Jajka czy wiesz o nich wszystko?

Ostatnia aktualizacja 28 lipca 2022

Stosowane w przemyśle farmaceutycznym do produkcji szczepionek i antybiotyków, w kosmetyce, w środkach spożywczych i jako dekoracja na Wielkanoc.Jajko.

Malowanie pisanek

Ostrożnie przebić jajko (w górnej i dolnej części). Zawartość wydmuchać do kubka. Wnętrze wypłukać pod bieżącą wodą, osuszyć.

Do malowania można użyć gotowe farby lub naturalne składniki, gotując je wcześniej w rondelku.

Buraki – kolor czerwony

Szpinak, zielone żyto – zielony

Łupiny cebuli – żółto-brązowy

Inne naturalne składniki barwiące to np. kawa czy herbata.

Do dodatkowych dekoracji można użyć dowolnych materiałów: ryżu, makaronu, kolorowych nici, piórek…

Ale, przecież to nie artykuł z zajęć plastycznych…

Pochodzenie i historia jajek

Wśród wielu cywilizacji (Celtów, Greków, Egipcjan, Tybetańczyków, Hindusów, Chińczyków czy Japończyków) krąży legenda o jajku, które było prapoczątkiem świata. Według Chińczyków, wszechświat narodził się z gigantycznego jajka.

W Japonii mówi się, że jajko symbolizuje cztery żywioły: skorupa to ziemia, membrana to powietrze, białko to woda, a żółtko symbolizuje ogień. Już starożytni Rzymianie znali system hodowli kurcząt, wyhodowali 6 różnych ras. Dzisiaj mamy ich ponad 100!

Jajka popularne były również na ważnych przyjęciach i bankietach. Na przykład w zwycza-ju było, aby po konklawe, na bankiecie koronacyjnym papieża podawano jajka przyrządzane na wiele sposobów

Kto znosi jaja?

Oczywiście ptaki, ale nie tylko…

Gady (węże, żółwie, krokodyle, dinozaury…);

Ryby (jaja jesiotra jako kawior);

Pasożyty (wszy, tasiemiec);

Płazy (żaby, ropuchy, salamandry…);

Mięczaki (ślimaki).

Jajko kury

Budowa ptasiego jaja. 1. Skorupka. 2. Zewnętrzna blaszka błony pergaminowej. 3. Wewnętrzna blaszka błony pergaminowej. 4, 13. Chalaza. 5, 6, 12. Białko. 7. Błona żółtkowa. 8, 10, 11. Żółtko. 9. Tarczka zarodkowa. 14. Komora powietrzna. 15. Kutikula.

Bez koguta nie ma kurcząt!

Kura może składać jaja bez względu na obecność koguta. Jednak, aby z jaja wykluło się kurczę, wcześniej musi zostać zapłodnione przez koguta. Kura potrzebuje ok. 25 godzin do „wyprodukowania” jaja. Układ rozrodczy kury składa się z jednego jajnika i jajowodu, leżącego po lewej stronie ciała ptaka wzdłuż grzbietu. Na powierzchni jajnika występują liczne pęcherzyki, w których mieszczą się pierwotne komórki jajowe. W ścianach pęcherzyków znajdują się naczynia krwionośne, którymi doprowadzane są wraz z krwią składniki pokarmowe tworzące żółtko.

Jajowód/ macica
Powstanie pergaminowej błony i skorupki

Kloaka

Jajnik

Komórka jajowa

Kula jajowa otoczona białkiem

Kiedy komórka jajowa dojrzeje i osiągnie rozmiar przyszłego żółtka, opuszcza jajnik i trafia do jajowodu przez jego lejek. W tym miejscu też dochodzi do ewentualnego zapłodnienia. Czasem zdarza się, że jajnik opuszczają dwie komórki, wtedy powstaje jajo z dwoma żółtkami. Wędrująca jajowodem, tzw. kula jajowa, zostaje otoczona warstwami białka – gęstą i rzadką. W warstwie białka gęstego powstają chalazy, czyli białkowe sznureczki, które utrzymują żółtko w środku jaja. Gdy jajo dociera do części macicznej jajowodu, zostaje otoczone pergaminową błoną. Składa się ona z dwóch ściśle przylegających do siebie blaszek, które rozwarstwiają się jedynie na tępym biegunie jaja, tworząc komorę powietrzną. W macicy znajdują się także gruczoły odpowiedzialne za otoczenie jaja wapienną skorupką i te odpowiedzialne za jego zabarwienie. Jajo wędruje zwrócone ostrym biegunem do ujścia jajowodu. Dopiero na samym końcu, gdy jest już „gotowe”, obraca się.

Skorupka jaja jest porowata (najwięcej otworów znajduje się nad komorą powietrzną), dzięki czemu pisklę może oddychać. Zabrudzenie jej np. odchodami może doprowadzić do uduszenia maleństwa.

Kiedy kurczę jest już dojrzałe, dziobkiem rozbija skorupkę i wychodzi na świat. Okres inkubacji (wylęgu) jaja kury wynosi 21 dni.

Od czego zależy ilość znoszonych jaj

Światło wpływa na system hormonalny kury. Kiedy jego natężenie rośnie, rośnie również „wydajność” kur. Jeśli chcemy mieć regularną produkcję na farmie drobiu, musimy zadbać o sztuczne oświetlenie. Kiedy dni są krótkie (zimą) doświetla się kurniki tak, aby kury pozo-stawały w świetle ok. 12–14 godz.

Kształt i kolor mogą pełnić funkcje ochronne

Dla jaj, które składane są w budkach lęgowych lub zakrytych gniazdach, kolor nie ma zna-czenia, gdyż nie wymagają one kamuflażu. Dla pozostałych gatunków ptaków, składających jaja do odkrytych gniazd, np. czajki, która buduje gniazda otwarte w zagłębieniach ziemi, kolor jaj jest brązowożółty w ciemniejsze plamy. Zarówno materiał, z którego wykonane jest gniazdo, jak i wygląd jaj „stapiają się” z otoczeniem i chronią przed rozpoznaniem przez wroga.

U niektórych gatunków ptaków, takich jak sowa, liczba składanych jaj zależy od obfitości pokarmu. Przy obfitości myszy, sowa gnieździ się nawet 3 razy w roku.

Jak rozpoznać świeże jajko

Weź jajko, umieść go pod światło i obejrzyj. Jeśli jajko jest świeże:

białko ma białawy kolor,

żółtko w środku jest ładne i okrągłe,

komora powietrzna jest niewielka.

Rozbij jajko w czystym naczyniu:

białko powinno być gęste i ściśle przylegać do żółtka,

żółtko ładnie pachnie,

jeśli białko jest płynne i rozlewa się po naczyniu – jajko jest nieświeże.

Zanurz jajko w osolonej wodzie (1 łyżeczka soli na szklankę wody):

świeże jajko pozostaje blisko dna,

mniej świeże podnosi się do góry.

Kura

Przodkiem kury domowej jest Kur bankiwa (Gallus gallus), ptak z rodziny kurowatych, udomowiony ponad 4000 lat p.n.e. w Indiach i Azji Południowo-Wschodniej. Do dziś można go spotkać w Indiach, Tajlandii i Kambodży.

Trawienie u kury przebiega inaczej niż u ssaków. Na początku układu trawiennego znajduje się poszerzony przełyk – wole, w nim gromadzi się pokarm, przełykany w pośpiechu przed innymi ptakami. Następ-nie wędruje do żołądka gruczołowego, gdzie u roślinożernych jest wstępnie rozmiękczany, u ptaków mięsożernych wstępnie trawiony za pomocą mocnych kwasów. Właściwe trawienie odbywa się w następnym żołądku mięśniowym, zwanym „mielec”, który swoją nazwę zawdzięcza sposobowi trawienia – rozcierania pokarmu na papkę za pomocą połykanych drobnych kamyków czy piasku.

Układ pokarmowy kury składa się z: przełyku, wola, żołądka gruczołowego, żołądka mięśniowego (mielca), trzustki, wątroby, jelita ślepego, jelita grubego i kloaki.

Budowa zewnętrzna kury

Kura jest ptakiem, który częściej chodzi, niż lata. Ma silne kończyny dolne zakończone pazurkami.

Kury hodowane są zarówno ze względu na produkcję jaj, jak i mięsa. Kurczę potrzebuje od 40 do 80 dni, aby być przeznaczonym do spożycia.

Indyk

Dzisiejszy indyk jest potomkiem indyka dziko żyjącego w górach Meksyku. Odkrycie tego ptaka zawdzięczamy Krzysztofowi Kolumbowi. Dzisiaj występuje w południowych obszarach Ameryki Północnej głównie w dorzeczach rzek Ohio i Missisipi oraz w Meksyku. Kiedyś osiągał wagę nawet do 35 kg. Współczesne gatunki są już lżejsze; samiec waży ok. 10–15 kg, samica zaś nie przekracza wagi 10 kg. U indyków występuje widoczny dymorfizm płciowy. Samce są wyraźnie większe o bogatszym, kolorowym upierzeniu. Zaś samica jest mniejsza, a jej pióra mają bar-dziej matowy i wyblakły kolor. Indyki dziko żyjące budują swoje gniazda w zagłębieniach ziemi z fragmentów roślin, gdzie składają od 18 do 20 w jednym lęgu. Wylęg młodych następuje po 28 dniach wysiadywania jaj przez samicę.

Rasy rozpowszechnione w Polsce to indyk szerokopierśny odmiany Bronz i Białej oraz rasa Beltsville.

Perliczka

Ptak żyjący do dziś na wolności w Afryce. Do Europy sprowadzili go starożytni Rzymianie, nadając mu nazwę „kurczaka z Namibii”. W warunkach hodowlanych uznana za mało „towarzyską”, na wolności żyje w stadkach. Jej upierzenie jest zwarte, ciemne z licznymi drobnymi, białymi plamkami. Wiosną, do ukrytych wśród krzewów i starych pni drzew gniazd, składa od 5 do 20 jaj, z których po ok. 30 dniach wykluwają się młode. Hodowana głównie ze względu na mięso. Do największych światowych producentów perliczki należy Francja.

Gęś

Gęś domowa należy do rodziny ptactwa wodnego. Jej przodkiem jest gęś gęgawa (anser anser). Dorosła gęś waży od 4 do 8 kg. Gęsi należą do ptaków odpornych na zmienne warunki atmosferyczne, nie są płochliwe, ale w hodowli wymagają wolnego wybiegu, najlepiej z dostępem do sadzawki i z trawnikiem, na którym gęś w charakterystyczny sposób skubie trawę. Swoje gniazdo gęś przygotowuje z piór i fragmentów roślin. Składa w nim od 10 do 30 jaj (w zależności od rasy). Hodowane głównie na mięso (zwłaszcza polska gęś owsiana), ale również ze względu na jaja, tłuszcz oraz puch. Cenione również w agroturystyce. W Polsce występują rasy o upierzeniu białym, szarym i siodłatym.

Kaczka

Kaczka domowa pochodzi od występującej na wszystkich kontynentach półkuli północnej kaczki krzyżówki. W Polsce kaczka krzyżówka jest najczęściej występującą, dziko żyjącą kaczką, odlatującą na zimę do krajów Europy Płd. i Afryki. Udomowiona ok. 3000 lat temu w krajach Europy południowej i w Chinach. Wśród kaczek domowych rozróżnia się typy: nieśny, mięsny i ogólnoużytkowy.

Najbardziej rozpowszechnioną odmianą, także w Polsce, jest kaczka pekińska należąca do typu ogólnoużytkowego. Do jej zalet należy zarówno wysoka nieśność (ok. 100 jaj rocznie), jak również wysoka wydajność rzeźna i dobra jakość mięsa. Kaczka pekińska ma upierzenie białe lub kremowe. Korpus dość masywny, osadzony na krótkich, dość szeroko rozstawionych nogach. Dorosły kaczor osiąga wagę ok. 3,5 kg, zaś kaczka ok. 3,5 kg. Hodowana głównie na mięso.

Małe kaczątka są częstym motywem wielkanocnym, zaś bohatera kreskówek – Kaczora Donalda – znają chyba dzieci na całym świecie.

Kilka cyfr…

W gospodarstwach rolnych można spotkać jeszcze inne ptaki, takie jak: gołębie, przepiórki czy strusie.

Strusie jajo waży 1,6 kg, czyli 30 razy więcej niż jajo kurze. Jaja strusi są smaczne. Aby je ugotować na miękko, potrzeba 20-30 minut!

Porównanie wielkości jaj

Żywienie kur

Żywienie jest najważniejszym czynnikiem, od którego zależy zarówno zdrowie kur, jak i jakość mięsa oraz skład, smak i jakość jaj.

Kura,podobnie jak inne ptaki,posiada układ trawienny krótszy niż ssaki,dlatego wymaga podawania pokarmu łatwo przyswajalnego. Najprostszym sposobem zapewnienia kurom optymalnej diety jest podawanie gotowych mieszanek, zawierających komplet substancji odżywczych w odpowiednich proporcjach. Kura w okresie inkubacji jaj potrzebuje około 120 g karmy dziennie. Na rynku dostępne są zróżnicowane mieszanki: dla kur niosek, kurcząt mięsnych itp. Pasze dostosowuje się do rodzaju i przeznaczenia kury. Oprócz tego kury są karmione ziarnem owsa, pszenicy, jęczmienia, żyta, kukurydzy i ryżu, również w postaci rozdrobnionej, płatków (owies) i śrutu (ziarno pozostałych zbóż), a ryż może być użyty w postaci nasion połamanych. Stosuje się również otręby oraz kiełki pszenicy, kukurydzy i ryżu. Poza tym można karmić kury roślinami oleistymi i ich wytłokami (rzepak, soja, len, słonecznik…) oraz motylkowymi (groch, bób, wyka…), tapioką, suszem i kiszonkami z traw, lucerny i koniczyny, suszonymi wodorostami. Z produktów pochodzenia zwierzęcego używa się mleka i jego przetworów, ryb czy mączki rybnej.

W niewielkich gospodarstwach rolnych kury karmione są zazwyczaj ziarnem, śrutą i resztami z kuchni (warzywami, ziemniakami itp.). Naturalne pigmenty znajdujące się w trawie, do której kury z wolnego wybiegu mają dostęp, czy w mące kukurydzianej sprawiają, że żółtko ma intensywniejszy kolor.

Bardzo ważnym zasobem w żywieniu kur jest woda, do której kura powinna mieć dostęp na bieżąco. Dorosła kura potrzebuje ok. 2–3 litrów wody dziennie.

Systemy chowu drobiu

Ze względu na liczebność stada, warunki, w których prowadzona jest hodowla oraz ponoszone nakłady, w krajach europejskich wyróżnia się trzy systemy chowu: intensywny, półintensywny i ekstensywny.

Hodowla intensywna

System intensywny polega na dużej koncentracji jednego gatunku ptaków chowanych w specjalistycznych pomieszczeniach (nawet 20 000 – 30 000 sztuk w jednej produkcji). Kury przebywają w klatkach umieszczonych w klimatyzowanym kurniku, w zagęszczeniu ok. 30-40 ptaków na m² lub na podłodze pokrytej ściółką lub na ruszcie czy siatce. W celu intensyfikacji produkcji jaj (średnio ok. 275 jaj rocznie), pomieszczenia są sztucznie oświetlane nawet do 16 godzin dziennie. W przypadku kur niosek często stosuje się różne systemy klatkowe (zespół klatek z otwartym magazynem odchodów pod klatkami – dół lub nasyp, system klatek podwieszanych itp.).

W intensywnej produkcji świeże jajka na bieżąco są transportowane do miejsca, gdzie są sortowane, pakowane i wędrują do sprzedaży. Intensyfikacja produkcji pozwala na proponowanie przystępnych cen.

Ta metoda hodowli spotyka się ze sprzeciwem osób wrażliwych na potrzeby zwierząt. Kury przebywają często w niewielkich pomieszczeniach i aby nie wyrządzały sobie krzywdy, reguluje się długość dziobów i pazurów.

Hodowla półintensywna

Polega na hodowli stad liczących od stu do kilkuset ptaków w specjalnych, wydzielonych pomieszczeniach, gdzie ptaki mogą korzystać z ograniczonego wybiegu. Ptaki karmione są specjalnymi paszami lub mieszankami przygotowywanymi samodzielnie w gospodarstwie i wzbogacanymi mieszankami przemysłowymi. Drób hodowany w ten sposób produkuje więcej jaj niż w systemie ekstensywnym, ale nieco mniej niż w intensywnym.

Hodowla ekstensywna

Przyzagrodowy, tradycyjny sposób hodowli drobiu. Ptaki przebywają w naturalnych wa-runkach, mając dostęp do tego wszystkiego, co znajdą w okolicy, trawy, kamyczków, piasku… Nocą zamykane są w kurnikach lub razem z innymi zwierzętami w oborach. Karmione są ziarnem, ziemniakami, resztami kuchennymi i innymi paszami przygotowywanymi w gospodarstwie. Stadka są niewielkie, liczą ok. 20 ptaków. Chów ten służy samozaopatrzeniu, nadwyżki mogą być sprzedawane, najczęściej w ramach sprzedaży bezpośredniej.

Sprzedaż jaj

Po sprawdzeniu jakości (nienaruszona skorupka, świeżość) jajka są kalibrowane (mierzone) i pakowane. W sklepach można sprzedawać tylko jajka zapakowane i oznakowane. Średnia waga jaja kurzego w Szwajcarii wynosi od 50–65 g. Jego wielkość zależy od wieku kury, pożywienia oraz rasy. W różnych krajach stosuje się różne sposoby klasyfikowania jaj. Polska, po przystąpieniu do UE, przyjęła system obowiązujący w krajach unijnych.

Jajka w państwach członkowskich, są sortowane na cztery kategorie, ze względu na wielkość:

jaja bardzo duże o wadze 73 g i więcej – symbol XL

jaja duże o wadze 63–73 g – symbol L

jaja średnie o wadze 53–63 g – symbol M

jaja małe o wadze niższej niż 53 g – symbol S

Pozwolenie na zbiór i sortowanie jaj otrzymują tylko takie gospodarstwa, które mają odpowiednie urządzenia. Pozo-stałe przekazują jaja do zakładów, w których są one znakowane i pakowane. Znaki obowiązkowo nanoszone na opakowaniach obejmują: klasę jakościową i wagową, datę pakowania jaj, liczbę za-pakowanych jaj, datę minimalnej trwało-ści, numer centrum pakowania, a także jego znak lub nazwę. Ponadto, na opakowaniach powinny znajdować się na-stępujące informacje:

klasa jakościowa (A – ekstraświeże – tylko one mogą się znajdować w handlu, B – przeznaczone do przetwórstwa);
termin przydatności do spożycia (do 28 dni od daty zniesienia);

nazwa i adres producenta lub firmy pakującej jajka.

Tylko jajka z małych gospodarstw, sprzedawane w ramach sprzedaży bezpośredniej nie muszą na razie posiadać stempli.

Kod na jajku

Numery na jajkach nie mają nic wspólnego z datą ich zniesienia. Rząd cyfr i liter to system hodowli kur i identyfikator producenta.

Każde jajko wyprodukowane w Polsce musi być ostemplowane 11 – znakowym kodem:

Jajka w żywieniu człowieka, spożycie jaj

Izraelczycy: 402 jaja na osobę na rok Francuzi: 260 jaj na osobę na rok Niemcy: 226 jaj na osobę w roku Szwajcarzy: 190 jaja na osobę w roku. Polacy: 200 jaj na osobę na rok

Przeciętni mieszkańcy najczęściej dokonują zakupu surowych jaj, ale spożywają je również w miejscach żywienia zbiorowego (barach, restauracjach, stołówkach) w postaci dań na bazie jaj.

Oprócz tego jajka i susz jajeczny spożywany jest wraz z produktami spożywczymi produkowanymi na skalę przemysłową: chlebem, makaronami, ciastkami, sosami, majonezem… a nawet lekarstwami. Susz jajeczny wytwarza się z całych jajek, żółtek lub tylko białek. Ten ostatni jest często wykorzystywany jako dodatek w wyrobach farmaceutycznych.

Jajka w żywieniu

Jajko jest cennym źródłem składników odżywczych, witamin oraz mikro i makroelementów. Do najważniejszych składników w jajku należą:

pełnowartościowe białko – łatwo przyswajalne przez organizm, wspomaga wzrost

rozwój kości u dzieci, wspiera regenerację tej tkanki i zdrowie dorosłych, zawiera wszystkie aminokwasy, nawet te, których nasz organizm sam nie potrafi wyprodukować;

tłuszcze (zawarte w żółtku) – dostarczają ciepła i energii, pozwalają nam się poruszać;

makro i mikroelementy – chronią organizm;

witaminy (A,B,D,E,K) – ułatwiają wiele procesów zachodzących w naszym organizmie, dbają o jego rozwój (np. wit. E – opóźnia proces starzenia, działa przeciwrakowo, wit.

grupy B – wpierają przebieg procesu metabolicznego, itd.). Najlepiej trawione jest jajko poddane termicznej obróbce (gotowaniu, smażeniu, pieczeniu), ale jeśli chodzi o gotowanie, nie może ono trwać zbyt długo (ze względu na procesy zachodzące w białku, które są niekorzystne zarówno w przypadku jajka surowego, jak i gotowanego zbyt długo).

Poza tym używając jajek w kuchni, należy pamiętać o zasadach higieny, gdyż skorupki jaj pochodzące bezpośrednio z gospodarstw, nie są naświetlane i mogą być źródłem zakażenia salmonellą. Dlatego, jeśli podczas przygotowywania potraw używamy jaj, każdorazowo po zetknięciu się ze skorupkami, musimy myć ręce ciepłą wodą z detergentem.

Skarby ukryte w jajku

Co było pierwsze jajko czy kura?

Ani jajko ani kura, to może jej DNA i RNA? Tak RNA. I tu zaczyna się ta część artykułu, która nie dla wszystkich będzie zrozumiała, ale jakby co, można przecież obejrzeć chociaż obrazki.Czym jest RNA?

RNA– organiczne związki chemiczne z grupy kwasów nukleinowych, zbudowane z rybonukleotydów połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi. Z chemicznego punktu widzenia są polimerami kondensacyjnymi rybonukleotydów. Występują w jądrach komórkowych i cytoplazmie, często wchodząc w skład nukleoprotein. Znanych jest wiele klas kwasów rybonukleinowych o zróżnicowanej wielkości i strukturze, pełniących rozmaite funkcje biologiczne. Zarówno struktura, jak i funkcja RNA jest silnie uzależniona od sekwencji nukleotydów, z których zbudowana jest dana cząsteczka.

Wśród kwasów rybonukleinowych wyróżnia się między innymi:

informacyjny lub matrycowy RNA (mRNA)
rybosomalny RNA (rRNA)
transferowy RNA (tRNA)
heterogenny jądrowy RNA (hnRNA lub pre-mRNA) – głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego transkryptu do mRNA
antysensowy RNA albo interferencyjny RNA (siRNA i miRNA) – produkowany w celu precyzyjnej regulacji ekspresji genówkodujących białka (za pomocą mechanizmu wspólnego lub bardzo zbliżonego do systemu zwalczania wirusów RNA)
mały cytoplazmatyczny RNA (scRNA) – odpowiedzialny za rozpoznawanie sygnału w komórce
mały jądrowy RNA (snRNA) – pełniący funkcje enzymatyczne przy wycinaniu intronów z transkryptów
mały jąderkowy RNA (snoRNA) – biorący udział w modyfikacji chemicznej pre-mRNA

RNA jest zazwyczaj jednoniciowy; postać dwuniciowa, analogiczna do dwuniciowego DNA, występuje głównie jako materiał genetyczny niektórych wirusów i wiroidów (porównaj też retrowirusy). Jednak w wypadku cząsteczek jednoniciowych, szczególnie pełniących funkcje enzymatyczne lub współdziałających w tych funkcjach (np. rRNA, tRNA), tworzenie fragmentów dwuniciowych przez parowanie różnych odcinków tej samej nici decyduje o strukturze całej cząsteczki.

Ułożenie zasad azotowych w RNA nie jest dowolne. Ich kolejność jest odzwierciedleniem kolejności ułożenia zasad azotowych w matrycowej nici DNA, a takie same (zamieniając tyminę na uracyl) w nici kodującej.

W przypadku wirusów RNA zawierających pojedynczą nić kwasu nukleinowego można mówić o jej polarności. Nić o dodatniej polarności to element mogący pełnić funkcję mRNA, zaś ta o ujemnej jest komplementarna do mRNA.

Porównanie RNA z DNA. RNA ma często znacznie bardziej skomplikowaną budowę.

RNA różni się od DNA. Izolacja kwasów nukleinowych z różnych organizmów. Odkryto, że budulce cząsteczki RNA: ATP i GTP są podstawowymi źródłami energii (czyli życia) w komórce. RNA produkuje białka.

Zidentyfikowano trzy rodzaje RNA biorące udział w tłumaczeniu informacji z DNA na białko:
• informacyjne (matrycowe) RNA (mRNA) – przenośnik informacji genetycznej
• transferowe RNA (tRNA) – fizyczny łącznik między RNA a białkiem
• rybosomalne RNA (rRNA) – obecne w rybosomach, fabrykach białek.
Odkryto kod genetyczny: trzy nukleotydy kodują jeden aminokwas.Wyizolowano polimerazę RNA, enzym syntetyzujący RNA. RNA jest nośnikiem informacji genetycznej w wirusach.

Pierwsze niekodujące RNA

Analiza tRNA:
• zsekwencjonowanie (pierwsza zsekwencjonowana duża cząsteczka RNA)
• przewidzenie struktury drugorzędowej (4-listna koniczynka)
• rozwiązanie struktury 3D (krystalografia rentgenowska; kształt-L).
Izolacja mRNA; odkryto niekodowane nukleotydy (cap, polyA, CCA)
Opis odwrotnej transkryptazy (enzym przepisujący RNA na DNA); osłabienie centralnego dogmatu: DNA > RNA > białko.
Splicing RNA – Splicing, składanie genu, wycinanie intronów – usunięcie intronów (sekwencji niekodujących) i połączenie eksonów (sekwencji kodujących) z prekursorowego mRNA organizmów eukariotycznych. Proces ten zachodzi podczas obróbki posttranskrypcyjnej po to, by dojrzały mRNA, przygotowany do translacji, kodował ciągły łańcuch polipeptydowy (od kodonu start do stop). Splicing katalizowany jest przez kompleks białek i RNA zwany spliceosomem. W niektórych przypadkach następuje samowycinanie się intronów, bez udziału spliceosomu, funkcję katalityczną pełni wówczas RNA (rybozym).

Przed naukowcami zajmującymi się biotechnologią postawiono trudne zadanie w postaci kontroli procesów zachodzących w komórce i ich wykorzystania do np. syntezy użytecznych dla człowieka metabolitów komórkowych. Biotechnolodzy codziennie wykorzystują znajomość mechanizmu ekspresji genów, co pozwala im na działalność w różnych dziedzinach. Przykładem jest narzucenie mikroorganizmom określonych warunków, w których są zdolne do produkcji leków lub nakłonienie komórek do poprawnego funkcjonowania, co ma ogromne znaczenie w medycynie. Duży nacisk kładzie się na systemy regulacji oparte na białkach, ale ostatnio zaczęto skupiać się również na wykorzystaniu systemach opartych na RNA, które w równym stopniu jak polipeptydy bierze udział w regulacji takich procesów
jak transkrypcja, degradacja mRNA (ang. messenger RNA) i translacja. Kwas rybonukleinowy może regulować ekspresję genów poprzez obecność miejsc w łańcuchu tej cząstki, gdzie poszczególne jego części są do siebie komplementarne i mogą wytworzyć się między nimi wiązania wodorowe, tworząc drugorzędową strukturę.
Proces transkrypcji stanowi pierwszy etap ekspresji genów. Jego mechanizm opiera się na przepisaniu informacji genetycznej zawartej w sekwencji nukleotydów z nici DNA na RNA. Proces można podzielić na inicjację, elongację oraz terminację. W pierwszym etapie polime-raza RNA wiąże się z rozplecioną lokalnie matrycą w miejscu promotorowym. Następnie w fazie elongacji dobudowuje ona kolejne rybonukleotydy, komplementarne do nici DNA, do powstającej nici mRNA w kierunku 5′ → 3′. Proces kończy się w miejscu terminacyjnym, które najczęściej charakteryzuje się komplementarnymi do siebie regionami, co skutkuje wytworzeniem w transkrypcie struktury drugorzędowej typu spinka do włosów.

W procesie transkrypcji kontrola na poziomie RNA polega głównie na regulacji terminacji transkrypcji, która może przebiegać w postaci zależnej od białka (helikazy) Rho. Białko to podąża za polimerazą RNA dobudowującą kolejne nukleotydy komplementarne do nici. Gdy polimeraza dotrze do drugorzędowej struktury spinki do włosów utworzonej przez mRNA kończy elongację. Wtedy helikaza Rho dogania polimerazę i rozbija wiązania wodorowe między parami zasad RNA-DNA, co pozwala na odłączenie matrycy od transkryptu. Innym równie powszechnie występującym w komórkach mechanizmem jest zatrzymanie się polimerazy na strukturze spinki do włosów oraz jej odłączenie się w wyniku zmniejszania siły oddziaływań pomiędzy drugorzędowym RNA i podjednostką polimerazy.

Cząsteczka siRNA (ang. small interfering RNA) jest to rodzaj kwasu rybonukleinowego o długości 20-30 nukleotydów, który nie ulega translacji i bierze udział w regulacji różnych procesów, szczególnie w procesie syntezy białek. Jednym z mechanizmów regulacji transkrypcji z udziałem siRNA jest atenuacja występująca w plazmidach i fagach bakterii zarówno u gram-dodatnich jak i u bakterii gram ujemnych. Jej rola wynika z sprzężenia transkrypcji i translacji u bakterii. Mechanizm atenuacji zależy od powstania dwóch struktur przestrzennych: dużej i małej pętli, których konformacja zależy od siRNA. W zależności od powstania jednej z nich transkrypcja ulega zakończeniu (w przypadku utworzenia mniejszej pętli tworzącej sygnał terminacji) lub jest kontynuowana (gdy powstanie większa pętla zatrzymująca rybosom).

Inną grupą makrocząsteczek biorącą udział w terminacji transkrypcji są ryboprzełączniki (ang. ryboswitchers), które składają się z aptameru, czyli krótkiego odcinka wiążącego się z metabolitem i platformy ekspresyjnej, zmieniającej konformację pod wpływem przyłączenia do aptameru liganda[6]. W przypadku ryboprzełączników mechanizm polega na przyłączeniu się platformy ekspresyjnej do mRNA i po związaniu się aptameru z odpowiednią cząsteczkę wytworzenie przez transkrypt struktury spinki do włosów i terminacji transkrypcji. Ostatnio odkryto również ich udział w regulacji terminacji zależnej od białka Rho.

System CRISPR (ang. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) to metoda bakterii do obrony przed obcym kwasami nukleinowymi. Charakteryzuje się palindromowymi powtórzeniami (sekwencja,do której komplementarna część czytana w kierunku 5′-3′ jest taka sama) w genach kodujących cząstki tego systemu. Składa się on z sekwencji liderowej (promotor transkrypcji systemu CRISPR) oraz genów kodujących białka z rodziny Cas, które rozpoznają i tną na kawałki obce kwasy nukleinowe włączając przy tym ich fragmenty do sekwencji CRISPR, co pozwala mikroorganizmowi na rozpoznanie intruza przy kolejnym jego ataku. Znane są trzy główne typy tego systemu różniące się mechani-zmem rozkładu inwazyjnego materiału genetycznego przez nukleazy. W najpowszechniej występującym u prokariaontów typie II CRISPR łączy się z sgRNA (ang. small guide RNA) łączy się z obcym materiałem genetycznym, jednocześnie oznaczając go i pozwalając na przyłączenie się nukleazy Cas9 (numer białka zależy od pełnionej funkcji) powodując jego rozkład.

TRANSLACJA (GENETYKA)

Kolejnym etapem ekspresji genów jest translacja, czyli synteza na matrycy mRNA łańcucha białkowego, poprzez dołączanie kolejnych aminokwasów w zależności od sekwencji nukleotydów w kierunku 5’→3′ katalizowana przez rybosomy. Składa się ona z trzech etapów: inicjacji, elongacji i terminacji. W pierwszej fazie mała podjednostka rybosomu przyłącza się do końca 5′ mRNA, a do niej dołącza się duża podjednostka. Każdy rybosom posiada dwa miejsca, do których w trakcie elongacji wiąże się tRNA (ang. transport RNA) z aminokwasem odpowiadającym sekwencji. W drugim miejscu znajduje się tRNA z aminokwasem włączonym już do łańcucha polipeptydowego. Obydwa aminokwasy znajdują się na tyle blisko siebie, aby mogło wytworzyć się wiązanie peptydowe. Następnie cząsteczka tRNA z pierwszego miejsca przesuwa się na drugie miejsce, z którego w tym samym uwolniony zostaje poprzedni tRNA. Proces trwa do momentu napotkania kodonu STOP, co powoduje rozpad rybosomu i odłączenie syntezowanego białka.

Największą rolę w procesie translacji odgrywa 16S rRNA (rybosomalne RNA wchodzące w skład małej podjednostki rybosomu), którego fragment na końcu 3′ jest częściowo komplementarny do miejsca wiązania rybosomu na matrycy mRNA zwanego również sekwencją Shine-Dalgarno. Jest także wiadome, że stopień dopasowania pomiędzy tymi dwoma sekwencjami wpływa na efektywność translacji. Dodatkowo tworzenie drugorzędowych struktur przez RNA w regionach przylegających do miejsca wiązania rybosomu i kodonu inicjacyjnego również mogą zmienić dostępność miejsca wiązania dla 16S rRNA, co powoduje zmianę wydajności translacji. Mechanizm tworzenia struktur drugorzędowych jest regulowany dzięki obecności siRNA i ich białek opiekuńczych, które poprzez oddziaływania z mRNA odsłaniają miejsce wiązania rybosomu i umożliwiają inicjację procesu translacji, co obserwuje się w pewnych genach E. coli.

Inną grupą cząsteczek biorącą udział w inicjacji translacji są ryboprzełączniki, które zmieniają konformację pod wpływem przyłączenia do aptameru liganda, co powoduje odsłonięcie lub zakrycie miejsca, do którego może przyłączyć się rybosom. Mechanizm ten jest idealny do kontrolowania ekspresji komórkowej.

Kolejną regulującą ten proces strukturą są rybozymy, czyli małe jądrowe rybonukleoproteiny (snRNP, ang. small uclearribonucleoproteins), które biorą udział w procesie wycinania intronów i łączenia egzonów. Połączono je z aptamerami tworząc kompleks zależny od przyłączonego liganda nazywany aptozymem. W zależności od reakcji na ligand jego obecność może oznaczać aktywację genu przez rozpoczęcie wycinania intronów lub represjonować ekspresję przez zatrzymanie składania mRNA.

Opisane powyżej mechanizmy są przykładami mechanizmów regulacji ekspresji genów przez RNA, które wykorzystywane w inżynierii genetycznej mogą pomóc w m.in. wyciszaniu lub aktywacji danych genów. Warto również wspomnieć o cząsteczkach RNA biorących udział w obróbce potranslacyjnej białek, które również mogą być inspiracją w planowaniu nowych rozwiązań biotechnologicznych.

Różnice w mechanizmach translacji między prokariotami i eukariotami umożliwiają wybiórcze hamowanie syntezy białek bakteryjnych. Antybiotyki, które zaburzają translację, to m.in.: puromycyna, streptomycyna i inne aminoglikozydy, tetracykliny, chloramfenikol, linkozamidy oraz makrolidy.

DEGRADACJA mRNA

A kontrolują również proces degradacji mRNA. W przypadku bakterii degradacja jest prowadzona przez degradosom, składający się z RNazy E (endonukleazy), fosforylazy polinukleotydowej (PNPaza) usuwającej nukleotydy od końca 3′ i zależnej od obecności fosforu jako kosubstratu oraz helikazy RhIB, rozbijającej struktury spinki do włosów. Działalność RNazy E dotyczy głownie RNA jednoniciowych, struktury drugorzędowe hamują jej aktywność, co czyni je czynnikiem ograniczającym ten proces.

Interakcje pomiędzy siRNA i mRNA prowadzą do degradacji matrycy do syntezy białek poprzez działalność endonukleaz takich jak RNazy III i E, co powoduje zahamowanie inicjacji translacji, często nieodwracalnie. Większość siRNA powoduje degradację, ale niekiedy także może stabilizować mRNA.

Rybozymy także katalizują degradację mRNA. Przykładem jest rybozym klasy glmS, który w odpowiedzi na przyłączenie się fosforanu glukozaminy szybko rozkłada matrycę do syntezy białek.

W przypadku ryboprzełączników, oprócz pośredniego działania poprzez opisany już powyżej proces hamowania translacji, odkryto w ostatnich latach, że w E. coli mogą one indukować bezpośrednio rozkład mRNA, a nawet blokować inicjację translacji poprzez zmianę wynikającą z przyłączenia ligandu skutkującym wystawieniem na działanie RNazy E.

JAK ZNALEŹĆ POWIĄZANIE POMIĘDZY SEKWENCJĄ RNA I JEGO STRUKTURĄ?

Ważnym elementem badań nad wykorzystaniem wyżej wymienionych mechanizmów jest dogłębne poznanie zależności między sekwencją i konformacją oraz poznanie zasad zachowania struktur drugorzędowych RNA. Pomoc w rozwiązaniu tego problemu oferują narzędzia komputerowe, które pozwalają zwizualizować cząsteczkę w 3d, a także przewidzieć jej reakcję podczas poszczególnych etapów ekspresji genów. Najsłynniesze algorytmy biorące pod uwagę struktury drugorzędowe zostały opracowane w programie MC-Fold i MCSim. Problemem są niektóre struktury tworzone przez RNA takie jak ‘pseudoknocks’, czyli co najmniej podwójne pętle dodatkowo połowicznie tworzące wiązania między sąsiadującymi parami nukleotydów.

Strukturę RNA można poznać również w sposób doświadczalny. Jest możliwość określenia układu przestrzennego ryboprzełączników i rybozymów poprzez NMR (ang. nuclear magnetic resonance) lub rentgenografię strukturalną. Niestety te metody nie pozwalają na określenie struktury sRNA. Rozwiązaniem jest chemiczna i enzymatyczna modyfikacja RNA lub weryfikacja poprzez różnego rodzaju elektroforezy i sekwencjowanie.

Obiecująca wydaje się tutaj metoda RNA-Seq, która pozwala na określenie ilości RNA polegająca na izolacji RNA, jego fragmentacji i konwersji do DNA przy użyciu przypadkowych starterów. Następnie sekwencjonuje się otrzymany materiał i porównuje się sekwencje z danymi zamieszczonymi na specjalnej platformie. Strukturę RNA można uzyskać za pomocą metody SHAPE-Seq (ang. selective 2’-hydroxyl acylation analyzed by primer extension sequencing), w której używa się chemicznych odczynników wpływających na strukturę drugo-rzędową i czwartorzędową RNA. Translację i transkrypcję RNA bada się izolując rybosomy przeprowadzające właśnie translację i analizując fragmenty mRNA niezwiązane z białkiem. Do badanie oddziaływań RNA z białkami używa się immunoprecypitacji RNA

(RIP-Seq- ang. RNA immunoprecipitation- sequencing), gdzie obrazowo ujmując sprawdza się, które białko odpowiada badanej sekwencji. Materiał wyjściowy poddaje się odwrotnej transkrypcji i następnie sekwencjonuję się go, aby sprawdzić, która sekwencja reaguje z badanym białkiem. Metody te określa się mianem technik NGS (ang. next-generation sequencing).

Wykorzystanie RNA w biologii syntetycznej stanowi innowacyjny potencjał dla dalszych badań i jest inspiracją do poszukiwań rozwiązań opartych na naturalnych mechanizmach regulacji ekspresji genów przez cząsteczki RNA. Rozwijające się metody laboratoryjne i techniki komputerowe pozwolą na coraz lepsze poznanie i wykorzystanie w praktyce wiedzy o tych procesach, co pozwoli na ukierunkowanie komórek na produkcję wymaganych substancji, np. dzięki sztucznym ryboprzełącznikom można produkować antybiotyki i niektóre białka.

żródło: Brown T.A., Genomy, PWN, Warszawa 2012.Chappell J., Takahashi M., Meyer S., Loughrey D., Watters J., Lucks J., The centrality of RNA for engineering gene expression, „Biotechnology Journal” 2013, nr 8, s. 1379-1395.Grosshance H., Filipowicz W.: The expanding world of small RNAs, Nature, 2008, vol. 451, str. 414-416.Turner P., McLennan A.,Bates A., White M.: Krótkie wykłady. Biologia molekularna, Wydawnictwo PWN, Warszawa 2011. Ziembińska A., Lalik A., Węgrzyn A.: Markery Molekularne. Podstawy dla studentów kierunków technicznych, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011 ,Danisiewicz rooveck.blogspot.com/2010/12/crispr-clustered-regularly-interspaced.html,wikipedia, SCHuB Szwajcaria, Europejski Fundusz Rolny na rzecz Rozwoju Obszarów Wiejskich