Rješavanje zadataka iz opće biologije. Reakcije matrične sinteze: replikacija, transkripcija, translacija

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji nazivaju se reakcijama sinteze matriksa? Koja je matrica takvih reakcija?

Matrična sinteza je specifičnost živih organizama. Matrica - uzorak pomoću kojeg se formira kopija. Matrična sinteza - sinteza po matrici. Reakcije matrične sinteze osiguravaju tačan slijed monomera za stvaranje polimera.

Reakcije sinteze matriksa koje se dešavaju u ćeliji uključuju reakcije duplikacije DNK, sintezu RNK i sintezu proteina. Šablon je DNK u sintezi mRNA i DNK ili RNK u sintezi proteina. Monomeri šablonske sinteze su nukleotidi i aminokiseline. Monomeri se fiksiraju na matricu prema principu komplementarnosti, umrežavaju se i potom odbacuju iz matrice. Reakcije sinteze matrice su osnova za reprodukciju svoje vrste.

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji nazivaju se reakcijama sinteze matriksa? Koja je matrica takvih reakcija?

Ova stranica je tražila:

• monomeri reakcija sinteze matriksa u ćeliji su
• Reakcije sinteze matrice uključuju
• koje su reakcije povezane s reakcijama sinteze matrice

Matrična sinteza je formiranje biopolimera, redoslijed veza u kojem je određen primarnom strukturom drugog molekula. Potonji, takoreći, igra ulogu matrice koja "diktira" željeni redoslijed sklapanja lanca. U živim ćelijama poznata su tri biosintetska procesa zasnovana na ovom mehanizmu.

Koji se molekuli sintetiziraju na osnovu matrice

Reakcije sinteze matrice uključuju:

• replikacija - udvostručavanje genetskog materijala;
• transkripcija - sinteza ribonukleinskih kiselina;
• translacija - proizvodnja proteinskih molekula.

Replikacija je transformacija jednog molekula DNK u dva međusobno identična, što je od velikog značaja za životni ciklus ćelija (mitoza, mejoza, udvostručenje plazmida, deoba bakterijske ćelije itd.). Mnogi procesi se temelje na "reproduciranju" genetskog materijala, a matrična sinteza vam omogućava da ponovo stvorite tačnu kopiju bilo kojeg molekula DNK.

Transkripcija i translacija su dvije faze u implementaciji genoma. U ovom slučaju, nasljedna informacija zabilježena u DNK pretvara se u određeni proteinski skup o kojem ovisi fenotip organizma. Ovaj mehanizam se naziva put DNK-RNA-proteina i jedna je od centralnih dogmi molekularne biologije.

Realizacija ovog principa postiže se uz pomoć matrične sinteze, koja usklađuje proces formiranja nove molekule sa "originalnim uzorkom". Osnova takve konjugacije je osnovni princip komplementarnosti.

Glavni aspekti sinteze molekula na bazi matrice

Informacije o strukturi sintetizirane molekule sadržane su u nizu karika same matrice, za svaku od kojih je odabran odgovarajući element lanca "ćerke". Ako su kemijska priroda sintetiziranih i šablonskih molekula ista (DNK-DNK ili DNK-RNA), tada dolazi do konjugacije direktno, budući da svaki nukleotid ima par s kojim se može vezati.

Za sintezu proteina potreban je posrednik, čiji jedan dio stupa u interakciju sa šablonom nukleotidnim korespondentnim mehanizmom, dok drugi dio vezuje proteinske jedinice. Dakle, princip komplementarnosti nukleotida funkcioniše i u ovom slučaju, iako ne povezuje direktno karike šablona i sintetizovanih lanaca.

Faze sinteze

Svi procesi sinteze matrice podijeljeni su u tri faze:

• inicijacija (početak);
• izduženje;
• prestanak (kraj).

Inicijacija je priprema za sintezu, čija priroda zavisi od vrste procesa. Osnovni cilj ove faze je dovođenje sistema enzim-supstrat u radno stanje.

Tokom elongacije, sintetizirani lanac se direktno produžava, pri čemu se kovalentna veza (peptid ili fosfodiestar) zatvara između karika odabranih prema sekvenci matriksa. Završetak zaustavlja sintezu i oslobađa proizvod.

Uloga komplementarnosti u mehanizmu sinteze matrice

Princip komplementarnosti zasniva se na selektivnoj korespondenciji azotnih baza nukleotida jedna drugoj. Dakle, samo timin ili uracil (dvostruka veza) je pogodan kao par za adenin, a citozin (3 trostruka veza) za guanin.

U procesu sinteze nukleinske kiseline, komplementarni nukleotidi se vezuju za jedinice jednolančanog šablona, ​​nižući se u određenom nizu. Dakle, na osnovu AACGTT DNK regiona, samo TTGCAA se može dobiti tokom replikacije, a UUGCAA tokom transkripcije.

Kao što je gore navedeno, sinteza proteina se odvija uz učešće posrednika. Ovu ulogu obavlja transfer RNK, koja ima mjesto za pričvršćivanje aminokiseline i nukleotidnog tripleta (antikodon) dizajniranog da se veže za glasničku RNK.

U ovom slučaju, komplementarna selekcija se ne dešava sa jednim, već sa tri nukleotida. Pošto je svaka aminokiselina specifična samo za jednu vrstu tRNA, a antikodon odgovara specifičnom tripletu u RNK, protein se sintetiše sa specifičnim nizom veza koje je ugrađeno u genom.

Kako funkcionira replikacija?

Sinteza matrične DNK odvija se uz sudjelovanje mnogih enzima i pomoćnih proteina. Ključne komponente su:

• DNK helikaza - odmotava dvostruku spiralu, uništava veze između lanaca molekula;
• DNK ligaza - "šije" praznine između Okazaki fragmenata;
• primaza - sintetizira prajmer neophodan za rad fragmenta koji sintetiše DNK;
• SSB proteini - stabilizuju jednolančane fragmente neupletene DNK;
• DNK polimeraze - sintetiziraju kćer lanac šablona.

Helikaza, primaza i SSB proteini postavljaju pozornicu za sintezu. Kao rezultat, svaki od lanaca originalne molekule postaje matrica. Sinteza se odvija ogromnom brzinom (od 50 nukleotida u sekundi).

Rad DNK polimeraze odvija se u pravcu od 5' do 3' kraja. Zbog toga se na jednom od lanaca (vodeći) sinteza odvija u toku odvijanja i kontinuirano, a na drugom (zaostaje) - u suprotnom smjeru i u zasebnim fragmentima, nazvanim "Okazaki".

Struktura u obliku slova Y formirana na mjestu odmotavanja DNK naziva se replikacijska viljuška.

Mehanizam transkripcije

Ključni transkripcijski enzim je RNA polimeraza. Potonji je nekoliko tipova i razlikuje se po strukturi kod prokariota i eukariota. Međutim, mehanizam njegovog djelovanja je svuda isti i sastoji se u izgradnji lanca komplementarno odabranih ribonukleotida sa zatvaranjem fosfodiestarske veze između njih.

Molekul šablona za ovaj proces je DNK. Na njegovoj osnovi mogu se stvoriti različite vrste RNK, a ne samo one informativne koje se koriste u sintezi proteina.

Mjesto matrice sa kojeg je RNA sekvenca "otpisana" naziva se transkripton. Sadrži promotor (mjesto za vezivanje RNA polimeraze) i terminator na kojem se sinteza zaustavlja.

Broadcast

Sinteza matriksnog proteina i kod prokariota i kod eukariota odvija se u specijalizovanim organelama - ribosomima. Potonji se sastoje od dvije podjedinice, od kojih jedna (mala) služi za vezanje tRNA i glasničke RNK, a druga (velika) učestvuje u formiranju peptidnih veza.

Početku translacije prethodi aktivacija aminokiselina, odnosno njihovo vezivanje za odgovarajuću transportnu RNK sa formiranjem makroergijske veze, zahvaljujući čijoj energiji se naknadno odvijaju reakcije transpeptidacije (vezivanje za lanac sledeće karike). sprovedeno.

Proteinski faktori i GTP također učestvuju u procesu sinteze. Energija potonjeg je neophodna za kretanje ribozoma duž lanca šablona RNK.

Tercijarna struktura RNK

Sekundarna struktura RNK

Molekul ribonukleinske kiseline izgrađen je od jednog polinukleotidnog lanca. Odvojeni dijelovi RNA lanca formiraju spiralne petlje - "ukosnice", zbog vodikovih veza između komplementarnih azotnih baza A-U i G-C. Dijelovi RNA lanca u takvim spiralnim strukturama su antiparalelni, ali ne uvijek potpuno komplementarni; sadrže nesparene nukleotidne ostatke ili čak jednolančane petlje koje se ne uklapaju u dvostruku spiralu. Prisustvo spiraliziranih regija karakteristično je za sve vrste RNK.

Jednolančane RNK karakterizira kompaktna i uređena tercijarna struktura koja nastaje interakcijom spiralnih elemenata sekundarne strukture. Tako je moguće formirati dodatne vodikove veze između nukleotidnih ostataka koji su dovoljno udaljeni jedan od drugog, ili veze između OH grupa ostataka riboze i baza. Tercijarna struktura RNK je stabilizovana jonima dvovalentnih metala, kao što su joni Mg 2+, koji se ne vezuju samo za fosfatne grupe, već i za baze.

U reakcijama sinteze matrice nastaju polimeri čija je struktura potpuno određena strukturom matrice. Reakcije sinteze matriksa se zasnivaju na komplementarnim interakcijama između nukleotida.

Replikacija (reduplikacija, udvostručenje DNK)

Matrix- lanac DNK majke
Proizvod- novosintetizovani lanac ćerke DNK
komplementarnost između nukleotida roditeljske i kćerke lanaca DNK

Dvostruka spirala DNK se odmotava u dva jednostruka lanca, a zatim enzim DNK polimeraze dovršava svaki pojedinačni lanac u dvostruki lanac prema principu komplementarnosti.

Transkripcija (sinteza RNK)

Matrix- kodirajući lanac DNK
Proizvod– RNK
komplementarnost između cDNK i RNA nukleotida

U određenom dijelu DNK, vodonične veze su prekinute, što rezultira dva pojedinačna lanca. Na jednom od njih, po principu komplementarnosti, izgrađena je mRNA. Zatim se odvaja i odlazi u citoplazmu, a lanci DNK se ponovo povezuju jedan s drugim.

Prevođenje (sinteza proteina)

Matrix– mRNA
Proizvod- proteina
komplementarnost između nukleotida kodona mRNA i nukleotida antikodona tRNA koji donose aminokiseline

Unutar ribozoma, tRNA antikodoni su vezani za mRNA kodone prema principu komplementarnosti. Ribosom kombinuje aminokiseline koje donosi tRNA da bi formirao protein.

7. Formiranje polipeptidnog lanca od sekvencijalno dostavljenog do mRNA javlja se tRNA sa odgovarajućim aminokiselinama na ribozomima(Sl. 3.9).

Ribosomi su nukleoproteinske strukture koje uključuju tri tipa rRNA i više od 50 specifičnih ribosomalnih proteina. Ribosomi sastavljena od malih i velikih podjedinica. Započinjanje sinteze polipeptidnog lanca počinje vezivanjem male podjedinice ribozoma na mjesto vezivanja na mRNA i uvijek se javlja uz učešće posebne vrste metioninske tRNA, koja se veže za kodon AUG metionina i veže za tzv. velika podjedinica ribozoma.

Rice. 3.9. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu Prikazana je i transkripcija mRNA i njen prijenos kroz nuklearnu membranu u citoplazmu stanice.

Sljedeći mRNA kodon, koji se nalazi nakon kodona koji inicira AUG, pada na A-mjesto velike podjedinice ribozomi, gdje je "zamijenjen" za interakciju s amino-acil-tRNA koja ima odgovarajući antikodon. Nakon što se odgovarajuća tRNA veže za kodon mRNA koji se nalazi na A-mjestu, peptidna veza se formira pomoću peptidil transferaze, koja je dio velike podjedinice ribozoma, a aminoacil-tRNA se pretvara u peptidil-tRNA. Ovo uzrokuje da ribosom napreduje jedan kodon, premjesti formiranu peptidil-tRNA na mjesto P i oslobodi mjesto A, koje zauzima sljedeći kodon mRNA po redu, spremno za kombiniranje s aminoacil-tRNA koja ima odgovarajući antikodon ( Slika 3.10).

Dolazi do rasta polipeptidnog lanca zbog višekratnog ponavljanja opisanog procesa. Ribosom kreće se duž mRNA, objavljujući svoju početnu stranicu. Na inicijacijskom mjestu sklapa se sljedeći aktivni kompleks ribosoma i počinje sinteza novog polipeptidnog lanca. Dakle, nekoliko aktivnih ribozoma može spojiti jednu mRNA molekulu kako bi formirao polisom. Sinteza polipeptida se nastavlja sve dok se jedan od tri stop kodona ne pronađe na A mjestu. Stop kodon prepoznaje specijalizovani terminacioni protein, koji prekida sintezu i olakšava odvajanje polipeptidnog lanca od ribozoma i od mRNA.

Rice. 3.10. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu. Detaljan dijagram dodavanja nove aminokiseline rastućem polipeptidnom lancu i učešće u ovom procesu A i P regiona velike podjedinice ribosoma.

Ribosom i mRNA takođe prekinuti vezu i spremni su da započnu novu sintezu polipeptidnog lanca (videti sliku 3.9). Ostaje samo podsjetiti da su proteini glavni molekuli koji osiguravaju vitalnu aktivnost stanice i organizma. Oni su enzimi koji obezbjeđuju sav najsloženiji metabolizam, te strukturni proteini koji čine skelet ćelije i čine međućelijsku tvar, te transportni proteini mnogih tvari u tijelu, kao što je hemoglobin, koji prenosi kisik i proteinske kanale koji osiguravaju prodiranje u ćeliju i uklanjanje raznih spojeva.

a) Na ribosomima granularnog ER sintetiziraju se proteini koji se potom

Ili se uklanjaju iz ćelije (izvozni proteini),
ili su dio određenih membranskih struktura (upravne membrane, lizozoma, itd.).

b) Istovremeno, peptidni lanac sintetiziran na ribosomu prodire svojim vodećim krajem kroz membranu u šupljinu ER, gdje se tada pojavljuje cijeli protein i formira se njegova tercijarna struktura.

2. Ovde (u lumenu EPS rezervoara) počinje modifikacija proteina - njihovo vezivanje za ugljene hidrate ili druge komponente.

8. Mehanizmi diobe ćelija.

1. Duplikacija DNK

2. rRNA sinteza

3. sinteza škroba iz glukoze

4. sinteza proteina u ribosomima

3. Genotip je

1. skup gena u polnim hromozomima

2. skup gena u jednom hromozomu

3. skup gena u diploidnom setu hromozoma

4. skup gena na X hromozomu

4. Kod ljudi, recesivni alel vezan za spol odgovoran je za hemofiliju. Kada je žena nosilac alela hemofilije, a zdrav muškarac je oženjen

1. Vjerovatnoća rođenja dječaka i djevojčica sa hemofilijom je 50%

2. 50% dječaka će biti pogođeno i sve djevojčice će biti nosioci

3. 50% dječaka će biti bolesno, a 50% djevojčica će biti nosioci

4. 50% djevojčica će biti bolesno i svi dječaci će biti nosioci

5. Seksualno nasljeđivanje je nasljeđivanje osobina koje su uvijek prisutne

1. pojavljuju se samo kod muškaraca

2. pojavljuju se samo kod spolno zrelih organizama

3. određuju geni locirani na polnim hromozomima

4. su sekundarne polne karakteristike

U čoveku

1. 23 grupe kvačila

2. 46 grupa kvačila

3. jedna grupa kvačila

4. 92 grupe kvačila

Nosioci gena za sljepoću za boje, kod kojih se bolest ne manifestira, mogu biti

1. samo žene

2. samo muškarci

3. i žene i muškarci

4. samo žene sa setom XO polnih hromozoma

U ljudskom fetusu

1. položeni su tetiva, trbušni nervni lanac i škržni lukovi

2. položeni su tetiva, škržni lukovi i rep

3. položeni su tetiva i trbušni nervni lanac

4. položeni su trbušni nervni lanac i rep

U ljudskom fetusu kiseonik ulazi u krv

1. škržni prorezi

4. pupčana vrpca

Metoda blizanačkog istraživanja provodi se od

1. prelaz

2. Pedigre studije

3. zapažanja objekata proučavanja

4. umjetna mutageneza

8) Osnove imunologije

1. Antitela su

1. ćelije fagocita

2. proteinski molekuli

3. limfociti

4. ćelije mikroorganizama koje inficiraju ljude

Ako postoji opasnost od infekcije tetanusom (na primjer, kada su rane kontaminirane zemljom), osobi se daje antitetanusni serum. Sadrži

1. proteini-antitijela

2. oslabljene bakterije tetanusa

3. antibiotici

4. antigeni bakterija tetanusa

Majčino mlijeko obezbjeđuje imunitet djetetu zbog

1. makronutrijenti

2. bakterije mliječne kiseline

3. elementi u tragovima

4. antitela

Ulazi u limfne kapilare

1. limfa iz limfnih vodova

2. krv iz arterija

3. krv iz vena

4. međućelijska tečnost iz tkiva

Ćelije fagocita prisutne su kod ljudi

1. u većini tkiva i organa u tijelu

2. samo u limfnim sudovima i čvorovima

3. samo u krvnim sudovima

4. samo u cirkulatornom i limfnom sistemu

6. Koji od navedenih procesa u ljudskom tijelu sintetiše ATP?

1. razlaganje proteina na aminokiseline

2. razlaganje glikogena do glukoze

3. razlaganje masti na glicerol i masne kiseline

4. oksidacija glukoze bez kiseonika (glikoliza)

7. Prema njihovoj fiziološkoj ulozi, većina vitamina je

1. enzimi

2. aktivatori (kofaktori) enzima

3. važan izvor energije za organizam

4. hormoni

Kršenje vida u sumrak i suhoća rožnjače očiju mogu biti znak nedostatka vitamina.

U reakcijama sinteze matrice nastaju polimeri čija je struktura potpuno određena strukturom matrice. Reakcije sinteze matriksa se zasnivaju na komplementarnim interakcijama između nukleotida.

Replikacija (reduplikacija, umnožavanje DNK).

Matriks - roditeljski lanac DNK
Proizvod je novosintetizirani lanac kćerke DNK
Komplementarnost između nukleotida roditeljske i kćerke lanaca DNK.

Dvostruka spirala DNK se odmotava u dva jednostruka lanca, a zatim enzim DNK polimeraze dovršava svaki pojedinačni lanac u dvostruki lanac prema principu komplementarnosti.

Transkripcija (sinteza RNK).

Šablon - kodirajući lanac DNK
Proizvod je RNA
Komplementarnost između cDNK i RNA nukleotida.

U određenom dijelu DNK, vodonične veze su prekinute, što rezultira dva pojedinačna lanca. Na jednom od njih, po principu komplementarnosti, izgrađena je mRNA. Zatim se odvaja i odlazi u citoplazmu, a lanci DNK se ponovo povezuju jedan s drugim.

Translacija (sinteza proteina).

Matriks - mRNA
Proizvod je protein
Komplementarnost između nukleotida kodona mRNA i nukleotida antikodona tRNA koji donose aminokiseline.

Unutar ribozoma, tRNA antikodoni su vezani za mRNA kodone prema principu komplementarnosti. Ribosom kombinuje aminokiseline koje donosi tRNA da bi formirao protein.

Faze biosinteze proteina u prokariota i eukariota.

Kod prokariota, sinteza proteina se odvija u 2 faze:

1) transkripcija, proizvod ove reakcije je mRNA;

2) translacija, proizvod ove reakcije je polipeptid.

Ovi stadijumi se mogu odvijati istovremeno jer u ćeliji nema nuklearne membrane.

Proces sinteze proteina kod eukariota uključuje 3 faze:

1) transkripcija DNK u pro-mRNA (proizvod: pro-mRNA);

2) obrada - konverzija pro-mRNA u zrelu mRNA;

3) emitovanje mRNA u polipeptid.

U nekim slučajevima, da bi se dobio aktivni protein, neophodna je njegova hemijska transformacija, tzv posttranslaciona modifikacija.

Koncept transkripcije. Strukturne karakteristike transkriptona u prokariota i eukariota.

Zove se gen zajedno sa svojim akcesornim regijama transkripton stoga je transkripton najmanja funkcionalna jedinica genoma.

Tipična transkripcija sadrži: promoter- signal za početak transkripcije, na koji se veže enzim RNA polimeraza; Terminator– signal terminacije transkripcije; regulacionom području operater, za koje su vezani kontrolni proteini aktivatori ili represori (odnosno, olakšavaju i blokiraju transkripciju); strukturni gen.

Struktura transkripcije prokariota. Kod prokariota transkripcija sadrži dva regiona: regulatorni i strukturalni. Ove oblasti čine 10% odnosno 90%. Regulatorni region sadrži promotera, operatora i terminatora. Strukturna regija može biti predstavljena jednim ili više strukturnih gena. U potonjem slučaju, oni su odvojeni besmislenim područjima - odstojnicima. Ova transkripcija se zove operon.

At eukariota transkripcija takođe sadrži regulatorni i strukturalni područja čiji je relativni udio, za razliku od prokariota, 90% i 10%. Regulatorni region uključuje nekoliko promotera, operatera i terminatora. Strukturni geni mogu biti locirani na različitim dijelovima istog hromozoma ili čak na različitim hromozomima. Strukturni region transkriptona ima povremeno(mozaična) struktura: regije koje nose informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu (kodiraju ili egzoni) isprepleteni nekodirajućim fragmentima ( introni). Broj introna u različitim organizmima varira, ali, po pravilu, ukupna dužina introna premašuje ukupnu dužinu egzona.

transkripcijski mehanizmi.

Transkripcija- ovo je proces kopiranja komada DNK u obliku njegove komplementarne pro-mRNA (mRNA prekursora), koji se odvija u jezgru ćelije. Počinje vezivanjem enzima RNA polimeraze na promotor. DNK se u određenom području odmotava, vodikove veze između 2 lanca nukleotida pucaju, što rezultira stvaranjem 2 odvojena polinukleotidna lanca. Za njih su vezani slobodni nukleotidi po principu komplementarnosti iz kariolimfe. Enzim nastavlja da dodaje nukleotide sve dok ne dođe do terminatorskih kodona. Po završetku transkripcije, DNK obnavlja svoju originalnu dvolančanu strukturu, a pro-mRNA se transportuju u citoplazmu.