يعتمد نقل وتنفيذ المعلومات الوراثية على تفاعلات تركيب المصفوفة. لا يوجد سوى ثلاثة منهم: تكرار الحمض النووي والنسخ والترجمة. تنتمي جميع هذه التفاعلات إلى تفاعلات التبادل البلاستيكي وتتطلب إنفاق الطاقة ومشاركة الإنزيمات.

النسخ المتماثل.

النسخ المتماثل- التكرار الذاتي لجزيئات الحمض النووي - يكمن وراء نقل المعلومات الوراثية من جيل إلى جيل. نتيجة لتكرار جزيء الحمض النووي الأم، يتم تشكيل جزيئين ابنتين، كل منهما عبارة عن حلزون مزدوج، حيث يكون أحد سلاسل الحمض النووي هو الشريط الأم، والآخر يتم تصنيعه حديثًا. يتطلب النسخ المتماثل إنزيمات ونيوكليوتيدات وطاقة مختلفة.

وبمساعدة إنزيمات خاصة، يتم كسر الروابط الهيدروجينية التي تربط القواعد التكميلية لخيطي الحمض النووي للأم. تتباعد خيوط الحمض النووي. تتحرك جزيئات إنزيم بوليميريز الحمض النووي على طول خيوط الحمض النووي الأم وتنضم بالتسلسل إلى النيوكليوتيدات لتكوين خيوط الحمض النووي الابنة. تتبع عملية إضافة النيوكليوتيدات مبدأ التكامل. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل جزيئين من الحمض النووي، متطابقين مع الأم ومع بعضهما البعض.

التخليق الحيوي للبروتين.

التخليق الحيوي للبروتين، أي. تتم عملية تحقيق المعلومات الوراثية على مرحلتين. في المرحلة الأولى، يتم نسخ المعلومات حول البنية الأساسية للبروتين من DNA إلى mRNA. هذه العملية تسمى النسخ. المرحلة الثانية، الترجمة، تحدث على الريبوسومات. أثناء الترجمة، يتم تصنيع البروتين من الأحماض الأمينية وفقًا للتسلسل المسجل في mRNA، أي. تتم ترجمة تسلسل النوكليوتيدات إلى تسلسل الأحماض الأمينية. وبالتالي، يمكن التعبير عن عملية تحقيق المعلومات الوراثية من خلال الرسم البياني التالي:

DNA → mRNA → البروتين → خاصية، علامة

النسخ- تخليق الحمض النووي الريبي المرسال على مصفوفة الحمض النووي. تحدث هذه العملية حيث يوجد الحمض النووي. في حقيقيات النوى، يحدث النسخ في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء (في النباتات)، وفي بدائيات النوى مباشرة في السيتوبلازم. أثناء النسخ، يكون جزيء الحمض النووي هو القالب، ويكون mRNA هو منتج التفاعل.

يبدأ النسخ بفصل خيوط الحمض النووي، والذي يحدث بنفس الطريقة التي تحدث أثناء النسخ (يتم كسر روابط الهيدروجين بواسطة الإنزيمات). ثم يقوم إنزيم بوليميريز RNA بالتسلسل، وفقًا لمبدأ التكامل، بربط النيوكليوتيدات في سلسلة، مما يؤدي إلى تصنيع جزيء mRNA. يتم فصل جزيء mRNA الناتج وإرساله إلى السيتوبلازم "للبحث" عن الريبوسوم.

يسمى تخليق البروتين على الريبوسومات إذاعة. تحدث الترجمة في حقيقيات النوى على الريبوسومات الموجودة في السيتوبلازم، على سطح الشبكة الإندوبلازمية، في الميتوكوندريا وفي البلاستيدات الخضراء (في النباتات)، وفي بدائيات النوى على الريبوسومات في السيتوبلازم. تتضمن الترجمة mRNA وtRNA والريبوسومات والأحماض الأمينية وجزيئات ATP والإنزيمات.

· الأحماض الأمينيةبمثابة مادة لتخليق جزيئات البروتين.

· اعبي التنس المحترفينهو مصدر للطاقة لربط الأحماض الأمينية مع بعضها البعض.

· الانزيماتالمشاركة في ارتباط الأحماض الأمينية بالـ tRNA وفي اتصال الأحماض الأمينية مع بعضها البعض.

· الريبوسوماتتتكون من الرنا الريباسي (rRNA) وجزيئات البروتين التي تشكل المركز النشط، حيث تحدث أحداث الترجمة الرئيسية.

· رسول الحمض النووي الريبي V في هذه الحالةهي مصفوفة لتخليق جزيئات البروتين. تسمى ثلاثة توائم من mRNA، كل منها رمز لحمض أميني الكودونات.

· نقل الحمض النووي الريبيجلب الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات والمشاركة في ترجمة تسلسل النيوكليوتيدات إلى تسلسل الأحماض الأمينية. يتم تصنيع RNAs الناقل، مثل الأنواع الأخرى من RNA، في قالب DNA. لديهم مظهر ورقة البرسيم (الشكل 28.3). ثلاث نيوكليوتيدات تقع في الجزء العلوي من الحلقة المركزية لشكل جزيء الحمض الريبي النووي النقال مضاد الكودون.

تقدم البث.

تبدأ الترجمة بربط mRNA بالريبوسوم. يتحرك الريبوسوم على طول mRNA، ويحرك ثلاثة توائم واحدة في كل مرة. يمكن أن يحتوي المركز النشط للريبوسوم في نفس الوقت على ثلاثة توائم (كودونات) من الرنا المرسال. تتم مطابقة كل من هذه الكودونات بواسطة الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يحتوي على كودون مضاد مكمل ويحمل حمض أميني محدد. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين الكودونات ومضادات الكودونات، مما يحافظ على الحمض الريبي النووي النقال في الموقع النشط. في هذا الوقت، يتم تشكيل رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية. يتم "تعليق" سلسلة البولي ببتيد المتنامية على الحمض الريبي النووي النقال الذي دخل المركز النشط للأخير. يتحرك الريبوسوم للأمام بمقدار ثلاثة توائم، مما يؤدي إلى تكوين كودون جديد وحمض النووي الريبوزي الناقل المقابل في المركز النشط. يتم فصل الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) المنطلق عن mRNA وإرساله للحصول على حمض أميني جديد.

ما هي التفاعلات التي تحدث في الخلية والتي تصنف على أنها تفاعلات تركيب المصفوفة؟ ما الذي يعمل كمصفوفة لمثل هذه التفاعلات؟

توليف المصفوفة - ميزة محددةالكائنات الحية. المصفوفة هي النمط الذي يتم من خلاله تكوين النسخة. توليف المصفوفة - التوليف باستخدام المصفوفة. توفر تفاعلات تركيب القالب التسلسل الدقيق للمونومرات لتكوين البوليمرات.

تشمل تفاعلات تركيب القالب التي تحدث في الخلية تفاعلات ازدواج الحمض النووي، وتخليق الحمض النووي الريبي (RNA)، وتخليق البروتين. القالب هو DNA في تخليق mRNA وDNA أو RNA في تخليق البروتين. مونومرات تخليق القالب هي النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية. يتم تثبيت المونومرات على المصفوفة من خلال مبدأ التكامل، والترابط المتبادل ثم يتم تحريرها من المصفوفة. تفاعلات تركيب المصفوفة هي الأساس لتكاثر نوعها الخاص.

ما هي التفاعلات التي تحدث في الخلية والتي تصنف على أنها تفاعلات تركيب المصفوفة؟ ما الذي يعمل كمصفوفة لمثل هذه التفاعلات؟

بحثت في هذه الصفحة:

• مونومرات تفاعلات تركيب المصفوفة في الخلية هي
• تشمل تفاعلات توليف المصفوفة
• ما هي ردود الفعل هي تفاعلات تركيب المصفوفة

الأحماض النووية.

تم اكتشاف الأحماض النووية (NA) لأول مرة في عام 1869 من قبل عالم الكيمياء الحيوية السويسري فريدريش ميشر.

NAs عبارة عن بوليمرات غير متجانسة خطية وغير متفرعة، ومونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات مرتبطة بروابط فوسفوديستر.

يتكون النوكليوتيدات من:

قاعدة نيتروجينية

البيورينات (الأدينين (A) والجوانين (G) - تتكون جزيئاتها من حلقتين: 5 و 6 أعضاء)،

بيريميدين (السيتوزين (C)، الثيمين (T) واليوراسيل (U) - حلقة واحدة مكونة من ستة أعضاء)؛

الكربوهيدرات (حلقة سكر 5 كربون): الريبوز أو الديوكسي ريبوز؛

بقايا حمض الفوسفوريك.

هناك نوعان من NK: DNA و RNA. توفر NKs تخزين واستنساخ وتنفيذ المعلومات الجينية (الوراثية). يتم ترميز هذه المعلومات في شكل تسلسلات النيوكليوتيدات. يعكس تسلسل النيوكليوتيدات البنية الأساسية للبروتينات. تسمى المراسلات بين الأحماض الأمينية وتسلسلات النيوكليوتيدات التي تشفرها الكود الجيني. وحدة الكود الجينيالحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA) موجودان ثلاثية- تسلسل من ثلاث نيوكليوتيدات.

أنواع القواعد النيتروجينية	أ، ز، ج، ت	أ، ز، ج، ش
أنواع البنتوسيس	β،D-2-ديوكسيريبوز	β، د- الريبوز
الهيكل الثانوي	العادية، وتتكون من سلسلتين متكاملتين	بشكل غير منتظم، تشكل بعض أجزاء السلسلة الواحدة حلزونًا مزدوجًا
الوزن الجزيئي (عدد وحدات النيوكليوتيدات في السلسلة الأولية) أو من 250 إلى 1.2x10 5 كيلو دالتون (كيلودالتون)	حوالي الآلاف والملايين	على ترتيب العشرات والمئات
التوطين في الخلية	النواة، الميتوكوندريا، البلاستيدات الخضراء، المريكزات	النواة، السيتوبلازم، الريبوسومات، الميتوكوندريا والبلاستيدات
	تخزين ونقل واستنساخ المعلومات الوراثية عبر الأجيال	تنفيذ المعلومات الوراثية

الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك)هو حمض نووي مونومراته هي ديوكسيريبونوكليوتيدات. فهي الناقل الأم للمعلومات الوراثية. أولئك. يتم تسجيل جميع المعلومات حول بنية وعمل وتطور الخلايا الفردية والكائن الحي بأكمله في شكل تسلسلات نيوكليوتيدات الحمض النووي.

البنية الأساسية للحمض النووي هي جزيء مفرد (العاثيات).

يسمى الترتيب الإضافي لجزيء البوليمر الكبير بالبنية الثانوية. في عام 1953، اكتشف جيمس واتسون وفرانسيس كريك البنية الثانوية للحمض النووي - الحلزون المزدوج. في هذا الحلزون، تكون مجموعات الفوسفات في الخارج من الحلزونات والقواعد في الداخل، متباعدة بمسافة 0.34 نانومتر. ترتبط السلاسل معًا بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد وهي ملتوية حول بعضها البعض وحول محور مشترك.

تشكل القواعد الموجودة في الخيوط غير المتوازية أزواجًا متكاملة (متكاملة بشكل متبادل) بسبب الروابط الهيدروجينية: A = T (2 اتصالات) وG ≡ ج (3 اتصالات).

تم اكتشاف ظاهرة التكامل في بنية الحمض النووي في عام 1951 من قبل إروين تشارجاف.

قاعدة شارجاف: عدد قواعد البيورين يساوي دائمًا عدد قواعد البيريميدين (A + G) = (T + C).

البنية الثلاثية للحمض النووي هي الطي الإضافي لجزيء مزدوج الجديلة إلى حلقات بسبب الروابط الهيدروجينية بين المنعطفات المتجاورة للحلزون (اللف الفائق).

التركيب الرباعي للحمض النووي هو الكروماتيدات (شريطين من الكروموسوم).

تشير أنماط حيود الأشعة السينية لألياف الحمض النووي، التي حصل عليها موريس ويلكنز وروزاليند فرانكلين لأول مرة، إلى أن الجزيء له بنية حلزونية ويحتوي على أكثر من سلسلة بولينوكليوتيد واحدة.

هناك عدة عائلات من الحمض النووي: أشكال A، B، C، D، Z. عادة ما يتم العثور على النموذج B في الخلايا. جميع الأشكال باستثناء Z هي حلزونية يمينية.

النسخ المتماثل (التكرار الذاتي) للحمض النووي - وهذه من أهم العمليات البيولوجية التي تضمن تكاثر المعلومات الوراثية. يبدأ النسخ المتماثل بفصل سلسلتين متكاملتين. يتم استخدام كل شريط كقالب لتكوين جزيء DNA جديد. تشارك الإنزيمات في عملية تخليق الحمض النووي. يتضمن كل جزيء من الجزيئين البنتين بالضرورة حلزونًا قديمًا وجزيءًا جديدًا. إن جزيء الحمض النووي الجديد مطابق تمامًا للجزيء القديم في تسلسل النيوكليوتيدات. تضمن طريقة النسخ هذه استنساخًا دقيقًا في جزيئات الابنة للمعلومات التي تم تسجيلها في جزيء الحمض النووي الأم.

ونتيجة لتضاعف جزيء DNA واحد، يتم تكوين جزيئين جديدين، وهما نسخة طبق الأصل من الجزيء الأصلي - المصفوفات. يتكون كل جزيء جديد من سلسلتين - واحدة من الوالد والأخرى من الشقيقة. تسمى هذه الآلية لتضاعف الحمض النووي شبه محافظ.

تسمى التفاعلات التي يعمل فيها جزيء بوليمر مغاير كقالب (نموذج) لتخليق جزيء بوليمر مغاير آخر ببنية مكملة تفاعلات نوع المصفوفة. إذا تم تشكيل جزيئات من نفس المادة التي تعمل كمصفوفة أثناء التفاعل، فسيتم استدعاء التفاعل التحفيز الذاتي. إذا، أثناء التفاعل، يتم تشكيل جزيئات مادة أخرى على مصفوفة مادة واحدة، ثم يسمى هذا التفاعل محفز متغاير. وبالتالي، فإن تكرار الحمض النووي (أي تخليق الحمض النووي على قالب الحمض النووي) هو تفاعل تخليق المصفوفة التحفيزي الذاتي.

تتضمن تفاعلات نوع المصفوفة ما يلي:

تكرار الحمض النووي (توليف الحمض النووي على قالب الحمض النووي)،

نسخ الحمض النووي (توليف الحمض النووي الريبي على قالب الحمض النووي)،

ترجمة الحمض النووي الريبي (تخليق البروتين على قالب الحمض النووي الريبي).

ومع ذلك، هناك تفاعلات أخرى من نوع القالب، على سبيل المثال، تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب RNA وتوليف الحمض النووي (DNA) على قالب RNA. يتم ملاحظة النوعين الأخيرين من التفاعلات عند إصابة الخلايا بفيروسات معينة. تخليق DNA على قالب RNA ( النسخ العكسي) يستخدم على نطاق واسع في الهندسة الوراثية.

تتكون جميع عمليات المصفوفة من ثلاث مراحل: البدء (البداية)، والاستطالة (الاستمرار)، والإنهاء (النهاية).

يعد تكرار الحمض النووي عملية معقدة تشارك فيها عشرات الإنزيمات. وأهمها بوليمرات الحمض النووي (عدة أنواع)، والأوليات، والتوبويزوميرات، والأربطة وغيرها. المشكلة الرئيسية في تكرار الحمض النووي هي أنه في سلاسل مختلفة من جزيء واحد، يتم توجيه بقايا حمض الفوسفوريك في اتجاهات مختلفة، ولكن تمديد السلسلة لا يمكن أن يحدث إلا من النهاية التي تنتهي بمجموعة OH. لذلك، في المنطقة المنسوخة، والتي تسمى شوكة النسخ، تحدث عملية النسخ بشكل مختلف على سلاسل مختلفة. على أحد الخيوط، والذي يسمى الشريط الرئيسي، يحدث تخليق الحمض النووي المستمر على قالب الحمض النووي. وفي السلسلة الأخرى، والتي تسمى السلسلة المتأخرة، يحدث الارتباط أولاً التمهيدي- جزء محدد من الحمض النووي الريبي (RNA). يعمل التمهيدي بمثابة تمهيد لتخليق جزء من الحمض النووي يسمى جزء من أوكازاكي. بعد ذلك، تتم إزالة التمهيدي، ويتم خياطة شظايا أوكازاكي معًا في شريط واحد من إنزيم DNA ligase. ويرافق تكرار الحمض النووي الجبر– تصحيح الأخطاء التي تنشأ حتماً أثناء النسخ. هناك العديد من آليات الإصلاح.

يحدث النسخ المتماثل قبل انقسام الخلايا. وبفضل قدرة الحمض النووي هذه، يتم نقل المعلومات الوراثية من الخلية الأم إلى الخلايا الوليدة.

الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي)هو حمض نووي مونومراته هي ريبونوكليوتيدات.

يوجد داخل جزيء RNA الواحد عدة مناطق مكملة لبعضها البعض. تتشكل روابط الهيدروجين بين هذه المناطق التكميلية. ونتيجة لذلك، تتناوب الهياكل المزدوجة والمفردة في جزيء RNA واحد، ويشبه الشكل العام للجزيء ورقة البرسيم.

القواعد النيتروجينية التي تشكل الحمض النووي الريبي (RNA) قادرة على تكوين روابط هيدروجينية مع قواعد تكميلية في كل من DNA و RNA. في هذه الحالة، تشكل القواعد النيتروجينية أزواجًا A=U وA=T وG≡C. وبفضل هذا، يمكن نقل المعلومات من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (RNA)، ومن الحمض النووي الريبي (RNA) إلى الحمض النووي (DNA)، ومن الحمض النووي الريبي (RNA) إلى البروتينات.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي (RNA) الموجودة في الخلايا التي تؤدي وظائف مختلفة:

1. معلومة، أو مصفوفةالحمض النووي الريبي (مرنا، أو مرنا). الوظيفة: مصفوفة تخليق البروتين. يشكل 5% من الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخلوي. ينقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الريبوسومات أثناء عملية التخليق الحيوي للبروتين. في الخلايا حقيقية النواة، يتم تثبيت mRNA (mRNA) بواسطة بروتينات معينة. وهذا يجعل من الممكن أن يستمر التخليق الحيوي للبروتين حتى لو كانت النواة غير نشطة.

mRNA عبارة عن سلسلة خطية تحتوي على عدة مناطق ذات أدوار وظيفية مختلفة:

أ) في الطرف 5 بوصة يوجد غطاء ("غطاء") - يحمي mRNA من النوويات الخارجية،

ب) تليها منطقة غير مترجمة، مكملة لقسم الرنا الريباسي (rRNA)، والتي تعد جزءًا من الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم،

ج) تبدأ ترجمة (قراءة) mRNA بكودون البدء AUG، الذي يشفر الميثيونين،

د) يتبع كودون البداية جزء ترميز يحتوي على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

2. الريبوسوم، أو الريبوسومالحمض النووي الريبي (الرنا الريباسي). يشكل 85% من الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخلوي. بالاشتراك مع البروتين، فهو جزء من الريبوسومات ويحدد شكل وحدات الريبوسوم الفرعية الكبيرة والصغيرة (50-60S و30-40S). يشاركون في الترجمة - قراءة المعلومات من mRNA في تخليق البروتين.

عادةً ما يتم تحديد الوحدات الفرعية والـ rRNAs المكونة لها بواسطة ثابت الترسيب الخاص بها. S - معامل الترسيب، وحدات سفيدبرج. تميز قيمة S معدل ترسيب الجزيئات أثناء الطرد المركزي الفائق وتتناسب مع وزنها الجزيئي. (على سبيل المثال، الرنا الريباسي الريباسي بدائيات النواة مع معامل ترسيب قدره 16 وحدة سفيدبيرج يُسمى 16S الرنا الريباسي).

وبالتالي، يتم تمييز عدة أنواع من الرنا الريباسي، والتي تختلف في طول سلسلة متعدد النوكليوتيدات والكتلة والتوطين في الريبوسومات: 23-28S، 16-18S، 5S و5.8S. تحتوي كل من الريبوسومات بدائية النواة وحقيقية النواة على نوعين مختلفين من RNA عالي الوزن الجزيئي، واحد لكل وحدة فرعية، وواحد من RNA منخفض الوزن الجزيئي - 5S RNA. تحتوي الريبوسومات حقيقية النواة أيضًا على وزن جزيئي منخفض 5.8S RNA. على سبيل المثال، تقوم بدائيات النوى بتصنيع 23S و16S و5S rRNA، وتقوم حقيقيات النوى بتصنيع 18S و28S و5S و5.8S.

الريبوسوم 80S (حقيقية النواة)

وحدة فرعية صغيرة 40S وحدة فرعية كبيرة 60S

18SrRNA (~ 2000 نيوكليوتيدات)، - 28SrRNA (~ 4000 nt)،

5.8SpRNA (~155 NT)،

5SpRNA (~121 NT)،

~30 بروتين. ~45 بروتين.

الريبوسوم 70S (بدائيات النواة)

وحدة فرعية صغيرة 30S وحدة فرعية كبيرة 50S

16SpRNA، - 23SpRNA،

~20 بروتين. ~30 بروتين.

جزيء كبير من الرنا الريباسي الريباسي عالي البوليمر (ثابت الترسيب 23-28S، موضعي في الوحدات الفرعية الريبوسومية 50-60S.

جزيء صغير من الرنا الريباسي عالي البوليمر (ثابت الترسيب 16-18S، موضعي في وحدات فرعية من الريبوسوم 30-40S.

في جميع الريبوسومات دون استثناء، يوجد الرنا الريباسي 5S منخفض البوليمر ويتمركز في الوحدات الفرعية الريبوسومية 50-60S.

الرنا الريباسي منخفض البوليمر مع ثابت ترسيب قدره 5.8S هو سمة مميزة فقط للريبوسومات حقيقية النواة.

وهكذا، تحتوي الريبوسومات على ثلاثة أنواع من الرنا الريباسي (rRNA) في بدائيات النوى وأربعة أنواع من الرنا الريباسي (rRNA) في حقيقيات النوى.

الهيكل الأساسي للـ rRNA هو سلسلة بولي ريبونوكليوتيد واحدة.

الهيكل الثانوي للـ rRNA هو تصاعد سلسلة البولي ريبونوكليوتيد على نفسها (تشكل الأقسام الفردية من سلسلة RNA حلقات حلزونية - "دبابيس الشعر").

البنية الثلاثية للرنا الريباسي الريباسي عالي البوليمر - تفاعلات العناصر الحلزونية للبنية الثانوية.

3. ينقلالحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). يشكل 10% من الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخلوي.

ينقل الحمض الأميني إلى موقع تخليق البروتين، أي. إلى الريبوسومات. كل حمض أميني له tRNA الخاص به.

الهيكل الأساسي للـ tRNA هو سلسلة بولي ريبونوكليوتيد واحدة.

الهيكل الثانوي للـ tRNA هو نموذج "ورقة البرسيم"، في هذا الهيكل هناك 4 مناطق مزدوجة الجديلة و5 مناطق مفردة تقطعت بهم السبل.

البنية الثلاثية للحمض الريبي النووي النقال مستقرة؛ ويطوي الجزيء في بنية على شكل حرف L (حلزونان متعامدان تقريبًا مع بعضهما البعض). تتشكل جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) نتيجة لتفاعلات تصنيع القالب. في معظم الحالات، يكون أحد خيوط الحمض النووي بمثابة القالب. وبالتالي، فإن التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي (RNA) على قالب DNA هو تفاعل تحفيزي متغاير لنوع القالب. هذه العملية تسمىالنسخ

ويتم التحكم فيه بواسطة إنزيمات معينة - بوليميرات الحمض النووي الريبي (النسخ).

يتضمن تخليق الحمض النووي الريبي (نسخ الحمض النووي) نسخ المعلومات من الحمض النووي إلى الرنا المرسال.

الاختلافات بين تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) وتوليف الحمض النووي (DNA):

عدم تناسق العملية: يتم استخدام شريط DNA واحد فقط كقالب.

العملية المحافظة: يعود جزيء الحمض النووي إلى حالته الأصلية عند الانتهاء من تخليق الحمض النووي الريبي. أثناء تخليق الحمض النووي، تتجدد الجزيئات إلى النصف، مما يجعل التكاثر شبه متحفظ.

لا يتطلب تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA) أي جهاز تمهيدي للبدء، ولكن تكرار الحمض النووي يتطلب جهاز تمهيدي من الحمض النووي الريبي (RNA).

1. شرح تسلسل انتقال المعلومات الوراثية: الجين – البروتين – الصفة.

2. تذكر أن بنية البروتين هي التي تحدد بنيته وخصائصه. كيف يتم تشفير هذا الهيكل في جزيء الحمض النووي؟

3. ما هي الشفرة الوراثية؟

4. وصف خصائص الشفرة الوراثية.

7. ردود فعل تخليق المصفوفة. النسخ

بالإضافة إلى حامل المعلومات، هناك حاجة إلى مواد من شأنها أن تضمن إيصال الأحماض الأمينية إلى موقع التوليف وتحديد مكانها في سلسلة البولي ببتيد. مثل هذه المواد هي RNAs الناقلة، والتي تضمن ترميز وتوصيل الأحماض الأمينية إلى موقع التخليق. يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات، التي يتكون جسمها من الحمض النووي الريبي الريباسي. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى نوع آخر من الحمض النووي الريبي (RNA) - الريبوسوم.

يتم تحقيق المعلومات الوراثية في ثلاثة أنواع من التفاعلات: تخليق الحمض النووي الريبي (RNA)، وتخليق البروتين، وتضاعف الحمض النووي (DNA). في كل منها، يتم استخدام المعلومات الموجودة في تسلسل خطي من النيوكليوتيدات لإنشاء تسلسل خطي آخر: إما النيوكليوتيدات (في جزيئات الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي) أو الأحماض الأمينية (في جزيئات البروتين). لقد ثبت تجريبيا أن الحمض النووي هو الذي يعمل كقالب لتخليق جميع الأحماض النووية. تسمى هذه التفاعلات التخليقية الحيوية توليف المصفوفة.البساطة الكافية تفاعلات المصفوفةوأتاحت بعديتها الواحدة دراسة وفهم آليتها بالتفصيل، على عكس العمليات الأخرى التي تحدث في الخلية.

النسخ

تسمى عملية التخليق الحيوي للـ RNA من DNA النسخ.تحدث هذه العملية في النواة. يتم تصنيع جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) على مصفوفة الحمض النووي (DNA) - المعلوماتية والنقل والريبوسومات، والتي تشارك لاحقًا في تخليق البروتين. يتم نسخ الشفرة الوراثية الموجودة على الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي المرسال أثناء عملية النسخ. ويستند رد الفعل على مبدأ التكامل.

تخليق الحمض النووي الريبي لديه عدد من الميزات. جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) أقصر بكثير وهو نسخة من جزء صغير فقط من الحمض النووي (DNA). لذلك، فإن جزءًا معينًا فقط من الحمض النووي حيث توجد معلومات حول حمض نووي معين يعمل كمصفوفة. لا يبقى الحمض النووي الريبوزي المُصنَّع حديثًا مرتبطًا أبدًا بقالب الحمض النووي الأصلي، ولكن يتم إطلاقه بعد نهاية التفاعل. تتم عملية النسخ على ثلاث مراحل.

المرحلة الأولى - البدء- بداية العملية. يبدأ تركيب نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) من منطقة معينة على الحمض النووي تسمى المروجتحتوي هذه المنطقة على مجموعة معينة من النيوكليوتيدات التي تكون إشارات البدء.يتم تحفيز العملية بواسطة الانزيمات بوليميرات الحمض النووي الريبي.يرتبط إنزيم بوليميراز RNA بالمحفز، ويفك الحلزون المزدوج، ويكسر الروابط الهيدروجينية بين شريطي DNA. ولكن واحد منهم فقط هو بمثابة قالب لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA).

المرحلة الثانية - استطالة.العملية الرئيسية تحدث في هذه المرحلة. على شريط DNA واحد، كما هو الحال في المصفوفة، يتم ترتيب النيوكليوتيدات وفقًا لمبدأ التكامل (الشكل 19). إن إنزيم بوليميراز RNA، الذي يتحرك خطوة بخطوة على طول سلسلة الحمض النووي، يربط النيوكليوتيدات ببعضها البعض، بينما يقوم باستمرار بتفكيك الحلزون المزدوج للحمض النووي. ونتيجة لهذه الحركة يتم تصنيع نسخة RNA.

المرحلة الثالثة - الإنهاء.هذه هي المرحلة النهائية. يستمر تخليق الحمض النووي الريبي حتى ضوء الفرامل- تسلسل محدد من النيوكليوتيدات يوقف حركة الإنزيم وتخليق الحمض النووي الريبي (RNA). يتم فصل البوليميراز عن الحمض النووي ونسخة الحمض النووي الريبي (RNA) المركبة. وفي الوقت نفسه، تتم إزالة جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) من المصفوفة. يستعيد الحمض النووي الحلزون المزدوج. التوليف كامل. اعتمادًا على قسم الحمض النووي، يتم تصنيع الريبوسوم والنقل والرسول بهذه الطريقة.

واحد فقط من خيوط الحمض النووي يعمل كقالب لنسخ جزيء الحمض النووي الريبي (RNA). ومع ذلك، يمكن أن تكون خيوط الحمض النووي المختلفة بمثابة قالب لجينين متجاورين. يتم تحديد أي من الخيطين الذي سيتم استخدامه في التوليف بواسطة المروج، الذي يوجه إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في اتجاه أو آخر.

بعد النسخ، يخضع جزيء الحمض النووي الريبي المرسال للخلايا حقيقية النواة لإعادة ترتيب. فهو يقطع تسلسلات النيوكليوتيدات التي لا تحمل معلومات حول هذا البروتين. هذه العملية تسمى الربط.اعتمادًا على نوع الخلية ومرحلة التطور، يمكن إزالة أجزاء مختلفة من جزيء الحمض النووي الريبي (RNA). ونتيجة لذلك، يتم تصنيع RNAs مختلفة على قطعة واحدة من الحمض النووي، والتي تحمل معلومات حول بروتينات مختلفة. وهذا يسمح بنقل معلومات وراثية مهمة من جين واحد ويسهل أيضًا إعادة التركيب الجيني.

أرز. 19. تركيب الحمض النووي الريبوزي الرسول. 1 - سلسلة الحمض النووي؛ 2-الحمض النووي الريبوزي المركب

أسئلة ومهام لضبط النفس

1. ما هي التفاعلات التي تنتمي إلى تفاعلات تركيب المصفوفة؟

2. ما هي مصفوفة البداية لجميع تفاعلات تركيب المصفوفة؟

3. ما اسم عملية التخليق الحيوي لـ mRNA؟

4. ما هي أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) التي يتم تصنيعها على الحمض النووي؟

5. حدد تسلسل جزء mRNA إذا كان الجزء المقابل على الحمض النووي يحتوي على التسلسل: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. التخليق الحيوي للبروتين

البروتينات هي مكونات أساسية لجميع الخلايا، وبالتالي فإن أهم عملية استقلاب البلاستيك هي التخليق الحيوي للبروتين. يحدث في جميع خلايا الكائنات الحية. هذه هي مكونات الخلية الوحيدة (باستثناء الأحماض النووية) التي يتم تصنيعها تحت التحكم المباشر للمادة الوراثية للخلية. الجهاز الجيني بأكمله للخلية - الحمض النووي و أنواع مختلفة RNA - مهيأ لتخليق البروتين.

الجينهو جزء من جزيء الحمض النووي المسؤول عن تركيب جزيء بروتين واحد. لتخليق البروتين، من الضروري أن يتم نسخ جين معين من DNA على شكل جزيء RNA الرسول. وقد تمت مناقشة هذه العملية سابقا. يعد تخليق البروتين عملية معقدة متعددة الخطوات وتعتمد على النشاط أنواع مختلفةالحمض النووي الريبي. للتخليق الحيوي المباشر للبروتين، تكون المكونات التالية مطلوبة:

1. Messenger RNA هو حامل المعلومات من DNA إلى مكان التركيب. يتم تصنيع جزيئات mRNA أثناء عملية النسخ.

2. الريبوسومات هي عضيات حيث يحدث تخليق البروتين.

3. مجموعة من الأحماض الأمينية الضرورية في السيتوبلازم.

4. نقل RNAs، وتشفير الأحماض الأمينية ونقلها إلى موقع التوليف على الريبوسومات.

5. ATP عبارة عن مادة توفر الطاقة لعمليات تشفير الأحماض الأمينية وتوليف سلسلة البولي ببتيد.

هيكل نقل الحمض النووي الريبي (RNA) وترميز الأحماض الأمينية

إن الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNAs) عبارة عن جزيئات صغيرة تحتوي على 70 إلى 90 نيوكليوتيدات تمثل حوالي 15٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية. وظيفة الحمض الريبي النووي النقال تعتمد على بنيته. أظهرت دراسة بنية جزيئات الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) أنها مطوية بطريقة معينة ولها الشكل ورقة البرسيم(الشكل 20). يحتوي الجزيء على حلقات وأقسام مزدوجة متصلة من خلال تفاعل القواعد التكميلية. والأهم هو الحلقة المركزية التي تحتوي على الكود المضاد -ثلاثي النوكليوتيدات المطابق لرمز حمض أميني محدد. بفضل الكودون المضاد الخاص به، يكون tRNA قادرًا على الاتحاد مع الكودون المقابل في mRNA وفقًا لمبدأ التكامل.

أرز. 20. هيكل جزيء الحمض الريبي النووي النقال: 1 - الكودون المضاد. 2- مكان التصاق الأحماض الأمينية

يمكن لكل tRNA أن يحمل واحدًا فقط من 20 حمضًا أمينيًا. وهذا يعني أنه يوجد لكل حمض أميني tRNA واحد على الأقل. وبما أن الحمض الأميني يمكن أن يحتوي على عدة توائم ثلاثية، فإن عدد أنواع الحمض النووي الريبوزي الناقل يساوي عدد ثلاثة توائم من الحمض الأميني. وبالتالي، فإن العدد الإجمالي لأنواع الحمض الريبي النووي النقال يتوافق مع عدد الكودونات ويساوي 61. لا يوجد حمض نووي نووي واحد يتوافق مع ثلاثة رموز توقف.

في أحد طرفي جزيء tRNA يوجد دائمًا نيوكليوتيد جوانين (نهاية 5 بوصات)، وفي الطرف الآخر (نهاية 3 بوصات) يوجد دائمًا ثلاثة نيوكليوتيدات CCA. ولهذا الغرض يتم إضافة الحمض الأميني (الشكل 21). يرتبط كل حمض أميني بـ tRNA الخاص به مع الكودون المقابل. ترتبط آلية هذا الارتباط بعمل إنزيمات معينة - إنزيمات أمينوسيل-الحمض الريبي النووي النقال، التي تربط كل حمض أميني بالحمض الريبي النووي النقال المقابل. كل حمض أميني له إنزيم سينثيتيز خاص به. يتم إجراء اتصال الحمض الأميني مع الحمض النووي الريبي (tRNA) باستخدام طاقة ATP، بينما تتحول الرابطة عالية الطاقة إلى رابطة بين الحمض النووي الريبي (tRNA) والحمض الأميني. هذه هي الطريقة التي يتم بها تنشيط الأحماض الأمينية وترميزها.

مراحل التخليق الحيوي للبروتين. تسمى عملية تصنيع سلسلة عديد الببتيد التي تتم على الريبوسوم إذاعة. Messenger RNA (mRNA) هو وسيط في نقل المعلومات حول البنية الأولية للبروتين؛ ينقل الحمض النووي الريبوزي الناقل الأحماض الأمينية المشفرة إلى موقع التخليق ويضمن تسلسل اتصالاتها. يتم تجميع سلسلة البولي ببتيد في الريبوسومات.

في عملية التمثيل الغذائي في الجسم الدور الرئيسي ينتمي إلى البروتينات والأحماض النووية.

تشكل المواد البروتينية أساس جميع هياكل الخلايا الحيوية، ولها تفاعلية عالية بشكل غير عادي، وتتمتع بوظائف تحفيزية.

الأحماض النوويةهي جزء من أهم عضو في الخلية - النواة، وكذلك السيتوبلازم، والريبوسومات، والميتوكوندريا، وما إلى ذلك. تلعب الأحماض النووية دورًا أساسيًا مهمًا في الوراثة، وتقلب الجسم، وفي تخليق البروتين.

خطة التوليفيتم تخزين البروتين في نواة الخلية، و التوليف المباشريحدث خارج النواة، لذلك فمن الضروري يساعدلتسليم الخطة المشفرة من النواة إلى موقع التوليف. مثله يساعدالمقدمة بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

تبدأ العملية في نواة الخلية:جزء من "سلم" الحمض النووي يرتاح وينفتح. وبفضل هذا، تشكل حروف RNA روابط مع رسائل مفتوحةالحمض النووي لأحد فروع الحمض النووي. ينقل الإنزيم أحرف الحمض النووي الريبي (RNA) لضمها إلى شريط. هذه هي الطريقة التي يتم بها "إعادة كتابة" حروف DNA في حروف RNA. يتم فصل سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) المشكلة حديثًا، ويلتف "سلم" الحمض النووي مرة أخرى.

وبعد إجراء المزيد من التعديلات، اكتمل هذا النوع من الحمض النووي الريبي المشفر.

الحمض النووي الريبي يخرج من النواةويذهب إلى موقع تخليق البروتين، حيث يتم فك رموز حروف الحمض النووي الريبوزي (RNA). تشكل كل مجموعة من ثلاثة أحرف RNA "كلمة" تمثل حمضًا أمينيًا محددًا.

ويعثر نوع آخر من الحمض النووي الريبوزي (RNA) على هذا الحمض الأميني، ويلتقطه بمساعدة إنزيم، ويوصله إلى موقع تخليق البروتين. ومع قراءة رسالة RNA وترجمتها، تنمو سلسلة الأحماض الأمينية. تلتف هذه السلسلة وتطوى لتشكل شكلًا فريدًا، مما يؤدي إلى تكوين نوع واحد من البروتين.
وحتى عملية طي البروتين تعتبر رائعة: فاستخدام الكمبيوتر لحساب جميع احتمالات طي البروتين متوسط ​​الحجم الذي يتكون من 100 حمض أميني سيستغرق من 10 إلى 27 عامًا. ولا يستغرق الأمر أكثر من ثانية واحدة لتكوين سلسلة من 20 حمضاً أمينياً في الجسم – وتحدث هذه العملية بشكل مستمر في جميع خلايا الجسم.

الجينات والشفرة الوراثية وخصائصها.

يعيش حوالي 7 مليارات شخص على الأرض. وبصرف النظر عن 25-30 مليون زوج من التوائم المتطابقة، وراثيا كل الناس مختلفون: كل ​​شخص فريد من نوعه، وله خصائص وراثية فريدة وسمات شخصية وقدرات ومزاج.

وأوضح هذه الاختلافات الاختلافات في الأنماط الجينية- مجموعات من جينات الكائن الحي؛ كل واحدة فريدة من نوعها. تتجسد الخصائص الوراثية لكائن معين في البروتينات- لذلك فإن بنية البروتين لدى شخص ما تختلف، ولو بشكل طفيف جدًا، عن بروتين شخص آخر.

هذا لا يعنيأنه لا يوجد شخصان لديهما نفس البروتينات بالضبط. قد تكون البروتينات التي تؤدي نفس الوظائف هي نفسها أو تختلف قليلاً فقط بواحد أو اثنين من الأحماض الأمينية عن بعضها البعض. ولكن لا يوجد أشخاص على وجه الأرض (باستثناء التوائم المتماثلة) لديهم نفس البروتينات.

معلومات الهيكل الأساسي للبروتينمشفرة على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات في جزء من جزيء الحمض النووي - الجين – وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي. يحتوي كل جزيء DNA على العديد من الجينات. وتشكله مجموع كل جينات الكائن الحي النمط الجيني .

يتم ترميز المعلومات الوراثية باستخدام الكود الجيني ، وهو عالمي لجميع الكائنات الحية ويختلف فقط في تناوب النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات وترميز البروتينات لكائنات معينة.

الكود الجيني يتكون من ثلاثة توائم من النيوكليوتيداتدمج الحمض النووي بطرق مختلفة تسلسلات(AAT، GCA، ACG، TGC، وما إلى ذلك)، كل منها يقوم بتشفير محدد حمض أميني(والتي سيتم دمجها في سلسلة البولي ببتيد).

الأحماض الأمينية 20، أ فرصلمجموعات من أربعة نيوكليوتيدات في مجموعات من ثلاثة - 64 أربعة نيوكليوتيدات كافية لتشفير 20 حمضًا أمينيًا

لهذا السبب حمض أميني واحديمكن ترميزها عدة ثلاثة توائم.

بعض التوائم الثلاثية لا تقوم بتشفير الأحماض الأمينية على الإطلاق، ولكن تطلقأو توقفالتخليق الحيوي للبروتين.

في الواقع الرمزالتهم تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء mRNA، لأن يزيل المعلومات من الحمض النووي (عملية النسخ) ويترجمها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتينات المركبة (العملية البث).

يتضمن تكوين mRNA نيوكليوتيدات ACGU، والتي تسمى ثلاثة توائم منها الكودونات: سيصبح الثلاثي الموجود على DNA CGT على mRNA ثلاثي GCA، وسيصبح الحمض النووي الثلاثي AAG ثلاثي UUC.

بالضبط رموز مرناوينعكس الرمز الجيني في السجل.

هكذا، الكود الجيني - نظام موحدتسجيل المعلومات الوراثية في جزيئات الحمض النووي على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات. الكود الجيني تأسستعلى استخدام أبجدية مكونة من أربعة أحرف فقط - نيوكليوتيدات، تختلف في القواعد النيتروجينية: A، T، G، C.

الخصائص الأساسية للشفرة الوراثية :

1. الشفرة الوراثية ثلاثية.الثلاثي (الكودون) عبارة عن سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا. بما أن البروتينات تحتوي على 20 حمضًا أمينيًا، فمن الواضح أنه لا يمكن تشفير كل منها بواسطة نيوكليوتيد واحد (نظرًا لوجود أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات في الحمض النووي، في هذه الحالة يبقى 16 حمضًا أمينيًا غير مشفر). كما أن اثنين من النيوكليوتيدات لا يكفيان لتشفير الأحماض الأمينية، لأنه في هذه الحالة يمكن تشفير 16 حمضًا أمينيًا فقط. وهذا يعني أن أصغر عدد من النيوكليوتيدات التي تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا هو ثلاثة. (في هذه الحالة، عدد ثلاثيات النيوكليوتيدات المحتملة هو 4 3 = 64).

2. التكرار (الانحطاط)الكود هو نتيجة لطبيعته الثلاثية ويعني أنه يمكن تشفير حمض أميني واحد بعدة توائم ثلاثية (نظرًا لوجود 20 حمضًا أمينيًا و64 ثلاثيًا)، باستثناء الميثيونين والتربتوفان، اللذين يتم ترميزهما بثلاثية واحدة فقط. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي بعض التوائم الثلاثية وظائف محددة: في جزيء mRNA، تكون التوائم UAA وUAG وUGA عبارة عن أكواد توقف، أي إشارات توقف توقف تخليق سلسلة البولي ببتيد. الثلاثي المقابل للميثيونين (AUG)، الموجود في بداية سلسلة الحمض النووي، لا يرمز للحمض الأميني، ولكنه يؤدي وظيفة بدء القراءة (المثيرة).

3. إلى جانب التكرار، يحتوي الكود على الخاصية عدم الغموض: كل ​​كودون يتوافق مع حمض أميني محدد واحد فقط.

4. الكود على خط واحد،أولئك. تسلسل النيوكليوتيدات في الجين يتطابق تمامًا مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

5. أن تكون الشفرة الوراثية غير متداخلة ومضغوطة، أي لا يحتوي على "علامات الترقيم". وهذا يعني أن عملية القراءة لا تسمح بإمكانية تداخل الأعمدة (ثلاثية)، والبدء عند كودون معين، وتستمر القراءة بشكل مستمر، ثلاثية بعد ثلاثية، حتى إشارات التوقف ( رموز التوقف).

6. الشفرة الوراثية عالميةأي أن الجينات النووية لجميع الكائنات الحية تقوم بتشفير المعلومات حول البروتينات بنفس الطريقة، بغض النظر عن مستوى التنظيم والموقع المنهجي لهذه الكائنات.

هناك جداول الشفرة الجينية لفك رموز mRNA وبناء سلاسل من جزيئات البروتين.

ردود الفعل التوليف القالب.

ردود فعل غير معروفة في الطبيعة غير الحية تحدث في الأنظمة الحية - ردود الفعل توليف المصفوفة .

مصطلح "المصفوفة""في التكنولوجيا يشيرون إلى قالب يستخدم لصب العملات المعدنية والميداليات والخطوط المطبعية: المعدن المتصلب يستنسخ تمامًا جميع تفاصيل القالب المستخدم في الصب. توليف المصفوفةيشبه الصب على المصفوفة: يتم تصنيع جزيئات جديدة وفقًا للخطة الموضوعة في بنية الجزيئات الموجودة.

يكمن مبدأ المصفوفة في الصميمأهم التفاعلات التركيبية للخلية، مثل تخليق الأحماض النووية والبروتينات. تضمن هذه التفاعلات التسلسل الدقيق والمحدد بدقة لوحدات المونومر في البوليمرات المركبة.

هناك اتجاه يحدث هنا. سحب المونومرات إلى مكان معينالخلايا - إلى جزيئات تعمل كمصفوفة حيث يحدث التفاعل. إذا حدثت مثل هذه التفاعلات نتيجة لاصطدامات عشوائية بين الجزيئات، فإنها ستسير ببطء لا نهائي. يتم تصنيع الجزيئات المعقدة بناءً على مبدأ القالب بسرعة ودقة.

دور المصفوفةتلعب الجزيئات الكبيرة من الأحماض النووية DNA أو RNA في تفاعلات المصفوفة.

جزيئات أحاديةالتي يتم تصنيع البوليمر منها - النيوكليوتيدات أو الأحماض الأمينية - وفقًا لمبدأ التكامل، يتم وضعها وتثبيتها على المصفوفة بترتيب محدد ومحدد بدقة.

ثم يحدث ذلك "الربط المتقاطع" لوحدات المونومر في سلسلة بوليمر، ويتم تفريغ البوليمر النهائي من المصفوفة.

بعد ذلك المصفوفة جاهزةلتجميع جزيء بوليمر جديد. من الواضح أنه كما هو الحال في قالب معين، لا يمكن صب سوى عملة معدنية واحدة أو حرف واحد، كذلك يمكن تجميع بوليمر واحد فقط في جزيء مصفوفة معين.

نوع رد فعل المصفوفة- سمة محددة لكيمياء الأنظمة الحية. إنها أساس الخاصية الأساسية لجميع الكائنات الحية - إنها القدرة على إعادة إنتاج نوعها.

ل تفاعلات توليف المصفوفة يشمل:

1. تكرار الحمض النووي - عملية التضاعف الذاتي لجزيء الحمض النووي، تتم تحت سيطرة الإنزيمات. في كل من خيوط الحمض النووي التي تكونت بعد تمزق الروابط الهيدروجينية، يتم تصنيع شريط الحمض النووي الابن بمشاركة إنزيم بوليميريز الحمض النووي. المادة اللازمة للتوليف هي النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في سيتوبلازم الخلايا.

يكمن المعنى البيولوجي للتضاعف في النقل الدقيق للمعلومات الوراثية من الجزيء الأم إلى الجزيئات الابنة، والذي يحدث عادة أثناء انقسام الخلايا الجسدية.

يتكون جزيء DNA من شريطين متكاملين. ترتبط هذه السلاسل معًا بروابط هيدروجينية ضعيفة يمكن كسرها بواسطة الإنزيمات.

الجزيء قادر على التضاعف الذاتي (النسخ المتماثل)، وفي كل نصف قديم من الجزيء يتم تصنيع نصف جديد.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيع جزيء mRNA على جزيء DNA، والذي ينقل بعد ذلك المعلومات الواردة من DNA إلى موقع تخليق البروتين.

يتم نقل المعلومات وتخليق البروتين وفقًا لمبدأ المصفوفة، الذي يشبه العمل مطبعةفي دار الطباعة. يتم نسخ المعلومات من الحمض النووي عدة مرات. إذا حدثت أخطاء أثناء النسخ، فسوف تتكرر في جميع النسخ اللاحقة.

صحيح أن بعض الأخطاء عند نسخ المعلومات باستخدام جزيء الحمض النووي يمكن تصحيحها - وتسمى عملية إزالة الأخطاء الجبر. أول التفاعلات في عملية نقل المعلومات هو تكرار جزيء الحمض النووي وتوليف سلاسل الحمض النووي الجديدة.

2. النسخ – تخليق i-RNA على DNA، وهي عملية إزالة المعلومات من جزيء DNA، والتي يتم تصنيعها عليه بواسطة جزيء i-RNA.

يتكون I-RNA من سلسلة واحدة ويتم تصنيعه على DNA وفقًا لقاعدة التكامل بمشاركة إنزيم ينشط بداية ونهاية تخليق جزيء i-RNA.

يدخل جزيء mRNA النهائي السيتوبلازم إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق سلاسل البوليببتيد.

3. إذاعة - تخليق البروتين باستخدام مرنا. عملية ترجمة المعلومات الموجودة في تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البولي ببتيد.

4 .تخليق RNA أو DNA من فيروسات RNA

يمكن تمثيل تسلسل تفاعلات المصفوفة أثناء التخليق الحيوي للبروتين على النحو التالي المخططات:

حبلا غير منسوخة من الحمض النووي		ايه تي جي	جي جي سي	ت ا ت
حبلا منسوخة من الحمض النووي		تي ايه سي	تس تس ز	ا ت أ
نسخ الحمض النووي
رموز مرنا		ايه يو جي	جي جي سي	يو ايه يو
ترجمة مرنا
مضادات الحمض الريبي النووي النقال		يو ايه سي	تس تس ز	ا يو ا
الأحماض الأمينية البروتينية		ميثيونين	جليكاين	التيروزين

هكذا، التخليق الحيوي للبروتين- هذا هو أحد أنواع التبادل البلاستيكي، حيث يتم تنفيذ المعلومات الوراثية المشفرة في جينات الحمض النووي في تسلسل محدد من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين.

جزيئات البروتين هي في الأساس سلاسل البولي ببتيد، تتكون من الأحماض الأمينية الفردية. لكن الأحماض الأمينية ليست نشطة بما يكفي لتتحد مع بعضها البعض بمفردها. لذلك، قبل أن تتحد مع بعضها البعض وتشكل جزيء البروتين، يجب أن تكون الأحماض الأمينية فعل. يحدث هذا التنشيط تحت تأثير إنزيمات خاصة.

ونتيجة للتنشيط، يصبح الحمض الأميني أكثر مرونة وتحت تأثير نفس الإنزيم يرتبط بالـ tRNA. كل حمض أميني يتوافق بدقة الحمض الريبي النووي النقال محدد، أيّ يجد""الحمض الأميني"" و التحويلاتإلى الريبوسوم.

وبالتالي مختلف الأحماض الأمينية المنشطة المرتبطة بـ tRNAs الخاصة بها. الريبوسوم مثل الناقللتجميع سلسلة البروتين من مختلف الأحماض الأمينية الموردة إليه.

بالتزامن مع t-RNA، الذي "يجلس" عليه الحمض الأميني الخاص به، " إشارة"من الحمض النووي الموجود في النواة. وفقا لهذه الإشارة، يتم تصنيع هذا البروتين أو ذاك في الريبوسوم.

لا يتم التأثير المباشر للحمض النووي على تخليق البروتين بشكل مباشر، ولكن بمساعدة وسيط خاص - مصفوفةأو رسول الحمض النووي الريبي (m-RNAأو أنا-RNA)،أيّ يتم توليفها في النواةيتأثر بالحمض النووي، لذلك فإن تركيبه يعكس تركيب الحمض النووي. يشبه جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) قالبًا من شكل الحمض النووي (DNA). يدخل mRNA المركب إلى الريبوسوم وينقله إلى هذا الهيكل يخطط- بأي ترتيب يجب أن يتم دمج الأحماض الأمينية المنشطة التي تدخل الريبوسوم مع بعضها البعض من أجل تصنيع بروتين معين؟ خلاف ذلك، يتم نقل المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي إلى mRNA ومن ثم إلى البروتين.

يدخل جزيء mRNA إلى الريبوسوم و غرزها. ذلك الجزء الموجود فيه في اللحظةفي الريبوسوم، محددة كودون (ثلاثي) ، يتفاعل بطريقة محددة تمامًا مع تلك المشابهة له من الناحية الهيكلية الثلاثي (أنتيكودون) في نقل الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي جلب الحمض الأميني إلى الريبوسوم.

نقل الحمض النووي الريبي (RNA) مع حمضه الأميني يناسبإلى كودون mRNA محدد و يربطمعه؛ إلى المنطقة المجاورة التالية من mRNA يتم ربط الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) آخر به حمض أميني آخروهكذا حتى تتم قراءة سلسلة i-RNA بأكملها، حتى يتم تقليل جميع الأحماض الأمينية بالترتيب المناسب، لتكوين جزيء البروتين.

والـ tRNA، الذي يوصل الحمض الأميني إلى جزء محدد من سلسلة البوليببتيد، متحرراً من حمضه الأمينيويخرج من الريبوسوم.

ثم مرة أخرى في السيتوبلازميمكن أن ينضم إليه الحمض الأميني المطلوب، ويعود مرة أخرى سوف ينقلإلى الريبوسوم.

في عملية تخليق البروتين، لا تشارك واحدة، ولكن العديد من الريبوسومات - polyribosomes - في وقت واحد.

المراحل الرئيسية لنقل المعلومات الوراثية:

التوليف على الحمض النووي كقالب mRNA (النسخ)

تخليق سلسلة بولي ببتيد في الريبوسومات وفقًا للبرنامج الموجود في mRNA (ترجمة).

المراحل عالمية لجميع الكائنات الحية، لكن العلاقات الزمانية والمكانية لهذه العمليات تختلف في الكائنات الحية وحقيقيات النوى.

ش حقيقيات النوىيتم الفصل بين النسخ والترجمة بشكل صارم في المكان والزمان: يتم تصنيع العديد من RNAs في النواة، وبعد ذلك يجب أن تترك جزيئات RNA النواة عن طريق المرور عبر الغشاء النووي. يتم بعد ذلك نقل RNAs في السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين - الريبوسومات. فقط بعد ذلك تأتي المرحلة التالية - البث.

في بدائيات النوى، يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد.

هكذا،

مكان تخليق البروتينات وجميع الإنزيمات في الخلية هو الريبوسومات "المصانع"البروتين، مثل ورشة التجميع، حيث يتم توفير جميع المواد اللازمة لتجميع سلسلة البروتين متعددة الببتيد من الأحماض الأمينية. طبيعة البروتين المركبيعتمد على بنية i-RNA، وعلى ترتيب ترتيب النيوكلويدات فيه، ويعكس هيكل i-RNA بنية الحمض النووي، بحيث في النهاية البنية المحددة للبروتين، أي ترتيب ترتيب مختلف العناصر. الأحماض الأمينية الموجودة فيه، تعتمد على ترتيب ترتيب النيوكلويدات في الحمض النووي، من بنية الحمض النووي.

تسمى النظرية المعلنة للتخليق الحيوي للبروتين نظرية المصفوفة. مصفوفة هذه النظرية دعا لأنأن الأحماض النووية تلعب دور المصفوفات التي يتم فيها تسجيل جميع المعلومات المتعلقة بتسلسل بقايا الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

إنشاء نظرية مصفوفة للتخليق الحيوي للبروتين وفك شفرة الأحماض الأمينيةهو الأكبر الإنجاز العلميالقرن العشرين، أهم خطوة نحو توضيح الآلية الجزيئية للوراثة.

المهام الموضوعية

أ1. أي بيان كاذب؟

1) الشفرة الوراثية عالمية

2) تدهور الشفرة الوراثية

3) الشفرة الوراثية فردية

4) الشفرة الوراثية ثلاثية

أ2. ثلاثة توائم من الحمض النووي تشفر:

1) تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين

2) علامة واحدة للكائن الحي

3) حمض أميني واحد

4) العديد من الأحماض الأمينية

أ3. "علامات الترقيم" للشفرة الوراثية

1) تحفيز تخليق البروتين

2) وقف تخليق البروتين

3) ترميز بعض البروتينات

4) ترميز مجموعة من الأحماض الأمينية

A4. إذا تم تشفير الحمض الأميني VALINE في الضفدع بواسطة الثلاثي GUU، فيمكن تشفير هذا الحمض الأميني في الكلب بثلاثة توائم:

1) GUA وGUG

2) التوقيت العالمي المنسق وUCA

3) تسوتس و تسوا

4) UAG وUGA

أ5. اكتمل تخليق البروتين في الوقت الحالي

1) التعرف على الكودون عن طريق الكودون المضاد

2) دخول mRNA إلى الريبوسومات

3) ظهور "علامة الترقيم" على الريبوسوم

4) انضمام حمض أميني إلى t-RNA

أ6. أشر إلى زوج من الخلايا يحتوي فيه شخص واحد على معلومات وراثية مختلفة؟

1) خلايا الكبد والمعدة

2) الخلايا العصبية والكريات البيض

3) خلايا العضلات والعظام

4) خلية اللسان والبيضة

أ7. وظيفة mRNA في عملية التخليق الحيوي

1) تخزين المعلومات الوراثية

2) نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات

3) نقل المعلومات إلى الريبوسومات

4) تسريع عملية التخليق الحيوي

أ8. يتكون مضاد الحمض الريبي النووي النقال من نيوكليوتيدات UCG. ما هو ثلاثي الحمض النووي المكمل له؟