ปฏิสัมพันธ์และโครงสร้างของ IRNA, tRNA, RRNA - กรดนิวคลีอิกหลักสามชนิด ได้รับการพิจารณาโดยวิทยาศาสตร์เช่นเซลล์วิทยา จะช่วยในการค้นหาบทบาทของการขนส่งกรดไรโบนิวคลีอิก (tRNA) ในเซลล์อย่างไร สิ่งนี้มีขนาดเล็กมาก แต่ในขณะเดียวกัน โมเลกุลที่สำคัญอย่างปฏิเสธไม่ได้ก็มีส่วนร่วมในกระบวนการรวมโปรตีนที่ประกอบเป็นร่างกาย
โครงสร้างของ tRNA คืออะไร? การพิจารณาสารนี้ "จากภายใน" เป็นเรื่องที่น่าสนใจมาก เพื่อค้นหาบทบาททางชีวเคมีและทางชีวภาพ นอกจากนี้ โครงสร้างของ tRNA และบทบาทในการสังเคราะห์โปรตีนมีความสัมพันธ์กันอย่างไร
tRNA คืออะไร มันทำงานอย่างไร
ขนส่งกรดไรโบนิวคลีอิกเกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนใหม่ เกือบ 10% ของกรดไรโบนิวคลีอิกทั้งหมดเป็นการขนส่ง เพื่อให้ชัดเจนว่าโมเลกุลเกิดจากองค์ประกอบทางเคมีใด เราจะอธิบายโครงสร้างของโครงสร้างทุติยภูมิของ tRNA โครงสร้างรองจะพิจารณาพันธะเคมีที่สำคัญทั้งหมดระหว่างองค์ประกอบ
นี่คือโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์ เบสไนโตรเจนในนั้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน เช่นเดียวกับใน DNA RNA มีเบสไนโตรเจน 4 เบส: อะดีนีนไซโตซีน กัวนีน และยูราซิล ในสารประกอบเหล่านี้ อะดีนีนมักสัมพันธ์กับยูราซิล และกวานีน ตามปกติกับไซโตซีน
ทำไมนิวคลีโอไทด์ถึงมี ribo- นำหน้า? พูดง่ายๆ ก็คือ โพลีเมอร์เชิงเส้นทั้งหมดที่มีไรโบสแทนที่จะเป็นเพนโทสที่ฐานของนิวคลีโอไทด์เรียกว่าไรโบนิวคลีอิก และการถ่ายโอน RNA ก็เป็นหนึ่งใน 3 ชนิดของพอลิเมอร์ไรโบนิวคลีอิกดังกล่าว
โครงสร้างของ tRNA: ชีวเคมี
เรามาดูชั้นที่ลึกที่สุดของโครงสร้างโมเลกุลกัน นิวคลีโอไทด์เหล่านี้มีส่วนประกอบ 3 อย่าง:
- ซูโครส ไรโบสมีส่วนเกี่ยวข้องกับ RNA ทุกประเภท
- กรดฟอสฟอริก
- ฐานไนโตรเจน. นี่คือพิวรีนและพีริมิดีน
ฐานไนโตรเจนเชื่อมถึงกันด้วยพันธะที่แข็งแกร่ง เป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งเบสออกเป็นพิวรีนและพิริมิดีน
พิวรีนคืออะดีนีนและกวานีน อะดีนีนสอดคล้องกับอะดีนิลนิวคลีโอไทด์ของวงแหวน 2 วงที่เชื่อมต่อถึงกัน และกวานีนก็สอดคล้องกับนิวคลีโอไทด์กัวนีน "วงแหวนเดียว"
พีระมิดคือไซโตซีนและยูราซิล พีริมิดีนมีโครงสร้างเป็นวงแหวนเดียว ไม่มีไทมีนใน RNA เนื่องจากมันถูกแทนที่ด้วยองค์ประกอบเช่น uracil นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจก่อนที่จะดูลักษณะโครงสร้างอื่นๆ ของ tRNA
ประเภทของ RNA
อย่างที่คุณเห็น โครงสร้างของ TRNA ไม่สามารถอธิบายสั้น ๆ ได้ คุณต้องเจาะลึกลงไปในชีวเคมีเพื่อทำความเข้าใจจุดประสงค์ของโมเลกุลและโครงสร้างที่แท้จริงของมัน ไรโบโซมนิวคลีโอไทด์อื่น ๆ ที่รู้จักคืออะไร? นอกจากนี้ยังมีกรดนิวคลีอิกเมทริกซ์หรือข้อมูลและไรโบโซม ย่อมาจาก RNA และ RNA ทั้งหมด 3โมเลกุลทำงานอย่างใกล้ชิดในเซลล์เพื่อให้ร่างกายได้รับโปรตีนทรงกลมที่มีโครงสร้างถูกต้อง
เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงงานของโพลีเมอร์หนึ่งตัวโดยปราศจากความช่วยเหลือจากอีก 2 ตัว ลักษณะโครงสร้างของ tRNA จะเข้าใจได้ง่ายขึ้นเมื่อพิจารณาร่วมกับฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทำงานของไรโบโซม
โครงสร้างของ IRNA, tRNA, RRNA มีความคล้ายคลึงกันหลายประการ ทั้งหมดมีฐานไรโบส อย่างไรก็ตาม โครงสร้างและหน้าที่ต่างกัน
การค้นพบกรดนิวคลีอิก
ชาวสวิส Johann Miescher พบโมเลกุลขนาดใหญ่ในนิวเคลียสของเซลล์ในปี พ.ศ. 2411 ภายหลังเรียกว่านิวเคลียส ชื่อ "นิวเคลียส" มาจากคำว่า (นิวเคลียส) - นิวเคลียส แม้ว่าจะพบในเวลาไม่นานว่าในสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวที่ไม่มีนิวเคลียส สารเหล่านี้ก็มีอยู่เช่นกัน ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก
TRNA ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน
ชื่อของมันเอง - อาร์เอ็นเอการถ่ายโอนพูดถึงหน้าที่หลักของโมเลกุล กรดนิวคลีอิกนี้ "นำ" กรดอะมิโนจำเป็นที่ไรโบโซมอาร์เอ็นเอต้องการมาสร้างโปรตีนโดยเฉพาะ
โมเลกุล tRNA มีหน้าที่น้อย อย่างแรกคือการรับรู้ของโคดอน IRNA หน้าที่ที่สองคือการส่งมอบหน่วยการสร้าง - กรดอะมิโนสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ผู้เชี่ยวชาญบางคนแยกความแตกต่างของฟังก์ชันตัวรับ นั่นคือการเติมกรดอะมิโนตามหลักการโควาเลนต์ เอนไซม์ เช่น aminocil-tRNA synthatase ช่วย "ยึด" กรดอะมิโนนี้
โครงสร้างของ tRNA เกี่ยวข้องกับมันอย่างไรฟังก์ชั่น? กรดไรโบนิวคลีอิกพิเศษนี้จัดเรียงในลักษณะที่ด้านหนึ่งของมันมีฐานไนโตรเจนซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นคู่เสมอ สิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบที่เรารู้จัก - A, U, C, G. "ตัวอักษร" 3 ตัวหรือฐานไนโตรเจนประกอบเป็นแอนติโคดอน - ชุดองค์ประกอบย้อนกลับที่โต้ตอบกับ codon ตามหลักการเสริมกัน
ลักษณะโครงสร้างที่สำคัญของ tRNA นี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีข้อผิดพลาดในการถอดรหัสกรดนิวคลีอิกแม่แบบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลำดับของกรดอะมิโนว่าโปรตีนที่ร่างกายต้องการในปัจจุบันสังเคราะห์อย่างถูกต้องหรือไม่
สิ่งปลูกสร้าง
ลักษณะโครงสร้างของ tRNA และบทบาททางชีวภาพคืออะไร? นี่เป็นโครงสร้างที่เก่าแก่มาก มีขนาดประมาณ 73 - 93 นิวคลีโอไทด์ น้ำหนักโมเลกุลของสารคือ 25,000–30,000.
โครงสร้างของโครงสร้างทุติยภูมิของ tRNA สามารถถอดประกอบได้โดยศึกษาองค์ประกอบหลัก 5 ประการของโมเลกุล ดังนั้น กรดนิวคลีอิกนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบต่อไปนี้:
- เอ็นไซม์คอนแทคลูป;
- วนเพื่อติดต่อกับไรโบโซม;
- วง anticodon
- ก้านรับ;
- แอนติโคดอนเอง
และจัดสรรลูปตัวแปรขนาดเล็กในโครงสร้างรองด้วย ไหล่ข้างหนึ่งใน tRNA ทุกประเภทเหมือนกัน - ก้านของไซโตซีนสองตัวและอะดีโนซีนหนึ่งตัว ในสถานที่นี้มีการเชื่อมต่อกับกรดอะมิโน 1 ใน 20 ตัวที่มีอยู่ กรดอะมิโนแต่ละชนิดมีเอ็นไซม์แยก - aminoacyl-tRNA
ข้อมูลทั้งหมดที่เข้ารหัสโครงสร้างของทั้งหมดกรดนิวคลีอิกมีอยู่ใน DNA นั่นเอง โครงสร้างของ tRNA ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกนี้เกือบจะเหมือนกันทุกประการ มันจะดูเหมือนใบไม้เมื่อดูในแบบ 2 มิติ
อย่างไรก็ตาม ถ้าคุณดูปริมาตร โมเลกุลจะคล้ายกับโครงสร้างเรขาคณิตรูปตัว L นี่ถือเป็นโครงสร้างระดับอุดมศึกษาของ tRNA แต่เพื่อความสะดวกในการศึกษา เป็นเรื่องปกติที่จะ "คลี่คลาย" ทางสายตา โครงสร้างระดับตติยภูมิเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบของโครงสร้างทุติยภูมิซึ่งเป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกัน
แขนหรือวงแหวนของ tRNA มีบทบาทสำคัญ ตัวอย่างเช่น แขนข้างหนึ่งจำเป็นสำหรับพันธะเคมีกับเอนไซม์เฉพาะ
ลักษณะเฉพาะของนิวคลีโอไทด์คือการมีนิวคลีโอไซด์จำนวนมาก มีนิวคลีโอไซด์ย่อยเหล่านี้มากกว่า 60 ชนิด
โครงสร้างของ tRNA และการเข้ารหัสของกรดอะมิโน
เราทราบดีว่าแอนติโคดอน tRNA นั้นยาว 3 โมเลกุล anticodon แต่ละตัวสอดคล้องกับกรดอะมิโน "ส่วนบุคคล" ที่เฉพาะเจาะจง กรดอะมิโนนี้เชื่อมต่อกับโมเลกุล tRNA โดยใช้เอนไซม์พิเศษ ทันทีที่กรดอะมิโน 2 ตัวมารวมกัน พันธะกับ tRNA จะขาดหายไป ต้องใช้สารเคมีและเอนไซม์ทั้งหมดจนกว่าจะถึงเวลาที่กำหนด นี่คือวิธีที่โครงสร้างและหน้าที่ของ tRNA เชื่อมต่อกัน
มีโมเลกุลดังกล่าว 61 ชนิดในเซลล์ รูปแบบทางคณิตศาสตร์สามารถมีได้ 64 รูปแบบ อย่างไรก็ตาม tRNA 3 ประเภทหายไปเนื่องจากความจริงที่ว่าจำนวน codon หยุดใน IRNA นี้ไม่มี anticodons
ปฏิสัมพันธ์ของ IRNA และ TRNA
ลองพิจารณาอันตรกิริยาของสารกับ MRNA และ RRNA กัน รวมไปถึงลักษณะโครงสร้างของ TRNA กัน โครงสร้างและวัตถุประสงค์โมเลกุลขนาดใหญ่เชื่อมต่อกัน
โครงสร้างของ IRNA คัดลอกข้อมูลจากส่วนแยกของ DNA ดีเอ็นเอเองก็มีความเกี่ยวโยงกันของโมเลกุลมากเกินไป และไม่เคยออกจากนิวเคลียส ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี RNA ตัวกลาง - ข้อมูล
จากลำดับของโมเลกุลที่คัดลอกโดยอาร์เอ็นเอ ไรโบโซมจะสร้างโปรตีนขึ้น ไรโบโซมเป็นโครงสร้างโพลีนิวคลีโอไทด์ที่แยกจากกัน ซึ่งจำเป็นต้องอธิบายโครงสร้าง
ปฏิสัมพันธ์ของไรโบโซม tRNA
Ribosomal RNA เป็นออร์แกเนลล์ขนาดใหญ่ น้ำหนักโมเลกุลของมันคือ 1,000,000 - 1,500,000 เกือบ 80% ของปริมาณอาร์เอ็นเอทั้งหมดคือไรโบโซมนิวคลีโอไทด์
มันจับสาย IRNA และรอแอนติโคดอนที่จะนำโมเลกุล tRNA ติดตัวไปด้วย Ribosomal RNA ประกอบด้วย 2 ยูนิตย่อย: เล็กและใหญ่
ไรโบโซมเรียกว่า "โรงงาน" เพราะในออร์แกเนลล์นี้ การสังเคราะห์สารทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชีวิตประจำวันเกิดขึ้น นอกจากนี้ยังเป็นโครงสร้างเซลล์ที่เก่าแก่มากอีกด้วย
การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในไรโบโซมได้อย่างไร
โครงสร้างของ tRNA และบทบาทในการสังเคราะห์โปรตีนมีความสัมพันธ์กัน แอนติโคดอนที่อยู่ด้านใดด้านหนึ่งของกรดไรโบนิวคลีอิกเหมาะสำหรับหน้าที่หลัก - การส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซมซึ่งมีการจัดตำแหน่งโปรตีนทีละน้อย โดยพื้นฐานแล้ว TRNA ทำหน้าที่เป็นตัวกลาง หน้าที่ของมันคือการนำกรดอะมิโนที่จำเป็นมาเท่านั้น
เมื่ออ่านข้อมูลจากส่วนหนึ่งของ IRNA ไรโบโซมจะเคลื่อนที่ต่อไปตามสายโซ่ เมทริกซ์จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณเท่านั้นข้อมูลที่เข้ารหัสเกี่ยวกับการกำหนดค่าและการทำงานของโปรตีนตัวเดียว ต่อไป tRNA อีกตัวเข้าใกล้ไรโบโซมด้วยเบสที่มีไนโตรเจน นอกจากนี้ยังถอดรหัสส่วนถัดไปของ RNC
การถอดรหัสเกิดขึ้นดังนี้ เบสไนโตรเจนรวมกันตามหลักการของการเติมเต็มในลักษณะเดียวกับในดีเอ็นเอ ดังนั้น TRNA จึงเห็นว่าจำเป็นต้อง "จอด" และ "โรงเก็บ" เพื่อส่งกรดอะมิโนไปที่ใด
จากนั้นในไรโบโซม กรดอะมิโนที่เลือกในลักษณะนี้จะถูกผูกมัดทางเคมี ทีละขั้นทีละขั้น โมเลกุลเชิงเส้นใหม่จะก่อตัวขึ้น ซึ่งหลังจากสิ้นสุดการสังเคราะห์ จะบิดเป็นทรงกลม (ลูกบอล) tRNAs และ IRNAs ที่ใช้แล้ว เมื่อทำหน้าที่ครบถ้วนแล้ว จะถูกลบออกจาก "โรงงาน" โปรตีน
เมื่อส่วนแรกของ codon เชื่อมต่อกับ anticodon กรอบการอ่านจะถูกกำหนด ต่อจากนั้น หากเฟรมกะเกิดขึ้นด้วยเหตุผลบางอย่าง สัญญาณบางอย่างของโปรตีนจะถูกปฏิเสธ ไรโบโซมไม่สามารถเข้าไปแทรกแซงในกระบวนการนี้และแก้ปัญหาได้ หลังจากกระบวนการเสร็จสิ้นแล้ว หน่วยย่อย 2 rRNA จะถูกรวมเข้าด้วยกันอีกครั้ง โดยเฉลี่ย ทุกๆ 104 กรดอะมิโน จะมีข้อผิดพลาด 1 รายการ สำหรับโปรตีนทุกๆ 25 ตัวที่ประกอบแล้ว จะต้องเกิดข้อผิดพลาดในการจำลองอย่างน้อย 1 รายการ
TRNA เป็นโมเลกุลที่ระลึก
ตั้งแต่ tRNA อาจมีอยู่ในเวลาที่กำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก มันถูกเรียกว่าโมเลกุลที่ระลึก เป็นที่เชื่อกันว่า RNA เป็นโครงสร้างแรกที่มีอยู่ก่อน DNA และวิวัฒนาการมา สมมุติฐาน RNA World - กำหนดขึ้นในปี 1986 โดย W alter Gilbert ผู้ได้รับรางวัล อย่างไรก็ตามเพื่อพิสูจน์มันยังยากอยู่ ทฤษฎีนี้ได้รับการปกป้องโดยข้อเท็จจริงที่ชัดเจน - โมเลกุลของ tRNA สามารถจัดเก็บบล็อกของข้อมูลและนำข้อมูลนี้ไปใช้ในทางใดทางหนึ่ง นั่นคือ ทำงาน
แต่ฝ่ายตรงข้ามของทฤษฎียืนยันว่าอายุขัยสั้นของสารไม่สามารถรับประกันได้ว่า tRNA เป็นพาหะที่ดีของข้อมูลทางชีววิทยาใดๆ นิวคลีโอไทด์เหล่านี้เสื่อมโทรมอย่างรวดเร็ว อายุการใช้งานของ tRNA ในเซลล์ของมนุษย์มีตั้งแต่หลายนาทีจนถึงหลายชั่วโมง บางชนิดสามารถอยู่ได้นานถึงหนึ่งวัน และถ้าเราพูดถึงนิวคลีโอไทด์เดียวกันในแบคทีเรีย เงื่อนไขจะสั้นกว่ามาก - นานถึงหลายชั่วโมง นอกจากนี้ โครงสร้างและหน้าที่ของ tRNA นั้นซับซ้อนเกินไปสำหรับโมเลกุลที่จะกลายเป็นองค์ประกอบหลักของชีวมณฑลของโลก
