Os ácidos nucleicos são substâncias de alto peso molecular que consistem em mononucleotídeos, que são conectados entre si em uma cadeia polimérica por meio de ligações fosfodiéster de 3", 5" e são empacotados nas células de uma determinada maneira.

Os ácidos nucleicos são biopolímeros de dois tipos: ácido ribonucleico (RNA) e ácido desoxirribonucleico (DNA). Cada biopolímero consiste em nucleotídeos que diferem em um resíduo de carboidrato (ribose, desoxirribose) e uma das bases nitrogenadas (uracila, timina). De acordo com essas diferenças, os ácidos nucléicos receberam esse nome.

Estrutura do ácido ribonucleico

Estrutura primária do RNA

1. O RNA, diferentemente do DNA, contém ribose em vez de desoxirribose, que possui um grupo hidroxila adicional. O grupo hidroxila torna a estrutura de cadeia dupla menos compacta
2. Entre as quatro bases nitrogenadas principais ou principais (A, G, C e U), em vez da timina, está contida a uracila, que difere da timina apenas pela ausência de um grupo metil na 5ª posição. Devido a isso, a força da interação hidrofóbica no par A-U complementar diminui, o que também reduz a probabilidade de formação de moléculas estáveis ​​de cadeia dupla.
3. Finalmente, o RNA (especialmente o tRNA) possui um alto teor dos chamados. bases menores e nucleosídeos. Entre eles estão a diidrouridina (uracila não possui uma ligação dupla), pseudouridina (uracila está associada à ribose de maneira diferente do normal), dimetiladenina e dimetilguanina (nas bases nitrogenadas existem dois grupos metil adicionais) e muitos outros. Quase todas essas bases não podem participar de interações complementares. Assim, os grupos metil na dimetiladenina (ao contrário da timina e da 5-metilcitosina) estão localizados em um átomo que forma uma ligação de hidrogênio no par A-U; portanto, agora esta conexão não pode ser fechada. Isto também evita a formação de moléculas de cadeia dupla.

Assim, as conhecidas diferenças na composição do RNA do DNA são de grande importância biológica: afinal, as moléculas de RNA só podem desempenhar sua função em um estado de fita simples, o que é mais óbvio para o mRNA: é difícil imaginar como uma molécula de fita dupla poderia ser traduzida em ribossomos.

Ao mesmo tempo, embora permaneça única, em algumas áreas a cadeia de RNA pode formar alças, saliências ou “grampos” com uma estrutura de fita dupla (Fig. 1). Essa estrutura é estabilizada pela interação de bases nos pares A::U e G:::C. No entanto, pares “incorretos” também podem se formar (por exemplo, G U), e em alguns lugares há “grampos” e nenhuma interação ocorre. Essas alças podem conter (especialmente em tRNA e rRNA) até 50% de todos os nucleotídeos. O conteúdo total de nucleotídeos no RNA varia de 75 unidades a muitos milhares. Mas mesmo os maiores RNAs são várias ordens de magnitude mais curtos que o DNA cromossômico.

A estrutura primária do mRNA é copiada de uma seção de DNA contendo informações sobre a estrutura primária da cadeia polipeptídica. A estrutura primária de outros tipos de RNA (tRNA, rRNA, RNA raro) é a cópia final do programa genético dos genes de DNA correspondentes.

Estruturas secundárias e terciárias do RNA

Os ácidos ribonucléicos (RNA) são moléculas de fita simples, portanto, diferentemente do DNA, suas estruturas secundárias e terciárias são irregulares. Essas estruturas, definidas como a conformação espacial de uma cadeia polinucleotídica, são formadas principalmente por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas entre bases nitrogenadas. Se a molécula de DNA nativa for caracterizada por uma hélice estável, então a estrutura do RNA é mais diversa e lábil. A análise de difração de raios X mostrou que seções individuais da cadeia polinucleotídica do RNA, dobrando-se, enrolam-se para formar estruturas intra-hélices. A estabilização das estruturas é conseguida através do emparelhamento complementar de bases nitrogenadas de seções antiparalelas da cadeia; os pares específicos aqui são A-U, GC e, menos comumente, GU. Devido a isso, aparecem na molécula de RNA regiões de dupla hélice curta e longa, pertencentes à mesma cadeia; essas áreas são chamadas de grampos de cabelo. O modelo de estrutura secundária do RNA com elementos em gancho foi criado no final dos anos 50 - início dos anos 60. Século XX nos laboratórios de A. S. Spirin (Rússia) e P. Doty (EUA).

A formação de estruturas helicoidais é acompanhada por um efeito hipocrômico - uma diminuição na densidade óptica das amostras de RNA a 260 nm. A destruição dessas estruturas ocorre quando a força iônica da solução de RNA diminui ou quando ela é aquecida a 60-70°C; também é chamado de fusão e é explicado pela transição estrutural de uma hélice - uma bobina caótica, que é acompanhada por um aumento na densidade óptica da solução de ácido nucleico.

Existem vários tipos de RNA nas células:

1. RNA de informação (ou mensageiro) (mRNA ou mRNA) e seu antecessor - RNA nuclear heterogêneo (r-n-RNA)
2. RNA de transferência (tRNA) e seu precursor
3. ribossômico (rRNA) e seu precursor
4. RNA nuclear pequeno (sn-RNA)
5. RNA nucleolar pequeno (sno-RNA)
6. RNA de reconhecimento de sinal (srp-RNA)
7. micro-RNA (mi-RNA)
8. RNA mitocondrial (t+ RNA).

RNA nuclear e mensageiro heterogêneo

O RNA nuclear heterogêneo é característico exclusivamente de eucariotos. É o precursor do RNA mensageiro (mRNA), que transporta informações genéticas do DNA nuclear para o citoplasma. O RNA nuclear heterogêneo (pré-mRNA) foi descoberto pelo bioquímico soviético G. P. Georgiev. O número de tipos de r-RNA é igual ao número de genes, pois serve como cópia direta das sequências codificantes do genoma, por isso possui cópias de palíndromos de DNA, portanto sua estrutura secundária contém grampos e regiões lineares . No processo de transcrição do RNA do DNA, a enzima RNA polimerase II desempenha um papel fundamental.

O RNA mensageiro é formado como resultado do processamento (maturação) do r-RNA, durante o qual os grampos são cortados, as regiões não codificantes (íntrons) são excisadas e os éxons codificantes são colados.

O RNA mensageiro (i-RNA) é uma cópia de uma seção específica do DNA e atua como transportador da informação genética do DNA até o local de síntese protéica (ribossomos) e está diretamente envolvido na montagem de suas moléculas.

O RNA mensageiro maduro possui várias regiões com diferentes funções funcionais (Fig.)

• na extremidade 5" há um chamado "cap" ou cap - uma seção de um a quatro nucleotídeos modificados. Esta estrutura protege a extremidade 5" do mRNA das endonucleases
• após o “cap” há uma região não traduzida de 5" - uma sequência de várias dezenas de nucleotídeos. É complementar a uma das seções do r-RNA que faz parte da pequena subunidade do ribossomo. Devido a isso, é serve para a ligação primária do m-RNA ao ribossomo, mas não é transmitido
• o códon de iniciação é AUG, codificando metionina. Todos os mRNAs têm o mesmo códon de início. A tradução (leitura) do m-RNA começa com ele. Se a metionina não for necessária após a síntese da cadeia peptídica, ela geralmente será clivada de seu terminal N.
• O códon de início é seguido por uma porção codificadora, que contém informações sobre a sequência de aminoácidos da proteína. Em eucariotos, os m-RNAs maduros são monocistrônicos, ou seja, cada um deles carrega informações sobre a estrutura de apenas uma cadeia polipeptídica.

  Outra coisa é que às vezes a cadeia peptídica, logo após a formação no ribossomo, é cortada em várias cadeias menores. Isso acontece, por exemplo, durante a síntese de insulina e de vários hormônios oligopeptídicos.

  A parte codificadora do m-RNA maduro de eucariotos é desprovida de íntrons - quaisquer sequências não codificantes inseridas. Em outras palavras, existe uma sequência contínua de códons de sentido que devem ser lidos na direção 5" -> 3".

• No final desta sequência existe um códon de terminação - um dos três códons “sem sentido”: UAA, UAG ou UGA (ver tabela de código genético abaixo).
• Este códon pode ser seguido por outra região 3' não traduzida, que é significativamente mais longa que a região 5' não traduzida.
• Finalmente, quase todos os mRNAs eucarióticos maduros (exceto mRNAs de histonas) contêm um fragmento poli(A) de 150-200 nucleotídeos de adenila na extremidade 3''.

A região 3" não traduzida e o fragmento poli(A) estão relacionados à regulação da vida útil do m-RNA, uma vez que a destruição do m-RNA é realizada por exonucleases 3". Após o final da tradução do m-RNA, 10-15 nucleotídeos são clivados do fragmento poli(A). Quando este fragmento se esgota, uma parte significativa do mRNA começa a degradar-se (se faltar a região 3" não traduzida).

O número total de nucleotídeos no mRNA geralmente varia em vários milhares. Ao mesmo tempo, a parte codificadora às vezes pode representar apenas 60-70% dos nucleotídeos.

Nas células, as moléculas de mRNA estão quase sempre associadas a proteínas. Estes últimos provavelmente estabilizam a estrutura linear do mRNA, ou seja, evitam a formação de “grampos” na parte codificante. Além disso, as proteínas podem proteger o mRNA da destruição prematura. Esses complexos de mRNA com proteínas são às vezes chamados de informassomos.

O RNA transportador no citoplasma da célula transporta aminoácidos em forma ativada para os ribossomos, onde são combinados em cadeias peptídicas em uma sequência específica, que é especificada pela matriz de RNA (mRNA). Atualmente, são conhecidos dados de sequências de nucleotídeos para mais de 1.700 espécies de tRNA de organismos procarióticos e eucarióticos. Todos eles têm características comuns tanto na sua estrutura primária como na forma como a cadeia polinucleotídica é dobrada numa estrutura secundária devido à interacção complementar dos nucleótidos incluídos na sua estrutura.

Transcrição de tRNA

A transcrição das moléculas de tRNA ocorre a partir das sequências que as codificam no DNA com a participação da enzima RNA polimerase III. Durante a transcrição, a estrutura primária do tRNA é formada na forma de uma molécula linear. A formação começa com a compilação de uma sequência de nucleotídeos pela RNA polimerase de acordo com o gene que contém informações sobre esse RNA transportador. Esta sequência é uma cadeia polinucleotídica linear na qual os nucleotídeos se sucedem. A cadeia polinucleotídica linear é o RNA primário, o antecessor do tRNA, que inclui íntrons - excesso de nucleotídeos não informativos. Neste nível de organização, o pré-tRNA não é funcional. Formado em diferentes locais do DNA dos cromossomos, o pré-tRNA contém um excesso de aproximadamente 40 nucleotídeos em comparação com o tRNA maduro.

A segunda etapa é que o precursor de tRNA recém-sintetizado passe por maturação ou processamento pós-transcricional. Durante o processamento, os excessos não informativos no pré-RNA são removidos e moléculas maduras e funcionais de RNA são formadas.

Processamento pré-tRNA

O processamento começa com a formação de ligações de hidrogênio intramoleculares no transcrito e a molécula de tRNA assume a forma de um trevo. Este é o nível secundário de organização do tRNA, no qual a molécula de tRNA ainda não está funcional. Em seguida, as seções não informativas do pré-RNA são cortadas, as seções informativas dos “genes quebrados” são emendadas - splicing e modificação das seções terminais de 5" e 3" do RNA.

A excisão de seções não informativas do pré-RNA é realizada por meio de ribonucleases (exo e endonucleases). Após a remoção do excesso de nucleotídeos, as bases do tRNA são metiladas. A reação é realizada por metiltransferases. A S-adenosilmetionina atua como doadora de grupos metil. A metilação evita a destruição do tRNA pelas nucleases. O tRNA finalmente maduro é formado pela adição de um triplo específico de nucleotídeos (extremidade aceitadora) - CCA, que é realizada por uma RNA polimerase especial.

Após a conclusão do processamento, ligações de hidrogênio adicionais são formadas novamente na estrutura secundária, devido às quais o tRNA passa para o nível terciário de organização e assume a forma da chamada forma L. Nesta forma, o tRNA entra no hialoplasma.

Estrutura do tRNA

A estrutura do RNA de transferência é baseada em uma cadeia de nucleotídeos. Porém, devido ao fato de qualquer cadeia de nucleotídeos possuir partes carregadas positiva e negativamente, ela não pode estar em estado desdobrado na célula. Essas partes carregadas, sendo atraídas umas pelas outras, formam facilmente ligações de hidrogênio entre si de acordo com o princípio da complementaridade. As ligações de hidrogênio torcem intrinsecamente a fita de tRNA e a mantêm nesta posição. Como resultado, a estrutura secundária do t-RNA tem a aparência de uma “folha de trevo” (Fig.), contendo 4 seções de fita dupla em sua estrutura. Um alto teor de nucleotídeos menores ou modificados, observados na cadeia de tRNA e incapazes de interações complementares, forma 5 regiões de fita simples.

Que. A estrutura secundária do tRNA é formada como resultado do emparelhamento intracadeia de nucleotídeos complementares de seções individuais do tRNA. Regiões de tRNA que não estão envolvidas na formação de ligações de hidrogênio entre nucleotídeos formam alças ou unidades lineares. As seguintes regiões estruturais são distinguidas no tRNA:

1. Site aceitante (fim), consistindo de quatro nucleotídeos dispostos linearmente, três dos quais possuem a mesma sequência em todos os tipos de tRNA - CCA. A hidroxila 3"-OH da adenosina é livre. Um aminoácido está ligado a ela pelo grupo carboxila, daí o nome desta região de tRNA - aceitador. O aminoácido tRNA ligado ao grupo 3"-hidroxila da adenosina é entregue para os ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas.
2. Laço anticódon, geralmente formado por sete nucleotídeos. Ele contém um trio de nucleotídeos específicos para cada tRNA, denominado anticódon. O anticódon do tRNA emparelha com o códon do mRNA de acordo com o princípio da complementaridade. As interações códon-anticódon determinam a ordem dos aminoácidos na cadeia polipeptídica durante sua montagem nos ribossomos.
3. Alça pseudouridil (ou alça TΨC), consistindo em sete nucleotídeos e contendo necessariamente um resíduo de ácido pseudouridílico. Supõe-se que a alça pseudouridil esteja envolvida na ligação do tRNA ao ribossomo.
4. Diidrouridina ou D-loop, geralmente consistindo de 8-12 resíduos de nucleotídeos, entre os quais há sempre vários resíduos de diidrouridina. Acredita-se que a alça D seja necessária para a ligação à aminoacil-tRNA sintetase, que está envolvida no reconhecimento de seu tRNA por um aminoácido (ver “Biossíntese de proteínas”),
5. Loop adicional, que varia em tamanho e composição de nucleotídeos para diferentes tRNAs.

A estrutura terciária do tRNA não tem mais o formato de uma folha de trevo. Devido à formação de ligações de hidrogênio entre nucleotídeos de diferentes partes da “folha do trevo”, suas pétalas são enroladas no corpo da molécula e mantidas nesta posição por ligações adicionais de van der Waals, lembrando o formato da letra G ou L. A presença de uma estrutura terciária estável é outra característica deste -RNA, em oposição aos longos polinucleotídeos lineares m-RNA. Você pode entender exatamente como diferentes partes da estrutura secundária do t-RNA se dobram durante a formação da estrutura terciária observando a figura comparando as cores dos diagramas da estrutura secundária e terciária do t-RNA.

Os RNAs de transferência (tRNAs) transportam aminoácidos do citoplasma para os ribossomos durante a síntese de proteínas. Na tabela com o código genético pode-se observar que cada aminoácido é codificado por diversas sequências de nucleotídeos, portanto cada aminoácido possui seu próprio RNA transportador. Como resultado, existe uma grande variedade de tRNAs: de um a seis tipos para cada um dos 20 aminoácidos. Os tipos de tRNA que podem se ligar ao mesmo aminoácido são chamados de isoaceitadores (por exemplo, a alanina pode ser ligada a um tRNA cujo anticódon será complementar aos códons GCU, GCC, GCA, GCG). A especificidade de um tRNA é indicada por um sobrescrito, por exemplo: tRNA Ala.

Para o processo de síntese proteica, as principais partes funcionais do t-RNA são: o anticódon - sequência de nucleotídeos localizada na alça do anticódon, complementar ao códon do RNA mensageiro (i-RNA) e a parte aceitadora - o final do o t-RNA oposto ao anticódon, ao qual um aminoácido está ligado. A sequência de bases no anticódon depende diretamente do tipo de aminoácido ligado à extremidade 3". Por exemplo, um tRNA cujo anticódon possui a sequência 5"-CCA-3" só pode transportar o aminoácido triptofano. Deve ser observou que essa dependência está baseada na transmissão de informação genética, cujo portador é o t-RNA.

Durante a síntese proteica, o anticódon do tRNA reconhece a sequência de três letras do código genético (códon) do mRNA, combinando-a com o único aminoácido correspondente ligado à outra extremidade do tRNA. Somente se o anticódon for complementar à seção de mRNA o RNA transportador poderá se ligar a ele e doar o aminoácido transferido para a formação de uma cadeia proteica. A interação de t-RNA e mRNA ocorre no ribossomo, que também é um participante ativo na tradução.

O reconhecimento do T-RNA de seu aminoácido e códon de i-RNA ocorre de uma certa maneira:

• A ligação do “seu” aminoácido ao t-RNA ocorre com a ajuda de uma enzima - uma aminoacil-tRNA sintetase específica

  Há uma grande variedade de aminoacil-tRNA sintetases, dependendo do número de tRNAs usados ​​pelos aminoácidos. Eles são chamados ARSases, abreviadamente. As aminoacil-tRNA sintetases são moléculas grandes (peso molecular 100.000 - 240.000) com estrutura quaternária. Eles reconhecem especificamente tRNA e aminoácidos e catalisam sua combinação. Este processo requer ATP, cuja energia é usada para ativar o aminoácido da extremidade carboxila e ligá-lo à hidroxila (3"-OH) da extremidade aceitadora de adenosina (ATC) do tRNA. Acredita-se que na molécula de cada aminoacil-tRNA sintetase existem centros de ligação em pelo menos três centros de ligação: para aminoácidos, tRNAs isoaceitadores e ATP. Nos centros de ligação, a formação de uma ligação covalente ocorre quando o aminoácido corresponde ao tRNA, e o hidrólise de tal ligação em caso de incompatibilidade (fixação do aminoácido “errado” ao tRNA).

  APCases têm a capacidade de usar seletivamente uma variedade de tRNAs para cada aminoácido durante o reconhecimento, ou seja, O principal elemento de reconhecimento é o aminoácido, e seu próprio tRNA é ajustado a ele. Em seguida, o tRNA, por difusão simples, transfere o aminoácido a ele ligado para os ribossomos, onde a proteína é montada a partir de aminoácidos fornecidos na forma de diferentes aminoacil-tRNAs.

  

  Ligação de aminoácidos ao tRNA

  A ligação do tRNA e do aminoácido ocorre da seguinte forma (Fig.): um aminoácido e uma molécula de ATP são adicionados à aminoacil-tRNA sintetase. Para a aminoacelação subsequente, a molécula de ATP libera energia removendo dois grupos fosfato. O AMP (monofosfato de adenosina) restante se liga ao aminoácido, preparando-o para se combinar com o sítio aceitador do tRNA, o grampo aceitador. A sintetase então liga o tRNA relacionado correspondente ao aminoácido. Nesta fase, a correspondência da tRNA sintetase é verificada. Se corresponder, o tRNA se liga firmemente à sintetase, alterando sua estrutura, o que leva ao lançamento do processo de aminoacetilação - a adição de um aminoácido ao tRNA.

  A aminoacilação ocorre no processo de substituição de uma molécula de AMP ligada a um aminoácido por uma molécula de tRNA. Após esta substituição, o AMP deixa a sintetase e o tRNA é retido para uma verificação final do aminoácido.

  Verificando se o tRNA corresponde ao aminoácido anexado

  O modelo de sintetase para verificar a correspondência do tRNA com o aminoácido anexado pressupõe a presença de dois centros ativos: sintético e de correção. No centro sintético, o tRNA está ligado a um aminoácido. O sítio aceitador do tRNA capturado pela sintetase entra em contato primeiro com o centro sintético, que já contém um aminoácido conectado ao AMP. Este contato do sítio aceitador de tRNA dá-lhe uma curvatura não natural até que o aminoácido seja ligado. Depois que o aminoácido é ligado ao sítio aceitador do tRNA, a necessidade desse sítio estar no centro sintético desaparece; o tRNA se endireita e move o aminoácido ligado a ele para o centro de correção. Se o tamanho da molécula de aminoácido ligada ao tRNA não corresponder ao tamanho do centro de correção, o aminoácido é reconhecido como incorreto e é desconectado do tRNA. A sintetase está pronta para o próximo ciclo. Quando o tamanho da molécula de aminoácido ligada ao tRNA coincide com o tamanho do centro de correção, o tRNA carregado com o aminoácido é liberado: está pronto para desempenhar seu papel na tradução da proteína. E a sintetase está pronta para anexar novos aminoácidos e tRNAs e recomeçar o ciclo.

  A combinação de um aminoácido inadequado com uma sintetase ocorre em média em 1 caso em 50 mil, e com um tRNA errado apenas uma vez em 100 mil ligações.

• A interação de um códon de m-RNA e um anticódon de t-RNA ocorre de acordo com o princípio de complementaridade e antiparalelismo

  A interação do tRNA com um códon do mRNA de acordo com o princípio da complementaridade e antiparalelismo significa: como o significado do códon do mRNA é lido na direção 5"->3", o anticódon no tRNA deve ser lido na direção 3"- >5" direção. Neste caso, as duas primeiras bases do códon e do anticódon são emparelhadas de forma estritamente complementar, ou seja, apenas são formados os pares A U e G C. O emparelhamento de terceiras bases pode desviar-se deste princípio. Os pares válidos são determinados pelo esquema:

  O seguinte segue do diagrama.

  • Uma molécula de tRNA liga-se apenas ao códon tipo 1 se o terceiro nucleotídeo em seu anticódon for C ou A.
  • O tRNA se liga a 2 tipos de códons se o anticódon terminar em U ou G.
  • E finalmente, o tRNA se liga a 3 tipos de códons se o anticódon terminar em I (nucleotídeo inosina); Esta situação ocorre, em particular, no tRNA de alanina.

    A partir daqui, por sua vez, segue-se que o reconhecimento de 61 códons de sentido requer, em princípio, não os mesmos, mas um número menor de tRNAs diferentes.

  RNA ribossômico

  

  Os RNAs ribossômicos são a base para a formação das subunidades ribossômicas. Os ribossomos garantem o arranjo espacial de mRNA e tRNA durante a síntese protéica.

  Cada ribossomo consiste em uma subunidade grande e uma pequena. As subunidades incluem um grande número de proteínas e RNAs ribossômicos que não sofrem tradução. Os ribossomos, assim como os RNAs ribossômicos, diferem em seu coeficiente de sedimentação, medido em unidades Svedberg (S). Este coeficiente depende da taxa de sedimentação das subunidades durante a centrifugação em meio aquoso saturado.

  Cada ribossomo eucariótico tem um coeficiente de sedimentação de 80S e é comumente referido como partícula 80S. Inclui

  • subunidade pequena (40S) contendo RNA ribossômico com coeficiente de sedimentação 18S rRNA e 30 moléculas de várias proteínas,
  • subunidade grande (60S), que inclui 3 moléculas de rRNA diferentes (uma longa e duas curtas - 5S, 5,8S e 28S), bem como 45 moléculas de proteína.

    As subunidades formam o “esqueleto” do ribossomo, cada um cercado por suas próprias proteínas. O coeficiente de sedimentação de um ribossomo completo não coincide com a soma dos coeficientes de suas duas subunidades, o que está associado à configuração espacial da molécula.

  A estrutura dos ribossomos em procariontes e eucariontes é aproximadamente a mesma. Eles diferem apenas no peso molecular. O ribossomo bacteriano possui coeficiente de sedimentação de 70S e é designado como partícula 70S, o que indica menor taxa de sedimentação; contém

  • subunidade pequena (30S) - 16S rRNA + proteínas
  • subunidade grande (50S) - 23S rRNA + 5S rRNA + proteínas de subunidade grande (Fig.)

  No rRNA, entre as bases nitrogenadas, o teor de guanina e citosina é superior ao normal. Nucleosídeos menores também são encontrados, mas não tão frequentemente quanto no tRNA: aproximadamente 1%. Estes são principalmente nucleosídeos metilados na ribose. A estrutura secundária do rRNA possui muitas regiões e alças de fita dupla (Fig.). Esta é a estrutura das moléculas de RNA formadas em dois processos sequenciais - transcrição do DNA e maturação (processamento) do RNA.

  Transcrição de rRNA do processamento de DNA e rRNA

  O pré-rRNA é formado no nucléolo, onde estão localizadas as transcrições do rRNA. A transcrição do rRNA do DNA ocorre usando duas RNA polimerases adicionais. A RNA polimerase I transcreve 5S, 5,8S e 28S como um longo transcrito 45S, que é então dividido nas partes necessárias. Isso garante um número igual de moléculas. No corpo humano, cada genoma haplóide contém aproximadamente 250 cópias da sequência de DNA que codifica o transcrito 45S. Eles estão localizados em cinco repetições em tandem agrupadas (ou seja, em pares, um após o outro) nos braços curtos dos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22. Essas regiões são conhecidas como organizadores nucleolares, desde sua transcrição e posterior processamento do 45S. transcrição ocorre dentro do nucléolo.

  Existem 2.000 cópias do gene 5S-rRNA em pelo menos três grupos do cromossomo 1. Sua transcrição ocorre na presença da RNA polimerase III fora do nucléolo.

  Durante o processamento, pouco mais da metade do pré-rRNA permanece e o rRNA maduro é liberado. Alguns nucleotídeos de rRNA sofrem modificação, que consiste na metilação de bases. A reação é realizada por metiltransferases. A S-adenosilmetionina atua como doadora de grupos metil. Os rRNAs maduros combinam-se no núcleo com proteínas ribossômicas que vêm do citoplasma e formam pequenas e grandes subpartículas ribossômicas. Os rRNAs maduros são transportados do núcleo para o citoplasma em um complexo com uma proteína, que os protege adicionalmente da destruição e facilita o transporte.

  Centros ribossômicos

  Os ribossomos diferem significativamente de outras organelas celulares. No citoplasma, são encontrados em dois estados: inativos, quando as subunidades grandes e pequenas são separadas umas das outras, e ativos - durante o desempenho de sua função - síntese protéica, quando as subunidades estão conectadas entre si.

  O processo de união de subunidades ribossômicas ou montagem de um ribossomo ativo é conhecido como iniciação da tradução. Essa montagem ocorre de forma estritamente ordenada, garantida pelos centros funcionais dos ribossomos. Todos esses centros estão localizados nas superfícies de contato de ambas as subunidades ribossômicas. Esses incluem:

  1. Local de ligação do mRNA (centro M). É formado por uma região de rRNA 18S, que é complementar em 5-9 nucleotídeos ao fragmento não traduzido de 5" do mRNA
  2. Centro peptidil (centro P). No início do processo de tradução, o aa-tRNA inicial se liga a ele. Em eucariotos, o códon de iniciação de todos os mRNAs sempre codifica a metionina, então o aa-tRNA inicial é um dos dois aa-tRNAs de metionina, indicado pelo subscrito i: Met-tRNA i Met. Nos estágios subsequentes da tradução, o centro P contém peptidil-tRNA, que contém a parte já sintetizada da cadeia peptídica.

     Às vezes eles também falam sobre o centro E (de “saída” - saída), onde o tRNA que perdeu sua conexão com o peptidil se move antes de deixar o ribossomo. No entanto, este centro pode ser considerado parte integrante do centro P.

  3. O centro de aminoácidos (centro A) é o local de ligação para o próximo aa-tRNA.
  4. Centro peptidiltransferase (centro PTF) - catalisa a transferência de peptidil do peptidil-tRNA para o próximo aa-tRNA que chega ao centro A. Neste caso, outra ligação peptídica é formada e o peptidil é estendido por um aminoácido.

  Tanto no centro de aminoácidos quanto no centro peptidil, a alça anticódon do tRNA correspondente (aa-tRNA ou peptidil-tRNA) obviamente está voltada para o centro M, o centro de ligação do RNA mensageiro (interagindo com o mRNA) e a alça aceitadora com o centro aminoacil ou peptidil PTF.

  Distribuição de centros entre subunidades

  A distribuição dos centros entre as subunidades ribossômicas ocorre da seguinte forma:

  • Subunidade pequena. Como contém 18S rRNA, cuja região se liga ao mRNA, o centro M está localizado nesta subunidade. Além disso, a parte principal do centro A e uma pequena parte do centro P estão localizadas aqui.
  • Subunidade grande. As partes restantes dos centros P e A estão localizadas em sua superfície de contato. No caso do centro P, esta é a sua parte principal, e no caso do centro A, este é o local de ligação da alça aceitadora do aa-tRNA com um radical de aminoácido (aminoacil); o resto e a maior parte do aa-tRNA ligam-se à subunidade pequena. A subunidade grande também pertence ao centro PTF.
  Todas essas circunstâncias determinam a ordem de montagem dos ribossomos no estágio de início da tradução.

  Iniciação do ribossomo (preparando o ribossomo para a síntese de proteínas)

  A síntese de proteínas, ou a própria tradução, costuma ser dividida em três fases: iniciação (início), alongamento (extensão da cadeia polipeptídica) e terminação (fim). Durante a fase de iniciação, o ribossomo está preparado para o trabalho: suas subunidades estão conectadas. Nos ribossomos bacterianos e eucarióticos, a conexão das subunidades e o início da tradução ocorrem de maneira diferente.

  Iniciar uma transmissão é o processo mais lento. Além das subunidades ribossômicas, participam mRNA e tRNA, GTP e três fatores de iniciação proteica (IF-1, IF-2 e IF-3), que não são componentes integrais do ribossomo. Os fatores de iniciação facilitam a ligação do mRNA à subunidade pequena e ao GTP. O GTP, devido à hidrólise, fornece energia para o processo de fechamento das subunidades ribossômicas.

  

  1. A iniciação começa com a ligação da subunidade pequena (40S) ao fator de iniciação IF-3, o que impede que a subunidade grande se ligue prematuramente e permita que o mRNA se ligue a ela.
  2. Em seguida, o mRNA (com sua região 5" não traduzida) é ligado ao complexo “subunidade pequena (40S) + IF-3”. Neste caso, o códon de iniciação (AUG) aparece no nível do centro peptidil do futuro ribossomo.
  3. Em seguida, mais dois fatores de iniciação são adicionados ao complexo “subunidade pequena + IF-3 + mRNA”: IF-1 e IF-2, enquanto o último carrega consigo um RNA de transferência especial, chamado de aa-tRNA inicial. O complexo também inclui GTP.

     A pequena subunidade combina-se com o mRNA para apresentar dois códons para leitura. No primeiro deles, a proteína IF-2 fixa o iniciador aa-tRNA. O segundo códon fecha a proteína IF-1, que a bloqueia e impede que o próximo tRNA se junte até que o ribossomo esteja completamente montado.

  4. Após a ligação do aa-tRNA inicial, ou seja, Met-tRNA i Met, devido à interação complementar com o mRNA (códon de iniciação AUG) e sua instalação em seu lugar no centro P, ocorre a ligação das subunidades ribossômicas. O GTP é hidrolisado em PIB e fosfato inorgânico, e a energia liberada quando essa ligação de alta energia é quebrada cria um estímulo termodinâmico para que o processo prossiga na direção desejada. Ao mesmo tempo, os fatores de iniciação deixam o ribossomo.

  Assim, uma espécie de “sanduíche” é formada por quatro componentes principais. Neste caso, o códon de iniciação do mRNA (AUG) e o aa-tRNA de iniciação associado aparecem no centro P do ribossomo montado. Este último desempenha o papel de peptidil-tRNA durante a formação da primeira ligação peptídica.

  

  Os transcritos de RNA sintetizados pela RNA polimerase geralmente passam por outras transformações enzimáticas, chamadas de processamento pós-transcricional, e só então adquirem sua atividade funcional. As transcrições de RNA mensageiro imaturo são chamadas de RNA nuclear heterogêneo (hnRNA). Eles consistem em uma mistura de moléculas de RNA muito longas contendo íntrons e éxons. A maturação (processamento) do hnRNA em eucariotos inclui vários estágios, um dos quais envolve a remoção de íntrons – sequências de inserção não traduzidas – e a fusão de éxons. O processo prossegue de tal forma que os éxons que se sucedem, isto é, fragmentos codificadores de mRNA, nunca são fisicamente separados. Os exons são ligados entre si com muita precisão usando moléculas chamadas pequenos RNAs nucleares (snRNAs). A função destes RNAs nucleares curtos, consistindo de aproximadamente cem nucleotídeos, permanece obscura há muito tempo. Foi estabelecido depois que se descobriu que sua sequência de nucleotídeos é complementar às sequências nas extremidades de cada um dos íntrons. Como resultado do pareamento de bases contido no snRNA e nas extremidades do íntron dobrado, as sequências dos dois éxons são aproximadas de tal forma que se torna possível a remoção do íntron que os separa e a união enzimática (splicing) do fragmentos de codificação (éxons). Assim, as moléculas de snRNA desempenham o papel de modelos temporários que mantêm as extremidades de dois éxons próximas uma da outra para que o splicing ocorra no local correto (Fig.).

  A conversão de hnRNA em mRNA pela remoção de íntrons ocorre em um complexo nuclear RNA-proteína denominado splicesome. Cada splicesome tem um núcleo que consiste em três ribonucleoproteínas nucleares pequenas (de baixo peso molecular), ou snurps. Cada snurp contém pelo menos um pequeno RNA nuclear e várias proteínas. Existem várias centenas de pequenos RNAs nucleares diferentes, transcritos principalmente pela RNA polimerase II. Acredita-se que sua principal função seja o reconhecimento de sequências ribonucleicas específicas através do pareamento de bases do tipo RNA-RNA. Ul, U2, U4/U6 e U5 são mais importantes para o processamento de hnRNA.

  RNA mitocondrial

  O DNA mitocondrial é uma alça contínua e codifica 13 polipeptídeos, 22 tRNAs e 2 rRNAs (16S e 23S). A maioria dos genes está localizada em uma cadeia (pesada), mas um certo número deles também está localizado na cadeia leve complementar a ela. Neste caso, ambas as cadeias são transcritas como transcrições contínuas utilizando RNA polimerase específica para mitocôndrias. Esta enzima é codificada pelo gene nuclear. As longas moléculas de RNA são então clivadas em 37 espécies separadas, e o mRNA, o rRNA e o tRNA co-traduzem 13 mRNAs. Um grande número de proteínas adicionais que entram na mitocôndria a partir do citoplasma são traduzidas a partir de genes nucleares. Pacientes com lúpus eritematoso sistêmico possuem anticorpos contra as proteínas snurp de seu próprio corpo. Além disso, acredita-se que um determinado conjunto de pequenos genes de RNA nuclear do cromossomo 15q desempenhe um papel importante na patogênese da síndrome de Prader-Willi (uma combinação hereditária de retardo mental, baixa estatura, obesidade e hipotonia muscular).

  
  

70-90N | trevo de página secundária | CCA 3" const para todo tRNA | act é adicionado à adenosina terminal |
a presença de timina, pseudouridina-psi, digirouridina DGU na alça D - proteção contra ribonucleases? longevo | Diversidade de estruturas primárias do tRNA - 61+1 - de acordo com o número de códons + tRNA de formilmetionina, o anticódon é igual ao do tRNA de metionina. Variedade de estruturas terciárias - 20 (de acordo com o número de aminoácidos) | reconhecimento - formação de ligação covalente entre tRNA e ato | aminoacil-tRNA sintetases ligam atos ao tRNA

A função do tRNA é transferir aminoácidos do citoplasma para os ribossomos, onde ocorre a síntese protéica.
Os tRNAs que se ligam a um aminoácido são chamados de isoaceitadores.
No total, 64 tRNAs diferentes existem simultaneamente em uma célula.
Cada tRNA emparelha apenas com seu próprio códon.
Cada tRNA reconhece seu próprio códon sem a participação de um aminoácido. Os aminoácidos ligados ao tRNA foram modificados quimicamente e o polipeptídeo resultante, que continha o aminoácido modificado, foi analisado. Cisteinil-tRNACys ​​(R=CH2-SH) foi reduzido a alanil-tRNACys ​​(R=CH3).
A maioria dos tRNAs, independentemente de sua sequência de nucleotídeos, possui uma estrutura secundária em forma de folha de trevo devido à presença de três grampos.

Características da estrutura do tRNA

Na extremidade 3" da molécula há sempre quatro nucleotídeos desemparelhados, e três deles são necessariamente CCA. As extremidades 5" e 3" da cadeia de RNA formam uma haste aceitadora. As cadeias são mantidas juntas devido ao emparelhamento complementar de sete nucleotídeos de 5" terminam com sete nucleotídeos localizados perto da extremidade de 3". 2. Todas as moléculas têm um grampo T?C, assim designado porque contém dois resíduos incomuns: ribo-timidina (T) e pseudouridina (? O grampo consiste em um haste de fita dupla de cinco bases emparelhadas, incluindo um par G-C, e uma alça com sete nucleotídeos de comprimento. O trinucleotídeo T?C está sempre localizado
no mesmo lugar do loop. 3. Em um gancho de anticódon, a haste é sempre representada por sete pares
novos terrenos. O tripleto complementar ao códon relacionado, o anticódon, está localizado no pet-
le, consistindo em sete nucleotídeos. A extremidade 5" do anticódon é flanqueada por um resíduo ura invariante.
cyla e citosina modificada, e uma purina modificada é adjacente à sua extremidade de 3", geralmente
adenina 4. Outro grampo consiste em uma haste com três a quatro pares de bases de comprimento e um laço variável
tamanho, muitas vezes contendo uracila em forma reduzida - dihidrouracil (DU). As variações mais significativas estão nas sequências de nucleotídeos das hastes, no número de nucleotídeos entre a haste do anticódon e a haste T?C (alça variável), bem como no tamanho da alça e na localização dos resíduos de diidrouracil na alça DU .
[Cantor, 1998].

Estrutura terciária do tRNA

Estrutura em forma de L.

Anexando aminoácidos ao tRNA

Para que um aminoácido forme uma cadeia polipeptídica, ele deve se unir a um tRNA usando a enzima aminoacil-tRNA sintetase. Esta enzima forma uma ligação covalente entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo hidroxila da ribose na extremidade 3' do tRNA com a participação do ATP. A aminoacil-tRNA sintetase reconhece um códon específico não devido à presença de um anticódon no tRNA, mas pela presença de um sítio de reconhecimento específico no tRNA.
No total, existem 21 aminoacil-tRNA sintetases diferentes na célula.
A união ocorre em duas etapas:
1. O grupo carboxila de um aminoácido é adicionado ao a-fosfato do ATP. O adenilato de aminoacil instável resultante é estabilizado pela ligação à enzima.
2. Transferência do grupo aminoacil do adenilato de aminoacil para o grupo 2' ou 3'-OH da ribose terminal do tRNA
Algumas aminoacil-tRNA sintetases consistem em uma única cadeia polipeptídica, enquanto outras consistem em duas ou quatro cadeias idênticas, cada uma com peso molecular de 35 a 115 kDa. Algumas enzimas diméricas e tetraméricas são compostas por dois tipos de subunidades. Não existe uma correlação clara entre o tamanho da molécula da enzima ou a natureza da sua estrutura e especificidade da subunidade.
A especificidade da enzima é determinada pela sua forte ligação à extremidade aceitadora do tRNA, à região DU e à alça variável. Algumas enzimas parecem não reconhecer o tripleto do anticódon e catalisar a reação de aminoacetilação mesmo com um anticódon alterado. No entanto, algumas enzimas apresentam atividade reduzida em relação a esses tRNAs modificados e, ao substituir o anticódon, adicionam o aminoácido errado.

70-90n | trevo de página secundária | CCA 3" const para todo tRNA | act é adicionado à adenosina terminal |
a presença de timina, pseudouridina-psi, digirouridina DGU na alça D - proteção contra ribonucleases? longevo | Diversidade de estruturas primárias do tRNA - 61+1 - de acordo com o número de códons + tRNA de formilmetionina, o anticódon é igual ao do tRNA de metionina. Variedade de estruturas terciárias - 20 (de acordo com o número de aminoácidos)

Existem dois tipos de tRNAs que se ligam à metionina, tRNAFMet e tRNAMMet em procariontes e tRNAIMet e tRNAMMet em eucariotos. A metionina é adicionada a cada tRNA através da síntese apropriada de aminoacil-tRNA. a metionina ligada ao tRNAFMet e ao tRNAIMet é formada pela enzima metionil-tRNA transformilase em Fmet-tRNAFMet. Os tRNAs carregados com formilmetionina reconhecem o códon de início AUG.

Literatura:

Infelizmente, não existe uma lista de referências.

RNA ribossômico

Os ácidos ribonucleicos ribossômicos (rRNA) são várias moléculas de RNA que formam a base do ribossomo. A principal função do rRNA é realizar o processo de tradução - lendo informações do mRNA usando moléculas adaptadoras de tRNA e catalisando a formação de ligações peptídicas entre aminoácidos ligados ao tRNA. O RNA ribossômico representa aproximadamente 80% do RNA total de uma célula. É codificado por genes encontrados no DNA de vários cromossomos localizados em uma região do nucléolo conhecida como organizador nucleolar.

A sequência de bases no rRNA é semelhante em todos os organismos, desde bactérias até animais. O rRNA é encontrado no citoplasma, onde se liga a moléculas de proteínas, formando juntas organelas celulares chamadas ribossomos. A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos. Aqui o “código” contido no mRNA é traduzido na sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica.

RNA de transferência

O RNA transportador, tRNA, é um ácido ribonucleico cuja função é transportar aminoácidos para o local de síntese proteica. Os tRNAs também participam diretamente na extensão da cadeia polipeptídica, unindo-se - estando em complexo com um aminoácido - ao códon do mRNA e fornecendo a conformação complexa necessária para a formação de uma nova ligação peptídica.

Cada aminoácido possui seu próprio tRNA.

O tRNA é um RNA de fita simples, mas em sua forma funcional apresenta uma conformação em folha de trevo. Possui quatro partes principais que desempenham funções diferentes. O “haste” aceitador é formado por duas partes terminais de tRNA conectadas e complementares. Consiste em sete pares de bases. A extremidade 3" desta haste é ligeiramente mais longa e forma uma região de fita simples que termina com uma sequência CCA com um grupo OH livre. O aminoácido transportado está ligado a esta extremidade. As três ramificações restantes são sequências de nucleotídeos emparelhadas complementares que terminam em regiões desemparelhados que formam alças. O do meio desses ramos - anticódon - consiste em cinco pares de nucleotídeos e contém um anticódon no centro de sua alça. Um anticódon são três nucleotídeos complementares ao códon do mRNA, que codifica o aminoácido transportado por este tRNA para o local de síntese do peptídeo.

Entre os ramos aceitador e anticódon existem dois ramos laterais. Em suas alças eles contêm bases modificadas -diidrouridina (alça D) e um tripleto T?C, onde? - pseudourain (T?C-loop). Entre os ramos aiticodon e T?C existe uma alça adicional, incluindo de 3-5 a 13-21 nucleotídeos.

O aminoácido é ligado covalentemente à extremidade 3" da molécula usando a enzima aminoacil-tRNA sintetase, específica para cada tipo de tRNA.

O tRNA serve como uma molécula intermediária entre o códon triplo do mRNA e a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. O tRNA representa aproximadamente 15% de todo o RNA celular; esses RNAs têm a cadeia polinucleotídica mais curta - contém em média 80 nucleotídeos. Cada célula individual contém mais de 20 moléculas de tRNA diferentes. Todas as moléculas de tRNA têm uma estrutura básica semelhante. Na extremidade 5' da molécula de tRNA há sempre uma guanina e na extremidade 3' há uma sequência de bases CCA.

A sequência de nucleotídeos no resto da molécula varia e pode conter bases "incomuns", como inosina e pseudouracila.

A sequência de bases no tripleto de anticódon corresponde estritamente ao aminoácido que esta molécula de tRNA carrega.

Arroz. 3.

Cada aminoácido está ligado a um de seus tRNAs específicos com a participação da enzima aminoacil-tRNA sintase. Isto resulta na formação de um complexo animoácido-tRNA, conhecido como animoacil-tRNA, no qual a energia de ligação entre o nucleotídeo A terminal no tripleto CCA e o aminoácido é suficiente para permitir a ligação subsequente com um aminoácido vizinho. Assim, uma cadeia polipeptídica é sintetizada.

Uma das características do tRNA é a presença de bases incomuns nele, que surgem como resultado de modificação química após a inclusão de uma base normal na cadeia polinucleotídica. Essas bases alteradas determinam a grande diversidade estrutural dos tRNAs no plano geral de sua estrutura. De maior interesse são as modificações nas bases que formam o anticódon, que afetam a especificidade de sua interação com o códon. Por exemplo, a base atípica inosina, às vezes encontrada na 1ª posição do anticódon do tRNA, é capaz de combinar complementarmente com três terceiras bases diferentes do códon do mRNA - U, C e A. Uma vez que uma das características do código genético é Durante sua degeneração, muitos aminoácidos são criptografados por vários códons, que normalmente diferem em sua terceira base. Devido à ligação inespecífica da base anticódon modificada, um tRNA reconhece vários códons sinônimos.

O citoplasma das células contém três tipos funcionais principais de RNA:

• RNAs mensageiros (mRNAs), que atuam como modelos para a síntese de proteínas;
• RNAs ribossômicos (rRNAs), que atuam como componentes estruturais dos ribossomos;
• transferir RNAs (tRNAs) envolvidos na tradução (tradução) da informação do mRNA na sequência de aminoácidos de uma molécula de proteína.

O RNA nuclear é encontrado no núcleo da célula, representando 4 a 10% do RNA celular total. A maior parte do RNA nuclear é representada por precursores de alto peso molecular do RNA ribossômico e de transferência. Precursores de rRNAs de alto peso molecular (RNAs 28 S, 18 S e 5 S) estão localizados principalmente no nucléolo.

ARN é material genético básico em alguns vírus animais e vegetais (RNA genômico). A maioria dos vírus de RNA são caracterizados pela transcrição reversa de seu genoma de RNA, dirigida pela transcriptase reversa.

Todos os ácidos ribonucléicos são polímeros de ribonucleotídeos, conectados, como em uma molécula de DNA, por ligações 3,5"-fosforodiéster. Ao contrário do DNA, que possui uma estrutura de fita dupla, o RNA é moléculas de polímero linear de cadeia única.

Estrutura do mRNA. O mRNA é a classe mais heterogênea de RNA em termos de tamanho e estabilidade. O conteúdo de mRNA nas células é de 2 a 6% da quantidade total de RNA. Os mRNAs consistem em seções chamadas cistrons que determinam a sequência de aminoácidos nas proteínas que codificam.

Estrutura do tRNA . Os RNAs de transferência atuam como intermediários (adaptadores) durante a tradução do mRNA. Eles representam aproximadamente 15% do RNA celular total. Cada um dos 20 aminoácidos proteinogênicos possui seu próprio tRNA. Para alguns aminoácidos codificados por dois ou mais códons, existem vários tRNAs. Os tRNAs são moléculas de fita simples relativamente pequenas que consistem em 70-93 nucleotídeos. Seu peso molecular é (2,4-3,1).104 kDa.

Estrutura secundária do tRNAé formado devido à formação do número máximo de ligações de hidrogênio entre pares complementares intramoleculares de bases nitrogenadas. Como resultado da formação dessas ligações, a cadeia polinucleotídica do tRNA se torce para formar ramificações helicoidais que terminam em alças de nucleotídeos desemparelhados. A representação espacial das estruturas secundárias de todos os tRNAs tem a forma folha de trevo.

Na “folha do trevo” existem quatro ramos obrigatórios, tRNAs mais longos também contêm quinto ramo curto (adicional). A função adaptadora do tRNA é fornecida por um ramo aceitador, à extremidade 3" do qual um resíduo de aminoácido está ligado por uma ligação éster, e um ramo anticódon oposto ao ramo aceitador, no topo do qual há uma alça contendo um anticódon.Um anticódon é um trio específico de nucleotídeos que é complementar em uma direção antiparalela ao códon do mRNA, codificando o aminoácido correspondente.

O ramo T, carregando uma alça de pseudouridina (alça TyC), garante a interação do tRNA com os ribossomos.

O ramo D, carregando uma alça de desidrouridina, garante a interação do tRNA com a aminoacil-tRNA sintetase correspondente.

Estrutura secundária do tRNA

As funções do quinto ramo adicional foram pouco estudadas até agora; muito provavelmente, ele equaliza o comprimento de diferentes moléculas de tRNA.

Estrutura terciária do tRNA muito compacto e é formado pela união de ramos individuais de uma folha de trevo devido a ligações de hidrogênio adicionais para formar uma estrutura em forma de L "dobra do cotovelo". Nesse caso, o braço aceptor que liga o aminoácido está localizado em uma extremidade da molécula e o anticódon na outra.

Estrutura terciária do tRNA (de acordo com A.S. Spirin)

Estrutura do rRNA e ribossomos . Os RNAs ribossômicos formam a estrutura à qual proteínas específicas se ligam para formar ribossomos. Ribossomos- São organelas nucleoproteicas que proporcionam a síntese de proteínas no mRNA. O número de ribossomos em uma célula é muito grande: de 104 nos procariontes a 106 nos eucariotos. Os ribossomos estão localizados principalmente no citoplasma, nos eucariotos, além disso, no nucléolo, na matriz mitocondrial e no estroma dos cloroplastos. Os ribossomos consistem em duas subunidades: grandes e pequenas. Com base no tamanho e peso molecular, todos os ribossomos estudados são divididos em 3 grupos - ribossomos 70S de procariontes (coeficiente de sedimentação S), consistindo em pequenas subpartículas 30S e grandes subpartículas 50S; Ribossomos 80S de eucariotos, consistindo em subunidades 40S pequenas e 60S grandes.

Subpartícula pequena O ribossomo 80S é formado por uma molécula de rRNA (18S) e 33 moléculas de diversas proteínas. Subpartícula grande formado por três moléculas de rRNA (5S, 5.8S e 28S) e aproximadamente 50 proteínas.

Estrutura secundária do rRNAé formado devido a seções curtas de fita dupla da molécula - grampos de cabelo (cerca de 2/3 do rRNA), 1/3 é representado seções de fita simples, rico em nucleotídeos de purina.

Este artigo é o segundo de uma série de publicações automáticas, que devem ser lidas após a leitura do primeiro artigoPropriedades do código genético - um vestígio de sua origem . É extremamente desejável que as pessoas que são novas nos fundamentos da biologia molecular se familiarizem com o artigo de O.O. Favorova" ". É importante entender para entender COMO o Código genético, é necessário entender COMO funciona nos organismos modernos. E para isso é necessário aprofundar-se nos mecanismos moleculares da síntese de proteínas codificadas. Para entender este artigo, é importante entender como a molécula de RNA está estruturada e como ela difere da molécula de DNA.

Compreender o tema da origem da vida em geral, e o surgimento do código genético em particular, é simplesmente impossível sem compreender os mecanismos moleculares básicos nos organismos vivos, principalmente dois aspectos - a reprodução de moléculas hereditárias (ácidos nucléicos) e a síntese de proteínas. . Portanto, este artigo se dedica principalmente a apresentar aquele mínimo de conhecimento com o qual se pode compreender o rico e bastante interessante material associado à origem do código genético (GC).

É melhor começar a se familiarizar com os mecanismos moleculares da síntese de proteínas estudando a estrutura de um dos componentes principais e uma das estruturas mais antigas dos organismos vivos - a molécula de RNA transportador (ou tRNA). A molécula de tRNA possui uma estrutura incomumente conservadora, semelhante em todos os organismos vivos. Esta estrutura muda tão lentamente durante a evolução que nos permite extrair muitas informações sobre como seriam os mais antigos sistemas de síntese de proteínas durante a sua formação inicial. Portanto, eles dizem que a molécula de tRNA érelíquia molecular.

Relíquia molecular, ou fóssil molecular é uma abstração que se refere aos antigos mecanismos e estruturas moleculares e supramoleculares encontradas nos organismos modernos, que nos permite extrair informações sobre a estrutura dos sistemas vivos mais antigos. As relíquias moleculares incluem moléculas de RNA ribossômico e de transporte, aminoacil-tRNA sintetases, DNA e RNA polimerases e Código genético, como método de codificação, bem como uma série de outras estruturas e mecanismos moleculares. A sua análise é uma fonte chave de informação sobre como a vida poderia ter surgido, e Código genético, em particular. Vamos dar uma olhada mais de perto na estrutura do tRNA e nas partes dele que mudam tão lentamente durante a evolução que ainda contêm muitas informações sobre os antigos tRNAs que existiram há mais de 3,5 bilhões de anos.

A molécula de tRNA é relativamente pequena, seu comprimento varia de 74 a 95 resíduos de nucleotídeos, na maioria das vezes 76 nucleotídeos (ver Fig. 1).A sequência de tRNA contém os chamadosconservador Os resíduos de nucleotídeos são resíduos de nucleotídeos localizados em sequências estritamente definidas em quase todas as moléculas de tRNA. Além disso, destaque-sesemi-conservador Os resíduos nucleotídicos são resíduos representados apenas por bases purinas ou pirimidinas em sequências de tRNA estritamente definidas. Além disso, diferentes regiões do tRNA mudam em taxas significativamente diferentes.

Até 25% de todos os resíduos de nucleotídeos são representados por nucleosídeos modificados, frequentemente chamados menor . Mais de 60 resíduos menores já foram descritos. Eles são formados como resultado da modificação de resíduos de nucleosídeos comuns usando enzimas especiais.

Entre os resíduos modificados, pseudouridina (5-ribofuranosiluracil, Ψ), 5,6-diidrouridina (D), 4-tiouridil e inosina. A estrutura de algumas bases modificadas e parcialmente seu papel são descritas no artigo

Junto com a estrutura primária (é simplesmente uma sequência de nucleotídeos), a molécula de tRNA possui uma estrutura secundária e terciária.

A estrutura secundária se deve à formação de ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos. Mesmo na escola eles ensinam sobre ligações de hidrogênio durante o emparelhamento complementar entre nucleotídeos (A-U e G-C esse tipo de emparelhamento de nucleotídeos é chamado canônico), mas nas moléculas de tRNA também se forma um número considerável de ligações não canônicas, em particular, entre G e U , que será um pouco mais fraco e menos energético e lucrativo).

Arroz. 1. Estrutura secundária generalizada do tRNA (esquerda) e numeração geralmente aceita de nucleotídeos no tRNA (direita). É assim que acontece em quase todos os organismos vivos. Na figura à direita, os nucleotídeos conservados estão destacados em círculos em negrito.

Designações:N - qualquer nucleotídeo, T - timina, D - diidrouridina, Ψ - pseudouridina, R - nucleotídeo de purina.

O resultado é a chamada estrutura de trevo.Na estrutura de uma folha de trevo existem: um caule aceitador e três ramos, ou domínios (braços): anticódon (consiste em uma haste de fita dupla de anticódon (tronco) e alça anticódon (laço), diidrouridina ouD-filial, ouD-domínio, (também da alça e haste da diidrouridina) eTΨC-ramos, ou simplesmente ramo T, ou domínio T, (loop T e haste T). Além dos três loops de trevo, há também um chamado loop adicional ou variável. O comprimento da alça variável varia de 4 a 24 nucleotídeos.

Por que a estrutura secundária do tRNA tem formato de folha de trevo? A resposta a esta pergunta foi dada por M. Eigen [Eigen M, Winkler R.1979] . O fato é quecom um comprimento de cadeia de RNA de 80 nucleotídeos com uma sequência aleatória, é mais provável que haja uma estrutura secundária com 3-4 lóbulos. Embora um grampo com apenas uma volta tenha o número máximo de pares de bases, esta estrutura é improvável em sequências aleatórias. É por isso que é razoável acreditar que estruturas semelhantes a tRNA (isto é, estruturas com 3-4 voltas) foram as moléculas mais comuns durante os estágios de vida do RNA e da proteína RNA. Argumentos adicionais a favor desta afirmação serão apresentados em artigos subsequentes.

Estrutura terciária do tRNA.

A estrutura terciária do tRNA corresponde à estrutura espacial real. Ela ganhou o nomeeu-forma, devido à semelhança da estrutura terciária com a forma da letra latina maiúscula "eu" A estrutura terciária é formada pela interação de elementos da estrutura secundária. Eles participam de sua formação empilhando interações motivos. Devido ao empilhamento da base, o aceitador e a haste em T do trevo formam uma dupla hélice contínua, formando um dos “bastões”eu-formas. Anticódon eD-as hastes formam outro “pau” desta carta,D- ET-os loops são aproximados em tal estrutura e mantidos juntos pela formação de pares de bases adicionais, muitas vezes incomuns, que, via de regra, são formados por resíduos conservativos ou semiconservadores. À luz deste envolvimento de fundações conservadoras e semiconservadoras na educaçãoeu-forma sua presença emT- ED- rotações. A formação da estrutura em forma de L e sua interação com APCase é mostrada esquematicamente na Fig. 2.

Arroz. 2.Esquema de educação espacialeuestrutura em forma de tRNA e sua interação com APCase.

A seta indica o local de adição de aminoácidos durante a aminoacilação da tRNA sintetase. O domínio aceitador de tRNA está destacado em vermelho e o domínio anticódon está destacado em azul. Os ovais indicam domínios APCase: verde - o domínio catalítico contendo o domínio de ligação e aminoacilação da região aceitadora de tRNA; amarelo e laranja - o domínio variável APCase. Dependendo do tamanho deste domínio, APCase a reconhece a região do anticódon como um domínio variável (o domínio está indicado em amarelo), ou não a reconhece (o domínio está indicado em laranja).

Bases do anticódon invertidasdentro eumolécula em forma.

Os RNAs de transferência em todos os organismos vivos desempenham consistentemente três funções necessárias para a síntese de proteínas:

1) aceitante - com a ajuda de enzimas proteicas (aminoacil-tRNA sintases), liga covalentemente um aminoácido estritamente definido ao resíduo de aminoacil (para cada aminoácido - estritamente seu próprio ou às vezes vários tRNAs diferentes);2) transporte - transporta o aminoácido para um local específico do ribossomo;3) adaptador - em combinação com o ribossomo, é capaz de reconhecer especificamente o trio do código genético no RNA mensageiro, após o qual o aminoácido ligado ao tRNA é incluído na crescente cadeia polipeptídica no ribossomo.

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