Решаване на задачи по обща биология. Реакции на матричен синтез: репликация, транскрипция, транслация

Какви реакции, протичащи в клетката, се наричат ​​реакции на матричен синтез? Каква е матрицата на подобни реакции?

Матричният синтез е специфична характеристика на живите организми. Матрица - образец, по който се формира копие. Матричен синтез - синтез по матрица. Реакциите на матричен синтез осигуряват точната последователност на мономерите за създаване на полимери.

Реакциите на матричен синтез, протичащи в клетката, включват реакции на дублиране на ДНК, синтез на РНК и синтез на протеини. Шаблонът е ДНК в синтеза на иРНК и ДНК или РНК в протеиновия синтез. Мономерите на шаблонния синтез са нуклеотиди и аминокиселини. Мономерите се фиксират върху матрицата съгласно принципа на комплементарност, омрежват се и след това се изхвърлят от матрицата. Реакциите на матричен синтез са в основата на възпроизвеждането на техния собствен вид.

Какви реакции, протичащи в клетката, се наричат ​​реакции на матричен синтез? Каква е матрицата на подобни реакции?

Тази страница търси:

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

Матричният синтез е образуването на биополимер, последователността на връзките в който се определя от първичната структура на друга молекула. Последният, така да се каже, играе ролята на матрица, която "диктува" желания ред на сглобяване на веригата. В живите клетки са известни три биосинтетични процеса, базирани на този механизъм.

Какви молекули се синтезират на базата на матрицата

Реакциите на матричен синтез включват:

• репликация - удвояване на генетичен материал;
• транскрипция - синтез на рибонуклеинови киселини;
• превод - производството на протеинови молекули.

Репликацията е трансформация на една ДНК молекула в две идентични една на друга, което е от голямо значение за жизнения цикъл на клетките (митоза, мейоза, удвояване на плазмид, делене на бактериална клетка и др.). Много процеси се основават на "умножаването" на генетичен материал, а матричният синтез ви позволява да пресъздадете точно копие на всяка ДНК молекула.

Транскрипцията и транслацията са два етапа в изпълнението на генома. В този случай наследствената информация, записана в ДНК, се превръща в специфичен протеинов набор, от който зависи фенотипът на организма. Този механизъм се нарича ДНК-РНК-протеинов път и е една от централните догми на молекулярната биология.

Изпълнението на този принцип се постига с помощта на матричен синтез, който съпоставя процеса на образуване на нова молекула с "оригиналната проба". В основата на такова конюгиране е основният принцип на взаимното допълване.

Основни аспекти на синтеза на молекули на базата на матрица

Информация за структурата на синтезираната молекула се съдържа в последователността от връзки на самата матрица, към всяка от които е избран съответният елемент от "дъщерната" верига. Ако химическата природа на синтезираните и шаблонните молекули е една и съща (ДНК-ДНК или ДНК-РНК), тогава конюгирането става директно, тъй като всеки нуклеотид има двойка, с която може да се свърже.

Протеиновият синтез изисква медиатор, една част от който взаимодейства с матрицата чрез механизма на нуклеотидното съответствие, а другата част свързва протеинови единици. По този начин принципът на нуклеотидната комплементарност също работи в този случай, въпреки че не свързва директно връзките на матрицата и синтезираните вериги.

Етапи на синтез

Всички процеси на матричен синтез са разделени на три етапа:

• инициация (начало);
• удължение;
• прекратяване (край).

Инициирането е подготовка за синтез, чийто характер зависи от вида на процеса. Основната цел на този етап е да се приведе в работно състояние системата ензим-субстрат.

По време на удължаването синтезираната верига се удължава директно, при което ковалентна връзка (пептид или фосфодиестер) се затваря между връзките, избрани според матричната последователност. Прекратяването спира синтеза и освобождава продукта.

Ролята на комплементарността в механизма на матричен синтез

Принципът на комплементарност се основава на селективното съответствие на азотните основи на нуклеотидите един към друг. Така че само тимин или урацил (двойна връзка) е подходящ като двойка за аденин и цитозин (3 тройна връзка) за гуанин.

В процеса на синтез на нуклеинови киселини комплементарните нуклеотиди се свързват с единиците на едноверижен шаблон, подреждайки се в определена последователност. По този начин, въз основа на AACGTT ДНК региона, само TTGCAA може да бъде получен по време на репликация и UUGCAA по време на транскрипция.

Както беше отбелязано по-горе, протеиновият синтез се осъществява с участието на посредник. Тази роля се изпълнява от трансферна РНК, която има място за свързване на аминокиселина и нуклеотиден триплет (антикодон), предназначен да се свързва с информационната РНК.

В този случай комплементарният подбор се извършва не от един, а от три нуклеотида. Тъй като всяка аминокиселина е специфична само за един тип тРНК, а антикодонът съответства на специфичен триплет в РНК, протеинът се синтезира със специфична последователност от връзки, която е вградена в генома.

Как работи репликацията?

Синтезът на матричната ДНК се осъществява с участието на много ензими и спомагателни протеини. Ключовите компоненти са:

• ДНК хеликаза - развива двойната спирала, разрушава връзките между веригите на молекулата;
• ДНК лигаза - "зашива" празнини между фрагментите на Оказаки;
• примаза - синтезира праймера, необходим за работата на ДНК-синтезиращия фрагмент;
• SSB протеини - стабилизират едноверижни фрагменти от неусукана ДНК;
• ДНК полимерази - синтезират дъщерна шаблонна верига.

Протеините хеликаза, праймаза и SSB поставят началото на синтеза. В резултат всяка от веригите на оригиналната молекула се превръща в матрица. Синтезът се извършва с огромна скорост (от 50 нуклеотида в секунда).

Работата на ДНК полимеразата се извършва в посока от 5' към 3' края. Поради това на една от веригите (водеща) синтезът се извършва в хода на размотаване и непрекъснато, а на другата (изоставаща) - в обратна посока и на отделни фрагменти, наречени "Оказаки".

Y-образната структура, образувана на мястото на размотаване на ДНК, се нарича репликационна вилка.

Механизъм на транскрипция

Ключовият транскрипционен ензим е РНК полимераза. Последният е от няколко вида и се различава по структура при прокариотите и еукариотите. Механизмът на неговото действие обаче е еднакъв навсякъде и се състои в изграждането на верига от комплементарно избрани рибонуклеотиди със затваряне на фосфодиестерна връзка между тях.

Шаблонната молекула за този процес е ДНК. На негова основа могат да се създават различни видове РНК, а не само информационни, които се използват в протеиновия синтез.

Мястото на матрицата, от което се "отписва" РНК последователността, се нарича транскрипция. Съдържа промотор (място за прикрепване на РНК полимераза) и терминатор, при който синтезът спира.

Излъчване

Синтезът на матричен протеин както при прокариотите, така и при еукариотите се осъществява в специализирани органели - рибозоми. Последните се състоят от две субединици, едната от които (малка) служи за свързване на тРНК и информационна РНК, а другата (голяма) участва в образуването на пептидни връзки.

Началото на транслацията се предшества от активирането на аминокиселините, т.е. тяхното прикрепване към съответната транспортна РНК с образуването на макроергична връзка, благодарение на енергията на която впоследствие протичат реакции на транспептидация (прикрепване към веригата на следващата връзка). извършено.

Протеинови фактори и GTP също участват в процеса на синтез. Енергията на последния е необходима за придвижване на рибозомата по шаблонната верига на РНК.

Третична структура на РНК

Вторична структура на РНК

Молекулата на рибонуклеиновата киселина е изградена от една полинуклеотидна верига. Отделни участъци от веригата на РНК образуват спирализирани бримки - "фиби", дължащи се на водородни връзки между комплементарните азотни бази A-U и G-C. Секциите на РНК веригата в такива спирални структури са антипаралелни, но не винаги напълно комплементарни; те съдържат несдвоени нуклеотидни остатъци или дори едноверижни бримки, които не се вписват в двойната спирала. Наличието на спираловидни участъци е характерно за всички видове РНК.

Едноверижните РНК се характеризират с компактна и подредена третична структура, която възниква от взаимодействието на спираловидни елементи на вторичната структура. По този начин е възможно да се образуват допълнителни водородни връзки между нуклеотидни остатъци, които са достатъчно отдалечени един от друг, или връзки между ОН групи от рибозни остатъци и бази. Третичната структура на РНК се стабилизира от двувалентни метални йони, като Mg 2+ йони, които се свързват не само с фосфатни групи, но и с бази.

По време на реакциите на матричен синтез се образуват полимери, чиято структура се определя изцяло от структурата на матрицата. Реакциите на матричен синтез се основават на комплементарни взаимодействия между нуклеотиди.

Репликация (редупликация, удвояване на ДНК)

Матрица- майчина ДНК верига
Продукт- новосинтезирана верига от дъщерна ДНК
взаимно допълванемежду нуклеотидите на родителската и дъщерната верига на ДНК

Двойната спирала на ДНК се развива в две единични вериги, след което ензимът ДНК полимераза завършва всяка отделна верига до двойна верига според принципа на комплементарността.

Транскрипция (синтез на РНК)

Матрица- кодираща верига на ДНК
Продукт– РНК
взаимно допълванемежду cDNA и RNA нуклеотиди

В определен участък от ДНК водородните връзки се разкъсват, което води до две единични вериги. Върху една от тях, по принципа на комплементарността, се изгражда иРНК. След това се отделя и отива в цитоплазмата, а ДНК веригите отново се свързват една с друга.

Превод (протеинов синтез)

Матрица– иРНК
Продукт- протеини
взаимно допълванемежду нуклеотидите на тРНК кодони и нуклеотиди на антикодони на тРНК, носещи аминокиселини

Вътре в рибозомата tRNA антикодони са прикрепени към mRNA кодони според принципа на комплементарност. Рибозомата комбинира аминокиселините, донесени от tRNA, за да образува протеин.

7. Образуване на полипептидна верига от последователно доставени до тРНКвъзниква тРНК със съответните аминокиселини върху рибозомите(фиг. 3.9).

Рибозомиса нуклеопротеинови структури, които включват три вида рРНК и повече от 50 специфични рибозомни протеини. Рибозомисъставен от малки и големи субединици. Започването на синтеза на полипептидната верига започва с прикрепването на малката субединица на рибозомата към мястото на свързване на тРНКи винаги протича с участието на специален тип метионинова тРНК, която се свързва с AUG метиониновия кодон и се прикрепя към т.нар. голяма субединица на рибозомата.

Ориз. 3.9. Синтез на полипептидна верига върху рибозомаПоказани са също транскрипцията на иРНК и прехвърлянето й през ядрената мембрана в цитоплазмата на клетката.

Следващия иРНК кодон, разположен след AUG-иницииращия кодон, попада в А-мястото на голямата субединица рибозоми, където е "заместен" за взаимодействие с амино-ацил-тРНК, която има съответния антикодон. След като подходяща тРНК се свърже с иРНК кодона, разположен в А-мястото, се образува пептидна връзка с помощта на пептидил трансфераза, която е част от голямата субединица на рибозомата, и аминоацил-тРНК се превръща в пептидил-тРНК. Това кара рибозомата да напредне с един кодон, да премести образуваната пептидил-тРНК към мястото на Р и да освободи мястото А, което заема следващия по ред иРНК кодон, готов да се свърже с аминоацил-тРНК, която има подходящ антикодон (фиг. 3.10).

Налице е растеж на полипептидната верига поради многократно повторение на описания процес. Рибозомадвижещ се по протежение на иРНК, освобождавайки своя начален сайт. На иницииращото място се сглобява следващият активен рибозомален комплекс и започва синтеза на нова полипептидна верига. По този начин няколко активни рибозоми могат да се присъединят към една иРНК молекула, за да образуват полизома. Синтезът на полипептида продължава, докато един от трите стоп кодона се намери в А мястото. Стоп кодонът се разпознава от специализиран терминиращ протеин, който прекратява синтеза и улеснява отделянето на полипептидната верига от рибозомата и от тРНК.

Ориз. 3.10. Синтез на полипептидна верига върху рибозома. Подробна схема на добавянето на нова аминокиселина към нарастващата полипептидна верига и участието в този процес на А и Р областите на голямата субединица на рибозомата.

Рибозома и иРНКсъщо прекъсват връзката и са готови да започнат нов синтез на полипептидната верига (виж фиг. 3.9). Остава само да припомним, че протеините са основните молекули, които осигуряват жизнената активност на клетката и организма. Те са ензими, които осигуряват целия най-сложен метаболизъм, и структурни протеини, които изграждат скелета на клетката и образуват междуклетъчното вещество, и транспортни протеини на много вещества в тялото, като хемоглобин, който транспортира кислород и протеинови канали, които осигуряват проникване в клетката и отстраняване на различни съединения.

а) Върху рибозомите на гранулирания ER се синтезират протеини, които след това се

Или се отстраняват от клетката (експортни протеини),
или са част от определени мембранни структури (собствена мембрана, лизозоми и др.).

б) В същото време пептидната верига, синтезирана върху рибозомата, прониква с водещия си край през мембраната в кухината на ER, където след това се появява целият протеин и се образува неговата третична структура.

2. Тук (в лумена на резервоарите на EPS) започва модификацията на протеините - свързването им с въглехидрати или други компоненти.

8. Механизми на клетъчното делене.

1. Дублиране на ДНК

2. Синтез на рРНК

3. синтез на нишесте от глюкоза

4. протеинов синтез в рибозомите

3. Генотипът е

1. набор от гени в половите хромозоми

2. набор от гени в една хромозома

3. набор от гени в диплоиден набор от хромозоми

4. набор от гени на X хромозомата

4. При хората свързан с пола рецесивен алел е отговорен за хемофилията. Когато жената е носител на алела на хемофилията и здравият мъж е женен

1. Вероятността за раждане на момчета и момичета с хемофилия е 50%

2. 50% от момчетата ще бъдат засегнати и всички момичета ще бъдат носители

3. 50% от момчетата ще бъдат болни и 50% от момичетата ще бъдат носители

4. 50% от момичетата ще бъдат болни, а всички момчета ще бъдат носители

5. Унаследяването, свързано с пола, е унаследяването на черти, които винаги са

1. появяват се само при мъже

2. появяват се само в полово зрели организми

3. определя се от гени, разположени на половите хромозоми

4. са вторични полови белези

В човека

1. 23 групи съединители

2. 46 групи съединители

3. една група съединители

4. 92 групи съединител

Носители на гена за цветна слепота, при които болестта не се проявява, могат да бъдат

1. само за жени

2. само мъже

3. както жените, така и мъжете

4. само жени с набор от полови хромозоми XO

В човешкия плод

1. са положени хорда, коремна нервна верига и хрилни дъги

2. хорда, хрилни дъги и опашка са положени

3. хорда и коремна нервна верига са положени

4. вентралната нервна верига и опашката са положени

В човешкия плод кислородът навлиза в кръвта през

1. хрилни цепки

4. пъпна връв

Методът за изследване на близнаци се провежда от

1. пресичане

2. Родословни изследвания

3. наблюдения на обектите на изследване

4. изкуствена мутагенеза

8) Основи на имунологията

1. Антителата са

1. фагоцитни клетки

2. белтъчни молекули

3. лимфоцити

4. клетки на микроорганизми, които заразяват хората

Ако има риск от инфекция с тетанус (например, когато раните са замърсени с пръст), на човек се прилага антитетаничен серум. Съдържа

1. протеини-антитела

2. отслабени тетанусни бактерии

3. антибиотици

4. антигени на тетанусни бактерии

Майчиното мляко осигурява имунитет на детето поради

1. макронутриенти

2. млечнокисели бактерии

3. микроелементи

4. антитела

Навлиза в лимфните капиляри

1. лимфа от лимфните пътища

2. кръв от артериите

3. кръв от вените

4. междуклетъчна течност от тъкани

Фагоцитните клетки присъстват при хората

1. в повечето тъкани и органи на тялото

2. само в лимфните съдове и възли

3. само в кръвоносните съдове

4. само в кръвоносната и лимфната система

6. Кой от изброените процеси в човешкия организъм синтезира АТФ?

1. разграждане на протеини до аминокиселини

2. разграждане на гликоген до глюкоза

3. разграждане на мазнините до глицерол и мастни киселини

4. безкислородно окисление на глюкоза (гликолиза)

7. Според физиологичната си роля повечето витамини са

1. ензими

2. активатори (кофактори) на ензими

3. важен източник на енергия за тялото

4. хормони

Нарушаването на зрението в здрач и сухотата на роговицата на очите може да е признак на дефицит на витамин.

По време на реакциите на матричен синтез се образуват полимери, чиято структура се определя изцяло от структурата на матрицата. Реакциите на матричен синтез се основават на комплементарни взаимодействия между нуклеотиди.

Репликация (редупликация, дублиране на ДНК).

Матрица - родителската верига на ДНК
Продуктът е новосинтезирана верига от дъщерна ДНК
Комплементарност между нуклеотидите на родителската и дъщерната верига на ДНК.

Двойната спирала на ДНК се развива в две единични вериги, след което ензимът ДНК полимераза завършва всяка отделна верига до двойна верига според принципа на комплементарността.

Транскрипция (синтез на РНК).

Шаблон - кодираща верига на ДНК
Продуктът е РНК
Комплементарност между cDNA и RNA нуклеотиди.

В определен участък от ДНК водородните връзки се разкъсват, което води до две единични вериги. Върху една от тях, по принципа на комплементарността, се изгражда иРНК. След това се отделя и отива в цитоплазмата, а ДНК веригите отново се свързват една с друга.

Транслация (синтез на протеини).

Матрица - иРНК
Продуктът е протеинов
Комплементарност между mRNA кодон нуклеотиди и tRNA антикодон нуклеотиди, които носят аминокиселини.

Вътре в рибозомата tRNA антикодони са прикрепени към mRNA кодони според принципа на комплементарност. Рибозомата комбинира аминокиселините, донесени от tRNA, за да образува протеин.

Етапи на биосинтеза на протеини при прокариоти и еукариоти.

При прокариотите протеиновият синтез протича на 2 етапа:

1) транскрипция, продуктът на тази реакция е иРНК;

2) транслация, продуктът на тази реакция е полипептид.

Тези етапи могат да се появят едновременно, тъй като в клетката няма ядрена мембрана.

Процесът на синтез на протеини при еукариотите включва 3 етапа:

1) транскрипцияДНК в про-иРНК (продукт: про-иРНК);

2) обработка -превръщане на про-иРНК в зряла иРНК;

3) излъчванеиРНК в полипептид.

В някои случаи, за да се получи активен протеин, е необходима неговата химическа трансформация, която се нарича посттранслационна модификация.

Концепцията за транскрипция. Структурни особености на транскрипцията при прокариоти и еукариоти.

Генът заедно с неговите спомагателни области се нарича транскрипцияследователно транскриптонът е най-малката функционална единица на генома.

Типичната транскрипция съдържа: промоутър- сигнал за начало на транскрипция, към който се прикрепя ензима РНК полимераза; Терминатор– сигнал за терминиране на транскрипция; регулаторната зона оператор, към кои контролни протеини са прикрепени активатори или репресори (съответно улесняват и блокират транскрипцията); структурен ген.

Транскрипционна структура на прокариоти.При прокариотите транскрипцията съдържа две области: регулаторени структурен. Тези площи представляват съответно 10% и 90%. Регулаторният регион съдържа промотор, оператор и терминатор. Един структурен регион може да бъде представен от един или повече структурни гени. В последния случай те са разделени от безсмислени зони - разделители. Тази транскрипция се нарича оперон.

При еукариоттранскрипцията също съдържа регулаторени структуренобласти, чийто относителен дял, за разлика от прокариотите, е 90% и 10%. Регулаторният регион включва няколко промотора, оператори и терминатори. Структурните гени могат да бъдат разположени в различни части на една и съща хромозома или дори в различни хромозоми. Структурна област на транскрипция има прекъсващ(мозаечна) структура: области, които носят информация за последователността на аминокиселините в протеин (кодиране или екзони) осеяни с некодиращи фрагменти ( интрони). Броят на интроните в различните организми варира, но като правило общата дължина на интроните надвишава общата дължина на екзоните.

транскрипционни механизми.

Транскрипция- това е процесът на копиране на част от ДНК под формата на нейната комплементарна про-иРНК (прекурсор на иРНК), възниква в клетъчното ядро. Започва с прикрепването на ензима РНК полимераза към промотор. ДНК в определен участък се развива, водородните връзки между 2 нуклеотидни вериги се разкъсват, което води до образуването на 2 отделни полинуклеотидни вериги. Към тях се прикрепват свободни нуклеотиди на принципа на комплементарност от кариолимфата. Ензимът продължава да добавя нуклеотиди, докато достигне терминаторните кодони. След завършване на транскрипцията ДНК възстановява първоначалната си двойноверижна структура и про-тРНК се транспортират в цитоплазмата.