La biologia molecular s'ocupa de l'estudi de l'estructura i les funcions de les molècules de substàncies orgàniques que formen les cèl·lules vives de plantes, animals i humans. Un lloc especial entre ells es dóna a un grup de compostos anomenats àcids nucleics (nuclears).
N'hi ha de dos tipus: l'àcid desoxiribonucleic (ADN) i l'àcid ribonucleic. Aquest últim presenta diverses modificacions: i-RNA, t-RNA i r-RNA, que es diferencien per les seves funcions i ubicació a la cèl·lula. Aquest article està dedicat a l'estudi de les següents qüestions: on es sintetitza l'ARNr en cèl·lules procariotes i eucariotes, quina és la seva estructura i significat.
Antecedents històrics
La primera menció científica de l'àcid ribonucleic es troba en els estudis de R. Weinberg i S. Penman als anys 60 del segle XX, que van descriure molècules de polinucleòtids curtes relacionades amb els àcids ribonucleics, però que difereixen en l'estructura espacial i coeficient de sedimentació a partir de la informació i l'ARN de transport. Molt sovint, les seves molèculeses troba al nuclèol, així com als orgànuls cel·lulars: ribosomes responsables de la síntesi de proteïnes cel·lulars. S'anomenaven ribosòmics (àcids ribonucleics ribosòmics).
Característica de l'ARN
L'àcid ribonucleic, com l'ADN, és un polímer, els monòmers del qual són nucleòtids de 4 tipus: adenina, guanina, uracil i citidina, connectats per enllaços fosfodièster en molècules llargues d'una sola cadena, retorçades en forma de espiral o amb conformacions més complexes. També hi ha àcids ribonucleics ribosòmics de doble cadena que es troben en virus que contenen ARN i que dupliquen les funcions de l'ADN: la preservació i la transmissió de trets hereditaris.
Tres tipus d'àcids són els més comuns a la cèl·lula, aquests són: la matriu, o informatiu, l'ARN, l'àcid ribonucleic ribosòmic de transport, al qual s'uneixen els aminoàcids, així com l'àcid ribosòmic, situat al nuclèol i la cèl·lula. citoplasma.
L'ARN ribosòmic representa al voltant del 80% de la quantitat total d'àcids ribonucleics a la cèl·lula i el 60% de la massa del ribosoma, un organoide que sintetitza proteïnes cel·lulars. Totes les espècies anteriors es sintetitzen (transcriuen) en determinades seccions d'ADN, anomenades gens d'ARN. En el procés de síntesi hi intervenen molècules d'un enzim especial, l'ARN polimerasa. El lloc de la cèl·lula on es sintetitza l'ARNr és el nuclèol, situat al carioplasma.nuclis.
Nucleol, el seu paper en la síntesi
A la vida d'una cèl·lula, anomenat cicle cel·lular, hi ha un període entre les seves divisions: la interfase. En aquest moment, els cossos densos d'una estructura granular, anomenats nuclèols, són clarament visibles al nucli cel·lular, que són un component indispensable tant de les cèl·lules vegetals com animals.
En biologia molecular, s'ha establert que els nuclèols són els orgànuls on es sintetitza l'ARNr. Les investigacions posteriors dels citòlegs van portar al descobriment de seccions d'ADN cel·lular, en les quals es van trobar gens responsables de l'estructura i la síntesi dels àcids ribosòmics. S'anomenaven organitzadors nucleolars.
Organizador nuclear
Fins als anys 60 del segle XX, hi havia una opinió en biologia que l'organitzador nucleolar, situat al lloc de la constricció secundària en els parells de cromosomes 13, 14, 15, 21 i 22, té la forma d'un sol lloc. Els científics implicats en l'estudi del dany cromosòmic, anomenats aberracions, han descobert que en el moment del trencament del cromosoma al lloc de la constricció secundària, es produeix la formació de nuclèols a cadascuna de les seves parts.
Així, podem afirmar el següent: l'organitzador nucleolar no consta d'un, sinó de diversos loci (gens) responsables de la formació del nuclèol. És en ell on es sintetitzen l'ARNr dels àcids ribonucleics ribosòmics, que formen subunitats dels orgànuls cel·lulars que sintetitzen proteïnes: ribosomes.
Què són els ribosomes?
Com s'ha esmentat anteriorment, els tres tipus principalsL'ARN existeix a la cèl·lula, on es sintetitzen en determinats llocs: gens d'ADN. L'ARN ribosòmic format com a resultat de la transcripció forma complexos amb proteïnes: ribonucleoproteïnes, a partir de les quals es formen les parts constituents del futur orgànul, les anomenades subunitats. A través dels porus de la membrana nuclear, passen al citoplasma i hi formen les estructures combinades, que també inclouen molècules d'ARN-i i ARN-t, anomenades polisomes.
Els propis ribosomes es poden separar sota l'acció dels ions calci i existeixen per separat com a subunitats. El procés invers es produeix als compartiments del citoplasma cel·lular, on tenen lloc els processos de traducció: el muntatge de molècules de proteïnes cel·lulars. Com més activa sigui la cèl·lula, més intensos són els processos metabòlics, més ribosomes conté. Per exemple, les cèl·lules de la medul·la òssia vermella, els hepatòcits dels vertebrats i els humans es caracteritzen per tenir un gran nombre d'aquests orgànuls al citoplasma.
Com es codifiquen els gens de l'ARNr?
En base a l'anterior, l'estructura, els tipus i el funcionament dels gens d'ARNr depenen dels organitzadors nucleolars. Contenen loci que contenen gens que codifiquen l'ARN ribosòmic. O. Miller, realitzant investigacions sobre l'oogènesi en cèl·lules de tritó, va establir el mecanisme del funcionament d'aquests gens. A partir d'ells es van sintetitzar còpies d'ARNr (els anomenats transcriptants primaris), que contenien uns 13x103 nucleòtids i que tenien un coeficient de sedimentació de 45 S. Aleshores aquesta cadena va patir un procés de maduració, que va acabar amb la formació de tresMolècules d'ARNr amb coeficients de sedimentació de 5, 8 S, 28 S i 18 S.
Mecanisme de formació d'ARNr
Tornem als experiments de Miller, que va investigar la síntesi d'ARN ribosòmic i va demostrar que l'ADN nucleolar serveix com a plantilla (matriu) per a la formació d'ARNr, un transcriptant. També va establir que el nombre d'àcids ribosòmics immadurs (pre-r-RNA) que es formen depèn del nombre de molècules de l'enzim ARN polimerasa. Aleshores es produeix la seva maduració (processament) i les molècules d'ARNr comencen a unir-se immediatament als pèptids, donant lloc a la formació d'una ribonucleoproteïna, el material de construcció del ribosoma.
Característiques dels àcids ribosòmics a les cèl·lules eucariotes
Tenint els mateixos principis d'estructura i mecanismes funcionals comuns, els ribosomes dels organismes procariotes i nuclears encara tenen diferències citomoleculars. Per esbrinar-ho, els científics van utilitzar un mètode d'investigació anomenat anàlisi de difracció de raigs X. Es va trobar que la mida del ribosoma eucariota, i per tant l'ARNr inclòs en ell, és més gran i el coeficient de sedimentació és de 80 S. L'orgànul, perdent ions magnesi, es pot dividir en dues subunitats amb indicadors de 60 S i 40 S. Una partícula petita conté una molècula d'àcid, i una gran - tres, és a dir, les cèl·lules nuclears contenen ribosomes que consisteixen en 4 hèlices polinucleòtids d'àcid de les següents característiques: 28 S ARN - 5 mil nucleòtids, 18 S - 2 mil 5 S - 120 nucleòtids, 5, 8 S - 160. El lloc on es sintetitza l'ARNr a les cèl·lules eucariotes és el nucléol, situat al carioplasma del nucli.
ARN ribosòmic de procariotes
A diferència de l'ARNr,Entrant a les cèl·lules nuclears, els àcids ribonucleics ribosòmics dels bacteris es transcriuen en una àrea compactada del citoplasma que conté ADN i s'anomena nucleoide. Conté gens d'ARNr. La transcripció, la característica general de la qual es pot representar com un procés de reescriptura de la informació de l'ARNr dels gens d'ADN en una seqüència de nucleòtids d'àcid ribonucleic ribosòmic, tenint en compte la regla de complementarietat del codi genètic: el nucleoïtd d'adenina correspon a l'uracil i la guanina. a citosina.
Els bacteris
R-ARN tenen un pes molecular inferior i una mida més petita que la de les cèl·lules nuclears. El seu coeficient de sedimentació és de 70 S, i les dues subunitats tenen valors de 50 S i 30 S. La partícula més petita conté una molècula d'ARNr, i la més gran en conté dues.
El paper de l'àcid ribonucleic en el procés de traducció
La funció principal de l'ARNr és garantir el procés de biosíntesi de proteïnes cel·lulars - traducció. Es realitza només en presència de ribosomes que contenen ARNr. Combinant-se en grups, s'uneixen a la molècula informativa d'ADN, formant un polisoma. Les molècules de l'àcid ribonucleic ribosòmic transportador, transportant aminoàcids, que, un cop al polisoma, s'uneixen entre si mitjançant enllaços peptídics, formen un polímer - proteïna. És el compost orgànic més important de la cèl·lula, que realitza moltes funcions importants: construcció, transport, energia, enzimàtica, protectora i senyalització.
Aquest article va examinar les característiques, l'estructura i la descripció dels àcids nucleics ribosòmics, que sónbiopolímers orgànics de cèl·lules vegetals, animals i humanes.
