ביולוגיה מולקולרית עוסקת בחקר המבנה והתפקודים של מולקולות של חומרים אורגניים המרכיבים את התאים החיים של צמחים, בעלי חיים ובני אדם. מקום מיוחד ביניהם ניתן לקבוצת תרכובות הנקראות חומצות גרעין (גרעיניות).
ישנם שני סוגים: חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) וחומצה ריבונוקלאית. לאחרון יש מספר שינויים: i-RNA, t-RNA ו-r-RNA, הנבדלים בתפקודם ובמיקומם בתא. מאמר זה מוקדש ללימוד השאלות הבאות: היכן מסונתז rRNA בתאים פרוקריוטים ואיקריוטים, מה המבנה והמשמעות שלו.
רקע היסטורי
האזכור המדעי הראשון לחומצה ריבוזומלית ניתן למצוא במחקריהם של ר' ויינברג וס' פנמן בשנות ה-60 של המאה ה-XX, שתיארו מולקולות פולינוקלאוטידים קצרות הקשורות לחומצות ריבונוקלאיות, אך שונות במבנה המרחבי ובמבנה המרחבי. מקדם שיקוע מ-RNA מידע ותחבורה. לרוב, המולקולות שלהםנמצא בגרעין, כמו גם באברוני התא - ריבוזומים האחראים לסינתזה של חלבון תאי. הם נקראו ריבוזומליים (חומצות ריבונוקלאיות ריבוזומליות).
מאפיין RNA
חומצה ריבונוקלאית, כמו DNA, היא פולימר, שהמונומרים שלו הם נוקלאוטידים מ-4 סוגים: אדנין, גואנין, אורציל וציטידין, המחוברים בקשרים פוספודיסטר למולקולות חד-גדיליות ארוכות, מעוותות בצורה של ספירלה או בעלי קונפורמציות מורכבות יותר. קיימות גם חומצות ריבונוקלאיות ריבוזומליות דו-גדיליות המצויות בנגיפים המכילים RNA ומשכפלות את תפקידי ה-DNA: שימור והעברה של תכונות תורשתיות.
שלושה סוגי חומצות נפוצים ביותר בתא, אלו הם: מטריקס, או מידע, RNA, חומצה ריבוזומלית ריבונוקלאית תחבורה, אליה מחוברות חומצות אמינו, וכן חומצה ריבוזומלית, הממוקמת בגרעין ובתא. ציטופלזמה.
Ribosomal RNA מהווה כ-80% מהכמות הכוללת של חומצות ריבונוקלאיות בתא ו-60% מהמסה של הריבוזום, אורגנואיד שמסנתז חלבון תאי. כל המינים לעיל מסונתזים (מתועתקים) בחלקים מסוימים של ה-DNA, הנקראים גנים של RNA. בתהליך הסינתזה מעורבות מולקולות של אנזים מיוחד, RNA פולימראז. המקום בתא שבו מסונתז rRNA הוא הגרעין, הממוקם בקאריופלזמהגרעינים.
Nucleolus, תפקידו בסינתזה
בחייו של תא, הנקרא מחזור התא, ישנה תקופה בין חלוקותיו - אינטרפאזה. בשלב זה, גופים צפופים בעלי מבנה גרגירי, הנקראים נוקלאולי, נראים בבירור בגרעין התא, שהם מרכיב הכרחי בתאי צמחים ובעלי חיים כאחד.
בביולוגיה מולקולרית, הוכח שהנוקלאולים הם האברונים שבהם מסונתז rRNA. מחקר נוסף של ציטולוגים הוביל לגילוי קטעים של DNA תאי, שבהם נמצאו גנים האחראים למבנה ולסינתזה של חומצות ריבוזומליות. הם נקראו המארגן הגרעיני.
מארגן גרעיני
עד שנות ה-60 של המאה העשרים, הייתה דעה בביולוגיה שלמארגן הגרעין, הממוקם באתר ההיצרות המשנית בזוגות ה-13, ה-14, ה-15, ה-21 וה-22 של הכרומוזומים, יש את הצורה. של אתר בודד. מדענים המעורבים בחקר הנזק הכרומוזומלי, הנקרא סטיות, מצאו שברגע שבירת הכרומוזומים במקום ההתכווצות המשנית, היווצרות נוקלאולי מתרחשת בכל אחד מחלקיו.
לכן, אנו יכולים לציין את הדברים הבאים: המארגן הגרעיני מורכב לא מאחד, אלא מכמה לוקוסים (גנים) האחראים על היווצרות הגרעין. בו מסונתזות rRNA של חומצות ריבונוקלאיות ריבוזומליות, היוצרות יחידות משנה של אברוני תאים המסנתזים חלבון - ריבוזומים.
מהם ריבוזומים?
כפי שהוזכר קודם לכן, כל שלושת הסוגים העיקרייםRNA קיים בתא, שם הם מסונתזים באתרים מסוימים - גנים של DNA. ה-RNA הריבוזומלי שנוצר כתוצאה מתעתוק יוצר קומפלקסים עם חלבונים - ריבונוקלאופרוטאין, שמהם נוצרים החלקים המרכיבים של האברון העתידי, מה שנקרא יחידות משנה. דרך הנקבוביות בממברנה הגרעינית הן עוברות לתוך הציטופלזמה ויוצרות בה את המבנים המשולבים, הכוללים גם מולקולות של i-RNA ו-t-RNA, המכונות פוליזומים.
ניתן להפריד את הריבוזומים עצמם בפעולת יוני סידן ולהתקיים בנפרד כיחידות משנה. התהליך ההפוך מתרחש בתאים של ציטופלזמת התא, שם מתרחשים תהליכי התרגום - הרכבה של מולקולות חלבון תאי. ככל שהתא פעיל יותר, התהליכים המטבוליים בו חזקים יותר, כך הוא מכיל יותר ריבוזומים. לדוגמה, תאים של מח העצם האדום, הפטוציטים של בעלי חוליות ובני אדם מאופיינים במספר רב של אברונים אלה בציטופלזמה.
איך מקודדים גנים של rRNA?
בהתבסס על האמור לעיל, המבנה, הסוגים והתפקוד של גנים rRNA תלויים במארגנים גרעיניים. הם מכילים לוקוסים המכילים גנים המקודדים ל-RNA ריבוזומלי. O. Miller, עורך מחקר על אוגנזה בתאי ניוט, קבע את מנגנון התפקוד של גנים אלה. עותקים של rRNA (מה שנקרא תעתיק ראשוני) סונתזו מהם, המכילים כ-13x103 נוקלאוטידים ובעלי מקדם שקיעה של 45 S. לאחר מכן, שרשרת זו עברה תהליך הבשלה, שהסתיים בהיווצרות של שלושהמולקולות rRNA עם מקדמי שקיעה של 5, 8 S, 28 S ו-18 S.
מנגנון של יצירת rRNA
נחזור לניסויים של מילר, שחקר את הסינתזה של RNA ריבוזומלי והוכיח ש-DNA גרעיני משמש כתבנית (מטריקס) ליצירת rRNA - מתעתק. הוא גם קבע שמספר החומצות הריבוזומליות הבלתי בשלות (פרה-r-RNA) שנוצרות תלוי במספר המולקולות של האנזים RNA פולימראז. אז מתרחשת ההבשלה (העיבוד) שלהם, ומולקולות rRNA מתחילות מיד להיקשר לפפטידים, וכתוצאה מכך נוצר ריבונוקלאופרוטאין, חומר הבניין של הריבוזום.
תכונות של חומצות ריבוזומליות בתאים איקריוטיים
עם אותם עקרונות של מבנה ומנגנונים תפקודיים משותפים, לריבוזומים של אורגניזמים פרוקריוטיים וגרעיניים עדיין יש הבדלים ציטומולקולריים. כדי לגלות זאת, מדענים השתמשו בשיטת מחקר הנקראת ניתוח עקיפה של קרני רנטגן. נמצא שגודלו של הריבוזום האיקריוטי, ומכאן ה-rRNA הכלול בו, גדול יותר ומקדם השקיעה הוא 80 S. ניתן לחלק את האברון, המאבד יוני מגנזיום, לשתי יחידות משנה עם אינדיקטורים של 60 S ו-40 S חלקיק קטן מכיל מולקולה אחת של חומצה, ואחד-שלושה גדול, כלומר, תאים גרעיניים מכילים ריבוזומים המורכבים מ-4 סלילי פולינוקלאוטידים של חומצה עם המאפיינים הבאים: 28 S RNA - 5 אלף נוקלאוטידים, 18 S - 2,000 5 S - 120 נוקלאוטידים, 5, 8 S - 160. האתר שבו מסונתז rRNA בתאים איקריוטים הוא הגרעין, הממוקם בקאריופלזמה של הגרעין.
רנ"א ריבוזומלי של פרוקריוטים
בניגוד ל-r-RNA,בכניסה לתאי הגרעין, חומצות הריבו-נוקלאיות הריבוזומליות של חיידקים מתעתקות באזור דחוס של הציטופלזמה המכילה DNA ונקראים נוקלואיד. הוא מכיל גנים של rRNA. שעתוק, המאפיין הכללי שלו יכול להיות מיוצג כתהליך של שכתוב מידע מ-rRNA של גנים של DNA לרצף נוקלאוטידים של חומצה ריבונוקלאית ריבוזומלית, תוך התחשבות בכלל ההשלמה של הקוד הגנטי: אדנין נוקלאואיטיד מתאים לאורציל, וגואנין לציטוזין.
לחיידקי R-RNA יש משקל מולקולרי נמוך יותר וגודל קטן יותר מזה של תאים גרעיניים. מקדם השקיעה שלהם הוא 70 S, ולשתי יחידות המשנה יש ערכים של 50 S ו-30 S. החלקיק הקטן יותר מכיל מולקולת rRNA אחת, והגדול יותר מכיל שניים.
תפקיד החומצה הריבונוקלאית בתהליך התרגום
תפקידו העיקרי של r-RNA הוא להבטיח את תהליך הביוסינתזה של חלבון תאי - תרגום. זה מתבצע רק בנוכחות ריבוזומים המכילים r-RNA. בשילוב לקבוצות, הם נקשרים למולקולת ה-DNA המידע, ויוצרים פוליזום. מולקולות של חומצה ריבונוקלאית ריבונוקלאית התחבורה, הנושאות חומצות אמינו, שברגע שהן נמצאות בפוליזום, נקשרות זו לזו על ידי קשרים פפטידים, יוצרות פולימר - חלבון. זוהי התרכובת האורגנית החשובה ביותר של התא, אשר מבצעת פונקציות חשובות רבות: בנייה, הובלה, אנרגיה, אנזימטית, הגנה ואיתות.
מאמר זה בחן את המאפיינים, המבנה והתיאור של חומצות גרעין ריבוזומליות, שהןביו-פולימרים אורגניים של תאים צמחיים, בעלי חיים ובני אדם.
