Zu den Nukleinsäuren gehören hochpolymere Verbindungen, die bei der Hydrolyse in Nukleotide zerfallen, die aus Purin- und Pyrimidinbasen, Pentose und Phosphorsäure bestehen. Nukleinsäuren enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff, Phosphor, Sauerstoff und Stickstoff. Es gibt zwei Klassen von Nukleinsäuren: Ribonukleinsäuren (RNA) Und Desoxyribonukleinsäuren(DNA).
DNA– ein Polymer, dessen Monomere Desoxyribonukleotide sind. Ein Modell der räumlichen Struktur des DNA-Moleküls in Form einer Doppelhelix (Abb. 10) wurde 1953 vorgeschlagen. J. Watson Und F. Crick(Um dieses Modell zu bauen, verwendeten sie die Werke M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaffa).
Das DNA-Molekül besteht aus zwei Polynukleotidketten, die spiralförmig umeinander und zusammen um eine imaginäre Achse gedreht sind, d. h. ist eine Doppelhelix (mit Ausnahme einiger DNA-haltiger Viren, die über einzelsträngige DNA verfügen).
Der Durchmesser der DNA-Doppelhelix beträgt 2 nm, der Abstand zwischen benachbarten Nukleotiden beträgt 0,34 nm und pro Windung der Helix gibt es 10 Nukleotidpaare (bp). Die Länge des Moleküls kann mehrere Zentimeter erreichen. Molekulargewicht – Dutzende und Hunderte Millionen. Die Gesamtlänge der DNA im Zellkern einer menschlichen Zelle beträgt etwa 2 m. In eukaryotischen Zellen bildet DNA Komplexe mit Proteinen und weist eine spezifische räumliche Konformation auf.
DNA-Monomer – Nukleotid (Desoxyribonukleotid) – besteht aus Rückständen von drei Stoffen: 1) Stickstoffbase, 2) Desoxyribose(Fünf-Kohlenstoff-Monosaccharid oder Pentose) und 3) Phosphorsäure.
Die stickstoffhaltigen Basen von Nukleinsäuren gehören zu den Klassen der Pyrimidine und Purine. DNA-Pyrimidinbasen(haben einen Ring in ihrem Molekül) – Thymin, Cytosin. Purinbasen(haben zwei Ringe) - Adenin und Guanin.
Das DNA-Nukleotidmonosaccharid ist Desoxyribose.
Der Name eines Nukleotids leitet sich vom Namen der entsprechenden Base ab (Tabelle Nr. 2). Nukleotide und stickstoffhaltige Basen werden durch Großbuchstaben gekennzeichnet.
Tisch Nr. 2. Stickstoffbasen in einem DNA-Molekül.
Die Polynukleotidkette entsteht durch Nukleotidkondensationsreaktionen. In diesem Fall entsteht eine Phosphoesterbindung (gehört zur Kategorie der starken kovalenten Bindungen) zwischen dem 3"-Kohlenstoff des Desoxyriboserests eines Nukleotids und dem Phosphorsäurerest eines anderen (Abb. 11). Ein Ende der Polynukleotidkette endet mit einem 5-Zoll-Carbon (es wird das 5-Zoll-Ende genannt), das andere – 3-Zoll-Carbon (3-Zoll-Ende)
Gegenüber einem Nukleotidstrang befindet sich ein zweiter Strang. Die Anordnung der Nukleotide in diesen beiden Ketten ist nicht zufällig, sondern streng definiert: Thymin befindet sich immer gegenüber dem Adenin einer Kette in der anderen Kette, und Cytosin befindet sich immer gegenüber Guanin, zwischen Adenin und Thymin entstehen zwei Wasserstoffbrückenbindungen und drei Zwischen Guanin und Cytosin entstehen Wasserstoffbrückenbindungen. Das Muster, nach dem die Nukleotide verschiedener DNA-Ketten streng geordnet sind (Adenin – Thymin, Guanin – Cytosin) und sich selektiv miteinander verbinden, nennt man das Prinzip der Komplementarität. Es ist darauf hinzuweisen, dass J. Watson Und F. Crick kam nach der Lektüre der Werke zum Verständnis des Prinzips der Komplementarität E. Chargaffa. E. Chargaff Nachdem er eine große Anzahl von Gewebe- und Organproben verschiedener Organismen untersucht hatte, stellte er fest, dass in jedem DNA-Fragment der Gehalt an Guaninresten immer genau dem Gehalt an Cytosin und Adenin an Thymin entspricht ( „Chargaffs Regel“), aber er konnte diese Tatsache nicht erklären.
Aus dem Prinzip der Komplementarität folgt, dass die Nukleotidsequenz einer Kette die Nukleotidsequenz der anderen bestimmt.
DNA-Stränge antiparallel(multidirektional), d.h. Nukleotide verschiedener Ketten sind in entgegengesetzte Richtungen angeordnet, und daher befindet sich gegenüber dem 3-Zoll-Ende einer Kette das 5-Zoll-Ende der anderen. Das DNA-Molekül wird manchmal mit einer Wendeltreppe verglichen. Das „Geländer“ dieser Treppe ist ein Zucker-Phosphat-Rückgrat (abwechselnde Reste von Desoxyribose und Phosphorsäure); „Schritte“ sind komplementäre stickstoffhaltige Basen.
Funktion der DNA – Speicherung und Übermittlung erblicher Informationen.
Eigenschaften des DNA-Moleküls:
Reproduzieren;
Reparatur;
Rekombination.
20..Genetik als Wissenschaft. Grundbegriffe der Genetik: Vererbung, Variabilität; Allelgene, Homo- und Heterozygoten; Merkmale – dominant, rezessiv, alternativ; Genotyp, Phänotyp; Mendelsche Merkmale.
GENETIK- die Wissenschaft der Vererbung und Variabilität.
Vererbung- eine universelle Eigenschaft von Lebewesen in Form der Fähigkeit von Organismen, ihre Eigenschaften und Eigenschaften von Generation zu Generation weiterzugeben.
Variabilität– eine der Vererbung direkt entgegengesetzte Eigenschaft – die Fähigkeit von Organismen, im Prozess der individuellen Entwicklung von Organismen (Ontogenese) neue Merkmale und Eigenschaften zu erwerben.
1900– das Geburtsjahr der Genetik als Wissenschaft.
Das Merkmal des Elternteils, das die Pflanzen der ersten Generation besaßen, wurde von G. Mendel genannt dominantes Merkmal
Das Merkmal war in der Fl-Generation in latenter Form vorhanden. G. Mendel gab ihm den Namen rezessives Merkmal
Zeichen, die sich gegenseitig ausschließen oder kontrastieren ( Alternative);
PHENOTYP Eine Reihe biologischer Eigenschaften und Merkmale eines Organismus, die sich im Laufe seiner individuellen Entwicklung entwickelt haben.
GENOTYP Die erbliche Basis eines Organismus, die Gesamtheit aller seiner Gene, alle erblichen Faktoren des Organismus.
Mendelsche Charaktere sind solche, deren Vererbung nach den von G. Mendel aufgestellten Gesetzen erfolgt. Mendelsche Merkmale werden monogen durch ein Gen bestimmt, das heißt, wenn die Manifestation eines Merkmals durch die Interaktion allelischer Gene bestimmt wird, von denen eines das andere dominiert.
Homozygote ist ein diploider Organismus oder eine diploide Zelle, die identische Gen-Allele auf homologen Chromosomen trägt.
Heterozygot Heterozygot sind diploide oder polyploide Kerne, Zellen oder mehrzellige Organismen, deren Genkopien in homologen Chromosomen durch unterschiedliche Allele repräsentiert werden.
21.Hybridologische Methode, ihr Wesen. Kreuzungsarten - Mono- und Polyhybrid, Analyse. Ihr Wesen.
Um ein Experiment zur Untersuchung der Vererbung von Merkmalen durchzuführen, entwickelte G. Mendel Hybridologische Analysemethode . Hier sind seine Haupteigenschaften:
1) Bei der Kreuzung handelt es sich um Organismen, die derselben Art angehören.
2) Die untersuchten Merkmale müssen sich gegenseitig ausschließen oder gegensätzlich sein ( Alternative);
3) Die ursprünglichen Elternformen müssen „reine Linien“ sein ( homozygot) entsprechend den untersuchten Merkmalen;
4) Bei der Untersuchung von Vererbungsmustern muss mit der Analyse der Mindestanzahl von Merkmalen begonnen werden, was das Experiment allmählich verkompliziert: Elternindividuen müssen sich in einem Paar alternativer Merkmale → zwei Paaren → einer kleinen Anzahl alternativer Merkmalspaare unterscheiden;
5) eine individuelle Analyse der Nachkommen durchführen und im Falle einer Spaltung der Generation eine statistische Analyse durchführen;
6) Die Untersuchung von Vererbungsmustern erfolgt über mehrere Generationen.
Somit ist die hybridologische Analyse ein Kreuzungssystem, das es ermöglicht, die Art der Vererbung von Merkmalen über eine Reihe von Generationen hinweg zu verfolgen und neue Formationen zu identifizieren.
Monohybide Kreuzung– Die zur Kreuzung herangezogenen Elterntiere unterscheiden sich in einem Paar Alternativzeichen.
Dihybrid-Kreuzung– Zur Kreuzung herangezogene Organismen unterscheiden sich in zwei Paaren alternativer Merkmale.
Analysekreuz durchgeführt, um den Genotyp des untersuchten Individuums zu bestimmen. Dazu wird das untersuchte Individuum (?) mit einem rezessiven Homozygoten (aa) gekreuzt.
Wenn bei F 1 eine 1:1-Aufteilung beobachtet wird, ist das untersuchte Individuum vom Genotyp her heterozygot – Ahh .
22.Mendels Gesetze basieren auf Monohybridkreuzungen. Beschreiben Sie das Experiment.
Mendels erstes Gesetz(Gleichmäßigkeit der Hybriden) – bei reinerbiger Kreuzung
Bei den Elternindividuen, die sich in einem Allelpaar unterscheiden, sind alle Hybriden der ersten Generation im Phänotyp und Genotyp einheitlich.
Mendels zweites Gesetz(Aufspaltung von Hybriden der zweiten Generation) – mit
Bei der Monohybridkreuzung heterozygoter Organismen werden die Hybriden der zweiten Generation im Verhältnis 3:1 nach Phänotyp und im Verhältnis 1:2:1 nach Genotyp gespalten
23.Die Hypothese der Gametenreinheit, ihre zytologische Grundlage.
die Regel der „Reinheit der Gameten“, wonach sich erbliche Neigungen in einem heterozygoten Organismus nicht vermischen und bei der Bildung von Gameten „rein“ auseinanderlaufen (ein Vererbungsfaktor gelangt in den Gameten ( Allel) jedes Typs).
24.Mendels Gesetz basiert auf Dihybridkreuzung. Beschreiben Sie das Experiment.
Mendels drittes Gesetz(unabhängige Vererbung von Merkmalen) – während der Kreuzung
zwei homozygote Individuen, die sich in zwei oder mehr Paaren alternativer Merkmale, Gene und der entsprechenden Merkmale voneinander unterscheiden, werden unabhängig voneinander vererbt und in allen möglichen Kombinationen kombiniert. Das Gesetz manifestiert sich in der Regel für diejenigen Merkmalspaare, deren Gene liegen außerhalb der homologen Chromosomen. Wenn wir die Anzahl der Allelpaare in nicht homologen Chromosomen mit einem Buchstaben bezeichnen, wird die Anzahl der phänotypischen Klassen durch die Formel 2n und die Anzahl der genotypischen Klassen durch 3n bestimmt. Bei unvollständiger Dominanz stimmt die Anzahl der phänotypischen und genotypischen Klassen überein
25.Chromosomaler Mechanismus der Geschlechtsbestimmung.
Bei der Bildung von Geschlechtsmerkmalen gibt es vier Ebenen:
Bestimmung des chromosomalen Geschlechts;
Geschlechtsbestimmung auf Gonadenebene;
Phänotypische Bestimmung des Geschlechts (Geschlechtsmerkmale);
Psychologische Geschlechtsbestimmung.
Bestimmung des chromosomalen Geschlechts tritt bei Tieren und Menschen zum Zeitpunkt der Befruchtung auf. Für den Menschen ist dies die Bildung eines Karyotyps 46 XX oder 46 XY, der bestimmt durch den Gameten des heterogametischen Geschlechts. Beim Menschen ist das weibliche Geschlecht homogametisch und das männliche Geschlecht heterogametisch. Bei Vögeln und Schmetterlingen hingegen sind die Männchen homogametisch und die Weibchen heterogametisch. Bei orthopteren Insekten sind die Weibchen homogametisch mit dem Karyotyp XX und die Männchen heterogametisch - XO, wobei letzteren ein Y-Chromosom fehlt.
Geschlechtsbestimmung auf Gonadenebene Beim Menschen beginnt es damit, dass in der 3. Woche der Embryonalentwicklung im Endoderm des Dottersacks primäre Keimzellen entstehen, die unter dem Einfluss chemotaktischer Signale in den Bereich der Keimdrüsenbildung (Gonaden) wandern . Die weitere Entwicklung der Geschlechtsmerkmale wird durch das Vorhandensein oder Fehlen des Y-Chromosoms im Karyotyp bestimmt.
Hoden entwickeln sich, wenn ein Y-Chromosom vorhanden ist. Unter der Kontrolle des Y-Chromosoms beginnt in den Urkeimzellen die Synthese des H-Y-Antigens, das von einem autosomalen Strukturgen kodiert wird, das vom Y-Chromosom kontrolliert wird. Um die Keimdrüse in einen Hoden umzuwandeln, reicht eine geringe Konzentration des H-Y-Antigens aus. Die Entwicklung der Hoden wird außerdem von mindestens 19 weiteren Genen beeinflusst: autosomal und X-chromosomal. Und unter dem Einfluss des choriogonischen Gonadotropins, das von der Plazenta der Mutter ausgeschüttet wird, beginnen in den Hoden männliche Sexualhormone (Androgene) zu produzieren – Testosteron und 5-Dihydrotestosteron.
Phänotypische Geschlechtsbestimmung in Form der Entwicklung innerer und äußerer Genitalien und die Entwicklung des gesamten Phänotyps entsprechend dem männlichen Typ erfolgt wie folgt. Das X-chromosomale Gen (Tfm+) kodiert für ein Rezeptorprotein, das durch Bindung an Testosteron dieses an die Zellkerne abgibt, wo Testosteron Gene aktiviert, die für die Differenzierung des sich entwickelnden Organismus nach dem männlichen Typ, einschließlich der Entwicklung, sorgen Samenleiter. Im menschlichen Embryo werden aus dem Gang der Primärniere zwei Gänge gebildet: der Müller- und der Wolff-Gang. Bei Männern sind die Müller-Gänge verkleinert und die Wolff-Gänge in Samengänge und Samenbläschen umgewandelt. Bei einer Mutation des Tfm+-Gens und einem Defekt der Testosteronrezeptoren kann sich ein Syndrom entwickeln testikuläre Feminisierung. In solchen Fällen entwickeln sich bei Personen mit männlichem Karyotyp die äußeren Genitalien entsprechend dem weiblichen Typ. In diesem Fall ist die Vagina verkürzt und endet in einem blinden Sack, und die Gebärmutter und die Eileiter fehlen. Von den Körperproportionen her ähneln solche Frauen dem Typus von Models. Es wird eine Amenorrhoe (Ausbleiben der Menstruation) festgestellt. Gleichzeitig entwickeln sich die Brustdrüsen normal. Ihre psychologische Entwicklung erfolgt nach dem weiblichen Typ, obwohl es einen männlichen Karyotyp gibt und sie anstelle von Eierstöcken Hoden haben, die sich entweder in den großen Schamlippen, im Leistenkanal oder in der Bauchhöhle befinden. Es findet keine Spermatogenese statt.
Rezeptoren für Hormone finden sich nicht nur in Zielzellen bestimmter Geschlechtsorgane, sondern auch in Neuronen des Gehirns. Der Einfluss von Hormonen auf das Gehirn beginnt bereits in der Embryonalperiode und beeinflusst anschließend die Merkmale des Sexualverhaltens.
Fehlt das Y-Chromosom im Karyotyp der Zygote, entsteht ohne Beteiligung besonderer regulatorischer Faktoren ein weiblicher Phänotyp. In diesem Fall wird aus den beiden aus dem Gang der Primärniere gebildeten Gängen der Wolff-Gang reduziert und der Müller-Gang in die Gebärmutter und die Eileiter umgewandelt.
26.Verknüpfte Vererbung, Crossing Over, Bestimmung des Abstands zwischen Genen in einem Experiment mit Drosophila. Verknüpfungsgruppen, Chromosomenkarten.
13. Struktur und Funktionen der DNA. Mechanismen der DNA-Replikation. Biologische Bedeutung. Genetischer Code, seine strukturelle Organisation und Eigenschaften
DNA ist eine komplexe organische Verbindung, die ein materieller Träger erblicher Informationen ist. Es handelt sich um ein doppelt unverzweigtes lineares Polymer, dessen Monomere Nukleotide sind. Ein DNA-Nukleotid besteht aus einer stickstoffhaltigen Base, einem Phosphorsäurerest und einem Desoxyribose-Kohlenhydrat. Es gibt 4 Arten von Nukleotiden, die sich in der stickstoffhaltigen Base unterscheiden: Adenin, einschließlich Adenin, Cytosin – Cytosin, Guanin – Guanin, Thymin – Thymin. Die stickstoffhaltige Base eines DNA-Strangs ist über eine Wasserstoffbrücke mit der Base eines anderen DNA-Strangs verbunden, sodass A mit T und G mit C verbunden ist. Sie sind zueinander komplementär. Darauf beruht die Eigenschaft der DNA, die ihre biologische Rolle erklärt: die Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren, d.h. zur automatischen Reproduktion. Die automatische Reproduktion von DNA-Molekülen erfolgt unter dem Einfluss von Polymerase-Enzymen. In diesem Fall entfalten sich die komplementären Ketten der DNA-Moleküle und divergieren. Dann beginnt jeder von ihnen, ein neues zu synthetisieren. Da jede der Basen in Nukleotiden nur ein anderes Nukleotid mit einer genau definierten Struktur anbinden kann, kommt es zu einer exakten Reproduktion des Ausgangsmoleküls. Die wichtigste biologische Funktion der DNA ist die Speicherung, ständige Selbsterneuerung und Weitergabe genetischer Informationen in der Zelle. Der genetische Code ist ein System zur Anordnung von Nukleotiden in einem DNA-Molekül, das die Reihenfolge der Aminosäuren im DNA-Molekül steuert. Die Gene selbst sind nicht direkt an der Proteinsynthese beteiligt. Der Vermittler zwischen Gen und Protein ist mRNA. Das Gen ist die Vorlage für den Aufbau des mRNA-Moleküls. Die Kodierung von Informationen muss durch Kombinationen mehrerer Nukleotide erfolgen. In der Vielfalt der Proteine wurden 20 Aminosäuren gefunden. Um eine solche Anzahl von Nukleotiden zu verschlüsseln, kann eine ausreichende Anzahl von Nukleotidkombinationen nur durch einen Triplett-Code bereitgestellt werden, bei dem jede Aminosäure durch drei benachbarte Nukleotide verschlüsselt wird. In diesem Fall werden aus 4 Nukleotiden 64 Tripletts gebildet. Von den 64 DNA-Tripletts kodieren 61 verschiedene Aminosäuren, die restlichen 3 werden bedeutungslose oder unsinnige Tripletts genannt, sie fungieren als Satzzeichen. Die Reihenfolge der Tripletts bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren im Proteinmolekül. Eigenschaften des genetischen Codes: Degeneration. Es äußert sich darin, dass viele Aminosäuren durch mehrere Tripletts verschlüsselt sind. Spezifität. Jedes Triplett kann nur für eine bestimmte Aminosäure kodieren. Universalität. Beweis für die Ursprungseinheit der gesamten Vielfalt der Lebewesen auf der Erde im Prozess der biologischen Evolution. Neben diesen Eigenschaften sind die Kontinuität und Unbestreitbarkeit der Codons beim Lesen die wichtigsten Merkmale des genetischen Codes. Dies bedeutet, dass die Nukleotidsequenz Triplett für Triplett lückenlos gelesen wird und benachbarte Tripletts sich nicht überlappen.
14. Proteinbiosynthese.
Einer der zentralen Prozesse des Zellstoffwechsels ist die Proteinsynthese – die Bildung eines komplexen Protein-Polymer-Moleküls aus Aminosäuremonomeren. Dieser Prozess findet im Zytoplasma von Zellen, in Ribosomen durch mRNA statt und steht unter der Kontrolle der Kern-DNA. Die Proteinbiosynthese besteht aus zwei Phasen: Transkription und Translation. Transkription ist der Prozess der Übertragung des genetischen Codes, der auf einem DNA-Molekül geschrieben ist, auf ein mRNA-Molekül. Wird im Kernel ausgeführt. Die Transkription erfolgt bei der Synthese von mRNA-Molekülen, deren Nukleotide nach dem Prinzip der Komplementarität an DNA-Nukleotide angehängt werden. Das mRNA-Molekül wird wie aus einer Matrix von der DNA entfernt, anschließend abgetrennt und in das Zytoplasma transportiert, wo der Translationsprozess in speziellen Organellen – Ribosomen – stattfindet. Übertragen. Unter Translation versteht man den Prozess der Übersetzung genetischer Informationen, die auf mRNA aufgezeichnet sind, in die Struktur eines Proteinmoleküls, das unter Beteiligung von tRNA auf Ribosomen synthetisiert wird. Die mRNA-Moleküle heften sich an die Ribosomen und werden dann nach und nach durch den Ribosomenkörper gezogen. Zu jedem Zeitpunkt befindet sich ein kleiner Abschnitt mRNA im Ribosom. Nukleotid-Tripletts übertragen Informationen an tRNAs, deren Code-Triplett zum mRNA-Triplett komplementär ist. tRNA transportiert Aminosäuren zu Ribosomen. An dessen komplementäres Codon wird ein tRNA-Molekül angehängt, das die erste Aminosäure eines Proteinmoleküls trägt. Das Ribosom bewegt sich um ein Triplett vorwärts. Dem neuen ribosomalen Codon wird eine neue tRNA hinzugefügt, die eine zweite Aminosäure trägt. Dann kommt es zu einer Peptidbindung zwischen den Aminosäuren und es entsteht ein Dipeptid. Gleichzeitig wird die Bindung zwischen der ersten Aminosäure und ihrer tRNA zerstört, wodurch das Dipeptid nur noch mit der zweiten tRNA assoziiert wird. Das Ribosom bewegt sich dann um ein weiteres Triplett. Dann wird das dritte tRNA-Molekül, das die dritte Aminosäure trägt, an das neue ribosomale Codon angefügt. In diesem Fall geht die Verbindung der zweiten tRNA mit der Aminosäure verloren. Dies wird so lange fortgesetzt, bis die gesamte Polypeptidkette aufgebaut ist
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die biologische Rolle der DNA. Diese Abkürzung ist also jedem seit der Schule bekannt, aber nicht jeder hat eine Ahnung, was es ist. Nach einem Biologiekurs in der Schule bleiben nur minimale Kenntnisse über Genetik und Vererbung im Gedächtnis, da den Kindern dieses komplexe Thema nur oberflächlich vermittelt wird. Aber dieses Wissen (die biologische Rolle der DNA, ihre Wirkung auf den Körper) kann unglaublich nützlich sein.
Beginnen wir mit der Tatsache, dass Nukleinsäuren eine wichtige Funktion erfüllen, nämlich die Kontinuität des Lebens sicherzustellen. Diese Makromoleküle gibt es in zwei Formen:
- DNA (DNA);
- RNA (RNA).
Sie sind Übermittler des genetischen Plans für den Aufbau und die Funktion der Körperzellen. Lassen Sie uns genauer darüber sprechen.
DNA und RNA
Beginnen wir damit, welcher Wissenschaftszweig sich mit so komplexen Themen beschäftigt wie:
- Studium der Speicherprinzipien;
- seine Umsetzung;
- übertragen;
- Untersuchung der Struktur von Biopolymeren;
- ihre Funktionen.
All dies wird von der Molekularbiologie untersucht. In diesem Zweig der Biowissenschaften findet man die Antwort auf die Frage nach der biologischen Rolle von DNA und RNA.
Diese aus Nukleotiden gebildeten hochmolekularen Verbindungen werden „Nukleinsäuren“ genannt. Hier werden Informationen über den Körper gespeichert, die die Entwicklung des Individuums, das Wachstum und die Vererbung bestimmen.
Die Entdeckung der Desoxyribonukleinsäure geht auf das Jahr 1868 zurück. Dann konnten Wissenschaftler sie in den Kernen von Leukozyten und Elchspermien nachweisen. Nachfolgende Untersuchungen zeigten, dass DNA in allen pflanzlichen und tierischen Zellen zu finden ist. Das DNA-Modell wurde 1953 vorgestellt und 1962 der Nobelpreis für die Entdeckung verliehen.
DNA
Beginnen wir diesen Abschnitt mit der Tatsache, dass es drei Arten von Makromolekülen gibt:
- Desoxyribonukleinsäure;
- Ribonukleinsäure;
- Proteine.
Nun werfen wir einen genaueren Blick auf die Struktur und biologische Rolle der DNA. Dieses Biopolymer übermittelt also Daten über Vererbung und Entwicklungsmerkmale nicht nur des Trägers, sondern aller vorherigen Generationen. - Nukleotid. Somit ist die DNA der Hauptbestandteil der Chromosomen und enthält den genetischen Code.
Wie ist die Übermittlung dieser Informationen möglich? Der springende Punkt ist die Fähigkeit dieser Makromoleküle, sich selbst zu reproduzieren. Ihre Zahl ist unendlich, was durch ihre große Größe und infolgedessen durch eine große Anzahl unterschiedlicher Nukleotidsequenzen erklärt werden kann.
DNA-Struktur
Um die biologische Rolle der DNA in einer Zelle zu verstehen, ist es notwendig, sich mit der Struktur dieses Moleküls vertraut zu machen.
Beginnen wir mit dem Einfachsten: Alle Nukleotide haben in ihrer Struktur drei Komponenten:
- Stickstoffbase;
- Pentosezucker;
- Phosphatgruppe.
Jedes einzelne Nukleotid in einem DNA-Molekül enthält eine stickstoffhaltige Base. Es kann absolut eines von vier möglichen sein:
- A (Adenin);
- G (Guanin);
- C (Cytosin);
- T (Thymin).
A und G sind Purine und C, T und U (Uracil) sind Pyramidine.
Es gibt mehrere Regeln für das Verhältnis stickstoffhaltiger Basen, die sogenannten Chargaff-Regeln.
- A = T.
- G = C.
- (A + G = T + C) können wir alle Unbekannten auf die linke Seite verschieben und erhalten: (A + G)/(T + C) = 1 (diese Formel ist am praktischsten, wenn man Probleme in der Biologie löst).
- A + C = G + T.
- Der Wert (A + C)/(G + T) ist konstant. Beim Menschen liegt er bei 0,66, bei Bakterien beispielsweise zwischen 0,45 und 2,57.
Die Struktur jedes DNA-Moleküls ähnelt einer verdrehten Doppelhelix. Bitte beachten Sie, dass die Polynukleotidketten antiparallel sind. Das heißt, die Anordnung der Nukleotidpaare auf einer Kette hat die entgegengesetzte Reihenfolge als auf der anderen. Jede Windung dieser Helix enthält bis zu 10 Nukleotidpaare.
Wie sind diese Ketten miteinander verbunden? Warum ist das Molekül stark und zerfällt nicht? Es geht um die Wasserstoffbindung zwischen stickstoffhaltigen Basen (zwischen A und T – zwei, zwischen G und C – drei) und hydrophobe Wechselwirkungen.
Zum Abschluss dieses Abschnitts möchte ich erwähnen, dass DNA das größte organische Molekül ist, dessen Länge zwischen 0,25 und 200 nm variiert.
Komplementarität
Schauen wir uns die Paarverbindungen genauer an. Wir haben bereits gesagt, dass Paare stickstoffhaltiger Basen nicht chaotisch, sondern in einer strengen Reihenfolge gebildet werden. Adenin kann also nur an Thymin binden und Guanin kann nur an Cytosin binden. Diese sequentielle Anordnung der Paare in einer Kette des Moleküls bestimmt ihre Anordnung in der anderen.
Bei der Replikation oder Verdoppelung zu einem neuen DNA-Molekül muss diese Regel namens „Komplementarität“ beachtet werden. Sie können das folgende Muster erkennen, das in der Zusammenfassung der Chargaff-Regeln erwähnt wurde: Die Anzahl der folgenden Nukleotide ist gleich: A und T, G und C.
Reproduzieren
Lassen Sie uns nun über die biologische Rolle der DNA-Replikation sprechen. Beginnen wir mit der Tatsache, dass dieses Molekül diese einzigartige Fähigkeit besitzt, sich selbst zu reproduzieren. Unter diesem Begriff versteht man die Synthese eines Tochtermoleküls.
Im Jahr 1957 wurden drei Modelle dieses Prozesses vorgeschlagen:
- konservativ (das ursprüngliche Molekül bleibt erhalten und ein neues wird gebildet);
- halbkonservativ (Aufspaltung des ursprünglichen Moleküls in Monoketten und Hinzufügen komplementärer Basen zu jeder von ihnen);
- dispergiert (Zerfall des Moleküls, Replikation von Fragmenten und Sammlung in zufälliger Reihenfolge).
Der Replikationsprozess besteht aus drei Phasen:
- Initiierung (Entflechtung von DNA-Abschnitten mithilfe des Helikase-Enzyms);
- Elongation (Kettenverlängerung durch Zugabe von Nukleotiden);
- Abschluss (Erreichen der erforderlichen Länge).
Dieser komplexe Prozess hat eine besondere Funktion, nämlich eine biologische Rolle: Er gewährleistet die genaue Übertragung genetischer Informationen.
RNA
Wir haben Ihnen erklärt, welche biologische Rolle die DNA hat. Jetzt schlagen wir vor, mit der Betrachtung (d. h. der RNA) fortzufahren.
Beginnen wir diesen Abschnitt mit der Tatsache, dass dieses Molekül nicht weniger wichtig ist als DNA. Wir können es in absolut jedem Organismus, prokaryotischen und eukaryotischen Zellen, nachweisen. Dieses Molekül wird sogar in einigen Viren beobachtet (wir sprechen von RNA-Viren).
Ein charakteristisches Merkmal der RNA ist das Vorhandensein einer einzelnen Molekülkette, sie besteht jedoch wie die DNA aus vier stickstoffhaltigen Basen. In diesem Fall ist es:
- Adenin (A);
- Uracil (U);
- Cytosin (C);
- Guanin (G).
Alle RNAs werden in drei Gruppen eingeteilt:
- Matrix, die üblicherweise als Information bezeichnet wird (Abkürzung ist in zwei Formen möglich: mRNA oder mRNA);
- ribosomal (rRNA).
Funktionen
Nachdem wir die biologische Rolle der DNA, ihre Struktur und die Eigenschaften der RNA verstanden haben, schlagen wir vor, uns den besonderen Aufgaben (Funktionen) der Ribonukleinsäuren zuzuwenden.
Beginnen wir mit mRNA oder mRNA, deren Hauptaufgabe darin besteht, Informationen vom DNA-Molekül in das Zytoplasma des Zellkerns zu übertragen. Außerdem ist mRNA eine Vorlage für die Proteinsynthese. Der Anteil dieser Art von Molekülen ist recht gering (ca. 4 %).
Und der Anteil der rRNA in der Zelle beträgt 80. Sie sind notwendig, weil sie die Grundlage der Ribosomen sind. Ribosomale RNA ist an der Proteinsynthese und dem Aufbau von Polypeptidketten beteiligt.
Der Adapter, der die Aminosäurekette aufbaut, ist tRNA, die Aminosäuren in den Bereich der Proteinsynthese überträgt. Der Anteil in der Zelle beträgt etwa 15 %.
Biologische Rolle
Zusammenfassend: Welche biologische Rolle spielt die DNA? Zum Zeitpunkt der Entdeckung dieses Moleküls konnten sie hierzu keine eindeutigen Informationen liefern, aber auch heute noch ist nicht alles über die Bedeutung von DNA und RNA bekannt.
Wenn wir über allgemeine biologische Bedeutung sprechen, dann besteht ihre Rolle darin, Erbinformationen von Generation zu Generation weiterzugeben, Proteinsynthese zu betreiben und Proteinstrukturen zu kodieren.
Viele Menschen äußern auch diese Version: Diese Moleküle sind nicht nur mit dem biologischen, sondern auch mit dem spirituellen Leben der Lebewesen verbunden. Laut Metaphysikern enthält die DNA vergangene Lebenserfahrungen und göttliche Energie.
Ende des 19. Jahrhunderts ereignete sich in der Schweiz ein Ereignis, das den Lauf der Wissenschaft für viele Jahrzehnte bestimmte: Im Zuge seiner Forschung entdeckte der Wissenschaftler F. Miescher bisher unbekannte Moleküle in Lymphozyten.
Die isolierten Moleküle wurden anschließend in allen biologischen Arten gefunden und mit den entsprechenden Namen versehen heute bekannt: „Nukleinsäuren“. Die Funktion von Nukleinsäuren in einer Zelle besteht darin, Erbinformationen zu speichern und zu übertragen.
In Kontakt mit
Nukleinsäuren werden nach dem Vorhandensein einer der Sorten in ihrer Zusammensetzung klassifiziert Fünf-Kohlenstoff-Zucker (Pentose). Desoxyribonukleinsäure oder DNA enthält Desoxyribose und Ribonukleinsäure (RNA) enthält Ribose.
Ihr Zusammenwirken lässt sich kurz wie folgt ausdrücken: RNA wird aus DNA synthetisiert und Protein wird aus RNA synthetisiert. Es gibt viele Ähnlichkeiten in der Struktur von Nukleinsäuren.
Lassen Sie uns genauer untersuchen, in welchem Teil der Zelle sich Nukleinsäuren befinden, welche Funktionen sie erfüllen, welche Merkmale ihre Struktur aufweist und welche Arten von Nukleinsäuren existieren.
DNA
Das DNA-Molekül kann mit einer Leiter verglichen werden, die sich spiralförmig nach rechts dreht. Stufen oder „Jumper“ darauf gebildet durch Paare stickstoffhaltiger Basen:
- Adenin (A);
- Guanin (G);
- Thymin (T);
- Cytosin (C).
Jede Base paart sich mit der anderen nach dem Prinzip der Komplementarität, wobei Adenin ausschließlich mit Thymin (AT) und Guanin mit Cytosin (GC) paart. Daher ist die Zufälligkeit der Verbindungen zwischen ihnen nur scheinbar – die Struktur von Nukleinsäuren gehorcht strengen und unveränderlichen Gesetzen.
Abhängig von den Kombinationen der DNA-Nukleotide und den darin enthaltenen stickstoffhaltigen Basen zeigen sich unsere individuellen Merkmale (Haut-, Augen-, Haarfarbe, Körpergröße usw.). DNA-Moleküle befinden sich in Zellkernen sowie in Chloroplasten und (weniger als 1%).
DNA-Molekülstruktur
Ein DNA-Molekül ist ein Biopolymer, dessen Hauptmonomer oder Struktureinheit ein Nukleotid ist. Nukleotide enthalten die folgenden Komponenten: Ein Phosphorsäurerest verbindet sich mit einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, Desoxyribose, und wird in eine stickstoffhaltige Base eingebaut. Monomere verbinden sich zu langen Ketten und bilden sich letztendlich Doppelhelices.
Die Helices sind durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Adenin ist über zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Thymin verbunden und Cytosin ist über drei Wasserstoffbrückenbindungen mit Guanin verbunden. Eine Stickstoffbase, eine Zucker- und eine Phosphatgruppe sind erforderliche Bestandteile von Nukleotiden.
Die Breite des Moleküls reicht von 2,2 bis 2,4 nm und Die Länge jedes Monomers in der Kette beträgt 0,33 nm.
Jede Desoxyribonukleinsäurekette hat eine bestimmte Richtung. Zwei Ketten in entgegengesetzter Richtung heißen antiparallel.
Dank des Komplementaritätsprinzips werden alle in einer Kette gefundenen Informationen in der anderen dupliziert. Die Kombination aus Adenin und Guanin sind Purinbasen und Thymin und Cytosin sind Pyrimidinbasen. Man muss wissen, dass es in einem DNA-Molekül so viele Purinbasen gibt immer gleich der Anzahl der Pyrimidine.
DNA-Verbindung bei der Genübertragung
Wir hören oft Vorwürfe gegen Gene, wenn es um schlechte Neigungen und Gewohnheiten eines Menschen geht. Versuchen wir herauszufinden, was Gene sind und welche Rolle die DNA spielt Übertragung erblicher Daten ob sie negative Informationen toleriert. Welche Funktionen haben Nukleinsäuren in einer Zelle?
Ein Gen ist ein spezieller Abschnitt eines DNA-Moleküls, der aus einzigartigen Nukleotidkombinationen besteht. Jeder Gentyp befindet sich an einem speziell dafür vorgesehenen Ort Abschnitt der DNA-Helix ohne irgendwohin zu migrieren. Die Anzahl der Nukleotide in Genen ist konstant. Beispielsweise enthält das für die Insulinsynthese verantwortliche Gen 60 Nukleotidpaare.
Auch in der DNA-Kette gibt es die sogenannten. „nichtkodierende Sequenzen“. Ihre Rolle bei der Übertragung von genetischem Material ist nicht vollständig geklärt. Es wird angenommen, dass diese Sequenzen für die Reihenfolge der Gene verantwortlich sind und die Chromosomen „verdrehen“.
Als bezeichnet wird die gesamte Menge an Genen im Körper bezeichnet. Es wiederum ist gleichmäßig auf 46 Paare von DNA-Molekülen verteilt. Jedes dieser Paare wird als Chromosom bezeichnet. Somit, Der menschliche Körper besteht aus 46 Chromosomenpaaren, die alle genetischen Informationen enthalten, vom Aussehen bis zur Veranlagung für verschiedene Krankheiten.
Chromosomen variieren in ihrer Morphologie und Größe. Es gibt zwei Hauptformen – X und Y. Der menschliche Körper enthält gepaarte Chromosomen, d. h. jedes hat seine eigene exakte Kopie. Es ist also normal Wir haben 23 gepaarte Chromosomen. Jedes Chromosomenpaar erfüllt seine eigene Funktion und ist für bestimmte Eigenschaften verantwortlich. 22 Chromosomenpaare sind für die somatischen Merkmale verantwortlich und nur eines für die sexuellen Merkmale. Die Chromosomenkombination XX bedeutet, dass ein Mädchen geboren wird, und die Kombination XY bedeutet, dass ein Junge geboren wird.
DNA-Mutationen
Schäden an DNA-Molekülen können durch viele Faktoren verursacht werden, darunter am häufigsten eine mutagene Wirkung haben die folgende:
- Strahlung. Dabei handelt es sich um Röntgen- oder Ultraviolettstrahlung in hohen Dosen.
- Oxidativ. Zu diesen Arten von Mutagenen zählen alle freien Radikale, Stickoxid und Wasserstoffperoxid.
- Krebserregend. Der Faktor wird durch eine umfangreiche Liste von Substanzen repräsentiert, wobei Benzopyren, Aflatoxin und Ethidiumbromid am häufigsten vorkommen.
Die überwältigende Anzahl von Mutagenen dringen zwischen zwei Paaren stickstoffhaltiger Verbindungen ein und zerstören die Struktur des Nukleinsäuremoleküls. Die gefährlichsten Einschlüsse mutagener Komponenten sind doppelkettige. Solche Störungen führen oft zum Absterben ganzer Chromosomenfragmente und verschiedenen Translokationen.
Wichtig! Die menschliche DNA wird täglich von vielen aggressiven Faktoren angegriffen, die zu Schäden an der Struktur und zum Bruch der Helix selbst führen. Dieses Molekül zeichnet sich jedoch durch seine Regenerationsfähigkeit aus, die es ermöglicht, Mutationen bereits im Stadium ihrer Entstehung zu verhindern.
RNA
Das Prinzip der RNA-Struktur ist grundsätzlich dasselbe wie die Struktur der DNA, jedoch mit dem Unterschied, dass Ribonukleinsäure in Form einer einzelnen Helix gebildet wird, in ihrer Zusammensetzung Thymin durch Uracil ersetzt wird und Ribose ersetzt Desoxyribose.
Dank der streng sequentiellen Anordnung der Nukleotide sind RNA-Moleküle in der Lage, Erbinformationen zu kodieren.
Im Gegensatz zur DNA sind die Funktionen von Ribonukleinsäuren jedoch unterschiedlich und umfassender, da es drei Untertypen von Molekülen gibt.
Arten von RNA
Es gibt 3 Arten von Ribonukleinsäure:
- Transport (tRNA). Die im Zytoplasma enthaltenen tRNAs sind die kleinsten Moleküle der Ribonukleinsäure. Ihre Form ähnelt der eines Kleeblattes. tRNA ist dafür verantwortlich, bestimmte Aminosäuren direkt an den Ort zu transportieren, an dem die Proteinsynthese stattfindet, um die Bildung von Peptidbindungen einzuleiten.
- Information oder Matrix (mRNA, mRNA). Es ist Teil des Zellkerns und des Zytoplasmas. Es transportiert Informationen über die Struktur des Proteins von der DNA zu den Ribosomen, die den Ort seiner Biosynthese darstellen.
- Ribosomal (rRNA). Es wird in den Nukleolen gebildet und ist, wie der Name schon sagt, der Hauptbestandteil der Ribosomen. Die größte Art von RNA. Durch die Verbindung mit Boten-RNA synthetisiert es Protein
Es gibt auch einen Sondertyp. Es kommt in einigen Viren, Bakterien und Mikroorganismen vor. Wirkt gleichzeitig als tRNA und mRNA. Seine Hauptfunktion ist die Proteinverarbeitung.
Struktur eines RNA-Moleküls
Die Strukturformel der RNA ist durch das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe an der Riboseposition gekennzeichnet. Viele Arten von Ribonukleinsäuren wie rRNA und mRNA funktionieren in Komplexen mit Proteinen. Solch Verbindungen werden Ribonukleotide genannt.
Die Struktur eines RNA-Nukleotids ähnelt der Struktur eines DNA-Monomers. Auch stickstoffhaltige Basen verbinden sich nach dem Prinzip der Komplementarität miteinander. Anstelle von Thymin ist jedoch Uracil vorhanden, und der Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen ist Ribose.
Nukleotide in der RNA-Kette sind miteinander verbunden über Phosphodiesterbindungen.
Proteinsynthese
Welche Stoffe können Informationen über eine Zelle, ihre Funktionen, biologischen und chemischen Eigenschaften speichern? Natürlich Eichhörnchen. Sie sind einzigartige Bestandteile jedes lebenden Organismus. Die biochemische Proteinsynthese ist ein ziemlich komplexer Mikroprozess. Es findet in drei Hauptphasen statt:
- Transkription. Dieser Prozess findet im Zellkern statt und ist für die Boten-RNA verantwortlich. Bei der Transkription werden Daten über das zukünftige Protein aus in der DNA befindlichen Genen gelesen und diese Daten auf Boten-RNA übertragen. Anschließend transportiert die mRNA die Informationen in das Zytoplasma. Desoxyribonukleinsäure steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Proteinbiosynthese, sondern speichert und überträgt lediglich Informationen. Bei der Transkription werden DNA-Ketten „entwirrt“ und das genetische Material unter Berücksichtigung gepaarter Komplexe stickstoffhaltiger Basen in RNA eingelesen.
- Übertragen. Dies ist das letzte Stadium der Bildung eines Proteinmoleküls. Boten-RNA gelangt über das Zytoplasma in die Ribosomen, wo die eigentliche biochemische Synthese stattfindet.
- Verschiedene Modifikationen der Polypeptidkette. Tritt als Ergebnis einer abgeschlossenen Übertragung auf.
DNA und RNA
Unterschiede zwischen DNA und RNA
Nukleinsäuren zeichnen sich nicht nur durch ähnliche, sondern auch durch charakteristische Merkmale aus. Die folgenden Symptome können als häufig bezeichnet werden:
- Enthält zwei Basenpaare.
- Verantwortlich für die Übermittlung von Informationen.
- „Aufgebaut“ aus Nukleotidbindungen, die nach dem Prinzip der Komplementarität gebildet werden.
- Im Aufbau einer biologischen Zelle spielen beide Säuren eine komplementäre Rolle.
Aber wenn man darüber nachdenkt beide Säuren lassen sich deutliche Unterschiede feststellen.
Kuriose Fakten
- Der einzige Zelltyp, der keine DNA enthält, sind rote Blutkörperchen.
- Die Struktur von Nukleinsäuren ist so ähnlich, dass westliche Wissenschaftler eine Theorie aufgestellt haben: in den frühen Stadien der menschlichen Evolutionsgeschichte die Speicherung von Informationen, die durch sie übertragen werden Vererbung, getragene RNA.
- Die Strukturformel des DNA-Moleküls wurde bereits 1953 von D. Utson und F. Crick berechnet. Und nur 9 Jahre später erhielten diese Wissenschaftler den Nobelpreis für Medizin.
- Verantwortlich für Unterschiede zwischen Menschen weniger als 1 % aller DNA-Moleküle im menschlichen Genom enthalten. Daher hat der Ausdruck „Wir sind alle aus einem Holz geschnitzt“ eine wissenschaftliche Grundlage.
- Die Ähnlichkeit zwischen der DNA von Mensch und Schimpanse erreicht 98 %, und die DNA von Mensch und Schwein ist zu 96 % identisch.
- Vollständige Entschlüsselung des menschlichen Genoms b wurde 2003 fertiggestellt.
- Um den vollständigen Buchstabencode des menschlichen Genoms auf einer Tastatur einzugeben, werden Sie 17 Jahre brauchen, wenn man die Tatsache berücksichtigt, dass Sie den ganzen Tag auf den Tasten herumhämmern müssen.
- Menschliche DNA macht 100 % der Gene aus, davon stammen 50 % von der Mutter und 50 % vom Vater.
Struktur und Funktionen von Nukleinsäuren, Biologieunterricht
Wie unterscheiden sich DNA und RNA?
Abschluss
Seit fast zwei Jahrhunderten versuchen Wissenschaftler, alle Geheimnisse winziger Spiralen zu lüften und die Struktur von Nukleinsäuren vollständig zu entschlüsseln. Doch bis heute gibt es noch nicht alle Entdeckungen, die Aufschluss über diese Hüter der genetischen Information geben könnten. Vielleicht erfahren wir bald, was sonst noch passiert Nicht Die Funktion, von der wir wissen, dass sie von der DNA ausgeführt wird.
Die Struktur und Eigenschaften der DNA bestimmen ihre Hauptfunktionen:
1. Speicherung genetischer Informationen. DNA befindet sich im Zellkern und ist von aktiven Stoffwechselprozessen ausgeschlossen.
2. Übertragung genetischer Informationen Nachkommen entstehen durch den Prozess der Mitose und Meiose, der auf der DNA-Replikation basiert.
3. Aufzeichnen genetischer Informationen. Genetische Informationen werden in das Formular geschrieben Genetisch oder biochemischer Code.
4 . Kontrolle hinter dem Stoffwechsel in der Zelle
Ribonukleinsäuren (RNA)
Es gibt verschiedene Arten von RNA: ribosomale, Messenger-RNA, Transport-RNA usw. Sie haben unterschiedliche Größen, Strukturen und Funktionen.
Ribosomale RNA(rRNA) hat ein Molekulargewicht von 1-2 Millionen, die Anzahl der Nukleotide beträgt bis zu 5000. Es handelt sich um ca 85% aus aller RNA. Die Zusammensetzung der rRNA ist nicht einheitlich. In eukaryotischen Zellen ist die rRNA-Synthese lokalisiert Nukleolus und wird von der RNA-Polymerase I durchgeführt. Ribosomale Gene sind auf Chromosomen lokalisiert, die eine sekundäre Verengung aufweisen. Ribosomale RNA wird nicht übersetzt und erfüllt die folgenden Funktionen:
1 .ist ein struktureller Bestandteil des Ribosoms 2. verantwortlich für die Interaktion mit mRNA und tRNA
Messenger-RNA(mRNA oder mRNA) ist ungefähr 5% aller zellulären RNA in Eukaryoten. Es wird an einzigartigen Abschnitten der DNA-Kette gebildet und trägt Informationen über die strukturellen und regulatorischen Proteine des Körpers. Je nach Komplexitätsgrad gibt es mRNA in unterschiedlicher Größe (1–3.000 Nukleotide) und Masse.
Bakterielle mRNA unterscheidet sich in der Anzahl der Proteine, die sie kodiert. Einige mRNAs entsprechen nur einem Gen, während andere (die meisten) mehreren Genen entsprechen.
Bei der Zusammensetzung der RNA lassen sich zwei Arten von Regionen unterscheiden: kodierende und nichtkodierende. Kodierende bestimmen die Primärstruktur des Proteins. Nicht-kodierende befinden sich auf 5’ - Ende (Anführer) und bei 3’ - Ende (Ende oder Trailer)
IN 5" Die terminale Sequenz enthält eine für die Bindung notwendige Region mRNA Mit Ribosom. Reife mRNA in Eukaryoten 5" Ende trägt eine „Kappe“ oder CEP (methyliertes Guanosin) auf 3" Ende Es gibt einen polyadenylischen „Schwanz“ (gebildet aus 100–200 Adenylsäureresten).
Abb.24. Struktur eukaryontischer mRNA
CEP-Funktionen:
1 . schützt mRNA vor Abbau;
2. Verantwortlich für die Bindung der mRNA an die kleine Untereinheit des Ribosoms
3. erhöht die Effizienz der mRNA-Translation in Eukaryoten
Poly(A)-Funktionen:
1. schützt die mRNA vor dem Abbau
2. Es sorgt für die Freisetzung von mRNA aus dem Zellkern in das Zytoplasma
3. Die Verweildauer der mRNA im Zytoplasma wird durch ihre Länge bestimmt (je kürzer der „Schwanz“, desto länger verbleibt die mRNA im Zytoplasma).
4. bietet die Möglichkeit der wiederholten Translation von mRNA. Nach der Translation werden ein oder mehrere Nukleotide vom 3"-Ende abgespalten.
5. ist am Prozess der mRNA-Reifung beteiligt
Also die mRNA dient als Matrix für die Synthese zellulärer Proteine, d.h. sie tritt auf Rolle als Vermittler zwischen DNA und Protein. Es enthält Informationen über Zeit, Menge, Ort und Bedingungen der Synthese dieses Proteins sowie über seine Lebensdauer und seinen Abbau (meistens werden diese Informationen durch spezifische Sequenzen in der nicht translatierten 3-Zoll-Region programmiert). Bestimmte Zellproteine erkennen diese Sequenzen und binden an diese und stabilisieren mRNA. mRNA tritt durch die Poren des Zellkerns in das Zytoplasma aus. Im Zytoplasma kann sie sich in inaktiver Form ansammeln, d. h. Infosomen, bei dem mRNA mit Proteinen komplexiert ist (Abb. 25).
Abb.25. Die Struktur des Informationosoms.
Sie wurden 1964 im Labor entdeckt ALS. Spirina. Mittlerweile ist allgemein bekannt, dass „überzählige“ mRNAs in embryonalen Zellen nicht sofort translatiert werden, sondern zur Verwendung in späteren Stadien der Embryogenese gespeichert werden und eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung spielen. Informosomen können lange Zeit im Zytoplasma gespeichert und von der Zelle bei Bedarf verwendet werden. Ihre Existenz wurde in Eiern nachgewiesen. Wenn also bestimmte Bereiche des Zytoplasmas der Eizelle mit einem Laserstrahl bestrahlt wurden, wurde die Bildung primärer Keimzellen gestört, weil Informosomen, die Informationen über regulatorische Proteine enthalten, die für die Spezialisierung der Urkeimzellen verantwortlich sind, wurden zerstört.
Somit steht diese Existenzform der RNA in direktem Zusammenhang mit der Regulation der Translation im ribosomalen Apparat der Zelle.
RNA übertragen(tRNA) ist ungefähr 10% aller zellulären RNA (Abb. 26). Sein Molekulargewicht beträgt etwa 10.000. Seine Struktur ist im Vergleich zu anderen RNA-Klassen die am besten untersuchte. TRNA wird in Eukaryoten durch RNA-Polymerase III als Vorläufer synthetisiert. Die Struktur von tRNA-Molekülen ist evolutionär konserviert, was offenbar auf ihren hohen Grad an funktioneller Spezialisierung zurückzuführen ist. Reife tRNA hat 75–85 Nukleotide. An 5" Ende das hat sie schon immer Guanin, An 3" - CCA-Triplett. Primärstruktur der tRNA - einzelne Kette von Nukleotiden. Sekundärähnelt einem Kleeblatt mit vier helikalen Abschnitten – „Haarnadeln“, in denen komplementäre Nukleotide gepaart sind: A – U, G – C. An den Enden der „Haarnadeln“ befinden sich einzelsträngige Schleifen. Tertiärstruktur tRNA entsteht durch die Faltung lateraler Haarnadeln und die Interaktion zusätzlicher Basen. Ähnelt der Form des lateinischen Buchstabens L.
Befindet sich in der unteren Schleife Anticodon- ein Triplett, das mit dem komplementären Codon der mRNA interagiert (Abb. 26.). Die Aminosäure bindet am 3"-Ende (Akzeptorende) an das terminale Adenosin.
Auf diese Weise, tRNA erfüllt zwei Funktionen: 1. mRNA-Codon-Dekodierung; 2. Dekodierung und Übertragung der entsprechenden Aminosäure.
Abb.26. Sekundär- und Tertiärstruktur von tRNA. (B. Alberts et al., 1994, Bd. 1, S. 60)
RNA mit niedrigem Molekulargewicht(nmRNAs oder snRNAs) sind vielfältig in Funktion, Struktur und Größe. nmRNAs kommen auch im Zellkern und Zytoplasma von Eukaryoten als Teil von Ribonukleoproteinpartikeln (RNP-Partikeln) vor, die eine wichtige Rolle im Mechanismus spielen Spleißen mRNA, bei der Proteinsynthese von der Zelle abgesondert. Einige Enzyme (z. B. Isomerase, Amylase, Pankreas-Ribonuklease) enthalten nmRNA als essentiellen Bestandteil Strukturelement.
Heterogene Kern-RNA(hnRNA) – eine Mischung aus Transkripten vieler Kerngene; im Kern lokalisiert.
In den meisten Organismen fungieren alle RNAs als Vermittler zwischen DNA und Zellstrukturen. Nur bei einigen Viren und Bakteriophagen spielt RNA eine Rolle primäres Informationssystem.
