Строение молекулы РНК

Уже в 20-е годы, исследуя состав нуклеиновых кислот, биохимики пришли к выводу, что в одних из этих кислот пиримидиновые основания представлены цитозином и тимином, а у других - цитозином и урацилом. Вместе тимин и урацил не обнаружили. Высказывалось предположение, что в животных клетках встречается тиминсодержащая кислота, а в растительных - урацилсодержащая. Первую назвали тимусной (чаще всего ее выделяли из тимусной железы), а вторую - дрожжевой, поскольку получали из дрожжей.

Однако впоследствии оказалось, что такое деление неправильно, - обе кислоты были найдены в растениях и животных. Выяснилась иная закономерность: в ядрах всех клеток находится тимусная кислота, а в цитоплазме в основном дрожжевая.

Более тщательные исследования позволили выявить различия в составе этих кислот. Оказалось, что тимусная кислота содержит дезоксирибозу, которую стали называть ДНК, а дрожжевая вместо дезоксирибозы другой сахар - рибозу. Ее назвали рибонуклеиновой (РНК). Подобно ДНК молекула РНК состоит из комбинации четырех нуклеотидов, но в ней тимин заменен урацилом.

По важности для организмов РНК совершенно неуступает ДНК, а по сложности и разнообразию действия даже превосходит ее. В начале 40-х годов Ж. Браше в Бельгии, Т. Касперсон в Швеции и Б. Кедровский в СССР, исследуя под микроскопом местоположение РНК, заметили, что содержание ее в разных клетках сильно колеблется. Очень много РНК в клетках, где активно синтезируется белок. Было высказано предположение о роли РНК в синтезе белка, подтвержденное затем экспериментально.

В зависимости от выполняемой функции все молекулы РНК подразделяются на рибосомные (р-РНК), информационные (и-РНК), транспортные (т-РНК) и др. Только РНК у некоторых вирусов находится в ядре, ее функция состоит в хранении и передаче следующему поколению генетической информации. Размер молекул РНК различен, но все они гораздо меньше молекул ДНК. Отличительная особенность молекулы РНК - однонитчатая структура. Усилиями ученых разных стран мира (П. Замечника и М. Хогленда в США, Ф. Жакобо и Д. Mоно во Франции, А. Белозерского и А. Спирина в нашей стране, а также многих других) удалось не только установить структуру различных молекул РНК, но и их роль в жизни клетки.

С помощью специального фермента РНК-полимеразы двунитчатая цепочка ДНК разделяется. На одной из нитей происходит синтез молекулы информационной или, как ее еще называют, матричной РНК. Перемещаясь вдоль одной из нитей ДНК, РНК-полимераза строит комплементарную ей цепочку РНК. По мере передвижения РНК-полимеразы синтезированная нить РНК отходит от матрицы ДНК, и двойная спираль ДНК восстанавливается.

В процессе переписывания (трансляции) образовавшаяся и-РНК содержит информацию, которая точно переписана с определенного участка ДНК, о последовательности нуклеотидов. Молекулы и-РНК разнообразны по размеру и составу нуклеотидов. Обычно они крупные и состоят из сотен и даже тысяч нуклеотидов. С помощью и-РНК наследственная информация передается из ядра в цитоплазму. Доля и-РНК от всей клеточной РНК составляет 3%.

Переписанная на и-РНК информация используется для построения определенного белка-фермента. Это осуществляется в результате перевода (трансляции) генетической записи в структуру синтезированного белка. Трансляция происходит в рибосомах - рибонуклеиновых частицах. Рибосома состоит из большой и малой субъединиц, построенных из рибосомальных РНК и различных белков. В «фабрике» по производству белков рибосомы выполняют роль сборочных конвейеров.

Аминокислоты синтезируются в клетке и доставляются в рибосомы - к месту сборки из них белка - транспортными РНК. В 1958 г. Крик выдвинул гипотезу, согласно которой распознавание типа аминокислот в процессе синтеза белка происходит с участием специальных молекул. В самом деле, вскоре было установлено, что такими молекулами являются т-РНК. Эти маленькие молекулы состоят из 75-85 нуклеотидов. Структура т-РНК напоминает лист клевера. В разных участках между одинаковыми нуклеотидами образуются водородные связи, и это обусловливает особую конфигурацию молекулы. Каждая аминокислота имеет свою разновидность т-РНК. С помощью специального фермента т-РНК присоединяет к себе по одной молекуле аминокислоты. Для функционирования т-РНК наибольшее значение имеют три участка: узнавания аминокислоты, ее прикрепления (акцепторный конец) и места доставки (антикодон) .