Il tempo in cui viviamo è segnato da incredibili cambiamenti, enormi progressi, quando le persone ottengono risposte a sempre più nuove domande. La vita avanza rapidamente e ciò che fino a poco tempo sembrava impossibile sta cominciando a realizzarsi. È del tutto possibile che quella che oggi sembra essere una trama del genere fantascientifico acquisisca presto anche i connotati della re altà.
Una delle scoperte più importanti della seconda metà del XX secolo è stata quella degli acidi nucleici RNA e DNA, grazie ai quali l'uomo si è avvicinato a svelare i misteri della natura.
Acidi nucleici
Gli acidi nucleici sono composti organici con proprietà macromolecolari. Sono composti da idrogeno, carbonio, azoto e fosforo.
Furono scoperti nel 1869 da F. Miescher, che esaminò il pus. Tuttavia, a quel tempo la sua scoperta non ebbe molta importanza. Solo più tardi, quando questi acidi sono stati trovati in tutte le cellule animali e vegetali, è arrivata la comprensione del loro enorme ruolo.
Ci sono due tipi di acidi nucleici: RNA e DNA (ribonucleico e desossiribonucleicoacidi). Questo articolo riguarda l'acido ribonucleico, ma per una comprensione generale, consideriamo anche cos'è il DNA.
Cos'è l'acido desossiribonucleico?
Il DNA è un acido nucleico costituito da due filamenti che sono collegati secondo la legge di complementarità da legami idrogeno di basi azotate. Lunghe catene sono attorcigliate a spirale, un giro contiene quasi dieci nucleotidi. Il diametro della doppia elica è di due millimetri, la distanza tra i nucleotidi è di circa mezzo nanometro. La lunghezza di una molecola a volte raggiunge diversi centimetri. La lunghezza del DNA del nucleo di una cellula umana è di quasi due metri.
La struttura del DNA contiene tutte le informazioni genetiche. Il DNA ha la replicazione, il che significa il processo durante il quale due molecole figlie assolutamente identiche si formano da una molecola.
Come già notato, la catena è costituita da nucleotidi, che a loro volta sono costituiti da basi azotate (adenina, guanina, timina e citosina) e da un residuo di acido fosforico. Tutti i nucleotidi differiscono in basi azotate. Il legame idrogeno non si verifica tra tutte le basi; l'adenina, ad esempio, può combinarsi solo con timina o guanina. Pertanto, ci sono tanti nucleotidi adenilici nel corpo quanti sono i nucleotidi timidilici e il numero di nucleotidi guanile è uguale ai nucleotidi citidilici (regola di Chargaff). Si scopre che la sequenza di una catena predetermina la sequenza di un' altra e le catene sembrano rispecchiarsi a vicenda. Tale schema, in cui i nucleotidi di due catene sono disposti in modo ordinato, e sono anche collegati selettivamente, è chiamatoil principio di complementarietà. Oltre ai composti dell'idrogeno, la doppia elica interagisce anche idrofobicamente.
Due catene sono in direzioni opposte, cioè si trovano in direzioni opposte. Pertanto, di fronte all'estremità tre' di uno è l'estremità cinque' dell' altra catena.
Esteriormente, la molecola di DNA assomiglia a una scala a chiocciola, la cui ringhiera è una spina dorsale di zucchero-fosfato, e i gradini sono basi di azoto complementari.
Cos'è l'acido ribonucleico?
L'RNA è un acido nucleico con monomeri chiamati ribonucleotidi.
Nelle proprietà chimiche, è molto simile al DNA, poiché entrambi sono polimeri di nucleotidi, che sono un N-glicoside fosforilato, che è costruito su un residuo pentoso (zucchero a cinque atomi di carbonio), con un gruppo fosfato su il quinto atomo di carbonio e una base di azoto al primo atomo di carbonio.
È una singola catena polinucleotidica (fatta eccezione per i virus), che è molto più corta di quella del DNA.
Un monomero di RNA è costituito dai residui delle seguenti sostanze:
- basi di azoto;
- monosaccaride a cinque atomi di carbonio;
- acidi di fosforo.
Gli RNA hanno basi pirimidiniche (uracile e citosina) e purine (adenina, guanina). Il ribosio è il monosaccaride del nucleotide dell'RNA.
Differenze tra RNA e DNA
Gli acidi nucleici differiscono tra loro nei seguenti modi:
- la sua quantità in una cellula dipende dallo stato fisiologico, dall'età e dall'appartenenza all'organo;
- Il DNA contiene carboidratidesossiribosio e RNA - ribosio;
- La base azotata nel DNA è la timina e nell'RNA è l'uracile;
- le classi svolgono funzioni diverse, ma sono sintetizzate sulla matrice del DNA;
- Il DNA è a doppia elica, l'RNA è a singolo filamento;
- non tipico per le sue regole di DNA Chargaff;
- L'RNA ha più basi minori;
- Le catene variano significativamente in lunghezza.
Cronologia dello studio
La cellula RNA è stata scoperta per la prima volta dal biochimico tedesco R. Altman mentre studiava le cellule di lievito. A metà del ventesimo secolo, il ruolo del DNA nella genetica è stato dimostrato. Solo allora furono descritti i tipi di RNA, le funzioni e così via. Fino all'80-90% della massa cellulare ricade sull'rRNA, che insieme alle proteine forma il ribosoma e partecipa alla biosintesi delle proteine.
Negli anni Sessanta del secolo scorso, fu suggerito per la prima volta che ci dovesse essere una certa specie che trasporta l'informazione genetica per la sintesi proteica. Successivamente, è stato scientificamente stabilito che esistono tali acidi ribonucleici informativi che rappresentano copie complementari di geni. Sono anche chiamati RNA messaggeri.
I cosiddetti acidi di trasporto sono coinvolti nella decodifica delle informazioni in essi registrate.
In seguito, iniziarono a essere sviluppati metodi per identificare la sequenza dei nucleotidi e stabilire la struttura dell'RNA nello spazio acido. Quindi si è scoperto che alcuni di essi, chiamati ribozimi, possono fendere le catene poliribonucleotidiche. Di conseguenza, si iniziò a presumere che nel momento in cui la vita stava emergendo sul pianeta,L'RNA ha funzionato senza DNA e proteine. Inoltre, tutte le trasformazioni sono state effettuate con la sua partecipazione.
La struttura della molecola di acido ribonucleico
Quasi tutti gli RNA sono catene singole di polinucleotidi, che, a loro volta, sono costituite da monoribonucleotidi - basi puriniche e pirimidiniche.
I nucleotidi sono indicati dalle lettere iniziali delle basi:
- adenine (LA), LA;
- guanina (G), G;
- citosina (C), C;
- uracile (U), U.
Sono legati da legami a tre e cinque fosfodiestere.
Il numero più vario di nucleotidi (da alcune decine a decine di migliaia) è incluso nella struttura dell'RNA. Possono formare una struttura secondaria costituita principalmente da brevi fili a doppio filamento formati da basi complementari.
Struttura di una molecola di acido ribnucleico
Come già accennato, la molecola ha una struttura a singolo filamento. L'RNA riceve la sua struttura e forma secondaria come risultato dell'interazione dei nucleotidi tra loro. È un polimero il cui monomero è un nucleotide costituito da uno zucchero, un residuo di acido fosforo e una base azotata. Esternamente, la molecola è simile a una delle catene del DNA. I nucleotidi adenina e guanina, che fanno parte dell'RNA, sono purine. La citosina e l'uracile sono basi pirimidiniche.
Processo di sintesi
Per la sintesi di una molecola di RNA, il modello è una molecola di DNA. È vero, si verifica anche il processo inverso, quando si formano nuove molecole di acido desossiribonucleico sulla matrice dell'acido ribonucleico. Talesi verifica durante la replica di alcuni tipi di virus.
Le basi per la biosintesi possono fungere anche da altre molecole di acido ribonucleico. La sua trascrizione, che avviene nel nucleo cellulare, coinvolge molti enzimi, ma il più significativo di essi è l'RNA polimerasi.
Viste
A seconda del tipo di RNA, anche le sue funzioni differiscono. Ci sono diversi tipi:
- i-RNA informativo;
- rRNA ribosomiale;
- trasporto t-RNA;
- minore;
- ribozimi;
- virale.
Acido ribonucleico informativo
Tali molecole sono anche chiamate matrice. Costituiscono circa il due per cento del totale nella cella. Nelle cellule eucariotiche, vengono sintetizzati nei nuclei su modelli di DNA, quindi passano nel citoplasma e si legano ai ribosomi. Inoltre, diventano modelli per la sintesi proteica: sono uniti da RNA di trasferimento che trasportano gli amminoacidi. È così che avviene il processo di trasformazione dell'informazione, che si realizza nella struttura unica della proteina. In alcuni RNA virali, è anche un cromosoma.
Jacob e Mano sono gli scopritori di questa specie. Non avendo una struttura rigida, la sua catena forma anelli curvi. Non funzionante, i-RNA si raccoglie in pieghe e si piega in una palla e si apre in condizioni di lavoro.
i-RNA trasporta informazioni sulla sequenza di aminoacidi nella proteina che viene sintetizzata. Ogni amminoacido è codificato in una posizione specifica utilizzando codici genetici che sono:
- tripletismo - da quattro mononucleotidi è possibile costruire sessantaquattro codoni (codice genetico);
- non incrociati - le informazioni si spostano in una direzione;
- continuità - il principio di funzionamento è che un mRNA è una proteina;
- universalità - l'uno o l' altro tipo di aminoacido è codificato in tutti gli organismi viventi allo stesso modo;
- degenerazione - Sono noti venti aminoacidi e sessantuno codoni, ovvero sono codificati da diversi codici genetici.
Acido ribonucleico ribosomiale
Tali molecole costituiscono la stragrande maggioranza dell'RNA cellulare, vale a dire dall'ottanta al novanta percento del totale. Si combinano con le proteine e formano ribosomi - questi sono organelli che svolgono la sintesi proteica.
I ribosomi sono il sessantacinque percento di rRNA e il trentacinque percento di proteine. Questa catena polinucleotidica si ripiega facilmente insieme alla proteina.
Il ribosoma è costituito da regioni di amminoacidi e peptidi. Si trovano sulle superfici di contatto.
I ribosomi si muovono liberamente nella cellula, sintetizzando le proteine nei punti giusti. Non sono molto specifici e non solo possono leggere informazioni dall'mRNA, ma anche formare una matrice con essi.
Trasporto di acido ribonucleico
t-RNA è il più studiato. Costituiscono il dieci percento dell'acido ribonucleico cellulare. Questi tipi di RNA si legano agli amminoacidi grazie a uno speciale enzima e vengono consegnati ai ribosomi. Allo stesso tempo, gli amminoacidi vengono trasportati tramite trasportomolecole. Tuttavia, accade che codoni diversi codificano per un amminoacido. Quindi diversi RNA di trasporto li trasporteranno.
Si rannicchia in una palla quando è inattivo, ma funziona come un quadrifoglio.
In esso si distinguono le seguenti sezioni:
- gambo accettore avente la sequenza nucleotidica di ACC;
- sito per attaccarsi al ribosoma;
- un anticodone che codifica per l'amminoacido attaccato a questo tRNA.
Specie minori di acido ribonucleico
Recentemente, le specie di RNA sono state reintegrate con una nuova classe, il cosiddetto RNA piccolo. Sono molto probabilmente regolatori universali che attivano o disattivano i geni nello sviluppo embrionale, nonché i processi di controllo all'interno delle cellule.
Di recente sono stati identificati anche i ribozimi, che sono attivamente coinvolti quando l'acido dell'RNA viene fermentato, agendo da catalizzatore.
Tipi virali di acidi
Il virus può contenere acido ribonucleico o acido desossiribonucleico. Pertanto, con le molecole corrispondenti, sono detti contenenti RNA. Quando un tale virus entra in una cellula, si verifica la trascrizione inversa: nuovo DNA appare sulla base dell'acido ribonucleico, che è integrato nelle cellule, garantendo l'esistenza e la riproduzione del virus. In un altro caso, la formazione di RNA complementare avviene sull'RNA in ingresso. I virus sono proteine, l'attività vitale e la riproduzione procede senza DNA, ma solo sulla base delle informazioni contenute nell'RNA del virus.
Replica
Per migliorare la comprensione comune, è necessarioConsidera il processo di replicazione che produce due molecole di acido nucleico identiche. È così che inizia la divisione cellulare.
Coinvolge DNA polimerasi, DNA-dipendente, RNA polimerasi e DNA ligasi.
Il processo di replica consiste nei seguenti passaggi:
- despiralizzazione - c'è uno svolgimento sequenziale del DNA materno, catturando l'intera molecola;
- rottura dei legami idrogeno, in cui le catene divergono e appare un fork di replicazione;
- adeguamento dei dNTP alle basi rilasciate delle catene madri;
- scissione dei pirofosfati dalle molecole dNTP e formazione di legami fosforodiestere a causa dell'energia rilasciata;
- respirazione.
Dopo la formazione della molecola figlia, il nucleo, il citoplasma e il resto vengono divisi. Si formano così due cellule figlie che hanno ricevuto completamente tutte le informazioni genetiche.
Inoltre, la struttura primaria delle proteine sintetizzate nella cellula è codificata. Il DNA partecipa indirettamente a questo processo, e non diretto, che consiste nel fatto che è sul DNA che avviene la sintesi delle proteine, RNA coinvolti nella formazione. Questo processo è chiamato trascrizione.
Trascrizione
La sintesi di tutte le molecole avviene durante la trascrizione, cioè la riscrittura dell'informazione genetica da uno specifico operone del DNA. Il processo è simile alla replica per alcuni aspetti e molto diverso per altri.
Le somiglianze sono le seguenti parti:
- inizia con la despiralizzazione del DNA;
- Si verifica una rottura dell'idrogenocollegamenti tra le basi delle catene;
- NTF complementari a loro;
- Si formano legami idrogeno.
Differenze dalla replica:
- durante la trascrizione, solo la porzione di DNA corrispondente alla trascrizione è districata, mentre durante la replicazione, l'intera molecola è districata;
- quando trascritti, gli NTF sintonizzabili contengono ribosio e uracile invece di timina;
- Le informazioni vengono cancellate solo da una determinata area;
- dopo la formazione della molecola, i legami idrogeno e la catena sintetizzata si rompono e la catena scivola via dal DNA.
Per il normale funzionamento, la struttura primaria dell'RNA dovrebbe consistere solo in sezioni di DNA copiate dagli esoni.
Il processo di maturazione inizia nell'RNA appena formato. Le regioni silenziose vengono asportate e le regioni informative vengono fuse per formare una catena polinucleotidica. Inoltre, ogni specie ha le proprie trasformazioni.
In i-RNA, si verifica l'attaccamento all'estremità iniziale. Il poliadenilato è attaccato al sito finale.
Le basi del TRNA vengono modificate per formare specie minori.
Nell'rRNA, anche le singole basi sono metilate.
Proteggi le proteine dalla distruzione e migliora il trasporto al citoplasma. L'RNA maturo si lega a loro.
L'importanza degli acidi desossiribonucleico e ribonucleico
Gli acidi nucleici sono di grande importanza nella vita degli organismi. Viene immagazzinato in essi, trasferito nel citoplasma ed ereditato dalle cellule figlieinformazioni sulle proteine sintetizzate in ciascuna cellula. Sono presenti in tutti gli organismi viventi, la stabilità di questi acidi gioca un ruolo importante per il normale funzionamento sia delle cellule che dell'intero organismo. Qualsiasi cambiamento nella loro struttura porterà a cambiamenti cellulari.
