დრო, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ, გამოირჩევა საოცარი ცვლილებებით, უზარმაზარი პროგრესით, როდესაც ადამიანები სულ უფრო მეტ ახალ კითხვებზე პასუხს იღებენ. ცხოვრება სწრაფად მიიწევს წინ და ის, რაც ბოლო დრომდე შეუძლებლად ჩანდა, ახდება. სავსებით შესაძლებელია, რომ ის, რაც დღეს სამეცნიერო ფანტასტიკის ჟანრის სიუჟეტად გვეჩვენება, მალე რეალობის მახასიათებლებსაც შეიძენს.
მეოცე საუკუნის მეორე ნახევრის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა იყო ნუკლეინის მჟავები რნმ და დნმ, რომლის წყალობითაც ადამიანი მიუახლოვდა ბუნების საიდუმლოებების ამოხსნას.
ნუკლეინის მჟავები
ნუკლეინის მჟავები არის ორგანული ნაერთები მაკრომოლეკულური თვისებებით. ისინი შედგება წყალბადის, ნახშირბადის, აზოტისა და ფოსფორისგან.
ისინი აღმოაჩინა 1869 წელს ფ. მიშერმა, რომელმაც გამოიკვლია ჩირქი. თუმცა, იმ დროს მის აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა არ ენიჭებოდა. მხოლოდ მოგვიანებით, როდესაც ეს მჟავები აღმოაჩინეს ყველა ცხოველურ და მცენარეულ უჯრედში, გაიგეს მათი უზარმაზარი როლი.
არსებობს ნუკლეინის მჟავების ორი ტიპი: რნმ და დნმ (რიბონუკლეინი და დეზოქსირიბონუკლეინიმჟავები). ეს სტატია ეხება რიბონუკლეინის მჟავას, მაგრამ ზოგადი გაგებისთვის, მოდით ასევე განვიხილოთ რა არის დნმ.
რა არის დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა?
დნმ არის ნუკლეინის მჟავა, რომელიც შედგება ორი ჯაჭვისაგან, რომლებიც დაკავშირებულია კომპლემენტარობის კანონის მიხედვით აზოტოვანი ფუძეების წყალბადური ბმებით. გრძელი ჯაჭვები ხვეულია სპირალურად, ერთი ბრუნი შეიცავს თითქმის ათ ნუკლეოტიდს. ორმაგი სპირალის დიამეტრი ორი მილიმეტრია, ნუკლეოტიდებს შორის მანძილი დაახლოებით ნახევარი ნანომეტრია. ერთი მოლეკულის სიგრძე ზოგჯერ რამდენიმე სანტიმეტრს აღწევს. ადამიანის უჯრედის ბირთვის დნმ-ის სიგრძე თითქმის ორი მეტრია.
დნმ-ის სტრუქტურა შეიცავს ყველა გენეტიკურ ინფორმაციას. დნმ-ს აქვს რეპლიკაცია, რაც ნიშნავს პროცესს, რომლის დროსაც ერთი მოლეკულისგან წარმოიქმნება ორი აბსოლუტურად იდენტური ასული მოლეკულა.
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ჯაჭვი შედგება ნუკლეოტიდებისგან, რომლებიც, თავის მხრივ, შედგება აზოტოვანი ბაზებისგან (ადენინი, გუანინი, თიმინი და ციტოზინი) და ფოსფორის მჟავის ნარჩენები. ყველა ნუკლეოტიდი განსხვავდება აზოტოვანი ფუძეებით. წყალბადის კავშირი არ ხდება ყველა ფუძეს შორის; მაგალითად, ადენინი შეიძლება გაერთიანდეს მხოლოდ თიმინთან ან გუანინთან. ამრიგად, სხეულში იმდენივე ადენილის ნუკლეოტიდია, რამდენიც თიმიდილ ნუკლეოტიდები, ხოლო გუანილის ნუკლეოტიდების რაოდენობა ციტიდილ ნუკლეოტიდების ტოლია (ჩარგაფის წესი). გამოდის, რომ ერთი ჯაჭვის თანმიმდევრობა წინასწარ განსაზღვრავს მეორის მიმდევრობას და ჯაჭვები თითქოს ერთმანეთს ასახავს. ასეთი ნიმუში, სადაც ორი ჯაჭვის ნუკლეოტიდები განლაგებულია მოწესრიგებულად და ასევე შერჩევით არის დაკავშირებული, ე.წ.კომპლემენტარობის პრინციპი. წყალბადის ნაერთების გარდა, ორმაგი სპირალი ასევე ურთიერთქმედებს ჰიდროფობიურად.
ორი ჯაჭვი არის საპირისპირო მიმართულებით, ანუ ისინი განლაგებულია საპირისპირო მიმართულებით. მაშასადამე, ერთის სამი"-ბოლოს საპირისპიროდ არის მეორე ჯაჭვის ხუთი"-ბოლო.
გარეგნულად, დნმ-ის მოლეკულა წააგავს სპირალურ კიბეს, რომლის მოაჯირი შაქრის-ფოსფატის ხერხემალია, ხოლო საფეხურები არის დამატებითი აზოტის ბაზები.
რა არის რიბონუკლეინის მჟავა?
RNA არის ნუკლეინის მჟავა მონომერებით, რომელსაც რიბონუკლეოტიდები ეწოდება.
ქიმიური თვისებებით ის ძალიან ჰგავს დნმ-ს, რადგან ორივე წარმოადგენს ნუკლეოტიდების პოლიმერებს, რომლებიც წარმოადგენენ ფოსფორილირებულ N-გლიკოზიდს, რომელიც აგებულია პენტოზის (ხუთნახშირბადოვანი შაქრის) ნარჩენზე, ფოსფატის ჯგუფთან ერთად. ნახშირბადის მეხუთე ატომი და აზოტის ფუძე ნახშირბადის პირველ ატომში.
ეს არის ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი (გარდა ვირუსებისა), რომელიც გაცილებით მოკლეა ვიდრე დნმ.
ერთი რნმ მონომერი არის შემდეგი ნივთიერებების ნარჩენები:
- აზოტის ფუძეები;
- ხუთნახშირბადის მონოსაქარიდი;
- ფოსფორის მჟავები.
რნმ-ებს აქვთ პირიმიდინური (ურაცილი და ციტოზინი) და პურინული (ადენინი, გუანინი) ფუძეები. რიბოზა არის რნმ ნუკლეოტიდის მონოსაქარიდი.
განსხვავებები რნმ-სა და დნმ-ს შორის
ნუკლეინის მჟავები განსხვავდება ერთმანეთისგან შემდეგი გზებით:
- მისი რაოდენობა უჯრედში დამოკიდებულია ფიზიოლოგიურ მდგომარეობაზე, ასაკზე და ორგანოთა კუთვნილებაზე;
- დნმ შეიცავს ნახშირწყლებსდეზოქსირიბოზა და რნმ - რიბოზა;
- დნმ-ში აზოტოვანი ფუძეა თიმინი, ხოლო რნმ-ში ეს არის ურაცილი;
- კლასები ასრულებენ სხვადასხვა ფუნქციებს, მაგრამ სინთეზირდება დნმ-ის მატრიცაზე;
- დნმ არის ორმაგი სპირალი, რნმ არის ერთჯაჭვიანი;
- არ არის დამახასიათებელი მისი დნმ ჩარგაფის წესები;
- რნმ-ს უფრო მცირე ფუძეები აქვს;
- ჯაჭვები მნიშვნელოვნად განსხვავდება სიგრძით.
სწავლის ისტორია
რნმ-ის უჯრედი პირველად აღმოაჩინა გერმანელმა ბიოქიმიკოსმა რ. ალტმანმა საფუარის უჯრედების შესწავლისას. მეოცე საუკუნის შუა წლებში დადასტურდა დნმ-ის როლი გენეტიკაში. მხოლოდ მაშინ იყო აღწერილი რნმ-ის ტიპები, ფუნქციები და ა.შ. უჯრედში მასის 80-90%-მდე მოდის rRNA-ზე, რომელიც ცილებთან ერთად ქმნის რიბოსომას და მონაწილეობს ცილების ბიოსინთეზში.
გასული საუკუნის სამოციან წლებში პირველად იყო ვარაუდი, რომ უნდა არსებობდეს გარკვეული სახეობა, რომელიც ატარებს გენეტიკურ ინფორმაციას ცილების სინთეზისთვის. ამის შემდეგ მეცნიერულად დადგინდა, რომ არსებობს ასეთი საინფორმაციო რიბონუკლეინის მჟავები, რომლებიც წარმოადგენენ გენების დამატებით ასლებს. მათ ასევე უწოდებენ მესინჯერ რნმ-ს.
ე.წ. სატრანსპორტო მჟავები მონაწილეობენ მათში ჩაწერილი ინფორმაციის გაშიფვრაში.
მოგვიანებით დაიწყო მეთოდების შემუშავება ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის იდენტიფიცირებისთვის და მჟავა სივრცეში რნმ-ის სტრუქტურის დასადგენად. ასე რომ, გაირკვა, რომ ზოგიერთ მათგანს, რომელსაც რიბოციმები ეწოდა, შეუძლია პოლირიბონუკლეოტიდური ჯაჭვების გაწყვეტა. შედეგად, დაიწყო ვარაუდი, რომ იმ დროს, როდესაც სიცოცხლე ჩნდებოდა პლანეტაზე,რნმ მუშაობდა დნმ-ისა და ცილების გარეშე. უფრო მეტიც, ყველა ტრანსფორმაცია განხორციელდა მისი მონაწილეობით.
რიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულის სტრუქტურა
თითქმის ყველა რნმ არის პოლინუკლეოტიდების ერთი ჯაჭვი, რომელიც, თავის მხრივ, შედგება მონორიბონუკლეოტიდებისგან - პურინისა და პირიმიდინური ფუძეებისგან.
ნუკლეოტიდები აღინიშნება ფუძის საწყისი ასოებით:
- ადენინი (A), A;
- გუანინი (G), G;
- ციტოზინი (C), C;
- ურაცილი (U), U.
ისინი დაკავშირებულია სამ და ხუთ ფოსფოდიესტერული ბმებით.
ნუკლეოტიდების ყველაზე მრავალფეროვანი რაოდენობა (რამდენიმე ათეულიდან ათეულ ათასამდე) შედის რნმ-ის სტრუქტურაში. მათ შეუძლიათ შექმნან მეორადი სტრუქტურა, რომელიც შედგება ძირითადად მოკლე ორჯაჭვიანი ძაფებისგან, რომლებიც წარმოიქმნება დამატებითი ბაზებით.
რიბნუკლეინის მჟავის მოლეკულის სტრუქტურა
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მოლეკულას აქვს ერთჯაჭვიანი სტრუქტურა. რნმ იღებს თავის მეორად სტრუქტურას და ფორმას ნუკლეოტიდების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების შედეგად. ეს არის პოლიმერი, რომლის მონომერი არის ნუკლეოტიდი, რომელიც შედგება შაქრის, ფოსფორის მჟავის ნარჩენებისა და აზოტის ფუძისგან. გარეგნულად, მოლეკულა დნმ-ის ერთ-ერთი ჯაჭვის მსგავსია. ნუკლეოტიდები ადენინი და გუანინი, რომლებიც რნმ-ის ნაწილია, არის პურინი. ციტოზინი და ურაცილი არის პირიმიდინის ფუძეები.
სინთეზის პროცესი
რნმ-ის მოლეკულის სინთეზისთვის, შაბლონი არის დნმ-ის მოლეკულა. მართალია, საპირისპირო პროცესიც ხდება, როდესაც რიბონუკლეინის მჟავას მატრიცაზე წარმოიქმნება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის ახალი მოლეკულები. ასეთიხდება გარკვეული ტიპის ვირუსების რეპლიკაციის დროს.
ბიოსინთეზის საფუძველი ასევე შეიძლება გახდეს რიბონუკლეინის მჟავის სხვა მოლეკულები. მისი ტრანსკრიფცია, რომელიც ხდება უჯრედის ბირთვში, მოიცავს ბევრ ფერმენტს, მაგრამ მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი არის რნმ პოლიმერაზა.
ნახვები
რნმ-ის ტიპის მიხედვით, მისი ფუნქციებიც განსხვავდება. არსებობს რამდენიმე ტიპი:
- ინფორმაციული i-RNA;
- რიბოსომური rRNA;
- ტრანსპორტი t-RNA;
- მცირე;
- რიბოციმები;
- ვირუსული.
ინფორმაციული რიბონუკლეინის მჟავა
ასეთ მოლეკულებს მატრიცასაც უწოდებენ. ისინი შეადგენენ უჯრედის მთლიანი დაახლოებით ორ პროცენტს. ევკარიოტულ უჯრედებში ისინი სინთეზირდება დნმ-ის შაბლონებზე არსებულ ბირთვებში, შემდეგ გადადიან ციტოპლაზმაში და აკავშირებენ რიბოზომებს. გარდა ამისა, ისინი გახდებიან ცილების სინთეზის შაბლონები: მათ უერთდებიან გადამტანი რნმ, რომლებიც ატარებენ ამინომჟავებს. ასე ხდება ინფორმაციის ტრანსფორმაციის პროცესი, რომელიც რეალიზდება ცილის უნიკალურ სტრუქტურაში. ზოგიერთ ვირუსულ რნმ-ში ის ასევე არის ქრომოსომა.
იაკობი და მანო ამ სახეობის აღმომჩენები არიან. არ აქვს ხისტი სტრუქტურა, მისი ჯაჭვი ქმნის მოხრილ მარყუჟებს. არ მუშაობს, i-RNA იკრიბება ნაკეცებად და იკეცება ბურთულად და იშლება სამუშაო მდგომარეობაში.
i-RNA ახორციელებს ინფორმაციას ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ ცილაში, რომელიც სინთეზირდება. თითოეული ამინომჟავა კოდირებულია კონკრეტულ ადგილას გენეტიკური კოდების გამოყენებით:
- სამმაგი - ოთხი მონონუკლეოტიდიდან შესაძლებელია სამოცდაოთხი კოდონის აგება (გენეტიკური კოდი);
- არაგადაკვეთა - ინფორმაცია მოძრაობს ერთი მიმართულებით;
- უწყვეტობა - მოქმედების პრინციპია, რომ ერთი mRNA არის ერთი ცილა;
- უნივერსალურობა - ამა თუ იმ ტიპის ამინომჟავა ყველა ცოცხალ ორგანიზმში ერთნაირად არის კოდირებული;
- დეგენერაცია - ცნობილია ოცი ამინომჟავა და სამოცდაერთი კოდონი, ანუ ისინი დაშიფრულია რამდენიმე გენეტიკური კოდით.
რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავა
ასეთი მოლეკულები შეადგენენ უჯრედული რნმ-ის დიდ უმრავლესობას, კერძოდ მთლიანის ოთხმოცდაათიდან ოთხმოცდაათ პროცენტს. ისინი აერთიანებენ ცილებს და ქმნიან რიბოზომებს - ეს არის ორგანელები, რომლებიც ასრულებენ ცილის სინთეზს.
რიბოსომები არის სამოცი-ხუთი პროცენტი rRNA და ოცდათხუთმეტი პროცენტი ცილა. ეს პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი ადვილად იკეცება ცილებთან ერთად.
რიბოსომა შედგება ამინომჟავისა და პეპტიდური რეგიონებისგან. ისინი განლაგებულია კონტაქტურ ზედაპირებზე.
რიბოსომები თავისუფლად მოძრაობენ უჯრედში, ასინთეზირებენ ცილებს სწორ ადგილებში. ისინი არ არიან ძალიან სპეციფიკური და შეუძლიათ არა მხოლოდ ინფორმაციის წაკითხვა mRNA-დან, არამედ ქმნიან მათთან მატრიცას.
ტრანსპორტი რიბონუკლეინის მჟავა
t-RNA არის ყველაზე შესწავლილი. ისინი შეადგენენ უჯრედული რიბონუკლეინის მჟავის ათ პროცენტს. ამ ტიპის რნმ სპეციალური ფერმენტის წყალობით ამინომჟავებს უერთდება და მიეწოდება რიბოსომებს. ამავდროულად, ამინომჟავების ტრანსპორტირება ხდება ტრანსპორტითმოლეკულები. თუმცა, ეს ხდება, რომ სხვადასხვა კოდონები კოდირებენ ამინომჟავას. შემდეგ მათ რამდენიმე სატრანსპორტო რნმ გადაიტანს.
ის უმოქმედობისას იხვევა ბურთად, მაგრამ ფუნქციონირებს როგორც სამყურას.
მასში გამოიყოფა შემდეგი განყოფილებები:
- მიმღები ღერო, რომელსაც აქვს ACC-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა;
- რიბოსომაზე მიმაგრების ადგილი;
- ანტიკოდონი, რომელიც აკოდირებს ამ tRNA-ზე მიმაგრებულ ამინომჟავას.
რიბონუკლეინის მჟავის მცირე სახეობა
ამ ბოლო დროს რნმ-ის სახეობები შეივსო ახალი კლასით, ე.წ. მცირე რნმ-ით. ისინი, სავარაუდოდ, უნივერსალური რეგულატორები არიან, რომლებიც ჩართავს ან გამორთავს გენებს ემბრიონის განვითარებაში, ასევე აკონტროლებენ პროცესებს უჯრედებში.
რიბოციმები ასევე ახლახანს იდენტიფიცირებულია, ისინი აქტიურად მონაწილეობენ რნმ-ის მჟავას ფერმენტაციის დროს და მოქმედებს როგორც კატალიზატორი.
ვირუსული ტიპის მჟავები
ვირუსი შეიძლება შეიცავდეს რიბონუკლეინის მჟავას ან დეოქსირიბონუკლეინის მჟავას. ამიტომ, შესაბამისი მოლეკულებით, მათ რნმ-შემცველს უწოდებენ. როდესაც ასეთი ვირუსი შედის უჯრედში, ხდება საპირისპირო ტრანსკრიფცია - ახალი დნმ ჩნდება რიბონუკლეინის მჟავის საფუძველზე, რომლებიც ინტეგრირდება უჯრედებში, რაც უზრუნველყოფს ვირუსის არსებობას და რეპროდუქციას. სხვა შემთხვევაში, დამატებითი რნმ-ის ფორმირება ხდება შემომავალ რნმ-ზე. ვირუსები არის ცილები, სასიცოცხლო აქტივობა და რეპროდუქცია მიმდინარეობს დნმ-ის გარეშე, მაგრამ მხოლოდ ვირუსის რნმ-ში შემავალი ინფორმაციის საფუძველზე.
რეპლიკაცია
საერთო გაგების გასაუმჯობესებლად აუცილებელიაგანვიხილოთ რეპლიკაციის პროცესი, რომელიც წარმოქმნის ნუკლეინის მჟავას ორ იდენტურ მოლეკულას. ასე იწყება უჯრედის გაყოფა.
იგი მოიცავს დნმ პოლიმერაზას, დნმ-დამოკიდებულ, რნმ პოლიმერაზას და დნმ ლიგაზებს.
რეპლიკაციის პროცესი შედგება შემდეგი ნაბიჯებისგან:
- დესპირალიზაცია - ხდება დედის დნმ-ის თანმიმდევრული განტვირთვა, რომელიც იჭერს მთელ მოლეკულას;
- წყალბადის ბმების რღვევა, რომლის დროსაც ჯაჭვები განსხვავდებიან და ჩნდება რეპლიკაციის ჩანგალი;
- dNTP-ების კორექტირება მშობელი ჯაჭვების გამოთავისუფლებულ ფუძეებზე;
- პიროფოსფატების დაშლა dNTP მოლეკულებიდან და ფოსფოროდიესტერული ბმების წარმოქმნა გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო;
- რესპირალიზაცია.
ასული მოლეკულის წარმოქმნის შემდეგ იყოფა ბირთვი, ციტოპლაზმა და დანარჩენი. ამრიგად, წარმოიქმნება ორი ქალიშვილი უჯრედი, რომლებმაც სრულად მიიღეს ყველა გენეტიკური ინფორმაცია.
გარდა ამისა, უჯრედში სინთეზირებული ცილების პირველადი სტრუქტურა დაშიფრულია. დნმ ამ პროცესში ირიბ მონაწილეობას იღებს და არა უშუალოდ, რაც მდგომარეობს იმაში, რომ სწორედ დნმ-ზე ხდება ფორმირებაში მონაწილე ცილების, რნმ-ის სინთეზი. ამ პროცესს ტრანსკრიფცია ჰქვია.
ტრანსკრიფცია
ყველა მოლეკულის სინთეზი ხდება ტრანსკრიფციის დროს, ანუ გენეტიკური ინფორმაციის გადაწერა კონკრეტული დნმ-ის ოპერონიდან. პროცესი რაღაც მხრივ გამრავლების მსგავსია და ზოგ შემთხვევაში ძალიან განსხვავებული.
მსგავსება შემდეგი ნაწილებია:
- იწყება დნმ-ის დესპირალიზაციით;
- წყალბადის რღვევაჯაჭვების ფუძეებს შორის კავშირი;
- NTF;
- წყალბადის ბმები.
ხდება
მათ ავსებს
წარმოიქმნება
განსხვავებები რეპლიკაციისგან:
- ტრანსკრიპციის დროს დნმ-ის მხოლოდ ის ნაწილი, რომელიც შეესაბამება ტრანსკრიპტონს, იხსნება, ხოლო რეპლიკაციის დროს, მთელი მოლეკულა იხსნება;
- ტრანსკრიბირებისას რეგულირებადი NTF შეიცავს რიბოზას და ურაცილს თიმინის ნაცვლად;
- ინფორმაცია იწერება მხოლოდ გარკვეული ზონიდან;
- მოლეკულის წარმოქმნის შემდეგ წყალბადის ბმები და სინთეზირებული ჯაჭვი იშლება და ჯაჭვი სრიალებს დნმ-დან.
ნორმალური ფუნქციონირებისთვის რნმ-ის პირველადი სტრუქტურა უნდა შედგებოდეს მხოლოდ ეგზონებიდან კოპირებული დნმ-ის მონაკვეთებისგან.
მომწიფების პროცესი იწყება ახლად წარმოქმნილ რნმ-ში. მდუმარე რეგიონები ამოიჭრება და ინფორმაციული რეგიონები ერწყმის პოლინუკლეოტიდურ ჯაჭვს. გარდა ამისა, თითოეულ სახეობას აქვს თავისი ტრანსფორმაციები.
i-RNA-ში ხდება მიმაგრება საწყის ბოლოზე. პოლიადენილატი მიმაგრებულია საბოლოო ადგილზე.
TRNA ფუძეები მოდიფიცირებულია მცირე სახეობების შესაქმნელად.
rRNA-ში ცალკეული ფუძეები ასევე მეთილირებულია.
იცავს ცილებს განადგურებისგან და აუმჯობესებს ტრანსპორტირებას ციტოპლაზმაში. მომწიფებული რნმ უკავშირდება მათ.
დეზოქსირიბონუკლეინის და რიბონუკლეინის მჟავების მნიშვნელობა
ნუკლეინის მჟავებს დიდი მნიშვნელობა აქვს ორგანიზმების ცხოვრებაში. ის ინახება მათში, გადადის ციტოპლაზმაში და მემკვიდრეობით გადადის ქალიშვილური უჯრედებითინფორმაცია თითოეულ უჯრედში სინთეზირებული ცილების შესახებ. ისინი წარმოდგენილია ყველა ცოცხალ ორგანიზმში, ამ მჟავების სტაბილურობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს როგორც უჯრედების, ასევე მთელი ორგანიზმის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. მათ სტრუქტურაში ნებისმიერი ცვლილება გამოიწვევს უჯრედულ ცვლილებებს.
