Строение рибонуклеиновых кислот

Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет собой последовательность рибонуклеозидмонофосфатов, связанных друг с другом 5’‑3’‑фосфодиэфирными связями. РНК отличается от ДНК однонитевой структурой, наличием урацила вместо тимина и рибозы вместо дезоксирибозы

В клетке присутствует четыре типа РНК:

Рибосомальные РНК (рРНК) у прокариот и эукариот различны и отличаются величиной седиментации (S, величиной скорости оседания молекулы). У прокариот три разновидности рРНК: 5S, 16S и 23S. У эукариот четыре разновидности: 5S, 5,8S, 18S и 28S. Рибосомальные РНК участвуют в построении рибосом, внутриклеточных белок­синтезирующих органелл.

Рибосомы состоят из двух неравных субчастиц, малой и большой.

У прокариот

· малую (30S) субчастицу образуют белки, 23S‑рРНК и 5S‑рРНК;

· большую (50S) – белки и 16S‑рРНК.

У эукариот

· малую (40S) субчастицу образуют белки и 18S‑рРНК,

· большую (60S) – белки и 5S-, 5,8S-, 28S‑рРНК.

Матричные РНК (мРНК) представляют собой линейную последовательность нуклеотидов. К 5’‑концу молекулы присоединен метилгунозиндифосфат, на 3’‑конце имеется полиадениловая последовательность. Их функция – информационная, т.е. перенос информации о структуре белков от ДНК к месту их синтеза.

Транспортные РНК (тРНК) бактерий и эукариот включают 73‑93 нуклеотида. Они переносят аминокислоты из цитозоля к рибосомам. Вторичная структура тРНК напоминает клеверный лист, а третичная – латинскую букву L. В «клеверном листе» выделяют четыре участка (или ветви, петли), каждый из которых имеет собственную функцию: антикодоновый, псевдоуридиловый, дигидроуридиловый, акцепторный. На 5’‑конце тРНК находится гуаниловый нуклеотид, на 3’‑конце – триплет Ц‑Ц‑А.

· · Малые РНК – используются для созревания мРНК и некоторых других клеточных процессов.

Репликация ДНК

Синтез ДНК в клетке происходит не беспорядочно, а в строго определенный период жизни клетки. Всего выделяют 4 фазы: митоз (М), синтетическую (S), пресинтетическую (G1, от англ. gap - интервал), постсинтетическую (G2).

Важное участие в регуляции смены фаз клеточного цикла занимают циклины – белки массой 35‑90 кДа, уровень которых меняется в ходе клеточного цикла. По функции циклины – это активаторные субъединицы ферментов циклин-зависимых киназ (ЦЗК). Активные комплексы циклин‑ЦЗК фосфорилируют внутриклеточные белки, изменяя их активность. Этим обеспечивается продвижение по клеточному циклу.

Синтез (репликация, удвоение) ДНК происходит в S‑фазу клеточного цикла. Механизм репликации, как установили эксперименты Мэтью Мезельсон и Франклин Сталь в 1957 г, полуконсервативный, т.е. на каждой нити материнской ДНК синтезируется дочерняя копия.

Весь процесс репликации идет в S‑фазу клеточного цикла, в то время, когда клетка готовится к делению.

Как матричный биосинтез, репликация требует наличия нескольких условий:

· Матрица – в ее роли выступает материнская ДНК;

· Растущая цепь – дочерняя ДНК;

· Субстраты для синтеза – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ;

· Источник энергии – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ;

· Ферменты.

 

Синтез ДНК начинается в определенных участках, получивших название точка ori (англ. origin - начало). На каждой ДНК млекопитающих точек ori насчитывается около 100. Репликация распространяется от этих участков в обе стороны по нитям ДНК с образованием " репликативных пузырей". В каждом таком "пузыре" имеются две " репликативные вилки ", в которых происходит расплетание, раскручивание и непосредственный синтез ДНК. Репликативные вилки удаляются друг от друга. В целом вся репликация ДНК у эукариот заканчивается за 9 часов.

В каждой репликативной вилке идет синтез ДНК в направлении от 5'‑конца к 3'‑концу, т.е. 5'‑конец новой ДНК остается свободным, следующие нуклеотиды присоединяются к 3'‑гидроксильной группе предыдущего нуклеотида. Поскольку нити ДНК антипараллельны, то непрерывно синтезируется только одна нить, а именно та, на которой направление движения репликативной вилки совпадает с направлением 3' ® 5'.

По мере расплетания и движения репликативной вилки на нити открываются участки, где возможен синтез новой нити в направлении 5' ® 3'.

Направление 5' ®3' другой материнской нити ДНК совпадает с направлением движения репликативной вилки. Поэтому синтез дочерней нити (в направлении 5' ®3') возможен только после расплетания части ДНК и освобождения участка для синтеза.

Таким образом, синтез дочерней ДНК на одной из нитей материнской ДНК идет фрагментарно. По имени японского исследователя синтезируемые на отстающей цепи отрезки ДНК назвали фрагменты Оказаки.

В целом для синтеза ДНК необходим ряд ферментов.