Molekulaarbioloogia dogma. Molekulaargeneetika keskne dogma
Struktuur raku tuum
Rakkude fraktsioneerimine.Praegu võimaldab fraktsioneerimine saada peaaegu igasuguseid raku organelle ja struktuure: tuumad, nukleoolid, kromatiin, tuumamembraanid, plasmamembraan, endoplasmaatilise retikulumi vakuoolid jne.
Enne rakufraktsioonide saamist hävitatakse rakud homogeniseerimise teel. Seejärel eraldatakse homogenaatidest fraktsioonid. Peamine rakustruktuuride eraldamise meetod on eraldustsentrifuugimine. See põhineb asjaolul, et raskemad osakesed settivad kiiremini tsentrifuugitoru põhja.
Madalatel kiirendustel (1-3 tuhat g) settivad tuumad ja hävimata rakud varem; 15-30 tuhande g juures settivad rohkem suured osakesed või makrosoomid, mis koosnevad mitokondritest, väikestest plastiididest, peroksisoomidest, lüsosoomidest jne, 50 tuhande g juures settivad mikrosoomid, raku vakuolaarsüsteemi fragmendid. Kui segatud alamfraktsioone tsentrifuugitakse uuesti, eraldatakse puhtad fraktsioonid. Fraktsioonide peenemaks eraldamiseks kasutatakse tsentrifuugimist sahharoosi tiheduse gradiendis. Üksikute rakukomponentide saamine võimaldab uurida nende biokeemiat ja funktsionaalseid omadusi ning luua rakuvabad süsteemid, nt. ribosoomide jaoks, mis suudavad sünteesida valku vastavalt eksperimenteerija määratud messenger-RNA-le, või raku supramolekulaarsete struktuuride taasloomiseks. Sellised tehissüsteemid aitavad uurida rakus toimuvaid peeneid protsesse.
meetod rakutehnoloogia. Pärast spetsiaalne töötlemine erinevad elusrakud võivad omavahel sulanduda ja moodustada kahetuumalise raku ehk heterokarüoni. Heterokarüonid, eriti need, mis on moodustunud lähedastest rakkudest (näiteks hiired ja hamstrid), võivad siseneda mitoosi ja tekitada tõelisi hübriidrakke. Teised tehnikad võimaldavad konstrueerida rakke erineva päritoluga tuumadest ja tsütoplasmast.
Praegu rakutehnoloogia kasutatakse laialdaselt mitte ainult eksperimentaalbioloogias, vaid ka biotehnoloogias. Näiteks monoklonaalsete antikehade saamisel.
Rakus on tohutu hulk erinevaid funktsioone, on nende funktsioonide täitmise peamisteks töömehhanismideks valgud või nende kompleksid teiste bioloogiliste makromolekulidega. Peaaegu kõik erinevate valkude, nukleiinhapete, lipiidide ja süsivesikute sünteesi, lagunemise ja ümberkorraldamise protsessid toimuvad ensüümvalkude osalusel. Kontraktsiooni, mis põhjustab rakkude liikuvust või ainete ja struktuuride liikumist rakkudes, teostavad ka spetsiaalsed kontraktiilsed valgud. Paljud raku reaktsioonid vastuseks välisteguritele (viirused, hormoonid, võõrvalgud jne) saavad alguse nende tegurite koostoimest spetsiaalsete raku retseptorvalkudega.
Valgud on peaaegu kõigi rakustruktuuride põhikomponendid. Iga üksiku valgu struktuur on rangelt spetsiifiline, mis väljendub nende primaarstruktuuri spetsiifilisuses - aminohapete järjestuses piki polüpeptiidvalgu ahelat. Sellise korrektsuse valguahelas üheselt mõistetava aminohapete järjestuse reprodutseerimisel määrab geenipiirkonna DNA struktuur, mis lõppkokkuvõttes vastutab antud valgu struktuuri ja sünteesi eest. See seisukoht on peamine postulaat molekulaarbioloogia või selle "dogma". Lisaks rõhutab keskne dogma teabeedastuse ühesuunalisust: ainult DNA-lt valgule (DNA ® mRNA ® valk) ja eitab vastupidiseid teid - valgust nukleiinhappeni.
Praeguste teadmiste põhjal on valkude biosüntees järgmine skemaatiline diagramm.
Peamine roll valkude spetsiifilise struktuuri määramisel kuulub DNA-le. Kahest põimunud polümeeriahelast koosnev DNA molekul on lineaarne struktuur, mille monomeerideks on nelja tüüpi desoksüribonukleotiidid, mille vaheldumine või järjestus piki ahelat on ainulaadne ja spetsiifiline iga DNA molekuli ja iga selle lõigu jaoks. Iga valgu sünteesi eest vastutab DNA molekuli konkreetne osa. DNA molekuli osa, mis sisaldab kogu teavet ühe vastava valgu struktuuri kohta. nimetatakse tsistroniks. Praegu peetakse tsistronide mõistet samaväärseks geeni mõistega.
On teada, et erinevalt teistest valke sünteesiva aparaadi komponentidest paikneb eukarüootsete organismide DNA raku tuuma rakkudes. Madalamates (prokarüootsetes) organismides, millel puudub moodustunud rakutuum, eraldatakse DNA ka ülejäänud protoplasmast ühe või mitme kompaktse nukleotiidi kujul.
DNA makromolekulaarne struktuur põhineb nn komplementaarsuse printsiibil. See tähendab, et kahe põimunud DNA ahela vastandlikud nukleotiidid täiendavad üksteist oma ruumilise struktuuriga. Sellised komplementaarsed nukleotiidipaarid on A-T paar (adeniin-tüümiin) ja G-C paar(guaniin-tsütosiin).
Uute DNA molekulide süntees rakus toimub ainult olemasolevate DNA molekulide baasil. Sel juhul hakkavad algse DNA molekuli kaks ahelat ühest otsast lahknema ja igas lahknenud üheahelalises sektsioonis hakkab teine ahel koonduma keskkonnas esinevatest vabadest nukleotiididest rangelt kooskõlas põhimõttega. vastastikusest täiendavusest. Igas "tütar" DNA molekulis pärineb üks ahel täielikult algsest ja teine on äsja sünteesitud.
Tuleb rõhutada, et potentsiaalne võime täpseks paljunemiseks on omane DNA enda kaheahelalisele komplementaarsele struktuurile ja selle avastamine on bioloogia üks peamisi saavutusi.
DNA sünteesi ja reprodutseerimise protsessi läbiviimiseks vastavalt ülalkirjeldatud skeemile on vaja spetsiaalse ensüümi, mida nimetatakse DNA polümeraasiks, aktiivsus. Just see ensüüm viib läbi kahe ahela järjestikuse lahknemise protsessi DNA molekuli ühest otsast teise koos nende vabade nukleotiidide samaaegse polümerisatsiooniga vastavalt komplementaarsele põhimõttele.
Järelikult määrab DNA nagu maatriks ainult nukleotiidide järjestuse sünteesitud ahelates ja protsessi ise viib läbi valk. DNA ja selle üksikud funktsionaalsed sektsioonid, mis kannavad teavet valkude struktuuri kohta, ei osale ise otseselt valgumolekulide loomise protsessis. Esimene samm selle teabe realiseerimise suunas on nn transkriptsiooniprotsess või "ümberkirjutamine". Selles protsessis toimub keemiliselt sarnase polümeeri, ribonukleiinhappe (RNA) süntees DNA ahelas nagu maatriksil. RNA molekul on üheahelaline, mille monomeerideks on nelja tüüpi ribonukleotiidid. Nelja tüüpi ribonukleotiidide paiknemisjärjestus saadud RNA ahelas kordab täpselt kahest DNA ahelast ühe vastava desoksüribonukleotiidi asukoha järjestust. Tänu sellele kirjutatakse antud geeni struktuuris salvestatud teave täielikult ümber RNA-sse. Igast geenist saab teha teoreetiliselt piiramatu arvu "koopiaid" - RNA molekule. RNA molekulid suhtlevad raku valke sünteesivate osakestega ja osalevad otseselt valgumolekulide sünteesis. Teisisõnu edastavad nad teavet selle salvestamise kohtadest selle rakendamise kohtadesse. Seetõttu nimetatakse neid RNA-sid messenger- või messenger-RNA-deks, lühendatult mRNA-ks või mRNA-ks.
Messenger-RNA sünteesiv ahel kasutab vastavat DNA lõiku otseselt matriitsina. Sel juhul kopeerib sünteesitud mRNA ahel täpselt ühte kahest DNA ahelast oma nukleotiidjärjestuses (uratsiil (U) RNA-s vastab selle derivaadile tümiinile (T) DNA-s). Kõik toimub sama komplementaarsuse põhimõtte alusel, mis määrab DNA reduplikatsiooni. Selle tulemusena "kirjutatakse" teave ümber või transkribeeritakse DNA-st RNA-ks. RNA nukleotiidide "ümberkirjutatud" kombinatsioonid määravad otseselt nende poolt kodeeritavate aminohapete paigutuse valguahelas.
Kuidas nüüd valku luuakse? Teatavasti on valgumolekuli monomeerideks aminohapped, mida on 20 erinevat sorti. Igat tüüpi aminohapete jaoks rakus on spetsiifilised adapter-RNA molekulid, mis kinnitavad ainult seda tüüpi aminohappeid. Oma vormis RNA-l sisenevad aminohapped valke sünteesivatesse osakestesse - ribosoomidesse ja seal paiknevad need sõnumitooja RNA dikteerimisel sünteesitud valgu ahelas.
Valkude biosünteesis on põhiline kahe rakusisese voo liitmine ribosoomides – infovoog ja materjalivoog. Ribosoomid on molekulaarse suurusega biokeemilised "masinad", milles vastavalt messenger-RNA-s sisalduvale plaanile pannakse sissetulevatest aminohappejääkidest kokku spetsiifilised valgud. Iga rakk sisaldab tuhandeid ribisid; ribide intensiivsuse määrab nende arv rakus. valkude süntees. Omal moel keemiline olemus Ribosoom kuulub ribonukleoproteiinide hulka ja koosneb spetsiaalsest ribosomaalsest RNA-st ja ribosoomivalgu molekulidest. Ribosoomidel on võime lugeda mRNA ahelas sisalduvat teavet ja realiseerida seda valmis valgu molekuli kujul. Protsessi olemus seisneb selles, et 20 tüüpi aminohapete lineaarne paigutus valguahelas määratakse nelja tüüpi nukleotiidide asukoha järgi täiesti erineva polümeeri - nukleiinhappe (mRNA) ahelas. Seetõttu tähistatakse seda ribosoomis toimuvat protsessi tavaliselt terminiga "tõlge" või "tõlge" - translatsioon nukleiinhappeahelate 4-tähelisest tähestikust valgu (polüpeptiidahelate) 20-täheliseks tähestikuks. IN seda protsessi Translatsioonis osalevad kõik kolm teadaolevat RNA klassi: messenger RNA, mis on translatsiooni objektiks, ribosomaalne RNA, mis täidab ribosoomi organisaatori rolli, ja adapter RNA, mis täidab translaatori funktsiooni.
Valgu sünteesi protsess algab aminohappeühendite moodustumisega adapter-RNA molekulidega. Sel juhul "aktiveeritakse" aminohape kõigepealt energeetiliselt selle ensümaatilise reaktsiooni tõttu adenosiintrifosfaadi (ATP) molekuliga ja seejärel ühendatakse "aktiveeritud" aminohape suhteliselt lühikese tRNA ahela otsaga. aktiveeritud aminohappe keemiline energia salvestub aminohappe ja tRNA vahelise keemilise sideme energia kujul.
Tuleb lisada, et aminohappe ja tRNA molekuli vahelise reaktsiooni viib läbi ensüüm aminoatsüül-tRNA süntetaas. Igal 20 aminohappel on oma ensüümid, mis viivad läbi reaktsiooni, milles osaleb ainult see aminohape
Valkude süntees
1. Transkriptsioon(teabe ümberkirjutamine DNA-st mRNA-sse). Teatud DNA osas katkevad vesiniksidemed, mille tulemuseks on kaks üksikut ahelat. Ühel neist on mRNA ehitatud vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. Seejärel see eraldub ja läheb tsütoplasmasse ning DNA ahelad ühendatakse uuesti üksteisega.
2. Töötlemine(ainult eukarüootidel) – mRNA küpsemine: valku mittekodeerivate piirkondade eemaldamine sellest, samuti kontrollpiirkondade lisamine.
3. mRNA eksport tuumast tsütoplasmasse(ainult eukarüootidel). Tekib tuumapooride kaudu; kokku ligikaudu 5%. koguarv mRNA tuumas.
4. Aminoatsüül-tRNA süntees. Tsütoplasmas on 61 aminoatsüül-tRNA süntetaasi. See tunneb täiendavalt ära aminohappe ja tRNA, mis peavad seda kandma, ning ühendab need üksteisega, tarbides 1 ATP.
5. Tõlkimine (valgu süntees). Ribosoomi sees on tRNA antikoodonid kinnitatud mRNA koodonitele vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. Ribosoom ühendab tRNA-ga toodud aminohapped kokku, moodustades valku.
6. Valkude küpsemine. Valgust mittevajalike fragmentide väljalõikamine, mittevalgukomponentide (näiteks heemi) kinnitamine, mitme polüpeptiidi ühendamine kvaternaarseks struktuuriks.
http://biokhimija.ru/lekcii-po-biohimii/21-matrichnye-biosintezy/95-transljacija.html
Molekulaarbioloogias on kolm protsessi
Maatriksi biosünteesi põhifiguuriks on nukleiinhapped RNA ja DNA. Need on polümeeri molekulid, mis sisaldavad viit tüüpi lämmastiku aluseid, kahte tüüpi pentoose ja fosforhappe jääke. Nukleiinhapete lämmastiku alused võivad olla puriinid ( adeniin, guaniin) ja pürimidiin ( tsütosiin,uratsiil(ainult RNA-s), tümiin(ainult DNA-s)). Sõltuvalt süsivesikute struktuurist jagunevad need ribonukleiinhapped– sisaldavad riboosi (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped– sisaldavad desoksüriboosi (DNA).
Mõiste " maatriksi biosünteesid" viitab raku võimele sünteesida polümeerimolekule nagu nukleiinhapped Ja oravad, malli alusel – maatriksid. See tagab kõige keerukama struktuuri täpse ülekandmise olemasolevatelt molekulidelt äsja sünteesitud molekulidele.
Molekulaarbioloogia põhipostulaat
Enamikul juhtudel edastamine pärilikku teavet emarakust tütarrakku viiakse läbi DNA abil ( replikatsioon). Kasutamiseks geneetiline teave rakk ise vajab DNA maatriksil moodustunud RNA-d ( transkriptsioon). Lisaks osaleb RNA otseselt valgumolekulide sünteesi kõikides etappides ( saade), mis tagab raku struktuuri ja aktiivsuse.
Molekulaarbioloogia keskne dogma
Raku tuuma struktuur
Rakkude fraktsioneerimine.Tänapäeval võimaldab fraktsioneerimine saada peaaegu igasuguseid raku organelle ja struktuure: tuumad, nukleoolid, kromatiini, tuumamembraanid, plasmamembraan, endoplasmaatilise retikulumi vakuoolid jne.
Spetsiaalsed meetodid
Enne rakufraktsioonide saamist hävitatakse rakud homogeniseerimise teel. Järgmisena eraldatakse homogenaatidest fraktsioonid. Peamine rakustruktuuride eraldamise meetod on eraldustsentrifuugimine. See põhineb asjaolul, et raskemad osakesed settivad kiiremini tsentrifuugitoru põhja.
Madalatel kiirendustel (1-3 tuhat g) settivad tuumad ja hävimata rakud varem; 15-30 tuhande g juures settivad mitokondritest, väikestest plastiididest, peroksisoomidest, lüsosoomidest jne koosnevad suuremad osakesed või makrosoomid varem. 50 tuhande juures. g, mikrosoomid, raku vakuolaarsüsteemi fragmendid settivad. Kui segatud alamfraktsioone tsentrifuugitakse uuesti, eraldatakse puhtad fraktsioonid. Fraktsioonide peenemaks eraldamiseks kasutatakse tsentrifuugimist sahharoosi tiheduse gradiendis. Üksikute rakukomponentide saamine võimaldab uurida nende biokeemiat ja funktsionaalseid omadusi ning luua rakuvabad süsteemid, näiteks ribosoomide jaoks, mis suudavad sünteesida valku vastavalt eksperimenteerija määratud messenger-RNA-le, või raku supramolekulaarsete struktuuride taasloomiseks.
Postitatud aadressil ref.rf
Sellised tehissüsteemid aitavad uurida rakus toimuvaid peeneid protsesse.
meetod rakutehnoloogia. Pärast eritöötlust võivad erinevad elusrakud omavahel sulanduda ja moodustada kahetuumalise raku ehk heterokarüoni. Heterokarüonid, eriti need, mis on moodustunud lähedastest rakkudest (näiteks hiired ja hamstrid), võivad siseneda mitoosi ja tekitada tõelisi hübriidrakke. Teised tehnikad võimaldavad konstrueerida rakke erineva päritoluga tuumadest ja tsütoplasmast.
Tänapäeval kasutatakse rakutehnoloogiat laialdaselt mitte ainult eksperimentaalbioloogias, vaid ka biotehnoloogias. Näiteks monoklonaalsete antikehade saamisel.
Rakul on tohutult palju erinevaid funktsioone, peamisteks töömehhanismideks nende funktsioonide täitmiseks on valgud või nende kompleksid teiste bioloogiliste makromolekulidega. Peaaegu kõik erinevate valkude, nukleiinhapete, lipiidide, süsivesikute sünteesi, lagunemise, ümberstruktureerimise protsessid toimuvad ensüümvalkude osalusel. Kontraktsiooni, mis põhjustab rakkude liikuvust või ainete ja struktuuride liikumist rakkudes, teostavad ka spetsiaalsed kontraktiilsed valgud. Paljud raku reaktsioonid vastuseks välisteguritele (viirused, hormoonid, võõrvalgud jne) saavad alguse nende tegurite koostoimest spetsiaalsete raku retseptorvalkudega.
Valgud on peaaegu kõigi rakustruktuuride põhikomponendid.
Postitatud aadressil ref.rf
Iga üksiku valgu struktuur on rangelt spetsiifiline, mis väljendub nende primaarstruktuuri spetsiifilisuses - aminohapete järjestuses piki polüpeptiidvalgu ahelat. Sellise korrektsuse valguahelas üheselt mõistetava aminohapete järjestuse reprodutseerimisel määrab geenipiirkonna DNA struktuur, mis lõppkokkuvõttes vastutab antud valgu struktuuri ja sünteesi eest. See seisukoht on molekulaarbioloogia või selle "dogma" peamine postulaat. Lisaks rõhutab keskne dogma teabeedastuse ühesuunalisust: ainult DNA-lt valgule (DNA ® mRNA ® valk) ja eitab vastupidiseid teid - valgust nukleiinhappeni.
Tänapäevaste teadmiste põhjal on valkude biosünteesi kujutatud järgmise põhimõttediagrammiga.
Peamine roll valkude spetsiifilise struktuuri määramisel kuulub DNA-le. Kahest põimunud polümeeriahelast koosnev DNA molekul on lineaarne struktuur, mille monomeerideks on nelja tüüpi desoksüribonukleotiidid, mille vaheldumine või järjestus piki ahelat on ainulaadne ja spetsiifiline iga DNA molekuli ja iga selle lõigu jaoks. Iga valgu sünteesi eest vastutab DNA molekuli konkreetne osa. DNA molekuli osa, mis sisaldab kogu teavet ühe vastava valgu struktuuri kohta. nimetatakse tsistroniks. Tänapäeval peetakse tsistronide mõistet samaväärseks geeni mõistega.
Teatavasti paikneb eukarüootsete organismide DNA erinevalt teistest valkude sünteesiaparaadi komponentidest raku tuuma rakkudes. Madalamates (prokarüootsetes) organismides, millel puudub moodustunud rakutuum, eraldatakse DNA ka ülejäänud protoplasmast ühe või mitme kompaktse nukleotiidi kujul.
DNA makromolekulaarse struktuuri juur on niinimetatud komplementaarsuse põhimõte. See tähendab, et kahe põimunud DNA ahela vastandlikud nukleotiidid täiendavad üksteist oma ruumilise struktuuriga. Sellised komplementaarsed nukleotiidipaarid on A-T paar (adeniin-tüümiin) ja G-C paar (guaniin-tsütosiin).
Uute DNA molekulide süntees rakus toimub ainult olemasolevate DNA molekulide baasil. Sel juhul hakkavad algse DNA molekuli kaks ahelat ühest otsast lahknema ja igas lahknenud üheahelalises sektsioonis hakkab teine ahel koonduma keskkonnas esinevatest vabadest nukleotiididest rangelt kooskõlas põhimõttega. vastastikusest täiendavusest. Igas "tütar" DNA molekulis pärineb üks ahel täielikult algsest ja teine on äsja sünteesitud.
Tuleb rõhutada, et potentsiaalne võime täpseks paljunemiseks on omane DNA enda kaheahelalisele komplementaarsele struktuurile ja selle avastamine on bioloogia üks peamisi saavutusi.
DNA sünteesi ja reprodutseerimise protsessi läbiviimiseks vastavalt ülalkirjeldatud skeemile on vajalik spetsiaalse ensüümi, mida nimetatakse DNA polümeraasiks, aktiivsus. Just see ensüüm viib läbi kahe ahela järjestikuse lahknemise protsessi DNA molekuli ühest otsast teise koos nende vabade nukleotiidide samaaegse polümerisatsiooniga vastavalt komplementaarsele põhimõttele.
Järelikult määrab DNA nagu maatriks ainult nukleotiidide järjestuse sünteesitud ahelates ja protsessi ise viib läbi valk. DNA ja selle üksikud funktsionaalsed sektsioonid, mis kannavad teavet valkude struktuuri kohta, ei osale ise otseselt valgumolekulide loomise protsessis. Esimene samm selle teabe realiseerimise teel on nn transkriptsiooniprotsess ehk “ümberkirjutamine”. Selles protsessis toimub keemiliselt sarnase polümeeri, ribonukleiinhappe (RNA) süntees DNA ahelas nagu maatriksil. RNA molekul on üheahelaline, mille monomeerideks on nelja tüüpi ribonukleotiidid. Nelja tüüpi ribonukleotiidide paiknemisjärjestus saadud RNA ahelas kordab täpselt kahest DNA ahelast ühe vastava desoksüribonukleotiidi asukoha järjestust. Tänu sellele kirjutatakse antud geeni struktuuris salvestatud teave täielikult ümber RNA-sse. Igast geenist saab teha teoreetiliselt piiramatul hulgal “koopiaid” – RNA molekule. RNA molekulid suhtlevad raku valke sünteesivate osakestega ja osalevad otseselt valgumolekulide sünteesis. Teisisõnu edastavad nad teavet selle salvestamise kohtadest selle rakendamise kohtadesse. Seetõttu nimetatakse neid RNA-sid messenger- või messenger-RNA-deks, lühendatult mRNA-ks või mRNA-ks.
Messenger-RNA sünteesiv ahel kasutab vastavat DNA lõiku otseselt matriitsina. Sel juhul kopeerib sünteesitud mRNA ahel täpselt ühte kahest DNA ahelast oma nukleotiidjärjestuses (uratsiil (U) RNA-s vastab selle derivaadile tümiinile (T) DNA-s). Kõik toimub sama komplementaarsuse põhimõtte alusel, mis määrab DNA reduplikatsiooni. Selle tulemusena toimub teabe "ümberkirjutamine" või transkriptsioon DNA-st RNA-sse. RNA nukleotiidide "ümberkirjutatud" kombinatsioonid määravad otseselt nende poolt kodeeritavate aminohapete paigutuse valguahelas.
Kuidas nüüd valku luuakse? Teatavasti on valgumolekuli monomeerideks aminohapped, mida on 20 erinevat sorti. Igat tüüpi aminohapete jaoks rakus on spetsiifilised adapter-RNA molekulid, mis kinnitavad ainult seda tüüpi aminohappeid. Oma vormis RNA-l sisenevad aminohapped valke sünteesivatesse osakestesse - ribosoomidesse ja seal paiknevad need sõnumitooja RNA dikteerimisel sünteesitud valgu ahelas.
Valkude biosünteesis on põhiline kahe rakusisese voo liitmine ribosoomides – infovoog ja materjalivoog. Ribosoomid on molekulaarse suurusega biokeemilised "masinad", milles vastavalt messenger-RNA-s sisalduvale plaanile pannakse sissetulevatest aminohappejääkidest kokku spetsiifilised valgud. Iga rakk sisaldab tuhandeid ribsoome, valgusünteesi intensiivsuse määrab nende arv rakus. Ribosoom kuulub oma keemilise olemuse järgi ribonukleoproteiinide hulka ja koosneb spetsiaalsest ribosomaalsest RNA-st ja ribosomaalsetest valgu molekulidest. Ribosoomidel on võime lugeda mRNA ahelas sisalduvat teavet ja realiseerida seda valmis valgu molekuli kujul. Protsessi olemus seisneb sisuliselt selles, et 20 tüüpi aminohapete lineaarne paigutus valguahelas määratakse nelja tüüpi nukleotiidide asukoha järgi täiesti erineva polümeeri – nukleiinhappe (mRNA) ahelas. Sel põhjusel nimetatakse seda ribosoomides toimuvat protsessi tavaliselt "tõlkeks" või "tõlkeks" - translatsiooniks nukleiinhappeahelate 4-tähelisest tähestikust valgu (polüpeptiidahelate) 20-täheliseks tähestikuks. Selles translatsiooniprotsessis osalevad kõik kolm teadaolevat RNA klassi: messenger RNA, mis on translatsiooni objekt, ribosomaalne RNA, mis täidab ribosoomi organisaatori rolli, ja adapter RNA, mis toimib translaatorina.
Valgu sünteesi protsess algab aminohappeühendite moodustumisega adapter-RNA molekulidega. Sel juhul toimub kõigepealt aminohappe energeetiline "aktiveerimine" selle ensümaatilise reaktsiooni tõttu adenosiintrifosfaadi (ATP) molekuliga ja seejärel ühendatakse "aktiveeritud" aminohape suhteliselt lühikese tRNA ahela otsaga. , salvestatakse aktiveeritud aminohappe keemilise energia juurdekasv aminohappe ja tRNA vahelise keemilise sideme energia kujul.
Tuleb lisada, et aminohappe ja tRNA molekuli vahelise reaktsiooni viib läbi ensüüm aminoatsüül-tRNA süntetaas. Igal 20 aminohappel on oma ensüümid, mis viivad läbi reaktsiooni, milles osaleb ainult see aminohape
Molekulaarbioloogia keskne dogma on mõiste ja liik. Kategooria "Molekulaarbioloogia keskdogma" klassifikatsioon ja tunnused 2017, 2018.
Bioloogilistes järjestustes sisalduv teave
Biopolümeerid on (bioloogilised) polümeerid, mida sünteesivad elusolendid. DNA, RNA ja valgud on lineaarsed polümeerid, st iga nendes sisalduv monomeer on ühendatud vähemalt kahe teise monomeeriga. Monomeeride jada kodeerib informatsiooni, mille edastamise reegleid kirjeldab keskne dogma. Teave edastatakse suure täpsusega, deterministlikult ja ühte biopolümeeri kasutatakse mallina teise polümeeri kokkupanekul järjestusega, mis on täielikult määratud esimese polümeeri järjestusega.
Bioloogilise teabe edastamise universaalsed meetodid
Elusorganismides on kolme tüüpi heterogeenseid, st koosnevad erinevatest polümeeri monomeeridest - DNA, RNA ja valk. Teabeedastust nende vahel saab läbi viia 3 × 3 = 9 viisil. Keskdogma jagab need 9 teabeedastuse tüüpi kolme rühma:
- Üldine – leidub enamikus elusorganismides;
- Spetsiaalne - leitakse erandkorras viirustes ja mobiilsetes genoomielementides või bioloogilise katse tingimustes;
- Tundmatu – ei leitud.
DNA replikatsioon (DNA → DNA)
DNA on peamine teabe edastamise viis elusorganismide põlvkondade vahel, seega on DNA täpne dubleerimine (replikatsioon) väga oluline. Replikatsiooni viib läbi valkude kompleks, mis kerivad lahti kromatiini ja seejärel topeltheeliksi. Pärast seda loovad DNA polümeraas ja sellega seotud valgud mõlemale kahele ahelale identse koopia.
Transkriptsioon (DNA → RNA)
Transkriptsioon – bioloogiline protsess, mille tulemusena kopeeritakse DNA sektsioonis sisalduv teave sünteesitud mRNA molekulile. Transkriptsioon viiakse läbi transkriptsioonifaktorite ja RNA polümeraasi abil. Eukarüootses rakus redigeeritakse sageli esmast transkripti (pre-mRNA). Seda protsessi nimetatakse splaissimiseks.
Skemaatiline diagramm geneetilise teabe rakendamisest pro- ja eukarüootides.PROKARÜOODID. Prokarüootides ei ole ribosoomi valgu süntees (translatsioon) transkriptsioonist ruumiliselt eraldatud ja see võib toimuda isegi enne mRNA sünteesi lõpetamist RNA polümeraasi poolt. Prokarüootsed mRNA-d on sageli polütsistroonilised, mis tähendab, et need sisaldavad mitut sõltumatut geeni.
EUKARÜOODID. Eukarüootne mRNA sünteesitakse prekursorina, pre-mRNA-na, mis seejärel läbib keerulise etapiviisilise küpsemise – töötlemise, sealhulgas molekuli 5" otsa külge korgistruktuuri kinnitamise, mitmekümne adeniinijäägi kinnitumise selle 3" otsa (polüadenüülimine), ebaoluliste piirkondade - intronite ja oluliste piirkondade - eksonite - üksteisega ühendamine (splaissimine). Sel juhul võib toimuda sama pre-mRNA eksonite ühendamine erinevatel viisidel, mis viib erinevate küpsete mRNA-de moodustumiseni ja lõpuks erinevaid valikuid valk (alternatiivne splaissimine). Ainult edukalt töötlemise läbinud mRNA eksporditakse tuumast tsütoplasmasse ja osaleb translatsioonis.
Tõlge (RNA → valk)
RNA replikatsioon (RNA → RNA)
RNA replikatsioon on RNA ahela kopeerimine komplementaarseks RNA ahelaks, kasutades ensüümi RNA-sõltuvat RNA polümeraasi. Üheahelalist (näiteks pikornaviirused, mis hõlmavad suu- ja sõrataudiviirust) või kaheahelalist RNA-d sisaldavad viirused paljunevad sarnasel viisil.
Valgu otsene translatsioon DNA matriitsile (DNA → valk)
Otsest translatsiooni on demonstreeritud Escherichia coli rakuekstraktides, mis sisaldasid ribosoome, kuid mitte mRNA-d. Sellised ekstraktid sünteesisid süsteemi sisestatud DNA-st valke ja antibiootikum neomütsiin tugevdas seda toimet.
Epigeneetilised muutused
Epigeneetilised muutused on muutused geenide ekspressioonis, mida ei põhjusta geneetilise informatsiooni muutused (mutatsioonid). Epigeneetilised muutused tekivad geeniekspressiooni taseme, st nende transkriptsiooni ja/või translatsiooni muutuste tulemusena. Enim uuritud epigeneetilise regulatsiooni tüüp on DNA metüülimine DNA metüültransferaasi valkude abil, mis viib metüleeritud geeni ajutise inaktiveerimiseni, olenevalt organismi elutingimustest. Kuna aga DNA molekuli primaarstruktuur ei muutu, ei saa seda erandit pidada tõeliseks näiteks informatsiooni edastamisest valgust DNA-sse.
Prioonid
Prioonid on valgud, mis eksisteerivad kahel kujul. Valgu üks vorme (konformatsioon) on funktsionaalne, tavaliselt vees lahustuv. Teine vorm moodustab vees lahustumatuid agregaate, sageli molekulaarsete polümeertorude kujul. Selles konformatsioonis olev monomeer – valgumolekul – on võimeline ühenduma teiste sarnaste valgumolekulidega, kandes need üle teise, prioonitaolisesse konformatsiooni. Seentes võivad sellised molekulid olla päritud. Kuid nagu DNA metüülimise puhul, on valgu esmane struktuur sees sel juhul jääb samaks ja infoülekannet nukleiinhapetele ei toimu.
Mõiste "dogma" ajalugu
Originaaltekst(Inglise)
Minu arvamus oli, et dogma oli idee, mille kohta puudusid mõistlikud tõendid. Näete?!" Ja Crick möirgas rõõmust. „Ma lihtsalt ei teadnud, mida dogma tähendab. Ja sama hästi oleksin võinud seda nimetada "keskhüpoteesiks" või - teate. Mida ma tahtsin ütleme, et Dogma oli lihtsalt lööklause
Lisaks kirjutas Crick oma autobiograafilises raamatus "What Mad Pursuit" sõna "dogma" valikust ja selle valiku põhjustatud probleemidest:
"Ma kahtlustan, et nimetasin seda ideed keskseks dogmaks kahel põhjusel. Sõna hüpotees olin ma juba kasutanud jadahüpoteesis ja pealegi tahtsin vihjata, et see uus oletus oli kesksem ja tugevam... Nagu selgus, tekitas dogma mõiste kasutamine rohkem tüli, kui asi väärt oli. .. Palju aastaid hiljem ütles Jacques Monod mulle, et Ilmselt ei saanud ma aru, mida mõeldakse sõna dogma all, mis tähendab osa usust, mis ei allu kahtlustele. Olin selle sõna tähenduse suhtes ähmaselt ettevaatlik, kuid kuna uskusin, et kõik religioossed tõekspidamised on alusetud, kasutasin seda sõna nii, nagu mina sellest aru sain, ja mitte nii, nagu enamik inimesi sellest aru sai, rakendades seda suurele hüpoteesile, mis hoolimata usaldusest, mida see inspireeris, põhines väikesel hulgal otsestel katseandmetel."
Originaaltekst(Inglise)
Ma kahtlustan, et nimetasin seda ideed keskseks dogmaks kahel põhjusel. Olin juba kasutanud ilmset sõnahüpoteesi jadahüpoteesis ja lisaks tahtsin väita, et see uus oletus on kesksem ja võimsam. ... Nagu selgus, tekitas sõna dogma kasutamine peaaegu rohkem probleeme, kui see väärt oli... Palju aastaid hiljem juhtis Jacques Monod mulle tähelepanu, et ma ei paistnud mõistvat sõna dogma õiget kasutamist, mis on usk, milles ei saa kahelda. Ma mõistsin seda ebamäärasel viisil, kuid kuna arvasin, et kõik religioossed tõekspidamised on alusetud, kasutasin seda sõna nii, nagu ma ise sellest arvasin, mitte nagu enamik maailmast, ja rakendasin seda lihtsalt suure hüpoteesi jaoks. millel, olgugi usutav, oli vähe otsest eksperimentaalset tuge.
Vaata ka
Märkmed
Lingid
- B. J. McCarthy, J. J. Holland. Denatureeritud DNA otsese mallina in vitro Valkude süntees // PNAS. - 1965. - T. 54. - P. 880-886.
- Werner, E. Genoomi semantika, In Silico mitmerakulised süsteemid ja keskne dogma // FEBSi kirjad. - 2005. - V. 579. - Lk 1779-1782. PMID 15763551
- Horace Freeland Judson. 6. peatükk: Minu arvamus oli, et dogma oli idee, mille kohta puudusid mõistlikud tõendid. Kas sa näed?! // Loomise kaheksas päev: Bioloogia revolutsiooni tegijad (25. aastapäeva väljaanne). - 1996.
Loeng nr.
Tundide arv: 2
Molekulaarbioloogia keskne dogma
1) Transkriptsioon
2) Saade
50ndate alguses sõnastas F. Crick molekulaarbioloogia keskse dogma. Selle kontseptsiooni kohaselt edastatakse geneetiline teave DNA-st valkudesse RNA kaudu vastavalt järgmisele skeemile: DNA – RNA – valk.
Biosünteesi esimene etapp toimub tuumas ja seda nimetatakse transkriptsioonid (ümberkirjutamine).
Transkriptsioon- RNA molekulide biosüntees DNA maatriksil. Seda protsessi katalüüsib ensüüm RNA polümeraas. Ensüüm tunneb ära stardimärgitranskriptsioonid - promootor- ja ühineb temaga. Promootor on orienteeritud nii, et RNA polümeraas läbib antud geneetilist piirkonda kindlas suunas. Ensüüm kerib lahti DNA kaksikheeliksi ja kopeerib, alustades promootorist, ühe selle ahelatest. RNA polümeraasi liikumisel eemaldub kasvav RNA ahel matriitsist ja ensüümi taga olev DNA kaksikheeliks taastub. Transkriptsiooniprotsessi käigus sünteesitakse pro-m-RNA - translatsioonis osaleva küpse m-RNA eelkäija. Pro-m-RNA-l on suured suurused ja sisaldab fragmente, mis ei kodeeri polüpeptiidahela sünteesi. Neid fragmente nimetatakse intronid, nimetatakse kodeerivaid fragmente eksonid. Nimetatakse intronite väljalõikamise ja eksonite ranges järjekorras splaissimise protsessi splaissimine. Fusiooniprotsessi käigus moodustub küps m-RNA M-RNA transport tuumast tsütoplasmasse toimub tuumapooride kaudu. Küpsed eukarüootsed mRNA-d kodeerivad tavaliselt ainult ühte polüpeptiidahelat.
Biosünteesi järgmine etapp toimub tsütoplasmas ribosoomidel ja seda nimetatakse translatsiooniks.
Saade- valkude polüpeptiidahelate süntees m-RNA maatriksil vastavalt geneetiline kood. Translatsiooniprotsessi käigus tõlgitakse info valgu struktuuri kohta m-RNA nukleotiidkoodist sünteesitud valkude spetsiifiliseks aminohapete järjestuseks. Valkude biosünteesi viib läbi kompleksne makromolekulaarne kompleks. Aminohapped toimetatakse ribosoomidesse tRNA abil. Valgusünteesi käigus on m-RNA osa polüribosoomist (sellel sünteesitakse korraga mitu kuni 100 ribosoomi).
Seega on transkriptsioon ja translatsioon ruumiliselt eraldatud. Transkriptsioon toimub tuumas ja translatsioon toimub tsütoplasmas.
Rakul kui sellisel on tohutul hulgal erinevaid funktsioone, nagu me juba ütlesime, mõned neist on üldised rakulised, mõned on erilised, iseloomulikud spetsiaalsetele rakutüüpidele. Peamised töömehhanismid nende funktsioonide täitmiseks on valgud või nende kompleksid teiste bioloogiliste makromolekulidega, nagu nukleiinhapped, lipiidid ja polüsahhariidid. Seega on teada, et erinevate ainete, ioonidest makromolekulideni, transpordiprotsessid rakus on määratud spetsiaalsete valkude või lipoproteiinikomplekside tööga plasmas ja teistes rakumembraanides. Peaaegu kõik erinevate valkude, nukleiinhapete, lipiidide ja süsivesikute sünteesi, lagunemise ja ümberkorraldamise protsessid toimuvad iga üksiku reaktsiooni jaoks spetsiifiliste valgu-ensüümide aktiivsuse tulemusena. Üksikute bioloogiliste monomeeride, nukleotiidide, aminohapete, rasvhapete, suhkrute jne sünteesi viib läbi ka tohutu hulk spetsiifilisi ensüüme – valke. Kontraktsiooni, mis põhjustab rakkude liikuvust või ainete ja struktuuride liikumist rakkudes, teostavad ka spetsiaalsed kontraktiilsed valgud. Paljud raku reaktsioonid vastuseks välisteguritele (viirused, hormoonid, võõrvalgud jne) saavad alguse nende tegurite koostoimest spetsiaalsete raku retseptorvalkudega.
Valgud on peaaegu kõigi rakustruktuuride põhikomponendid. Paljud rakus toimuvad keemilised reaktsioonid on määratud paljude ensüümidega, millest igaüks viib läbi ühe või mitu eraldi reaktsiooni. Iga üksiku valgu struktuur on rangelt spetsiifiline, mis väljendub nende primaarstruktuuri spetsiifilisuses - aminohapete järjestuses piki polüpeptiidvalgu ahelat. Veelgi enam, selle aminohappejärjestuse spetsiifilisus kordub eksimatult kõigis antud rakuvalgu molekulides.
Sellise korrektsuse valguahelas üheselt mõistetava aminohapete järjestuse reprodutseerimisel määrab geenipiirkonna DNA struktuur, mis lõppkokkuvõttes vastutab antud valgu struktuuri ja sünteesi eest. Need ideed on molekulaarbioloogia peamine postulaat, selle "dogma". Teave tulevase valgu molekuli kohta edastatakse selle sünteesikohtadesse (ribosoomidesse) vahendaja - messenger RNA (mRNA) kaudu, mille nukleotiidide koostis peegeldab DNA geenipiirkonna nukleotiidide koostist ja järjestust. Ribosoomi on ehitatud polüpeptiidahel, mille aminohapete järjestuse määrab mRNA nukleotiidide järjestus, nende kolmikute järjestus. Seega rõhutab molekulaarbioloogia keskne dogma teabe edastamise ühesuunalisust: ainult DNA-lt valgule, vaheühendi, mRNA (DNA) abil.® mRNA ® valk). Teatud RNA-d sisaldavate viiruste puhul võib infoedastusahel järgida RNA – mRNA – valgu skeemi. Asja olemust see ei muuda, kuna määrav, määrav lüli on ka siin nukleiinhape. Valgu ja nukleiinhappe ja DNA või RNA määramise vastupidised teed ei ole teada.
Et edasi liikuda valgusünteesi kõigi etappidega seotud rakustruktuuride uurimise juurde, tuleb põgusalt peatuda peamistel protsessidel ja komponentidel, mis seda nähtust määravad.
Praegu põhineb kaasaegsed ideed valkude biosünteesi kohta saame anda selle keerulise ja mitmeetapilise protsessi üldise skemaatilise diagrammi (joonis 16).
Peamine, “käsu” roll valkude spetsiifilise struktuuri määramisel kuulub desoksüribonukleiinhappele – DNA-le. DNA molekul on ülipikk lineaarne struktuur, mis koosneb kahest omavahel põimunud polümeeriahelast. Nende ahelate koostisosad – monomeerid – on nelja tüüpi desoksüribonukleotiidid, mille vaheldumine või järjestus piki ahelat on ainulaadne ja spetsiifiline iga DNA molekuli ja selle iga sektsiooni jaoks. Erinevate valkude sünteesi eest vastutavad erinevad üsna pikad DNA molekuli lõigud. Seega võib üks DNA molekul määrata suure hulga funktsionaalselt ja keemiliselt erinevate rakuvalkude sünteesi. Igat tüüpi valgu sünteesi eest vastutab ainult teatud osa DNA molekulist. Sellist DNA molekuli lõiku, mis on seotud ühe konkreetse valgu sünteesiga rakus, nimetatakse sageli "tsistroniks". Praegu peetakse tsistronide mõistet samaväärseks geeni mõistega. Geeni ainulaadne struktuur – selle nukleotiidide konkreetne järjestus ahelas – sisaldab kogu teavet ühe vastava valgu struktuuri kohta.
Valgusünteesi ülddiagrammil on selge (vt joonis 16), et lähtepunktiks, millest algab infovoog valkude biosünteesiks rakus, on DNA. Järelikult on DNA see, mis sisaldab esmast teavet, mida tuleb säilitada ja reprodutseerida rakust rakku, põlvest põlve.
Lühidalt puudutades küsimust, kus geneetilist teavet hoitakse, s.t. DNA lokaliseerimise kohta rakus võib öelda järgmist. Juba ammu on teada, et erinevalt kõigist teistest valkude sünteesiaparaadi komponentidest on DNA-l eriline, väga piiratud lokalisatsioon: selle asukohaks kõrgemate (eukarüootsete) organismide rakkudes saab olema raku tuum. Madalamates (prokarüootsetes) organismides, millel puudub moodustunud rakutuum, seguneb DNA ka ülejäänud protoplasmast ühe või mitme kompaktse nukleotiidmoodustise kujul. Täielikult kooskõlas sellega on eukarüootide tuuma või prokarüootide nukleoidi peetud pikka aega geenide mahutiks, ainulaadseks rakuorganelliks, mis kontrollib organismide pärilike omaduste rakendamist ja nende edasikandumist põlvkondade kaupa.
DNA makromolekulaarse struktuuri aluspõhimõte on nn komplementaarsuse printsiip (joonis 17). Nagu juba mainitud, koosneb DNA molekul kahest omavahel põimunud ahelast. Need ahelad on üksteisega seotud nende vastandlike nukleotiidide interaktsiooni kaudu. Veelgi enam, struktuursetel põhjustel on sellise kaheahelalise struktuuri olemasolu võimalik ainult siis, kui mõlema ahela vastassuunalised nukleotiidid on steeriliselt komplementaarsed, s.t. täiendavad üksteist oma ruumilise struktuuriga. Sellised komplementaarsed nukleotiidipaarid on A-T paar (adeniin-tüümiin) ja G-C paar (guaniin-tsütosiin).
Järelikult, selle komplementaarsuse põhimõtte kohaselt, kui DNA molekuli ühes ahelas on teatud nelja tüüpi nukleotiidide järjestus, siis teises ahelas määratakse nukleotiidide järjestus üheselt, nii et esimese ahela iga A. vastab T-le teises ahelas, iga esimese ahela T vastab A-le teises ahelas, igale G-le esimeses ahelas - C-le teises ahelas ja igale C-le esimeses ahelas - G-s teine kett.
On näha, et DNA molekuli kaheahelalise struktuuri aluseks olev näidatud struktuuriprintsiip võimaldab hõlpsasti mõista algse struktuuri täpset reprodutseerimist, s.o. molekuli ahelates salvestatud teabe täpne reprodutseerimine 4 tüüpi nukleotiidide spetsiifilise järjestuse kujul. Tõepoolest, uute DNA molekulide süntees rakus toimub ainult olemasolevate DNA molekulide baasil. Sel juhul hakkavad algse DNA molekuli kaks ahelat ühest otsast lahknema ja igas lahknenud üheahelalises sektsioonis hakkab teine ahel koonduma keskkonnas esinevatest vabadest nukleotiididest rangelt kooskõlas põhimõttega. vastastikusest täiendavusest. Algse DNA molekuli kahe ahela lahknemise protsess jätkub ja vastavalt sellele täiendavad mõlemat ahelat komplementaarsed ahelad. Selle tulemusena, nagu diagrammil näha, ilmub ühe asemel kaks DNA molekuli, mis on täpselt identsed algse molekuliga. Igas saadud "tütar" DNA molekulis näib, et üks ahel pärineb täielikult algsest, samas kui teine on äsja sünteesitud.
Peamine, mida tuleb veel kord rõhutada, on see, et DNA enda kaheahelalises komplementaarses struktuuris on omane potentsiaalne võime täpseks reprodutseerimiseks ja selle avastamine on loomulikult üks bioloogia peamisi saavutusi.
Kuid DNA reprodutseerimise (reduplikatsiooni) probleem ei piirdu selle struktuuri võimaliku nukleotiidjärjestuse täpse reprodutseerimise võime avaldamisega. Fakt on see, et DNA ise ei ole üldse isepaljunev molekul. DNA sünteesi ja reprodutseerimise protsessi läbiviimiseks vastavalt ülalkirjeldatud skeemile on vajalik spetsiaalse ensümaatilise kompleksi, mida nimetatakse DNA polümeraasiks, aktiivsus. Ilmselt viib see ensüüm läbi kahe ahela järjestikuse eraldamise DNA molekuli ühest otsast teise koos nende vabade nukleotiidide samaaegse polümerisatsiooniga vastavalt komplementaarsele põhimõttele. Seega määrab DNA sarnaselt maatriksiga ainult nukleotiidide järjestuse sünteesitud ahelates ja protsessi ise viib läbi valk. Ensüümi töö DNA reduplikatsiooni ajal on tänapäeval üks huvitavamaid probleeme. Ilmselt roomab DNA polümeraas aktiivselt mööda kaheahelalist DNA molekuli ühest otsast teise, jättes endast maha hargneva, korduva "saba". Selle valgu toimimise füüsikalised põhimõtted pole veel selged.
Kuid DNA ja selle üksikud funktsionaalsed sektsioonid, mis kannavad teavet valkude struktuuri kohta, ei osale ise otseselt valgumolekulide loomise protsessis. Esimene samm selle DNA ahelatesse salvestatud teabe realiseerimiseks on nn transkriptsiooniprotsess ehk “ümberkirjutamine”. Selles protsessis toimub keemiliselt sarnase polümeeri, ribonukleiinhappe (RNA) süntees DNA ahelas nagu maatriksil. RNA molekul on üheahelaline, mille monomeerideks on nelja tüüpi ribonukleotiidid, mida peetakse DNA nelja tüüpi desoksüribonukleotiidide kergeks modifikatsiooniks. Nelja tüüpi ribonukleotiidide paiknemisjärjestus saadud RNA ahelas kordab täpselt kahest DNA ahelast ühe vastava desoksüribonukleotiidi asukoha järjestust. Nii kopeeritakse geenide nukleotiidne järjestus RNA molekulide kujul, st. antud geeni struktuuris salvestatud informatsioon transkribeeritakse täielikult RNA-ks. Igast geenist saab eemaldada suure, teoreetiliselt piiramatu arvu selliseid "koopiaid" - RNA molekule. Need molekulid, mis on paljudes koopiates ümber kirjutatud geenide "koopiateks" ja kannavad seetõttu geenidega sama teavet, hajuvad kogu rakus. Nad on juba otseses kontaktis raku valke sünteesivate osakestega ja võtavad "isiklikult" osa valgumolekulide loomise protsessidest. Teisisõnu, nad liigutavad teavet selle salvestamise kohast kohta, kus seda rakendatakse. Sellest tulenevalt nimetatakse neid RNA-sid messenger- või messenger-RNA-deks, lühendatult mRNA-ks (või mRNA-ks).
Leiti, et sõnumitooja RNA ahel sünteesitakse otse, kasutades matriitsina vastavat DNA lõiku. Sel juhul kopeerib sünteesitud mRNA ahel täpselt ühte kahest DNA ahelast oma nukleotiidjärjestuses (eeldusel, et uratsiil (U) RNA-s vastab selle derivaadile tümiinile (T) DNA-s). See toimub sama struktuurse komplementaarsuse põhimõtte alusel, mis määrab DNA reduplikatsiooni (joonis 18). Selgus, et kui mRNA sünteesitakse DNA-l rakus, kasutatakse mRNA ahela moodustamisel mallina ainult ühte DNA ahelat. Siis vastab selle DNA ahela iga G C-le ehitatavas RNA ahelas, iga DNA ahela C vastab RNA ahela G-le, DNA ahela iga T vastab A-le RNA ahelas. ja iga DNA ahela A vastab RNA ahela Y-le. Selle tulemusena on saadud RNA ahel rangelt komplementaarne DNA matriitsi ahelaga ja seega nukleotiidjärjestuselt identne (võtab T = Y) teise DNA ahelaga. Nii “kirjutatakse” info DNA-st RNA-ks, s.t. transkriptsioon. "Ümberkirjutatud" nukleotiidide kombinatsioonid RNA ahelas määravad juba otseselt nende poolt kodeeritavate vastavate aminohapete paigutuse valguahelas.
Siin, nagu ka DNA reduplikatsiooni kaalumisel, on vaja välja tuua selle ensümaatiline olemus kui üks transkriptsiooniprotsessi kõige olulisematest aspektidest. DNA, mis on selles protsessis maatriks, määrab täielikult nukleotiidide asukoha sünteesitud mRNA ahelas, kogu saadud RNA spetsiifilisuse, kuid protsessi ise viib läbi spetsiaalne valk - ensüüm. Seda ensüümi nimetatakse RNA polümeraasiks. Selle molekulil on keeruline organisatsioon, mis võimaldab tal aktiivselt liikuda mööda DNA molekuli, sünteesides samal ajal ühe DNA ahelaga komplementaarset RNA ahelat. Mallina toimivat DNA molekuli ei tarbita ega muudeta, see jääb esialgsele kujule ja on alati valmis piiramatu arvu "koopiate" - mRNA - ümberkirjutamiseks. Nende mRNA-de voog DNA-st ribosoomidesse moodustab teabevoo, mis tagab raku valkude sünteesiaparaadi, kogu selle ribosoomide komplekti, programmeerimise.
Seega kirjeldab diagrammi vaadeldav osa DNA-st mRNA molekulide kujul tuleva informatsiooni liikumist valke sünteesivate rakusiseste osakesteni. Nüüd pöördume teistsuguse voolu poole – selle materjali voolu poole, millest valk tuleb luua. Valgu molekuli elementaarühikud - monomeerid - on aminohapped, mida on 20 erinevat sorti. Valgu molekuli loomiseks (sünteesimiseks) peavad rakus olevad vabad aminohapped olema kaasatud vastavasse valku sünteesivasse osakesse sisenevasse voolu ja seal paiknevad nad teatud unikaalsel viisil, mille dikteerib messenger RNA. See aminohapete – valkude loomise ehitusplokkide – kaasamine toimub vabade aminohapete kinnitamise kaudu suhteliselt väikese suurusega spetsiaalsetele RNA molekulidele. Need RNA-d, mis kinnitavad neile vabu aminohappeid, ei ole informatiivsed, vaid kannavad teistsugust adapterfunktsiooni, mille tähendust nähakse edasi. Aminohapped on kinnitatud ülekande-RNA (tRNA) väikeste ahelate ühte otsa, üks aminohape RNA molekuli kohta.
Igat tüüpi aminohapete jaoks rakus on spetsiifilised adapter-RNA molekulid, mis kinnitavad ainult seda tüüpi aminohappeid. Sellisel kujul sisenevad aminohapped RNA-d külastades valke sünteesivatesse osakestesse.
Valkude biosünteesi protsessi keskne punkt on nende kahe rakusisese voolu – infovoo ja materjalivoo – sulandumine raku valke sünteesivates osakestes. Neid osakesi nimetatakse ribosoomideks. Ribosoomid on molekulaarse suurusega ultramikroskoopilised biokeemilised “masinad”, kus vastavalt messenger-RNA-s sisalduvale plaanile pannakse kokku spetsiifilised valgud sissetulevatest aminohappejääkidest. Kuigi see diagramm (joonis 19) näitab ainult ühte osakest, sisaldab iga rakk tuhandeid ribisid. Ribosoomide arv määrab valgu sünteesi üldise intensiivsuse rakus. Ühe ribosoomiosakese läbimõõt on umbes 20 nm. Oma keemilise olemuselt on ribosoom ribonukleoproteiin: koosneb spetsiaalsest ribosomaalsest RNA-st (see on meile teadaolev kolmas RNA klass lisaks messenger- ja adapter-RNA-dele) ja struktuurse ribosoomivalgu molekulidest. Üheskoos moodustab see mitmekümnest makromolekulist koosnev kombinatsioon ideaalselt organiseeritud ja töökindla "masina", millel on võime lugeda mRNA ahelas sisalduvat teavet ja rakendada seda kindla struktuuriga valmis valgumolekuli kujul. Kuna protsessi olemus seisneb selles, et 20 tüüpi aminohapete lineaarne paigutus valguahelas on üheselt määratud nelja tüüpi nukleotiidide asukohaga keemiliselt täiesti erineva polümeeri – nukleiinhappe (mRNA) ahelas, siis see protsess. Ribosoomis esinevat nähtust nimetatakse tavaliselt "tõlkeks" või "tõlkeks" - translatsioon nukleiinhappeahelate 4-tähelisest tähestikust valgu (polüpeptiid) ahelate 20-täheliseks tähestikuks. Nagu näha, osalevad translatsiooniprotsessis kõik kolm teadaolevat RNA klassi: messenger RNA, mis on translatsiooni objektiks, ribosomaalne RNA, mis mängib valke sünteesiva ribonukleoproteiini osakese – ribosoomi – organisaatori rolli ja adapter-RNA. , mis täidab tõlkija funktsiooni.
Valgu sünteesi protsess algab aminohappeühendite moodustumisega adapter-RNA molekulidega ehk tRNA-ga. Sel juhul "aktiveeritakse" aminohape kõigepealt energeetiliselt selle ensümaatilise reaktsiooni tõttu adenosiintrifosfaadi (ATP) molekuliga ja seejärel ühendatakse "aktiveeritud" aminohape suhteliselt lühikese tRNA ahela otsaga. aktiveeritud aminohappe keemiline energia salvestub aminohappe ja tRNA vahelise keemilise sideme energia kujul.
Kuid samal ajal on lahendamisel ka teine ülesanne. Fakt on see, et reaktsiooni aminohappe ja tRNA molekuli vahel viib läbi ensüüm, mida nimetatakse aminoatsüül-tRNA süntetaasiks. Iga 20 tüüpi aminohapete jaoks on olemas spetsiaalsed ensüümid, mis viivad läbi reaktsiooni, mis hõlmab ainult seda aminohapet. Seega on olemas vähemalt 20 ensüümi (aminoatsüül-tRNA süntetaas), millest igaüks on spetsiifiline ühte tüüpi aminohapete suhtes. Kõik need ensüümid võivad reageerida mitte ühegi tRNA molekuliga, vaid ainult nendega, mille ahelas on rangelt määratletud nukleotiidide kombinatsioon. Seega, tänu selliste spetsiifiliste ensüümide komplekti olemasolule, mis eristavad ühelt poolt aminohappe olemust ja teiselt poolt tRNA nukleotiidjärjestust, selgub igaüks 20 tüüpi aminohappetest. olema "määratud" ainult teatud tRNA-le, millel on antud iseloomulik nukleotiidide kombinatsioon.
Skemaatiliselt on valgu biosünteesi protsessi mõned aspektid, nii palju kui me neid täna esindame, toodud joonisel fig. 19.
Siin on esiteks selge, et messenger-RNA molekul on ühendatud ribosoomiga või, nagu öeldakse, on ribosoomi "programmeeritud" messenger-RNA. Igal ajahetkel paikneb ainult suhteliselt lühike mRNA ahela segment otse ribosoomis endas. Kuid just see segment võib ribosoomi osalusel suhelda adapter-RNA molekulidega. Ja siin mängib taas peamist rolli komplementaarsuse põhimõte, millest eespool juba kaks korda juttu oli.
See on selgitus mehhanismile, miks rangelt määratletud aminohape vastab mRNA ahela antud tripletile. On näha, et kui iga aminohape mRNA-l oma kolmiku ära tunneb, on vajalik vahelüli ehk adapter adapter-RNA (tRNA).
Diagrammil edasi (vt joonis 19) on selge, et ribosoomis on lisaks äsja arutatud tRNA molekulile koos seotud aminohappega veel üks tRNA molekul. Kuid erinevalt ülalkirjeldatud tRNA molekulist on see tRNA molekul kinnitatud oma otsast sünteesiprotsessis oleva valgu (polüpeptiid) ahela otsa. See olukord peegeldab valgumolekuli sünteesi ajal ribosoomides toimuvate sündmuste dünaamikat. Seda dünaamikat võib ette kujutada järgmiselt. Alustame teatud vahemomendist, mis kajastub diagrammil ja mida iseloomustab juba ehitama hakanud valguahela olemasolu, sellega seotud tRNA, mis on just sisenenud ribosoomi ja kontakteerunud uue tRNA molekuli kolmikuga. sellele vastav aminohape. Ilmselt juba tRNA molekuli kinnitumine mRNA kolmiku külge, mis asub ribosoomi antud kohas, viib sellise vastastikuse orientatsiooni ja tiheda kontakti aminohappejäägi ja ehitatava valguahela vahel, et nende vahel tekib kovalentne side. Ühendus toimub selliselt, et konstrueeritava valguahela ots, mis on diagrammil tRNA külge kinnitatud, kantakse sellelt tRNA-lt üle saabuva aminoatsüül-tRNA aminohappejäägile. Selle tulemusel vabaneb "parem" tRNA, mis on täitnud "doonori" rolli, ja valguahel kantakse üle "aktseptorile" - "vasakule" (saabunud) aminoatsüül-tRNA-le, selle tulemusena pikeneb valguahel ühe aminohappe võrra ja kinnitub "vasaku" » tRNA külge. Pärast seda kantakse "vasakpoolne" tRNA koos sellega seotud mRNA nukleotiidide kolmikuga "paremale", seejärel nihkub siit välja eelmine "doonor" tRNA molekul ja jätab ribosoomid oma kohale. ilmub uus tRNA koos valmimisjärgus oleva valguahelaga, mis on pikenenud ühe aminohappejäägi võrra ja mRNA ahel edeneb ribosoomi suhtes ühe tripleti võrra paremale. MRNA ahela ühe tripleti võrra paremale liikumise tulemusena tekib ribosoomi järgmine vaba kolmik (UUU) ja sellega liitub kohe vastavalt komplementaarsusele vastav aminohappega tRNA (fenüülalanüül-tRNA). põhimõte. See põhjustab taas kovalentse (peptiid) sideme moodustumist ehitatava valguahela ja fenüülalaniini jäägi vahel ning sellele järgneb mRNA ahela liikumine ühe tripleti võrra paremale koos kõigi sellest tulenevate tagajärgedega jne. Nii tõmmatakse messenger-RNA ahel järjestikku, kolmik-tripleti haaval, läbi ribosoomi, mille tulemusena “loetakse” mRNA ahel ribosoomi poolt tervikuna algusest lõpuni. Samal ajal ja koos sellega toimub järjestikuste aminohapete kaupa valguahela kasv. Vastavalt sellele sisenevad aminohapetega tRNA molekulid üksteise järel ribosoomi ja ilma aminohapeteta tRNA molekulid väljuvad. Leides end lahuses väljaspool ribosoomi, ühinevad vabad tRNA molekulid taas aminohapetega ja kannavad need uuesti ribosoomi, liikudes seega ilma hävimise ja muutumiseta ringi.
MobiilneCORE
1. Interfaasilise tuuma üldised omadused. Kerneli funktsioonid
2.
3.
4.
1. Interfaasilise tuuma üldised omadused
Tuum on kõige olulisem komponent rakk, mida leidub peaaegu kõigis hulkrakseliste organismide rakkudes. Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid on kahe- ja mitmetuumalisi rakke (näiteks vöötlihaskiud). Kahetuumalised ja mitmetuumalised on määratud funktsionaalsete omadustega või patoloogiline seisund rakud. Tuuma kuju ja suurus on väga muutlikud ning sõltuvad organismi tüübist, tüübist, vanusest ja raku funktsionaalsest seisundist. Keskmiselt moodustab tuuma maht ligikaudu 10% raku kogumahust. Kõige sagedamini on tuum ümmargune või ovaalne kuju läbimõõduga 3 kuni 10 mikronit. Tuuma minimaalne suurus on 1 mikron (mõnedel algloomadel), maksimaalne 1 mm (mõnede kalade ja kahepaiksete mari). Mõnel juhul on tuuma kuju sõltuvus raku kujust. Tuum hõivab tavaliselt keskse positsiooni, kuid diferentseerunud rakkudes võib see nihkuda raku perifeersesse ossa. Peaaegu kogu eukarüootse raku DNA on koondunud tuuma.
Kerneli peamised funktsioonid on järgmised:
1) Geneetilise teabe säilitamine ja edastamine;
2) Valgu sünteesi, ainevahetuse ja energia reguleerimine rakus.
Seega ei ole tuum ainult geneetilise materjali hoidla, vaid ka koht, kus see materjal toimib ja paljuneb. Seetõttu põhjustab nende funktsioonide häirimine rakusurma. Kõik see näitab tuumastruktuuride juhtivat tähtsust nukleiinhapete ja valkude sünteesi protsessides.
Üks esimesi teadlasi, kes demonstreeris tuuma rolli raku elus, oli saksa bioloog Hammerling. Hammerling kasutas katseobjektina suuri üherakulisi vetikaid Atsetobulaariamediterranea ja A.crenulata. Need tihedalt seotud liigid eristuvad üksteisest selgelt nende "korgi" kuju järgi. Varre põhjas on tuum. Mõnes katses eraldati kübar varre alumisest osast. Selle tulemusena leiti, et mütsi normaalseks arenguks on vajalik tuum. Teistes katsetes ühendati ühe vetikaliigi tuumaga vars teise liigi tuumata varrega. Saadud kimääridel tekkis alati sellele liigile, millesse tuum kuulus, tüüpiline kübar.
Interfaaside tuuma üldine struktuur on kõigis rakkudes ühesugune. Tuum koosneb tuumaümbris, kromatiin, nukleoolid, tuumavalgu maatriks ja karüoplasma (nukleoplasma). Neid komponente leidub peaaegu kõigis eukarüootsete ühe- ja mitmerakuliste organismide mittejagunevates rakkudes.
2. Tuuma ümbris, struktuur ja funktsionaalne väärtus
Tuumaümbris (karüolemma, karüoteka) koosneb välimisest ja sisemisest tuumamembraanist paksusega 7 nm. Nende vahel asub perinukleaarne ruum laius 20 kuni 40 nm. Tuumaümbrise peamised keemilised komponendid on lipiidid (13-35%) ja valgud (50-75%). Väikeses koguses DNA-d (0-8%) ja RNA-d (3-9%) leidub ka tuumamembraanides. Tuumamembraane iseloomustatakse suhteliselt madal sisaldus kolesterool ja kõrge fosfolipiidide tase. Tuumaümbris on otseselt seotud endoplasmaatilise retikulumi ja tuuma sisuga. Sellega külgnevad mõlemalt poolt võrgutaolised struktuurid. Sisemist tuumamembraani vooderdav võrgulaadne struktuur on õhukese membraani välimusega ja seda nimetatakse tuuma kiht. Tuuma kiht toetab membraani ja kontakteerub kromosoomide ja tuuma RNA-dega. Välist tuumamembraani ümbritsev võrgutaoline struktuur on palju vähem kompaktne. Välimine tuumamembraan on täis ribosoomid, mis osalevad valkude sünteesis. Tuumaümbris sisaldab arvukalt umbes 30-100 nm läbimõõduga poore. Tuumapooride arv sõltub rakutüübist, rakutsükli staadiumist ja konkreetsest hormonaalsest olukorrast. Seega mida intensiivsemad on sünteetilised protsessid rakus, seda rohkem on tuumamembraanis poore. Tuumapoorid on üsna labiilsed struktuurid, st olenevalt välismõjudest on nad võimelised muutma oma raadiust ja juhtivust. Pooriava on täidetud keerukalt organiseeritud kera- ja fibrillaarsete struktuuridega. Membraani perforatsioonide ja nende struktuuride kogumit nimetatakse tuumapooride kompleksiks. Keerulisel pooride kompleksil on kaheksanurkne sümmeetria. Tuumaümbrises oleva ümmarguse augu piiril on kolm rida graanuleid, igas 8 tükki: üks rida sisaldab vahendit tuuma poole kontseptuaalsete mudelite koostamiseks, teine on vahend tsütoplasma poole kontseptuaalsete mudelite koostamiseks. , kolmas asub pooride keskosas. Graanulite suurus on umbes 25 nm. Graanulitest ulatuvad fibrillaarsed protsessid. Sellised fibrillid, mis ulatuvad perifeersetest graanulitest, võivad koonduda keskele ja luua justkui vaheseina, diafragma üle poori. Ava keskel on sageli näha nn keskset graanulit.
Tuumatsütoplasmaatiline transport
Substraadi translokatsiooni protsess läbi tuumapoori (impordi korral) koosneb mitmest etapist. Esimeses etapis ankurdatakse transpordikompleks tsütoplasma poole suunatud fibrillile. Seejärel fibrill paindub ja viib kompleksi tuumapooride kanali sissepääsuni. Toimub kompleksi tegelik translokatsioon ja vabanemine karüoplasmasse. Tuntud on ka pöördprotsess – ainete ülekandmine tuumast tsütoplasmasse. See puudutab peamiselt ainult tuumas sünteesitud RNA transporti. On ka teine viis ainete transportimiseks tuumast tsütoplasmasse. Seda seostatakse tuumamembraani väljakasvude moodustumisega, mida saab tuumast vakuoolide kujul eraldada ja seejärel nende sisu välja valada või tsütoplasmasse vabaneda.
Seega toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel peamiselt kahel viisil: läbi pooride ja nöörimise teel.
Tuumamembraani funktsioonid:
1. Barjäär.See funktsioon on eraldada tuuma sisu tsütoplasmast. Selle tulemusena eralduvad RNA/DNA sünteesi ja valgusünteesi protsessid ruumiliselt.
2. Transport.Tuumaümbris reguleerib aktiivselt makromolekulide transporti tuuma ja tsütoplasma vahel.
3. Korraldamine.Tuumaümbrise üks peamisi funktsioone on selle osalemine tuumasisese korra loomises.
3. Kromatiini ja kromosoomide ehitus ja funktsioonid
Pärilikkusaine võib rakutuumas esineda kahes struktuurses ja funktsionaalses olekus:
1. Kromatiin.See on dekondenseeritud, metaboolselt aktiivne olek, mis on loodud toetama transkriptsiooni- ja reduplikatsiooniprotsesse interfaasis.
2. Kromosoomid.See on maksimaalselt kondenseeritud, kompaktne, metaboolselt inaktiivne olek, mis on mõeldud geneetilise materjali jaotamiseks ja transportimiseks tütarrakkudesse.
Kromatiin.Raku tuumas tuvastatakse tiheda aine tsoonid, mis on põhivärvidega hästi värvitud. Neid struktuure nimetatakse "kromatiiniks" (kreeka keelest "chromo"– värv, värv). Interfaaside tuumade kromatiin esindab kromosoome, mis on dekondenseerunud olekus. Kromosoomide kondenseerumise aste võib varieeruda. Nimetatakse täieliku dekondensatsiooni tsoone eukromatiin. Mittetäieliku dekondensatsiooni korral nimetatakse kondenseerunud kromatiini alasid heterokromatiin. Kromatiini dekondensatsiooni aste interfaasis peegeldab selle struktuuri funktsionaalset koormust. Mida “hajusamalt” kromatiin faasidevahelises tuumas jaotub, seda intensiivsemad on selles sünteetilised protsessid. VähendadaRNA sünteesiga rakkudes kaasneb tavaliselt kondenseerunud kromatiini tsoonide suurenemine.Kondenseerunud kromatiini maksimaalne kondenseerumine saavutatakse mitootilise rakkude jagunemise ajal. Sel perioodil ei täida kromosoomid mingeid sünteetilisi funktsioone.
Keemiliselt koosneb kromatiin DNA-st (30-45%), histoonidest (30-50%), mittehistoonvalkudest (4-33%) ja vähesel määral RNA-st.Eukarüootsete kromosoomide DNA on lineaarne molekul, mis koosneb tandemina (üksteise järel) paiknevatest replikonitest. erinevad suurused. Keskmine suurus replikon on umbes 30 µm. Replikonid on DNA lõigud, mis sünteesitakse sõltumatute üksustena. Replikonitel on DNA sünteesi algus- ja lõpp-punkt. RNA esindab kõiki teadaolevaid rakulisi RNA tüüpe, mis on sünteesi- või küpsemisprotsessis. Histoonid sünteesitakse tsütoplasma polüsoomidel ja see süntees algab mõnevõrra varem kui DNA reduplikatsioon. Sünteesitud histoonid migreeruvad tsütoplasmast tuuma, kus nad seonduvad DNA osadega.
Struktuurselt on kromatiin desoksüribonukleoproteiini (DNP) molekulide filamentne kompleks, mis koosneb histoonidega seotud DNA-st. Kromatiini niit on DNA kaksikheeliks, mis ümbritseb histooni südamikku. See koosneb korduvatest ühikutest – nukleosoomidest. Nukleosoomide arv on tohutu.
Kromosoomid(kreeka keelest chromo ja soma) on raku tuuma organellid, mis on geenide kandjad ja määravad rakkude ja organismide pärilikud omadused.
Kromosoomid on üsna püsiva paksusega erineva pikkusega vardakujulised struktuurid. Neil on esmane kitsendustsoon, mis jagab kromosoomi kaheks haruks.Kromosoome, mille väärtus on võrdne, nimetatakse metatsentriline, ebavõrdse pikkusega õlgadega - submetatsentriline. Nimetatakse väga lühikese, peaaegu märkamatu teise käega kromosoome akrotsentriline.
Esmase ahenemise piirkonnas on tsentromeer, mis on kettakujuline lamellstruktuur. Tsentromeeri külge on kinnitatud mitootilise spindli mikrotuubulite kimbud, mis kulgevad tsentrioolide suunas. Need mikrotuubulite kimbud osalevad mitoosi ajal kromosoomide liikumises raku poolustele. Mõnel kromosoomil on sekundaarne ahenemine. Viimane asub tavaliselt kromosoomi distaalse otsa lähedal ja eraldab väikese piirkonna, satelliidi. Sekundaarseid kitsendusi nimetatakse nukleolaarseteks organisaatoriteks. Siin paikneb rRNA sünteesi eest vastutav DNA. Kromosoomide käed lõpevad telomeeridega, terminaalsete piirkondadega. Kromosoomide telomeersed otsad ei ole võimelised ühenduma teiste kromosoomide või nende fragmentidega. Seevastu kromosoomide katkised otsad võivad olla kinnitatud teiste kromosoomide samade katkiste otste külge.
Erinevate organismide kromosoomide suurus on väga erinev. Seega võib kromosoomide pikkus varieeruda 0,2 kuni 50 mikronini. Väikseimad kromosoomid on leitud mõnedel algloomadel ja seentel. Kõige pikemad on mõnedel ortopteralistel putukatel, kahepaiksetel ja liiliatel. Inimese kromosoomide pikkus jääb vahemikku 1,5-10 mikronit.
Kromosoomide arv erinevates objektides varieerub samuti oluliselt, kuid on tüüpiline igale looma- või taimeliigile. Mõnes radiolaarias ulatub kromosoomide arv 1000-1600-ni. Taimede rekordiomanik kromosoomide arvu poolest (umbes 500) on kõrreline sõnajalg, millel on 308 kromosoomi. mooruspuu. Väikseim arv kromosoome (2 diploidse komplekti kohta) on täheldatud malaariaplasmoodiumil, hobuse ümarussil. Inimestel on kromosoomide arv 46,šimpansides, prussakates ja paprikates– 48, Drosophila äädikakärbes – 8, majakärbes – 12, karpkala – 104, kuusk ja mänd – 24, tuvi – 80.
Karüotüüp (kreeka keelest Karion - tuum, pähkli tuum, operaatorid - muster, kuju) on teatud liigile iseloomulike kromosoomikomplekti omaduste kogum (kromosoomide arv, suurus, kuju).
Sama liigi eri soost isendid (eriti loomad) võivad kromosoomide arvu poolest erineda (erinevus on enamasti üks kromosoom). Isegi lähedaste liikide puhul erinevad kromosoomikomplektid üksteisest kas kromosoomide arvu või vähemalt ühe või mitme kromosoomi suuruse poolest.Seetõttu võib karüotüübi struktuur olla taksonoomiline tunnus.
20. sajandi teisel poolel hakati kasutusele võtma kromosoomianalüüsi kromosoomide diferentsiaalse värvimise meetodid. Arvatakse, et üksikute kromosoomipiirkondade värvimisvõime on seotud nende keemiliste erinevustega.
4. Nucleolus. Karüoplasma. Tuumavalgu maatriks
Tuum (nucleolus) on eukarüootsete organismide raku tuuma oluline komponent. Siiski on mõned erandid. Seega puuduvad kõrgelt spetsialiseerunud rakkudes, eriti mõnedes vererakkudes, tuumad. Tuum on tihe ümar keha, mille suurus on 1-5 mikronit. Erinevalt tsütoplasma organellidest ei ole tuumal membraani, mis ümbritseb selle sisu. Tuuma suurus peegeldab selle funktsionaalse aktiivsuse astet, mis varieerub suuresti erinevad rakud. Tuum on kromosoomi derivaat. Tuum koosneb valgust, RNA-st ja DNA-st. RNA kontsentratsioon nukleoolides on alati suurem kui RNA kontsentratsioon raku teistes komponentides. Seega võib RNA kontsentratsioon tuumas olla 2-8 korda suurem kui tuumas ja 1-3 korda suurem kui tsütoplasmas. Tänu kõrge sisaldus RNA ja nukleoolid värvitakse hästi aluseliste värvainetega. Tuuma DNA moodustab suuri silmuseid, mida nimetatakse "nukleolaarseteks organisaatoriteks". Neist oleneb nukleoolide moodustumine ja arv rakkudes. Tuum on oma struktuurilt heterogeenne. See paljastab kaks põhikomponenti: granulaarne ja fibrillaarne. Graanulite läbimõõt on umbes 15-20 nm, fibrillide paksus– 6-8 nm. Fibrillaarne komponent võib koonduda tuuma keskosas ja granuleeritud komponent - piki perifeeriat. Sageli moodustab granuleeritud komponent filamentseid struktuure - nukleoloneeme paksusega umbes 0,2 μm. Nukleoolide fibrillaarne komponent on ribosoomi prekursorite ribonukleoproteiini ahelad ja graanulid on küpsevad ribosoomi subühikud. Tuuma ülesandeks on ribosomaalse RNA (rRNA) ja ribosoomide moodustamine, millel tsütoplasmas toimub polüpeptiidahelate süntees. Ribosoomide moodustumise mehhanism on järgmine: nukleolaarse organisaatori DNA-le moodustub rRNA prekursor, mis on nukleolaarses tsoonis valguga kaetud. Nukleolaarses tsoonis toimub ribosomaalsete subühikute kokkupanek. Aktiivselt toimivates nukleoolides sünteesitakse 1500-3000 ribosoomi minutis. Tuuma ribosoomid sisenevad tuumaümbrises olevate pooride kaudu endoplasmaatilise retikulumi membraanidesse. Nukleoolide arv ja moodustumine on seotud nukleoolide organisaatorite aktiivsusega. Muutused nukleoolide arvus võivad toimuda nukleoolide liitumise või raku kromosomaalse tasakaalu nihke tõttu. Tuumad sisaldavad tavaliselt mitut tuuma. Mõnede rakkude tuumad (vesiliku munarakud) sisaldavad suur hulk tuumakesed. Seda nähtust nimetatakse võimendus. See seisneb kvaliteedijuhtimissüsteemide korraldamises, nii et toimub nukleolaarse organisaatori tsooni ülepaljunemine, arvukad koopiad lahkuvad kromosoomidest ja muutuvad täiendavalt töötavateks nukleoolideks. See protsess on vajalik tohutu hulga ribosoomide kogumiseks muna kohta. See tagab embrüo arengu varases staadiumis isegi uute ribosoomide sünteesi puudumisel. Superarvukad nukleoolid kaovad pärast munaraku küpsemist.
Tuuma saatus raku jagunemise ajal. Kui r-RNA süntees profaasis laguneb, nukleool lõdveneb ja valmis ribosoomid vabanevad karüoplasmasse ja seejärel tsütoplasmasse. Kromosoomide kondenseerumisel on tuuma fibrillaarne komponent ja osa graanulitest tihedalt seotud nende pinnaga, moodustades mitootiliste kromosoomide maatriksi aluse. See fibrillaarne-granulaarne materjal kandub kromosoomide kaudu tütarrakkudesse. Varajases telofaasis vabanevad maatriksi komponendid kromosoomide dekondenseerumisel. Selle fibrillaarne osa hakkab kogunema arvukateks väikesteks partneriteks - pretuumadeks, mis võivad üksteisega ühineda. Kui RNA süntees taastub, muutuvad prenukleoolid normaalselt funktsioneerivateks tuumadeks.
Karüoplasma(kreeka keelest< карион > – pähkel, pähklituum) või tuumamahl, mis on struktuuritu poolvedela massi kujul, mis ümbritseb kromatiini ja nukleoole. Tuumamahl sisaldab valke ja erinevaid RNA-sid.
Tuumavalgu maatriks (tuuma skelett) - tuumasisene raamistik, mis säilitab faasidevahelise tuuma üldise struktuuri, ühendades kõik tuumakomponendid. See on lahustumatu materjal, mis jääb pärast biokeemilisi ekstraheerimisi tuuma. Sellel ei ole selget morfoloogilist struktuuri ja see koosneb 98% ulatuses valkudest.