Структура молекулы РНК основные компоненты и функции (6 видео)

Рибонуклеиновая кислота (РНК) является одним из основных типов нуклеиновых кислот, которые играют важную роль в жизнедеятельности всех живых организмов. РНК отличается от другого типа нуклеиновой кислоты — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — своей структурой и функциями. В этой статье мы рассмотрим основные компоненты и функции молекулы РНК.

Структура молекулы РНК включает в себя основные компоненты: нуклеотиды, кофакторы и специальные структурные элементы. Нуклеотиды являются строительными блоками РНК и состоят из трех основных компонентов: фосфата, сахара (рибозы) и азотистой основы. Фосфат обеспечивает связь между нуклеотидами и формирует основу кислотности РНК. Сахар придает молекуле РНК ее специфическую форму и стабильность. Азотистые основы, такие как аденин (А), цитозин (С), гуанин (Г) и урацил (У), определяют последовательность нуклеотидов в молекуле РНК.

Функции молекулы РНК весьма разнообразны и зависят от ее типа и специфической последовательности нуклеотидов. Одна из основных функций РНК — передача генетической информации из ДНК в процессе синтеза белка. Рибосомная РНК (рРНК) образует основу рибосом, где происходит синтез белка. Мессенджерная РНК (мРНК) содержит информацию о последовательности аминокислот, необходимых для синтеза белка, и транспортирует эту информацию из ядра клетки в рибосомы.

Содержание

Структура молекулы РНК
Значение молекулы РНК
Основные компоненты
Структура молекулы РНК
Нуклеотиды
Сегменты
Фосфодиэстревая связь
Типы РНК
Мессенджерная РНК
Рибосомная РНК
Транспортная РНК
Процессы, в которых участвует РНК
Транскрипция
Трансляция
Матричное синтезирование ДНК
Каталитическая активность
🔥 Видео

Видео:ДНК и РНК • нуклеиновые кислоты • строение и функцииСкачать

Структура молекулы РНК

Структура РНК обладает своеобразной трехмерной формой, которая образуется в результате взаимодействия нуклеотидов в цепи. Например, в молекуле мРНК образуется одномерная последовательность, которая содержит информацию о последовательности аминокислот в белке.

Структура РНК также может быть представлена в виде двухцепочечной структуры, известной как вторичная структура. В этой структуре части молекулы сворачиваются и образуют пары оснований, что приводит к образованию петель и спиралей. Это вторичная структура РНК играет ключевую роль в процессе регуляции генов и взаимодействии с другими молекулами.

Функции молекулы РНК включают транскрипцию генов, трансляцию генетической информации, синтез белка и регуляцию генов. Вместе с молекулой ДНК, РНК выполняет важную роль в передаче и хранении генетической информации в организме.

Таким образом, структура молекулы РНК является ключевым элементом для ее функционирования и позволяет ей выполнять разные важные функции в организме.

Значение молекулы РНК

Вместе с ДНК, РНК образует основу генетического кода. Она содержит различные типы молекул, таких как мРНК, тРНК и рРНК, каждая из которых имеет свои функции. Молекула мРНК содержит последовательность нуклеотидов, которая кодирует информацию о последовательности аминокислот в белке.

ТРНК играет роль «переводчика» между мРНК и аминокислотами. Эта молекула связывает определенную аминокислоту и переносит ее к месту синтеза белка на рибосоме. Рибосомы состоят из рРНК и белков, и они выполняют роль фабрик для синтеза белков с помощью молекул РНК.

Помимо своей роли в генетическом коде, РНК также играет ключевую роль в процессе регуляции генов. Она может влиять на экспрессию генов, управлять их активностью и регулировать синтез белков в клетках.

Тип молекулы РНК	Функция
мРНК	Переносит информацию о последовательности аминокислот в белке
тРНК	Связывает аминокислоты и переносит их к месту синтеза белка
рРНК	Составляет основу рибосомы, где происходит синтез белков

Основные компоненты

Молекула РНК состоит из нескольких основных компонентов, каждый из которых играет важную роль в функционировании этой молекулы. Основные компоненты молекулы РНК включают:

Нуклеотиды: это основные строительные блоки РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех основных составляющих — азотистой основы (аденин, гуанин, цитозин или урацил), сахара рибозы и фосфатной группы. Нуклеотиды соединяются между собой через свои фосфатные группы, образуя цепочку РНК.
Одноцепочечная структура: РНК представляет собой одноцепочечную молекулу, в отличие от ДНК, которая имеет две цепочки. Это делает молекулу РНК более подвижной и усиливает ее функциональные возможности.
Кодирующие и некодирующие регионы: молекула РНК содержит различные участки, которые могут кодировать (посредством трансляции) информацию для синтеза белков или не кодировать информацию и выполнять другие функции, такие как каталитическая активность или регуляция генной экспрессии.
Рибозомы: РНК может взаимодействовать с рибозомами — специальными молекулами, которые играют ключевую роль в синтезе белка. Рибозомы читают информацию, содержащуюся в РНК, и используют ее для создания полипептидной цепи с заданной последовательностью аминокислот.
Модификации: молекула РНК может подвергаться различным модификациям, таким как метилирование, добавление химических групп или изменение основной последовательности. Эти модификации могут влиять на структуру и функцию РНК, а также на ее взаимодействие с другими молекулами.

Все эти компоненты сотрудничают между собой, обеспечивая структурную или функциональную разнообразность молекулы РНК и позволяя ей выполнять различные задачи в клетке.

Видео:РНК: строение, виды, функции, отличия от ДНК | биологияСкачать

Структура молекулы РНК

Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов – рибозы, фосфатной группы и азотистого основания. Рибоза является основой молекулы РНК и образует скелет молекулы, к которому присоединены другие компоненты. Фосфатные группы образуют фосфодиэфирные мостики между нуклеотидами, обеспечивая стабильность молекулы РНК.

Азотистые основания – это второй основной компонент молекулы РНК. Они отличаются в зависимости от типа РНК и могут быть аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) или уракил (U). Азотистые основания образуют водородные связи между собой, способствуя образованию спиральной структуры молекулы.

Структура молекулы РНК может быть одноцепочечной (односпиральной) или двухцепочечной (двухспиральной). В одноцепочечной РНК, называемой также однонитевой РНК (ssRNA), нуклеотиды составляют линейную последовательность, связанную фосфодиэфирными мостиками. В двухцепочечной РНК, такой как молекула мРНК (mRNA), нуклеотиды составляют две положительно-отрицательно направленных цепочки, связанные между собой водородными связями.

Структура молекулы РНК играет важную роль в ее функционировании. Она обеспечивает молекуле устойчивость, позволяет связываться с другими молекулами и выполнять свои функции, включая участие в процессе транскрипции (синтез РНК по матрице ДНК), трансляции (синтез белка по информации, закодированной в молекуле мРНК) и регуляции генов.

Нуклеотиды

Азотистое основание является ключевым элементом нуклеотида и определяет его уникальные свойства и функции. В молекуле РНК имеется четыре различных азотистых основания: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и урацил (U). Эти основания образуют пары между собой, обусловливая последовательность нуклеотидов и структуру РНК.

Пентозный сахар, известный как рибоза, является еще одной составляющей нуклеотида РНК. Рибоза имеет пять атомов углерода и обеспечивает молекуле стабильность и устойчивость.

Фосфатная группа, состоящая из фосфора и кислорода, присоединена к рибозе и обеспечивает заряд нуклеотида. Фосфатная группа также играет важную роль в образовании связей между нуклеотидами, образуя цепь РНК.

Азотистое основание	Символ
Аденин	A
Цитозин	C
Гуанин	G
Урацил	U

Комбинации различных нуклеотидов образуют цепочки, которые определяют последовательность аминокислот и функциональные свойства РНК. Структура молекулы РНК имеет важное значение для ее функционирования и взаимодействия с другими молекулами в клетке.

Сегменты

Существуют также другие сегменты молекулы РНК, которые отвечают за регуляцию процесса транскрипции и трансляции. Например, промотор представляет собой участок РНК, который инициирует начало процесса транскрипции. Модуляторы служат для регуляции скорости транскрипции и определяют, насколько активно будет транскрибироваться ген.

Однако, помимо функциональных сегментов, в молекуле РНК могут присутствовать и некодирующие участки, которые не содержат информацию об аминокислотах, но выполняют важные регуляторные функции. Например, в рибосомной РНК существуют такие участки, которые обеспечивают связывание и взаимодействие с рибосомами в процессе трансляции.

Таким образом, сегменты молекулы РНК играют различные роли в ее функционировании и регуляции генетической информации. Они обеспечивают точность и эффективность процессов транскрипции и трансляции, а также участвуют в регуляции экспрессии генов.

Фосфодиэстревая связь

Фосфодиэстревая связь формируется между фосфатной группой одного нуклеотида и пентозным сахаром другого нуклеотида. Фосфатная группа содержит одну или более кислородных атомов, которые обеспечивают связь с атомами углерода пентозного сахара.

Образование фосфодиэстревой связи происходит в результате конденсации между гидроксильной группой 3′-конца пентозного сахара одного нуклеотида и гидроксильной группой 5′-конца пентозного сахара другого нуклеотида. При этом выделяется молекула воды.

Фосфодиэстревая связь является ковалентной и очень стабильной. Она обеспечивает целостность и прочность молекулы РНК.

Описание	Схема
Пример фосфодиэстревой связи между двумя нуклеотидами

Фосфодиэстревая связь играет ключевую роль в структуре молекулы РНК. Она обеспечивает полимеризацию молекулы РНК, позволяет ей формировать специфическую трехмерную структуру и выполнять свои функции в клетке.

В целом, фосфодиэстревая связь является основным строительным элементом молекулы РНК, определяющим ее структуру и функцию. Без нее РНК не могла бы существовать как молекула информации и участник биохимических реакций в клетке.

Видео:ДНК и РНКСкачать

Типы РНК

1. Мессенджерная РНК (mRNA)

Мессенджерная РНК является одним из основных типов РНК. Она играет ключевую роль в процессе трансляции, переноса информации из ДНК в протеины. mRNA представляет собой шаблон, который используется рибосомой для синтеза белка.

2. Рибосомная РНК (rRNA)

Рибосомная РНК представляет собой основную структуру рибосомы, которая в свою очередь отвечает за синтез белка. Она обладает каталитической активностью и играет важную роль в процессе сборки аминокислот в полипептидную цепь.

3. Транспортная РНК (tRNA)

Транспортная РНК выполняет функцию переноса аминокислот к рибосоме в процессе синтеза белка. Она содержит антикодон, который соответствует специфической аминокислоте и связывает ее с кодоном на молекуле мессенджерной РНК.

4. Генетическая РНК (gRNA)

Генетическая РНК является частью комплекса РНК-полимеразы, которая участвует в процессе транскрипции. Она направляет полимеразу к месту старта синтеза РНК и участвует в процессе выбора инициации транскрипции.

5. Рибонуклеопротеины (snRNA, snoRNA, scRNA)

Рибонуклеопротеины играют важную роль в обработке и сплайсинге РНК. snRNA (небольшая ядерная РНК) и snoRNA (малый нуклеолярный РНК) участвуют в регуляции срезания и метилирования РНК. scRNA (маленькая цитоплазматическая РНК) отвечает за транспорт молекул РНК из ядра клетки в цитоплазму.

6. miRNA и siRNA

miRNA (микроРНК) и siRNA (маленькая интерферирующая РНК) являются малыми РНК-молекулами, которые регулируют экспрессию генов. Они связываются с мессенджерной РНК, блокируют ее трансляцию или приводят к разрушению молекулы.

Мессенджерная РНК

Молекулы mRNA образуются на матрице ДНК в процессе транскрипции. После синтеза, mRNA переносится из ядра в цитоплазму, где связывается с рибосомами для процесса трансляции. Во время трансляции молекула mRNA определяет последовательность аминокислот в синтезируемом белке.

Мессенджерная РНК состоит из нуклеотидов, включающих: азотистый остаток (аденин, гуанин, цитозин или урацил), рибозу и фосфатную группу. Структурная особенность mRNA заключается в том, что она является одноцепочечной, в отличие от двухцепочечной структуры ДНК или РНК транспортеров и рибосомальной РНК.

Мессенджерная РНК играет роль биологического посредника между информацией, содержащейся в ДНК геноме клетки, и синтезируемыми белками. Она играет ключевую роль во многих жизненно важных процессах, таких как рост, развитие, деление клеток, а также в ответе организма на стресс и воспаление.

Рибосомная РНК

Рибосомная РНК обладает высокой консервативностью, то есть ее последовательность нуклеотидов мало меняется на протяжении эволюции, что свидетельствует о ее важной роли в жизненных процессах. Она образует комплекс с белками, образующими рибосому, который в свою очередь состоит из двух субъединиц — малой и большой.

Рибосомная РНК участвует в процессе трансляции генетической информации, то есть переводе последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислот в белке. Она распознает кодоны на мРНК и обеспечивает связывание соответствующих аминокислот. Также рибосомная РНК обеспечивает связывание и транспорт тРНК, которые несут аминокислоты к рибосоме.

Транспортная РНК

Транспортная РНК выполняет ряд важных функций в клеточном метаболизме. Она распознает и связывается с конкретными аминокислотами с помощью своего антикодона, который комплементарен кодону на мРНК. Такая связь образует т.н. «кодовое тройственное» соединение, которое является основой для синтеза белка.

Транспортная РНК также играет роль «переносчика», перемещая аминокислоты от мест их синтеза в цитоплазме до рибосом, где происходит сборка белковой цепи. Этот процесс называется трансляцией и является важнейшим этапом биосинтеза белка.

Транспортная РНК является неотъемлемой частью клеточного механизма и играет ключевую роль в процессе синтеза белков. Без нее невозможна правильная передача генетической информации и образование функциональных структур в клетке.

Видео:Биосинтез белка за 3 минуты (даже меньше)Скачать

Процессы, в которых участвует РНК

РНК играет ключевую роль во многих биологических процессах, связанных с передачей и регуляцией генетической информации.

Один из основных процессов, в котором участвует РНК, это транскрипция. Во время транскрипции РНК-полимераза считывает информацию из ДНК и синтезирует РНК-молекулу на основе этой информации. Таким образом, РНК используется в процессе транскрипции для создания РНК-копии генетической информации.

Другой важный процесс, в котором участвует РНК, это трансляция. Трансляция происходит в рибосомах, где РНК-молекула связывается с рибосомой и служит матрицей для синтеза полипептидной цепи. Таким образом, РНК играет роль посредника между генетической информацией, закодированной в ДНК, и синтезом белка.

РНК также участвует в процессе сплайсинга, который является одной из стадий обработки генетической информации перед ее трансляцией. Во время сплайсинга из прекурсорной РНК, содержащей интроны и экзоны, удаляются интроны, а экзоны объединяются в готовую РНК-молекулу. РНК-сплайсинг позволяет получить различные варианты молекул РНК из одного гена, что является важным механизмом регуляции экспрессии генов.

Кроме того, РНК играет роль катализатора в некоторых реакциях, называемых рибозимами. Рибозимы являются специальными РНК-молекулами, способными самостоятельно проводить химические реакции. Это позволяет РНК выполнять функцию ферментов, влияющих на биохимические процессы в клетке.

Таким образом, РНК участвует во многих важных процессах клеточной жизни, начиная от передачи генетической информации до регуляции экспрессии генов.

Транскрипция

Транскрипция играет важнейшую роль в процессе трансляции генетической информации, так как мРНК, полученная в результате транскрипции, является основой для процесса синтеза белков. Транскрипция позволяет регулировать экспрессию генов, так как она может быть активирована или подавлена различными механизмами контроля.

В целом, транскрипция является сложным биологическим процессом, который требует взаимодействия множества белков и РНК, а также строгого контроля и координации. Она является одним из основных механизмов, обеспечивающих функционирование клеток и организмов в целом.

Трансляция

Трансляция происходит на рибосоме, органелле, которая состоит из рибосомальных РНК (рРНК) и белков. Процесс трансляции включает несколько этапов, каждый из которых выполняется специализированными молекулярными машинами.

Первый этап трансляции называется инициацией. На этом этапе рибосома связывается с молекулой мРНК и молекулой транспортной РНК (тРНК), на которой находится стартовая аминокислота — метионин. Затем молекула тРНК с метионином присоединяется к молекуле мРНК в определенном месте, образуя молекулярный комплекс.

Далее следует этап элонгации, во время которого рибосома последовательно считывает информацию с молекулы мРНК и добавляет соответствующие аминокислоты к полипептидному цепочке. Молекулы тРНК, содержащие нужные аминокислоты, связываются с молекулой мРНК на рибосоме и передают свои аминокислоты, которые затем соединяются в цепочку.

Последний этап трансляции называется терминацией. Когда рибосома достигает терминационного кодона на молекуле мРНК, процесс трансляции прекращается, и белок высвобождается из рибосомы.

Трансляция играет ключевую роль в жизненном цикле клетки, поскольку позволяет ей синтезировать необходимые для функционирования белки. Этот процесс сложный и в то же время удивительно точный, и его понимание помогает раскрыть многие механизмы жизни.

Матричное синтезирование ДНК

Процесс матричного синтезирования ДНК осуществляется при участии фермента, называемого РНК-полимеразой. РНК-полимераза распознает РНК-матрицу и начинает синтезировать ДНК-цепь, используя ее в качестве матрицы. В процессе синтеза, РНК-полимераза добавляет комплементарные нуклеотиды к растущей ДНК-цепи, соответствующие последовательности нуклеотидов на матрице РНК.

Матричное синтезирование ДНК имеет ключевое значение для передачи наследственных характеристик от поколения к поколению. В процессе митоза, каждая дочерняя клетка получает полную копию генетической информации от родительской клетки благодаря матричному синтезированию ДНК. Благодаря этому процессу, генетическая информация сохраняется и передается от предков к потомкам.

Матричное синтезирование ДНК также имеет значительное значение в биотехнологии и генной инженерии. С его помощью можно создавать клонированные ДНК-молекулы, программируя синтез ДНК-цепей на основе РНК-матрицы. Этот метод позволяет производить целенаправленные изменения в генетической информации и создавать модифицированные организмы с новыми свойствами.

Каталитическая активность

Каталитическая активность РНК проявляется в различных процессах в клетке. Например, в процессе трансляции, рибосомы выполняют роль катализаторов, синтезируя белки на основе информации, содержащейся в молекуле РНК. Кроме того, некоторые виды РНК, такие как рибозимы и рибосомные RNA, способны проводить реакции гидролиза, лигирования и трансэстерификации.

Каталитическая активность РНК является одной из основных причин, по которой она считается не только информационной, но и функциональной молекулой. Эта уникальная свойство РНК позволяет ей участвовать во множестве биологических процессов, включая регуляцию экспрессии генов и построение трехмерной структуры молекул белка.