Всяка жива клетка е способна да синтезира протеини и тази способност е едно от най-важните и характерни нейни свойства. Биосинтезата на протеините протича с особена енергия по време на растежа и развитието на клетките. По това време активно се синтезират протеини за изграждане на клетъчни органели и мембрани. се синтезират ензими. Биосинтезата на протеини също е интензивна в много възрастни клетки, т.е. тези, които са завършили растеж и развитие, например в клетките на храносмилателните жлези, които синтезират ензимни протеини (пепсин, трипсин), или в клетките на ендокринните жлези, които синтезират хормонални протеини (инсулин, тироксин). Способността да се синтезират протеини е присъща не само на растящите или секреторни клетки: всяка клетка непрекъснато синтезира протеини през целия си живот, тъй като в хода на нормалния живот протеиновите молекули постепенно се денатурират, тяхната структура и функции се нарушават. Такива разградени протеинови молекули се отстраняват от клетката. Вместо това се синтезират нови пълноценни молекули, в резултат на което съставът и активността на клетката не се нарушават. Способността да се синтезира протеин се предава по наследство от клетка на клетка и се запазва от нея през целия живот.

Основната роля в определянето на структурата на протеините принадлежи на ДНК. Самата ДНК не участва пряко в синтеза. ДНК се съдържа в клетъчното ядро, а протеиновият синтез се извършва в рибозомите, разположени в цитоплазмата. ДНК съдържа и съхранява само информация за структурата на протеините.

Върху дълга нишка ДНК следва един след друг запис на информация за състава на първичните структури на различни протеини. Част от ДНК, съдържаща информация за структурата на един протеин, се нарича ген. Една ДНК молекула е съвкупност от няколкостотин гени.

За да разберем как структурата на ДНК определя структурата на протеина, нека вземем един пример. Много хора знаят за морзовия код, с помощта на който се предават сигнали и телеграми. Според морзовия код всички букви от азбуката се обозначават с комбинации от къси и дълги сигнали - точки и тирета. Буквата A е обозначена с .--, B -- --. и т.н. Колекция от символи се нарича код или шифър. Морзов код е примерен код. След като получи телеграфна лента с точки и тирета, човек, който знае морзовия код, може лесно да дешифрира написаното.

Макромолекула на ДНК, състояща се от няколко хиляди последователни четири вида нуклеотиди, е код, който определя структурата на редица протеинови молекули. Точно както в морзовата азбука всяка буква съответства на определена комбинация от точки и тирета, така в кода на ДНК всяка аминокиселина съответства на определена комбинация от точки и тирета, така и в кода на ДНК всяка аминокиселина съответства на определена комбинация от последователно свързани нуклеотиди.

ДНК кодът е дешифриран почти напълно. Същността на ДНК кода е следната. Всяка аминокиселина съответства на участък от ДНК веригата от три съседни нуклеотида. Например сегментът T-T-T съответства на аминокиселината лизин, сегментът A-C-A съответства на цистеин, сегментът C-A-A съответства на валин и т.н. и т.н. Да предположим, че в един ген нуклеотидите следват в този ред:

A-C-A-T-T-T-A-A-C-C-A-A-G-Y-Y

След като разделим този ред на триплети (триплети), веднага ще дешифрираме кои аминокиселини и в какъв ред следват в протеиновата молекула: A-C-A - цистеин; Т-Т-Т - лизин; A-A-C - левцин; C-A-A - валин; G-G-G - пролин. В морзовата азбука има само два знака. За да обозначите всички букви, всички цифри и препинателни знаци, трябва да вземете до 5 знака за някои букви или цифри. ДНК кодът е по-прост. Има 4 различни нуклеотида.Броят на възможните комбинации от 4 елемента по 3 е 64. Има само 20 различни аминокиселини.По този начин има повече от достатъчно различни триплети нуклеотиди за кодиране на всички аминокиселини.

Транскрипция. За протеиновия синтез трябва да се достави програма за синтез към рибозомите, т.е. информация за протеиновата структура, записана и съхранена в ДНК. За протеиновия синтез точните копия на тази информация се изпращат до рибозомите. Това става с помощта на РНК, която се синтезира върху ДНК и точно копира нейната структура. Нуклеотидната последователност на РНК точно повтаря последователността в една от генните вериги. По този начин информацията, съдържаща се в структурата на даден ген, се пренаписва върху РНК. Този процес се нарича транскрипция (лат. "транскрипция" - пренаписване). От всеки ген могат да бъдат направени произволен брой копия на РНК. Тези РНК, които носят информация за състава на протеините в рибозомите, се наричат ​​информационни РНК (i-RNA).

За да разберем как съставът и последователността на нуклеотидите в един ген могат да бъдат "пренаписани" в РНК, нека си припомним принципа на комплементарността, на базата на който е изградена двуверижната ДНК молекула. Нуклеотидите на една верига определят природата на противоположните нуклеотиди на другата верига. Ако A е на една верига, тогава T е на същото ниво на другата верига и C винаги е срещу G. Няма други комбинации. Принципът на комплементарност действа и при синтеза на информационна РНК.

Срещу всеки нуклеотид на една от веригите на ДНК се изправя допълнителен нуклеотид от информационна РНК (в РНК, вместо тимидил нуклеотид (Т), има уридил нуклеотид (U). По този начин C RNA стои срещу G dna, U RNA срещу A dna, U rna срещу T dna "A RNA. В резултат на това получената RNA верига, по отношение на състава и последователността на нейните нуклеотиди, е точно копие на състава и нуклеотидната последователност на една от ДНК веригите , Молекулите на информационната РНК отиват до мястото, където се извършва синтеза на протеини, т.е. до рибозомите.Там отива от цитоплазмата е потокът от материал, от който е изграден протеинът, т.е. аминокиселини.В цитоплазмата на клетките винаги има образувани аминокиселини в резултат на разграждането на хранителните протеини.

транспортна РНК. Аминокиселините не влизат сами в рибозомата, а се придружават от транспортни РНК (т-РНК). Молекулите на тРНК са малки - състоят се само от 70-80 нуклеотидни единици. Техният състав и последователност за някои т-РНК вече са напълно установени. В същото време се оказа, че на редица места във веригата t-RNA се откриват 4-7 нуклеотидни единици, които са комплементарни една на друга. Наличието на комплементарни последователности в молекулата води до факта, че тези региони, когато се приближат достатъчно, се слепват една с друга поради образуването на водородни връзки между комплементарни нуклеотиди. В резултат на това се появява сложна примкова структура, наподобяваща форма на лист детелина. Към един от краищата на тРНК молекулата е прикрепена аминокиселина (D), а в горната част на "листото на детелина" има триплет от нуклеотиди (E), който съответства кодово на тази аминокиселина. Тъй като има поне 20 различни аминокиселини, очевидно има поне 20 различни тРНК: всяка аминокиселина има своя собствена тРНК.

Реакция на матричен синтез. В живите системи се срещаме с нов тип реакция, като репликация на ДНК или реакция на синтез на РНК. Такива реакции са непознати в неживата природа. Те се наричат ​​реакции на матричен синтез.

Терминът "матрица" в технологията се отнася до формата, използвана за отливане на монети, медали, типографски тип: закаленият метал точно възпроизвежда всички детайли на формата, използвана за отливане. Матричният синтез е като леене върху матрица: новите молекули се синтезират в точно съответствие с плана, заложен в структурата на вече съществуващи молекули. Матричният принцип е в основата на най-важните синтетични реакции на клетката, като синтеза на нуклеинови киселини и протеини. При тези реакции се осигурява точна, строго специфична последователност от мономерни единици в синтезираните полимери. Тук има насочено свиване на мономерите към определено място в клетката – към молекулите, които служат като матрица, където протича реакцията. Ако такива реакции възникнат в резултат на случаен сблъсък на молекули, те ще протичат безкрайно бавно. Синтезът на сложни молекули на базата на матричния принцип се извършва бързо и точно.

Ролята на матрицата в матричните реакции се играе от макромолекули на нуклеинови киселини ДНК или РНК. Мономерните молекули, от които се синтезира полимерът - нуклеотиди или аминокиселини - в съответствие с принципа на комплементарността се подреждат и фиксират върху матрицата в строго определен, предварително определен ред. След това има "омрежване" на мономерни единици в полимерна верига и готовият полимер се изхвърля от матрицата. След това матрицата е готова за сглобяване на нова полимерна молекула. Ясно е, че както само една монета, една буква може да бъде отлята върху даден калъп, така и само един полимер може да бъде "сглобен" върху дадена матрична молекула.

Матричният тип реакции е специфична черта на химията на живите системи. Те са в основата на основното свойство на всички живи същества - способността му да възпроизвежда себеподобните си.

Излъчване. Информацията за структурата на протеина, записана в i-RNA под формата на последователност от нуклеотиди, се прехвърля по-нататък под формата на последователност от аминокиселини в синтезираната полипептидна верига. Този процес се нарича превод. За да разберем как се извършва транслацията в рибозомите, т.е. преводът на информация от езика на нуклеиновите киселини на езика на протеините, нека се обърнем към фигурата. Рибозомите на фигурата са изобразени като яйцевидни тела, унижаващи иРНК от левия край и започващи протеинов синтез. Докато протеиновата молекула се сглобява, рибозомата пълзи по иРНК. Когато рибозомата се движи напред с 50-100 A, втората рибозома навлиза в иРНК от същия край, който, подобно на първия, започва синтез и се движи след първата рибозома. След това третата рибозома влиза в i-RNA, четвъртата и т. н. Всички те изпълняват една и съща работа: всяка синтезира един и същ протеин, програмиран на тази i-RNA. Колкото по-надясно се е преместила рибозомата по протежение на i-РНК, толкова по-голям сегмент от протеиновата молекула е "сглобен". Когато рибозомата достигне десния край на иРНК, синтезът е завършен. Рибозомата с получения протеин напуска иРНК. След това те се отклоняват: рибозомата - към всяка i-РНК (тъй като е способна да синтезира всеки протеин; природата на протеина зависи от матрицата), протеиновата молекула - към ендоплазмения ретикулум и се движи по него до тази част на клетка, където се изисква този вид протеин. След кратко време втората рибозома завършва работата си, след това третата и т. н. И от левия край на иРНК в нея влизат все повече и повече рибозоми и синтезът на протеини продължава непрекъснато. Броят на рибозомите, които се побират едновременно в една молекула иРНК, зависи от дължината на иРНК. Така до пет рибозоми (диаметърът на една рибозома е приблизително равен на 230 A) могат да се поберат на i-RNA молекула, която програмира синтеза на протеина хемоглобин и е дълга около 1500 A. Група рибозоми, разположени едновременно върху една и съща иРНК молекула, се нарича полирибозома.

Сега нека се спрем по-подробно на механизма на рибозомата. Рибозомата, по време на движението си по иРНК, е в контакт с малка част от своята молекула във всеки един момент. Възможно е размерът на този регион да е само един триплет нуклеотиди. Рибозомата се движи по i-RNA не плавно, а периодично, на "стъпки", триплет по триплет. На известно разстояние от точката на контакт на рибозомата с и - REC е точката на "сглобяване" на протеина: тук е разположен и работи ензимът протеин синтетаза, създавайки полипептидна верига, т.е. образувайки пептидни връзки между аминокиселините.

Самият механизъм на "сглобяване" на протеинова молекула в рибозомите се осъществява по следния начин. Всяка рибозома, която е част от полирибозомата, т.е. движейки се по иРНК, идва от околната среда в непрекъснат поток от молекули на тРНК с "окачени" на тях аминокиселини. Те преминават, като докосват с кодовия си край мястото на контакт на рибозомата с иРНК, която в момента се намира в рибозомата. След това противоположният край на tRNA (носещ аминокиселината) се намира близо до точката на сглобяване на протеина. Въпреки това, само ако тРНК кодиращият триплет се окаже комплементарен на иРНК триплета (в момента в рибозомата), аминокиселината, доставена от тРНК, ще навлезе в протеиновата молекула и ще се отдели от тРНК. Незабавно рибозомата прави "стъпка" напред по протежение на i-RNA с един триплет и свободната t-RNA се изхвърля от рибозомата в околната среда. Тук той улавя нова молекула аминокиселина и я пренася до която и да е от работещите рибозоми. Така постепенно, триплет по триплет, рибозомата се движи по протежение на i-RNA и расте връзка по връзка - полипептидната верига. Ето как работи рибозомата - тази клетъчна органела, която с право се нарича "молекулен автомат" на синтеза на протеини.

В лабораторни условия изкуственият протеинов синтез изисква огромни усилия, много време и пари. А в живата клетка синтезът на една белтъчна молекула завършва за 1-2 минути.

Ролята на ензимите в биосинтезата на протеини. Не трябва да се забравя, че нито една стъпка в процеса на синтез на протеини не минава без участието на ензими. Всички реакции на протеинов синтез се катализират от специални ензими. Синтезът на иРНК се осъществява от ензим, който пълзи по протежение на ДНК молекулата от началото на гена до неговия край и оставя след себе си готовата иРНК молекула. Генът в този процес осигурява само програма за синтез, а самият процес се осъществява от ензима. Без участието на ензими не се осъществява комбинацията от аминокиселини с t-RNA. Има специални ензими, които осигуряват улавянето и свързването на аминокиселините с тяхната т-РНК. И накрая, в процеса на сглобяване на протеини, ензимът работи в рибозомата, свързвайки аминокиселините заедно.

Енергия на протеиновата биосинтеза. Друг много важен аспект на биосинтезата на протеина е неговата енергетика. Всеки синтетичен процес е ендотермична реакция и следователно изисква енергия. Биосинтезата на протеина е верига от синтетични реакции: 1) синтез на i-RNA; 2) свързване на аминокиселини с т-РНК; 3) "сглобяване на протеини". Всички тези реакции изискват разходи за енергия. Енергията за протеиновия синтез се доставя от реакцията на разделяне на АТФ. Всяка връзка в биосинтезата винаги е свързана с разграждането на АТФ.

Компактността на биологичната организация. При изучаване на ролята на ДНК се оказа, че феноменът на записване, съхраняване и предаване на наследствена информация се осъществява на ниво молекулярни структури. Благодарение на това се постига удивителна компактност на "работните механизми", най-голямата ефективност на тяхното разполагане в пространството. Известно е, че съдържанието на ДНК в един човешки сперматозоид е 3,3X10 -12 градуса g ДНК съдържа цялата информация, която определя човешкото развитие. Изчислено е, че всички оплодени яйцеклетки, от които са се развили всички хора, живеещи днес на Земята, съдържат толкова ДНК, колкото се побира в обема на глава на карфица.

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

2. Спомнете си коя 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. Всъщност протеиновият синтез се извършва в цитоплазмата на рибозомите. Следователно протеиновият синтез изисква структура, която да пренася информация от ДНК до мястото на протеиновия синтез. Такъв посредник е информационна или матрична РНК, която предава информация от специфичен ген на ДНК молекулата 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 кодиране и доставка на аминокиселини до мястото на синтеза. Синтезът на протеини протича 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, репликация на ДНК. Във всеки от тях информацията, съдържаща се в линейната 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.Достатъчната простота на матричните реакции и тяхната едномерност позволиха да се проучи и разбере техният механизъм 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 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, а се освобождава след края на реакцията. Процесът на транскрипция протича в три стъпки.

Първи етап - посвещение- началото на процеса. Синтезът на РНК копия започва с определен участък от ДНК, който се нарича промоутър.Тази зона съдържа специфичен 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.На този етап се извършва основният процес. На една ДНК верига, както на матрица, нуклеотидите се подреждат според 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 сигнал- определена последователност от нуклеотиди, която спира движението на ензима и синтеза на РНК. Полимеразата се отделя от ДНК и синтезираното РНК копие. Едновременно с това РНК молекулата също се отстранява от матрицата. ДНК възстановява двойната спирала. Синтезът е завършен. В зависимост от ДНК региона по този начин се синтезират рибозомни, транспортни и информационни РНК.

Шаблонът за транскрипция на РНК молекулата е само една от ДНК веригите. Въпреки това, различни вериги на ДНК могат да служат като шаблони 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. В него се изрязват 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 молекулата на РНК. Следователно в една секция на ДНК се синтезират различни РНК, които носят информация за различни протеини. Това гарантира трансфера 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 са свързани с 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. Задайте последователността на иРНК фрагмента, ако съответният ДНК фрагмент има последователността: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

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 компоненти на клетката (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 видове РНК - е настроен за синтез на протеини.

ген- Това е участъкът от молекулата на ДНК, отговорен за синтеза на една протеинова молекула. За синтеза на протеини е необходимо определен ген с ДНК да бъде копиран под формата на информационна РНК молекула. Този процес е обсъден по-рано. Синтезът на протеини е сложен многоетапен процес и зависи от активността на различни видове РНК. Следните компоненти са необходими за директен протеинов биосинтез:

1. Информационна РНК – носител на информация от ДНК до мястото на синтеза. Молекулите на тРНК се синтезират по време на транскрипция.

2. Рибозоми - органели, където се осъществява синтеза на протеини.

3. Набор от незаменими аминокиселини в цитоплазмата.

4. Прехвърляне на РНК, кодиращи аминокиселини и пренасянето им до мястото на синтез върху рибозомите.

5. АТФ - вещество, което осигурява енергия за процесите на кодиране на аминокиселини и синтеза на полипептидна верига.

Трансферна РНК структура и кодиране на аминокиселини

Трансферните РНК (тРНК) са малки молекули с 70 до 90 нуклеотида.ТРНК представляват приблизително 15% от цялата клетъчна РНК. Функцията на tRNA зависи от нейната структура. Изследването на структурата на молекулите на тРНК показа, че те са сгънати по определен начин и изглеждат така лист детелина(фиг. 20). В молекулата се разграничават бримки и двойни секции, свързани поради 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. Структурата на молекулата на тРНК: 1 - антикодон; 2 - мястото на прикрепване на аминокиселината

Всяка tRNA може да носи само една от 20-те аминокиселини. Това означава, че има поне една тРНК за всяка аминокиселина. Тъй като една аминокиселина може да има няколко триплета, броят на tRNA видовете е равен на броя на аминокиселинните триплети. По този начин общият брой видове тРНК съответства на броя на кодоните и е равен на 61. Нито една тРНК не съответства на три стоп кода.

В единия край на тРНК молекулата винаги има гуанинов нуклеотид (5'-край), а в другия (3'-край) винаги има три ССА нуклеотида. Именно за тази цел е прикрепена аминокиселината (фиг. 21). Всяка аминокиселина се прикрепя 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. Връзката на аминокиселина с tRNA се осъществява благодарение на енергията на ATP, докато макроергичната връзка преминава 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.Месинджър РНК (иРНК) е посредник при предаването на информация за първичната структура на протеина, тРНК пренася кодирани аминокиселини до мястото на синтез и осигурява последователността на техните съединения. Рибозомите сглобяват полипептидната верига.

репликация

Процесът на репликация на ДНК протича в ядрото под действието на ензими и специални протеинови комплекси. Принципи на дублирането на ДНК:

• * антипаралелизъм : дъщерната верига се синтезира в посока от 5" до 3" край.
• * Безплатно : структурата на дъщерната ДНК верига се определя от нуклеотидната последователност на родителската верига, избрана според принципа на комплементарност.
• * полунепрекъснатост : една от двете вериги на ДНК водещи , се синтезира непрекъснато, а другият - забавено , периодично с образуването на кратки фрагменти Оказаки . Това се дължи на свойството антипаралелизъм.
• * полуконсервативен : ДНК молекулите, получени по време на редупликация, съдържат една запазена майчина верига и една синтезирана детска верига.
• 1) Посвещение

Започни с репликативна точка към който са прикрепени протеините, които инициират репликацията. Под действието на ензими ДНК топоизомерази и ДНК хеликази веригата се развива и водородните връзки се разкъсват. Следва фрагментарно разделяне на двойната верига на ДНК с образуването вилица за репликация . Ензимите предотвратяват повторното свързване на ДНК вериги.

2) Удължение

Синтезът на дъщерната верига на ДНК се дължи на ензима ДНК полимераза , който се движи в посока 5" 3" , избирайки нуклеотиди според принципа на комплементарността. Водещата верига се синтезира непрекъснато, а изоставащата верига се синтезира периодично. Ензим ДНК лигаза междусистемни връзки фрагменти от Оказаки . Специални коригиращи протеини разпознават грешките и елиминират неправилните нуклеотиди.

3) Прекратяване

Репликацията завършва, когато две репликационни разклонения се срещнат. Протеиновите компоненти се отстраняват, ДНК молекулите се спирализират.

Свойства на генетичния код

• * триплет Всяка аминокиселина е кодирана от код от 3 нуклеотида.
• * недвусмислен - всеки триплет кодира само определена киселина.
• * Изродени - всяка аминокиселина е кодирана от няколко триплета (2-6). Само два от тях са кодирани от един триплет: триптофан и метионин.
• * не препокриващи се - всеки кодон е самостоятелна единица, а генетичната информация се чете само по един начин в една посока
• * Универсален е еднакъв за всички организми. Същите триплети кодират едни и същи аминокиселини в различни организми.

Генетичен код

Реализирането на наследствената информация следва схемата ген-белтък-черта.

ген - част от ДНК молекула, която носи информация за първичната структура на една протеинова молекула и е отговорна за нейния синтез.

Генетичен код - принципът на кодиране на наследствена информация в клетка. Това е последователност от триплети нуклеотиди в NA, която задава определен ред на аминокиселините в протеините. Инфа, съдържаща се в линейна последователност от нуклеотиди, се използва за създаване на друга последователност.

4 нуклеотида могат да направят 64 триплет , 61 от които кодират аминокиселини. Стоп кодони - триплетите UAA, UAG, UGA спират синтеза на полипептидната верига.

начален кодон - триплет AUG определя началото на синтеза на полипептидната верига.

Биосинтеза на протеини

Един от основните процеси на пластичния метаболизъм. Част от реакциите протичат в ядрото, друга - в цитоплазмата. Необходими компоненти: ATP, DNA, i-RNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, аминокиселини, ензими. Състои се от 3 процеса:

• - транскрипция : синтез на иРНК
• - обработка : преобразуване на иРНК в иРНК
• - излъчване : протеинов синтез

ДНК съдържа информация за структурата на протеина под формата на последователност от аминокиселини, но тъй като гените не напускат ядрото, те не вземат пряко участие в биосинтезата на протеиновата молекула. I-РНК се синтезира в клетъчното ядро ​​от ДНК и пренася информация от ДНК до мястото на протеинов синтез (рибозоми). След това с помощта на тРНК от цитоплазмата се избират аминокиселини, комплементарни на иРНК. Така се синтезират полипептидни вериги.

Транскрипция

1) Посвещение

Синтезът на иРНК молекули от ДНК може да се случи в ядрото, митохондриите и пластидите. Под действието на ензимите ДНК хеликаза и ДНК топоизомераза, участък от ДНК молекулата развива се , водородните връзки се разкъсват. Четенето на информация идва само от една верига на ДНК, която се нарича кодиране кодогенен . Ензим РНК полимераза се свързва с промоутър - зона от ДНК, която съдържа стартовия сигнал TATA.

2) Удължение

Процесът на подреждане на нуклеотидите според принципа безплатно . РНК полимеразата се движи по кодиращата верига и свързва нуклеотидите заедно, образувайки полинуклеотидна верига. Процесът продължава до стоп кодон .

3) Прекратяване

Завършване на синтеза: ензимът и синтезираната РНК молекула се отделят от ДНК, двойната спирала на ДНК се възстановява.

Обработка

Трансформацията на иРНК молекула в иРНК по време на снаждане в ядрото под действието на ензими. Изтриването е в ход интрони -участъци, които не носят информация за последователността на аминокиселините и омрежването екзони - графики, кодиращи последователността на аминокиселините. Това е последвано от добавяне на AUG стоп кодон, затваряне на 5' края и полиаденилиране за защита на 3' края. Образува се зряла иРНК, тя е по-къса и отива към рибозомите.

Излъчване

Процесът на транслиране на нуклеотидната последователност на иРНК триплетите в аминокиселинната последователност на полипептидна верига. Намира се в цитоплазмата на рибозомите.

1) Посвещение

Синтезираната иРНК преминава през ядрените пори в цитоплазмата, където с помощта на ензими и енергията на АТФ се свързва с малък рибозомна субединица. След това инициаторната тРНК с аминокиселината метианин се свързва с пептидиловия център. Освен това, в присъствието на Mg 2+, добавянето голям подединици.

2) Удължение

Удължаване на протеиновата верига. Аминокиселините се доставят до рибозомите чрез тяхната собствена тРНК. Формата на тРНК молекулата наподобява трилистник, в средата на който има антикодон , комплементарни на mRNA кодон нуклеотиди. Съответната аминокиселина е прикрепена към противоположната основа на тРНК молекулата.

Първата tRNA е закотвена в пептидил център, а вторият - в аминоациален . Тогава аминокиселините се събират и се образуват между тях пептид връзка, появява се дипептид, първата т-РНК отива в цитоплазмата. След това рибозомата прави 1 тринуклеотид стъпка чрез иРНК. В резултат на това втората т-РНК е в пептидиловия център, освобождавайки аминоацилния. Процесът на свързване на аминокиселини отнема енергията на АТФ и изисква наличието на ензим. аминоацил-t-РНК синтетаза .

3) Прекратяване

Когато стоп кодон влезе в аминокиселинния център, синтезът е завършен и към последната аминокиселина се добавя вода. Рибозомата се отстранява от иРНК и се разделя на 2 субединици, тРНК се връща в цитоплазмата.

Нуклеинова киселина.

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

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

Един нуклеотид е изграден от:

азотна основа

Пурин (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 е триплет- последователност от три нуклеотида.

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 опаковане 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, докато 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 са хроматидите (2 нишки на хромозомата).

Рентгенови дифракционни модели на ДНК влакна, направени 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. В клетките обикновено се среща B-формата. 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 генетична информация. Репликацията започва с разделянето на две допълващи се вериги. Всяка верига се използва като шаблон за образуването 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 точното възпроизвеждане в дъщерните молекули на информацията, която е записана в родителската 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 матрица (форма) за синтеза на друга хетерополимерна молекула с комплементарна структура, се наричат реакции от матричен тип. Ако по време на реакцията се образуват молекули на същото вещество, които служат като матрица, тогава реакцията се нарича автокаталитичен. Ако в хода 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 автокаталитична реакция на матричен синтез.

Реакциите от матричен тип включват:

ДНК репликация (синтез на ДНК върху ДНК шаблон),

ДНК транскрипция (синтез на РНК върху ДНК шаблон),

РНК транслация (протеинов синтез върху РНК шаблон).

Съществуват обаче и други реакции от тип матрица, например синтез на РНК върху матрица на РНК и синтез на ДНК върху матрица на РНК. Последните два вида реакции се наблюдават, когато една клетка е заразена 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, включващ десетки ензими. Най-важните от тях са ДНК полимерази (няколко вида), прайми, 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 растежът на веригата може да се случи само от края, който завършва с ОН групата. Следователно в репликирания регион, който се нарича вилица за репликация, процесът на репликация протича по различен начин в различните вериги. На една от веригите, която се нарича водеща, има непрекъснат синтез на ДНК върху матрицата на ДНК. В другата верига, която се нарича изоставаща верига, свързването става първо. буквар- специфичен РНК фрагмент. Праймерът служи като праймер за синтеза на ДНК фрагмент, наречен Фрагмент от Оказаки. Впоследствие праймерът се отстранява и фрагментите на Okazaki се сливат заедно в една верига на ензима ДНК лигаза. Репликацията на ДНК е придружена репарации– коригиране на грешки, които неизбежно възникват по време на репликация. Има много механизми за възстановяване.

Репликацията се извършва преди клетъчното делене. Благодарение на тази способност на ДНК се осъществява прехвърлянето на наследствена информация от майчината клетка към дъщерните клетки.

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

В рамките на една РНК молекула има няколко области, които са комплементарни една на друга. Между тези комплементарни места се образуват водородни връзки. В резултат на това в една молекула РНК се редуват двуверижни и едноверижни структури, а цялостната конформация на молекулата наподобява 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. Това прави възможно прехвърлянето на информация от ДНК към РНК, от РНК към ДНК и от РНК към протеини.

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

1. Информационен, или матрицаРНК (иРНК или иРНК). Функция: матрица на протеиновия синтез. Съставлява 5% от клетъчната РНК. Прехвърля генетична информация от ДНК към рибозомите по време на протеиновия синтез. В еукариотните клетки иРНК (mRNA) се стабилизира от специфични протеини. Това прави възможно продължаването на протеиновата биосинтеза, 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, който е включен в малката субединица на рибозомата,

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

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

2. Рибозомна, или рибозомнаРНК (рРНК). Съставлява 85% от клетъчната РНК. В комбинация с протеин, той е част от рибозомите, определя формата на големите и малките рибозомни субединици (50-60S и 30-40S субединици). 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).

Така се изолират 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 високополимерни РНК, 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, в прокариотите, синтезът на 23S, 16S и 5S рРНК, в еукариотите - 18S, 28S, 5S и 5.8S.

80S рибозома (еукариотна)

Малка 40S субединица Голяма 60S субединица

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

5,8SrRNA (~155 nt),

5SrRNA (~121 nt),

~30 белтъка. ~45 протеина.

70S-рибозома (прокариотна)

Малка 30S субединица Голяма 50S субединица

16SrRNA, - 23SrRNA,

~20 белтъка. ~30 белтъка.

Голяма молекула от високополимерна рРНК (седиментационна константа 23-28S, локализирана в 50-60S рибозомни субединици.

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

Във всички рибозоми без изключение има нискополимерна 5S рРНК, локализирана в 50-60S субединиците на рибозомите.

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

По този начин съставът на рибозомите включва три вида рРНК при прокариотите и четири вида рРНК при еукариотите.

Първичната структура на рРНК е една полирибонуклеотидна верига.

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

Третичната структура на високополимерните рРНК е взаимодействието на спиралните елементи на вторичната структура.

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

Първичната структура на tRNA е една полирибонуклеотидна верига.

Вторичната структура на тРНК е моделът "лист на детелина", в тази структура има 4 двойноверижни и 5 едноверижни области.

Третичната структура на tRNA 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) се състои в пренаписване на информация от ДНК в иРНК.

Разлики между синтеза на РНК и синтеза на ДНК:

Асиметрията на процеса: само една верига от ДНК се използва като шаблон.

Консервативен процес: молекулата на ДНК се връща в първоначалното си състояние в края 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, докато репликацията на ДНК изисква праймер на РНК.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

1. Реакции на матричен синтез

В живите системи се срещат реакции, непознати в неживата природа - реакции на матричен синтез.

Терминът "матрица" в технологията се отнася до формата, използвана за отливане на монети, медали, типографски тип: закаленият метал точно възпроизвежда всички детайли на формата, използвана за отливане. Матричният синтез е като леене върху матрица: новите молекули се синтезират в точно съответствие с плана, заложен в структурата на вече съществуващи молекули.

Матричният принцип е в основата на най-важните синтетични реакции на клетката, като синтеза на нуклеинови киселини и протеини. При тези реакции се осигурява точна, строго специфична последователност от мономерни единици в синтезираните полимери.

Тук има насочено свиване на мономерите към определено място в клетката – към молекулите, които служат като матрица, където протича реакцията. Ако такива реакции възникнат в резултат на случаен сблъсък на молекули, те ще протичат безкрайно бавно. Синтезът на сложни молекули на базата на матричния принцип се извършва бързо и точно.

Ролята на матрицата в матричните реакции се играе от макромолекули на нуклеинови киселини ДНК или РНК.

Мономерните молекули, от които се синтезира полимерът - нуклеотиди или аминокиселини - в съответствие с принципа на комплементарността се подреждат и фиксират върху матрицата в строго определен, предварително определен ред.

След това има "омрежване" на мономерни единици в полимерна верига и готовият полимер се изхвърля от матрицата.

След това матрицата е готова за сглобяване на нова полимерна молекула. Ясно е, че както само една монета, една буква може да бъде отлята върху даден калъп, така и само един полимер може да бъде "сглобен" върху дадена матрична молекула.

Матричният тип реакции е специфична черта на химията на живите системи. Те са в основата на основното свойство на всички живи същества - способността му да възпроизвежда себеподобните си.

Реакциите на матричен синтез включват:

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

Биологичният смисъл на репликацията се състои в точния трансфер на наследствена информация от родителската молекула към дъщерните, 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 самоудвояване (репликация) и върху всяка стара половина от молекулата се синтезира нова нейна 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 следват матричен принцип, сравним с работата на печатарска преса в печатница. Информацията от ДНК се копира отново и отново. Ако възникнат грешки по време на копирането, те ще се повторят във всички следващи копия.

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

2. транскрипция - синтеза на i-RNA върху ДНК, процесът 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 на рибозомите, където се извършва синтеза на полипептидни вериги.

3. транслация - протеинов синтез върху i-RNA; процесът на транслиране на информацията, съдържаща се в нуклеотидната последователност на иРНК в последователността от аминокиселини в полипептид.

4. Синтез на РНК или ДНК върху РНК вируси

Така протеиновата биосинтеза е един от видовете пластичен обмен, по време на който наследствената информация, кодирана в ДНК гените, се реализира в определена последователност от аминокиселини в протеиновите молекули.

Протеиновите молекули са по същество полипептидни вериги, съставени от отделни аминокиселини. Но аминокиселините не са достатъчно активни, за да се свържат сами помежду си. Следователно, преди да се съединят помежду си и да образуват протеинова молекула, аминокиселините трябва да се активират. Това активиране става под действието на специални ензими.

В резултат на активирането аминокиселината става по-лабилна и се свързва с т-РНК под действието на същия ензим. Всяка аминокиселина съответства на строго специфична т-РНК, която намира „собствена“ аминокиселина и я пренася в рибозомата.

Следователно рибозомата получава различни активирани аминокиселини, свързани с техните тРНК. Рибозомата е като конвейер за сглобяване на протеинова верига от различни аминокиселини, влизащи в нея.

Едновременно с т-РНК, върху която "седи" собствената аминокиселина, в рибозомата постъпва "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 синтеза на протеини не се осъществява директно, а с помощта на специален посредник - матрична или информационна РНК (mRNA или mRNA), която се синтезира в ядрото под въздействието на ДНК, поради което нейният състав отразява състав на ДНК. Молекулата на РНК е, така да се каже, отливка от формата на ДНК. Синтезираната иРНК навлиза в рибозомата и като че ли предава на тази структура план - в какъв ред трябва да се свържат активираните аминокиселини, попаднали 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 иРНК навлиза в рибозомата и я зашива. Този участък от него, който в момента се намира в рибозомата, дефиниран от кодон (триплет), взаимодейства по напълно специфичен начин с триплет (антикодон), подходящ за неговата структура в трансферната РНК, която е довела аминокиселината в рибозомата.

Трансферната РНК със своята аминокиселина се доближава до специфичен кодон на i-RNA и се свързва с него; друга t-РНК с различна аминокиселина се присъединява към следващата, съседна секция на i-RNA и така нататък, докато се прочете цялата верига на i-RNA, докато всички аминокиселини се нанижат в подходящия ред, образувайки протеинова молекула.

И t-RNA, която доставя аминокиселината до определено място на полипептидната верига, се освобождава от своята аминокиселина и напуска рибозомата. нуклеинов ген на матрична клетка

След това отново в цитоплазмата желаната аминокиселина може да се присъедини към нея и тя отново ще я прехвърли към рибозомата.

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

Основните етапи на трансфера на генетична информация:

синтез върху ДНК като върху i-RNA шаблон (транскрипция)

синтез в рибозомите на полипептидната верига по програмата, съдържаща се в i-RNA (транслация).

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

При еукариотите транскрипцията 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 в цитоплазмата РНК се транспортира до мястото на протеиновия синтез - рибозомите. Едва след това идва следващият етап – преводът.

При прокариотите транскрипцията и транслацията се извършват едновременно.

По този начин мястото на синтез на протеини и всички ензими в клетката са рибозомите - те са като че ли "фабрики" на протеина, сякаш монтажен цех, където всички материали, необходими за сглобяването на полипептидната верига на протеина от аминокиселини идват. Естеството на синтезирания протеин зависи от структурата на i-RNA, от реда на нуклеоидите в нея, а структурата на i-RNA отразява структурата на ДНК, така че в крайна сметка специфичната структура на протеин, т.е. редът, в който са подредени различните аминокиселини в него, зависи от реда на подреждане на нуклеоидите в ДНК, от структурата на ДНК.

Посочената теория за биосинтезата на протеини беше наречена матрична теория. Тази теория се нарича матрична, защото нуклеиновите киселини играят, така да се каже, ролята на матрици, в които се записва цялата информация относно последователността на аминокиселинните остатъци в протеиновата молекула.

Създаването на матричната теория за биосинтезата на протеини и дешифрирането на аминокиселинния код е най-голямото научно постижение на 20 век, най-важната стъпка към изясняване на молекулярния механизъм на наследствеността.

Алгоритъм за решаване на задачи.

Тип 1. Самокопираща се ДНК. Една от ДНК веригите има следната последователност от нуклеотиди: AGTACCGATACCTCGATTTACG... Каква нуклеотидна последователност има втората верига на същата молекула? За да напишете нуклеотидната последователност на втората верига на ДНК молекула, когато последователността на първата верига е известна, е достатъчно да замените тимина с аденин, аденина с тимин, гуанина с цитозин и цитозина с гуанин. След като направим такава замяна, получаваме последователността: TACCTGGCTATGAGCCTAAATG... Тип 2. Кодиране на протеин. Аминокиселинната верига на протеина рибонуклеаза има следното начало: лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин... От каква последователност от нуклеотиди започва генът, съответстващ на този протеин? За да направите това, използвайте таблицата на генетичния код. За всяка аминокиселина намираме нейното кодово обозначение под формата на съответната тройка нуклеотиди и го изписваме. Подреждайки тези триплети един след друг в същия ред, в който вървят съответните аминокиселини, получаваме формулата за структурата на участъка на информационната РНК. По правило има няколко такива тройки, изборът се прави според вашето решение (но се взема само една от тройките). Възможно е да има няколко решения, съответно. AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG Тип 3. Декодиране на ДНК молекули. С каква аминокиселинна последователност започва протеинът, ако е кодиран от такава нуклеотидна последователност: ACGCCCATGGCCGGT ... По принципа на комплементарността намираме структурата на информационния РНК сайт, образуван върху този сегмент на ДНК молекулата: UGCGGGUACCCGGCCA . .. След това се обръщаме към таблицата на генетичния код и за всяка тройка нуклеотиди, започвайки от първата, намираме и изписваме съответната аминокиселина: цистеин-глицин-тирозин-аргинин-пролин-...

2. Реферат по биология в 10 "А" клас на тема: Биосинтеза на протеини

Цел: Да се ​​запознаят с процесите на транскрипция и транслация.

Образователни. Въведете понятията ген, триплет, кодон, ДНК код, транскрипция и транслация, обяснете същността на процеса на биосинтеза на протеини.

Развиване. Развитие на вниманието, паметта, логическото мислене. Обучение на пространственото въображение.

Образователни. Възпитаване на култура на работа в класната стая, уважение към труда на другите.

Оборудване: Дъска, таблици за биосинтеза на протеини, магнитна дъска, динамичен модел.

Литература: учебници Ю.И. Полянски, Д.К. Беляева, А.О. Рувински; "Основи на цитологията" O.G. Машанова, "Биология" V.N. Яригина, "Гени и геноми" Сингер и Берг, училищна тетрадка, изучава Н. Д. Лисова. Помагало за 10 клас "Биология".

Методи и методически похвати: разказ с елементи на разговор, демонстрация, тестване.

Последователността на реакциите на матрицата по време на биосинтеза на протеин може да бъде представена като диаграма:

Опция 1

1. Генетичният код е

а) система за записване на реда на аминокиселините в протеин с помощта на ДНК нуклеотиди

б) участък от ДНК молекула от 3 съседни нуклеотида, отговорен за определянето на специфична аминокиселина в протеинова молекула

в) свойството на организмите да предават генетична информация от родители на потомство

г) единица за разчитане на генетична информация

40. Всяка аминокиселина е кодирана от три нуклеотида - това е

а) специфичност

б) тройка

в) дегенерация

г) без припокриване

41. Аминокиселините са криптирани от повече от един кодон - това е

а) специфичност

б) тройка

в) дегенерация

г) без припокриване

42. При еукариотите един нуклеотид е част само от един кодон - това е

а) специфичност

б) тройка

в) дегенерация

г) без припокриване

43. Всички живи организми на нашата планета имат един и същ генетичен код - това е

а) специфичност

б) универсалност

в) дегенерация

г) без припокриване

44. Разделянето на три нуклеотида на кодони е чисто функционално и съществува само по време на процеса на транслация

а) код без запетаи

б) тройка

в) дегенерация

г) без припокриване

45. Броят на сетивните кодони в генетичния код

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Изследването на структурата на еукариотния ген, последователността на аминокиселините в протеиновата молекула. Анализ на реакцията на матричен синтез, процеса на самоудвояване на ДНК молекулата, протеиновия синтез върху матрицата на i-RNA. Преглед на химичните реакции, протичащи в клетките на живите организми.

презентация, добавена на 26.03.2012 г


Основните видове нуклеинови киселини. Структурата и характеристиките на тяхната структура. Значението на нуклеиновите киселини за всички живи организми. Синтез на протеини в клетката. Съхранение, пренос и наследяване на информация за структурата на протеиновите молекули. Структурата на ДНК.

презентация, добавена на 19.12.2014 г


Дефиниране на понятието и описание на общите характеристики на транслацията като процес на синтез на протеини според матрицата на РНК, осъществяван в рибозоми. Схематично представяне на синтеза на рибозома при еукариоти. Определяне на конюгиране на транскрипция и транслация при прокариоти.

презентация, добавена на 14.04.2014 г


Първични, вторични и третични структури на ДНК. Свойства на генетичния код. Историята на откриването на нуклеиновите киселини, техните биохимични и физико-химични свойства. Матрична, рибозомна, трансферна РНК. Процесът на репликация, транскрипция и транслация.

резюме, добавено на 19.05.2015 г


Същност, състав на нуклеотидите, техните физични характеристики. Механизмът на редупликация на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК), нейната транскрипция с прехвърляне на наследствена информация към РНК и механизмът на транслация - протеинов синтез, насочен от тази информация.

резюме, добавено на 12/11/2009


Характеристики на приложението на метода на ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) за изследване на нуклеинови киселини, полизахариди и липиди. ЯМР изследване на комплекси от нуклеинови киселини с протеини и биологични мембрани. Състав и структура на полизахаридите.

курсова работа, добавена на 26.08.2009 г


Нуклеотидите като мономери на нуклеиновите киселини, техните функции в клетката и методи на изследване. Азотни основи, които не са част от нуклеиновите киселини. Структурата и формите на дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК). Видове и функции на рибонуклеиновите киселини (РНК).

презентация, добавена на 14.04.2014 г


История на изследването на нуклеиновите киселини. Състав, структура и свойства на дезоксирибонуклеиновата киселина. Разбиране на гена и генетичния код. Изучаване на мутациите и техните последствия по отношение на организма. Откриване на нуклеинови киселини в растителни клетки.

тест, добавен на 18.03.2012 г


Информация за нуклеиновите киселини, историята на тяхното откриване и разпространение в природата. Структурата на нуклеиновите киселини, номенклатурата на нуклеотидите. Функции на нуклеиновите киселини (дезоксирибонуклеинова - ДНК, рибонуклеинова - РНК). Първична и вторична структура на ДНК.

резюме, добавено на 26.11.2014 г


Обща характеристика на клетката: форма, химичен състав, разлики между еукариоти и прокариоти. Характеристики на структурата на клетките на различни организми. Вътреклетъчно движение на клетъчната цитоплазма, метаболизъм. Функции на липидите, въглехидратите, протеините и нуклеиновите киселини.