La biologie moléculaire traite de l'étude de la structure et des fonctions des molécules de substances organiques qui composent les cellules vivantes des plantes, des animaux et des humains. Parmi eux, une place particulière est accordée à un groupe de composés appelés acides nucléiques (nucléaires).
Il en existe deux types: l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique. Ce dernier présente plusieurs modifications: i-ARN, t-ARN et r-ARN, qui diffèrent par leurs fonctions et leur localisation dans la cellule. Cet article est consacré à l'étude des questions suivantes: où est synthétisé l'ARNr dans les cellules procaryotes et eucaryotes, quelle est sa structure et sa signification.
Contexte historique
La première mention scientifique de l'acide ribosomique se trouve dans les études de R. Weinberg et S. Penman dans les années 60 du XXe siècle, qui ont décrit de courtes molécules de polynucléotides liées aux acides ribonucléiques, mais différant par leur structure spatiale et coefficient de sédimentation à partir de l'ARN d'information et de transport. Le plus souvent, leurs moléculestrouvé dans le nucléole, ainsi que dans les organites cellulaires - ribosomes responsables de la synthèse des protéines cellulaires. Ils étaient appelés ribosomiques (acides ribonucléiques ribosomiques).
Caractéristiques de l'ARN
L'acide ribonucléique, comme l'ADN, est un polymère dont les monomères sont des nucléotides de 4 types: adénine, guanine, uracile et cytidine, reliés par des liaisons phosphodiester en de longues molécules simple brin, torsadées sous la forme d'un spirale ou ayant des conformations plus complexes. Il existe également des acides ribonucléiques ribosomiques double brin présents dans les virus contenant de l'ARN et reproduisant les fonctions de l'ADN: la préservation et la transmission des traits héréditaires.
Trois types d'acides sont les plus courants dans la cellule, à savoir: l'ARN matriciel ou informationnel, l'acide ribonucléique ribosomal de transport, auquel les acides aminés sont attachés, ainsi que l'acide ribosomal, situé dans le nucléole et la cellule cytoplasme.
L'ARN ribosomal représente environ 80 % de la quantité totale d'acides ribonucléiques dans la cellule et 60 % de la masse du ribosome, un organoïde qui synthétise les protéines cellulaires. Toutes les espèces ci-dessus sont synthétisées (transcrites) au niveau de certaines sections d'ADN, appelées gènes d'ARN. Dans le processus de synthèse, des molécules d'une enzyme spéciale, l'ARN polymérase, sont impliquées. L'endroit dans la cellule où l'ARNr est synthétisé est le nucléole, situé dans le caryoplasmenoyaux.
Le nucléole, son rôle dans la synthèse
Dans la vie d'une cellule, appelée cycle cellulaire, il y a une période entre ses divisions - l'interphase. À ce moment, des corps denses d'une structure granuleuse, appelés nucléoles, sont clairement visibles dans le noyau cellulaire, qui sont un composant indispensable des cellules végétales et animales.
En biologie moléculaire, il a été établi que les nucléoles sont les organites où l'ARNr est synthétisé. Des recherches plus poussées par des cytologistes ont conduit à la découverte de sections d'ADN cellulaire, dans lesquelles ont été trouvés des gènes responsables de la structure et de la synthèse des acides ribosomiques. On les appelait l'organisateur nucléolaire.
Organisateur nucléaire
Jusqu'aux années 60 du XXe siècle, il y avait une opinion en biologie que l'organisateur nucléolaire, situé sur le site de la constriction secondaire dans les 13e, 14e, 15e, 21e et 22e paires de chromosomes, a la forme d'un site unique. Les scientifiques impliqués dans l'étude des lésions chromosomiques, appelées aberrations, ont découvert qu'au moment de la rupture chromosomique au site de la constriction secondaire, la formation de nucléoles se produit sur chacune de ses parties.
Ainsi, on peut affirmer que l'organisateur nucléolaire n'est pas constitué d'un, mais de plusieurs locus (gènes) responsables de la formation du nucléole. C'est en elle que sont synthétisés les ARNr des acides ribonucléiques ribosomiques, qui forment des sous-unités d'organites cellulaires synthétisant les protéines - les ribosomes.
Que sont les ribosomes ?
Comme mentionné précédemment, les trois principaux typesL'ARN existe dans la cellule, où ils sont synthétisés à certains sites - les gènes d'ADN. L'ARN ribosomique formé à la suite de la transcription forme des complexes avec des protéines - les ribonucléoprotéines, à partir desquelles se forment les parties constitutives du futur organite, les soi-disant sous-unités. À travers les pores de la membrane nucléaire, ils passent dans le cytoplasme et y forment des structures combinées, qui comprennent également des molécules d'ARN-i et d'ARN-t, appelées polysomes.
Les ribosomes eux-mêmes peuvent être séparés sous l'action des ions calcium et existent séparément en tant que sous-unités. Le processus inverse se produit dans les compartiments du cytoplasme cellulaire, où se déroulent les processus de traduction - l'assemblage de molécules de protéines cellulaires. Plus la cellule est active, plus les processus métaboliques sont intenses, plus elle contient de ribosomes. Par exemple, les cellules de la moelle osseuse rouge, les hépatocytes de vertébrés et les humains sont caractérisés par un grand nombre de ces organites dans le cytoplasme.
Comment les gènes d'ARNr sont-ils codés ?
Sur la base de ce qui précède, la structure, les types et le fonctionnement des gènes d'ARNr dépendent des organisateurs nucléolaires. Ils contiennent des loci contenant des gènes codant pour l'ARN ribosomal. O. Miller, menant des recherches sur l'oogenèse dans les cellules de triton, a établi le mécanisme du fonctionnement de ces gènes. Des copies d'ARNr (les soi-disant transcriptants primaires) ont été synthétisées à partir d'eux, contenant environ 13x103 nucléotides et ayant un coefficient de sédimentation de 45 S. Ensuite, cette chaîne a subi un processus de maturation, se terminant par la formation de troisMolécules d'ARNr avec des coefficients de sédimentation de 5, 8 S, 28 S et 18 S.
Mécanisme de formation de l'ARNr
Revenons aux expériences de Miller, qui a étudié la synthèse de l'ARN ribosomal et a prouvé que l'ADN nucléolaire sert de matrice (matrice) pour la formation de l'ARNr - un transcriptant. Il a également établi que le nombre d'acides ribosomiques immatures (pré-r-ARN) qui se forment dépend du nombre de molécules de l'enzyme ARN polymérase. Ensuite, leur maturation (traitement) se produit et les molécules d'ARNr commencent immédiatement à se lier aux peptides, entraînant la formation d'une ribonucléoprotéine, le matériau de construction du ribosome.
Caractéristiques des acides ribosomiques dans les cellules eucaryotes
Ayant les mêmes principes de structure et des mécanismes fonctionnels communs, les ribosomes des organismes procaryotes et nucléaires ont encore des différences cytomoléculaires. Pour le savoir, les scientifiques ont utilisé une méthode de recherche appelée analyse par diffraction des rayons X. Il a été constaté que la taille du ribosome eucaryote, et donc de l'ARNr qu'il contient, est plus grande et que le coefficient de sédimentation est de 80 S. L'organite, perdant des ions magnésium, peut être divisée en deux sous-unités avec des indicateurs de 60 S et 40 S Une petite particule contient une molécule d'acide et une grosse - trois, c'est-à-dire que les cellules nucléaires contiennent des ribosomes constitués de 4 hélices polynucléotidiques d'acide présentant les caractéristiques suivantes: ARN 28 S - 5 000 nucléotides, 18 S - 2 000 5 S - 120 nucléotides, 5, 8 S - 160. Le site où l'ARNr est synthétisé dans les cellules eucaryotes est le nucléole, situé dans le caryoplasme du noyau.
ARN ribosomal des procaryotes
Contrairement à l'ARNr,entrant dans les cellules nucléaires, les acides ribonucléiques ribosomiques des bactéries sont transcrits dans une zone compactée du cytoplasme contenant de l'ADN et appelée le nucléoïde. Il contient des gènes d'ARNr. Transcription dont la caractéristique générale peut être représentée comme un processus de réécriture de l'information de l'ARNr des gènes de l'ADN en une séquence nucléotidique de l'acide ribonucléique ribosomal, en tenant compte de la règle de complémentarité du code génétique: l'adénine nucléoitide correspond à l'uracile, et la guanine à la cytosine.
Les bactéries R-ARN ont un poids moléculaire inférieur et une taille plus petite que celle des cellules nucléaires. Leur coefficient de sédimentation est de 70 S et les deux sous-unités ont des valeurs de 50 S et 30 S. La plus petite particule contient une molécule d'ARNr et la plus grande en contient deux.
Le rôle de l'acide ribonucléique dans le processus de traduction
La fonction principale de l'ARNr est d'assurer le processus de biosynthèse des protéines cellulaires - la traduction. Elle est réalisée uniquement en présence de ribosomes contenant de l'ARNr. En se combinant en groupes, ils se lient à la molécule d'ADN informationnelle, formant un polysome. Les molécules de l'acide ribonucléique ribosomal de transport, porteuses d'acides aminés, qui, une fois dans le polysome, se lient les unes aux autres par des liaisons peptidiques, forment un polymère - protéine. C'est le composé organique le plus important de la cellule, qui remplit de nombreuses fonctions importantes: construction, transport, énergie, enzymatique, protection et signalisation.
Cet article a examiné les caractéristiques, la structure et la description des acides nucléiques ribosomiques, qui sontbiopolymères organiques de cellules végétales, animales et humaines.
