Трансферът и внедряването на наследствена информация се основават на реакции на матричен синтез. Има само три от тях: репликация на ДНК, транскрипция и транслация. Всички тези реакции принадлежат към реакциите на пластичен обмен и изискват разход на енергия и участието на ензими.

Репликация.

Репликация– самодублиране на ДНК молекули – стои в основата на предаването на наследствената информация от поколение на поколение. В резултат на репликацията на една майчина ДНК молекула се образуват две дъщерни молекули, всяка от които представлява двойна спирала, в която едната верига на ДНК е майчината верига, а другата е новосинтезирана. Репликацията изисква различни ензими, нуклеотиди и енергия.

С помощта на специални ензими се разкъсват водородните връзки, свързващи комплементарните бази на двете вериги на майчината ДНК. ДНК веригите се разминават. Молекулите на ензима ДНК полимераза се движат по майчините ДНК вериги и последователно се свързват с нуклеотиди, за да образуват дъщерни ДНК вериги. Процесът на добавяне на нуклеотиди следва принципа на комплементарността. В резултат на това се образуват две ДНК молекули, идентични на майката и една на друга.

Биосинтеза на протеини.

Биосинтеза на протеини, т.е. Процесът на реализиране на наследствена информация протича на два етапа. На първия етап информацията за първичната структура на протеина се копира от ДНК в иРНК. Този процес се нарича транскрипция. Вторият етап, транслацията, се осъществява върху рибозомите. По време на транслацията протеинът се синтезира от аминокиселини в съответствие с последователността, записана в иРНК, т.е. нуклеотидната последователност се транслира в аминокиселинна последователност. По този начин процесът на реализиране на наследствена информация може да бъде изразен със следната диаграма:

ДНК → иРНК → протеин → свойство, знак

Транскрипция– синтез на информационна РНК върху ДНК матрица. Този процес се случва там, където има ДНК. При еукариотите транскрипцията се извършва в ядрото, митохондриите и хлоропластите (при растенията), а при прокариотите директно в цитоплазмата. По време на транскрипцията ДНК молекулата е матрицата, а иРНК е реакционният продукт.

Транскрипцията започва с разделянето на ДНК вериги, което се случва по същия начин, както при репликацията (водородните връзки се разкъсват от ензими). След това ензимът РНК полимераза последователно, съгласно принципа на комплементарността, свързва нуклеотидите във верига, синтезирайки молекула на иРНК. Получената иРНК молекула се отделя и изпраща в цитоплазмата „в търсене“ на рибозомата.

Синтезът на протеини върху рибозомите се нарича излъчване. Транслацията при еукариотите се осъществява върху рибозоми, които се намират в цитоплазмата, на повърхността на ER, в митохондриите и в хлоропластите (при растенията), а при прокариотите върху рибозоми в цитоплазмата. Преводът включва иРНК, тРНК, рибозоми, аминокиселини, ATP молекули и ензими.

· Аминокиселинислужат като материал за синтеза на протеинови молекули.

· АТФе източник на енергия за свързване на аминокиселините една с друга.

· Ензимиучастват в прикрепването на аминокиселините към тРНК и в свързването на аминокиселините една с друга.

· Рибозомисе състоят от рРНК и протеинови молекули, които образуват активния център, където се случват основните транслационни събития.

· Информационна РНК V в такъв случайе матрица за синтеза на протеинови молекули. Наричат ​​се триплети от иРНК, всеки от които кодира аминокиселина кодони.

· Трансфер РНКдовеждат аминокиселини до рибозомите и участват в транслацията на нуклеотидната последователност в аминокиселинната последователност. Трансферните РНК, подобно на други видове РНК, се синтезират върху ДНК шаблон. Те имат вид на листо от детелина (фиг. 28.3). Образуват се три нуклеотида, разположени в горната част на централната бримка на молекулата на tRNA антикодон.

Напредък на излъчването.

Транслацията започва със свързването на иРНК към рибозомата. Рибозомата се движи по протежение на иРНК, като всеки път премества един триплет. Активният център на рибозомата може едновременно да съдържа два триплета (кодони) иРНК. Всеки от тези кодони е съпоставен с тРНК, която има комплементарен антикодон и носи специфична аминокиселина. Между кодони и антикодони се образуват водородни връзки, които задържат tRNA в активния център. По това време между аминокиселините се образува пептидна връзка. Нарастващата полипептидна верига е "окачена" на tRNA, която е влязла в активния център на последната. Рибозомата се придвижва напред с един триплет, което води до нов кодон и съответната tRNA в активния център. Освободената tRNA се отделя от mRNA и се изпраща за нова аминокиселина.

Какви реакции, протичащи в клетката, се класифицират като реакции на матричен синтез? Какво служи като матрица за такива реакции?

Матричен синтез - специфична особеностживи организми. Матрицата е моделът, по който се формира копието. Матричен синтез - синтез с помощта на матрица. Реакциите на шаблонен синтез осигуряват точната последователност от мономери за създаване на полимери.

Реакциите на синтез на шаблон, протичащи в клетката, включват реакции на дублиране на ДНК, синтез на РНК и синтез на протеини. Шаблонът е ДНК в синтеза на иРНК и ДНК или РНК в протеиновия синтез. Мономерите на шаблонния синтез са нуклеотиди и аминокиселини. Мономерите се фиксират към матрицата чрез принципа на комплементарност, омрежват се и след това се освобождават от матрицата. Реакциите на матричен синтез са в основата на възпроизвеждането на себеподобни.

Какви реакции, протичащи в клетката, се класифицират като реакции на матричен синтез? Какво служи като матрица за такива реакции?

Търсено на тази страница:

• мономери на реакциите на матричен синтез в клетката са
• Реакциите на матричен синтез включват
• какви реакции са реакции на матричен синтез

Нуклеинова киселина.

Нуклеиновите киселини (NA) са открити за първи път през 1869 г. от швейцарския биохимик Фридрих Мишер.

NA са линейни, неразклонени хетерополимери, чиито мономери са нуклеотиди, свързани с фосфодиестерни връзки.

Нуклеотидът се състои от:

азотна основа

Пурини (аденин (A) и гуанин (G) - техните молекули се състоят от 2 пръстена: 5 и 6 членен),

Пиримидин (цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U) - един шестчленен пръстен);

въглехидрат (5-въглероден захарен пръстен): рибоза или дезоксирибоза;

остатък от фосфорна киселина.

Има 2 вида NK: ДНК и РНК. НК осигуряват съхранение, възпроизвеждане и внедряване на генетична (наследствена) информация. Тази информация е кодирана под формата на нуклеотидни последователности. Нуклеотидната последователност отразява първичната структура на протеините. Съответствието между аминокиселините и нуклеотидните последователности, които ги кодират, се нарича генетичен код. Мерна единица генетичен кодДНК и РНК са триплет– последователност от три нуклеотида.

Видове азотни основи	A, G, C, T	A, G, C, U
Видове пентози	β,D-2-дезоксирибоза	β,D-рибоза
Вторична структура	Редовен, състои се от 2 допълващи се вериги	Неправилни, някои части от една верига образуват двойна спирала
Молекулно тегло (брой нуклеотидни единици в първичната верига) или от 250 до 1,2x10 5 kDa (килодалтона)	За хиляди, милиони	От порядъка на десетици и стотици
Локализация в клетката	Ядро, митохондрии, хлоропласти, центриоли	Ядро, цитоплазма, рибозоми, митохондрии и пластиди
	Съхраняване, предаване и възпроизвеждане на наследствена информация през поколенията	Внедряване на наследствена информация

ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина)е нуклеинова киселина, чиито мономери са дезоксирибонуклеотиди; това е майчиният носител на генетична информация. Тези. цялата информация за структурата, функционирането и развитието на отделните клетки и целия организъм се записва под формата на нуклеотидни последователности на ДНК.

Първичната структура на ДНК е едноверижна молекула (фаги).

По-нататъшното подреждане на полимерната макромолекула се нарича вторична структура. През 1953 г. Джеймс Уотсън и Франсис Крик откриват вторичната структура на ДНК – двойната спирала. В тази спирала фосфатните групи са от външната страна на спиралите, а базите са отвътре, разположени на интервали от 0,34 nm. Веригите се държат заедно чрез водородни връзки между базите и са усукани една около друга и около обща ос.

Базите в антипаралелните вериги образуват комплементарни (взаимно допълващи се) двойки поради водородни връзки: A = T (2 връзки) и G ≡ C (3 връзки).

Феноменът на комплементарност в структурата на ДНК е открит през 1951 г. от Ервин Чаргаф.

Правилото на Chargaff: броят на пуриновите бази винаги е равен на броя на пиримидиновите бази (A + G) = (T + C).

Третичната структура на ДНК е по-нататъшното нагъване на двойноверижна молекула в бримки поради водородни връзки между съседни навивки на спиралата (супернавиване).

Кватернерната структура на ДНК е хроматиди (2 нишки на хромозома).

Рентгеновите дифракционни модели на ДНК влакна, получени за първи път от Морис Уилкинс и Розалинд Франклин, показват, че молекулата има спирална структура и съдържа повече от една полинуклеотидна верига.

Има няколко семейства на ДНК: A, B, C, D, Z-форми. B формата обикновено се намира в клетките. Всички фигури с изключение на Z са десни спирали.

Репликация (самоудвояване) на ДНК - Това е един от най-важните биологични процеси, които осигуряват възпроизвеждането на генетичната информация. Репликацията започва с разделянето на две допълващи се вериги. Всяка верига се използва като шаблон за образуване на нова ДНК молекула. Ензимите участват в процеса на синтез на ДНК. Всяка от двете дъщерни молекули задължително включва една стара спирала и една нова. Новата ДНК молекула е абсолютно идентична със старата по нуклеотидна последователност. Този метод на репликация осигурява точно възпроизвеждане в дъщерните молекули на информацията, която е записана в майчината ДНК молекула.

В резултат на репликацията на една ДНК молекула се образуват две нови молекули, които са точно копие на оригиналната молекула – матрици. Всяка нова молекула се състои от две вериги – една на родителската и една на сестринската. Този механизъм на репликация на ДНК се нарича полуконсервативен.

Реакциите, при които една хетерополимерна молекула служи като шаблон (форма) за синтеза на друга хетерополимерна молекула с комплементарна структура, се наричат реакции от матричен тип. Ако по време на реакция се образуват молекули от същото вещество, което служи като матрица, тогава реакцията се нарича автокаталитичен. Ако по време на реакция върху матрицата на едно вещество се образуват молекули на друго вещество, тогава такава реакция се нарича хетерокаталитичен. По този начин репликацията на ДНК (т.е. синтез на ДНК върху ДНК матрица) е реакция на автокаталитичен матричен синтез.

Реакциите от матричен тип включват:

репликация на ДНК (синтез на ДНК върху шаблон на ДНК),

ДНК транскрипция (РНК синтез върху ДНК шаблон),

РНК транслация (протеинов синтез върху РНК шаблон).

Съществуват обаче и други реакции от шаблонен тип, например РНК синтез върху РНК шаблон и ДНК синтез върху РНК шаблон. Последните два типа реакции се наблюдават, когато клетките са заразени с определени вируси. Синтез на ДНК върху матрица на РНК ( обратна транскрипция) се използва широко в генното инженерство.

Всички матрични процеси се състоят от три етапа: иницииране (начало), удължаване (продължение) и прекратяване (край).

Репликацията на ДНК е сложен процес, в който участват няколко десетки ензими. Най-важните от тях включват ДНК полимерази (няколко вида), примази, топоизомерази, лигази и др. Основният проблем при репликацията на ДНК е, че в различни вериги на една молекула остатъците от фосфорна киселина са насочени в различни посоки, но удължаването на веригата може да се случи само от края, който завършва с ОН група. Следователно в репликирания регион, който се нарича вилица за репликация, процесът на репликация протича по различен начин в различните вериги. На една от веригите, наречена водеща верига, протича непрекъснат синтез на ДНК върху ДНК шаблон. В другата верига, която се нарича изоставаща верига, свързването става първо буквар– специфичен фрагмент от РНК. Праймерът служи като праймер за синтеза на ДНК фрагмент, наречен фрагмент от Оказаки. Впоследствие праймерът се отстранява и фрагментите на Okazaki се зашиват заедно в една верига на ензима ДНК лигаза. Репликацията на ДНК е придружена репарация– коригиране на грешки, които неизбежно възникват по време на репликация. Има много механизми за ремонт.

Репликацията се извършва преди клетъчното делене. Благодарение на тази способност на ДНК, наследствената информация се прехвърля от майчината клетка към дъщерните клетки.

РНК (рибонуклеинова киселина)е нуклеинова киселина, чиито мономери са рибонуклеотиди.

В рамките на една РНК молекула има няколко региона, които са комплементарни един на друг. Между такива комплементарни области се образуват водородни връзки. В резултат на това в една молекула РНК се редуват двуверижни и едноверижни структури, а общата конформация на молекулата наподобява лист детелина.

Азотните бази, които изграждат РНК, са способни да образуват водородни връзки с комплементарни бази както в ДНК, така и в РНК. В този случай азотните основи образуват двойки A=U, A=T и G≡C. Благодарение на това информацията може да се прехвърля от ДНК към РНК, от РНК към ДНК и от РНК към протеини.

Има три основни типа РНК, открити в клетките, които изпълняват различни функции:

1. Информация, или матрицаРНК (иРНК или иРНК). Функция: матрица за протеинов синтез. Съставлява 5% от клетъчната РНК. Прехвърля генетична информация от ДНК към рибозомите по време на биосинтеза на протеини. В еукариотните клетки иРНК (mRNA) се стабилизира от специфични протеини. Това прави възможно биосинтезата на протеини да продължи дори ако ядрото е неактивно.

иРНК е линейна верига с няколко региона с различни функционални роли:

а) в 5" края има капачка ("капачка") - предпазва иРНК от екзонуклеази,

б) последван от нетранслиран участък, комплементарен на рРНК секцията, която е част от малката субединица на рибозомата,

в) транслацията (четенето) на иРНК започва с иницииращия кодон AUG, кодиращ метионин,

г) стартовият кодон е последван от кодираща част, която съдържа информация за последователността на аминокиселините в протеина.

2. Рибозомна, или рибозомнаРНК (рРНК). Съставлява 85% от клетъчната РНК. В комбинация с протеина той е част от рибозомите и определя формата на голямата и малката рибозомна субединица (50-60S и 30-40S субединица). Те участват в транслацията - четене на информация от иРНК в протеиновия синтез.

Субединиците и съставните им рРНК обикновено се обозначават чрез тяхната седиментационна константа. S - коефициент на утаяване, единици Сведберг. Стойността S характеризира скоростта на утаяване на частиците по време на ултрацентрофугиране и е пропорционална на тяхното молекулно тегло. (Например, прокариотна рРНК с коефициент на утаяване от 16 Сведбергови единици се обозначава като 16S рРНК).

По този начин се разграничават няколко вида рРНК, които се различават по дължината на полинуклеотидната верига, масата и локализацията в рибозомите: 23-28S, 16-18S, 5S и 5.8S. И прокариотните, и еукариотните рибозоми съдържат 2 различни РНК с високо молекулно тегло, по една за всяка субединица, и една РНК с ниско молекулно тегло - 5S РНК. Еукариотните рибозоми също съдържат 5.8S РНК с ниско молекулно тегло. Например прокариотите синтезират 23S, 16S и 5S рРНК, а еукариотите синтезират 18S, 28S, 5S и 5.8S.

80S рибозома (еукариотна)

Малка 40S субединица Голяма 60S субединица

18SrRNA (~2000 нуклеотида), - 28SrRNA (~4000 nt),

5.8SpRNA (~155 nt),

5SpRNA (~121 nt),

~30 белтъка. ~45 протеина.

70S рибозома (прокариотна)

Малка 30S субединица Голяма 50S субединица

16SpRNA, - 23SpRNA,

~20 белтъка. ~30 белтъка.

Голяма молекула от силно полимерна рРНК (седиментационна константа 23-28S, локализирана в 50-60S рибозомните субединици.

Малка молекула от високополимерна рРНК (константа на утаяване 16-18S, локализирана в 30-40S рибозомни субединици.

Във всички рибозоми без изключение присъства нискополимерна 5S рРНК и е локализирана в 50-60S рибозомните субединици.

Нискополимерната рРНК със седиментационна константа 5.8S е характерна само за еукариотните рибозоми.

Така рибозомите съдържат три вида рРНК при прокариотите и четири вида рРНК при еукариотите.

Първичната структура на рРНК е една полирибонуклеотидна верига.

Вторичната структура на рРНК е спирализацията на полирибонуклеотидната верига върху себе си (отделни участъци от веригата на РНК образуват спирални бримки - „фиби“).

Третична структура на високополимерна рРНК - взаимодействия на спираловидни елементи от вторична структура.

3. транспортРНК (тРНК). Съставлява 10% от клетъчната РНК. Пренася аминокиселината до мястото на протеиновия синтез, т.е. към рибозомите. Всяка аминокиселина има своя собствена тРНК.

Първичната структура на tRNA е една полирибонуклеотидна верига.

Вторичната структура на tRNA е модел на детелина, в тази структура има 4 двойноверижни и 5 едноверижни области.

Третичната структура на тРНК е стабилна; молекулата се сгъва в L-образна структура (2 спирали, почти перпендикулярни една на друга).

Всички видове РНК се образуват в резултат на реакции на синтез на матрица. В повечето случаи една от ДНК веригите служи като шаблон. По този начин биосинтезата на РНК върху ДНК матрица е хетерокаталитична реакция от типа матрица. Този процес се нарича транскрипцияи се контролира от определени ензими – РНК полимерази (транскриптази).

Синтезът на РНК (транскрипция на ДНК) включва копиране на информация от ДНК в иРНК.

Разлики между синтеза на РНК и синтеза на ДНК:

Асиметрия на процеса: като матрица се използва само една ДНК верига.

Консервативен процес: молекулата на ДНК се връща в първоначалното си състояние след завършване на синтеза на РНК. По време на синтеза на ДНК молекулите се обновяват наполовина, което прави репликацията полуконсервативна.

Синтезът на РНК не изисква праймер, за да започне, но репликацията на ДНК изисква праймер на РНК.

1. Обяснете последователността на предаване на генетична информация: ген - протеин - черта.

2. Спомнете си каква структура на протеина определя неговата структура и свойства. Как е кодирана тази структура в молекулата на ДНК?

3. Какво представлява генетичният код?

4. Опишете свойствата на генетичния код.

7. Реакции на матричен синтез. Транскрипция

Информацията за протеина се записва като нуклеотидна последователност в ДНК и се намира в ядрото. Самият протеинов синтез се извършва в цитоплазмата на рибозомите. Следователно протеиновият синтез изисква структура, която да пренася информация от ДНК към мястото на протеиновия синтез. Такъв посредник е информационна или матрична РНК, която предава информация от специфичен ген на ДНК молекула до мястото на протеиновия синтез на рибозомите.

В допълнение към носителя на информация са необходими вещества, които биха осигурили доставката на аминокиселини до мястото на синтез и определяне на тяхното място в полипептидната верига. Такива вещества са трансферни РНК, които осигуряват кодирането и доставянето на аминокиселини до мястото на синтеза. Синтезът на протеини се осъществява върху рибозоми, чието тяло е изградено от рибозомна РНК. Това означава, че е необходим друг вид РНК – рибозомна.

Генетичната информация се реализира в три вида реакции: синтез на РНК, синтез на протеини и репликация на ДНК. Във всяка информацията, съдържаща се в линейна последователност от нуклеотиди, се използва за създаване на друга линейна последователност: или нуклеотиди (в РНК или ДНК молекули), или аминокиселини (в протеинови молекули). Експериментално е доказано, че именно ДНК служи като матрица за синтеза на всички нуклеинови киселини. Тези биосинтетични реакции се наричат матричен синтез.Достатъчна простота матрични реакциии тяхната едноизмерност направи възможно изучаването и разбирането на механизма им в детайли, за разлика от други процеси, протичащи в клетката.

Транскрипция

Процесът на биосинтеза на РНК от ДНК се нарича транскрипция.Този процес протича в ядрото. Върху матрицата на ДНК се синтезират всички видове РНК - информационна, транспортна и рибозомна, които впоследствие участват в синтеза на протеини. Генетичният код на ДНК се транскрибира в информационна РНК по време на процеса на транскрипция. Реакцията се основава на принципа на взаимното допълване.

Синтезът на РНК има редица характеристики. Молекулата на РНК е много по-къса и е копие само на малка част от ДНК. Следователно само определен участък от ДНК, където се намира информацията за дадена нуклеинова киселина, служи като матрица. Новосинтезираната РНК никога не остава свързана с оригиналната ДНК матрица, но се освобождава след края на реакцията. Процесът на транскрипция протича на три етапа.

Първи етап - посвещение- началото на процеса. Синтезът на РНК копия започва от определена зона върху ДНК, която се нарича промоутърТази зона съдържа определен набор от нуклеотиди, които са стартови сигнали.Процесът се катализира от ензими РНК полимерази.Ензимът РНК полимераза се свързва с промотора, развива двойната спирала и разкъсва водородните връзки между двете вериги на ДНК. Но само един от тях служи като матрица за синтеза на РНК.

Втора фаза - удължаване.Основният процес се случва на този етап. На една ДНК верига, както на матрица, нуклеотидите са подредени на принципа на комплементарност (фиг. 19). Ензимът РНК полимераза, движейки се стъпка по стъпка по веригата на ДНК, свързва нуклеотидите един с друг, докато непрекъснато развива двойната спирала на ДНК. В резултат на това движение се синтезира РНК копие.

Трети етап - прекратяване на договора.Това е последният етап. Синтезът на РНК продължава до стоп светлина- специфична последователност от нуклеотиди, която спира движението на ензима и синтеза на РНК. Полимеразата се отделя от ДНК и синтезираното РНК копие. В същото време молекулата на РНК се отстранява от матрицата. ДНК възстановява двойната спирала. Синтезът е завършен. В зависимост от секцията на ДНК по този начин се синтезират рибозомни, транспортни и информационни РНК.

Само една от ДНК веригите служи като шаблон за транскрипция на РНК молекула. Въпреки това различни ДНК вериги могат да служат като шаблон за два съседни гена. Коя от двете вериги ще се използва за синтез се определя от промотора, който насочва ензима РНК полимераза в една или друга посока.

След транскрипция, информационната РНК молекула на еукариотните клетки претърпява пренареждане. Той изрязва нуклеотидни последователности, които не носят информация за този протеин. Този процес се нарича снаждане.В зависимост от типа клетка и етапа на развитие могат да бъдат отстранени различни части от РНК молекулата. Следователно върху една част от ДНК се синтезират различни РНК, които носят информация за различни протеини. Това позволява трансфер на значителна генетична информация от един ген и също така улеснява генетичната рекомбинация.

Ориз. 19. Синтез на информационна РНК. 1 - ДНК верига; 2 - синтезирана РНК

Въпроси и задачи за самоконтрол

1. Какви реакции принадлежат към реакциите на матричен синтез?

2. Каква е изходната матрица за всички реакции на матричен синтез?

3. Как се нарича процесът на биосинтеза на иРНК?

4. Какви видове РНК се синтезират върху ДНК?

5. Установете последователността на иРНК фрагмент, ако съответният фрагмент на ДНК има последователността: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Биосинтеза на протеини

Протеините са основни компоненти на всички клетки, така че най-важният процес на пластичния метаболизъм е протеиновата биосинтеза. Среща се във всички клетки на организмите. Това са единствените клетъчни компоненти (с изключение на нуклеиновите киселини), чийто синтез се извършва под пряк контрол на генетичния материал на клетката. Целият генетичен апарат на клетката - ДНК и различни видовеРНК - конфигурирана за синтез на протеини.

гене част от ДНК молекула, отговорна за синтеза на една протеинова молекула. За синтеза на протеини е необходимо специфичен ген от ДНК да бъде копиран под формата на информационна РНК молекула. Този процес е обсъден по-рано. Протеиновият синтез е сложен многоетапен процес и зависи от дейността различни видовеРНК. За директна протеинова биосинтеза са необходими следните компоненти:

1. Информационната РНК е носител на информация от ДНК до мястото на синтеза. Молекулите на иРНК се синтезират по време на процеса на транскрипция.

2. Рибозомите са органели, където се осъществява синтеза на протеини.

3. Набор от необходими аминокиселини в цитоплазмата.

4. Трансфер РНК, кодиращи аминокиселини и транспортирането им до мястото на синтез на рибозомите.

5. АТФ е вещество, което осигурява енергия за процесите на кодиране на аминокиселини и синтезиране на полипептидната верига.

Структура на трансферна РНК и кодиране на аминокиселини

Трансферните РНК (тРНК) са малки молекули с 70 до 90 нуклеотида, представляващи приблизително 15% от всички РНК в клетката. Функцията на tRNA зависи от нейната структура. Изследване на структурата на тРНК молекулите показа, че те са нагънати по определен начин и имат формата детелина(фиг. 20). Молекулата съдържа бримки и двойни участъци, свързани чрез взаимодействието на комплементарни бази. Най-важен е централния цикъл, който съдържа антикодон -нуклеотиден триплет, съответстващ на кода за специфична аминокиселина. Със своя антикодон tRNA може да се комбинира със съответния кодон на mRNA според принципа на комплементарност.

Ориз. 20. Структура на тРНК молекула: 1 - антикодон; 2 - място на прикрепване на аминокиселината

Всяка tRNA може да носи само една от 20 аминокиселини. Това означава, че за всяка аминокиселина има поне една тРНК. Тъй като една аминокиселина може да има няколко триплета, броят на видовете тРНК е равен на броя на триплетите на аминокиселината. Така общият брой на видовете тРНК съответства на броя на кодоните и е равен на 61. Нито една тРНК не отговаря на три стоп кода.

В единия край на tRNA молекулата винаги има гуанинов нуклеотид (5" край), а в другия (3" край) винаги има три CCA нуклеотида. Именно за тази цел се добавя аминокиселината (фиг. 21). Всяка аминокиселина е прикрепена към своята специфична тРНК със съответния антикодон. Механизмът на това прикрепване е свързан с работата на специфични ензими - аминоацил-тРНК синтетази, които прикрепят всяка аминокиселина към съответната тРНК. Всяка аминокиселина има своя собствена синтетаза. Свързването на аминокиселина с tRNA се осъществява с помощта на енергията на ATP, докато високоенергийната връзка се превръща във връзка между tRNA и аминокиселината. Така се активират и кодират аминокиселините.

Етапи на биосинтеза на протеини. Процесът на синтез на полипептидна верига, извършван върху рибозома, се нарича излъчване. Messenger RNA (mRNA) е посредник при предаването на информация за първичната структура на протеина; tRNA транспортира кодирани аминокиселини до мястото на синтез и осигурява последователността на техните връзки. Сглобяването на полипептидната верига се извършва в рибозомите.

В метаболизма на тялото водеща роля принадлежи на протеините и нуклеиновите киселини.

Протеиновите вещества формират основата на всички жизненоважни клетъчни структури, имат необичайно висока реактивност и са надарени с каталитични функции.

Нуклеинова киселинаса част от най-важния орган на клетката - ядрото, както и цитоплазмата, рибозомите, митохондриите и др. Нуклеиновите киселини играят важна, първостепенна роля в наследствеността, изменчивостта на тялото и в синтеза на протеини.

План за синтезпротеинът се съхранява в клетъчното ядро ​​и директен синтезвъзниква извън ядрото, така че е необходимо помогнеза доставяне на кодирания план от ядрото до мястото на синтез. като този помогнепредставени от РНК молекули.

Процесът започва в клетъчното ядро:част от „стълбата“ на ДНК се развива и отваря. Благодарение на това буквите на РНК образуват връзки с отворени писмаДНК на една от ДНК веригите. Ензимът прехвърля буквите на РНК, за да ги свърже във верига. Ето как буквите на ДНК се „пренаписват“ в буквите на РНК. Новообразуваната РНК верига се разделя и ДНК „стълбата“ се извива отново.

След допълнителни модификации този тип кодирана РНК е завършен.

РНК излиза от ядротои отива до мястото на протеиновия синтез, където се дешифрират буквите на РНК. Всеки набор от три РНК букви образува "дума", представляваща една специфична аминокиселина.

Друг тип РНК открива тази аминокиселина, улавя я с помощта на ензим и я доставя до мястото на протеинов синтез. Тъй като РНК съобщението се чете и превежда, веригата от аминокиселини нараства. Тази верига се усуква и сгъва в уникална форма, създавайки един вид протеин.
Дори процесът на сгъване на протеини е забележителен: използването на компютър за изчисляване на всички възможности за сгъване на протеин със среден размер, състоящ се от 100 аминокиселини, ще отнеме 10 27 години. И отнема не повече от една секунда, за да се образува верига от 20 аминокиселини в тялото - и този процес се случва непрекъснато във всички клетки на тялото.

Гени, генетичен код и неговите свойства.

На Земята живеят около 7 милиарда души. Освен 25-30 милиона двойки еднояйчни близнаци, генетично всички хора са различни: всеки е уникален, има уникални наследствени характеристики, черти на характера, способности и темперамент.

Тези разлики са обяснени различия в генотипите- набори от гени на организма; Всеки един е уникален. Въплъщават се генетичните характеристики на определен организъм в протеини- следователно структурата на протеина на един човек се различава, макар и много малко, от протеина на друг човек.

Това не означаваче няма двама души с напълно еднакви протеини. Протеините, които изпълняват едни и същи функции, могат да бъдат еднакви или да се различават само леко с една или две аминокиселини един от друг. Но на Земята няма хора (с изключение на еднояйчните близнаци), които да имат еднакви протеини.

Информация за първичната структура на протеинакодиран като последователност от нуклеотиди в част от ДНК молекула - ген – единица наследствена информация на организъм. Всяка ДНК молекула съдържа много гени. Съвкупността от всички гени на един организъм го съставлява генотип .

Кодирането на наследствената информация се извършва с помощта на генетичен код , който е универсален за всички организми и се различава само по редуването на нуклеотиди, които образуват гени и кодират протеини на конкретни организми.

Генетичен код включва триплети от нуклеотидиДНК комбиниране по различни начини последователности(AAT, GCA, ACG, TGC и др.), всеки от които кодира специфичен аминокиселина(който ще бъде интегриран в полипептидната верига).

Аминокиселини 20, А възможностиза комбинации от четири нуклеотида в групи от три – 64 четири нуклеотида са достатъчни, за да кодират 20 аминокиселини

Ето защо една аминокиселинамогат да бъдат кодирани няколко тройки.

Някои триплети изобщо не кодират аминокиселини, но Стартираили спирапротеинова биосинтеза.

Всъщност кодътброи последователност от нуклеотиди в иРНК молекула, защото той премахва информация от ДНК (процес транскрипции) и го превежда в последователност от аминокиселини в молекулите на синтезираните протеини (процесът излъчвания).

Съставът на иРНК включва ACGU нуклеотиди, чиито триплети се наричат кодони: триплетът на ДНК CGT върху иРНК ще стане триплет GCA, а триплетът ДНК AAG ще стане триплет UUC.

Точно иРНК кодонигенетичният код е отразен в записа.

По този начин, генетичен код - една системазаписване на наследствена информация в молекули на нуклеинова киселина под формата на последователност от нуклеотиди. Генетичен код базиранотносно използването на азбука, състояща се само от четири букви-нуклеотиди, различаващи се по азотни основи: A, T, G, C.

Основни свойства на генетичния код :

1. Генетичният код е триплет.Триплет (кодон) е последователност от три нуклеотида, кодиращи една аминокиселина. Тъй като протеините съдържат 20 аминокиселини, очевидно е, че всяка от тях не може да бъде кодирана от един нуклеотид (тъй като в ДНК има само четири вида нуклеотиди, в този случай 16 аминокиселини остават некодирани). Два нуклеотида също не са достатъчни за кодиране на аминокиселини, тъй като в този случай могат да бъдат кодирани само 16 аминокиселини. Това означава, че най-малкият брой нуклеотиди, кодиращи една аминокиселина, е три. (В този случай броят на възможните нуклеотидни триплети е 4 3 = 64).

2. Излишък (дегенерация)Кодът е следствие от неговата триплетна природа и означава, че една аминокиселина може да бъде кодирана от няколко триплета (тъй като има 20 аминокиселини и 64 триплета), с изключение на метионин и триптофан, които са кодирани само от един триплет. В допълнение, някои триплети изпълняват специфични функции: в молекулата на иРНК триплетите UAA, UAG, UGA са стоп кодони, т.е. стоп сигнали, които спират синтеза на полипептидната верига. Триплетът, съответстващ на метионин (AUG), разположен в началото на ДНК веригата, не кодира аминокиселина, но изпълнява функцията на иницииране (възбуждащо) четене.

3. Наред с излишъка, кодът има свойството еднозначност: Всеки кодон отговаря само на една специфична аминокиселина.

4. Кодът е колинеарен,тези. последователността на нуклеотидите в гена съвпада точно с последователността на аминокиселините в протеина.

5. Генетичният код не се припокрива и е компактен, т.е. не съдържа „препинателни знаци“. Това означава, че процесът на четене не позволява възможността за припокриване на колони (триплети) и, започвайки от определен кодон, четенето продължава непрекъснато, триплет след триплет, докато сигналите за спиране ( стоп кодони).

6. Генетичният код е универсален, т.е. ядрените гени на всички организми кодират информация за протеини по един и същи начин, независимо от нивото на организация и системното положение на тези организми.

Съществуват таблици с генетичен код за декодиране на иРНК кодони и конструиране на вериги от протеинови молекули.

Реакции на шаблонен синтез.

Реакции, непознати в неживата природа, възникват в живите системи - реакции матричен синтез .

Терминът "матрица"„в технологията те обозначават калъп, използван за отливане на монети, медали и типографски шрифтове: закаленият метал точно възпроизвежда всички детайли на формата, използвана за отливане. Матричен синтезнаподобява отливане върху матрица: новите молекули се синтезират в точно съответствие с плана, заложен в структурата на съществуващите молекули.

Принципът на матрицата се крие в основатанай-важните синтетични реакции на клетката, като синтеза на нуклеинови киселини и протеини. Тези реакции осигуряват точната, строго специфична последователност на мономерните звена в синтезираните полимери.

Тук се случва насочване. издърпване на мономери до определено мястоклетки - в молекули, които служат като матрица, където протича реакцията. Ако такива реакции възникнат в резултат на произволни сблъсъци на молекули, те ще протичат безкрайно бавно. Синтезът на сложни молекули на принципа на шаблона се извършва бързо и точно.

Ролята на матрицатамакромолекулите на нуклеиновите киселини ДНК или РНК играят в матрични реакции.

Мономерни молекулиот които се синтезира полимерът - нуклеотиди или аминокиселини - в съответствие с принципа на комплементарността, са разположени и фиксирани върху матрицата в строго определен, определен ред.

Тогава се случва "омрежване" на мономерни единици в полимерна веригаи готовият полимер се изхвърля от матрицата.

След това матрицата е готовакъм сглобяването на нова полимерна молекула. Ясно е, че както върху даден калъп може да се отлее само една монета или една буква, така и върху дадена матрична молекула може да се „сглоби“ само един полимер.

Матричен тип реакция- специфична особеност на химията на живите системи. Те са в основата на основното свойство на всичко живо - неговата способност за възпроизвеждане на себеподобни.

ДА СЕ реакции на матричен синтез включват:

1. ДНК репликация - процес на самоудвояване на ДНК молекула, осъществяван под контрола на ензими. Върху всяка от образуваните след разкъсването на водородните връзки ДНК вериги се синтезира дъщерна ДНК верига с участието на ензима ДНК полимераза. Материалът за синтеза е свободните нуклеотиди, присъстващи в цитоплазмата на клетките.

Биологичният смисъл на репликацията се състои в точното предаване на наследствена информация от майчината молекула към дъщерните молекули, което обикновено се случва по време на деленето на соматичните клетки.

Молекулата на ДНК се състои от две допълващи се вериги. Тези вериги се държат заедно чрез слаби водородни връзки, които могат да бъдат разкъсани от ензими.

Молекулата е способна на самодупликация (репликация) и върху всяка стара половина на молекулата се синтезира нова половина.

В допълнение, молекула иРНК може да бъде синтезирана върху молекула ДНК, която след това прехвърля информацията, получена от ДНК, до мястото на синтез на протеини.

Трансферът на информация и протеиновият синтез протичат на матричен принцип, сравним с работата печатна пресав печатницата. Информацията от ДНК се копира многократно. Ако възникнат грешки по време на копирането, те ще се повторят във всички следващи копия.

Вярно е, че някои грешки при копиране на информация с ДНК молекула могат да бъдат коригирани - процесът на отстраняване на грешки се нарича репарация. Първата от реакциите в процеса на пренос на информация е репликацията на молекулата на ДНК и синтеза на нови вериги на ДНК.

2. транскрипция – синтез на i-RNA върху ДНК, процес на отстраняване на информация от ДНК молекула, синтезирана върху нея от i-RNA молекула.

I-RNA се състои от една верига и се синтезира върху ДНК в съответствие с правилото за комплементарност с участието на ензим, който активира началото и края на синтеза на i-RNA молекулата.

Готовата молекула на иРНК навлиза в цитоплазмата върху рибозомите, където се извършва синтеза на полипептидни вериги.

3. излъчване - протеинов синтез с помощта на иРНК; процесът на транслиране на информацията, съдържаща се в нуклеотидната последователност на иРНК в последователността на аминокиселините в полипептида.

4 .синтез на РНК или ДНК от РНК вируси

Последователността на матричните реакции по време на биосинтеза на протеини може да бъде представена като схема:

нетранскрибирана верига на ДНК		A T G	G G C	Т А Т
транскрибирана верига на ДНК		T A C	Ц Ц Г	А Т А
ДНК транскрипция
иРНК кодони		A U G	G G C	U A U
иРНК транслация
тРНК антикодони		U A C	Ц Ц Г	A U A
протеинови аминокиселини		метионин	глицин	тирозин

По този начин, протеинова биосинтеза- това е един от видовете пластичен обмен, по време на който наследствената информация, кодирана в ДНК гените, се внедрява в специфична последователност от аминокиселини в протеинови молекули.

Протеиновите молекули са по същество полипептидни веригиизградени от отделни аминокиселини. Но аминокиселините не са достатъчно активни, за да се комбинират една с друга сами. Следователно, преди да се комбинират помежду си и да образуват протеинова молекула, аминокиселините трябва активирате. Това активиране става под действието на специални ензими.

В резултат на активирането аминокиселината става по-лабилна и под въздействието на същия ензим се свързва с тРНК. Всяка аминокиселина отговаря стриктно специфична тРНК, който намира„своята“ аминокиселина и трансферив рибозомата.

Следователно различни активирани аминокиселини, свързани с техните тРНК. Рибозомата е като конвейерда сглоби протеинова верига от различни аминокиселини, доставени към нея.

Едновременно с t-RNA, върху която „седи“ собствената му аминокиселина, „ сигнал"от ДНК, която се съдържа в ядрото. В съответствие с този сигнал в рибозомата се синтезира един или друг протеин.

Насочващото влияние на ДНК върху протеиновия синтез не се осъществява директно, а с помощта на специален посредник - матрицаили информационна РНК (m-RNAили i-RNA),който синтезирани в ядротосе влияе от ДНК, така че неговият състав отразява състава на ДНК. Молекулата на РНК е като отливка от формата на ДНК. Синтезираната иРНК навлиза в рибозомата и като че ли я прехвърля в тази структура план- в какъв ред трябва да се комбинират активираните аминокиселини, постъпващи в рибозомата, за да се синтезира определен протеин? В противен случай, генетичната информация, кодирана в ДНК, се прехвърля в иРНК и след това в протеин.

Молекулата на иРНК навлиза в рибозомата и шевовенея. Този сегмент от него, който е в този моментв рибозомата, дефинирана кодон (триплет), взаимодейства по напълно специфичен начин с тези, които са структурно подобни на него триплет (антикодон) в трансферната РНК, която пренася аминокиселината в рибозомата.

Трансфер РНК с нейната аминокиселина пасвакъм специфичен иРНК кодон и свързвас него; към следващия съседен регион на иРНК друга тРНК е прикрепена към друга аминокиселинаи така нататък, докато се прочете цялата верига на i-RNA, докато всички аминокиселини се редуцират в съответния ред, образувайки протеинова молекула.

И тРНК, която доставя аминокиселината до специфична част от полипептидната верига, освободен от своята аминокиселинаи излиза от рибозомата.

После отново в цитоплазматажеланата аминокиселина може да се присъедини към него и отново ще прехвърлив рибозомата.

В процеса на синтез на протеини участват едновременно не една, а няколко рибозоми - полирибозоми.

Основните етапи на трансфера на генетична информация:

синтез на ДНК като матрица на иРНК (транскрипция)

синтез на полипептидна верига в рибозомите според програмата, съдържаща се в иРНК (транслация).

Етапите са универсални за всички живи същества, но времевите и пространствени отношения на тези процеси се различават при про- и еукариотите.

U еукариотитранскрипцията и транслацията са строго разделени в пространството и времето: синтезът на различни РНК се извършва в ядрото, след което молекулите на РНК трябва да напуснат ядрото, преминавайки през ядрената мембрана. След това РНК се транспортират в цитоплазмата до мястото на протеиновия синтез - рибозомите. Едва след това идва следващият етап - излъчването.

При прокариотите транскрипцията и транслацията се извършват едновременно.

По този начин,

мястото на синтез на протеини и всички ензими в клетката са рибозоми - това е като "фабрики"протеин, като монтажен цех, където се доставят всички материали, необходими за сглобяване на полипептидната верига на протеин от аминокиселини. Естество на синтезирания протеинзависи от структурата на i-RNA, от реда на подреждане на нуклеоидите в нея, а структурата на i-RNA отразява структурата на ДНК, така че в крайна сметка специфичната структура на протеина, т.е. редът на подреждане на различни аминокиселините в него, зависи от реда на подреждане на нуклеоидите в ДНК, от структурата на ДНК.

Посочената теория за биосинтеза на протеини се нарича матрична теория. Матрица на тази теория наречена защоточе нуклеиновите киселини играят ролята на матрици, в които е записана цялата информация относно последователността на аминокиселинните остатъци в протеиновата молекула.

Създаване на матрична теория за биосинтеза на протеини и декодиране на аминокиселинния коде най-големият научно постижение XX век, най-важната стъпка към изясняване на молекулярния механизъм на наследствеността.

Тематични задачи

A1. Кое твърдение е грешно?

1) генетичният код е универсален

2) генетичният код е изроден

3) генетичният код е индивидуален

4) генетичният код е триплетен

A2. Един триплет от ДНК кодира:

1) последователност от аминокиселини в протеин

2) един признак на организъм

3) една аминокиселина

4) няколко аминокиселини

A3. „Препинателни знаци” на генетичния код

1) задейства протеиновия синтез

2) спиране на протеиновия синтез

3) кодират определени протеини

4) кодират група аминокиселини

A4. Ако в жаба аминокиселината VALINE е кодирана от триплета GUU, тогава при куче тази аминокиселина може да бъде кодирана от триплети:

1) GUA и GUG

2) UTC и UCA

3) ЦУЦ и ЦУА

4) UAG и UGA

A5. Синтезът на протеини е завършен в момента

1) разпознаване на кодон от антикодон

2) навлизане на иРНК в рибозомите

3) появата на „препинателен знак“ върху рибозомата

4) свързване на аминокиселина с т-РНК

A6. Посочете двойка клетки, в които един човек съдържа различна генетична информация?

1) чернодробни и стомашни клетки

2) неврони и левкоцити

3) мускулни и костни клетки

4) езикова клетка и яйце

A7. Функция на иРНК в процеса на биосинтеза

1) съхранение на наследствена информация

2) транспорт на аминокиселини до рибозоми

3) прехвърляне на информация към рибозомите

4) ускоряване на процеса на биосинтеза

A8. Антикодонът на tRNA се състои от UCG нуклеотиди. Кой ДНК триплет е комплементарен към него?