Де синтезується рРНК. Рибосомні рибонуклеїнові кислоти рРНК: характеристика, будова та опис

Молекулярна біологія займається вивченням будови і функцій молекул органічних речовин, що входять до складу живих клітин рослин, тварин і людини. Особливе місце серед них відводиться групи сполук, названих нуклеїновими (ядерними) кислотами. Розрізняють два виду: дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) і рибонуклеиновую. Остання має кілька модифікацій: і-РНК, т-РНК і р-РНК, що розрізняються своїми функціями і місцем локалізації в клітині. Дана стаття присвячена вивченню наступних питань: де синтезується рРНК в прокариотических і еукариотичних клітинах, яке її будова та значення.

Історична довідка

Перші наукові згадки про рибосомной кислоті можна знайти в дослідженнях Р. Вайнберга і Ш. Пенмана в 60-х роках XX століття, які описали короткі полинуклеотидные молекули, що відносяться до рибонуклеиновым кислот, але які відрізняються просторовою будовою і коефіцієнтом седиментації від інформаційних і транспортних РНК. Найчастіше їх молекули знаходили у складі ядерця, а також в клітинних органелах – рибосомах, відповідають за синтез клітинного білка. Їх назвали рибосомными (рибосомні рибонуклеїнових кислоти).

Характеристика РНК

Рибонуклеїнова кислота, як і ДНК, являє собою полімер, мономерами яких є нуклеотиди 4-х видів: адениновый, гуаниновый, урациловый і цитидиновый, сполучені фосфодиэфирными зв'язками в довгі одноцепочные молекули, закручені у вигляді спіралі або мають більш складні конформації. Існують і дволанцюгові рибосомні рибонуклеїнових кислоти, що зустрічаються у РНК-вмісних вірусів та дублюючі функції ДНК: збереження і передачу спадкових ознак.
Три види кислот зустрічаються в клітці найбільш часто, це: матрична, або інформаційна, РНК, транспортна рибосомна рибонуклеїнова кислота, до якої приєднуються амінокислоти, а також рибосомальная кислота, що знаходиться в ядрышке і клітинній цитоплазмі. Рибосомна РНК становить близько 80% від загальної кількості рибонуклеїнових кислот у клітині і 60% маси рибосоми – органоида, що синтезує клітинний білок. Всі перераховані вище види синтезуються (транскрибуються) на визначених ділянках ДНК, названих РНК-генами. У процесі синтезу задіяні молекули спеціального ферменту – РНК-полімерази. Місце в клітці, де синтезується рРНК, – це ядерце, що розташоване в кариоплазме ядра.

Ядерце, його роль у синтезі

У житті клітини, що називається клітинним циклом, розрізняють період між її розподілами – интерфазу. У цей час у клітинному ядрі добре видно щільні тільця зернистої структури, звані ядерцями і є обов'язковим компонентом як рослинної, так і тваринної клітини. В молекулярної біології було встановлено, що ядерця є тими органеллами, де синтезується рРНК. Подальші дослідження цитологов привели до відкриття дільниць клітинної ДНК, в якій були виявлені гени, відповідальні за будову і синтез рибосомних кислот. Їх назвали ядрышковым організатором.

Ядришковий організатор

До 60-х років XX століття в біології існувала думка про те, що ядришковий організатор, який перебуває на місці вторинної перетяжки в 131415 21 і 22-й парах хромосом, має вид одиничного ділянки. Вчені, які займаються вивченням хромосомних пошкоджень, званих абераціями, встановили, що в момент розриву хромосоми на ділянці вторинної перетяжки відбувається формування ядерець на кожній з її частин.
Таким чином, можна стверджувати наступне: ядришковий організатор складається не з одного, а з декількох локусів (генів), що відповідають за формування ядерця. Саме в ньому синтезуються рибосомні рибонуклеїнових кислоти рРНК, утворюють субодиниці белоксинтезирующих органел клітини – рибосом.

Що таке рибосоми?

Як вже було сказано раніше, всі три основних види РНК існують в клітці, де вони синтезуються на певних ділянках – генах ДНК. Утворилися в результаті транскрипції рибосомні РНК формують комплекси з білками – рибонуклеопротеиды, з яких утворюються складові частини майбутньої органели, так звані субодиниці. Через пори в ядерній мембрані вони переходять в цитоплазму і формують в ній об'єднані структури, що включає в себе ще й молекули і-РНК, т-РНК, звані полисомами. Самі рибосоми можуть розділятися під дією іонів кальцію і існувати окремо у вигляді субодиниць. Зворотний процес відбувається в компартментах клітинної цитоплазми, де протікають процеси трансляції – складання молекул клітинних білків. Чим активніше клітка, чим інтенсивніше в ній протікають процеси обміну речовин, тим більше рибосом вона містить. Наприклад, клітини червоного кісткового мозку, гепатоцити хребетних тварин і людини характеризуються великою кількістю цих органел у цитоплазмі.

Як кодуються гени р-РНК?

Виходячи з вищесказаного, будова, види та функціонування генів рРНК залежать від ядерцевих організаторів. У них розташовуються локуси, що містять гени, що кодують рибосомную РНК. О. Міллер, проводячи дослідження овогенеза в клітинах тритонів, встановив механізм функціонування цих генів. З них синтезувалися копії р-РНК (так звані первинні транскриптанты), що містять близько 13х103 нуклеотидів і мають коефіцієнт седиментації 45 S. Потім ця ланцюг проходила процес дозрівання, що закінчується утворенням трьох молекул р-РНК з коефіцієнтами седиментації 58 S, 28 S і 18 S.

Механізм утворення р-РНК

Повернемося до дослідів Міллера, який досліджував синтез рибосомних РНК і довів, що ядрышковое ДНК служить шаблоном (матрицею) для утворення р-РНК – транскриптанта. Він же встановив, що від кількості молекул ферменту РНК-полімерази залежить чисельність незрілих рибосомальних кислот (пре-р-РНК), які утворюються. Потім відбувається їх дозрівання (процесинг), і молекули р-РНК тут же починають зв'язуватися з пептидами, в результаті утворюється рибонуклеопротеид – будівельний матеріал рибосоми.

Особливості рибосомних кислот еукариотичних кліток

Маючи єдині принципи будови та загальні функціональні механізми, рибосоми прокариотических і ядерних організмів все ж мають цитомолекулярные відмінності. Щоб їх з'ясувати, вчені застосували метод дослідження, званий рентгеноструктурним аналізом. Було з'ясовано, що величина эукариотической рибосоми, а значить, і р-РНК, що входять до неї, і більше коефіцієнт седиментації дорівнює 80 S. Органелла, втрачаючи іони магнію, що може поділятися на дві субодиниці з показниками 60 S і 40 S. Мала частинка містить одну молекулу кислоти, а велика - три, тобто ядерні клітини містять рибосоми, що складаються з 4-х полінуклеотидних спіралей кислоти наступних характеристик: 28 S РНК – 5 тис. нуклеотидів, 18 S – 2 тис. 5 S – 120 нуклеотидів, 58 S – 160. Ділянка, де синтезується рРНК в еукариотичних клітинах – це ядерце, розташоване в кариоплазме ядра.

Рибосомні РНК прокаріотів

На відміну від р-РНК, що входять до ядерні клітини, рибосомальные рибонуклеїнових кислоти бактерій транскрибуються на ущільненому ділянці цитоплазми, містить ДНК і званим нуклеоидом. Він містить гени рРНК. Транскрипція, загальна характеристика якої може бути представлена у вигляді процесу переписування інформації з р-РНК генів ДНК послідовність нуклеотидів рибосомной рибонуклеїнової кислоти з урахуванням правила комплементарності генетичного коду: адениновый нуклеоитид відповідає урациловому, а гуаниновый – цитозиновому. Р-РНК бактерії мають меншу молекулярну масу і більш дрібні розміри, ніж у ядерних клітин. Їх коефіцієнт седиментації 70 S, а дві субодиниці мають показники 50 S і 30 S. Менша частка містить одну молекулу р-РНК, а велика – дві.

Роль рибонуклеїнової кислоти в процесі трансляції

Головною функцією р-РНК є забезпечення процесу біосинтезу клітинного білка – трансляції. Вона здійснюється тільки за наявності рибосом, що містять р-РНК. Об'єднуючись у групи, вони зв'язуються з молекулою інформаційної ДНК, утворюючи полисому. До неї з цитоплазми клітини підходять молекули транспортної рибосомной рибонуклеїнової кислоти, несучі амінокислоти, які, потрапивши в полисому, зв'язуються між собою пептидними зв'язками, утворюючи полімер – білок. Він є найважливішим органічним з'єднанням клітини, що виконує безліч важливих функцій: будівельну, транспортну, енергетичну, ферментативну, захисну і сигнальну. У даній статті були розглянуті характеристика, будова та опис рибосомних нуклеїнових кислот, які є органічними биополимерами клітин рослин, тварин і людини.