La biologia molecolare si occupa dello studio della struttura e delle funzioni delle molecole di sostanze organiche che compongono le cellule viventi di piante, animali e esseri umani. Un posto speciale tra questi è dato a un gruppo di composti chiamati acidi nucleici (nucleari).
Esistono due tipi: acido desossiribonucleico (DNA) e acido ribonucleico. Quest'ultimo ha diverse modifiche: i-RNA, t-RNA e r-RNA, che differiscono per le loro funzioni e posizione nella cellula. Questo articolo è dedicato allo studio delle seguenti domande: dove viene sintetizzato l'rRNA nelle cellule procariotiche ed eucariotiche, qual è la sua struttura e significato.
Sfondo storico
La prima menzione scientifica dell'acido ribosomiale può essere trovata negli studi di R. Weinberg e S. Penman negli anni '60 del XX secolo, che descrissero brevi molecole polinucleotidiche correlate agli acidi ribonucleici, ma differenti per struttura spaziale e coefficiente di sedimentazione dall'informazione e dall'RNA di trasporto. Molto spesso, le loro molecolesi trova nel nucleolo, così come negli organelli cellulari - ribosomi responsabili della sintesi delle proteine cellulari. Erano chiamati ribosomiali (acidi ribonucleici ribosomiali).
Caratteristiche dell'RNA
L'acido ribonucleico, come il DNA, è un polimero i cui monomeri sono nucleotidi di 4 tipi: adenina, guanina, uracile e citidina, collegati da legami fosfodiestere in lunghe molecole a singolo filamento, attorcigliate a forma di spirale o con conformazioni più complesse. Ci sono anche acidi ribonucleici ribosomiali a doppio filamento che si trovano nei virus contenenti RNA e che duplicano le funzioni del DNA: la conservazione e la trasmissione dei tratti ereditari.
Tre tipi di acidi sono più comuni nella cellula, questi sono: matrice, o informativo, RNA, acido ribonucleico ribosomiale di trasporto, a cui sono attaccati gli amminoacidi, così come acido ribosomiale, situato nel nucleolo e nella cellula citoplasma.
L'RNA ribosomiale costituisce circa l'80% della quantità totale di acidi ribonucleici nella cellula e il 60% della massa del ribosoma, un organoide che sintetizza le proteine cellulari. Tutte le specie di cui sopra sono sintetizzate (trascritte) in determinate sezioni del DNA, chiamate geni RNA. Nel processo di sintesi sono coinvolte le molecole di un enzima speciale, l'RNA polimerasi. Il luogo nella cellula in cui viene sintetizzato l'rRNA è il nucleolo, situato nel carioplasmakernel.
Nucleolo, il suo ruolo nella sintesi
Nella vita di una cellula, chiamata ciclo cellulare, c'è un periodo tra le sue divisioni - interfase. In questo momento, corpi densi di una struttura granulare, chiamati nucleoli, sono chiaramente visibili nel nucleo cellulare, che sono una componente indispensabile sia delle cellule vegetali che animali.
In biologia molecolare, è stato stabilito che i nucleoli sono gli organelli in cui viene sintetizzato l'rRNA. Ulteriori ricerche da parte dei citologi hanno portato alla scoperta di sezioni di DNA cellulare, in cui sono stati trovati i geni responsabili della struttura e della sintesi degli acidi ribosomiali. Erano chiamati gli organizzatori nucleolari.
Organizzatore nucleare
Fino agli anni '60 del XX secolo, c'era un'opinione in biologia secondo cui l'organizzatore nucleolare, situato nel sito della costrizione secondaria nella 13a, 14a, 15a, 21a e 22a coppia di cromosomi, avesse la forma di un unico sito. Gli scienziati coinvolti nello studio del danno cromosomico, chiamato aberrazioni, hanno scoperto che al momento della rottura del cromosoma nel sito della costrizione secondaria, si verifica la formazione di nucleoli su ciascuna delle sue parti.
Quindi, possiamo affermare quanto segue: l'organizzatore nucleolare è costituito non da uno, ma da più loci (geni) responsabili della formazione del nucleolo. È in esso che vengono sintetizzati gli acidi ribonucleici ribosomiali rRNA, che formano subunità di organelli cellulari che sintetizzano le proteine - ribosomi.
Cosa sono i ribosomi?
Come accennato in precedenza, tutti e tre i tipi principaliL'RNA esiste nella cellula, dove vengono sintetizzati in determinati siti: i geni del DNA. L'RNA ribosomiale formato a seguito della trascrizione forma complessi con proteine - ribonucleoproteine, da cui si formano le parti costituenti del futuro organello, le cosiddette subunità. Attraverso i pori della membrana nucleare, passano nel citoplasma e formano in esso le strutture combinate, che includono anche molecole di i-RNA e t-RNA, chiamate polisomi.
Gli stessi ribosomi possono essere separati sotto l'azione degli ioni calcio ed esistono separatamente come subunità. Il processo inverso si verifica nei compartimenti del citoplasma cellulare, dove avvengono i processi di traduzione: l'assemblaggio di molecole proteiche cellulari. Più la cellula è attiva, più intensi sono i processi metabolici al suo interno, più ribosomi contiene. Ad esempio, le cellule del midollo osseo rosso, gli epatociti dei vertebrati e gli esseri umani sono caratterizzati da un gran numero di questi organelli nel citoplasma.
Come vengono codificati i geni rRNA?
Sulla base di quanto sopra, la struttura, i tipi e il funzionamento dei geni rRNA dipendono dagli organizzatori nucleolari. Contengono loci contenenti geni che codificano per l'RNA ribosomiale. O. Miller, conducendo ricerche sull'oogenesi nelle cellule di tritone, ha stabilito il meccanismo del funzionamento di questi geni. Da essi sono state sintetizzate copie di rRNA (i cosiddetti trascrittori primari), contenenti circa 13x103 nucleotidi ed aventi un coefficiente di sedimentazione di 45 S. Successivamente questa catena ha subito un processo di maturazione, che si è concluso con la formazione di treMolecole di rRNA con coefficienti di sedimentazione di 5, 8 S, 28 S e 18 S.
Meccanismo di formazione dell'rRNA
Torniamo agli esperimenti di Miller, che ha studiato la sintesi dell'RNA ribosomiale e ha dimostrato che il DNA nucleolare funge da stampo (matrice) per la formazione di rRNA - un trascrittore. Ha anche stabilito che il numero di acidi ribosomiali immaturi (pre-r-RNA) che si formano dipende dal numero di molecole dell'enzima RNA polimerasi. Quindi avviene la loro maturazione (elaborazione) e le molecole di rRNA iniziano immediatamente a legarsi ai peptidi, determinando la formazione di una ribonucleoproteina, il materiale da costruzione del ribosoma.
Caratteristiche degli acidi ribosomiali nelle cellule eucariotiche
Avendo gli stessi principi di struttura e meccanismi funzionali comuni, i ribosomi degli organismi procariotici e nucleari presentano ancora differenze citomolecolari. Per scoprirlo, gli scienziati hanno utilizzato un metodo di ricerca chiamato analisi di diffrazione dei raggi X. È stato riscontrato che la dimensione del ribosoma eucariotico, e quindi l'rRNA in esso incluso, è maggiore e il coefficiente di sedimentazione è 80 S. L'organello, perdendo ioni magnesio, può essere diviso in due subunità con indicatori di 60 S e 40 S. Una piccola particella contiene una molecola di acido e una grande - tre, cioè le cellule nucleari contengono ribosomi costituiti da 4 eliche polinucleotidiche di acido delle seguenti caratteristiche: 28 S RNA - 5 mila nucleotidi, 18 S - 2 mila 5 S - 120 nucleotidi, 5, 8 S - 160. Il sito in cui l'rRNA viene sintetizzato nelle cellule eucariotiche è il nucleolo, situato nel carioplasma del nucleo.
RNA ribosomiale dei procarioti
A differenza di r-RNA,entrando nelle cellule nucleari, gli acidi ribonucleici ribosomiali dei batteri vengono trascritti in un'area compattata del citoplasma contenente DNA e chiamata nucleoide. Contiene geni rRNA. La trascrizione, la cui caratteristica generale può essere rappresentata come un processo di riscrittura di informazioni dall'rRNA dei geni del DNA in una sequenza nucleotidica dell'acido ribonucleico ribosomiale, tenendo conto della regola di complementarità del codice genetico: l'adenina nucleotide corrisponde all'uracile e alla guanina alla citosina.
I batteri R-RNA hanno un peso molecolare inferiore e dimensioni inferiori a quelle delle cellule nucleari. Il loro coefficiente di sedimentazione è 70 S e le due subunità hanno valori di 50 S e 30 S. La particella più piccola contiene una molecola di rRNA e quella più grande ne contiene due.
Il ruolo dell'acido ribonucleico nel processo di traduzione
La funzione principale dell'r-RNA è garantire il processo di biosintesi delle proteine cellulari - traduzione. Viene effettuato solo in presenza di ribosomi contenenti r-RNA. Combinandosi in gruppi, si legano alla molecola informazionale del DNA, formando un polisoma. Molecole dell'acido ribonucleico ribosomiale di trasporto, che trasportano amminoacidi, che, una volta nel polisoma, si legano l'un l' altro mediante legami peptidici, formano un polimero - proteina. È il composto organico più importante della cellula, che svolge molte importanti funzioni: costruzione, trasporto, energia, enzimatico, protettivo e di segnalazione.
Questo articolo ha esaminato le caratteristiche, la struttura e la descrizione degli acidi nucleici ribosomiali, che sonobiopolimeri organici di cellule vegetali, animali e umane.
