Cualquier célula viva es capaz de sintetizar proteínas, y esta habilidad es una de sus propiedades más importantes y características. La biosíntesis de proteínas procede con energía particular durante el crecimiento y desarrollo de las células. En este momento, las proteínas se sintetizan activamente para construir orgánulos y membranas celulares. se sintetizan enzimas. La biosíntesis de proteínas también es intensiva en muchas células adultas, es decir, aquellas que han completado su crecimiento y desarrollo, por ejemplo, en las células de las glándulas digestivas que sintetizan proteínas enzimáticas (pepsina, tripsina), o en las células de las glándulas endocrinas que sintetizan Proteínas hormonales (insulina, tiroxina). La capacidad de sintetizar proteínas es inherente no solo a las células en crecimiento o secretoras: cualquier célula sintetiza constantemente proteínas a lo largo de su vida, ya que en el curso de la vida normal las moléculas de proteína se desnaturalizan gradualmente, se viola su estructura y funciones. Estas moléculas de proteína degradadas se eliminan de la célula. En cambio, se sintetizan nuevas moléculas completas, como resultado, la composición y la actividad de la célula no se alteran. La capacidad de sintetizar proteínas se hereda de una célula a otra y la conservan durante toda la vida.

El papel principal en la determinación de la estructura de las proteínas pertenece al ADN. El ADN en sí no está directamente involucrado en la síntesis. El ADN está contenido en el núcleo celular y la síntesis de proteínas se produce en los ribosomas ubicados en el citoplasma. El ADN solo contiene y almacena información sobre la estructura de las proteínas.

En una cadena larga de ADN sigue uno tras otro un registro de información sobre la composición de las estructuras primarias de diferentes proteínas. Un trozo de ADN que contiene información sobre la estructura de una sola proteína se llama gen. Una molécula de ADN es una colección de varios cientos de genes.

Para entender cómo la estructura del ADN determina la estructura de una proteína, tomemos un ejemplo. Mucha gente conoce el código Morse, con la ayuda de la cual se transmiten señales y telegramas. Según el código Morse, todas las letras del alfabeto se indican mediante combinaciones de señales cortas y largas: puntos y rayas. La letra A se designa .--, B -- --. etc. Una colección de símbolos se llama código o cifrado. El código Morse es un código de ejemplo. Habiendo recibido una cinta de telégrafo con puntos y rayas, una persona que conoce el código Morse puede descifrar fácilmente lo que está escrito.

Una macromolécula de ADN, que consta de varios miles de cuatro tipos consecutivos de nucleótidos, es un código que determina la estructura de varias moléculas de proteína. Así como en el código Morse cada letra corresponde a cierta combinación de puntos y rayas, en el código de ADN cada aminoácido corresponde a cierta combinación de puntos y rayas, así en el código de ADN cada aminoácido corresponde a cierta combinación de nucleótidos unidos secuencialmente.

El código de ADN ha sido descifrado casi por completo. La esencia del código de ADN es la siguiente. Cada aminoácido corresponde a una sección de la cadena de ADN de tres nucleótidos adyacentes. Por ejemplo, el segmento T-T-T corresponde al aminoácido lisina, el segmento A-C-A corresponde a la cisteína, el segmento C-A-A corresponde a la valina, etc. etc. Supongamos que en un gen los nucleótidos siguen este orden:

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

Habiendo dividido esta fila en tripletes (tripletes), descifraremos de inmediato qué aminoácidos y en qué orden siguen en la molécula de proteína: A-C-A - cisteína; T-T-T - lisina; A-A-C - leucina; C-A-A - valina; G-G-G - prolina. Solo hay dos caracteres en el código Morse. Para designar todas las letras, todos los números y signos de puntuación, debe tomar hasta 5 caracteres para algunas letras o números. El código de ADN es más simple. Hay 4 nucleótidos diferentes. El número de combinaciones posibles de 4 elementos por 3 es 64. Solo hay 20 aminoácidos diferentes. Por lo tanto, hay más que suficientes tripletes diferentes de nucleótidos para codificar todos los aminoácidos.

Transcripción. Para la síntesis de proteínas, se debe entregar un programa de síntesis a los ribosomas, es decir, información sobre la estructura de la proteína, registrada y almacenada en el ADN. Para la síntesis de proteínas, se envían copias exactas de esta información a los ribosomas. Esto se hace con la ayuda del ARN, que se sintetiza en el ADN y copia exactamente su estructura. La secuencia de nucleótidos del ARN repite exactamente la secuencia en una de las cadenas de genes. Así, la información contenida en la estructura de un gen dado es, por así decirlo, reescrita en el ARN. Este proceso se llama transcripción (del latín "transcripción" - reescritura). Se puede hacer cualquier número de copias de ARN a partir de cada gen. Estos ARN, que transportan información sobre la composición de las proteínas a los ribosomas, se denominan ARN de información (i-ARN).

Para comprender cómo la composición y la secuencia de nucleótidos en un gen pueden "reescribirse" en ARN, recordemos el principio de complementariedad, sobre la base del cual se construye la molécula de ADN de doble cadena. Los nucleótidos de una cadena determinan la naturaleza de los nucleótidos opuestos de la otra cadena. Si A está en una cadena, entonces T está en el mismo nivel de la otra cadena y C siempre está contra G. No hay otras combinaciones. El principio de complementariedad también opera en la síntesis del ARN mensajero.

Frente a cada nucleótido de una de las cadenas de ADN, se levanta un nucleótido complementario de ARN informacional (en el ARN, en lugar del nucleótido de timidilo (T), hay un nucleótido de uridilo (U). Así, C rna se opone a G dna, U rna contra A dna, U rna contra T dna "A RNA. Como resultado, la cadena de RNA resultante, en términos de composición y secuencia de sus nucleótidos, es una copia exacta de la composición y secuencia de nucleótidos de una de las cadenas de DNA Las moléculas de ARN mensajero van al lugar donde se produce la síntesis de proteínas, es decir, a los ribosomas.Allí va desde el citoplasma es el flujo de material a partir del cual se construye la proteína, es decir, los aminoácidos.En el citoplasma de las células siempre se forman aminoácidos. como resultado de la descomposición de las proteínas de los alimentos.

ARN de transporte. Los aminoácidos no ingresan al ribosoma por sí solos, sino que van acompañados de ARN de transporte (ARNt). Las moléculas de ARNt son pequeñas, consisten en solo 70-80 unidades de nucleótidos. Su composición y secuencia para algunos t-RNA ya se han establecido por completo. Al mismo tiempo, resultó que en varios lugares de la cadena de ARNt se encuentran de 4 a 7 unidades de nucleótidos que son complementarias entre sí. La presencia de secuencias complementarias en la molécula conduce al hecho de que estas regiones, cuando se acercan lo suficiente, se pegan entre sí debido a la formación de puentes de hidrógeno entre nucleótidos complementarios. Como resultado, aparece una estructura compleja en bucle, que se asemeja a la forma de una hoja de trébol. Un aminoácido (D) está unido a uno de los extremos de la molécula de ARNt, y en la parte superior de la "hoja de trébol" hay un triplete de nucleótidos (E), que corresponde en código a este aminoácido. Dado que hay al menos 20 aminoácidos diferentes, obviamente hay al menos 20 tRNA diferentes: cada aminoácido tiene su propio tRNA.

Reacción de síntesis de matriz. En los sistemas vivos, nos encontramos con un nuevo tipo de reacción, como la replicación del ADN o la reacción de síntesis del ARN. Tales reacciones son desconocidas en la naturaleza inanimada. Se denominan reacciones de síntesis de matriz.

El término "matriz" en tecnología se refiere a la forma utilizada para la fundición de monedas, medallas, tipos tipográficos: el metal endurecido reproduce exactamente todos los detalles de la forma utilizada para la fundición. La síntesis de matriz es como moldear una matriz: las nuevas moléculas se sintetizan de acuerdo exactamente con el plan establecido en la estructura de las moléculas ya existentes. El principio de matriz subyace en las reacciones de síntesis más importantes de la célula, como la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. En estas reacciones, se proporciona una secuencia exacta y estrictamente específica de unidades monoméricas en los polímeros sintetizados. Aquí hay una contracción dirigida de monómeros a un lugar determinado en la célula, a las moléculas que sirven como matriz, donde se produce la reacción. Si tales reacciones ocurrieran como resultado de una colisión aleatoria de moléculas, procederían infinitamente lentamente. La síntesis de moléculas complejas basada en el principio de matriz se lleva a cabo de forma rápida y precisa.

El papel de la matriz en las reacciones de la matriz lo desempeñan macromoléculas de ácidos nucleicos ADN o ARN. Las moléculas monoméricas a partir de las cuales se sintetiza el polímero (nucleótidos o aminoácidos) de acuerdo con el principio de complementariedad se organizan y fijan en la matriz en un orden predeterminado estrictamente definido. Luego hay una "reticulación" de unidades de monómero en una cadena de polímero, y el polímero terminado se descarga de la matriz. Después de eso, la matriz está lista para ensamblar una nueva molécula de polímero. Está claro que al igual que una sola moneda, una letra puede ser fundida en un molde dado, así solo un polímero puede ser "ensamblado" en una molécula de matriz dada.

El tipo de matriz de reacciones es una característica específica de la química de los sistemas vivos. Son la base de la propiedad fundamental de todos los seres vivos: su capacidad para reproducir su propia especie.

Transmisión. La información sobre la estructura de la proteína, registrada en el i-RNA en forma de secuencia de nucleótidos, se transfiere posteriormente en forma de secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica sintetizada. Este proceso se llama traducción. Para comprender cómo se produce la traducción en los ribosomas, es decir, la traducción de la información del lenguaje de los ácidos nucleicos al lenguaje de las proteínas, volvamos a la figura. Los ribosomas en la figura se representan como cuerpos ovoides, humillando al ARNm del extremo izquierdo e iniciando la síntesis de proteínas. A medida que se ensambla la molécula de proteína, el ribosoma se arrastra a lo largo del ARNm. Cuando el ribosoma avanza 50-100 A, el segundo ribosoma ingresa al ARNm desde el mismo extremo, que, como el primero, comienza la síntesis y se mueve después del primer ribosoma. Luego el tercer ribosoma ingresa al i-RNA, el cuarto, y así sucesivamente, todos ellos realizan el mismo trabajo: cada uno sintetiza la misma proteína programada en este i-RNA. Cuanto más a la derecha se haya movido el ribosoma a lo largo del i-RNA, más grande se "ensamblará" el segmento de la molécula de proteína. Cuando el ribosoma alcanza el extremo derecho del ARNm, la síntesis se completa. El ribosoma con la proteína resultante sale del ARNm. Luego divergen: el ribosoma, a cualquier i-ARN (ya que es capaz de sintetizar cualquier proteína; la naturaleza de la proteína depende de la matriz), la molécula de proteína, al retículo endoplásmico y se mueve a lo largo de él a esa parte del célula donde se requiere este tipo de proteína. Después de un corto tiempo, el segundo ribosoma termina su trabajo, luego el tercero, y así sucesivamente.Y desde el extremo izquierdo del ARNm, más y más ribosomas entran en él, y la síntesis de proteínas continúa. El número de ribosomas que caben simultáneamente en una molécula de ARNm depende de la longitud del ARNm. Así, hasta cinco ribosomas (el diámetro de un ribosoma es aproximadamente igual a 230 A) pueden caber en una molécula de ARNi que programa la síntesis de la proteína hemoglobina y tiene una longitud de unos 1500 A. Un grupo de ribosomas ubicados simultáneamente en la misma molécula de ARNm se denomina polirribosoma.

Ahora detengámonos con más detalle en el mecanismo del ribosoma. El ribosoma, durante su movimiento a lo largo del ARNm, está en contacto con una pequeña parte de su molécula en un momento dado. Es posible que el tamaño de esta región sea solo de un triplete de nucleótidos. El ribosoma se mueve a lo largo del i-RNA no suavemente, sino de forma intermitente, en "pasos", triplete a triplete. A cierta distancia del punto de contacto del ribosoma con y - REC es el punto de "ensamblaje" de la proteína: aquí se coloca la enzima proteína sintetasa y funciona, creando una cadena polipeptídica, es decir, formando enlaces peptídicos entre aminoácidos.

El mismo mecanismo de "ensamblaje" de una molécula de proteína en los ribosomas se lleva a cabo de la siguiente manera. Cada ribosoma, que es parte del polirribosoma, es decir, moviéndose a lo largo del ARNm, viene del medio ambiente en una corriente continua de moléculas de ARNt con aminoácidos "colgados" de ellos. Pasan tocando con su código final el lugar de contacto del ribosoma con el ARNm, que se encuentra actualmente en el ribosoma. El extremo opuesto del ARNt (que lleva el aminoácido) se ubica cerca del punto de ensamblaje de la proteína. Sin embargo, solo si el triplete codificador de ARNt resulta ser complementario al triplete de ARNm (actualmente en el ribosoma), el aminoácido suministrado por el ARNt entrará en la molécula de proteína y se separará del ARNt. Inmediatamente, el ribosoma da un "paso" hacia adelante a lo largo del i-RNA en un triplete, y el t-RNA libre es expulsado del ribosoma al medio ambiente. Aquí captura una nueva molécula de aminoácido y la lleva a cualquiera de los ribosomas de trabajo. Entonces, gradualmente, triplete por triplete, el ribosoma se mueve a lo largo del i-ARN y crece eslabón por eslabón: la cadena polipeptídica. Así es como funciona el ribosoma: este orgánulo celular, que con razón se llama el "autómata molecular" de la síntesis de proteínas.

En condiciones de laboratorio, la síntesis de proteínas artificiales requiere grandes esfuerzos, mucho tiempo y dinero. Y en una célula viva, la síntesis de una molécula de proteína se completa en 1-2 minutos.

El papel de las enzimas en la biosíntesis de proteínas. No debe olvidarse que ni un solo paso en el proceso de síntesis de proteínas pasa sin la participación de enzimas. Todas las reacciones de síntesis de proteínas son catalizadas por enzimas especiales. La síntesis del ARNm se lleva a cabo mediante una enzima que se arrastra a lo largo de la molécula de ADN desde el comienzo del gen hasta su final y deja atrás la molécula de ARNm terminada. El gen en este proceso proporciona solo un programa para la síntesis, y el proceso en sí lo lleva a cabo la enzima. Sin la participación de enzimas, no se produce la combinación de aminoácidos con t-RNA. Existen enzimas especiales que aseguran la captura y conexión de los aminoácidos con su t-RNA. Finalmente, en el proceso de ensamblaje de proteínas, una enzima trabaja en el ribosoma, uniendo los aminoácidos entre sí.

Energía de la biosíntesis de proteínas. Otro aspecto muy importante de la biosíntesis de proteínas es su energía. Cualquier proceso sintético es una reacción endotérmica y por lo tanto requiere energía. La biosíntesis de proteínas es una cadena de reacciones sintéticas: 1) síntesis de i-RNA; 2) conexión de aminoácidos con t-RNA; 3) "ensamblaje de proteínas". Todas estas reacciones requieren costos de energía. La energía para la síntesis de proteínas es suministrada por la reacción de división del ATP. Cada enlace en la biosíntesis siempre está asociado con la descomposición de ATP.

La compacidad de la organización biológica. Al estudiar el papel del ADN, resultó que el fenómeno de registrar, almacenar y transmitir información hereditaria se lleva a cabo a nivel de estructuras moleculares. Gracias a esto, se logra una sorprendente compacidad de los "mecanismos de trabajo", la mayor eficiencia de su ubicación en el espacio. Se sabe que el contenido de ADN en un espermatozoide humano es de 3,3X10 -12 grados g El ADN contiene toda la información que determina el desarrollo humano. Se estima que todos los óvulos fertilizados a partir de los cuales se han desarrollado todas las personas que viven hoy en la Tierra contienen tanto ADN como cabe en el volumen de una cabeza de alfiler.

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

2. Recuerda qué estructura proteica determina su estructura y propiedades. ¿Cómo se codifica esta estructura en la molécula de ADN?

3. ¿Qué es el código genético?

4. Describir las propiedades del código genético.

7. Reacciones de síntesis de matrices. Transcripción

La información sobre una proteína se registra como una secuencia de nucleótidos en el ADN y se encuentra en el núcleo. En realidad, la síntesis de proteínas se produce en el citoplasma de los ribosomas. Por lo tanto, la síntesis de proteínas requiere una estructura que lleve información desde el ADN hasta el sitio de síntesis de proteínas. Dicho intermediario es el ARN de información, o matriz, que transmite información desde un gen específico de la molécula de ADN hasta el sitio de síntesis de proteínas en los ribosomas.

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

La información genética se realiza en tres tipos de reacciones: síntesis de ARN, síntesis de proteínas, replicación de ADN. En cada uno de ellos, la información contenida en la secuencia lineal de nucleótidos se utiliza para crear otra secuencia lineal: ya sea nucleótidos (en moléculas de ARN o ADN) o aminoácidos (en moléculas de proteínas). Se ha demostrado experimentalmente que es el ADN el que sirve como molde para la síntesis de todos los ácidos nucleicos. Estas reacciones biosintéticas se denominan síntesis de matriz. La suficiente sencillez de las reacciones de la matriz y su unidimensionalidad permitieron estudiar y comprender su mecanismo en detalle, en contraste con otros procesos que ocurren en la célula.

Transcripción

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

La síntesis de ARN tiene una serie de características. La molécula de ARN es mucho más corta y es una copia de solo una pequeña sección de ADN. Por lo tanto, solo una determinada sección de ADN, donde se encuentra la información sobre un ácido nucleico dado, sirve como matriz. El ARN recién sintetizado nunca permanece unido a la plantilla de ADN original, sino que se libera después del final de la reacción. El proceso de transcripción se desarrolla en tres etapas.

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

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

Tercera etapa - terminación. Esta es la etapa final. La síntesis de ARN continúa hasta que señal de parada- una determinada secuencia de nucleótidos que detiene el movimiento de la enzima y la síntesis de ARN. La polimerasa se separa del ADN y la copia del ARN sintetizado. Simultáneamente, la molécula de ARN también se elimina de la matriz. El ADN reconstruye la doble hélice. Síntesis completada. Dependiendo de la región del ADN, los ARN ribosomal, de transporte y mensajero se sintetizan de esta manera.

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

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

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

Preguntas y tareas para el autocontrol.

1. ¿Qué reacciones están relacionadas con las reacciones de síntesis de matriz?

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

3. ¿Cuál es el nombre del proceso de biosíntesis de ARNm?

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

5. Establezca la secuencia del fragmento de ARNm si el fragmento de ADN correspondiente tiene la secuencia: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosíntesis de proteínas

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

Gene- Esta es la sección de la molécula de ADN responsable de la síntesis de una molécula de proteína. Para la síntesis de proteínas, es necesario que un determinado gen con ADN se copie en forma de una molécula de ARN mensajero. Este proceso ha sido discutido anteriormente. La síntesis de proteínas es un proceso complejo de varias etapas y depende de la actividad de varios tipos de ARN. Los siguientes componentes son necesarios para la biosíntesis directa de proteínas:

1. ARN mensajero: un portador de información desde el ADN hasta el sitio de síntesis. Las moléculas de ARNm se sintetizan durante la transcripción.

2. Ribosomas: orgánulos donde se produce la síntesis de proteínas.

3. Un conjunto de aminoácidos esenciales en el citoplasma.

4. Transferir ARN que codifican aminoácidos y llevarlos al sitio de síntesis en los ribosomas.

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

Transferir la estructura del ARN y la codificación de aminoácidos.

Los ARN de transferencia (ARNt) son moléculas pequeñas con nucleótidos 70 a 90. Los ARNt representan aproximadamente el 15% de todo el ARN celular. La función del tRNA depende de su estructura. El estudio de la estructura de las moléculas de tRNA mostró que están plegadas de cierta manera y se ven como hoja de trébol(Figura 20). En la molécula se distinguen bucles y secciones dobles, conectados debido a la interacción de bases complementarias. El más importante es el bucle central, que contiene anticodón - triplete de nucleótidos correspondiente al código de un aminoácido específico. Con su anticodón, el ARNt puede combinarse con el codón correspondiente en el ARNm según el principio de complementariedad.

Arroz. 20. La estructura de la molécula de ARNt: 1 - anticodón; 2 - el lugar de unión del aminoácido

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

En un extremo de la molécula de ARNt siempre hay un nucleótido de guanina (extremo 5'), y en el otro extremo (extremo 3') siempre hay tres nucleótidos CCA. Es con este fin que se une el aminoácido (Fig. 21). Cada aminoácido se une a su ARNt específico con el anticodón correspondiente. El mecanismo de esta unión está asociado con el trabajo de enzimas específicas, las aminoacil-tRNA sintetasas, que unen cada aminoácido al tRNA correspondiente. Cada aminoácido tiene su propia sintetasa. La conexión de un aminoácido con el tRNA se lleva a cabo gracias a la energía del ATP, mientras que el enlace macroérgico pasa a ser un enlace entre el tRNA y el aminoácido. Así es como se activan y codifican los aminoácidos.

Etapas de la biosíntesis de proteínas. El proceso de síntesis de una cadena polipeptídica, llevado a cabo en un ribosoma, se denomina transmisión. El ARN mensajero (ARNm) es un intermediario en la transferencia de información sobre la estructura primaria de la proteína, el ARNt transfiere los aminoácidos codificados al sitio de síntesis y asegura la secuencia de sus compuestos. Los ribosomas ensamblan la cadena polipeptídica.

replicación

El proceso de replicación del ADN tiene lugar en el núcleo bajo la acción de enzimas y complejos proteicos especiales. Principios de la duplicación del ADN:

• * antiparalelismo : la hebra hija se sintetiza en la dirección de 5" a 3" final.
• * Complementario : la estructura de la hebra hija de ADN está determinada por la secuencia de nucleótidos de la hebra progenitora, seleccionada según el principio de complementariedad.
• * semi-continuidad : una de las dos cadenas de ADN principal , se sintetiza continuamente, y el otro - demorado , intermitentemente con la formación de cortos fragmentos de okazaki . Esto se debe a la propiedad de antiparalelismo.
• * semiconservador : Las moléculas de ADN obtenidas durante la reduplicación contienen una hebra materna conservada y un hijo sintetizado.
• 1) Iniciación

Empezar con punto replicativo al que se unen las proteínas que inician la replicación. Bajo la acción de las enzimas topoisomerasas de ADN y ADN helicasas la cadena se desenrolla y los puentes de hidrógeno se rompen. Luego viene la separación fragmentaria de la doble cadena de ADN con la formación horquilla de replicación . Las enzimas evitan que las hebras de ADN se vuelvan a conectar.

2) Alargamiento

La síntesis de la hebra hija de ADN se debe a la enzima ADN polimerasa , que se mueve en la dirección 5" 3" , seleccionando nucleótidos según el principio de complementariedad. La hebra principal se sintetiza de forma continua y la hebra rezagada se sintetiza de forma intermitente. Enzima ADN ligasa interconecta fragmentos de okazaki . Proteínas correctivas especiales reconocen errores y eliminan nucleótidos incorrectos.

3) Terminación

La replicación finaliza cuando se encuentran dos bifurcaciones de replicación. Los componentes proteicos se eliminan, las moléculas de ADN se espiralizan.

Propiedades del código genético

• * trillizo Cada aminoácido está codificado por un código de 3 nucleótidos.
• * inequívoco - cada triplete codifica solo un determinado ácido.
• * Degenerar - cada aminoácido está codificado por varios tripletes (2-6). Solo dos de ellos están codificados por un triplete: triptófano y metionina.
• * no superpuesto - cada codón es una unidad independiente, y la información genética se lee solo de una manera en una dirección
• * Universal es el mismo para todos los organismos. Los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos en diferentes organismos.

Codigo genetico

La implementación de la información hereditaria sigue el esquema gen-proteína-rasgo.

Gene - una sección de una molécula de ADN que lleva información sobre la estructura primaria de una molécula de proteína y es responsable de su síntesis.

Codigo genetico - el principio de codificar información hereditaria en una célula. Es una secuencia de tripletes de nucleótidos en NA, que establece un cierto orden de aminoácidos en las proteínas. Infa contenido en una secuencia lineal de nucleótidos se utiliza para crear otra secuencia.

4 nucleótidos pueden hacer 64 trillizo , 61 de los cuales codifican para aminoácidos. codones de parada - Los tripletes UAA, UAG, UGA detienen la síntesis de la cadena polipeptídica.

codón de inicio - el triplete AUG determina el comienzo de la síntesis de la cadena polipeptídica.

Biosíntesis de proteínas

Uno de los principales procesos del metabolismo plástico. Algunas de las reacciones tienen lugar en el núcleo, la otra, en el citoplasma. Componentes necesarios: ATP, ADN, i-ARN, t-ARN, r-ARN, Mg 2+, aminoácidos, enzimas. Consta de 3 procesos:

• - transcripción : síntesis de ARNm
• - Procesando : conversión de ARNm a ARNm
• - transmisión : síntesis de proteínas

El ADN contiene información sobre la estructura de una proteína en forma de secuencia de aminoácidos, pero como los genes no salen del núcleo, no participan directamente en la biosíntesis de la molécula de proteína. El I-ARN se sintetiza en el núcleo celular por el ADN y se transfiere desde el ADN al sitio de síntesis de proteínas (ribosomas). Luego, con la ayuda de tRNA, los aminoácidos complementarios al mRNA se seleccionan del citoplasma. Así, se sintetizan cadenas polipeptídicas.

Transcripción

1) Iniciación

La síntesis de moléculas de ARNm por ADN puede ocurrir en el núcleo, las mitocondrias y los plástidos. Bajo la acción de las enzimas ADN helicasa y ADN topoisomerasa, una parte de la molécula de ADN se relaja , los puentes de hidrógeno se rompen. La información de lectura proviene de una sola hebra de ADN, que se llama codificación codogénico . Enzima ARN polimerasa se conecta con promotor - una zona de ADN que contiene la señal de inicio TATA.

2) Alargamiento

El proceso de alinear nucleótidos según el principio. Complementario . La ARN polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de codificación y une los nucleótidos, formando una cadena de polinucleótidos. El proceso continúa hasta codón de parada .

3) Terminación

Finalización de la síntesis: la enzima y la molécula de ARN sintetizada se separan del ADN, se restaura la doble hélice del ADN.

Procesando

La transformación de una molécula de ARNm en ARNm durante empalme en el núcleo bajo la acción de enzimas. Eliminación en curso intrones -áreas que no llevan información sobre la secuencia de aminoácidos y el entrecruzamiento exones - parcelas que codifican la secuencia de aminoácidos. A esto le sigue la adición del codón de parada AUG, la protección del extremo 5' y la poliadenilación para proteger el extremo 3'. Se forma mRNA maduro, es más corto y va a los ribosomas.

Transmisión

El proceso de traducir la secuencia de nucleótidos de los tripletes de ARNm en la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica. Ocurre en el citoplasma en los ribosomas.

1) Iniciación

El ARNm sintetizado pasa a través de los poros nucleares al citoplasma, donde, con la ayuda de enzimas y la energía del ATP, se combina con pequeña subunidad del ribosoma. Entonces el iniciador tRNA con el aminoácido metianina se une al centro peptídico. Además, en presencia de Mg 2+, la adición grande subunidades

2) Alargamiento

Elongación de la cadena de proteínas. Los aminoácidos son entregados a los ribosomas por su propio ARNt. La forma de la molécula de ARNt se asemeja a un trébol, en el medio del cual hay anticodón , complementario a los nucleótidos de codones de ARNm. El aminoácido correspondiente se une a la base opuesta de la molécula de ARNt.

El primer tRNA está anclado en peptidilo centro, y el segundo - en aminoacial . Luego los aminoácidos se juntan y forman entre ellos péptido conexión, aparece un dipéptido, el primer t-RNA entra en el citoplasma. Después de eso, el ribosoma produce 1 trinucleótido. paso por ARNm. Como resultado, el segundo t-RNA está en el centro peptídico, liberando el aminoacilo. El proceso de unir aminoácidos toma la energía del ATP y requiere la presencia de una enzima. aminoacil-t-ARN sintetasa .

3) Terminación

Cuando un codón de terminación ingresa al centro del aminoácido, se completa la síntesis y se agrega agua al último aminoácido. El ribosoma se elimina del ARNm y se divide en 2 subunidades, el ARNt regresa al citoplasma.

Ácidos nucleicos.

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

Los NC son heteropolímeros lineales no ramificados cuyos monómeros son nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster.

Un nucleótido está formado por:

base nitrogenada

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

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

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

residuos de ácido fosfórico.

Hay 2 tipos de NK: ADN y ARN. Las NC proporcionan almacenamiento, reproducción e implementación de información genética (hereditaria). Esta información se codifica en forma de secuencias de nucleótidos. La secuencia de nucleótidos refleja la estructura primaria de las proteínas. La correspondencia entre los aminoácidos y las secuencias de nucleótidos que los codifican se denomina codigo genetico. unidad codigo genetico El ADN y el ARN son trillizo- una secuencia de tres nucleótidos.

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

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

El empaque adicional de la macromolécula de polímero se denomina estructura secundaria. En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura secundaria del ADN, la doble hélice. En esta hélice, los grupos fosfato están en el exterior de las hélices, mientras que las bases están en el interior, espaciados a intervalos de 0,34 nm. Las cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre las bases y están retorcidas una alrededor de la otra y alrededor de un eje común.

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

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

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

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

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

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

Hay varias familias de ADN: formas A, B, C, D, Z. En las células, generalmente se encuentra la forma B. Todas las formas excepto la Z son espirales a la derecha.

Replicación (autoduplicación) del ADN - este es uno de los procesos biológicos más importantes que aseguran la reproducción de la información genética. La replicación comienza con la separación de dos cadenas complementarias. Cada hebra se utiliza como plantilla para la formación de una nueva molécula de ADN. Las enzimas están involucradas en el proceso de síntesis de ADN. Cada una de las dos moléculas hijas incluye necesariamente una hélice vieja y una nueva. La nueva molécula de ADN es absolutamente idéntica a la anterior en términos de secuencia de nucleótidos. Este método de replicación asegura la reproducción exacta en las moléculas hijas de la información registrada en la molécula de ADN madre.

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

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

Las reacciones de tipo matricial incluyen:

replicación de ADN (síntesis de ADN en una plantilla de ADN),

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

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

Sin embargo, existen otras reacciones del tipo molde, por ejemplo, la síntesis de ARN sobre un molde de ARN y la síntesis de ADN sobre un molde de ARN. Los dos últimos tipos de reacciones se observan cuando una célula se infecta con ciertos virus. Síntesis de ADN en una plantilla de ARN ( transcripción inversa) es ampliamente utilizado en ingeniería genética.

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

La replicación del ADN es un proceso complejo que involucra docenas de enzimas. Las más importantes son las ADN polimerasas (varios tipos), primasas, topoisomerasas, ligasas y otras. El principal problema en la replicación del ADN es que en diferentes cadenas de una molécula, los residuos de ácido fosfórico están dirigidos en diferentes direcciones, pero el crecimiento de la cadena solo puede ocurrir desde el extremo que termina con el grupo OH. Por lo tanto, en la región replicada, que se llama horquilla de replicación, el proceso de replicación procede de manera diferente en diferentes cadenas. En una de las cadenas, que se llama líder, hay una síntesis continua de ADN en la plantilla de ADN. En la otra cadena, que se llama cadena rezagada, la unión ocurre primero. cebador- un fragmento de ARN específico. El cebador sirve como cebador para la síntesis de un fragmento de ADN llamado Fragmento de Okazaki. Posteriormente, se elimina el cebador y los fragmentos de Okazaki se fusionan en una sola hebra de la enzima ADN ligasa. La replicación del ADN va acompañada indemnización– corrección de errores que inevitablemente ocurren durante la replicación. Hay muchos mecanismos de reparación.

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

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

Dentro de una molécula de ARN, hay varias regiones que son complementarias entre sí. Los enlaces de hidrógeno se forman entre estos sitios complementarios. Como resultado, las estructuras bicatenarias y monocatenarias se alternan en una molécula de ARN, y la conformación general de la molécula se parece a una hoja de trébol.

Las bases nitrogenadas que componen el ARN son capaces de formar enlaces de hidrógeno con bases complementarias tanto en el ADN como en el ARN. En este caso, las bases nitrogenadas forman pares A=U, A=T y G≡C. Esto hace posible transferir información de ADN a ARN, de ARN a ADN y de ARN a proteínas.

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

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

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

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

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

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

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

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

Las subunidades y sus ARNr constituyentes generalmente se designan por su constante de sedimentación. S - coeficiente de sedimentación, unidades Svedberg. El valor S caracteriza la velocidad de sedimentación de las partículas durante la ultracentrifugación y es proporcional a su peso molecular. (Por ejemplo, el ARNr procariótico con un coeficiente de sedimentación de 16 unidades Svedberg se designa como ARNr 16S).

Así, se aíslan varios tipos de rRNA, que difieren en la longitud de la cadena polinucleotídica, la masa y la localización en los ribosomas: 23-28S, 16-18S, 5S y 5.8S. Tanto los ribosomas procarióticos como los eucarióticos contienen 2 ARN poliméricos diferentes, uno para cada subunidad, y un ARN de bajo peso molecular, el ARN 5S. Los ribosomas eucarióticos también contienen ARN 5.8S de bajo peso molecular. Por ejemplo, en procariotas, la síntesis de 23S, 16S y 5S rRNA, en eucariotas: 18S, 28S, 5S y 5.8S.

Ribosoma 80S (eucariota)

Subunidad pequeña 40S Subunidad grande 60S

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

5,8SrARN (~155 nt),

5SrARN (~121 nt),

~30 proteínas. ~45 proteínas.

70S-ribosoma (procariota)

Subunidad pequeña 30S Subunidad grande 50S

16SrARN, - 23SrARN,

~20 proteínas. ~30 proteínas.

Una molécula grande de ARNr de alto polímero (constante de sedimentación 23-28S, localizada en subunidades de ribosomas 50-60S.

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

En todos los ribosomas sin excepción, hay un ARNr 5S de bajo polímero localizado en las subunidades 50-60S de los ribosomas.

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

Así, la composición de los ribosomas incluye tres tipos de ARNr en procariotas y cuatro tipos de ARNr en eucariotas.

La estructura primaria del ARNr es una cadena de polirribonucleótidos.

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

La estructura terciaria de los ARNr de alto polímero es la interacción de elementos helicoidales de la estructura secundaria.

3. Transporte ARN (ARNt). Constituye el 10% del ARN celular. Lleva un aminoácido al sitio de síntesis de proteínas, es decir, a los ribosomas. Cada aminoácido tiene su propio ARNt.

La estructura primaria del ARNt es una cadena de polirribonucleótidos.

La estructura secundaria del tRNA es el modelo de "hoja de trébol", en esta estructura hay 4 regiones de doble cadena y 5 de cadena simple.

La estructura terciaria del tRNA es estable, la molécula se pliega en una estructura en forma de L (2 hélices casi perpendiculares entre sí).

Todos los tipos de ARN se forman como resultado de reacciones de síntesis de moldes. En la mayoría de los casos, una de las cadenas de ADN sirve como molde. Por tanto, la biosíntesis de ARN sobre un molde de ADN es una reacción heterocatalítica del tipo molde. Este proceso se llama transcripción y está controlado por ciertas enzimas: ARN polimerasas (transcriptasas).

La síntesis de ARN (transcripción de ADN) consiste en reescribir información de ADN a ARNm.

Diferencias entre la síntesis de ARN y la síntesis de ADN:

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

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

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

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1. Reacciones de síntesis de matriz

En los sistemas vivos, se encuentran reacciones que son desconocidas en la naturaleza inanimada: reacciones de síntesis de matriz.

El término "matriz" en tecnología se refiere a la forma utilizada para la fundición de monedas, medallas, tipos tipográficos: el metal endurecido reproduce exactamente todos los detalles de la forma utilizada para la fundición. La síntesis de matriz es como moldear una matriz: las nuevas moléculas se sintetizan de acuerdo exactamente con el plan establecido en la estructura de las moléculas ya existentes.

El principio de matriz subyace en las reacciones de síntesis más importantes de la célula, como la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. En estas reacciones, se proporciona una secuencia exacta y estrictamente específica de unidades monoméricas en los polímeros sintetizados.

Aquí hay una contracción dirigida de monómeros a un lugar determinado en la célula, a las moléculas que sirven como matriz, donde se produce la reacción. Si tales reacciones ocurrieran como resultado de una colisión aleatoria de moléculas, procederían infinitamente lentamente. La síntesis de moléculas complejas basada en el principio de matriz se lleva a cabo de forma rápida y precisa.

El papel de la matriz en las reacciones de la matriz lo desempeñan macromoléculas de ácidos nucleicos ADN o ARN.

Las moléculas monoméricas a partir de las cuales se sintetiza el polímero (nucleótidos o aminoácidos) de acuerdo con el principio de complementariedad se organizan y fijan en la matriz en un orden predeterminado estrictamente definido.

Luego hay una "reticulación" de unidades de monómero en una cadena de polímero, y el polímero terminado se descarga de la matriz.

Después de eso, la matriz está lista para ensamblar una nueva molécula de polímero. Está claro que al igual que una sola moneda, una letra puede ser fundida en un molde dado, así solo un polímero puede ser "ensamblado" en una molécula de matriz dada.

El tipo de matriz de reacciones es una característica específica de la química de los sistemas vivos. Son la base de la propiedad fundamental de todos los seres vivos: su capacidad para reproducir su propia especie.

Las reacciones de síntesis de matriz incluyen:

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

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

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

La molécula es capaz de duplicarse a sí misma (replicación), y en cada mitad antigua de la molécula se sintetiza una nueva mitad.

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

La transferencia de información y la síntesis de proteínas siguen un principio de matriz, comparable al trabajo de una imprenta en una imprenta. La información del ADN se copia una y otra vez. Si se producen errores durante la copia, se repetirán en todas las copias posteriores.

Es cierto que se pueden corregir algunos errores en la copia de información por parte de una molécula de ADN: el proceso de eliminación de errores se denomina reparación. La primera de las reacciones en el proceso de transferencia de información es la replicación de la molécula de ADN y la síntesis de nuevas hebras de ADN.

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

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

La molécula de ARNm terminada ingresa al citoplasma en los ribosomas, donde tiene lugar la síntesis de cadenas polipeptídicas.

3. traducción - síntesis de proteínas en i-RNA; el proceso de traducir la información contenida en la secuencia de nucleótidos de un ARNm en la secuencia de aminoácidos en un polipéptido.

4. Síntesis de ARN o ADN en virus de ARN

Por lo tanto, la biosíntesis de proteínas es uno de los tipos de intercambio plástico, durante el cual la información hereditaria codificada en los genes del ADN se convierte en una determinada secuencia de aminoácidos en las moléculas de proteínas.

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

Como resultado de la activación, el aminoácido se vuelve más lábil y se une al t-RNA bajo la acción de la misma enzima. Cada aminoácido corresponde a un t-RNA estrictamente específico, que encuentra su "propio" aminoácido y lo transfiere al ribosoma.

En consecuencia, el ribosoma recibe varios aminoácidos activados conectados a sus tRNA. El ribosoma es como un transportador para ensamblar una cadena de proteínas a partir de varios aminoácidos que ingresan.

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

La influencia directa del ADN en la síntesis de proteínas no se lleva a cabo directamente, sino con la ayuda de un intermediario especial: matriz o ARN mensajero (ARNm o ARNm), que se sintetiza en el núcleo bajo la influencia del ADN, por lo que su composición refleja la composición del ADN. La molécula de ARN es, por así decirlo, un molde de la forma de ADN. El ARNm sintetizado ingresa al ribosoma y, por así decirlo, transfiere a esta estructura un plan: en qué orden los aminoácidos activados que ingresaron al ribosoma deben conectarse entre sí para sintetizar una determinada proteína. De lo contrario, la información genética codificada en el ADN se transfiere al ARNm y luego a la proteína.

La molécula de ARNm entra en el ribosoma y lo une. Esa parte del mismo, que actualmente se encuentra en el ribosoma, definida por un codón (triplete), interactúa de manera completamente específica con un triplete (anticodón) adecuado por su estructura en el ARN de transferencia, que trajo el aminoácido al ribosoma.

Transfer RNA con su aminoácido se acerca a un codón específico de i-RNA y se conecta a él; otro t-RNA con un aminoácido diferente se une a la siguiente sección vecina del i-RNA, y así sucesivamente hasta que se lee toda la cadena del i-RNA, hasta que todos los aminoácidos se encadenan en el orden apropiado, formando un molécula de proteína.

Y el t-RNA, que entregó el aminoácido a un determinado sitio de la cadena polipeptídica, se libera de su aminoácido y abandona el ribosoma. gen nucleico de células de matriz

Luego, nuevamente en el citoplasma, el aminoácido deseado puede unirse a él y lo transferirá nuevamente al ribosoma.

En el proceso de síntesis de proteínas, no uno, sino varios ribosomas, polirribosomas, están involucrados simultáneamente.

Las principales etapas de la transferencia de información genética:

síntesis en ADN como en una plantilla de i-ARN (transcripción)

síntesis en los ribosomas de la cadena polipeptídica según el programa contenido en el i-RNA (traducción).

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

En los eucariotas, la transcripción y la traducción están estrictamente separadas en el espacio y el tiempo: la síntesis de varios ARN se produce en el núcleo, después de lo cual las moléculas de ARN deben abandonar el núcleo, atravesando la membrana nuclear. Luego, en el citoplasma, el ARN se transporta al sitio de síntesis de proteínas: los ribosomas. Solo después de eso viene la siguiente etapa: la traducción.

En procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente.

Por lo tanto, el lugar de síntesis de proteínas y todas las enzimas en la célula son los ribosomas: son, por así decirlo, "fábricas" de la proteína, como si fuera un taller de ensamblaje, donde se encuentran todos los materiales necesarios para ensamblar la cadena polipeptídica de una proteína. de los aminoácidos vienen. La naturaleza de la proteína sintetizada depende de la estructura del i-ARN, del orden de los nucleoides en ella, y la estructura del i-ARN refleja la estructura del ADN, de modo que al final la estructura específica del proteína, es decir, el orden en que se organizan varios aminoácidos en ella, depende del orden de disposición de los nucleoides en el ADN, de la estructura del ADN.

La teoría establecida de la biosíntesis de proteínas se denominó teoría de la matriz. Esta teoría se denomina matriz porque los ácidos nucleicos desempeñan, por así decirlo, el papel de matrices en las que se registra toda la información relativa a la secuencia de residuos de aminoácidos en una molécula de proteína.

La creación de la teoría de la matriz de la biosíntesis de proteínas y el desciframiento del código de aminoácidos es el mayor logro científico del siglo XX, el paso más importante para dilucidar el mecanismo molecular de la herencia.

Algoritmo para la resolución de problemas.

Tipo 1. Autocopia de ADN. Una de las cadenas de ADN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos: AGTACCGATACCTCGATTTACG... ¿Qué secuencia de nucleótidos tiene la segunda cadena de la misma molécula? Para escribir la secuencia de nucleótidos de la segunda hebra de una molécula de ADN, cuando se conoce la secuencia de la primera hebra, basta con sustituir la timina por adenina, la adenina por timina, la guanina por citosina y la citosina por guanina. Habiendo realizado dicho reemplazo, obtenemos la secuencia: TACCTGGCTATGAGCCTAAATG... Tipo 2. Codificación de proteínas. La cadena de aminoácidos de la proteína ribonucleasa tiene el siguiente comienzo: lisina-glutamina-treonina-alanina-alanina-alanina-lisina... ¿A partir de qué secuencia de nucleótidos comienza el gen correspondiente a esta proteína? Para hacer esto, use la tabla del código genético. Para cada aminoácido, encontramos su código de designación en forma del trío de nucleótidos correspondiente y lo escribimos. Al disponer estos tripletes uno tras otro en el mismo orden en que van los aminoácidos correspondientes, obtenemos la fórmula para la estructura de la sección de ARN mensajero. Como regla general, hay varios triples de este tipo, la elección se realiza de acuerdo con su decisión (pero solo se toma uno de los triples). Puede haber varias soluciones, respectivamente. AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG Tipo 3. Descodificación de moléculas de ADN. Con qué secuencia de aminoácidos comienza la proteína, si está codificada por tal secuencia de nucleótidos: ACGCCCATGGCCGGT ... Por el principio de complementariedad, encontramos la estructura del sitio de ARN informativo formado en este segmento de la molécula de ADN: UGCGGGUACCCGGCCA . .. Luego pasamos a la tabla del código genético y para cada trío de nucleótidos, comenzando desde el primero, buscamos y escribimos el aminoácido que le corresponde: Cisteína-glicina-tirosina-arginina-prolina-...

2. Resumen de biología en el grado 10 "A" sobre el tema: Biosíntesis de proteínas

Propósito: Introducir los procesos de transcripción y traducción.

Educativo. Introducir los conceptos de gen, triplete, codón, código de ADN, transcripción y traducción, explicar la esencia del proceso de biosíntesis de proteínas.

Desarrollando. Desarrollo de la atención, la memoria, el pensamiento lógico. Entrenamiento de la imaginación espacial.

Educativo. Educación de una cultura del trabajo en el aula, respeto por el trabajo de los demás.

Equipamiento: Pizarra, mesas de biosíntesis de proteínas, pizarra magnética, modelo dinámico.

Literatura: libros de texto Yu.I. Polyansky, D. K. Belyaeva, A. O. Ruvinsky; "Fundamentos de Citología" O.G. Mashanova, "Biología" V.N. Yarygina, "Genes y genomas" Singer y Berg, cuaderno escolar, estudios N.D. Lisova. Un manual para el grado 10 "Biología".

Métodos y técnicas metodológicas: relato con elementos de conversación, demostración, ensayo.

La secuencia de reacciones de la matriz en la biosíntesis de proteínas se puede representar como un diagrama:

Opción 1

1. El código genético es

a) un sistema para registrar el orden de los aminoácidos en una proteína usando nucleótidos de ADN

b) una sección de una molécula de ADN de 3 nucleótidos adyacentes, responsable de fijar un aminoácido específico en una molécula de proteína

c) la propiedad de los organismos para transferir información genética de padres a hijos

d) unidad de lectura de información genética

40. Cada aminoácido está codificado por tres nucleótidos - esto es

a) especificidad

b) triplete

c) degeneración

d) no superpuesto

41. Los aminoácidos están encriptados por más de un codón - esto es

a) especificidad

b) triplete

c) degeneración

d) no superpuesto

42. En los eucariotas, un nucleótido es parte de un solo codón, esto es

a) especificidad

b) triplete

c) degeneración

d) no superpuesto

43. Todos los organismos vivos en nuestro planeta tienen el mismo código genético - esto es

a) especificidad

b) universalidad

c) degeneración

d) no superpuesto

44. La división de tres nucleótidos en codones es puramente funcional y existe solo en el momento del proceso de traducción.

a) código sin comas

b) triplete

c) degeneración

d) no superpuesto

45. El número de codones de sentido en el código genético.

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