Prijenos i implementacija nasljednih informacija zasnovani su na reakcijama sinteze matrice. Postoje samo tri od njih: DNK replikacija, transkripcija i translacija. Sve ove reakcije pripadaju reakcijama plastičnog metabolizma i zahtijevaju utrošak energije i sudjelovanje enzima.

Replikacija.

Replikacija– samoduplikacija molekula DNK – u osnovi je prijenosa nasljednih informacija s generacije na generaciju. Kao rezultat replikacije jednog molekula DNK majke, formiraju se dvije kćerke molekule, od kojih je svaka dvostruka spirala, u kojoj je jedan lanac DNK matičan, a drugi je novosintetiziran. Za replikaciju su potrebni različiti enzimi, nukleotidi i energija.

Uz pomoć posebnih enzima razbijaju se vodonične veze koje povezuju komplementarne baze dva lanca DNK majke. DNK lanci se divergiraju. Molekuli enzima DNK polimeraze kreću se duž matičnih lanaca DNK i uzastopno spajaju nukleotide kako bi formirali kćeri DNK lance. Proces dodavanja nukleotida slijedi princip komplementarnosti. Kao rezultat, formiraju se dvije molekule DNK koje su identične majčinoj i jedna drugoj.

Biosinteza proteina.

Biosinteza proteina, tj. Proces realizacije nasljedne informacije odvija se u dvije faze. U prvoj fazi, informacije o primarnoj strukturi proteina se kopiraju iz DNK u mRNA. Ovaj proces se naziva transkripcija. Druga faza, translacija, odvija se na ribosomima. Tokom translacije, protein se sintetiše iz aminokiselina u skladu sa sekvencom zabeleženom u mRNA, tj. nukleotidna sekvenca se prevodi u sekvencu aminokiselina. Dakle, proces realizacije nasljedne informacije može se izraziti sljedećim dijagramom:

DNK → mRNA → protein → svojstvo, znak

Transkripcija– sinteza glasničke RNK na DNK matrici. Ovaj proces se dešava tamo gde postoji DNK. Kod eukariota do transkripcije dolazi u jezgru, mitohondrijima i hloroplastima (u biljkama), a kod prokariota direktno u citoplazmi. Tokom transkripcije, molekul DNK je šablon, a mRNA je proizvod reakcije.

Transkripcija počinje odvajanjem lanaca DNK, što se događa na isti način kao i prilikom replikacije (vodične veze razbijaju enzimi). Zatim enzim RNA polimeraza sekvencijalno, prema principu komplementarnosti, povezuje nukleotide u lanac, sintetizirajući molekul mRNA. Rezultirajuća molekula mRNA se odvaja i šalje u citoplazmu “u potrazi” za ribozomom.

Sinteza proteina na ribosomima se naziva emitovanje. Translacija se kod eukariota odvija na ribosomima, koji se nalaze u citoplazmi, na površini ER, u mitohondrijima i u hloroplastima (u biljkama), a kod prokariota na ribosomima u citoplazmi. Translacija uključuje mRNA, tRNA, ribozome, aminokiseline, molekule ATP-a i enzime.

· Amino kiseline služe kao materijal za sintezu proteinskih molekula.

· ATP je izvor energije za međusobno povezivanje aminokiselina.

· Enzimi učestvuju u dodavanju aminokiselina u tRNA i u međusobnom povezivanju aminokiselina.

· Ribosomi sastoje se od rRNA i proteinskih molekula koji formiraju aktivni centar, gdje se dešavaju glavni događaji translacije.

· Messenger RNA V u ovom slučaju je matrica za sintezu proteinskih molekula. Trojke mRNA, od kojih svaka kodira neku aminokiselinu, nazivaju se kodoni.

· Transfer RNA dovode aminokiseline u ribozome i učestvuju u translaciji nukleotidne sekvence u sekvencu aminokiselina. Transfer RNK, kao i druge vrste RNK, sintetiziraju se na DNK šablonu. Imaju izgled lista djeteline (Sl. 28.3). Nastaju tri nukleotida koja se nalaze na vrhu centralne petlje molekula tRNA antikodon.

Napredak emitovanja.

Translacija počinje vezivanjem mRNA za ribozom. Ribosom se kreće duž mRNA, pomjerajući svaki put po jedan triplet. Aktivni centar ribozoma može istovremeno sadržavati dva tripleta (kodona) mRNA. Svaki od ovih kodona odgovara tRNA koja ima komplementarni antikodon i nosi određenu aminokiselinu. Vodikove veze se formiraju između kodona i antikodona, držeći tRNA na aktivnom mjestu. U ovom trenutku između aminokiselina se formira peptidna veza. Rastući polipeptidni lanac je „suspendovan“ na tRNA koja je ušla u aktivni centar potonje. Ribosom se kreće naprijed za jedan triplet, što rezultira novim kodonom i odgovarajućom tRNA u aktivnom centru. Oslobođena tRNA se odvaja od mRNA i šalje po novu aminokiselinu.

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji se klasifikuju kao reakcije sinteze matriksa? Šta služi kao matrica za takve reakcije?

Matrična sinteza - specifična karakteristikaživi organizmi. Matrica je obrazac po kojem se formira kopija. Matrična sinteza - sinteza pomoću matrice. Reakcije sinteze šablona daju precizan niz monomera za stvaranje polimera.

Reakcije sinteze šablona koje se dešavaju u ćeliji uključuju reakcije duplikacije DNK, sintezu RNK i sintezu proteina. Šablon je DNK u sintezi mRNA i DNK ili RNK u sintezi proteina. Monomeri šablonske sinteze su nukleotidi i aminokiseline. Monomeri su fiksirani za matricu po principu komplementarnosti, umreženi i potom oslobođeni iz matrice. Reakcije sinteze matrice su osnova za reprodukciju svoje vrste.

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji se klasifikuju kao reakcije sinteze matriksa? Šta služi kao matrica za takve reakcije?

Pretraženo na ovoj stranici:

• monomeri reakcija sinteze matriksa u ćeliji su
• Reakcije sinteze matrice uključuju
• koje su reakcije reakcije matrične sinteze

Nukleinske kiseline.

Nukleinske kiseline (NA) prvi je otkrio 1869. švicarski biohemičar Friedrich Miescher.

NA su linearni, nerazgranati heteropolimeri, čiji su monomeri nukleotidi povezani fosfodiestarskim vezama.

Nukleotid se sastoji od:

azotna baza

Purini (adenin (A) i gvanin (G) - njihovi molekuli se sastoje od 2 prstena: 5 i 6 član),

Pirimidin (citozin (C), timin (T) i uracil (U) - jedan šestočlani prsten);

ugljikohidrati (šećerni prsten sa 5 ugljika): riboza ili deoksiriboza;

ostatak fosforne kiseline.

Postoje 2 tipa NK: DNK i RNK. NK omogućavaju skladištenje, reprodukciju i implementaciju genetskih (nasljednih) informacija. Ova informacija je kodirana u obliku nukleotidnih sekvenci. Nukleotidna sekvenca odražava primarnu strukturu proteina. Korespondencija između aminokiselina i nukleotidnih sekvenci koje ih kodiraju naziva se genetski kod. Jedinica genetski kod DNK i RNK su trojka– sekvenca od tri nukleotida.

Vrste azotnih baza	A, G, C, T	A, G, C, U
Vrste pentoza	β,D-2-deoksiriboza	β,D-riboza
Sekundarna struktura	Regularni, sastoji se od 2 komplementarna lanca	Nepravilni, neki dijelovi jednog lanca formiraju dvostruku spiralu
Molekularna težina (broj nukleotidnih jedinica u primarnom lancu) ili od 250 do 1,2x10 5 kDa (kilodalton)	Oko hiljada, miliona	Reda desetine i stotine
Lokalizacija u ćeliji	Nukleus, mitohondrije, hloroplasti, centriole	Nukleol, citoplazma, ribozomi, mitohondrije i plastidi
	Pohranjivanje, prijenos i reprodukcija nasljednih informacija kroz generacije	Implementacija nasljednih informacija

DNK (deoksiribonukleinska kiselina) je nukleinska kiselina čiji su monomeri deoksiribonukleotidi; ona je majčinski nosilac genetske informacije. One. sve informacije o strukturi, funkcionisanju i razvoju pojedinačnih ćelija i celog organizma beleže se u obliku DNK nukleotidnih sekvenci.

Primarna struktura DNK je jednolančani molekul (fagi).

Daljnji raspored polimerne makromolekule naziva se sekundarna struktura. 1953. James Watson i Francis Crick otkrili su sekundarnu strukturu DNK - dvostruku spiralu. U ovoj spirali, fosfatne grupe su na vanjskoj strani spirale, a baze su na unutrašnjoj, raspoređene u intervalima od 0,34 nm. Lanci se drže zajedno vodoničnim vezama između baza i upleteni su jedan oko drugog i oko zajedničke ose.

Baze u antiparalelnim lancima formiraju komplementarne (međusobno komplementarne) parove zbog vodikovih veza: A = T (2 priključka) i G ≡ C (3 priključka).

Fenomen komplementarnosti u strukturi DNK otkrio je 1951. Erwin Chargaff.

Chargaffovo pravilo: broj purinskih baza je uvijek jednak broju pirimidinskih baza (A + G) = (T + C).

Tercijarna struktura DNK je daljnje savijanje dvolančane molekule u petlje zbog vodikovih veza između susjednih zavoja spirale (superkoluta).

Kvaternarna struktura DNK su hromatide (2 lanca hromozoma).

Obrasci difrakcije rendgenskih zraka DNK vlakana, koje su prvi dobili Morris Wilkins i Rosalind Franklin, pokazuju da molekula ima spiralnu strukturu i sadrži više od jednog polinukleotidnog lanca.

Postoji nekoliko porodica DNK: A, B, C, D, Z-oblici. B oblik se obično nalazi u ćelijama. Svi oblici osim Z su desnoruke spirale.

Replikacija (samo-duplikacija) DNK - Ovo je jedan od najvažnijih bioloških procesa koji osiguravaju reprodukciju genetskih informacija. Replikacija počinje odvajanjem dva komplementarna lanca. Svaki lanac se koristi kao šablon za formiranje nove molekule DNK. Enzimi su uključeni u proces sinteze DNK. Svaki od dvije kćerke molekule nužno uključuje jednu staru spiralu i jednu novu. Novi molekul DNK je apsolutno identičan starom u nukleotidnoj sekvenci. Ova metoda replikacije osigurava tačnu reprodukciju u molekulima kćeri informacija koje su zabilježene u molekulu DNK majke.

Kao rezultat replikacije jednog molekula DNK, formiraju se dva nova molekula, koji su tačna kopija originalne molekule - matrice. Svaki novi molekul se sastoji od dva lanca - jednog roditeljskog i jednog sestrinskog. Ovaj mehanizam replikacije DNK se zove polukonzervativan.

Reakcije u kojima jedan heteropolimerni molekul služi kao šablon (oblik) za sintezu drugog heteropolimernog molekula komplementarne strukture nazivaju se reakcije matričnog tipa. Ako se tijekom reakcije formiraju molekule iste tvari koje služe kao matrica, tada se reakcija naziva autokatalitički. Ako se tijekom reakcije na matrici jedne tvari formiraju molekuli druge tvari, tada se takva reakcija naziva heterokatalitički. Dakle, replikacija DNK (tj. sinteza DNK na DNK šablonu) jeste reakcija sinteze autokatalitičke matrice.

Reakcije matričnog tipa uključuju:

DNK replikacija (sinteza DNK na DNK šablonu),

DNK transkripcija (sinteza RNK na DNK šablonu),

RNA translacija (sinteza proteina na RNA šablonu).

Međutim, postoje i druge reakcije tipa šablona, ​​na primjer, sinteza RNK na RNA šablonu i sinteza DNK na RNA šablonu. Posljednje dvije vrste reakcija se primjećuju kada su ćelije inficirane određenim virusima. Sinteza DNK na RNA šabloni ( reverzna transkripcija) se široko koristi u genetskom inženjeringu.

Svi matrični procesi sastoje se od tri faze: inicijacije (početak), elongacije (nastavak) i završetka (kraj).

Replikacija DNK je složen proces u kojem učestvuje nekoliko desetina enzima. Najvažnije od njih su DNK polimeraze (više vrsta), primaze, topoizomeraze, ligaze i druge. Glavni problem kod replikacije DNK je taj što su u različitim lancima jedne molekule ostaci fosforne kiseline usmjereni u različitim smjerovima, ali do produžetka lanca može doći samo od kraja koji završava OH grupom. Dakle, u repliciranom regionu, koji se zove viljuška za replikaciju, proces replikacije se odvija različito na različitim lancima. Na jednom od lanaca, koji se naziva vodeći lanac, odvija se kontinuirana sinteza DNK na DNK šablonu. Na drugom lancu, koji se zove zaostali lanac, prvo se javlja vezivanje prajmer– specifični fragment RNK. Prajmer služi kao prajmer za sintezu fragmenta DNK tzv fragment Okazakija. Nakon toga, prajmer se uklanja, a Okazaki fragmenti se spajaju u jedan lanac enzima DNK ligaze. Replikacija DNK je praćena reparacija– ispravljanje grešaka koje neminovno nastaju tokom replikacije. Postoji mnogo mehanizama za popravku.

Replikacija se događa prije diobe ćelije. Zahvaljujući ovoj sposobnosti DNK, nasljedne informacije se prenose sa ćelije majke na ćelije kćeri.

RNA (ribonukleinska kiselina) je nukleinska kiselina čiji su monomeri ribonukleotidi.

Unutar jedne RNA molekule postoji nekoliko regija koje su komplementarne jedna drugoj. Između takvih komplementarnih regiona nastaju vodonične veze. Kao rezultat toga, dvolančane i jednolančane strukture se izmjenjuju u jednoj RNA molekuli, a ukupna konformacija molekula podsjeća na list djeteline.

Dušične baze koje čine RNK sposobne su da formiraju vodonične veze sa komplementarnim bazama u DNK i RNK. U ovom slučaju, azotne baze formiraju parove A=U, A=T i G≡C. Zahvaljujući tome, informacije se mogu prenositi sa DNK na RNK, sa RNK na DNK i sa RNK na proteine.

Postoje tri glavne vrste RNK koje se nalaze u stanicama koje obavljaju različite funkcije:

1. Informacije, ili matrica RNK (mRNA ili mRNA). Funkcija: matrica za sintezu proteina. Čini 5% ćelijske RNK. Prenosi genetske informacije sa DNK na ribozome tokom biosinteze proteina. U eukariotskim ćelijama, mRNA (mRNA) se stabilizuje specifičnim proteinima. Ovo omogućava nastavak biosinteze proteina čak i ako je jezgro neaktivno.

mRNA je linearni lanac s nekoliko regija s različitim funkcionalnim ulogama:

a) na kraju od 5" nalazi se kapa („kapa“) - štiti mRNA od egzonukleaza,

b) prati ga neprevedena regija, komplementarna rRNA sekciji, koja je dio male podjedinice ribozoma,

c) translacija (čitanje) mRNA počinje sa inicijacijskim kodonom AUG, koji kodira metionin,

d) nakon startnog kodona slijedi kodirajući dio, koji sadrži informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu.

2. Ribosomalni, ili ribosomalni RNK (rRNA). Čini 85% ćelijske RNK. U kombinaciji s proteinom, dio je ribozoma i određuje oblik velike i male ribosomske podjedinice (50-60S i 30-40S podjedinice). Oni učestvuju u translaciji – čitanju informacija iz mRNA u sintezi proteina.

Podjedinice i njihove sastavne rRNA obično se označavaju njihovom konstantom sedimentacije. S - koeficijent sedimentacije, Svedberg jedinice. S vrijednost karakterizira brzinu sedimentacije čestica tokom ultracentrifugiranja i proporcionalna je njihovoj molekularnoj težini. (Na primjer, prokariotska rRNA sa koeficijentom sedimentacije od 16 Svedbergovih jedinica označena je kao 16S rRNA).

Dakle, razlikuje se nekoliko tipova rRNA, koji se razlikuju po dužini polinukleotidnog lanca, masi i lokalizaciji u ribosomima: 23-28S, 16-18S, 5S i 5.8S. I prokariotski i eukariotski ribozomi sadrže 2 različite RNK visoke molekularne težine, po jednu za svaku podjedinicu i jednu RNK niske molekularne težine - 5S RNA. Eukariotski ribozomi također sadrže 5,8S RNK niske molekularne težine. Na primjer, prokarioti sintetiziraju 23S, 16S i 5S rRNA, a eukarioti sintetiziraju 18S, 28S, 5S i 5.8S.

80S ribosom (eukariotski)

Mala 40S podjedinica Velika 60S podjedinica

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

5.8SpRNA (~155 nt),

5SpRNA (~121 nt),

~30 proteina. ~45 proteina.

70S ribosom (prokariotski)

Mala 30S podjedinica Velika 50S podjedinica

16SpRNA, - 23SpRNA,

~20 proteina. ~30 proteina.

Veliki molekul visokopolimerne rRNA (konstanta sedimentacije 23-28S, lokalizirana u 50-60S ribosomskim podjedinicama.

Mala molekula rRNA visokog polimera (konstanta sedimentacije 16-18S, lokalizirana u 30-40S ribosomskim podjedinicama.

U svim ribosomima bez izuzetka prisutna je niskopolimerna 5S rRNA i lokalizovana je u 50-60S ribosomskim podjedinicama.

Niskopolimerna rRNA sa konstantom sedimentacije od 5,8S karakteristična je samo za eukariotske ribozome.

Dakle, ribosomi sadrže tri tipa rRNK kod prokariota i četiri tipa rRNK kod eukariota.

Primarna struktura rRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

Sekundarna struktura rRNA je spiralizacija poliribonukleotidnog lanca na sebe (pojedinačni dijelovi lanca RNK formiraju spiralne petlje - "ukosnice").

Tercijarna struktura visokopolimerne rRNA - interakcije spiralnih elemenata sekundarne strukture.

3. Transport RNK (tRNA). Čini 10% ćelijske RNK. Prenosi aminokiselinu na mjesto sinteze proteina, tj. na ribozome. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA.

Primarna struktura tRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

Sekundarna struktura tRNA je model "djeteline", u ovoj strukturi postoje 4 dvolančana i 5 jednolančanih regija.

Tercijarna struktura tRNA je stabilna, molekul se savija u strukturu u obliku slova L (2 spirale gotovo okomite jedna na drugu).

Sve vrste RNK nastaju kao rezultat reakcija sinteze šablona. U većini slučajeva, jedan od lanaca DNK služi kao šablon. Dakle, biosinteza RNK na DNK šablonu je heterokatalitička reakcija tipa šablona. Ovaj proces se zove transkripcija a kontroliraju ga određeni enzimi - RNA polimeraze (transkriptaze).

Sinteza RNK (transkripcija DNK) uključuje kopiranje informacija iz DNK u mRNA.

Razlike između sinteze RNK i sinteze DNK:

Asimetrija procesa: samo jedan lanac DNK se koristi kao šablon.

Konzervativni proces: molekul DNK se vraća u prvobitno stanje nakon završetka sinteze RNK. Tokom sinteze DNK, molekuli se napola obnavljaju, što replikaciju čini polukonzervativnom.

Sinteza RNK ne zahtijeva nikakav prajmer za početak, ali replikacija DNK zahtijeva RNA prajmer.

1. Objasniti redoslijed prijenosa genetske informacije: gen - protein - osobina.

2. Zapamtite koja struktura proteina određuje njegovu strukturu i svojstva. Kako je ova struktura kodirana u molekuli DNK?

3. Šta je genetski kod?

4. Opišite svojstva genetskog koda.

7. Reakcije matrične sinteze. Transkripcija

Informacije o proteinu se bilježe kao nukleotidni niz u DNK i nalaze se u jezgru. Sama sinteza proteina odvija se u citoplazmi na ribosomima. Stoga je za sintezu proteina potrebna struktura koja bi prenosila informacije od DNK do mjesta sinteze proteina. Takav posrednik je informaciona, ili matrična, RNK, koja prenosi informacije od specifičnog gena molekule DNK do mesta sinteze proteina na ribosomima.

Pored nosioca informacije, potrebne su supstance koje bi obezbedile dopremanje aminokiselina do mesta sinteze i određivanje njihovog mesta u polipeptidnom lancu. Takve tvari su prijenosne RNK, koje osiguravaju kodiranje i isporuku aminokiselina do mjesta sinteze. Sinteza proteina se odvija na ribosomima, čije je tijelo izgrađeno od ribosomske RNK. To znači da je potrebna još jedna vrsta RNK - ribosomska.

Genetske informacije se realizuju u tri vrste reakcija: sinteza RNK, sinteza proteina i replikacija DNK. U svakom od njih, informacije sadržane u linearnom nizu nukleotida koriste se za stvaranje drugog linearnog niza: bilo nukleotida (u RNK ili DNK molekulima) ili aminokiselina (u proteinskim molekulima). Eksperimentalno je dokazano da upravo DNK služi kao šablon za sintezu svih nukleinskih kiselina. Ove biosintetske reakcije se nazivaju matrična sinteza. Dovoljna jednostavnost matrične reakcije a njihova jednodimenzionalnost je omogućila detaljno proučavanje i razumevanje njihovog mehanizma, za razliku od drugih procesa koji se dešavaju u ćeliji.

Transkripcija

Proces biosinteze RNK iz DNK naziva se transkripcija. Ovaj proces se odvija u jezgru. Na matrici DNK sintetiziraju se sve vrste RNK - informacijske, transportne i ribosomske, koje potom sudjeluju u sintezi proteina. Genetski kod na DNK se transkribuje u glasničku RNK tokom procesa transkripcije. Reakcija se zasniva na principu komplementarnosti.

Sinteza RNK ima niz karakteristika. Molekul RNK je mnogo kraći i kopija je samo malog dijela DNK. Stoga samo određeni dio DNK u kojem se nalazi informacija o datoj nukleinskoj kiselini služi kao matrica. Novosintetizirana RNK nikada ne ostaje povezana s originalnom DNK šablonom, već se oslobađa nakon završetka reakcije. Proces transkripcije odvija se u tri faze.

prva faza - iniciranje- početak procesa. Sinteza kopija RNK počinje od određene zone na DNK, koja se zove promoter Ova zona sadrži određeni skup nukleotida koji su startni signali. Proces kataliziraju enzimi RNA polimeraze. Enzim RNA polimeraza se veže za promotor, odmotava dvostruku spiralu i razbija vodonične veze između dva lanca DNK. Ali samo jedan od njih služi kao šablon za sintezu RNK.

druga faza - izduženje. Glavni proces se odvija u ovoj fazi. Na jednom lancu DNK, kao na matriksu, nukleotidi su raspoređeni po principu komplementarnosti (slika 19). Enzim RNA polimeraza, krećući se korak po korak duž lanca DNK, povezuje nukleotide jedni s drugima, dok stalno dalje odmotava dvostruku spiralu DNK. Kao rezultat ovog kretanja, sintetizira se kopija RNK.

Treća faza - prestanak. Ovo je završna faza. Sinteza RNK se nastavlja do stop svjetlo- specifičan niz nukleotida koji zaustavlja kretanje enzima i sintezu RNK. Polimeraza je odvojena od DNK i sintetizirane kopije RNK. U isto vrijeme, molekula RNK se uklanja iz matrice. DNK obnavlja dvostruku spiralu. Sinteza je završena. Ovisno o dijelu DNK, na ovaj način se sintetiziraju ribosomske, transportne i glasničke RNK.

Samo jedan od lanaca DNK služi kao šablon za transkripciju RNK molekula. Međutim, različiti lanci DNK mogu poslužiti kao šablon za dva susjedna gena. Koji će se od dva lanca koristiti za sintezu određuje promotor, koji usmjerava enzim RNA polimerazu u jednom ili drugom smjeru.

Nakon transkripcije, molekula RNK glasnika eukariotskih ćelija prolazi kroz preuređenje. On izrezuje nukleotidne sekvence koje ne nose informacije o ovom proteinu. Ovaj proces se zove spajanje. Ovisno o vrsti ćelije i stupnju razvoja, mogu se ukloniti različiti dijelovi RNK molekula. Posljedično, različite RNK se sintetiziraju na jednom komadu DNK, koje nose informacije o različitim proteinima. Ovo omogućava prijenos značajnih genetskih informacija iz jednog gena i također olakšava genetsku rekombinaciju.

Rice. 19. Sinteza glasničke RNK. 1 - DNK lanac; 2 - sintetizirana RNK

Pitanja i zadaci za samokontrolu

1. Koje reakcije spadaju u reakcije matrične sinteze?

2. Koja je početna matrica za sve reakcije sinteze matrice?

3. Kako se zove proces biosinteze mRNA?

4. Koje vrste RNK se sintetišu na DNK?

5. Odredite sekvencu mRNA fragmenta ako odgovarajući fragment na DNK ima sekvencu: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosinteza proteina

Proteini su esencijalne komponente svih stanica, tako da je najvažniji proces plastičnog metabolizma biosinteza proteina. Javlja se u svim ćelijama organizama. Ovo su jedine komponente ćelije (osim nukleinskih kiselina) čija se sinteza odvija pod direktnom kontrolom genetskog materijala ćelije. Cijeli genetski aparat ćelije - DNK i različite vrste RNA - konfigurisana za sintezu proteina.

Gene je dio molekule DNK odgovoran za sintezu jednog proteinskog molekula. Za sintezu proteina potrebno je da se specifičan gen iz DNK kopira u obliku molekula RNK glasnika. Ovaj proces je ranije razmatran. Sinteza proteina je složen proces u više koraka i ovisi o aktivnosti razne vrste RNA. Za direktnu biosintezu proteina potrebne su sljedeće komponente:

1. Messenger RNA je nosilac informacija od DNK do mesta sinteze. mRNA molekuli se sintetišu tokom procesa transkripcije.

2. Ribozomi su organele u kojima se odvija sinteza proteina.

3. Skup potrebnih aminokiselina u citoplazmi.

4. Prenesite RNK, kodirajući aminokiseline i transportujući ih do mesta sinteze na ribosomima.

5. ATP je supstanca koja daje energiju za procese kodiranja aminokiselina i sinteze polipeptidnog lanca.

Struktura prijenosne RNK i kodiranje aminokiselina

Transfer RNA (tRNA) su male molekule sa 70 do 90 nukleotida čine približno 15% svih RNK ​​u ćeliji. Funkcija tRNA ovisi o njenoj strukturi. Proučavanje strukture tRNA molekula pokazalo je da su one presavijene na određeni način i imaju oblik djetelina(Sl. 20). Molekul sadrži petlje i dvostruke sekcije povezane interakcijom komplementarnih baza. Najvažnija je centralna petlja koja sadrži antikodon - nukleotidni triplet koji odgovara kodu za određenu aminokiselinu. Sa svojim antikodonom, tRNA je u stanju da se kombinuje sa odgovarajućim kodonom na mRNA prema principu komplementarnosti.

Rice. 20. Struktura tRNA molekula: 1 - antikodon; 2 - mjesto vezivanja aminokiselina

Svaka tRNA može nositi samo jednu od 20 aminokiselina. To znači da za svaku aminokiselinu postoji barem jedna tRNA. Budući da aminokiselina može imati nekoliko tripleta, broj vrsta tRNA jednak je broju tripleta aminokiseline. Dakle, ukupan broj vrsta tRNA odgovara broju kodona i jednak je 61. Nijedna tRNA ne odgovara tri stop koda.

Na jednom kraju tRNA molekula uvijek se nalazi nukleotid gvanina (kraj 5"), a na drugom (kraj 3") uvijek su tri CCA nukleotida. U tu svrhu se dodaje aminokiselina (slika 21). Svaka aminokiselina je vezana za svoju specifičnu tRNA sa odgovarajućim antikodonom. Mehanizam ovog vezivanja povezan je sa radom specifičnih enzima - aminoacil-tRNA sintetaza, koje vezuju svaku aminokiselinu za odgovarajuću tRNA. Svaka aminokiselina ima svoju sintetazu. Povezivanje aminokiseline sa tRNA vrši se pomoću energije ATP-a, dok se visokoenergetska veza pretvara u vezu između tRNA i aminokiseline. Tako se aminokiseline aktiviraju i kodiraju.

Faze biosinteze proteina. Proces sinteze polipeptidnog lanca koji se izvodi na ribosomu naziva se emitovanje. Messenger RNA (mRNA) je posrednik u prijenosu informacija o primarnoj strukturi proteina tRNA prenosi kodirane aminokiseline do mjesta sinteze i osigurava slijed njihovih veza. Sastavljanje polipeptidnog lanca odvija se u ribosomima.

U tjelesnom metabolizmu vodeću ulogu imaju proteini i nukleinske kiseline.

Proteinske supstance čine osnovu svih vitalnih ćelijskih struktura, imaju neobično visoku reaktivnost i obdarene su katalitičkim funkcijama.

Nukleinske kiseline deo su najvažnijeg organa ćelije – jezgra, kao i citoplazme, ribozoma, mitohondrija itd. Nukleinske kiseline imaju važnu, primarnu ulogu u nasleđivanju, varijabilnosti organizma i u sintezi proteina.

Plan sinteze protein se pohranjuje u ćelijskom jezgru, i direktna sinteza se dešava izvan jezgra, pa je neophodno pomoć za isporuku kodiranog plana od jezgre do mjesta sinteze. Volim ovo pomoć koje predstavljaju molekule RNK.

Proces počinje u ćelijskom jezgru: deo DNK „merdevina“ se odmotava i otvara. Zahvaljujući tome, RNA slova formiraju veze sa otvorena pisma DNK jednog od lanaca DNK. Enzim prenosi RNK slova kako bi ih spojio u lanac. Ovako se slova DNK „prepisuju“ u slova RNK. Novoformirani lanac RNK se odvaja, a DNK "ljestve" se ponovo uvijaju.

Nakon daljnjih modifikacija, ovaj tip kodirane RNK je potpun.

RNA izlazi iz jezgra i odlazi na mjesto sinteze proteina, gdje se dešifruju RNK slova. Svaki skup od tri RNK slova formira "riječ" koja predstavlja jednu specifičnu aminokiselinu.

Druga vrsta RNK pronalazi ovu aminokiselinu, hvata je uz pomoć enzima i dostavlja je na mjesto sinteze proteina. Kako se RNK poruka čita i prevodi, lanac aminokiselina raste. Ovaj lanac se uvija i savija u jedinstven oblik, stvarajući jednu vrstu proteina.
Čak je i proces savijanja proteina izvanredan: korištenje kompjutera za izračunavanje svih mogućnosti savijanja proteina prosječne veličine koji se sastoji od 100 aminokiselina trajalo bi 10 27 godina. I nije potrebno više od jedne sekunde da se formira lanac od 20 aminokiselina u tijelu – a ovaj proces se odvija kontinuirano u svim stanicama tijela.

Geni, genetski kod i njegova svojstva.

Na Zemlji živi oko 7 milijardi ljudi. Osim 25-30 miliona parova jednojajčanih blizanaca, genetski svi ljudi su različiti: svako je jedinstven, ima jedinstvene nasljedne karakteristike, karakterne osobine, sposobnosti i temperament.

Ove razlike su objašnjene razlike u genotipovima- skupovi gena organizma; Svaka je jedinstvena. Utjelovljene su genetske karakteristike određenog organizma u proteinima- dakle, struktura proteina jedne osobe razlikuje se, iako vrlo malo, od proteina druge osobe.

To ne znači da dve osobe nemaju potpuno iste proteine. Proteini koji obavljaju iste funkcije mogu biti isti ili se samo neznatno razlikovati jedan od drugog za jednu ili dvije aminokiseline. Ali na Zemlji nema ljudi (osim jednojajčanih blizanaca) koji imaju sve iste proteine.

Informacije o primarnoj strukturi proteina kodiran kao niz nukleotida u dijelu molekule DNK - gen – jedinica nasljedne informacije organizma. Svaki molekul DNK sadrži mnogo gena. Totalnost svih gena jednog organizma čini ga genotip .

Kodiranje nasljednih informacija događa se korištenjem genetski kod , koji je univerzalan za sve organizme i razlikuje se samo po izmjeni nukleotida koji formiraju gene i kodiraju proteine ​​određenih organizama.

Genetski kod obuhvata tripleti nukleotida DNK se kombinuje na različite načine sekvence(AAT, GCA, ACG, TGC, itd.), od kojih svaki kodira specifično amino kiseline(koji će biti integrisan u polipeptidni lanac).

Aminokiseline 20, A mogućnosti za kombinacije četiri nukleotida u grupama od tri – 64 četiri nukleotida su dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina

Zbog toga jedna aminokiselina može biti kodiran nekoliko trojki.

Neki trojci uopće ne kodiraju aminokiseline, ali Lansira ili zaustavlja biosinteza proteina.

Zapravo kod broji sekvence nukleotida u molekulu mRNA, jer uklanja informacije iz DNK (proces transkripcije) i prevodi ga u niz aminokiselina u molekulima sintetiziranih proteina (proces emisije).

Sastav mRNA uključuje ACGU nukleotide, čiji se tripleti nazivaju kodoni: triplet na DNK CGT na mRNA će postati triplet GCA, a triplet DNK AAG će postati triplet UUC.

Upravo mRNA kodoni genetski kod se ogleda u zapisu.

dakle, genetski kod - jedan sistem snimanje nasljednih informacija u molekulima nukleinske kiseline u obliku niza nukleotida. Genetski kod zasnovano o upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri slova-nukleotida, koji se razlikuju po dušičnim bazama: A, T, G, C.

Osnovna svojstva genetskog koda :

1. Genetski kod je triplet. Triplet (kodon) je niz od tri nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očito je da svaka od njih ne može biti kodirana jednim nukleotidom (pošto u DNK postoje samo četiri tipa nukleotida, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida također nisu dovoljna za kodiranje aminokiselina, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. To znači da je najmanji broj nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu tri. (U ovom slučaju, broj mogućih nukleotidnih tripleta je 4 3 = 64).

2. Redundancija (degeneracija) Kod je posljedica njegove tripletne prirode i znači da jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta (pošto ima 20 aminokiselina i 64 tripleta), s izuzetkom metionina i triptofana, koje kodira samo jedan triplet. Osim toga, neki tripleti obavljaju specifične funkcije: u molekuli mRNA, tripleti UAA, UAG, UGA su stop kodoni, odnosno stop signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji se nalazi na početku lanca DNK, ne kodira aminokiselinu, već obavlja funkciju iniciranja (uzbudljivog) čitanja.

3. Uz redundantnost, kod ima svojstvo nedvosmislenost: Svaki kodon odgovara samo jednoj specifičnoj aminokiselini.

4. Kod je kolinearan, one. sekvenca nukleotida u genu tačno odgovara sekvenci aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod se ne preklapa i kompaktan, tj. ne sadrži "znakove interpunkcije". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja kolona (trojki), te, počevši od određenog kodona, očitavanje se nastavlja kontinuirano, triplet za tripletom, sve dok ne signalizira stop ( stop kodoni).

6. Genetski kod je univerzalan Nuklearni geni svih organizama na isti način kodiraju informacije o proteinima, bez obzira na nivo organizacije i sistematski položaj ovih organizama.

Postoji tablice genetskih kodova za dekodiranje kodona mRNA i konstruisanje lanaca proteinskih molekula.

Reakcije sinteze šablona.

Reakcije nepoznate u neživoj prirodi dešavaju se u živim sistemima - reakcije matrična sinteza .

Termin "matrica"„U tehnologiji oni označavaju kalup koji se koristi za livenje novčića, medalja i tipografskih fontova: očvrsli metal tačno reproducira sve detalje kalupa koji se koristi za livenje. Matrična sinteza nalikuje livenju na matricu: novi molekuli se sintetišu u tačnom skladu sa planom postavljenim u strukturi postojećih molekula.

Matrični princip leži u srži najvažnije sintetičke reakcije ćelije, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. Ove reakcije osiguravaju tačan, strogo specifičan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovde se dešava usmerenje. povlačenje monomera na određenu lokacijućelije - u molekule koji služe kao matrica u kojoj se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat nasumičnih sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula na principu šablona se izvodi brzo i precizno.

Uloga matrice makromolekule nukleinskih kiselina DNK ili RNK igraju u matričnim reakcijama.

Monomerni molekuli iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu sa principom komplementarnosti, lociraju se i fiksiraju na matrici po strogo definisanom, specificiranom redosledu.

Onda se to desi "unakrsno povezivanje" monomernih jedinica u polimerni lanac, a gotov polimer se ispušta iz matrice.

Nakon toga matrica je spremna do sklapanja nove molekule polimera. Jasno je da kao što se na dati kalup može izliti samo jedan novčić ili jedno slovo, tako se na datu matričnu molekulu može „sastaviti“ samo jedan polimer.

Matrični tip reakcije- specifičnost hemije živih sistema. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića – njegovog sposobnost reprodukcije sopstvene vrste.

TO reakcije sinteze matrice uključuju:

1. Replikacija DNK - proces samoumnožavanja molekula DNK, koji se odvija pod kontrolom enzima. Na svakom od lanaca DNK nastalih nakon kidanja vodoničnih veza, sintetizira se kćer DNK lanac uz sudjelovanje enzima DNK polimeraze. Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi ćelija.

Biološko značenje replikacije leži u tačnom prijenosu nasljednih informacija sa molekula majke na molekule kćeri, što se obično događa tokom diobe somatskih stanica.

Molekul DNK se sastoji od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže zajedno slabim vodoničnim vezama koje se mogu razbiti enzimima.

Molekul je sposoban za samoumnožavanje (replikaciju), a na svakoj staroj polovini molekule se sintetiše nova polovina.

Osim toga, molekul mRNA može se sintetizirati na molekulu DNK, koji zatim prenosi informacije primljene od DNK do mjesta sinteze proteina.

Prenos informacija i sinteza proteina odvijaju se po principu matrice, uporedivim sa radom štamparska presa u štampariji. Informacije iz DNK se kopiraju mnogo puta. Ukoliko dođe do grešaka tokom kopiranja, one će se ponoviti u svim narednim kopijama.

Istina, neke greške pri kopiranju informacija s molekulom DNK mogu se ispraviti - proces eliminacije greške se naziva reparacija. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekula DNK i sinteza novih lanaca DNK.

2. transkripcija – sinteza i-RNA na DNK, proces uklanjanja informacije iz molekule DNK, sintetizirane na njoj od strane i-RNA molekula.

I-RNA se sastoji od jednog lanca i sintetizira se na DNK u skladu s pravilom komplementarnosti uz sudjelovanje enzima koji aktivira početak i kraj sinteze i-RNA molekula.

Gotova molekula mRNA ulazi u citoplazmu na ribozome, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. emitovanje - sinteza proteina korištenjem mRNA; proces prevođenja informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci mRNA u sekvencu aminokiselina u polipeptidu.

4 .sinteza RNK ili DNK iz RNK virusa

Redoslijed matriksnih reakcija tokom biosinteze proteina može se predstaviti kao shema:

netranskribovani lanac DNK		A T G	G G C	T A T
transkribovani lanac DNK		T A C	Ts Ts G	A T A
DNK transkripcija
mRNA kodoni		A U G	G G C	U A U
translacija mRNA
tRNA antikodoni		U A C	Ts Ts G	A U A
proteinske aminokiseline		metionin	glicin	tirozin

dakle, biosinteza proteina- ovo je jedan od tipova plastične razmjene, tokom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima implementiraju u specifičnu sekvencu aminokiselina u proteinskim molekulima.

Proteinski molekuli su u suštini polipeptidnih lanaca sastavljena od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da se međusobno kombinuju. Stoga, prije nego što se spoje jedna s drugom i formiraju proteinski molekul, aminokiseline moraju aktivirati. Ova aktivacija se događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i pod utjecajem istog enzima vezuje se za tRNA. Svaka aminokiselina striktno odgovara specifična tRNA, koji nalazi“njegove” aminokiseline i transferi u ribozom.

Shodno tome, različiti aktivirane aminokiseline vezane za njihove tRNA. Ribozom je sličan konvejer da sastavi proteinski lanac od raznih aminokiselina koje su mu dostavljene.

Istovremeno sa t-RNA, na kojoj "sjedi" vlastita aminokiselina, " signal" iz DNK koja se nalazi u jezgru. U skladu s ovim signalom, jedan ili drugi protein se sintetizira u ribosomu.

Usmjeravajući utjecaj DNK na sintezu proteina ne vrši se direktno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrica ili glasnička RNK (m-RNA ili i-RNA), koji sintetizirana u jezgru pod utjecajem DNK, tako da njegov sastav odražava sastav DNK. Molekul RNK je poput odljevka DNK oblika. Sintetizirana mRNA ulazi u ribozom i, takoreći, prenosi je u ovu strukturu plan- kojim redoslijedom se aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribozom moraju međusobno kombinirati da bi se sintetizirao određeni protein? inače, genetske informacije kodirane u DNK prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekul mRNA ulazi u ribozom i šavovi ona. Taj njen segment u kome se nalazi ovog trenutka u ribosomu, definisano kodon (triplet), na potpuno specifičan način stupa u interakciju s onima koji su mu strukturno slični triplet (antikodon) u transfer RNK, koja je dovela aminokiselinu u ribozom.

Prenesite RNK sa svojom aminokiselinom odgovara na određeni kodon mRNA i povezuje s njim; do sledećeg susednog regiona mRNA za koju je vezana druga tRNA drugu aminokiselinu i tako sve dok se ne pročita cijeli lanac i-RNA, dok se sve aminokiseline ne redukuju odgovarajućim redoslijedom, formirajući proteinski molekul.

I tRNA, koja je isporučila aminokiselinu u određeni dio polipeptidnog lanca, oslobođen od svojih aminokiselina i izlazi iz ribozoma.

Onda opet u citoplazmi može mu se pridružiti željena aminokiselina, i opet će prenijeti u ribozom.

U procesu sinteze proteina istovremeno je uključen ne jedan, već nekoliko ribozoma - poliribozoma.

Glavne faze prijenosa genetskih informacija:

sinteza DNK kao mRNA šablona (transkripcija)

sinteza polipeptidnog lanca u ribosomima prema programu sadržanom u mRNA (translacija).

Faze su univerzalne za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi ovih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

U eukarioti transkripcija i translacija su strogo odvojeni u prostoru i vremenu: u jezgri se odvija sinteza različitih RNK, nakon čega molekule RNK moraju napustiti jezgro prolazeći kroz nuklearnu membranu. RNK se zatim transportuju u citoplazmi do mjesta sinteze proteina - ribozoma. Tek nakon toga dolazi sljedeća faza - emitovanje.

Kod prokariota, transkripcija i translacija se dešavaju istovremeno.

dakle,

mjesto sinteze proteina i svih enzima u ćeliji su ribozomi - to je kao "fabrike" proteina, poput radnje za sklapanje, gdje se isporučuju svi materijali potrebni za sklapanje polipeptidnog lanca proteina od aminokiselina. Priroda sintetiziranog proteina zavisi od strukture i-RNA, od reda rasporeda nukleoida u njoj, a struktura i-RNA odražava strukturu DNK, tako da u konačnici specifična struktura proteina, odnosno redoslijed rasporeda različitih aminokiselina u njemu, zavisi od reda rasporeda nukleoida u DNK, od strukture DNK.

Navedena teorija biosinteze proteina se zove teorija matrica. Matrica ove teorije pozvan jer da nukleinske kiseline igraju ulogu matrica u koje se bilježe sve informacije u vezi s redoslijedom aminokiselinskih ostataka u proteinskom molekulu.

Izrada matrične teorije biosinteze proteina i dekodiranje koda aminokiselina je najveći naučno dostignuće XX vijek, najvažniji korak ka rasvjetljavanju molekularnog mehanizma nasljeđa.

Tematski zadaci

A1. Koja izjava je lažna?

1) genetski kod je univerzalan

2) genetski kod je degenerisan

3) genetski kod je individualan

4) genetski kod je triplet

A2. Jedan triplet DNK kodira:

1) sekvenca aminokiselina u proteinu

2) jedan znak organizma

3) jedna aminokiselina

4) nekoliko aminokiselina

A3. "Znakovi interpunkcije" genetskog koda

1) pokreću sintezu proteina

2) zaustavi sintezu proteina

3) kodiraju određene proteine

4) kodiraju grupu aminokiselina

A4. Ako je kod žabe aminokiselina VALIN kodirana tripletom GUU, onda se kod psa ova aminokiselina može kodirati tripletom:

1) GUA i GUG

2) UTC i UCA

3) TsUTs i TsUA

4) UAG i UGA

A5. Sinteza proteina je trenutno završena

1) prepoznavanje kodona antikodonom

2) ulazak mRNA u ribozome

3) pojavu "znaka interpunkcije" na ribosomu

4) spajanje aminokiseline na t-RNA

A6. Navedite par ćelija u kojima jedna osoba sadrži različite genetske informacije?

1) ćelije jetre i želuca

2) neuron i leukocit

3) mišićne i koštane ćelije

4) ćelija jezika i jaje

A7. Funkcija mRNA u procesu biosinteze

1) čuvanje nasljednih podataka

2) transport aminokiselina do ribozoma

3) prenos informacija do ribozoma

4) ubrzanje procesa biosinteze

A8. Antikodon tRNA se sastoji od UCG nukleotida. Koji DNK triplet mu je komplementaran?