La transferencia e implementación de información hereditaria se basan en reacciones de síntesis de matrices. Solo hay tres: replicación, transcripción y traducción del ADN. Todas estas reacciones pertenecen a reacciones de intercambio plástico y requieren gasto de energía y la participación de enzimas.

Replicación.

Replicación– la autoduplicación de las moléculas de ADN – es la base de la transmisión de información hereditaria de generación en generación. Como resultado de la replicación de una molécula de ADN madre, se forman dos moléculas hijas, cada una de las cuales es una doble hélice, en la que una hebra de ADN es la hebra madre y la otra se sintetiza recientemente. La replicación requiere varias enzimas, nucleótidos y energía.

Con la ayuda de enzimas especiales se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las bases complementarias de las dos hebras del ADN materno. Las cadenas de ADN están divergiendo. Las moléculas de la enzima ADN polimerasa se mueven a lo largo de las cadenas de ADN madre y se unen secuencialmente a los nucleótidos para formar cadenas de ADN hijas. El proceso de adición de nucleótidos sigue el principio de complementariedad. Como resultado, se forman dos moléculas de ADN, idénticas a la madre y entre sí.

Biosíntesis de proteínas.

Biosíntesis de proteínas, es decir El proceso de realización de información hereditaria se produce en dos etapas. En la primera etapa, la información sobre la estructura primaria de la proteína se copia del ADN al ARNm. Este proceso se llama transcripción. La segunda etapa, la traducción, ocurre en los ribosomas. Durante la traducción, la proteína se sintetiza a partir de aminoácidos de acuerdo con la secuencia registrada en el ARNm, es decir, la secuencia de nucleótidos se traduce en una secuencia de aminoácidos. Así, el proceso de realización de información hereditaria se puede expresar mediante el siguiente diagrama:

ADN → ARNm → proteína → propiedad, signo

Transcripción– síntesis de ARN mensajero sobre una matriz de ADN. Este proceso ocurre donde hay ADN. En los eucariotas, la transcripción se produce en el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos (en las plantas), y en los procariotas directamente en el citoplasma. Durante la transcripción, la molécula de ADN es la plantilla y el ARNm es el producto de la reacción.

La transcripción comienza con la separación de las cadenas de ADN, que ocurre de la misma manera que durante la replicación (las enzimas rompen los enlaces de hidrógeno). Luego, la enzima ARN polimerasa secuencialmente, de acuerdo con el principio de complementariedad, conecta los nucleótidos en una cadena, sintetizando una molécula de ARNm. La molécula de ARNm resultante se separa y se envía al citoplasma “en busca” del ribosoma.

La síntesis de proteínas en los ribosomas se llama transmisión. La traducción en eucariotas ocurre en los ribosomas, que se encuentran en el citoplasma, en la superficie del RE, en las mitocondrias y en los cloroplastos (en las plantas), y en procariotas en los ribosomas del citoplasma. La traducción involucra ARNm, ARNt, ribosomas, aminoácidos, moléculas de ATP y enzimas.

· Aminoácidos Sirven como material para la síntesis de moléculas de proteínas.

· atp es una fuente de energía para conectar los aminoácidos entre sí.

· enzimas participar en la unión de aminoácidos al ARNt y en la conexión de aminoácidos entre sí.

· ribosomas Consisten en ARNr y moléculas de proteínas que forman el centro activo, donde ocurren los principales eventos de traducción.

· ARN mensajero V en este caso Es una matriz para la síntesis de moléculas de proteínas. Los tripletes de ARNm, cada uno de los cuales codifica un aminoácido, se denominan codones.

· Transferir ARN llevar aminoácidos a los ribosomas y participar en la traducción de la secuencia de nucleótidos en secuencia de aminoácidos. Los ARN de transferencia, al igual que otros tipos de ARN, se sintetizan en una plantilla de ADN. Tienen la apariencia de una hoja de trébol (Fig. 28.3). Se forman tres nucleótidos ubicados en la parte superior del bucle central de la molécula de ARNt. anticodón.

Progreso de la transmisión.

La traducción comienza con la unión del ARNm al ribosoma. El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm, moviendo un triplete cada vez. El centro activo del ribosoma puede contener simultáneamente dos tripletes (codones) de ARNm. Cada uno de estos codones coincide con un ARNt que tiene un anticodón complementario y transporta un aminoácido específico. Los enlaces de hidrógeno se forman entre codones y anticodones, manteniendo el ARNt en el sitio activo. En este momento, se forma un enlace peptídico entre aminoácidos. La cadena polipeptídica en crecimiento está "suspendida" en el ARNt que ingresó al centro activo de este último. El ribosoma avanza un triplete, lo que da como resultado un nuevo codón y el ARNt correspondiente en el centro activo. El ARNt liberado se separa del ARNm y se envía en busca de un nuevo aminoácido.

¿Qué reacciones que ocurren en la célula se clasifican como reacciones de síntesis de matriz? ¿Qué sirve como matriz para tales reacciones?

Síntesis de matrices - característica específica organismos vivos. La matriz es el patrón mediante el cual se forma la copia. Síntesis de matrices: síntesis mediante una matriz. Las reacciones de síntesis de plantillas proporcionan la secuencia precisa de monómeros para crear polímeros.

Las reacciones de síntesis de plantillas que ocurren en la célula incluyen reacciones de duplicación de ADN, síntesis de ARN y síntesis de proteínas. La plantilla es el ADN en la síntesis de ARNm y el ADN o ARN en la síntesis de proteínas. Los monómeros de la síntesis de plantillas son nucleótidos y aminoácidos. Los monómeros se fijan a la matriz según el principio de complementariedad, se reticulan y luego se liberan de la matriz. Las reacciones de síntesis de matrices son la base para la reproducción de los de su propia especie.

¿Qué reacciones que ocurren en la célula se clasifican como reacciones de síntesis de matriz? ¿Qué sirve como matriz para tales reacciones?

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Ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos (NA) fueron descubiertos por primera vez en 1869 por el bioquímico suizo Friedrich Miescher.

Los NA son heteropolímeros lineales y no ramificados, cuyos monómeros son nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster.

El nucleótido consta de:

base nitrogenada

Purinas (adenina (A) y guanina (G): sus moléculas constan de 2 anillos: 5 y 6 miembros),

Pirimidina (citosina (C), timina (T) y uracilo (U) - un anillo de seis miembros);

carbohidrato (anillo de azúcar de 5 carbonos): ribosa o desoxirribosa;

residuo de ácido fosfórico.

Hay 2 tipos de NK: ADN y ARN. Los NK proporcionan almacenamiento, reproducción e implementación de información genética (hereditaria). Esta información está codificada en forma de secuencias de nucleótidos. La secuencia de nucleótidos refleja la estructura primaria de las proteínas. La correspondencia entre los aminoácidos y las secuencias de nucleótidos que los codifican se llama código genético. Unidad código genético El ADN y el ARN son trillizo– una secuencia de tres nucleótidos.

Tipos de bases nitrogenadas	A, G, C, t	A, G, C, Ud.
Tipos de pentosas	β,D-2-desoxirribosa	β,D-ribosa
Estructura secundaria	Regular, consta de 2 cadenas complementarias.	Irregular, algunas partes de una cadena forman una doble hélice.
Peso molecular (número de unidades de nucleótidos en la cadena primaria) o de 250 a 1,2x10 5 kDa (kilodalton)	Alrededor de miles, millones	Del orden de decenas y centenas
Localización en la celda.	Núcleo, mitocondrias, cloroplastos, centriolos	Nucléolo, citoplasma, ribosomas, mitocondrias y plastidios.
	Almacenamiento, transmisión y reproducción de información hereditaria a lo largo de generaciones.	Implementación de información hereditaria.

ADN (ácido desoxirribonucleico) es un ácido nucleico cuyos monómeros son desoxirribonucleótidos; es el portador materno de la información genética. Aquellos. Toda la información sobre la estructura, funcionamiento y desarrollo de las células individuales y de todo el organismo se registra en forma de secuencias de nucleótidos de ADN.

La estructura primaria del ADN es una molécula monocatenaria (fagos).

La disposición adicional de la macromolécula polimérica se denomina estructura secundaria. En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura secundaria del ADN: la doble hélice. En esta hélice, los grupos fosfato están en el exterior de las hélices y las bases en el interior, espaciados a intervalos de 0,34 nm. Las cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno entre las bases y están enrolladas entre sí y alrededor de un eje común.

Las bases de las hebras antiparalelas forman pares complementarios (mutuamente complementarios) debido a los enlaces de hidrógeno: A = T (2 conexiones) y G ≡ C (3 conexiones).

El fenómeno de la complementariedad en la estructura del ADN fue descubierto en 1951 por Erwin Chargaff.

Regla de Chargaff: el número de bases púricas es siempre igual al número de bases pirimidínicas (A + G) = (T + C).

La estructura terciaria del ADN es el plegamiento adicional de una molécula de doble hebra en bucles debido a los enlaces de hidrógeno entre espiras adyacentes de la hélice (superenrollamiento).

La estructura cuaternaria del ADN son las cromátidas (2 hebras de cromosoma).

Los patrones de difracción de rayos X de las fibras de ADN, obtenidos por primera vez por Morris Wilkins y Rosalind Franklin, indican que la molécula tiene una estructura helicoidal y contiene más de una cadena de polinucleótidos.

Hay varias familias de ADN: formas A, B, C, D, Z. La forma B suele encontrarse en las células. Todas las formas excepto Z son espirales de derechas.

Replicación (autoduplicación) del ADN. - Este es uno de los procesos biológicos más importantes que asegura la reproducción de la información genética. La replicación comienza con la separación de dos hebras complementarias. Cada hebra se utiliza como plantilla para formar una nueva molécula de ADN. Las enzimas participan en el proceso de síntesis de ADN. Cada una de las dos moléculas hijas incluye necesariamente una hélice antigua y una nueva. La nueva molécula de ADN es absolutamente idéntica a la antigua en cuanto a la secuencia de nucleótidos. Este método de replicación garantiza una reproducción precisa en las moléculas hijas de la información que se registró en la molécula de ADN madre.

Como resultado de la replicación de una molécula de ADN, se forman dos nuevas moléculas, que son una copia exacta de la molécula original: matrices. Cada nueva molécula consta de dos cadenas: una de la madre y otra de la hermana. Este mecanismo de replicación del ADN se llama semiconservador.

Las reacciones en las que una molécula de heteropolímero sirve como plantilla (forma) para la síntesis de otra molécula de heteropolímero con una estructura complementaria se denominan reacciones tipo matriz. Si durante una reacción se forman moléculas de la misma sustancia que sirven de matriz, entonces la reacción se llama autocatalítico. Si, durante una reacción, se forman moléculas de otra sustancia en la matriz de una sustancia, entonces dicha reacción se llama heterocatalítico. Por lo tanto, la replicación del ADN (es decir, la síntesis de ADN en una plantilla de ADN) es Reacción de síntesis de matriz autocatalítica.

Las reacciones de tipo matricial incluyen:

Replicación del ADN (síntesis de ADN sobre una plantilla de ADN),

Transcripción de ADN (síntesis de ARN sobre una plantilla de ADN),

Traducción de ARN (síntesis de proteínas sobre una plantilla de ARN).

Sin embargo, existen otras reacciones de tipo plantilla, por ejemplo, la síntesis de ARN sobre una plantilla de ARN y la síntesis de ADN sobre una plantilla de ARN. Los dos últimos tipos de reacciones se observan cuando las células se infectan con ciertos virus. Síntesis de ADN en una plantilla de ARN ( transcripción inversa) se utiliza ampliamente en ingeniería genética.

Todos los procesos matriciales constan de tres etapas: iniciación (inicio), elongación (continuación) y terminación (fin).

La replicación del ADN es un proceso complejo en el que participan varias docenas de enzimas. Los más importantes incluyen ADN polimerasas (varios tipos), primasas, topoisomerasas, ligasas y otras. El principal problema con la replicación del ADN es que en diferentes cadenas de una molécula, los residuos de ácido fosfórico se dirigen en diferentes direcciones, pero la extensión de la cadena solo puede ocurrir desde el extremo que termina con un grupo OH. Por lo tanto, en la región replicada, que se llama horquilla de replicación, el proceso de replicación ocurre de manera diferente en diferentes cadenas. En una de las hebras, llamada hebra principal, se produce una síntesis continua de ADN sobre una plantilla de ADN. En la otra cadena, llamada cadena retrasada, la unión ocurre primero. cebador– un fragmento específico de ARN. El cebador sirve como cebador para la síntesis de un fragmento de ADN llamado fragmento de Okazaki. Posteriormente, se retira el cebador y los fragmentos de Okazaki se unen en una sola hebra de la enzima ADN ligasa. La replicación del ADN va acompañada. reparación– corregir errores que inevitablemente surgen durante la replicación. Hay muchos mecanismos de reparación.

La replicación ocurre antes de la división celular. Gracias a esta capacidad del ADN, la información hereditaria se transfiere de la célula madre a las células hijas.

ARN (ácido ribonucleico) Es un ácido nucleico cuyos monómeros son ribonucleótidos.

Dentro de una molécula de ARN hay varias regiones que son complementarias entre sí. Entre dichas regiones complementarias se forman enlaces de hidrógeno. Como resultado, en una molécula de ARN se alternan estructuras bicatenarias y monocatenarias, y la conformación general de la molécula se asemeja a una hoja de trébol.

Las bases nitrogenadas que forman el ARN son capaces de formar enlaces de hidrógeno con bases complementarias tanto en el ADN como en el ARN. En este caso, las bases nitrogenadas forman pares A=U, A=T y G≡C. Gracias a esto se puede transferir información del ADN al ARN, del ARN al ADN y del ARN a las proteínas.

Hay tres tipos principales de ARN que se encuentran en las células y que realizan diferentes funciones:

1. Información, o matriz ARN (ARNm o ARNm). Función: matriz de síntesis de proteínas. Constituye el 5% del ARN celular. Transfiere información genética del ADN a los ribosomas durante la biosíntesis de proteínas. En las células eucariotas, el ARNm (ARNm) está estabilizado por proteínas específicas. Esto hace posible que la biosíntesis de proteínas continúe incluso si el núcleo está inactivo.

El ARNm es una cadena lineal con varias regiones con diferentes roles funcionales:

a) en el extremo de 5" hay una tapa ("tapa") que protege el ARNm de las exonucleasas,

b) le sigue una región no traducida, complementaria a la sección de ARNr, que forma parte de la subunidad pequeña del ribosoma,

c) la traducción (lectura) del ARNm comienza con el codón de iniciación AUG, que codifica la metionina,

d) el codón de inicio va seguido de una parte codificante, que contiene información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína.

2. ribosomal, o ribosomal ARN (ARNr). Constituye el 85% del ARN celular. En combinación con proteínas, forma parte de los ribosomas y determina la forma de las subunidades ribosómicas grandes y pequeñas (subunidades 50-60S y 30-40S). Participan en la traducción: lectura de información del ARNm en la síntesis de proteínas.

Las subunidades y los ARNr que los constituyen suelen designarse por su constante de sedimentación. S - coeficiente de sedimentación, unidades de Svedberg. El valor S caracteriza la velocidad de sedimentación de las partículas durante la ultracentrifugación y es proporcional a su peso molecular. (Por ejemplo, el ARNr procariótico con un coeficiente de sedimentación de 16 unidades de Svedberg se denomina ARNr 16S).

Así, se distinguen varios tipos de ARNr, que se diferencian en la longitud de la cadena polinucleotídica, la masa y la localización en los ribosomas: 23-28S, 16-18S, 5S y 5,8S. Tanto los ribosomas procarióticos como los eucariotas contienen 2 ARN diferentes de alto peso molecular, uno para cada subunidad, y un ARN de bajo peso molecular: el ARN 5S. Los ribosomas eucariotas también contienen ARN 5,8S de bajo peso molecular. Por ejemplo, los procariotas sintetizan ARNr 23S, 16S y 5S, y los eucariotas sintetizan 18S, 28S, 5S y 5,8S.

Ribosoma 80S (eucariota)

Subunidad pequeña 40S Subunidad grande 60S

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

5,8 SpARN (~155 nt),

5SpARN (~121 nt),

~30 proteínas. ~45 proteínas.

Ribosoma 70S (procariótico)

Subunidad pequeña 30S Subunidad grande 50S

16SpARN, - 23SpARN,

~20 proteínas. ~30 proteínas.

Una molécula grande de ARNr altamente polimérico (constante de sedimentación 23-28S, localizada en las subunidades ribosómicas 50-60S).

Una pequeña molécula de ARNr con alto contenido de polímero (constante de sedimentación 16-18S, localizada en subunidades ribosómicas 30-40S).

En todos los ribosomas sin excepción, el ARNr 5S bajo en polímero está presente y se localiza en las subunidades ribosómicas 50-60S.

El ARNr de bajo polímero con una constante de sedimentación de 5,8 S es característico únicamente de los ribosomas eucariotas.

Así, los ribosomas contienen tres tipos de ARNr en procariotas y cuatro tipos de ARNr en eucariotas.

La estructura primaria del ARNr es una cadena de polirribonucleótidos.

La estructura secundaria del ARNr es la espiralización de la cadena de polirribonucleótidos sobre sí misma (las secciones individuales de la cadena de ARN forman bucles helicoidales: "horquillas").

Estructura terciaria de ARNr con alto contenido de polímero: interacciones de elementos helicoidales de estructura secundaria.

3. Transporte ARN (ARNt). Constituye el 10% del ARN celular.

Transfiere el aminoácido al sitio de síntesis de proteínas, es decir. a los ribosomas. Cada aminoácido tiene su propio ARNt.

La estructura primaria del ARNt es una cadena de polirribonucleótidos.

La estructura secundaria del ARNt es un modelo de “hoja de trébol”, en esta estructura hay 4 regiones bicatenarias y 5 monocatenarias.

La estructura terciaria del ARNt es estable; la molécula se pliega en una estructura en forma de L (2 hélices casi perpendiculares entre sí). Todos los tipos de ARN se forman como resultado de reacciones de síntesis de plantillas. En la mayoría de los casos, una de las cadenas de ADN sirve como plantilla. Por tanto, la biosíntesis de ARN sobre una plantilla de ADN es una reacción heterocatalítica del tipo plantilla. Este proceso se llama transcripción

y está controlado por ciertas enzimas: ARN polimerasas (transcriptasas).

La síntesis de ARN (transcripción de ADN) implica copiar información del ADN al ARNm.

Diferencias entre síntesis de ARN y síntesis de ADN:

Asimetría del proceso: solo se utiliza una hebra de ADN como plantilla.

Proceso conservador: la molécula de ADN vuelve a su estado original al finalizar la síntesis de ARN. Durante la síntesis de ADN, las moléculas se renuevan a medias, lo que hace que la replicación sea semiconservadora.

La síntesis de ARN no requiere ningún cebador para comenzar, pero la replicación del ADN requiere un cebador de ARN.

1. Explique la secuencia de transmisión de la información genética: gen - proteína - rasgo.

2. Recuerde qué estructura de una proteína determina su estructura y propiedades. ¿Cómo se codifica esta estructura en la molécula de ADN?

3. ¿Qué es el código genético?

4. Describe las propiedades del código genético.

7. Reacciones de síntesis de matrices. Transcripción

Además del portador de información, se necesitan sustancias que aseguren la entrega de aminoácidos al sitio de síntesis y la determinación de su lugar en la cadena polipeptídica. Estas sustancias son ARN de transferencia, que garantizan la codificación y el transporte de aminoácidos al sitio de síntesis. La síntesis de proteínas se produce en los ribosomas, cuyo cuerpo se construye a partir de ARN ribosómico. Esto significa que se necesita otro tipo de ARN: ribosomal.

La información genética se realiza en tres tipos de reacciones: síntesis de ARN, síntesis de proteínas y replicación de ADN. En cada uno, la información contenida en una secuencia lineal de nucleótidos se utiliza para crear otra secuencia lineal: ya sea nucleótidos (en moléculas de ARN o ADN) o aminoácidos (en moléculas de proteínas). Se ha demostrado experimentalmente que es el ADN el que sirve como plantilla para la síntesis de todos los ácidos nucleicos. Estas reacciones biosintéticas se llaman síntesis matricial. Simplicidad suficiente reacciones matriciales y su unidimensionalidad permitió estudiar y comprender en detalle su mecanismo, a diferencia de otros procesos que ocurren en la célula.

Transcripción

El proceso de biosíntesis del ARN a partir del ADN se llama transcripción. Este proceso tiene lugar en el núcleo. En la matriz del ADN se sintetizan todos los tipos de ARN: informativo, de transporte y ribosómico, que posteriormente participan en la síntesis de proteínas. El código genético del ADN se transcribe en ARN mensajero durante el proceso de transcripción. La reacción se basa en el principio de complementariedad.

La síntesis de ARN tiene varias características. La molécula de ARN es mucho más corta y es una copia de sólo una pequeña sección de ADN. Por lo tanto, solo una determinada sección del ADN, donde se encuentra la información sobre un ácido nucleico determinado, sirve como matriz. El ARN recién sintetizado nunca permanece asociado con la plantilla de ADN original, sino que se libera una vez finalizada la reacción. El proceso de transcripción se produce en tres etapas.

Primera etapa - iniciación- el comienzo del proceso. La síntesis de copias de ARN comienza en una determinada zona del ADN, que se llama promotor Esta zona contiene un cierto conjunto de nucleótidos que son señales de inicio. El proceso es catalizado por enzimas. ARN polimerasas. La enzima ARN polimerasa se une al promotor, desenrolla la doble hélice y rompe los enlaces de hidrógeno entre las dos cadenas de ADN. Pero sólo uno de ellos sirve como plantilla para la síntesis de ARN.

Segunda etapa - alargamiento. El proceso principal ocurre en esta etapa. En una cadena de ADN, como en una matriz, los nucleótidos están dispuestos según el principio de complementariedad (Fig. 19). La enzima ARN polimerasa, moviéndose paso a paso a lo largo de la cadena de ADN, conecta los nucleótidos entre sí, mientras desenrolla constantemente la doble hélice del ADN. Como resultado de este movimiento se sintetiza una copia de ARN.

Tercera etapa - terminación. Esta es la etapa final. La síntesis de ARN continúa hasta luz de freno- una secuencia específica de nucleótidos que detiene el movimiento de la enzima y la síntesis de ARN. La polimerasa se separa del ADN y de la copia de ARN sintetizada. Al mismo tiempo, la molécula de ARN se elimina de la matriz. El ADN restaura la doble hélice. La síntesis está completa. Dependiendo de la sección del ADN, de esta forma se sintetizan los ARN ribosómicos, de transporte y mensajeros.

Sólo una de las cadenas de ADN sirve como plantilla para la transcripción de una molécula de ARN. Sin embargo, diferentes cadenas de ADN pueden servir como plantilla para dos genes vecinos. Cuál de las dos cadenas se utilizará para la síntesis está determinada por el promotor, que dirige la enzima ARN polimerasa en una dirección u otra.

Después de la transcripción, la molécula de ARN mensajero de las células eucariotas sufre un reordenamiento. Recorta secuencias de nucleótidos que no contienen información sobre esta proteína. Este proceso se llama empalme. Dependiendo del tipo de célula y la etapa de desarrollo, se pueden eliminar diferentes partes de la molécula de ARN. En consecuencia, en una pieza de ADN se sintetizan diferentes ARN, que transportan información sobre diferentes proteínas. Esto permite la transferencia de información genética significativa de un solo gen y también facilita la recombinación genética.

Arroz. 19. Síntesis de ARN mensajero. 1 - cadena de ADN; 2 - ARN sintetizado

Preguntas y tareas para el autocontrol.

1. ¿Qué reacciones pertenecen a las reacciones de síntesis de matrices?

2. ¿Cuál es la matriz inicial para todas las reacciones de síntesis de matrices?

3. ¿Cómo se llama el proceso de biosíntesis de ARNm?

4. ¿Qué tipos de ARN se sintetizan en el ADN?

5. Establecer la secuencia de un fragmento de ARNm si el fragmento correspondiente en el ADN tiene la secuencia: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosíntesis de proteínas

Las proteínas son componentes esenciales de todas las células, por lo que el proceso más importante del metabolismo plástico es la biosíntesis de proteínas. Ocurre en todas las células de los organismos. Estos son los únicos componentes celulares (aparte de los ácidos nucleicos) cuya síntesis se lleva a cabo bajo el control directo del material genético de la célula. Todo el aparato genético de la célula: ADN y diferentes tipos ARN: configurado para la síntesis de proteínas.

Gene es una sección de una molécula de ADN responsable de la síntesis de una molécula de proteína. Para la síntesis de proteínas, es necesario que un gen específico del ADN sea copiado en forma de molécula de ARN mensajero. Este proceso ha sido discutido anteriormente. La síntesis de proteínas es un proceso complejo de varios pasos y depende de la actividad. varios tipos ARN. Para la biosíntesis directa de proteínas, se requieren los siguientes componentes:

1. El ARN mensajero es un portador de información desde el ADN hasta el lugar de síntesis. Las moléculas de ARNm se sintetizan durante el proceso de transcripción.

2. Los ribosomas son orgánulos donde se produce la síntesis de proteínas.

3. Un conjunto de aminoácidos necesarios en el citoplasma.

4. Transferir ARN, codificar aminoácidos y transportarlos al sitio de síntesis en los ribosomas.

5. El ATP es una sustancia que proporciona energía para los procesos de codificación de aminoácidos y síntesis de la cadena polipeptídica.

Estructura del ARN de transferencia y codificación de aminoácidos.

Los ARN de transferencia (ARNt) son moléculas pequeñas con entre 70 y 90 nucleótidos. Los ARNt representan aproximadamente el 15% de todo el ARN de una célula. La función del ARNt depende de su estructura. Un estudio de la estructura de las moléculas de ARNt mostró que están plegadas de cierta manera y tienen la forma hoja de trébol(Figura 20). La molécula contiene bucles y secciones dobles conectadas mediante la interacción de bases complementarias. El más importante es el bucle central, que contiene anticodón - un triplete de nucleótidos correspondiente al código de un aminoácido específico. Con su anticodón, el ARNt puede combinarse con el codón correspondiente del ARNm según el principio de complementariedad.

Arroz. 20. Estructura de una molécula de ARNt: 1 - anticodón; 2 - lugar de unión de aminoácidos

Cada ARNt puede transportar sólo uno de los 20 aminoácidos. Esto significa que por cada aminoácido hay al menos un ARNt. Dado que un aminoácido puede tener varios tripletes, el número de especies de ARNt es igual al número de tripletes del aminoácido. Por tanto, el número total de especies de ARNt corresponde al número de codones y es igual a 61. Ningún ARNt corresponde a tres códigos de parada.

En un extremo de la molécula de ARNt siempre hay un nucleótido de guanina (extremo de 5") y en el otro (extremo de 3") siempre hay tres nucleótidos CCA. Para ello se añade el aminoácido (Fig. 21). Cada aminoácido está unido a su ARNt específico con el anticodón correspondiente. El mecanismo de esta unión está asociado con el trabajo de enzimas específicas: aminoacil-tRNA sintetasas, que unen cada aminoácido al tRNA correspondiente. Cada aminoácido tiene su propia sintetasa. La conexión de un aminoácido con el ARNt se realiza utilizando la energía del ATP, mientras que el enlace de alta energía se convierte en un enlace entre el ARNt y el aminoácido. Así es como se activan y codifican los aminoácidos.

Etapas de la biosíntesis de proteínas. El proceso de síntesis de una cadena polipeptídica que se lleva a cabo en un ribosoma se llama transmisión. El ARN mensajero (ARNm) es un intermediario en la transmisión de información sobre la estructura primaria de una proteína; el ARNt transfiere aminoácidos codificados al sitio de síntesis y asegura la secuencia de sus conexiones. El ensamblaje de la cadena polipeptídica tiene lugar en los ribosomas.

En el metabolismo del cuerpo. el papel principal pertenece a las proteínas y los ácidos nucleicos.

Las sustancias proteicas forman la base de todas las estructuras celulares vitales, tienen una reactividad inusualmente alta y están dotadas de funciones catalíticas.

Ácidos nucleicos son parte del órgano más importante de la célula: el núcleo, así como el citoplasma, los ribosomas, las mitocondrias, etc. Los ácidos nucleicos desempeñan un papel importante y primario en la herencia, la variabilidad del cuerpo y en la síntesis de proteínas.

plan de síntesis Las proteínas se almacenan en el núcleo celular y síntesis directa ocurre fuera del núcleo, por lo que es necesario ayuda para entregar el plan codificado desde el núcleo al sitio de síntesis. como esto ayuda representado por moléculas de ARN.

El proceso comienza en el núcleo celular: parte de la “escalera” del ADN se desenrolla y se abre. Gracias a esto, las letras de ARN forman enlaces con cartas abiertas ADN de una de las cadenas de ADN. La enzima transfiere las letras del ARN para unirlas en una cadena. Así es como las letras del ADN se “reescriben” en letras del ARN. La cadena de ARN recién formada se separa y la “escalera” de ADN vuelve a girar.

Después de modificaciones adicionales, este tipo de ARN codificado está completo.

ARN sale del núcleo y va al sitio de síntesis de proteínas, donde se descifran las letras del ARN. Cada conjunto de tres letras de ARN forma una "palabra" que representa un aminoácido específico.

Otro tipo de ARN encuentra este aminoácido, lo captura con la ayuda de una enzima y lo entrega al sitio de síntesis de proteínas. A medida que se lee y traduce el mensaje de ARN, la cadena de aminoácidos crece. Esta cadena se retuerce y se pliega en una forma única, creando un tipo de proteína.
Incluso el proceso de plegamiento de las proteínas es notable: utilizar una computadora para calcular todas las posibilidades de plegamiento de una proteína de tamaño medio compuesta de 100 aminoácidos llevaría entre 10 y 27 años. Y no se necesita más de un segundo para formar una cadena de 20 aminoácidos en el cuerpo, y este proceso ocurre continuamente en todas las células del cuerpo.

Genes, código genético y sus propiedades..

Alrededor de 7 mil millones de personas viven en la Tierra. Aparte de los 25-30 millones de pares de gemelos idénticos, genéticamente todas las personas son diferentes: cada uno es único, tiene características hereditarias, rasgos de carácter, habilidades y temperamento únicos.

Estas diferencias se explican diferencias en genotipos- conjuntos de genes del organismo; Cada uno es único. Las características genéticas de un organismo en particular están incorporadas. en proteínas- por lo tanto, la estructura de la proteína de una persona difiere, aunque muy ligeramente, de la proteína de otra persona.

Esto no significa que no hay dos personas que tengan exactamente las mismas proteínas. Las proteínas que realizan las mismas funciones pueden ser iguales o diferir sólo ligeramente en uno o dos aminoácidos entre sí. Pero no hay personas en la Tierra (a excepción de los gemelos idénticos) que tengan todas las mismas proteínas.

Información de la estructura primaria de la proteína codificado como una secuencia de nucleótidos en una sección de una molécula de ADN - gene – una unidad de información hereditaria de un organismo. Cada molécula de ADN contiene muchos genes. La totalidad de todos los genes de un organismo lo constituye. genotipo .

La codificación de la información hereditaria se produce utilizando código genético , que es universal para todos los organismos y se diferencia solo en la alternancia de nucleótidos que forman genes y codifican proteínas de organismos específicos.

código genético consiste en tripletes de nucleótidos El ADN se combina de diferentes maneras. secuencias(AAT, GCA, ACG, TGC, etc.), cada uno de los cuales codifica un aminoácido(que se integrará en la cadena polipeptídica).

Aminoácidos 20, A oportunidades para combinaciones de cuatro nucleótidos en grupos de tres – 64 Cuatro nucleótidos son suficientes para codificar 20 aminoácidos.

Es por eso un aminoácido se puede codificar varios trillizos.

Algunos tripletes no codifican aminoácidos en absoluto, pero lanza o se detiene Biosíntesis de proteínas.

En realidad el código cuenta secuencia de nucleótidos en una molécula de ARNm, porque elimina información del ADN (proceso transcripciones) y lo traduce en una secuencia de aminoácidos en las moléculas de proteínas sintetizadas (el proceso transmisiones).

La composición del ARNm incluye nucleótidos ACGU, cuyos tripletes se denominan codones: el triplete del ADN CGT del ARNm se convertirá en un triplete GCA y el triplete de ADN AAG se convertirá en un triplete UUC.

Exactamente codones de ARNm el código genético se refleja en el registro.

De este modo, código genético - sistema unificado registrar información hereditaria en moléculas de ácido nucleico en forma de una secuencia de nucleótidos. código genético fundado sobre el uso de un alfabeto que consta de solo cuatro letras-nucleótidos, que se diferencian en bases nitrogenadas: A, T, G, C.

Propiedades básicas del código genético. :

1. El código genético es triplete. Un triplete (codón) es una secuencia de tres nucleótidos que codifican un aminoácido. Dado que las proteínas contienen 20 aminoácidos, es obvio que cada uno de ellos no puede ser codificado por un nucleótido (dado que en el ADN solo hay cuatro tipos de nucleótidos, en este caso quedan 16 aminoácidos sin codificar). Dos nucleótidos tampoco son suficientes para codificar aminoácidos, ya que en este caso sólo se pueden codificar 16 aminoácidos. Esto significa que el número más pequeño de nucleótidos que codifican un aminoácido es tres. (En este caso, el número de posibles tripletes de nucleótidos es 4 3 = 64).

2. Redundancia (degeneración) El código es consecuencia de su naturaleza triplete y significa que un aminoácido puede estar codificado por varios tripletes (ya que hay 20 aminoácidos y 64 tripletes), a excepción de la metionina y el triptófano, que están codificados por un solo triplete. Además, algunos tripletes realizan funciones específicas: en una molécula de ARNm, los tripletes UAA, UAG, UGA son codones de parada, es decir, señales de parada que detienen la síntesis de la cadena polipeptídica. El triplete correspondiente a la metionina (AUG), situado al inicio de la cadena de ADN, no codifica ningún aminoácido, pero cumple la función de iniciar (excitar) la lectura.

3. Junto con la redundancia, el código tiene la propiedad inequívoco: Cada codón corresponde a un solo aminoácido específico.

4. El código es colineal, aquellos. la secuencia de nucleótidos de un gen coincide exactamente con la secuencia de aminoácidos de una proteína.

5. El código genético no se superpone y es compacto., es decir, no contiene "signos de puntuación". Esto significa que el proceso de lectura no permite la posibilidad de superponer columnas (tripletes) y, comenzando en un determinado codón, la lectura continúa continuamente, triplete tras triplete, hasta la señal de parada ( codones de parada).

6. El código genético es universal, es decir, los genes nucleares de todos los organismos codifican información sobre proteínas de la misma manera, independientemente del nivel de organización y posición sistemática de estos organismos.

Hay tablas de códigos genéticos para decodificar codones de ARNm y construir cadenas de moléculas de proteínas.

Reacciones de síntesis de plantillas..

En los sistemas vivos se producen reacciones desconocidas en la naturaleza inanimada: reacciones síntesis de matriz .

El término "matriz""En tecnología, se refieren a un molde utilizado para fundir monedas, medallas y fuentes tipográficas: el metal endurecido reproduce exactamente todos los detalles del molde utilizado para la fundición. Síntesis de matrices Se parece al moldeo sobre una matriz: las nuevas moléculas se sintetizan exactamente de acuerdo con el plan establecido en la estructura de las moléculas existentes.

El principio matricial radica en el núcleo las reacciones sintéticas más importantes de la célula, como la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Estas reacciones garantizan la secuencia exacta y estrictamente específica de las unidades monoméricas en los polímeros sintetizados.

Hay una acción direccional en marcha aquí. llevar monómeros a una ubicación específica células - en moléculas que sirven como matriz donde tiene lugar la reacción. Si tales reacciones ocurrieran como resultado de colisiones aleatorias de moléculas, se desarrollarían infinitamente lentamente. La síntesis de moléculas complejas basada en el principio de plantilla se lleva a cabo de forma rápida y precisa.

El papel de la matriz. Las macromoléculas de ácidos nucleicos (ADN o ARN) intervienen en reacciones matriciales.

Moléculas monoméricas a partir del cual se sintetiza el polímero (nucleótidos o aminoácidos) de acuerdo con el principio de complementariedad, se ubican y fijan en la matriz en un orden especificado estrictamente definido.

Entonces sucede "entrecruzamiento" de unidades monoméricas en una cadena polimérica y el polímero terminado se descarga de la matriz.

Después la matriz está lista al ensamblaje de una nueva molécula de polímero. Está claro que, así como en un molde determinado sólo se puede fundir una moneda o una letra, en una molécula matriz determinada sólo se puede “ensamblar” un polímero.

Tipo de reacción matricial- una característica específica de la química de los sistemas vivos. Son la base de la propiedad fundamental de todos los seres vivos: su capacidad de reproducir la propia especie.

A reacciones de síntesis de matrices incluir:

1. replicación del ADN - el proceso de autoduplicación de una molécula de ADN, que se lleva a cabo bajo el control de enzimas. En cada una de las cadenas de ADN formadas después de la ruptura de los enlaces de hidrógeno, se sintetiza una cadena hija de ADN con la participación de la enzima ADN polimerasa. El material para la síntesis son los nucleótidos libres presentes en el citoplasma de las células.

El significado biológico de la replicación radica en la transferencia precisa de información hereditaria de la molécula madre a las moléculas hijas, lo que normalmente ocurre durante la división de las células somáticas.

Una molécula de ADN consta de dos cadenas complementarias. Estas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno débiles que las enzimas pueden romper.

La molécula es capaz de autoduplicarse (replicación) y en cada mitad anterior de la molécula se sintetiza una nueva mitad.

Además, se puede sintetizar una molécula de ARNm en una molécula de ADN, que luego transfiere la información recibida del ADN al sitio de síntesis de proteínas.

La transferencia de información y la síntesis de proteínas se realizan según el principio de la matriz, comparable al trabajo prensa en la imprenta. La información del ADN se copia muchas veces. Si se producen errores durante la copia, se repetirán en todas las copias posteriores.

Es cierto que algunos errores al copiar información con una molécula de ADN se pueden corregir; el proceso de eliminación de errores se llama reparación. La primera de las reacciones en el proceso de transferencia de información es la replicación de la molécula de ADN y la síntesis de nuevas cadenas de ADN.

2. transcripción – síntesis de i-ARN en ADN, el proceso de eliminar información de una molécula de ADN, sintetizada en ella por una molécula de i-ARN.

El I-RNA consta de una sola cadena y se sintetiza en el ADN de acuerdo con la regla de complementariedad con la participación de una enzima que activa el principio y el final de la síntesis de la molécula de i-RNA.

La molécula de ARNm terminada ingresa al citoplasma hacia los ribosomas, donde se produce la síntesis de cadenas polipeptídicas.

3. transmisión - síntesis de proteínas mediante ARNm; el proceso de traducir la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ARNm en la secuencia de aminoácidos del polipéptido.

4 .Síntesis de ARN o ADN a partir de virus de ARN.

La secuencia de reacciones matriciales durante la biosíntesis de proteínas se puede representar como esquemas:

cadena de ADN no transcrita		ATG	G G C	tat
cadena de ADN transcrita		TAC	Ts TsG	A TA
transcripción de ADN
codones de ARNm		AGO	G G C	U A U
traducción de ARNm
anticodones de ARNt		UAC	Ts TsG	A U A
aminoácidos proteicos		metionina	glicina	tirosina

De este modo, biosíntesis de proteínas Este es uno de los tipos de intercambio plástico, durante el cual la información hereditaria codificada en los genes del ADN se implementa en una secuencia específica de aminoácidos en moléculas de proteínas.

Las moléculas de proteína son esencialmente cadenas polipeptídicas formado por aminoácidos individuales. Pero los aminoácidos no son lo suficientemente activos como para combinarse entre sí por sí solos. Por lo tanto, antes de combinarse entre sí y formar una molécula de proteína, los aminoácidos deben activar. Esta activación se produce bajo la acción de enzimas especiales.

Como resultado de la activación, el aminoácido se vuelve más lábil y bajo la influencia de la misma enzima. se une al ARNt. Cada aminoácido corresponde estrictamente ARNt específico, cual encuentra“su” aminoácido y transferencias en el ribosoma.

En consecuencia, diversos aminoácidos activados unidos a sus ARNt. El ribosoma es como transportador para ensamblar una cadena de proteínas a partir de varios aminoácidos que se le suministran.

Simultáneamente con el t-RNA, sobre el cual “se asienta” su propio aminoácido, “ señal" del ADN que está contenido en el núcleo. De acuerdo con esta señal, se sintetiza una u otra proteína en el ribosoma.

La influencia rectora del ADN sobre la síntesis de proteínas no se lleva a cabo directamente, sino con la ayuda de un intermediario especial: matriz o ARN mensajero (ARNm o i-ARN), cual sintetizado en el núcleo influenciado por el ADN, por lo que su composición refleja la composición del ADN. La molécula de ARN es como un molde de la forma de ADN. El ARNm sintetizado ingresa al ribosoma y, por así decirlo, lo transfiere a esta estructura. plan- ¿En qué orden se deben combinar entre sí los aminoácidos activados que ingresan al ribosoma para que se sintetice una proteína específica? De lo contrario, La información genética codificada en el ADN se transfiere al ARNm y luego a las proteínas..

La molécula de ARNm ingresa al ribosoma y puntadas su. Ese segmento que está en en este momento en el ribosoma, definido codón (triplete), interactúa de una manera completamente específica con aquellos que son estructuralmente similares a él triplete (anticodón) en el ARN de transferencia, que llevó el aminoácido al ribosoma.

Transferir ARN con su aminoácido. encaja a un codón de ARNm específico y conecta consigo; a la siguiente región vecina de ARNm otro ARNt está unido a otro aminoácido y así sucesivamente hasta leer toda la cadena de i-RNA, hasta reducir todos los aminoácidos en el orden adecuado, formando una molécula de proteína.

Y el ARNt, que entregó el aminoácido a una parte específica de la cadena polipeptídica, liberado de su aminoácido y sale del ribosoma.

Entonces otra vez en el citoplasma el aminoácido deseado puede unirse a él, y nuevamente transferirá en el ribosoma.

En el proceso de síntesis de proteínas, no uno, sino varios ribosomas (polirribosomas) participan simultáneamente.

Las principales etapas de la transferencia de información genética:

síntesis de ADN como plantilla de ARNm (transcripción)

síntesis de una cadena polipeptídica en ribosomas según el programa contenido en el ARNm (traducción).

Las etapas son universales para todos los seres vivos, pero las relaciones temporales y espaciales de estos procesos difieren en pro y eucariotas.

Ud. eucariotas la transcripción y la traducción están estrictamente separadas en el espacio y el tiempo: la síntesis de varios ARN se produce en el núcleo, después de lo cual las moléculas de ARN deben salir del núcleo atravesando la membrana nuclear. Luego, los ARN se transportan en el citoplasma al sitio de síntesis de proteínas: los ribosomas. Sólo después viene la siguiente etapa: la radiodifusión.

En los procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente.

De este modo,

el lugar de síntesis de proteínas y todas las enzimas en la célula son los ribosomas, es como "fábricas" proteína, como un taller de ensamblaje, donde se suministran todos los materiales necesarios para ensamblar la cadena polipeptídica de la proteína a partir de aminoácidos. Naturaleza de la proteína sintetizada. Depende de la estructura del i-RNA, del orden de disposición de los nucleoides en él, y la estructura del i-RNA refleja la estructura del ADN, de modo que, en última instancia, la estructura específica de una proteína, es decir, el orden de disposición de varios Los aminoácidos que contiene dependen del orden de disposición de los nucleoides en el ADN, de la estructura del ADN.

La teoría expuesta de la biosíntesis de proteínas se llama teoría matricial. Matriz esta teoría llamado porque que los ácidos nucleicos desempeñan el papel de matrices en las que se registra toda la información sobre la secuencia de residuos de aminoácidos en una molécula de proteína.

Creación de una teoría matricial de biosíntesis de proteínas y decodificación del código de aminoácidos. es el mas grande logro científico Siglo XX, el paso más importante para dilucidar el mecanismo molecular de la herencia.

Tareas temáticas

A1. ¿Qué afirmación es falsa?

1) el código genético es universal

2) el código genético está degenerado

3) el código genético es individual

4) el código genético es triplete

A2. Un triplete de ADN codifica:

1) secuencia de aminoácidos en una proteína

2) un signo de un organismo

3) un aminoácido

4) varios aminoácidos

A3. "Signos de puntuación" del código genético.

1) desencadenar la síntesis de proteínas

2) detener la síntesis de proteínas

3) codificar ciertas proteínas

4) codifican un grupo de aminoácidos

A4. Si en una rana el aminoácido VALINE está codificado por el triplete GUU, entonces en un perro este aminoácido puede estar codificado por tripletes:

1) GUA y GUG

2) UTC y UCA

3) TSUT y TsuA

4) UAG y UGA

A5. La síntesis de proteínas se completa en este momento.

1) reconocimiento de codones por anticodón

2) entrada de ARNm a los ribosomas

3) la aparición de un "signo de puntuación" en el ribosoma

4) unión de un aminoácido al t-RNA

A6. ¿Indique un par de células en las que una persona contiene información genética diferente?

1) células del hígado y del estómago

2) neurona y leucocito

3) células musculares y óseas

4) célula de la lengua y huevo

A7. Función del ARNm en el proceso de biosíntesis.

1) almacenamiento de información hereditaria

2) transporte de aminoácidos a ribosomas

3) transferencia de información a los ribosomas

4) aceleración del proceso de biosíntesis

A8. El anticodón de ARNt consta de nucleótidos UCG. ¿Qué triplete de ADN es complementario?