อณูชีววิทยาเกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่ประกอบเป็นเซลล์ที่มีชีวิตของพืช สัตว์ และมนุษย์ มีสถานที่พิเศษในหมู่พวกเขาให้กับกลุ่มของสารประกอบที่เรียกว่ากรดนิวคลีอิก (นิวเคลียร์)
มีสองประเภท: กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) และกรดไรโบนิวคลีอิก หลังมีการปรับเปลี่ยนหลายอย่าง: i-RNA, t-RNA และ r-RNA ซึ่งแตกต่างกันในหน้าที่และตำแหน่งในเซลล์ บทความนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับการศึกษาคำถามต่อไปนี้: rRNA สังเคราะห์อยู่ที่ไหนในเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต โครงสร้างและความสำคัญของมันคืออะไร
ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์
การกล่าวถึงกรดไรโบโซมในทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกสามารถพบได้ในการศึกษาของ R. Weinberg และ S. Penman ในยุค 60 ของศตวรรษที่ XX ซึ่งอธิบายโมเลกุลของพอลินิวคลีโอไทด์สั้นที่เกี่ยวข้องกับกรดไรโบนิวคลีอิก แต่โครงสร้างเชิงพื้นที่แตกต่างกันและ ค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนจากข้อมูลและการขนส่ง RNA ส่วนใหญ่มักจะเป็นโมเลกุลของพวกมันพบในนิวเคลียสเช่นเดียวกับในเซลล์ออร์แกเนลล์ - ไรโบโซมที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ พวกมันถูกเรียกว่าไรโบโซม (กรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิก)
คุณสมบัติอาร์เอ็นเอ
กรดไรโบนิวคลีอิกเช่น DNA เป็นโพลีเมอร์ ซึ่งโมโนเมอร์ของมันคือนิวคลีโอไทด์ 4 ประเภท: อะดีนีน กัวนีน ยูราซิล และไซติดีน เชื่อมต่อด้วยพันธะฟอสโฟไดสเตอร์เป็นโมเลกุลสายเดี่ยวยาวบิดเป็นเกลียว เกลียวหรือมีรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีกรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิกแบบสองเกลียวที่พบในไวรัสที่มี RNA และทำหน้าที่ซ้ำซ้อนของ DNA: การเก็บรักษาและการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
กรดสามประเภทพบได้บ่อยที่สุดในเซลล์ ได้แก่ เมทริกซ์หรือข้อมูล RNA กรดไรโบโซมขนส่ง ribonucleic acid ซึ่งมีกรดอะมิโนติดอยู่ เช่นเดียวกับกรดไรโบโซมที่อยู่ในนิวเคลียสและเซลล์ ไซโตพลาสซึม
ไรโบโซมอาร์เอ็นเอประกอบขึ้นประมาณ 80% ของจำนวนกรดไรโบนิวคลีอิกทั้งหมดในเซลล์และ 60% ของมวลของไรโบโซม ซึ่งเป็นออร์กานอยด์ที่สังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ สปีชีส์ข้างต้นทั้งหมดถูกสังเคราะห์ (ถอดเสียง) ที่บางส่วนของ DNA เรียกว่ายีนอาร์เอ็นเอ ในกระบวนการสังเคราะห์ โมเลกุลของเอนไซม์พิเศษ RNA polymerase มีส่วนเกี่ยวข้อง สถานที่ในเซลล์ที่สังเคราะห์ rRNA คือนิวเคลียสซึ่งอยู่ในคาริโอพลาสซึมเมล็ด.
นิวเคลียส บทบาทในการสังเคราะห์
ในชีวิตของเซลล์ที่เรียกว่าวัฏจักรเซลล์ มีช่วงเวลาระหว่างการแบ่งตัวของมัน - เฟสระหว่างกัน ในเวลานี้ ร่างที่หนาแน่นของโครงสร้างเม็ดเล็กที่เรียกว่านิวคลีโอลีนั้นมองเห็นได้ชัดเจนในนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ของทั้งเซลล์พืชและสัตว์
ในอณูชีววิทยา มีการพิสูจน์แล้วว่านิวคลีโอลีเป็นออร์แกเนลล์ที่สังเคราะห์ rRNA การวิจัยเพิ่มเติมโดยนักเซลล์วิทยาทำให้เกิดการค้นพบส่วนต่างๆ ของ DNA ของเซลล์ ซึ่งพบยีนที่รับผิดชอบโครงสร้างและการสังเคราะห์กรดไรโบโซม พวกเขาถูกเรียกว่าผู้จัดงานนิวเคลียส
ผู้จัดงานนิวเคลียร์
จนถึงยุค 60 ของศตวรรษที่ XX มีความเห็นทางชีววิทยาว่าตัวจัดระเบียบนิวเคลียสซึ่งตั้งอยู่ที่บริเวณที่มีการหดตัวรองในโครโมโซมคู่ที่ 13, 14, 15, 21 และ 22 มีรูปแบบ ของไซต์เดียว นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาความเสียหายของโครโมโซมที่เรียกว่าความคลาดเคลื่อน พบว่าในขณะที่โครโมโซมแตกที่บริเวณที่มีการหดตัวทุติยภูมิ การก่อตัวของนิวคลีโอลีจะเกิดขึ้นในแต่ละส่วนของมัน
ดังนั้น เราสามารถระบุสิ่งต่อไปนี้ได้: ออร์กาไนเซอร์ของนิวเคลียสไม่ได้ประกอบด้วยหนึ่ง แต่มาจากหลาย loci (ยีน) ที่รับผิดชอบการก่อตัวของนิวคลีโอลัส มันอยู่ในนั้นที่กรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิก rRNA ถูกสังเคราะห์ซึ่งก่อตัวเป็นหน่วยย่อยของออร์แกเนลล์เซลล์ที่สังเคราะห์โปรตีน - ไรโบโซม
ไรโบโซมคืออะไร
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นทั้งสามประเภทหลักRNA มีอยู่ในเซลล์ซึ่งถูกสังเคราะห์ที่บางไซต์ - ยีนดีเอ็นเอ ไรโบโซม RNA เกิดขึ้นจากผลของคอมเพล็กซ์การถอดรหัสที่มีโปรตีน - ไรโบนิวคลีโอโปรตีนซึ่งเป็นส่วนประกอบของออร์แกเนลล์ในอนาคตที่เรียกว่ายูนิตย่อย ผ่านรูพรุนในเยื่อหุ้มนิวเคลียส พวกมันผ่านเข้าไปในไซโตพลาสซึมและก่อตัวเป็นโครงสร้างรวมกัน ซึ่งรวมถึงโมเลกุลของ i-RNA และ t-RNA ที่เรียกว่าโพลีโซม
ไรโบโซมสามารถแยกออกจากกันได้ภายใต้การกระทำของแคลเซียมไอออนและแยกออกเป็นหน่วยย่อย กระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้นในช่องของไซโตพลาสซึมของเซลล์ซึ่งกระบวนการแปลเกิดขึ้น - การประกอบโมเลกุลโปรตีนในเซลล์ ยิ่งเซลล์ทำงานมากขึ้น กระบวนการเมตาบอลิซึมก็จะยิ่งเข้มข้นขึ้น ไรโบโซมก็จะยิ่งมีมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เซลล์ของไขกระดูกแดง เซลล์ตับของสัตว์มีกระดูกสันหลัง และมนุษย์ มีออร์แกเนลล์จำนวนมากในไซโตพลาสซึม
ยีน rRNA เข้ารหัสอย่างไร
โครงสร้าง ประเภท และการทำงานของยีน rRNA ขึ้นอยู่กับโครงสร้างข้างต้น ขึ้นอยู่กับตัวจัดระเบียบของนิวเคลียส ประกอบด้วย loci ที่มียีนซึ่งเข้ารหัส ribosomal RNA O. Miller ที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างไข่ในเซลล์นิวท์ ได้กำหนดกลไกการทำงานของยีนเหล่านี้ สำเนาของ rRNA (ที่เรียกว่าการถอดรหัสหลัก) ถูกสังเคราะห์จากพวกมันซึ่งมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 13x103 และมีค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนที่ 45 S. จากนั้นสายโซ่นี้ได้รับกระบวนการสุกเต็มที่จบลงด้วยการก่อตัวของสามโมเลกุล rRNA ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอน 5, 8 S, 28 S และ 18 S.
กลไกการก่อตัว rRNA
กลับไปที่การทดลองของ Miller ผู้ตรวจสอบการสังเคราะห์ ribosomal RNA และพิสูจน์ว่า DNA ของนิวเคลียสทำหน้าที่เป็นแม่แบบ (เมทริกซ์) สำหรับการก่อตัวของ rRNA - ทรานสคริปต์ นอกจากนี้เขายังระบุด้วยว่าจำนวนกรดไรโบโซมที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ (pre-r-RNA) ที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนโมเลกุลของเอ็นไซม์ RNA polymerase จากนั้นจึงเกิดการสุก (การประมวลผล) และโมเลกุล rRNA จะเริ่มจับกับเปปไทด์ทันที ส่งผลให้เกิดไรโบนิวคลีโอโปรตีนซึ่งเป็นวัสดุก่อสร้างของไรโบโซม
คุณสมบัติของกรดไรโบโซมในเซลล์ยูคาริโอต
ด้วยโครงสร้างและกลไกการทำงานที่เหมือนกัน ไรโบโซมของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตและนิวเคลียสยังคงมีความแตกต่างของโมเลกุลของเซลล์ เพื่อหาคำตอบ นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีการวิจัยที่เรียกว่าการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พบว่าขนาดของยูคาริโอตไรโบโซมและด้วยเหตุนี้ rRNA ที่รวมอยู่ในนั้นจึงใหญ่กว่าและค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนคือ 80 S ออร์แกเนลล์ที่สูญเสียแมกนีเซียมไอออนสามารถแบ่งออกเป็นสองหน่วยย่อยด้วยตัวบ่งชี้ที่ 60 S และ 40 S. อนุภาคขนาดเล็กประกอบด้วยกรด 1 โมเลกุล และขนาดใหญ่ 1 - 3 นั่นคือ เซลล์นิวเคลียร์ประกอบด้วยไรโบโซมที่ประกอบด้วยกรดโพลินิวคลีโอไทด์ 4 เกลียวที่มีลักษณะดังต่อไปนี้: 28 S RNA - 5 พันนิวคลีโอไทด์ 18 S - 2 พัน 5 S - 120 นิวคลีโอไทด์, 5, 8 S - 160. บริเวณที่สังเคราะห์ rRNA ในเซลล์ยูคาริโอตคือนิวเคลียส ซึ่งอยู่ในคาริโอพลาสซึมของนิวเคลียส
ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอของโปรคาริโอต
ไม่เหมือนอาร์เอ็นเอเข้าสู่เซลล์นิวเคลียร์กรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิกของแบคทีเรียจะถูกคัดลอกในพื้นที่ที่มีการบดอัดของไซโตพลาสซึมที่มี DNA และเรียกว่านิวเคลียส ประกอบด้วยยีน rRNA การถอดความ ลักษณะทั่วไปที่สามารถแสดงเป็นกระบวนการของการเขียนข้อมูลใหม่จาก rRNA ของยีน DNA ให้เป็นลำดับนิวคลีโอไทด์ของกรดไรโบโซม ไรโบนิวคลีอิก โดยคำนึงถึงกฎความสมบูรณ์ของรหัสพันธุกรรม: อะดีนีนนิวคลีโอไทด์สอดคล้องกับยูราซิลและกวานีน สู่ไซโตซีน
R-RNA แบคทีเรียมีน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่าและมีขนาดเล็กกว่าเซลล์นิวเคลียร์ ค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนของมันคือ 70 S และหน่วยย่อยทั้งสองมีค่า 50 S และ 30 S อนุภาคที่เล็กกว่าประกอบด้วยโมเลกุล rRNA หนึ่งตัว และหน่วยที่ใหญ่กว่านั้นประกอบด้วยสองหน่วย
บทบาทของกรดไรโบนิวคลีอิกในกระบวนการแปล
หน้าที่หลักของ r-RNA คือเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ - การแปล จะดำเนินการเฉพาะเมื่อมีไรโบโซมที่มี r-RNA เท่านั้น เมื่อรวมกันเป็นกลุ่ม พวกมันจับกับโมเลกุล DNA ที่ให้ข้อมูล ก่อตัวเป็นโพลีโซม โมเลกุลของการขนส่งกรดไรโบโซมไรโบนิวคลีอิกซึ่งมีกรดอะมิโนซึ่งเมื่ออยู่ในโพลีโซมจะจับกันด้วยพันธะเปปไทด์ทำให้เกิดพอลิเมอร์ - โปรตีน เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญที่สุดของเซลล์ ซึ่งทำหน้าที่สำคัญหลายอย่าง: การสร้าง การขนส่ง พลังงาน เอนไซม์ การป้องกัน และการส่งสัญญาณ
บทความนี้จะศึกษาลักษณะ โครงสร้าง และคำอธิบายของกรดนิวคลีอิกไรโบโซม ได้แก่ไบโอโพลีเมอร์อินทรีย์ของพืช สัตว์ และเซลล์มนุษย์