Každá živá buňka je schopna syntetizovat proteiny a tato schopnost je jednou z jejích nejdůležitějších a nejcharakterističtějších vlastností. Biosyntéza bílkovin probíhá se zvláštní energií během růstu a vývoje buněk. V této době jsou proteiny aktivně syntetizovány pro stavbu buněčných organel a membrán. syntetizují se enzymy. Biosyntéza proteinů je také intenzivní v mnoha dospělých buňkách, tedy těch, které dokončily růst a vývoj, například v buňkách trávicích žláz, které syntetizují enzymové proteiny (pepsin, trypsin), nebo v buňkách endokrinních žláz, které syntetizují hormonální proteiny (inzulin, tyroxin). Schopnost syntetizovat proteiny je vlastní nejen rostoucím nebo sekrečním buňkám: každá buňka neustále syntetizuje proteiny po celý svůj život, protože v průběhu normálního života jsou molekuly proteinu postupně denaturovány, jejich struktura a funkce jsou narušeny. Takto degradované proteinové molekuly jsou z buňky odstraněny. Místo toho se syntetizují nové plnohodnotné molekuly, v důsledku čehož není narušeno složení a aktivita buňky. Schopnost syntetizovat protein se dědí z buňky na buňku a je jí zachována po celý život.

Hlavní roli při určování struktury bílkovin má DNA. Samotná DNA není přímo zapojena do syntézy. DNA je obsažena v buněčném jádru a k syntéze proteinů dochází v ribozomech umístěných v cytoplazmě. DNA obsahuje a uchovává pouze informace o struktuře proteinů.

Na dlouhém řetězci DNA následuje jeden po druhém záznam informací o složení primárních struktur různých proteinů. Část DNA obsahující informace o struktuře jednoho proteinu se nazývá gen. Molekula DNA je soubor několika stovek genů.

Abychom pochopili, jak struktura DNA určuje strukturu proteinu, uveďme si příklad. Mnoho lidí ví o Morseově abecedě, pomocí které se přenášejí signály a telegramy. Podle Morseovy abecedy jsou všechna písmena abecedy označena kombinací krátkých a dlouhých signálů – teček a čárek. Písmeno A je označeno .--, B -- --. atd. Soubor symbolů se nazývá kód nebo šifra. Morseova abeceda je příklad kódu. Po obdržení telegrafní pásky s tečkami a čárkami může osoba, která zná Morseovu abecedu, snadno rozluštit, co je napsáno.

Makromolekula DNA, skládající se z několika tisíc po sobě jdoucích čtyř typů nukleotidů, je kód, který určuje strukturu řady molekul bílkovin. Stejně jako v Morseově abecedě každému písmenu odpovídá určitá kombinace teček a čárek, tak v kódu DNA každá aminokyselina odpovídá určité kombinaci teček a čárek, tak v kódu DNA každá aminokyselina odpovídá určité kombinaci sekvenčně spojené nukleotidy.

Kód DNA byl téměř úplně rozluštěn. Podstata kódu DNA je následující. Každá aminokyselina odpovídá části řetězce DNA tří sousedních nukleotidů. Například segment T-T-T odpovídá aminokyselině lysinu, segment A-C-A odpovídá cysteinu, segment C-A-A odpovídá valinu atd. atd. Předpokládejme, že v genu následují nukleotidy v tomto pořadí:

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

Po rozdělení této řady na triplety (triplety) okamžitě dešifrujeme, které aminokyseliny a v jakém pořadí následují v molekule proteinu: A-C-A - cystein; T-T-T - lysin; A-A-C - leucin; C-A-A - valin; G-G-G - prolin. Morseova abeceda obsahuje pouze dva znaky. Chcete-li označit všechna písmena, všechna čísla a interpunkční znaménka, musíte pro některá písmena nebo čísla zabrat až 5 znaků. DNA kód je jednodušší. Existují 4 různé nukleotidy. Počet možných kombinací 4 prvků po 3 je 64. Různých aminokyselin je pouze 20. Existuje tedy více než dost různých tripletů nukleotidů pro kódování všech aminokyselin.

Transkripce. Pro syntézu proteinů musí být do ribozomů dodán program syntézy, tj. informace o struktuře proteinu, zaznamenané a uložené v DNA. Pro syntézu proteinů se přesné kopie těchto informací posílají do ribozomů. Děje se tak pomocí RNA, která je syntetizována na DNA a přesně kopíruje její strukturu. Nukleotidová sekvence RNA přesně opakuje sekvenci v jednom z genových řetězců. Informace obsažené ve struktuře daného genu se tedy jakoby přepisují na RNA. Tento proces se nazývá transkripce (latinsky „přepis“ – přepisování). Z každého genu lze vytvořit libovolný počet kopií RNA. Tyto RNA, které přenášejí informace o složení proteinů do ribozomů, se nazývají informační RNA (i-RNA).

Abychom pochopili, jak lze složení a sekvenci nukleotidů v genu „přepsat“ do RNA, připomeňme si princip komplementarity, na jehož základě je dvouvláknová molekula DNA postavena. Nukleotidy jednoho řetězce určují povahu opačných nukleotidů druhého řetězce. Pokud je A na jednom řetězci, pak T je na stejné úrovni druhého řetězce a C je vždy proti G. Neexistují žádné jiné kombinace. Princip komplementarity funguje také při syntéze messenger RNA.

Proti každému nukleotidu jednoho z řetězců DNA stojí komplementární nukleotid informační RNA (v RNA je místo thymidylnukleotidu (T) uridylnukleotid (U). C rna tedy stojí proti G dna, U rna proti A dna, U rna proti T dna "A RNA. Výsledkem je, že výsledný řetězec RNA, pokud jde o složení a sekvenci svých nukleotidů, je přesnou kopií složení a sekvence nukleotidů jednoho z řetězců DNA . Molekuly messenger RNA jdou do místa, kde dochází k syntéze proteinů, tj. do ribozomů. Tam jde z cytoplazmy tok materiálu, ze kterého je protein postaven, tj. aminokyseliny. V cytoplazmě buněk se vždy tvoří aminokyseliny jako důsledek rozkladu potravinových bílkovin.

transportní RNA. Aminokyseliny nevstupují do ribozomu samy o sobě, ale jsou doprovázeny transportními RNA (t-RNA). Molekuly tRNA jsou malé - skládají se pouze ze 70-80 nukleotidových jednotek. Jejich složení a sekvence pro některé t-RNA již byly plně stanoveny. Zároveň se ukázalo, že na řadě míst řetězce t-RNA se nachází 4-7 nukleotidových jednotek, které jsou vzájemně komplementární. Přítomnost komplementárních sekvencí v molekule vede k tomu, že tyto oblasti, když se k nim dostatečně přiblíží, se k sobě přilepí v důsledku tvorby vodíkových vazeb mezi komplementárními nukleotidy. V důsledku toho se objeví složitá smyčková struktura, která svým tvarem připomíná list jetele. Na jeden z konců molekuly tRNA je připojena aminokyselina (D) a v horní části „jetelového listu“ je trojice nukleotidů (E), která kódově odpovídá této aminokyselině. Protože existuje alespoň 20 různých aminokyselin, existuje samozřejmě alespoň 20 různých tRNA: každá aminokyselina má svou vlastní tRNA.

Reakce syntézy matrice. V živých systémech se setkáváme s novým typem reakce, jako je replikace DNA nebo reakce syntézy RNA. Takové reakce jsou v neživé přírodě neznámé. Říká se jim reakce syntézy matrice.

Termín "matrice" v technologii označuje formu používanou pro odlévání mincí, medailí, typografický typ: tvrzený kov přesně reprodukuje všechny detaily formy používané pro odlévání. Syntéza matrice je jako odlévání matrice: nové molekuly jsou syntetizovány přesně podle plánu stanoveného ve struktuře již existujících molekul. Princip matrice je základem nejdůležitějších syntetických reakcí buňky, jako je syntéza nukleových kyselin a proteinů. V těchto reakcích je poskytnuta přesná, přísně specifická sekvence monomerních jednotek v syntetizovaných polymerech. Zde dochází k usměrněné kontrakci monomerů na určité místo v buňce – na molekuly, které slouží jako matrice, kde probíhá reakce. Pokud by k takovým reakcím došlo v důsledku náhodné srážky molekul, probíhaly by nekonečně pomalu. Syntéza komplexních molekul na principu matrice se provádí rychle a přesně.

Roli matrice v matricových reakcích hrají makromolekuly nukleových kyselin DNA nebo RNA. Monomerní molekuly, ze kterých je polymer syntetizován - nukleotidy nebo aminokyseliny - jsou v souladu s principem komplementarity uspořádány a fixovány na matrici v přesně definovaném, předem určeném pořadí. Poté dochází k „zesíťování“ monomerních jednotek do polymerního řetězce a hotový polymer se vysype z matrice. Poté je matrice připravena sestavit novou molekulu polymeru. Je jasné, že tak jako lze na danou formu odlít pouze jednu minci, jedno písmeno, tak lze na danou molekulu matrice „poskládat“ pouze jeden polymer.

Matricový typ reakcí je specifickým rysem chemie živých systémů. Jsou základem základní vlastnosti všeho živého – jeho schopnosti reprodukovat svůj vlastní druh.

Přenos. Informace o struktuře proteinu, zaznamenaná v i-RNA ve formě sekvence nukleotidů, se přenáší dále ve formě sekvence aminokyselin v syntetizovaném polypeptidovém řetězci. Tento proces se nazývá překlad. Abychom pochopili, jak probíhá translace v ribozomech, tedy překlad informace z řeči nukleových kyselin do řeči proteinů, přejděme k obrázku. Ribozomy na obrázku jsou znázorněny jako vejčitá tělíska, ponižující mRNA z levého konce a zahajující syntézu proteinů. Když je molekula proteinu sestavena, ribozom se plazí podél mRNA. Když se ribozom posune vpřed o 50-100 A, druhý ribozom vstupuje do mRNA ze stejného konce, který stejně jako první začíná syntézu a pohybuje se za prvním ribozomem. Poté třetí ribozom vstoupí do i-RNA, čtvrtý atd. Všechny vykonávají stejnou práci: každý syntetizuje stejný protein naprogramovaný na této i-RNA. Čím více doprava se ribozom posunul podél i-RNA, tím větší je segment molekuly proteinu „sestaven“. Když ribozom dosáhne pravého konce mRNA, syntéza je dokončena. Ribozom s výsledným proteinem opouští mRNA. Poté se rozcházejí: ribozom - na jakoukoli i-RNA (protože je schopen syntetizovat jakýkoli protein; povaha proteinu závisí na matrici), molekula proteinu - do endoplazmatického retikula a pohybuje se podél něj do té části buňky, kde je tento typ proteinu vyžadován. Po krátké době dokončí svou práci druhý ribozom, pak třetí atd. A z levého konce mRNA do ní vstupují další a další ribozomy a syntéza proteinů probíhá nepřetržitě. Počet ribozomů, které se hodí současně na molekulu mRNA, závisí na délce mRNA. Na molekulu i-RNA, která programuje syntézu hemoglobinového proteinu a je dlouhá asi 1500 A, se tedy vejde až pět ribozomů (průměr ribozomu je přibližně rovný 230 A). Skupina ribozomů umístěných současně na stejné molekule mRNA se nazývá polyribozom.

Nyní se podívejme podrobněji na mechanismus ribozomu. Ribozom je během svého pohybu podél mRNA v každém okamžiku v kontaktu s malou částí své molekuly. Je možné, že velikost této oblasti je pouze jeden triplet nukleotidů. Ribozom se po i-RNA nepohybuje plynule, ale přerušovaně, v „krocích“, triplet po tripletu. V určité vzdálenosti od místa kontaktu ribozomu s a - REC je bod "sestavení" proteinu: zde je umístěn enzym syntetáza proteinu a pracuje, vytváří polypeptidový řetězec, tj. tvoří peptidové vazby mezi aminokyselinami.

Samotný mechanismus "sestavení" molekuly proteinu v ribozomech se provádí následovně. Každý ribozom, který je součástí polyribozomu, tedy pohybující se po mRNA, z okolí přichází v nepřetržitém proudu molekul tRNA, na kterých jsou „navěšené“ aminokyseliny. Procházejí tak, že se svým kódovým koncem dotknou místa kontaktu ribozomu s mRNA, která se právě v ribozomu nachází. Opačný konec tRNA (nesoucí aminokyselinu) je pak umístěn poblíž místa sestavení proteinu. Avšak pouze pokud se ukáže, že triplet kódující tRNA je komplementární k tripletu mRNA (aktuálně v ribozomu), aminokyselina dodaná tRNA vstoupí do molekuly proteinu a oddělí se od tRNA. Vzápětí udělá ribozom „krok“ vpřed podél i-RNA o jeden triplet a volná t-RNA je z ribozomu vyvržena do okolí. Zde zachytí novou molekulu aminokyseliny a přenese ji na kterýkoli z pracovních ribozomů. Takže postupně, triplet po tripletu, se ribozom pohybuje podél i-RNA a roste článek po článku – polypeptidový řetězec. Tak funguje ribozom – tato buněčná organela, která je právem nazývána „molekulárním automatem“ syntézy bílkovin.

V laboratorních podmínkách vyžaduje umělá syntéza proteinů obrovské úsilí, spoustu času a peněz. A v živé buňce je syntéza jedné molekuly proteinu dokončena za 1-2 minuty.

Úloha enzymů v biosyntéze bílkovin. Nemělo by se zapomínat, že ani jeden krok v procesu syntézy bílkovin se neobejde bez účasti enzymů. Všechny reakce syntézy bílkovin jsou katalyzovány speciálními enzymy. Syntéza mRNA je prováděna enzymem, který se plazí po molekule DNA od začátku genu až po jeho konec a zanechává za sebou hotovou molekulu mRNA. Gen v tomto procesu poskytuje pouze program pro syntézu a samotný proces provádí enzym. Bez účasti enzymů nedochází ke spojení aminokyselin s t-RNA. Existují speciální enzymy, které zajišťují zachycení a spojení aminokyselin s jejich t-RNA. Nakonec v procesu sestavení proteinu pracuje enzym v ribozomu a spojuje aminokyseliny dohromady.

Energie biosyntézy bílkovin. Dalším velmi důležitým aspektem biosyntézy bílkovin je jejich energetika. Jakýkoli syntetický proces je endotermická reakce, a proto vyžaduje energii. Biosyntéza proteinů je řetězec syntetických reakcí: 1) syntéza i-RNA; 2) spojení aminokyselin s t-RNA; 3) "proteinová montáž". Všechny tyto reakce vyžadují náklady na energii. Energii pro syntézu bílkovin dodává štěpící reakce ATP. Každý článek v biosyntéze je vždy spojen s rozkladem ATP.

Kompaktnost biologické organizace. Při studiu role DNA se ukázalo, že fenomén zaznamenávání, ukládání a předávání dědičné informace se provádí na úrovni molekulárních struktur. Díky tomu je dosaženo úžasné kompaktnosti „pracovních mechanismů“, největší efektivity jejich umístění v prostoru. Je známo, že obsah DNA v jedné lidské spermii je 3,3X10 -12 stupňů g DNA obsahuje všechny informace, které určují lidský vývoj. Odhaduje se, že všechna oplodněná vajíčka, z nichž se vyvinuli všichni lidé dnes žijící na Zemi, obsahují tolik DNA, kolik se vejde do objemu špendlíkové hlavičky.

1. Vysvětlete sled přenosu genetické informace: gen - protein - znak.

2. Pamatujte, která struktura proteinu určuje jeho strukturu a vlastnosti. Jak je tato struktura zakódována v molekule DNA?

3. Co je to genetický kód?

4. Popište vlastnosti genetického kódu.

7. Reakce syntézy matric. Transkripce

Informace o proteinu je zaznamenána jako nukleotidová sekvence v DNA a nachází se v jádře. Ve skutečnosti k syntéze proteinů dochází v cytoplazmě na ribozomech. Proto syntéza bílkovin vyžaduje strukturu, která by přenášela informace z DNA do místa syntézy bílkovin. Takovým prostředníkem je informace, neboli matrice, RNA, která přenáší informace z konkrétního genu molekuly DNA do místa syntézy proteinů na ribozomech.

Kromě nosiče informace jsou potřeba látky, které by zajistily dodání aminokyselin do místa syntézy a určení jejich místa v polypeptidovém řetězci. Takovými látkami jsou transferové RNA, které zajišťují kódování a dodávání aminokyselin do místa syntézy. Syntéza bílkovin probíhá na ribozomech, jejichž tělo je postaveno z ribozomální RNA. To znamená, že je potřeba jiný typ RNA – ribozomální.

Genetická informace se realizuje ve třech typech reakcí: syntéza RNA, syntéza proteinů, replikace DNA. V každém z nich je informace obsažená v lineární sekvenci nukleotidů využita k vytvoření další lineární sekvence: buď nukleotidů (v molekulách RNA nebo DNA), nebo aminokyselin (v molekulách bílkovin). Experimentálně bylo prokázáno, že právě DNA slouží jako templát pro syntézu všech nukleových kyselin. Tyto biosyntetické reakce se nazývají syntéza matrice. Dostatečná jednoduchost matricových reakcí a jejich jednorozměrnost umožnily na rozdíl od jiných procesů probíhajících v buňce detailně studovat a porozumět jejich mechanismu.

Transkripce

Proces biosyntézy RNA z DNA se nazývá transkripce. Tento proces probíhá v jádře. Na matrici DNA se syntetizují všechny typy RNA – informační, transportní i ribozomální, které se následně podílejí na syntéze proteinů. Genetický kód na DNA je během transkripce přepsán do messenger RNA. Reakce je založena na principu komplementarity.

Syntéza RNA má řadu funkcí. Molekula RNA je mnohem kratší a je kopií pouze malé části DNA. Jako matrice tedy slouží pouze určitý úsek DNA, kde se nachází informace o dané nukleové kyselině. Nově syntetizovaná RNA nikdy nezůstává navázaná na původní templát DNA, ale uvolňuje se po skončení reakce. Transkripční proces probíhá ve třech fázích.

První krok - zahájení- začátek procesu. Syntéza kopií RNA začíná specifickou oblastí na DNA, která se nazývá promotér. Tato zóna obsahuje specifickou sadu nukleotidů, které jsou startovací signály. Proces je katalyzován enzymy RNA polymerázy. Enzym RNA polymeráza se naváže na promotor, rozvine dvojitou šroubovici a přeruší vodíkové vazby mezi dvěma řetězci DNA. Ale pouze jeden z nich slouží jako templát pro syntézu RNA.

Druhá fáze - prodloužení. V této fázi probíhá hlavní proces. Na jednom řetězci DNA, jako na matrici, se nukleotidy seřadí podle principu komplementarity (obr. 19). Enzym RNA polymeráza, pohybující se krok za krokem po řetězci DNA, spojuje nukleotidy mezi sebou, přičemž neustále dále rozvíjí dvoušroubovici DNA. V důsledku tohoto pohybu je syntetizována kopie RNA.

Třetí fáze - ukončení. Toto je poslední fáze. Syntéza RNA pokračuje až do signál zastavení- určitá sekvence nukleotidů, která zastavuje pohyb enzymu a syntézu RNA. Polymeráza je oddělena od DNA a syntetizované kopie RNA. Současně je molekula RNA také odstraněna z matrice. DNA obnovuje dvojitou šroubovici. Syntéza dokončena. V závislosti na oblasti DNA jsou tímto způsobem syntetizovány ribozomální, transportní a messengerové RNA.

Templátem pro transkripci molekuly RNA je pouze jeden z řetězců DNA. Různé řetězce DNA však mohou sloužit jako templáty pro dva sousední geny. Které z těchto dvou vláken bude použito pro syntézu, je určeno promotorem, který řídí enzym RNA polymerázu jedním nebo druhým směrem.

Po transkripci dochází k přeuspořádání molekuly messenger RNA eukaryotických buněk. Jsou v něm vyříznuty nukleotidové sekvence, které nenesou informaci o tomto proteinu. Tento proces se nazývá spojování. V závislosti na typu buňky a fázi vývoje lze odstranit různé části molekuly RNA. V důsledku toho jsou v jednom úseku DNA syntetizovány různé RNA, které nesou informace o různých proteinech. To zajišťuje přenos významné genetické informace z jednoho genu a také usnadňuje genetickou rekombinaci.

Rýže. 19. Syntéza messenger RNA. 1 - řetězec DNA; 2 - syntetizovaná RNA

Otázky a úkoly pro sebeovládání

1. Jaké reakce souvisí s reakcemi syntézy matrice?

2. Jaká je výchozí matrice pro všechny reakce syntézy matrice?

3. Jak se nazývá proces biosyntézy mRNA?

4. Jaké typy RNA se syntetizují na DNA?

5. Nastavte sekvenci fragmentu mRNA, pokud má odpovídající fragment DNA sekvenci: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosyntéza bílkovin

Proteiny jsou základní složkou všech buněk, takže nejdůležitějším procesem metabolismu plastů je biosyntéza bílkovin. Vyskytuje se ve všech buňkách organismů. Jsou to jediné složky buňky (kromě nukleových kyselin), jejichž syntéza probíhá pod přímou kontrolou genetického materiálu buňky. Celý genetický aparát buňky – DNA a různé typy RNA – je vyladěn na syntézu bílkovin.

Gen- Toto je úsek molekuly DNA zodpovědný za syntézu jedné molekuly proteinu. Pro syntézu proteinů je nutné, aby určitý gen s DNA byl zkopírován ve formě molekuly messenger RNA. Tento proces byl diskutován dříve. Syntéza proteinů je složitý vícestupňový proces a závisí na aktivitě různých typů RNA. Pro přímou biosyntézu bílkovin jsou zapotřebí následující složky:

1. Messenger RNA - nosič informace z DNA do místa syntézy. Molekuly mRNA jsou syntetizovány během transkripce.

2. Ribozomy – organely, kde dochází k syntéze bílkovin.

3. Soubor esenciálních aminokyselin v cytoplazmě.

4. Přeneste RNA kódující aminokyseliny a přenášející je do místa syntézy na ribozomech.

5. ATP - látka poskytující energii pro procesy kódování aminokyselin a syntézu polypeptidového řetězce.

Struktura transferové RNA a kódování aminokyselin

Transferové RNA (tRNA) jsou malé molekuly se 70 až 90 nukleotidy.TRNA tvoří přibližně 15 % veškeré buněčné RNA. Funkce tRNA závisí na její struktuře. Studium struktury molekul tRNA ukázalo, že jsou určitým způsobem složené a vypadají podobně jetelový list(obr. 20). V molekule se rozlišují smyčky a dvojité úseky, spojené díky interakci komplementárních bází. Nejdůležitější je centrální smyčka, která obsahuje antikodon - nukleotidový triplet odpovídající kódu pro konkrétní aminokyselinu. tRNA se svým antikodonem dokáže kombinovat s odpovídajícím kodonem na mRNA podle principu komplementarity.

Rýže. 20. Struktura molekuly tRNA: 1 - antikodon; 2 - místo připojení aminokyseliny

Každá tRNA může nést pouze jednu z 20 aminokyselin. To znamená, že pro každou aminokyselinu existuje alespoň jedna tRNA. Protože aminokyselina může mít několik tripletů, počet druhů tRNA se rovná počtu tripletů aminokyselin. Celkový počet druhů tRNA tedy odpovídá počtu kodonů a je roven 61. Žádná tRNA neodpovídá třem stop kódům.

Na jednom konci molekuly tRNA je vždy guanin nukleotid (5'-konec) a na druhém (3'-konec) jsou vždy tři nukleotidy CCA. Právě za tímto účelem je aminokyselina připojena (obr. 21). Každá aminokyselina se váže na svou specifickou tRNA s odpovídajícím antikodonem. Mechanismus tohoto připojení je spojen s prací specifických enzymů - aminoacyl-tRNA syntetáz, které připojují každou aminokyselinu k odpovídající tRNA. Každá aminokyselina má svou vlastní syntetázu. Spojení aminokyseliny s tRNA se provádí díky energii ATP, přičemž makroergická vazba přechází ve vazbu mezi tRNA a aminokyselinou. Takto se aktivují a kódují aminokyseliny.

Etapy biosyntézy bílkovin. Proces syntézy polypeptidového řetězce, prováděný na ribozomu, se nazývá přenos. Messenger RNA (mRNA) je prostředníkem při přenosu informací o primární struktuře proteinu, tRNA přenáší kódované aminokyseliny do místa syntézy a zajišťuje sekvenci jejich sloučenin. Ribozomy sestavují polypeptidový řetězec.

replikace

Proces replikace DNA probíhá v jádře působením enzymů a speciálních proteinových komplexů. Principy duplikace DNA:

• * antiparalelismus : dceřiný řetězec je syntetizován ve směru od 5" do 3" konec.
• * Zdarma : struktura dceřiného řetězce DNA je určena nukleotidovou sekvencí rodičovského řetězce, vybranou podle principu komplementarity.
• * semi-kontinuita : jeden ze dvou řetězců DNA vedoucí , je syntetizován nepřetržitě a další - zpožděný , přerušovaně s tvorbou krátkých fragmenty Okazaki . To je způsobeno anti-paralelní vlastností.
• * polokonzervativní : Molekuly DNA získané během reduplikace obsahují jeden konzervovaný mateřský řetězec a jedno syntetizované dítě.
• 1) Zahájení

Začít s replikační bod ke kterému jsou připojeny proteiny iniciující replikaci. Působením enzymů DNA topoizomerázy a DNA helikázy řetěz se rozvine a vodíkové vazby se přeruší. Dále přichází fragmentární separace dvouvlákna DNA s tvorbou replikační vidlice . Enzymy brání řetězcům DNA v opětovném spojení.

2) Prodloužení

Syntéza dceřiného řetězce DNA je způsobena enzymem DNA polymeráza , který se pohybuje ve směru 5" 3" , výběr nukleotidů podle principu komplementarity. Vedoucí řetězec je syntetizován kontinuálně a zaostávající řetězec je syntetizován přerušovaně. Enzym DNA ligáza propojuje fragmenty Okazaki . Speciální korekční proteiny rozpoznávají chyby a eliminují nesprávné nukleotidy.

3) Ukončení

Replikace končí, když se setkají dvě replikační větve. Proteinové složky jsou odstraněny, molekuly DNA jsou spirálovitě vedeny.

Vlastnosti genetického kódu

• * trojice Každá aminokyselina je kódována kódem 3 nukleotidů.
• * jednoznačný - každý triplet kóduje pouze určitou kyselinu.
• * Degenerovat - každá aminokyselina je kódována několika triplety (2-6). Pouze dva z nich jsou kódovány jedním tripletem: tryptofan a methionin.
• * nepřekrývající se - každý kodon je nezávislá jednotka a genetická inf se čte pouze jedním způsobem v jednom směru
• * Univerzální je stejný pro všechny organismy. Stejné triplety kódují stejné aminokyseliny v různých organismech.

Genetický kód

Implementace dědičné informace se řídí schématem gen-protein-vlastnost.

Gen - úsek molekuly DNA, který nese informaci o primární struktuře jedné molekuly proteinu a je zodpovědný za její syntézu.

Genetický kód - princip kódování dědičného inf v buňce. Je to sekvence tripletů nukleotidů v NA, která nastavuje určité pořadí aminokyselin v proteinech. Infa obsažená v lineární sekvenci nukleotidů slouží k vytvoření další sekvence.

4 nukleotidy mohou vytvořit 64 trojice , z nichž 61 kóduje aminokyseliny. Zastavte kodony - triplety UAA, UAG, UGA zastavují syntézu polypeptidového řetězce.

start kodon - triplet AUG určuje začátek syntézy polypeptidového řetězce.

Biosyntéza bílkovin

Jeden z hlavních procesů metabolismu plastů. Některé z reakcí probíhají v jádře, jiné - v cytoplazmě. Nezbytné složky: ATP, DNA, i-RNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, aminokyseliny, enzymy. Skládá se ze 3 procesů:

• - transkripce : syntéza mRNA
• - zpracovává se : konverze mRNA na mRNA
• - přenos : proteosyntéza

DNA obsahuje informace o struktuře proteinu ve formě sekvence aminokyselin, ale protože geny neopouštějí jádro, nepodílejí se přímo na biosyntéze molekuly proteinu. I-RNA je syntetizována v buněčném jádře DNA a přenáší inf z DNA do místa syntézy proteinů (ribozomy). Poté se pomocí tRNA vyberou z cytoplazmy aminokyseliny komplementární k mRNA. Tak jsou syntetizovány polypeptidové řetězce.

Transkripce

1) Zasvěcení

Syntéza molekul mRNA pomocí DNA může probíhat v jádře, mitochondriích a plastidech. Působením enzymů DNA helikázy a DNA topoizomerázy, úsek molekuly DNA odvíjí , vodíkové vazby jsou přerušeny. Čtení informací pochází pouze z jednoho řetězce DNA, který se nazývá kódování kodogenní . Enzym RNA polymeráza spojuje s promotér - zóna DNA, která obsahuje startovací signál TATA.

2) Prodloužení

Proces zarovnání nukleotidů podle principu bezplatný . RNA polymeráza se pohybuje podél kódujícího řetězce a spojuje nukleotidy dohromady a vytváří polynukleotidový řetězec. Proces pokračuje až do stop kodon .

3) Ukončení

Dokončení syntézy: enzym a syntetizovaná molekula RNA jsou odděleny od DNA, dvojitá šroubovice DNA je obnovena.

zpracovává se

Transformace molekuly mRNA na mRNA během spojování v jádře působením enzymů. Probíhá mazání introny -oblasti, které nenesou informace o sekvenci aminokyselin a síťování exony - grafy kódující sekvenci aminokyselin. Poté následuje přidání stop kodonu AUG, zakrytí 5' konce a polyadenylace pro ochranu 3' konce. Vzniká zralá mRNA, je kratší a jde do ribozomů.

Přenos

Proces překládání nukleotidové sekvence tripletů mRNA do aminokyselinové sekvence polypeptidového řetězce. Vyskytuje se v cytoplazmě na ribozomech.

1) Zasvěcení

Syntetizovaná mRNA prochází jadernými póry do cytoplazmy, kde se za pomoci enzymů a energie ATP spojí s malý ribozomová podjednotka. Poté iniciátor tRNA s aminokyselinou methianin se váže na peptidylové centrum. Dále, v přítomnosti Mg2+, přídavek velký podjednotky.

2) Prodloužení

Prodlužování proteinového řetězce. Aminokyseliny jsou dodávány do ribozomů jejich vlastní tRNA. Tvar molekuly tRNA připomíná trojlístek, na jehož středu je antikodon komplementární ke kodonovým nukleotidům mRNA. Odpovídající aminokyselina je připojena k opačné bázi molekuly tRNA.

První tRNA je ukotvena v peptidyl střed a druhý - dovnitř aminoaciální . Poté se aminokyseliny spojí a vytvoří se mezi nimi peptid spojení, objeví se dipeptid, první t-RNA jde do cytoplazmy. Poté ribozom tvoří 1 trinukleotid krok pomocí mRNA. Výsledkem je, že druhá t-RNA je v peptidylovém centru a uvolňuje aminoacylovou. Proces navázání aminokyselin vyžaduje energii ATP a vyžaduje přítomnost enzymu. aminoacyl-t-RNA syntetáza .

3) Ukončení

Když stop kodon vstoupí do centra aminokyseliny, syntéza je dokončena a k poslední aminokyselině se přidá voda. Ribozom se odstraní z mRNA a rozdělí se na 2 podjednotky, tRNA se vrátí do cytoplazmy.

Nukleové kyseliny.

Nukleové kyseliny (NA) poprvé objevil v roce 1869 švýcarský biochemik Friedrich Miescher.

NC jsou lineární nerozvětvené heteropolymery, jejichž monomery jsou nukleotidy spojené fosfodiesterovými vazbami.

Nukleotid se skládá z:

dusíkaté báze

Purin (adenin (A) a guanin (G) - jejich molekuly se skládají ze 2 kruhů: 5 a 6členného),

Pyrimidin (cytosin (C), thymin (T) a uracil (U) - jeden šestičlenný kruh);

sacharid (5-uhlíkový cukerný kruh): ribóza nebo deoxyribóza;

zbytek kyseliny fosforečné.

Existují 2 typy NK: DNA a RNA. NC zajišťují ukládání, reprodukci a implementaci genetické (dědičné) informace. Tato informace je zakódována ve formě nukleotidových sekvencí. Nukleotidová sekvence odráží primární strukturu proteinů. Shoda mezi aminokyselinami a nukleotidovými sekvencemi, které je kódují, se nazývá genetický kód. jednotka genetický kód DNA a RNA je trojice- sekvence tří nukleotidů.

DNA (deoxyribonukleová kyselina) je nukleová kyselina, jejíž monomery jsou deoxyribonukleotidy; je mateřským nositelem genetické informace. Tito. veškeré informace o struktuře, fungování a vývoji jednotlivých buněk i celého organismu jsou zaznamenávány ve formě nukleotidových sekvencí DNA.

Primární struktura DNA je jednovláknová molekula (fágy).

Další balení makromolekuly polymeru se nazývá sekundární struktura. V roce 1953 James Watson a Francis Crick objevili sekundární strukturu DNA, dvojitou šroubovici. V této šroubovici jsou fosfátové skupiny na vnější straně šroubovice, zatímco báze jsou uvnitř, rozmístěné v intervalech 0,34 nm. Řetězce jsou drženy pohromadě vodíkovými vazbami mezi bázemi a jsou stočeny jeden kolem druhého a kolem společné osy.

Báze v antiparalelních vláknech tvoří komplementární (vzájemně komplementární) páry díky vodíkovým můstkům: A = T (2 připojení) a G ≡ C (3 připojení).

Fenomén komplementarity ve struktuře DNA objevil v roce 1951 Erwin Chargaff.

Chargaffovo pravidlo: počet purinových bází je vždy roven počtu pyrimidinových bází (A+G)=(T+C).

Terciární struktura DNA je další skládání dvouvláknové molekuly do smyček v důsledku vodíkových vazeb mezi sousedními závity šroubovice (supercoiling).

Kvartérní strukturou DNA jsou chromatidy (2 řetězce chromozomu).

Rentgenové difrakční obrazce DNA vláken, poprvé pořízené Morrisem Wilkinsem a Rosalind Franklinovou, ukazují, že molekula má spirálovitou strukturu a obsahuje více než jeden polynukleotidový řetězec.

Existuje několik rodin DNA: formy A, B, C, D, Z. V buňkách se obvykle nachází B-forma. Všechny tvary kromě Z jsou pravotočivé spirály.

Replikace (samoduplikace) DNA - jedná se o jeden z nejdůležitějších biologických procesů, které zajišťují reprodukci genetické informace. Replikace začíná oddělením dvou komplementárních řetězců. Každý řetězec se používá jako templát pro tvorbu nové molekuly DNA. Enzymy se účastní procesu syntézy DNA. Každá ze dvou dceřiných molekul nutně zahrnuje jednu starou šroubovici a jednu novou. Nová molekula DNA je absolutně identická se starou, pokud jde o sekvenci nukleotidů. Tento způsob replikace zajišťuje přesnou reprodukci v dceřiných molekulách informace, která byla zaznamenána v rodičovské molekule DNA.

V důsledku replikace jedné molekuly DNA se vytvoří dvě nové molekuly, které jsou přesnou kopií původní molekuly - matrice. Každá nová molekula se skládá ze dvou řetězců – jednoho mateřského a jednoho sesterského. Tento mechanismus replikace DNA se nazývá polokonzervativní.

Reakce, při kterých jedna heteropolymerní molekula slouží jako matrice (forma) pro syntézu jiné heteropolymerní molekuly s komplementární strukturou, se nazývají reakce maticového typu. Pokud se během reakce vytvoří molekuly stejné látky, které slouží jako matrice, pak se reakce nazývá autokatalytický. Pokud se v průběhu reakce na matrici jedné látky vytvoří molekuly jiné látky, pak se taková reakce nazývá heterokatalytický. Replikace DNA (tj. syntéza DNA na templátu DNA) je tedy autokatalytická reakce syntézy matrice.

Mezi reakce maticového typu patří:

replikace DNA (syntéza DNA na templátu DNA),

transkripce DNA (syntéza RNA na templátu DNA),

Translace RNA (syntéza proteinů na templátu RNA).

Existují však i jiné reakce templátového typu, například syntéza RNA na templátu RNA a syntéza DNA na templátu RNA. Poslední dva typy reakcí jsou pozorovány, když je buňka infikována určitými viry. Syntéza DNA na templátu RNA ( reverzní transkripce) je široce používán v genetickém inženýrství.

Všechny maticové procesy se skládají ze tří fází: iniciace (začátek), elongace (pokračování) a ukončení (konec).

Replikace DNA je složitý proces zahrnující desítky enzymů. Nejvýznamnější z nich jsou DNA polymerázy (několik typů), primázy, topoizomerázy, ligázy a další. Hlavním problémem replikace DNA je to, že v různých řetězcích jedné molekuly jsou zbytky kyseliny fosforečné směrovány různými směry, ale růst řetězce může nastat pouze od konce, který končí OH skupinou. Proto v replikované oblasti, která je tzv replikační vidlice, proces replikace probíhá v různých řetězcích odlišně. Na jednom z řetězců, který se nazývá vedoucí, probíhá kontinuální syntéza DNA na templátu DNA. Na druhém řetězci, který se nazývá zaostávající řetězec, dochází nejprve k vazbě. základní nátěr- specifický fragment RNA. Primer slouží jako primer pro syntézu fragmentu DNA tzv Okazakiho fragment. Následně je primer odstraněn a Okazakiho fragmenty jsou spolu fúzovány do jednoho řetězce enzymu DNA ligázy. Replikace DNA je doprovázena reparace– oprava chyb, které se nevyhnutelně vyskytují během replikace. Existuje mnoho reparačních mechanismů.

K replikaci dochází před dělením buněk. Díky této schopnosti DNA se uskutečňuje přenos dědičné informace z mateřské buňky do dceřiných buněk.

RNA (ribonukleová kyselina) je nukleová kyselina, jejíž monomery jsou ribonukleotidy.

V rámci jedné molekuly RNA existuje několik oblastí, které se vzájemně doplňují. Mezi těmito komplementárními místy se tvoří vodíkové vazby. Díky tomu se v jedné molekule RNA střídají dvouvláknové a jednovláknové struktury a celková konformace molekuly připomíná jetelový list.

Dusíkaté báze, které tvoří RNA, jsou schopny tvořit vodíkové vazby s komplementárními bázemi v DNA i RNA. V tomto případě dusíkaté báze tvoří páry A=U, A=T a G≡C. To umožňuje přenášet informace z DNA do RNA, z RNA do DNA a z RNA do proteinů.

V buňkách se nacházejí tři hlavní typy RNA, které plní různé funkce:

1. Informační nebo matice RNA (mRNA nebo mRNA). Funkce: matrice syntézy bílkovin. Tvoří 5 % buněčné RNA. Přenáší genetickou informaci z DNA do ribozomů během syntézy proteinů. V eukaryotických buňkách je mRNA (mRNA) stabilizována specifickými proteiny. To umožňuje pokračovat v biosyntéze bílkovin, i když je jádro neaktivní.

mRNA je lineární řetězec s několika oblastmi s různými funkčními rolemi:

a) na 5" konci je čepička ("cap") - chrání mRNA před exonukleázami,

b) po něm následuje nepřeložená oblast, komplementární k úseku rRNA, která je součástí malé podjednotky ribozomu,

c) translace (čtení) mRNA začíná iniciačním kodonem AUG, kódujícím methionin,

d) po iniciačním kodonu následuje kódující část, která obsahuje informaci o sekvenci aminokyselin v proteinu.

2. Ribozomální nebo ribozomální RNA (rRNA). Tvoří 85 % buněčné RNA. V kombinaci s proteinem je součástí ribozomů, určuje tvar velké a malé ribozomální podjednotky (podjednotky 50-60S a 30-40S). Podílejí se na translaci - čtení informací z mRNA při syntéze proteinů.

Podjednotky a jejich složky rRNA jsou obvykle označeny jejich sedimentační konstantou. S - sedimentační koeficient, Svedbergovy jednotky. Hodnota S charakterizuje rychlost sedimentace částic během ultracentrifugace a je úměrná jejich molekulové hmotnosti. (Například prokaryotická rRNA se sedimentačním koeficientem 16 Svedbergových jednotek je označena jako 16S rRNA).

Izolovalo se tedy několik typů rRNA, které se liší délkou polynukleotidového řetězce, hmotností a lokalizací v ribozomech: 23-28S, 16-18S, 5S a 5,8S. Prokaryotické i eukaryotické ribozomy obsahují 2 různé vysoce polymerní RNA, jednu pro každou podjednotku, a jednu RNA s nízkou molekulovou hmotností, 5S RNA. Eukaryotické ribozomy také obsahují 5,8S RNA s nízkou molekulovou hmotností. Například u prokaryot je syntéza 23S, 16S a 5S rRNA, u eukaryot - 18S, 28S, 5S a 5,8S.

80S ribozom (eukaryotický)

Malá podjednotka 40S Velká podjednotka 60S

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

5,8SrRNA (~155 nt),

5SrRNA (~121 nt),

~30 bílkovin. ~45 bílkovin.

70S-ribozom (prokaryotický)

Malá podjednotka 30S Velká podjednotka 50S

16SrRNA, - 23SrRNA,

~20 bílkovin. ~30 bílkovin.

Velká molekula rRNA s vysokým obsahem polymeru (sedimentační konstanta 23-28S, lokalizovaná v 50-60S ribozomových podjednotkách.

Malá molekula rRNA s vysokým obsahem polymeru (sedimentační konstanta 16-18S, lokalizovaná v 30-40S ribozomových podjednotkách.

Ve všech ribozomech bez výjimky je nízkopolymerní 5S rRNA lokalizovaná v 50-60S podjednotkách ribozomů.

Nízká polymerní rRNA se sedimentační konstantou 5,8S je charakteristická pouze pro eukaryotické ribozomy.

Složení ribozomů tedy zahrnuje tři typy rRNA u prokaryot a čtyři typy rRNA u eukaryot.

Primární struktura rRNA je jeden polyribonukleotidový řetězec.

Sekundární strukturou rRNA je spirálovitost polyribonukleotidového řetězce na sebe (jednotlivé úseky řetězce RNA tvoří spirálovité smyčky - vlásenky).

Terciární struktura vysokopolymerních rRNA je interakcí šroubovicových prvků sekundární struktury.

3. Doprava RNA (tRNA). Tvoří 10 % buněčné RNA. Nese aminokyselinu do místa syntézy bílkovin, tzn. na ribozomy. Každá aminokyselina má svou vlastní tRNA.

Primární strukturou tRNA je jeden polyribonukleotidový řetězec.

Sekundární strukturou tRNA je model „jetelového listu“, v této struktuře jsou 4 dvouvláknové a 5 jednovláknových oblastí.

Terciární struktura tRNA je stabilní, molekula se skládá do struktury tvaru L (2 šroubovice téměř na sebe kolmé).

Všechny typy RNA se tvoří jako výsledek reakcí syntézy templátu. Ve většině případů jeden z řetězců DNA slouží jako templát. Biosyntéza RNA na templátu DNA je tedy heterokatalytická reakce templátového typu. Tento proces se nazývá transkripce a je řízena některými enzymy – RNA polymerázami (transkriptázami).

Syntéza RNA (transkripce DNA) spočívá v přepisování informace z DNA na mRNA.

Rozdíly mezi syntézou RNA a syntézou DNA:

Asymetrie procesu: jako templát je použit pouze jeden řetězec DNA.

Konzervativní proces: molekula DNA se na konci syntézy RNA vrací do původního stavu. Během syntézy DNA se molekuly napůl obnovují, díky čemuž je replikace semikonzervativní.

Syntéza RNA nevyžaduje k zahájení žádný primer, zatímco replikace DNA vyžaduje primer RNA.

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru/

1. Reakce syntézy matrice

V živých systémech se setkáváme s reakcemi, které jsou v neživé přírodě neznámé - reakcemi syntézy matrice.

Termín "matrice" v technologii označuje formu používanou pro odlévání mincí, medailí, typografický typ: tvrzený kov přesně reprodukuje všechny detaily formy používané pro odlévání. Syntéza matrice je jako odlévání matrice: nové molekuly jsou syntetizovány přesně podle plánu stanoveného ve struktuře již existujících molekul.

Princip matrice je základem nejdůležitějších syntetických reakcí buňky, jako je syntéza nukleových kyselin a proteinů. V těchto reakcích je poskytnuta přesná, přísně specifická sekvence monomerních jednotek v syntetizovaných polymerech.

Zde dochází k usměrněné kontrakci monomerů na určité místo v buňce – na molekuly, které slouží jako matrice, kde probíhá reakce. Pokud by k takovým reakcím došlo v důsledku náhodné srážky molekul, probíhaly by nekonečně pomalu. Syntéza komplexních molekul na principu matrice se provádí rychle a přesně.

Roli matrice v matricových reakcích hrají makromolekuly nukleových kyselin DNA nebo RNA.

Monomerní molekuly, ze kterých je polymer syntetizován - nukleotidy nebo aminokyseliny - jsou v souladu s principem komplementarity uspořádány a fixovány na matrici v přesně definovaném, předem určeném pořadí.

Poté dochází k „zesíťování“ monomerních jednotek do polymerního řetězce a hotový polymer se vysype z matrice.

Poté je matrice připravena sestavit novou molekulu polymeru. Je jasné, že tak jako lze na danou formu odlít pouze jednu minci, jedno písmeno, tak lze na danou molekulu matrice „poskládat“ pouze jeden polymer.

Matricový typ reakcí je specifickým rysem chemie živých systémů. Jsou základem základní vlastnosti všeho živého – jeho schopnosti reprodukovat svůj vlastní druh.

Reakce syntézy matrice zahrnují:

1. Replikace DNA - proces vlastního zdvojení molekuly DNA, prováděný pod kontrolou enzymů. Na každém z řetězců DNA vzniklých po přerušení vodíkových vazeb se za účasti enzymu DNA polymerázy syntetizuje dceřiné vlákno DNA. Materiálem pro syntézu jsou volné nukleotidy přítomné v cytoplazmě buněk.

Biologický význam replikace spočívá v přesném přenosu dědičné informace z mateřské molekuly na dceřiné, ke kterému běžně dochází při dělení somatických buněk.

Molekula DNA se skládá ze dvou komplementárních řetězců. Tyto řetězce jsou drženy pohromadě slabými vodíkovými vazbami, které mohou být rozbity enzymy.

Molekula je schopna samočinného zdvojení (replikace) a na každé staré polovině molekuly se syntetizuje její nová polovina.

Kromě toho lze na molekule DNA syntetizovat molekulu mRNA, která pak přenáší přijatou informaci z DNA do místa syntézy proteinů.

Přenos informací a syntéza proteinů se řídí maticovým principem, srovnatelným s prací tiskového stroje v tiskárně. Informace z DNA se kopírují znovu a znovu. Pokud se při kopírování vyskytnou chyby, budou se opakovat ve všech následujících kopiích.

Pravda, některé chyby při kopírování informace molekulou DNA lze opravit – proces eliminace chyb se nazývá reparace. První z reakcí v procesu přenosu informace je replikace molekuly DNA a syntéza nových řetězců DNA.

2. transkripce - syntéza i-RNA na DNA, proces odstraňování informace z molekuly DNA syntetizované na ní molekulou i-RNA.

I-RNA se skládá z jednoho vlákna a je syntetizována na DNA v souladu s pravidlem komplementarity za účasti enzymu, který aktivuje začátek a konec syntézy molekuly i-RNA.

Hotová molekula mRNA vstupuje na ribozomech do cytoplazmy, kde probíhá syntéza polypeptidových řetězců.

3. translace - syntéza proteinů na i-RNA; proces převodu informace obsažené v nukleotidové sekvenci mRNA do sekvence aminokyselin v polypeptidu.

4. Syntéza RNA nebo DNA na RNA virech

Biosyntéza proteinů je tedy jedním z typů plastické výměny, při které se dědičná informace zakódovaná v genech DNA realizuje do určité sekvence aminokyselin v molekulách bílkovin.

Proteinové molekuly jsou v podstatě polypeptidové řetězce tvořené jednotlivými aminokyselinami. Aminokyseliny však nejsou dostatečně aktivní, aby se navzájem propojily samy o sobě. Než se tedy vzájemně spojí a vytvoří molekulu proteinu, musí se aminokyseliny aktivovat. K této aktivaci dochází působením speciálních enzymů.

V důsledku aktivace se aminokyselina stává labilnější a působením stejného enzymu se váže na t-RNA. Každá aminokyselina odpovídá přísně specifické t-RNA, která najde svou „vlastní“ aminokyselinu a přenese ji do ribozomu.

V důsledku toho ribozom přijímá různé aktivované aminokyseliny spojené s jejich tRNA. Ribozom je jako dopravník pro sestavení proteinového řetězce z různých aminokyselin, které do něj vstupují.

Současně s t-RNA, na které „sedí“ vlastní aminokyselina, vstupuje do ribozomu „signál“ z DNA, který je obsažen v jádře. V souladu s tímto signálem je v ribozomu syntetizován jeden nebo druhý protein.

Řídící vliv DNA na syntézu proteinů se neprovádí přímo, ale pomocí speciálního prostředníka - matrice nebo messenger RNA (mRNA nebo mRNA), která je syntetizována v jádře pod vlivem DNA, proto její složení odráží složení DNA. Molekula RNA je jakoby odlitek z formy DNA. Syntetizovaná mRNA vstupuje do ribozomu a jakoby přenáší do této struktury plán - v jakém pořadí by měly být aktivované aminokyseliny, které vstoupily do ribozomu, vzájemně spojeny, aby se syntetizoval určitý protein. Jinak se genetická informace zakódovaná v DNA přenese do mRNA a poté do proteinu.

Molekula mRNA vstupuje do ribozomu a spojuje jej. Ten její úsek, který je aktuálně v ribozomu, vymezený kodonem (tripletem), zcela specificky interaguje s tripletem (antikodonem) vhodným pro jeho strukturu v přenosové RNA, která aminokyselinu do ribozomu přivedla.

Transferová RNA se svou aminokyselinou přiblíží ke specifickému kodonu i-RNA a připojí se k němu; další t-RNA s jinou aminokyselinou se připojí k další, sousední části i-RNA, a tak dále, dokud není přečten celý řetězec i-RNA, dokud nejsou všechny aminokyseliny navlečeny ve vhodném pořadí a nevytvoří molekula proteinu.

A t-RNA, která dopravila aminokyselinu na určité místo polypeptidového řetězce, se uvolní ze své aminokyseliny a opustí ribozom. matricový buněčný nukleový gen

Poté se k ní může v cytoplazmě připojit požadovaná aminokyselina a ta ji opět přenese do ribozomu.

V procesu syntézy proteinů se současně neúčastní jeden, ale několik ribozomů, polyribozomů.

Hlavní fáze přenosu genetické informace:

syntéza na DNA jako na i-RNA templátu (transkripce)

syntéza v ribozomech polypeptidového řetězce podle programu obsaženého v i-RNA (translace).

Stupně jsou univerzální pro všechny živé bytosti, ale časové a prostorové vztahy těchto procesů se u pro- a eukaryot liší.

U eukaryot jsou transkripce a translace přísně odděleny v prostoru a čase: v jádře dochází k syntéze různých RNA, po které musí molekuly RNA opustit jádro a projít jadernou membránou. Poté je v cytoplazmě RNA transportována do místa syntézy proteinů – ribozomů. Teprve poté přichází další fáze – překlad.

U prokaryot probíhá transkripce a translace současně.

Místem syntézy proteinů a všech enzymů v buňce jsou tedy ribozomy – jsou to jakoby „továrny“ na protein, jakoby montážní dílna, kde jsou všechny materiály potřebné k sestavení polypeptidového řetězce proteinu. z aminokyselin pocházejí. Povaha syntetizovaného proteinu závisí na struktuře i-RNA, na pořadí nukleoidů v ní a struktura i-RNA odráží strukturu DNA, takže v konečném důsledku je specifická struktura protein, tedy pořadí, ve kterém jsou v něm uspořádány různé aminokyseliny, závisí na pořadí uspořádání nukleoidů v DNA, ze struktury DNA.

Uvedená teorie biosyntézy proteinů se nazývala maticová teorie. Tato teorie se nazývá matrice, protože nukleové kyseliny hrají jakoby roli matric, ve kterých jsou zaznamenávány všechny informace týkající se sekvence aminokyselinových zbytků v molekule proteinu.

Vytvoření matrixové teorie biosyntézy proteinů a rozluštění kódu aminokyselin je největším vědeckým počinem 20. století, nejdůležitějším krokem k objasnění molekulárního mechanismu dědičnosti.

Algoritmus pro řešení problémů.

Typ 1. Samokopírovací DNA. Jeden z řetězců DNA má následující sekvenci nukleotidů: AGTACCGATACCTCGATTTACG... Jakou nukleotidovou sekvenci má druhý řetězec stejné molekuly? K zápisu nukleotidové sekvence druhého vlákna molekuly DNA, když je známa sekvence prvního vlákna, stačí nahradit thymin adeninem, adenin thyminem, guanin cytosinem a cytosin guaninem. Po provedení takové náhrady získáme sekvenci: TACCTGGCTATGAGCCTAAATG... Typ 2. Kódování proteinu. Aminokyselinový řetězec proteinu ribonukleázy má tento začátek: lysin-glutamin-threonin-alanin-alanin-alanin-lysin... Z jaké sekvence nukleotidů začíná gen odpovídající tomuto proteinu? K tomu použijte tabulku genetického kódu. Pro každou aminokyselinu najdeme její kódové označení ve tvaru odpovídajícího tria nukleotidů a vypíšeme jej. Uspořádáním těchto tripletů jeden za druhým ve stejném pořadí, v jakém jdou odpovídající aminokyseliny, získáme vzorec pro strukturu sekce messenger RNA. Zpravidla je takových trojic několik, výběr se provádí podle vašeho rozhodnutí (bere se však pouze jedna z trojic). Řešení může být několik, resp. AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG Typ 3. Dekódování molekul DNA. Jakou aminokyselinovou sekvencí protein začíná, pokud je kódován takovou nukleotidovou sekvencí: ACGCCCATGGCCGGT ... Principem komplementarity najdeme strukturu informačního místa RNA vytvořeného na tomto segmentu molekuly DNA: UGCGGGUACCCGGCCA . .. Poté přejdeme k tabulce genetického kódu a pro každou trojici nukleotidů, počínaje prvním, najdeme a zapíšeme aminokyselinu, která mu odpovídá: Cystein-glycin-tyrosin-arginin-prolin-...

2. Biologický abstrakt v 10. ročníku "A" na téma: Biosyntéza bílkovin

Cíl: Představit procesy transkripce a překladu.

Vzdělávací. Uvést pojmy gen, triplet, kodon, kód DNA, transkripce a translace, vysvětlit podstatu procesu biosyntézy bílkovin.

Rozvíjející se. Rozvoj pozornosti, paměti, logického myšlení. Trénink prostorové představivosti.

Vzdělávací. Výchova ke kultuře práce ve třídě, respektu k práci druhých.

Vybavení: Tabule, tabulky o biosyntéze bílkovin, magnetická tabule, dynamický model.

Literatura: učebnice Yu.I. Polyansky, D.K. Belyaeva, A.O. Ruvinskij; "Základy cytologie" O.G. Mashanova, "Biologie" V.N. Yarygina, "Geny a genomy" Singer a Berg, školní sešit, N.D. Lisova studia. Manuál pro ročník 10 "Biologie".

Metody a metodologické techniky: příběh s prvky rozhovoru, demonstrace, testování.

Sekvenci reakcí matrice během biosyntézy proteinů lze znázornit jako diagram:

Možnost 1

1. Genetický kód je

a) systém pro záznam pořadí aminokyselin v proteinu pomocí nukleotidů DNA

b) část molekuly DNA o 3 sousedních nukleotidech, která je zodpovědná za nastavení specifické aminokyseliny v molekule proteinu

c) vlastnost organismů přenášet genetickou informaci z rodičů na potomky

d) jednotka čtení genetické informace

40. Každá aminokyselina je kódována třemi nukleotidy – to je

a) specifičnost

b) triplet

c) degenerace

d) nepřekrývající se

41. Aminokyseliny jsou zašifrovány více než jedním kodonem - to je

a) specifičnost

b) triplet

c) degenerace

d) nepřekrývající se

42. U eukaryot je jeden nukleotid součástí pouze jednoho kodonu – to jest

a) specifičnost

b) triplet

c) degenerace

d) nepřekrývající se

43. Všechny živé organismy na naší planetě mají stejný genetický kód – to je

a) specifičnost

b) univerzálnost

c) degenerace

d) nepřekrývající se

44. Rozdělení tří nukleotidů na kodony je čistě funkční a existuje pouze v době translačního procesu

a) kód bez čárek

b) triplet

c) degenerace

d) nepřekrývající se

45. Počet sense kodonů v genetickém kódu

Hostováno na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Studium struktury eukaryotického genu, sekvence aminokyselin v molekule proteinu. Analýza reakce syntézy matrice, proces samozdvojení molekuly DNA, syntéza proteinů na matrici i-RNA. Přehled chemických reakcí probíhajících v buňkách živých organismů.

prezentace, přidáno 26.03.2012


Hlavní typy nukleových kyselin. Struktura a vlastnosti jejich struktury. Význam nukleových kyselin pro všechny živé organismy. Syntéza proteinů v buňce. Uchovávání, přenos a dědění informací o struktuře molekul bílkovin. Struktura DNA.

prezentace, přidáno 19.12.2014


Definice pojmu a popis obecných rysů translace jako procesu syntézy proteinů podle šablony RNA, prováděné v ribozomech. Schematické znázornění syntézy ribozomů u eukaryot. Stanovení konjugace transkripce a translace u prokaryot.

prezentace, přidáno 14.04.2014


Primární, sekundární a terciární struktury DNA. Vlastnosti genetického kódu. Historie objevu nukleových kyselin, jejich biochemické a fyzikálně-chemické vlastnosti. Matrixová, ribozomální, přenosová RNA. Proces replikace, transkripce a translace.

abstrakt, přidáno 19.05.2015


Podstata, složení nukleotidů, jejich fyzikální vlastnosti. Mechanismus reduplikace deoxyribonukleové kyseliny (DNA), její transkripce s přenosem dědičné informace na RNA a translační mechanismus - syntéza proteinů řízená touto informací.

abstrakt, přidáno 11.12.2009


Vlastnosti aplikace metody nukleární magnetické rezonance (NMR) pro studium nukleových kyselin, polysacharidů a lipidů. NMR studium komplexů nukleových kyselin s proteiny a biologickými membránami. Složení a struktura polysacharidů.

semestrální práce, přidáno 26.08.2009


Nukleotidy jako monomery nukleových kyselin, jejich funkce v buňce a metody výzkumu. Dusíkaté báze, které nejsou součástí nukleových kyselin. Struktura a formy deoxyribonukleových kyselin (DNA). Typy a funkce ribonukleových kyselin (RNA).

prezentace, přidáno 14.04.2014


Historie studia nukleových kyselin. Složení, struktura a vlastnosti deoxyribonukleové kyseliny. Pochopení genu a genetického kódu. Studium mutací a jejich důsledků ve vztahu k organismu. Detekce nukleových kyselin v rostlinných buňkách.

test, přidáno 18.03.2012


Informace o nukleových kyselinách, historii jejich objevu a rozšíření v přírodě. Struktura nukleových kyselin, nomenklatura nukleotidů. Funkce nukleových kyselin (deoxyribonukleová - DNA, ribonukleová - RNA). Primární a sekundární struktura DNA.

abstrakt, přidáno 26.11.2014


Obecná charakteristika buňky: tvar, chemické složení, rozdíly mezi eukaryoty a prokaryoty. Vlastnosti struktury buněk různých organismů. Intracelulární pohyb buněčné cytoplazmy, metabolismus. Funkce lipidů, sacharidů, bílkovin a nukleových kyselin.