მოლეკულური ბიოლოგია ეხება ორგანული ნივთიერებების მოლეკულების სტრუქტურისა და ფუნქციების შესწავლას, რომლებიც ქმნიან მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანების ცოცხალ უჯრედებს. მათ შორის განსაკუთრებული ადგილი ენიჭება ნაერთების ჯგუფს, რომელსაც ეწოდება ნუკლეინის (ბირთვული) მჟავები.
არსებობს ორი ტიპი: დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავა. ამ უკანასკნელს აქვს რამდენიმე მოდიფიკაცია: i-RNA, t-RNA და r-RNA, რომლებიც განსხვავდებიან თავიანთი ფუნქციებითა და უჯრედში მდებარეობით. ეს სტატია ეძღვნება შემდეგი კითხვების შესწავლას: სად სინთეზირდება rRNA პროკარიოტულ და ეუკარიოტულ უჯრედებში, რა არის მისი სტრუქტურა და მნიშვნელობა.
ისტორიული ფონი
რიბოსომული მჟავის პირველი სამეცნიერო ნახსენები გვხვდება რ. ვაინბერგისა და ს. პენმანის კვლევებში XX საუკუნის 60-იან წლებში, რომლებმაც აღწერეს მოკლე პოლინუკლეოტიდის მოლეკულები, რომლებიც დაკავშირებულია რიბონუკლეინის მჟავებთან, მაგრამ განსხვავდებიან სივრცითი სტრუქტურით და. დალექვის კოეფიციენტი ინფორმაციისა და ტრანსპორტის რნმ-დან. ყველაზე ხშირად მათი მოლეკულებიგვხვდება ბირთვში, ისევე როგორც უჯრედის ორგანელებში - რიბოსომები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან უჯრედული ცილის სინთეზზე. მათ უწოდეს რიბოსომური (რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავები).
RNA მახასიათებელი
რიბონუკლეინის მჟავა, ისევე როგორც დნმ, არის პოლიმერი, რომლის მონომერებია 4 ტიპის ნუკლეოტიდები: ადენინი, გუანინი, ურაცილი და ციტიდინი, რომლებიც დაკავშირებულია ფოსფოდიესტერული ბმებით გრძელ ერთჯაჭვიან მოლეკულებად, დაგრეხილი სახით. სპირალური ან უფრო რთული კონფორმაციების მქონე. ასევე არსებობს ორჯაჭვიანი რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავები, რომლებიც გვხვდება რნმ-ის შემცველ ვირუსებში და ამრავლებენ დნმ-ის ფუნქციებს: მემკვიდრეობითი თვისებების შენარჩუნებას და გადაცემას.
უჯრედში ყველაზე გავრცელებულია სამი ტიპის მჟავა, ესენია: მატრიცული, ან ინფორმაციული, რნმ, გადამზიდავი რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავა, რომელსაც ამინომჟავები ერთვის, აგრეთვე რიბოსომული მჟავა, რომელიც მდებარეობს ბირთვსა და უჯრედში. ციტოპლაზმა.
რიბოსომული რნმ შეადგენს უჯრედში არსებული რიბონუკლეინის მჟავების მთლიანი რაოდენობის დაახლოებით 80%-ს და რიბოსომის მასის 60%-ს, ორგანოიდი, რომელიც ასინთეზირებს უჯრედულ ცილებს. ყველა ზემოაღნიშნული სახეობა სინთეზირდება (ტრანსკრიბირებულია) დნმ-ის გარკვეულ მონაკვეთებზე, რომლებსაც რნმ გენები ეწოდება. სინთეზის პროცესში ჩართულია სპეციალური ფერმენტის, რნმ პოლიმერაზას მოლეკულები. ადგილი უჯრედში, სადაც რნმ სინთეზირდება, არის ბირთვი, რომელიც მდებარეობს კარიოპლაზმაშიბირთვები.
ნუკლეოლი, მისი როლი სინთეზში
უჯრედის სიცოცხლეში, რომელსაც ეწოდება უჯრედული ციკლი, არის პერიოდი მის გაყოფებს შორის - ინტერფაზა. ამ დროს უჯრედის ბირთვში აშკარად ჩანს მარცვლოვანი სტრუქტურის მკვრივი სხეულები, რომელსაც ეწოდება ნუკლეოლები, რომლებიც მცენარეული და ცხოველური უჯრედების შეუცვლელი კომპონენტია.
მოლეკულურ ბიოლოგიაში დადგინდა, რომ ბირთვები არის ორგანელები, სადაც სინთეზირდება rRNA. ციტოლოგების შემდგომმა კვლევამ გამოიწვია უჯრედული დნმ-ის სექციების აღმოჩენა, რომელშიც აღმოაჩინეს რიბოსომური მჟავების აგებულებასა და სინთეზზე პასუხისმგებელი გენები. მათ უწოდეს ბირთვული ორგანიზატორი.
ბირთვული ორგანიზატორი
XX საუკუნის 60-იან წლებამდე ბიოლოგიაში არსებობდა მოსაზრება, რომ მე-13, მე-14, მე-15, 21 და 22 წყვილ ქრომოსომებში მეორადი შეკუმშვის ადგილზე მდებარე ბირთვულ ორგანიზატორს აქვს ფორმა. ერთი საიტიდან. მეცნიერებმა, რომლებიც მონაწილეობდნენ ქრომოსომული დაზიანების შესწავლაში, სახელწოდებით აბერაციები, აღმოაჩინეს, რომ მეორადი შეკუმშვის ადგილზე ქრომოსომის რღვევის მომენტში, მის თითოეულ ნაწილზე ხდება ბირთვების წარმოქმნა.
ამგვარად, შეგვიძლია განვაცხადოთ შემდეგი: ბირთვული ორგანიზატორი შედგება არა ერთი, არამედ რამდენიმე ლოკუსისგან (გენისაგან), რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ნუკლეოლის წარმოქმნაზე. სწორედ მასში სინთეზირდება რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავები rRNA, რომლებიც წარმოქმნიან ცილის სინთეზის უჯრედის ორგანელების ქვედანაყოფებს - რიბოზომებს.
რა არის რიბოსომები?
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სამივე ძირითადი ტიპირნმ არსებობს უჯრედში, სადაც ისინი სინთეზირდება გარკვეულ უბნებზე - დნმ-ის გენებში. ტრანსკრიფციის შედეგად წარმოქმნილი რიბოსომული რნმ აყალიბებს კომპლექსებს ცილებთან - რიბონუკლეოპროტეინებთან, საიდანაც წარმოიქმნება მომავალი ორგანელის შემადგენელი ნაწილები, ე.წ. ბირთვული მემბრანის ფორების მეშვეობით ისინი გადადიან ციტოპლაზმაში და ქმნიან მასში გაერთიანებულ სტრუქტურებს, რომლებიც ასევე მოიცავს i-RNA და t-RNA მოლეკულებს, რომელსაც ეწოდება პოლისომები.
თავად რიბოსომები შეიძლება გამოიყოს კალციუმის იონების მოქმედებით და არსებობდეს ცალკე, როგორც ქვედანაყოფები. საპირისპირო პროცესი ხდება უჯრედის ციტოპლაზმის განყოფილებებში, სადაც მიმდინარეობს ტრანსლაციის პროცესები - უჯრედული ცილის მოლეკულების შეკრება. რაც უფრო აქტიურია უჯრედი, მით უფრო ინტენსიურია მასში მეტაბოლური პროცესები, მით მეტ რიბოსომას შეიცავს. მაგალითად, წითელი ძვლის ტვინის უჯრედებს, ხერხემლიანთა და ადამიანის ჰეპატოციტებს ახასიათებთ ციტოპლაზმაში ამ ორგანელების დიდი რაოდენობა.
როგორ არის კოდირებული rRNA გენები?
ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, rRNA გენების სტრუქტურა, ტიპები და ფუნქციონირება დამოკიდებულია ბირთვულ ორგანიზატორებზე. ისინი შეიცავს რიბოსომური რნმ-ის მაკოდირებელი გენების შემცველ ლოკებს. ო. მილერმა, ჩაატარა კვლევა ოოგენეზის შესახებ ტრიუნტის უჯრედებში, დაადგინა ამ გენების ფუნქციონირების მექანიზმი. მათგან სინთეზირებული იყო rRNA-ს (ე.წ. პირველადი ტრანსკრიპტანტების) ასლები, რომლებიც შეიცავდნენ დაახლოებით 13x103 ნუკლეოტიდს და ჰქონდათ დალექვის კოეფიციენტი 45 S. შემდეგ ამ ჯაჭვმა გაიარა მომწიფების პროცესი, რომელიც დასრულდა სამის წარმოქმნით.rRNA მოლეკულები დალექვის კოეფიციენტებით 5, 8 S, 28 S და 18 S.
rRNA წარმოქმნის მექანიზმი
დავუბრუნდეთ მილერის ექსპერიმენტებს, რომელმაც გამოიკვლია რიბოსომური რნმ-ის სინთეზი და დაამტკიცა, რომ ბირთვული დნმ ემსახურება როგორც შაბლონს (მატრიცას) rRNA - ტრანსკრიპანტის ფორმირებისთვის. მან ასევე დაადგინა, რომ წარმოქმნილი გაუაზრებელი რიბოსომური მჟავების (პრე-რ-რნმ) რაოდენობა დამოკიდებულია რნმ პოლიმერაზას ფერმენტის მოლეკულების რაოდენობაზე. შემდეგ ხდება მათი მომწიფება (დამუშავება) და rRNA მოლეკულები დაუყოვნებლივ იწყებენ პეპტიდებთან დაკავშირებას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება რიბონუკლეოპროტეინი, რიბოსომის სამშენებლო მასალა.
რიბოსომური მჟავების თვისებები ევკარიოტულ უჯრედებში
სტრუქტურის იგივე პრინციპებით და საერთო ფუნქციური მექანიზმებით, პროკარიოტული და ბირთვული ორგანიზმების რიბოზომებს კვლავ აქვთ ციტომოლეკულური განსხვავებები. ამის გასარკვევად მეცნიერებმა გამოიყენეს კვლევის მეთოდი, რომელსაც ეწოდება რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი. აღმოჩნდა, რომ ევკარიოტული რიბოსომის ზომა და, შესაბამისად, მასში შემავალი rRNA, უფრო დიდია და დალექვის კოეფიციენტი არის 80 S. ორგანელა, რომელიც კარგავს მაგნიუმის იონებს, შეიძლება დაიყოს ორ ქვედანაყოფად 60 S და 40 S ინდიკატორებით. მცირე ნაწილაკი შეიცავს მჟავის ერთ მოლეკულას, ხოლო დიდი ერთი - სამი, ანუ ბირთვული უჯრედები შეიცავს რიბოზომებს, რომლებიც შედგება შემდეგი მახასიათებლების 4 პოლინუკლეოტიდური სპირალისგან: 28 S RNA - 5 ათასი ნუკლეოტიდი, 18 S - 2 ათასი 5. S - 120 ნუკლეოტიდები, 5, 8 S - 160. ადგილი, სადაც rRNA სინთეზირდება ევკარიოტულ უჯრედებში, არის ბირთვი, რომელიც მდებარეობს ბირთვის კარიოპლაზმაში.
პროკარიოტების რიბოსომური რნმ
რ-რნმ-ისგან განსხვავებით,ბირთვულ უჯრედებში შეყვანისას, ბაქტერიების რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავები გადაიწერება ციტოპლაზმის კომპაქტურ ზონაში, რომელიც შეიცავს დნმ-ს და უწოდებენ ნუკლეოიდს. ის შეიცავს rRNA გენებს. ტრანსკრიფცია, რომლის ზოგადი მახასიათებელი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც დნმ-ის გენების rRNA-დან ინფორმაციის გადაწერის პროცესი რიბოსომული რიბონუკლეინის მჟავის ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობაში, გენეტიკური კოდის კომპლემენტარობის წესის გათვალისწინებით: ადენინის ნუკლეოიტიდი შეესაბამება ურაცილს და გუანინს. ციტოზინამდე.
R-RNA ბაქტერიებს აქვთ უფრო დაბალი მოლეკულური წონა და უფრო მცირე ზომა, ვიდრე ბირთვულ უჯრედებს. მათი დალექვის კოეფიციენტი არის 70 S და ორი ქვედანაყოფის მნიშვნელობებია 50 S და 30 S. პატარა ნაწილაკი შეიცავს ერთ rRNA მოლეკულას, ხოლო დიდი შეიცავს ორს.
რიბონუკლეინის მჟავის როლი თარგმნის პროცესში
რ-რნმ-ის მთავარი ფუნქციაა უჯრედული ცილის ბიოსინთეზის პროცესის უზრუნველყოფა - ტრანსლაცია. იგი ტარდება მხოლოდ რ-რნმ-ის შემცველი რიბოზომების თანდასწრებით. ჯგუფებად გაერთიანებით, ისინი უკავშირდებიან ინფორმაციულ დნმ-ის მოლეკულას და ქმნიან პოლისომას. სატრანსპორტო რიბოსომური რიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულები, ამინომჟავების მატარებელი, რომლებიც პოლისომაში მოხვედრისას პეპტიდური ბმებით უერთდებიან ერთმანეთს, წარმოქმნიან პოლიმერს - პროტეინს. ეს არის უჯრედის უმნიშვნელოვანესი ორგანული ნაერთი, რომელიც ასრულებს ბევრ მნიშვნელოვან ფუნქციას: სამშენებლო, სატრანსპორტო, ენერგია, ფერმენტული, დამცავი და სასიგნალო.
ამ სტატიაში შეისწავლა რიბოსომური ნუკლეინის მჟავების მახასიათებლები, სტრუქტურა და აღწერა, რომლებიცმცენარეთა, ცხოველთა და ადამიანის უჯრედების ორგანული ბიოპოლიმერები.
