer):


Banyak pin di pita itu saling bertautan dalam heliks ganda. Dalam bentuk yang diperluas, struktur seperti itu menyerupai pohon (Struktur Sekunder):


Spiral juga berinteraksi satu sama lain (struktur tersier). Anda dapat melihat bagaimana spiral yang berbeda terhubung satu sama lain:


RNA lain melipat dengan cara yang sama. Mengingatkan pada satu set pita (struktur kuaterner).

Kesimpulan

Untuk menghitung konformasi yang akan diterima RNA, menurut urutan utamanya, ada: