Транскрипція. Основні типи РНК

Як відбувається транскрипція?

ТРАНСКРИПЦІЯ (від лат. transcriptio - переписування) - передача інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на іРНК, що відбувається на основі принципу комплементарності. Транскрипція каталізується ферментами РНК-полімеразами і здійснюється в ядрі, а в прокаріотичних клітинах - у нуклеоїді.

За відкриття механізму синтезу РНК іспанський біохімік С. Очоа разом А. Корнбергом отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини (1959).

Рівень транскрипції генів чітко регулюється за допомогою спеціальних білків (фактори транскрипції) та малих молекул РНК (явище РНК-інтерференції). Ці впливи мають велике значення для адаптації організмів до змін умов середовища, процесів розвитку, клітинного циклу та комунікації клітин.

Зазвичай процес транскрипції поділяється на 3 стадії. На початковій стадії транскрипції відбувається розплітання ДНК і зв’язування РНК-полімерази з промоторною послідовністю гена, що є сигналом для початку транскрипції. Наступною є стадія, під час якої нарощується ланцюг РНК, тобто відбувається послідовне приєднання рибонуклеотидів на основі принципу комплементарності. Кінцевою стадією транскрипції є стадія завершення зчитування інформації з ДНК на РНК при досягненні термінаторної послідовності гена. Результатом є утворення первинної РНК (проРНК) (іл. 63).

Іл. 63. Напрям транскрипції

Після транскрипції в клітинах еукаріотів відбувається дозрівання проРНК (процесинг). У результаті процесингу проРНК перетворюється на зрілу інформаційну РНК (іРНК), яка експортується з ядра до цитоплазми.

Отже, транскрипція - це процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається в усіх живих клітинах.

Джерело: https://uahistory.co/pidruchniki/sobol-biology-9-class-2017-ua/28.php

Будова і функції рнк

На відміну від ДНК, молекули РНК відрізняються за вмістом у клітині, будовою, складом, функціями і локалізацією.

Вміст її в різних клітинах залежить від умов існування клітин (в клітині, що швидко росте, де інтенсивно іде синтез білка, РНК більше). На долю РНК приходиться 5 - 10 % від загальної маси клітини.

Основна маса РНК міститься у цитоплазмі (90 %), решта – в ядрі та інших органелах клітини.

Структура рнк.

Розрізняють декілька рівнів структурної організації РНК.

Первинна структура – послідовність чергування залишків мононуклеотидів у полінуклеотидних ланцюгах.

Мононуклеотиди РНК містять рибозу, залишки фосфорної кислоти та азотисті основи (АУГЦ). Зв’язуються фосфодіефірними зв’язками.

Вторинна структура. РНК побудована з одного ланцюга для якого властива спіралізація. Полінуклеотидний ланцюг закручується сам на себе, утворюючи водневі зв’язки між азотистими основами А = У, Г  Ц. Особливістю вторинної структури є те, що ланцюг спаралізований не повністю, утворюються виступи у окремих нуклеотидів на поверхні спіралі.

РНК може мати різні типи третинної структури: невпорядковано розташований у просторі ланцюг, клубок або компактні палички, що містять біспіральні ділянки.

Типи рнк.

1. Матрична (інформаційна) РНК (м РНК) – 2 – 6 % від загальної кількості РНК. Молекулярна маса від 250 тисяч до 1 млн. Зчитує інформацію з ДНК і переносить її в рибосоми, де відбувається синтез білка.

2. Транспортна РНК (т РНК) – її кількість 10 – 15 % від усієї клітинної РНК. Мають невелику молекулярну масу (близько 30 000). Містяться в розчинній фракції цитоплазми, виконуючи функцію перенесення активованих амінокислот до місця синтезу білка - в рибосому.

3. Рибосомна РНК (р РНК) – 80 – 85 % від загальної кількості РНК. Молекулярна маса від 35 тис. до 1,1 млн. Рибосомна РНК є структурною основою рибосом. У складі рибосом рРНК знаходиться у комплексі з білками.

Нуклеозиди і нуклеотиди

Речовина, що складається лише з залишків азотистої основи та пентози, називається нуклеозидом.

Назви нуклеозидів та нуклеотидів

Якщо азотиста основа з’єднується з дезоксирибозою – дезоксіаденозин, дезоксицитидин; нуклеотид – дезокситимідин-монофосфат.

Залежно від кількості залишків фосфорної кислоти, що приєднуються до нуклеозиду бувають МФ, ДФ, ТФ.

Нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот, відіграють важливу роль у вільному стані. Найбільш важливим серед вільних нуклеотидів є аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Вона виконує роль акумулятора енергії, бере участь в енергетичном обміні організму. Утворюється в результаті екзергонічних окислювально-відновлювальних процесів і складається із залишків аденіну, рибози та трьох залишків фосфорної кислоти:

Хімічний зв'язок, позначений кривою лінією, називається макроергічним зв'язком. У молекулі АТФ є два таких зв'язки. Вони містять значно більше енергії, ніж звичайні хімічні зв'язки. Сполуки, що мають такі зв'язки, називаються макроергічними. Фосфатні зв'язки цих сполук містять від 29,4 до 67,2 кДж/моль відщепленого фосфату. Звичайний зв'язок фосфорних ефірів, у тому числі перший зв'язок у молекулі АТФ, містить 8,4 – 12,6 кДж енергії. При відщепленні від АТФ однієї або двох молекул фосфорної килоти, які зв’язані між собою макроергічним зв’язком, виділяється значна кількість енергії, яка використовується на синтез речовин.

Велику роль в організмі відіграють не тільки трифосфати аденозину, але й трифосфати інших нуклеозидів – гуанозинтрифосфат (ГТФ), уридинтрифосфат (УТФ), тимідинтрифосфат (ТТФ) і цитидинтрифосфат (ЦТФ). Вони беруть участь в окремих ланках найважливіших ферментативних процесів обміну речовин.

АМФ також має велике значення як складова частина ферментів. АМФ входить до складу коферментів всіх дегідрогеназ. Похідні аденілової кислоти (АМФ) є складовою частиною коферменту ацилювання.Нуклеотиди мають величезне значення в організмі як складові частини ферментів. Так, аденіловая кислота (АМФ) входить до складу активних груп (коферментів) усіх дегидрогеназ. Похідна аденілової кислоти є складовою частиною коферменту ацилювання (коферменту А).

До складу ферментів дегідрогеназ входять незвичайні нуклеотиди. Так, до складу коферменту піридинових дегідрогеназ входить нуклеотид, азотистою основою якого служить амід нікотинової кислоти (вітамін В₅). Цей кофермент піридинових дегідрогеназ складається з залишків двох нуклеотидів — аденіннуклеотиду і нікотинаміднуклеотиду і називається нікотинамідаденіндинуклеотидом (НАД).

Коферментами інших дегідрогеназ – флавінових – є флавінмононуклеотид (ФМН) і флавінаденіндинуклеотид (ФАД). До складу ФМН входить азотиста основа – флавін, а замість рибози – її відновлена форма – рибіт. ФАД аналогічно НАД складається з залишків двох нуклеотидов – аденілового і флавінового.

Джерело: https://studfile.net/preview/5193893/page:4/

Задача 1.

Ділянка ДНК складається з послідовності нуклеотидів, що місять нітратні основи А-Ц-Ц-А-Т-А-Т-Т-Ц-Ц-А-А-Г-Г-А. Добудуйте ланцюг іРНК, що утвориться внаслідок транскрипції.

Задача 2.

Ділянка РНК складається з послідовності нуклеотидів, що містять нітратні основи Г-У-Ц-А-Ц-А-Г-Ц-Г-А-У-Ц-А-А-Ц. Проведіть зворотну транскрипцію.