Svaka živa stanica sposobna je sintetizirati proteine, a ta je sposobnost jedno od njezinih najvažnijih i najkarakterističnijih svojstava. Biosinteza proteina odvija se s posebnom energijom tijekom razdoblja rasta i razvoja stanica. U to vrijeme aktivno se sintetiziraju proteini za izgradnju staničnih organela i membrana. Enzimi se sintetiziraju. Biosinteza proteina se intenzivno odvija u mnogim odraslim stanicama, odnosno onima koje su završile rast i razvoj, npr. u stanicama probavnih žlijezda koje sintetiziraju enzimske proteine ​​(pepsin, tripsin), ili u stanicama endokrinih žlijezda koje sintetiziraju hormon proteini (inzulin, tiroksin). Sposobnost sintetiziranja proteina nije svojstvena samo rastućim ili sekretornim stanicama: svaka stanica neprestano sintetizira proteine ​​tijekom svog života, budući da se tijekom normalnog života proteinske molekule postupno denaturiraju, njihova struktura i funkcije su poremećene. Takve proteinske molekule koje su postale neupotrebljive uklanjaju se iz stanice. Zauzvrat se sintetiziraju nove punopravne molekule, kao rezultat toga, sastav i aktivnost stanice nisu poremećeni. Sposobnost sintetiziranja proteina nasljeđuje se od stanice do stanice i održava se tijekom života.

Glavnu ulogu u određivanju strukture proteina ima DNA. Sama DNK ne sudjeluje izravno u sintezi. DNA je sadržana u staničnoj jezgri, a sinteza proteina odvija se u ribosomima koji se nalaze u citoplazmi. DNK sadrži i pohranjuje samo podatke o strukturi proteina.

Na dugom lancu DNK postoji jedan za drugim zapis informacija o sastavu primarnih struktura različitih proteina. Dio DNK koji sadrži informacije o strukturi jednog proteina naziva se gen. Molekula DNK skup je nekoliko stotina gena.

Da bismo razumjeli kako struktura DNK određuje strukturu proteina, dajmo primjer. Mnogi ljudi znaju za Morseov kod, koji se koristi za prijenos signala i telegrama. U Morseovoj abecedi sva slova abecede označena su kombinacijama kratkih i dugih signala - točkica i crtica. Slovo A označeno je - -, B - -. itd. Zbirka simbola naziva se kod ili šifra. Morseov kod je primjer koda. Nakon što je primio oznaku trake s točkama i crticama, netko tko poznaje Morseovu abecedu može lako dešifrirati ono što je napisano.

Makromolekula DNA, koja se sastoji od nekoliko tisuća sekvencijalno smještenih četiri vrste nukleotida, kod je koji određuje strukturu niza proteinskih molekula. Kao što u Morseovoj azbuci svako slovo odgovara određenoj kombinaciji točaka i crtica, tako u DNK kodu svaka aminokiselina odgovara određenoj kombinaciji točaka i crtica, a u DNK kodu svaka aminokiselina odgovara određenoj kombinaciji sekvencijalno vezanih nukleotida.

DNK kod je gotovo u potpunosti dešifriran. Suština DNK koda je sljedeća. Svaka aminokiselina odgovara dijelu lanca DNA koji se sastoji od tri susjedna nukleotida. Na primjer, dio T-T-T odgovara aminokiselini lizinu, dio A-C-A odgovara cisteinu, C-A-A odgovara valinu itd. itd. Pretpostavimo da nukleotidi u genu slijede ovaj redoslijed:

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

Rastavljanjem ovog niza na triplete (trojke) možemo odmah dešifrirati koje se aminokiseline i kojim redoslijedom pojavljuju u proteinskoj molekuli: A-C-A - cistein; T-T-T - lizin; A-A-C - leucin; C-A-A - valin; G-G-G - prolin. U Morseovoj azbuci postoje samo dva znaka. Za označavanje svih slova, svih brojeva i interpunkcijskih znakova, morate uzeti do 5 znakova za neka slova ili brojeve. DNK kod je jednostavniji. Postoje 4 različita nukleotida. Broj mogućih kombinacija 4 elementa od 3 je 64. Postoji samo 20 različitih aminokiselina. Dakle, postoji više nego dovoljno različitih tripleta nukleotida za kodiranje svih aminokiselina.

Transkripcija. Za sintezu proteina ribosomima se mora dostaviti program sinteze, tj. informacija o strukturi proteina zapisana i pohranjena u DNK. Za sintezu proteina, točne kopije ovih informacija šalju se ribosomima. To se radi uz pomoć RNA, koja se sintetizira na DNA i točno kopira njegovu strukturu. Sekvenca nukleotida RNK točno ponavlja sekvencu u jednom od genskih lanaca. Dakle, informacije sadržane u strukturi ovog gena su, takoreći, prepisane u RNK. Taj se proces naziva transkripcija (latinski "transkripcija" - prepisivanje). Iz svakog gena može se ukloniti bilo koji broj kopija RNK. Ove RNA, koje prenose informacije o sastavu proteina u ribosome, nazivaju se glasničke RNA (i-RNA).

Da bismo razumjeli kako se sastav i slijed nukleotida u genu mogu “prepisati” u RNK, prisjetimo se principa komplementarnosti na temelju kojeg je izgrađena dvolančana molekula DNK. Nukleotidi jednog lanca određuju karakter suprotnih nukleotida drugog lanca. Ako je A na jednom lancu, tada je T na istoj razini drugog lanca, a C je uvijek nasuprot G. Nema drugih kombinacija. Načelo komplementarnosti također djeluje u sintezi glasničke RNA.

Nasuprot svakom nukleotidu jednog od lanaca DNA stoji komplementarni nukleotid glasničke RNA (u RNA umjesto timidilnog nukleotida (T) stoji uridilni nukleotid (U). Dakle, C RNA stoji naspram G DNA, U RNA stoji nasuprot A DNA, U RNA stoji nasuprot T DNA - A RNA. Kao rezultat toga, rezultirajući lanac RNA, u smislu sastava i slijeda svojih nukleotida, točna je kopija sastava i slijeda nukleotida jednog od lance DNA.Molekule glasničke RNA šalju se na mjesto gdje se odvija sinteza proteina tj. do ribosoma.Tamo također ide iz citoplazme dolazi do protoka materijala od kojeg je izgrađen protein tj. aminokiselina.U citoplazmi stanica uvijek postoje aminokiseline nastale kao rezultat razgradnje proteina hrane.

Prijenosne RNA. Aminokiseline ne ulaze u ribosom samostalno, već ih prate prijenosne RNA (tRNA). Molekule tRNA su male – sastoje se od samo 70-80 nukleotidnih jedinica. Njihov sastav i sekvenca za neke tRNA već je u potpunosti utvrđena. Pokazalo se da se na više mjesta u lancu tRNA nalazi 4-7 nukleotidnih jedinica koje su međusobno komplementarne. Prisutnost komplementarnih sekvenci u molekuli dovodi do toga da se te regije, kada su dovoljno blizu, lijepe zajedno zbog stvaranja vodikovih veza između komplementarnih nukleotida. Rezultat je složena petljasta struktura, koja svojim oblikom podsjeća na list djeteline. Na jednom kraju molekule tRNA vezana je aminokiselina (D), a na vrhu “lišća djeteline” nalazi se triplet nukleotida (E), koji kodom odgovara ovoj aminokiselini. Budući da postoji najmanje 20 različitih aminokiselina, onda, očito, postoji najmanje 20 različitih tRNA: za svaku aminokiselinu postoji vlastita tRNA.

Reakcija sinteze matrice. U živim sustavima susrećemo novu vrstu reakcije, poput replikacije DNA ili reakcije sinteze RNA. Takve reakcije su nepoznate u neživoj prirodi. Nazivaju se reakcijama sinteze matrice.

Izraz "matrica" ​​u tehnologiji odnosi se na kalup koji se koristi za lijevanje novčića, medalja i tipografskih slova: očvrsnuti metal točno reproducira sve detalje kalupa koji se koristi za lijevanje. Sinteza matrice je poput lijevanja matrice: nove molekule se sintetiziraju u točnom skladu s planom postavljenim u strukturi postojećih molekula. Načelo matrice leži u osnovi najvažnijih sintetskih reakcija stanice, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. Ove reakcije osiguravaju točan, strogo specifičan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima. Ovdje dolazi do usmjerene kontrakcije monomera na određeno mjesto u stanici – na molekule koje služe kao matrica gdje se odvija reakcija. Kad bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnih sudara molekula, odvijale bi se beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula na principu šablona provodi se brzo i precizno.

Ulogu matrice u reakcijama matrice imaju makromolekule nukleinskih kiselina DNA ili RNA. Molekule monomera iz kojih se sintetizira polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu s načelom komplementarnosti, smještene su i fiksirane na matrici u strogo određenom, određenom redoslijedu. Zatim su monomerne jedinice "umrežene" u polimerni lanac, a gotov polimer se oslobađa iz matrice. Nakon toga, matrica je spremna za sastavljanje nove molekule polimera. Jasno je da kao što se na danom kalupu može izliti samo jedan novčić ili jedno slovo, tako se na danoj molekuli matrice može “sastaviti” samo jedan polimer.

Matrični tip reakcija specifično je obilježje kemije živih sustava. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića - njegove sposobnosti reprodukcije vlastite vrste.

Emitiranje. Informacija o strukturi proteina, zapisana u mRNA kao niz nukleotida, prenosi se dalje u obliku niza aminokiselina u sintetiziranom polipeptidnom lancu. Taj se proces naziva prevođenje. Da bismo razumjeli kako se u ribosomima odvija prevođenje, odnosno prevođenje informacija s jezika nukleinskih kiselina na jezik proteina, okrenimo se slici. Ribosomi na slici prikazani su kao jajolika tijela koja otpuštaju mRNA s lijevog kraja i započinju sintezu proteina. Dok se molekula proteina sastavlja, ribosom puzi duž mRNA. Kada se ribosom pomakne naprijed za 50-100 A, drugi ribosom ulazi u mRNA s istog kraja, koji, kao i prvi, započinje sintezu i kreće se za prvim ribosomom. Zatim treći ribosom ulazi u i-RNA, četvrti itd. Svi oni rade isti posao: svaki sintetizira isti protein programiran na ovoj i-RNA. Što se dalje udesno ribosom pomiče duž mRNA, to je veći segment proteinske molekule "sastavljen". Kada ribosom dosegne desni kraj mRNA, sinteza je završena. Ribosom s nastalim proteinom napušta mRNA. Zatim se odvajaju: ribosom - u bilo koju mRNA (budući da je sposoban sintetizirati bilo koji protein; priroda proteina ovisi o matrici), proteinska molekula - u endoplazmatski retikulum i kreće se duž njega do onog dijela stanice gdje potrebna je ova vrsta proteina. Nakon kratkog vremena završi svoj rad drugi ribosom, zatim treći itd. I s lijevog kraja mRNA u nju ulazi sve više novih ribosoma, a sinteza proteina se kontinuirano nastavlja. Broj ribosoma koji istovremeno stanu na molekulu mRNA ovisi o duljini mRNA. Tako se na molekuli mRNA koja programira sintezu proteina hemoglobina i čija je duljina oko 1500 A nalazi do pet ribosoma (promjer ribosoma je približno 230 A). Skupina ribosoma koji se nalaze istovremeno na jednoj molekuli mRNA naziva se poliribosom.

Pogledajmo sada pobliže mehanizam ribosoma. Kako se ribosom kreće duž mRNA, u bilo kojem je trenutku u kontaktu s malim dijelom svoje molekule. Moguće je da je ovo područje veličine samo jednog tripleta nukleotida. Ribosom se kreće duž mRNA ne glatko, već isprekidano, u "koracima", triplet za tripletom. Na određenoj udaljenosti od mjesta kontakta ribosoma s i - REC nalazi se točka "sastavljanja" proteina: ovdje se nalazi i radi enzim protein sintetaza, stvarajući polipeptidni lanac, tj. formirajući peptidne veze između aminokiselina.

Mehanizam "sastavljanja" proteinske molekule u ribosomima provodi se na sljedeći način. U svaki ribosom koji je dio poliribosoma, odnosno krećući se duž mRNA, molekule t-RNA na koje su “okačene” aminokiseline dolaze iz okoline u neprekidnom toku. Oni prolaze, dodirujući svojim kodnim krajem mjesto kontakta ribosoma s mRNA, koja se trenutno nalazi u ribosomu. Čini se da je suprotni kraj tRNA (koji nosi aminokiselinu) blizu točke "sastavljanja" proteina. Međutim, samo ako se ispostavi da je triplet koda tRNA komplementaran tripletu mRNA (koji se trenutno nalazi u ribosomu), aminokiselina koju isporučuje tRNA postat će dio proteinske molekule i odvojit će se od tRNA. Odmah, ribosom čini “korak” naprijed duž mRNA za jedan triplet, a slobodna tRNA se oslobađa iz ribosoma u okolinu. Ovdje hvata novu molekulu aminokiseline i prenosi je do bilo kojeg ribosoma koji radi. Tako se postupno, triplet po triplet, ribosom kreće duž mRNA i raste kariku po kariku – polipeptidni lanac. Tako radi ribosom - ova stanična organela, koja se s pravom naziva "molekularnim automatom" sinteze proteina.

U laboratorijskim uvjetima umjetna sinteza proteina zahtijeva ogroman trud, puno vremena i novca. A u živoj stanici sinteza jedne proteinske molekule završi se za 1-2 minute.

Uloga enzima u biosintezi proteina. Ne treba zaboraviti da se niti jedan korak u procesu sinteze proteina ne odvija bez sudjelovanja enzima. Sve reakcije sinteze proteina katalizirane su posebnim enzimima. Sintezu mRNA provodi enzim koji puže duž molekule DNA od početka gena do njegovog kraja i ostavlja za sobom gotovu molekulu mRNA. Gen u tom procesu daje samo program za sintezu, a sam proces provodi enzim. Bez sudjelovanja enzima ne dolazi do povezivanja aminokiselina s t-RNA. Postoje posebni enzimi koji osiguravaju hvatanje i povezivanje aminokiselina s njihovom tRNA. Konačno, u ribosomu, tijekom procesa sastavljanja proteina, radi enzim koji povezuje aminokiseline.

Energija biosinteze proteina. Drugi vrlo važan aspekt biosinteze proteina je njegova energija. Svaki sintetski proces je endotermna reakcija i stoga zahtijeva energiju. Biosinteza proteina predstavlja lanac sintetskih reakcija: 1) sinteza mRNA; 2) veza aminokiselina s tRNA; 3) “sklop proteina”. Sve te reakcije zahtijevaju energiju. Energija za sintezu proteina dobiva se reakcijom cijepanja ATP-a. Svaka veza biosinteze uvijek je povezana s razgradnjom ATP-a.

Kompaktnost biološke organizacije. Proučavanjem uloge DNK pokazalo se da se fenomen snimanja, pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija događa na razini molekularnih struktura. Zahvaljujući tome, postiže se nevjerojatna kompaktnost "radnih mehanizama", najveća učinkovitost njihovog postavljanja u prostor. Poznato je da je sadržaj DNK u jednoj ljudskoj spermi jednak 3,3X10 -12 stupnjeva.DNK sadrži sve informacije koje određuju ljudski razvoj. Procjenjuje se da sva oplođena jajašca, iz kojih su se razvili svi ljudi koji danas žive na Zemlji, sadrže onoliko DNK koliko stane u volumen glave pribadače.

1. Objasnite slijed prijenosa genetske informacije: gen – protein – svojstvo.

2. Prisjetite se koja struktura proteina određuje njegovu strukturu i svojstva. Kako je ova struktura kodirana u molekuli DNK?

3. Što je genetski kod?

4. Opišite svojstva genetskog koda.

7. Reakcije matrične sinteze. Transkripcija

Informacije o proteinu bilježe se kao sekvenca nukleotida u DNK i nalaze se u jezgri. Sama sinteza proteina odvija se u citoplazmi na ribosomima. Stoga je za sintezu proteina potrebna struktura koja bi prenosila informacije od DNK do mjesta sinteze proteina. Takav posrednik je informacijska ili matrična RNA, koja prenosi informaciju od specifičnog gena molekule DNA do mjesta sinteze proteina na ribosomima.

Osim nositelja informacija, potrebne su tvari koje bi osigurale dostavu aminokiselina do mjesta sinteze i određivanje njihovog mjesta u polipeptidnom lancu. Takve tvari su prijenosne RNA, koje osiguravaju kodiranje i dostavu aminokiselina do mjesta sinteze. Sinteza proteina odvija se na ribosomima, čije je tijelo izgrađeno od ribosomske RNA. To znači da je potrebna druga vrsta RNK – ribosomska.

Genetska informacija se ostvaruje u tri vrste reakcija: sinteza RNA, sinteza proteina i replikacija DNA. U svakoj se informacija sadržana u linearnom nizu nukleotida koristi za stvaranje drugog linearnog niza: bilo nukleotida (u molekulama RNA ili DNA) ili aminokiselina (u molekulama proteina). Eksperimentalno je dokazano da je DNA ta koja služi kao matrica za sintezu svih nukleinskih kiselina. Te se biosintetske reakcije nazivaju matrična sinteza. Dovoljna jednostavnost matričnih reakcija i njihova jednodimenzionalnost omogućili su detaljno proučavanje i razumijevanje njihovog mehanizma, za razliku od drugih procesa koji se odvijaju u stanici.

Transkripcija

Proces biosinteze RNK iz DNK naziva se transkripcija. Taj se proces odvija u jezgri. Na matrici DNA sintetiziraju se sve vrste RNA - informacijske, transportne i ribosomske, koje naknadno sudjeluju u sintezi proteina. Genetski kod na DNK prepisuje se u messenger RNA tijekom procesa transkripcije. Reakcija se temelji na principu komplementarnosti.

Sinteza RNA ima niz značajki. Molekula RNK mnogo je kraća i kopija je samo malog dijela DNK. Dakle, kao matrica služi samo određeni dio DNK u kojem se nalazi informacija o određenoj nukleinskoj kiselini. Novosintetizirana RNA nikada ne ostaje povezana s izvornom DNA šablonom, već se oslobađa nakon završetka reakcije. Proces transkripcije odvija se u tri faze.

Prva razina - inicijacija- početak procesa. Sinteza kopija RNK počinje iz određene zone na DNK, koja se naziva promotor Ova zona sadrži određeni skup nukleotida koji su startni signali. Proces kataliziraju enzimi RNA polimeraze. Enzim RNA polimeraza veže se za promotor, odmotava dvostruku spiralu i prekida vodikove veze između dva lanca DNA. Ali samo jedan od njih služi kao obrazac za sintezu RNK.

Druga faza - istezanje. U ovoj fazi odvija se glavni proces. Na jednom lancu DNA, kao na matrici, nukleotidi su raspoređeni po principu komplementarnosti (slika 19). Enzim RNA polimeraza, krećući se korak po korak duž lanca DNA, međusobno povezuje nukleotide, neprestano dalje odmotavajući dvostruku spiralu DNA. Kao rezultat tog kretanja sintetizira se kopija RNA.

Treća faza - raskid. Ovo je završna faza. Sinteza RNK se nastavlja sve do svjetlo kočnice- specifičan slijed nukleotida koji zaustavlja kretanje enzima i sintezu RNK. Polimeraza se odvaja od DNK i sintetizirane kopije RNK. Istovremeno se molekula RNA uklanja iz matrice. DNK obnavlja dvostruku spiralu. Sinteza je završena. Ovisno o dijelu DNA, na ovaj se način sintetiziraju ribosomske, transportne i messenger RNA.

Samo jedan od lanaca DNA služi kao predložak za transkripciju molekule RNA. Međutim, različiti DNA lanci mogu poslužiti kao predložak za dva susjedna gena. Koji će se od dva lanca koristiti za sintezu određuje promotor koji usmjerava enzim RNA polimerazu u jednom ili drugom smjeru.

Nakon transkripcije, molekula glasničke RNK eukariotskih stanica prolazi kroz preuređenje. Izrezuje nukleotidne sekvence koje ne nose informacije o ovom proteinu. Ovaj proces se zove spajanje. Ovisno o vrsti stanice i stupnju razvoja, mogu se ukloniti različiti dijelovi molekule RNA. Posljedično, na jednom dijelu DNA sintetiziraju se različite RNA koje nose informacije o različitim proteinima. To omogućuje prijenos značajnih genetskih informacija iz jednog gena i također olakšava genetsku rekombinaciju.

Riža. 19. Sinteza glasničke RNA. 1 - lanac DNA; 2 - sintetizirana RNA

Pitanja i zadaci za samokontrolu

1. Koje reakcije spadaju u reakcije sinteze matrice?

2. Što je početna matrica za sve reakcije sinteze matrice?

3. Kako se zove proces biosinteze mRNA?

4. Koje vrste RNA se sintetiziraju na DNA?

5. Utvrdite slijed fragmenta mRNA ako odgovarajući fragment na DNA ima slijed: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosinteza proteina

Proteini su bitne komponente svih stanica, stoga je najvažniji proces plastičnog metabolizma biosinteza proteina. Javlja se u svim stanicama organizma. To su jedine stanične komponente (osim nukleinskih kiselina) čija se sinteza odvija pod izravnom kontrolom genetskog materijala stanice. Cijeli genetski aparat stanice - DNA i različite vrste RNA - konfiguriran je za sintezu proteina.

Gen je dio molekule DNA odgovoran za sintezu jedne proteinske molekule. Za sintezu proteina potrebno je da se određeni gen iz DNA kopira u obliku molekule messenger RNA. O ovom procesu je već bilo riječi. Sinteza proteina je složen proces koji se sastoji od više koraka i ovisi o aktivnosti različitih tipova RNA. Za izravnu biosintezu proteina potrebne su sljedeće komponente:

1. Messenger RNA je prijenosnik informacija od DNA do mjesta sinteze. Molekule mRNA sintetiziraju se tijekom procesa transkripcije.

2. Ribosomi su organele u kojima se odvija sinteza proteina.

3. Skup potrebnih aminokiselina u citoplazmi.

4. Prijenos RNA, kodiranje aminokiselina i njihov transport do mjesta sinteze na ribosomima.

5. ATP je tvar koja daje energiju za procese kodiranja aminokiselina i sinteze polipeptidnog lanca.

Struktura prijenosne RNK i kodiranje aminokiselina

Prijenosne RNA (tRNA) male su molekule sa 70 do 90 nukleotida. Na tRNA otpada približno 15% ukupne RNA u stanici. Funkcija tRNA ovisi o njezinoj strukturi. Proučavanje strukture tRNA molekula pokazalo je da su one presavijene na određeni način i imaju oblik djetelina(slika 20). Molekula sadrži petlje i dvostruke dijelove povezane interakcijom komplementarnih baza. Najvažnija je središnja petlja, koja sadrži antikodon - nukleotidni triplet koji odgovara kodu za određenu aminokiselinu. Svojim antikodonom tRNA se može spojiti s odgovarajućim kodonom na mRNA prema principu komplementarnosti.

Riža. 20. Građa molekule tRNA: 1 - antikodon; 2 - mjesto vezanja aminokiselina

Svaka tRNA može nositi samo jednu od 20 aminokiselina. To znači da za svaku aminokiselinu postoji barem jedna tRNA. Budući da aminokiselina može imati nekoliko tripleta, broj vrsta tRNA jednak je broju tripleta aminokiseline. Dakle, ukupan broj vrsta tRNA odgovara broju kodona i jednak je 61. Niti jedna tRNA ne odgovara trima stop kodovima.

Na jednom kraju molekule tRNA uvijek se nalazi guanin nukleotid (5" kraj), a na drugom (3" kraj) uvijek su tri CCA nukleotida. U tu se svrhu dodaje aminokiselina (slika 21). Svaka aminokiselina je vezana za svoju specifičnu tRNA s odgovarajućim antikodonom. Mehanizam ovog pričvršćivanja povezan je s radom specifičnih enzima - aminoacil-tRNA sintetaza, koje pričvršćuju svaku aminokiselinu na odgovarajuću tRNA. Svaka aminokiselina ima svoju sintetazu. Povezivanje aminokiseline s tRNA ostvaruje se pomoću energije ATP-a, dok se visokoenergetska veza pretvara u vezu između tRNA i aminokiseline. Tako se aktiviraju i kodiraju aminokiseline.

Faze biosinteze proteina. Proces sinteze polipeptidnog lanca koji se odvija na ribosomu naziva se emitirati. Messenger RNA (mRNA) posrednik je u prijenosu informacija o primarnoj strukturi proteina; tRNA prenosi kodirane aminokiseline do mjesta sinteze i osigurava redoslijed njihovih veza. Sastavljanje polipeptidnog lanca odvija se u ribosomima.

Replikacija

Proces reduplikacije DNA događa se u jezgri pod djelovanjem enzima i posebnih proteinskih kompleksa. Principi duplikacije DNK:

• * Antiparalelizam : lanac kćeri se sintetizira u smjeru od 5" do 3" kraj.
• * Komplementarnost : struktura DNA lanca kćeri određena je nukleotidnim slijedom majčinskog lanca, odabranim prema principu komplementarnosti.
• * Polukontinuitet : jedan od dva lanca DNK - vodeći , sintetizira se kontinuirano, a drugi - oklijevanje , isprekidano s tvorbom kratkih fragmenti Okazakija . To se događa zbog antiparalelnog svojstva.
• * Polukonzervativan : Molekule DNA dobivene tijekom reduplikacije sadrže jedan konzervirani matični lanac i jedan sintetizirani kći lanac.
• 1) Inicijacija

Poceti sa replikativna točka , na koje su vezani proteini koji započinju replikaciju. Pod utjecajem enzima DNA topoizomeraze I DNA helikaze lanac se odmotava i vodikove veze se prekidaju. Slijedi fragmentarno odvajanje dvostrukog lanca DNK s formiranjem replikacijska vilica . Enzimi sprječavaju ponovno spajanje lanaca DNK.

2) Elongacija

Sinteza lanca kćeri DNK događa se zahvaljujući enzimu DNA polimeraze , koji se kreće u smjeru 5" 3" , odabir nukleotida prema principu komplementarnosti. Vodeći lanac se sintetizira kontinuirano, dok se lanac koji zaostaje sintetizira povremeno. Enzim DNA ligaza povezuje fragmenti Okazakija . Posebni korekcijski proteini prepoznaju pogreške i eliminiraju netočne nukleotide.

3) Raskid

Kraj replikacije se događa kada se dvije replikacijske vilice susretnu. Proteinske komponente se uklanjaju, molekule DNA se spiraliziraju.

Svojstva genetskog koda

• * Trostruki - svaka aminokiselina je kodirana kodom od 3 nukleotida.
• * Jednoznačno - svaki triplet kodira samo određenu kiselinu.
• * Degenerirati - svaka aminokiselina je kodirana s nekoliko tripleta (2-6). Samo dva od njih su kodirana jednim tripletom: triptofan i metionin.
• * Bez preklapanja - svaki kodon je samostalna jedinica, a genetska informacija se čita samo na jedan način u jednom smjeru
• * Svestran - isti za sve organizme. Isti tripleti kodiraju iste aminokiseline u različitim organizmima.

Genetski kod

Implementacija nasljednih informacija slijedi shemu gen-protein-osobina.

Gen - dio molekule DNA koji nosi informacije o primarnoj strukturi jedne proteinske molekule i odgovoran je za njegovu sintezu.

Genetski kod - princip kodiranja nasljednih informacija u stanici. To je niz nukleotidnih tripleta u NK, koji postavlja određeni redoslijed aminokiselina u proteinima. Informacije sadržane u linearnom nizu nukleotida koriste se za stvaranje drugog niza.

Od 4 nukleotida možete napraviti 64 trojka , od kojih 61 kodira aminokiseline. Stop kodoni - tripleti UAA, UAG, UGA zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca.

Početni kodon - triplet AUG određuje početak sinteze polipeptidnog lanca.

Biosinteza proteina

Jedan od glavnih procesa plastičnog metabolizma. Neke se reakcije odvijaju u jezgri, druge u citoplazmi. Potrebne komponente: ATP, DNA, mRNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, aminokiseline, enzimi. Sastoji se od 3 procesa:

• - transkripcija : sinteza mRNA
• - obrada : pretvorba mRNA u mRNA
• - emitirati : sinteza proteina

DNK sadrži informacije o strukturi proteina u obliku niza aminokiselina, ali budući da geni ne napuštaju jezgru, oni ne sudjeluju izravno u biosintezi proteinske molekule. I-RNA se sintetizira u staničnoj jezgri duž DNA i prenosi informacije od DNA do mjesta sinteze proteina (ribosoma). Zatim se uz pomoć t-RNA iz citoplazme odabiru komplementarne aminokiseline mRNA. Na taj se način sintetiziraju polipeptidni lanci.

Transkripcija

1) Inicijacija

Sinteza molekula mRNA iz DNA može se dogoditi u jezgri, mitohondrijima i plastidima. Pod djelovanjem enzima DNA helikaze i DNA topoizomeraze dio molekule DNA odmotava , vodikove veze se prekidaju. Informacija se čita sa samo jednog lanca DNK, koji se tzv kodiranje kodogeni . Enzim RNA polimeraza povezuje sa promotor - DNA zona koja sadrži TATA startni signal.

2) Elongacija

Proces slaganja nukleotida prema principu komplementarnost . RNA polimeraza kreće se duž kodirajućeg lanca i povezuje nukleotide zajedno u polinukleotidni lanac. Proces se nastavlja sve dok stop kodon .

3) Raskid

Kraj sinteze: enzim i sintetizirana molekula RNA odvajaju se od DNA, dvostruka spirala DNA se obnavlja.

Obrada

Pretvorba molekule mRNA u mRNA tijekom spajanje u jezgri pod djelovanjem enzima. Brisanje u tijeku introni - područja koja ne nose informacije o slijedu aminokiselina i unakrsnom povezivanju egzoni - regije koje kodiraju sekvencu aminokiselina. Slijedi dodavanje AUG stop kodona, zatvaranje za 5" kraj i poliadenilacija za zaštitu 3" kraja. Nastaje zrela m-RNK, kraća je i ide do ribosoma.

Emitiranje

Proces prevođenja nukleotidnog slijeda tripleta m-RNA u aminokiselinski slijed polipeptidnog lanca. Nastavlja se u citoplazmi na ribosomima.

1) Inicijacija

Sintetizirana mRNA prolazi kroz nuklearne pore u citoplazmu, gdje se uz pomoć enzima i ATP energije spaja s mali ribosomska podjedinica. Zatim inicijator tRNA s aminokiselinom metianin veže se za peptidil centar. Nadalje, u prisutnosti Mg 2+, dolazi do adicije velik podjedinice.

2) Elongacija

Produženje lanca proteina. Aminokiseline se dostavljaju ribosomima pomoću vlastite tRNA. Oblik molekule t-RNK podsjeća na trolist na čijoj sredini se nalazi antikodon , komplementaran nukleotidima kodona m-RNA. Odgovarajuća aminokiselina se dodaje na suprotnu bazu molekule tRNA.

Prva tRNA je usidrena u peptidil centar, a drugi - u aminoacijalni . Zatim se aminokiseline zbliže i a peptid veza, pojavljuje se dipeptid, prva t-RNA odlazi u citoplazmu. Nakon toga ribosom stvara 1 trinukleotid korak putem m-RNA. Kao rezultat, druga tRNA završava u peptidilnom centru, oslobađajući aminoacilni centar. Proces dodavanja aminokiseline zahtijeva energiju ATP-a i zahtijeva prisutnost enzima aminoacil-tRNA sintetaza .

3) Raskid

Kada stop kodon uđe u aminokiselinski centar, sinteza je završena i voda se dodaje zadnjoj aminokiselini. Ribosom se uklanja iz m-RNA i raspada se na 2 podjedinice, t-RNA se vraća u citoplazmu.

Nukleinske kiseline.

Nukleinske kiseline (NA) prvi je otkrio 1869. godine švicarski biokemičar Friedrich Miescher.

NA su linearni, nerazgranati heteropolimeri, čiji su monomeri nukleotidi povezani fosfodiesterskim vezama.

Nukleotid se sastoji od:

dušična baza

Purini (adenin (A) i gvanin (G) - njihove molekule se sastoje od 2 prstena: 5 i 6 člani),

Pirimidin (citozin (C), timin (T) i uracil (U) - jedan šesteročlani prsten);

ugljikohidrat (šećerni prsten s 5 ugljika): riboza ili deoksiriboza;

ostatak fosforne kiseline.

Postoje 2 tipa NK: DNA i RNA. NK osiguravaju pohranu, reprodukciju i implementaciju genetske (nasljedne) informacije. Ove informacije su kodirane u obliku nukleotidnih sekvenci. Slijed nukleotida odražava primarnu strukturu proteina. Korespondencija između aminokiselina i nukleotidnih sekvenci koje ih kodiraju naziva se genetski kod. Jedinica genetski kod DNK i RNK su trojka– niz od tri nukleotida.

DNA (dezoksiribonukleinska kiselina) je nukleinska kiselina čiji su monomeri deoksiribonukleotidi; to je majčinski nositelj genetske informacije. Oni. svi podaci o građi, funkcioniranju i razvoju pojedinih stanica i cijelog organizma zabilježeni su u obliku nukleotidnih sekvenci DNK.

Primarna struktura DNA je jednolančana molekula (fagi).

Daljnji raspored makromolekule polimera naziva se sekundarna struktura. Godine 1953. James Watson i Francis Crick otkrili su sekundarnu strukturu DNK – dvostruku spiralu. U ovoj spirali, fosfatne skupine su s vanjske strane spirala, a baze su s unutarnje strane, razmaknute u intervalima od 0,34 nm. Lanci se drže zajedno vodikovim vezama između baza i upleteni su jedan oko drugoga i oko zajedničke osi.

Baze u antiparalelnim nitima tvore komplementarne (međusobno komplementarne) parove zbog vodikovih veza: A = T (2 veze) i G ≡ C (3 veze).

Fenomen komplementarnosti u strukturi DNK otkrio je 1951. godine Erwin Chargaff.

Chargaffovo pravilo: broj purinskih baza uvijek je jednak broju pirimidinskih baza (A + G) = (T + C).

Tercijarna struktura DNA je daljnje savijanje dvolančane molekule u petlje zbog vodikovih veza između susjednih zavoja spirale (supernavijanje).

Kvartarnu strukturu DNK čine kromatide (2 niti kromosoma).

Difrakcijski uzorci X-zraka vlakana DNA, koje su prvi dobili Morris Wilkins i Rosalind Franklin, pokazuju da molekula ima spiralnu strukturu i sadrži više od jednog polinukleotidnog lanca.

Postoji nekoliko obitelji DNA: A, B, C, D, Z-forme. B oblik se obično nalazi u stanicama. Svi oblici osim Z su desnokretne spirale.

Replikacija (samodupliciranje) DNA - Riječ je o jednom od najvažnijih bioloških procesa koji osiguravaju reprodukciju genetske informacije. Replikacija počinje odvajanjem dvaju komplementarnih niti. Svaki se lanac koristi kao predložak za formiranje nove molekule DNA. Enzimi sudjeluju u procesu sinteze DNA. Svaka od dvije molekule kćeri nužno uključuje jednu staru spiralu i jednu novu. Nova molekula DNA potpuno je identična staroj u nukleotidnom slijedu. Ova metoda replikacije osigurava točnu reprodukciju u molekulama kćerima informacija koje su zabilježene u matičnoj molekuli DNK.

Kao rezultat replikacije jedne molekule DNA nastaju dvije nove molekule koje su točna kopija izvorne molekule - matrice. Svaka nova molekula sastoji se od dva lanca – jednog roditeljskog i jednog sestrinskog. Ovaj mehanizam replikacije DNA naziva se polukonzervativan.

Reakcije u kojima jedna molekula heteropolimera služi kao kalup (forma) za sintezu druge molekule heteropolimera s komplementarnom strukturom nazivaju se reakcije matričnog tipa. Ako tijekom reakcije nastaju molekule iste tvari koje služe kao matrica, tada se reakcija naziva autokatalitički. Ako se tijekom reakcije na matrici jedne tvari formiraju molekule druge tvari, tada se takva reakcija naziva heterokatalitički. Dakle, replikacija DNA (tj. sinteza DNA na šabloni DNA) je reakcija autokatalitičke matrične sinteze.

Reakcije matričnog tipa uključuju:

replikacija DNA (sinteza DNA na šabloni DNA),

DNK transkripcija (RNK sinteza na DNK šabloni),

Translacija RNA (sinteza proteina na šabloni RNA).

Međutim, postoje i druge reakcije tipa šablona, ​​na primjer, sinteza RNK na šabloni RNK i sinteza DNK na šabloni RNK. Posljednje dvije vrste reakcija opažene su kada su stanice zaražene određenim virusima. Sinteza DNA na šabloni RNA ( obrnuta transkripcija) naširoko se koristi u genetičkom inženjeringu.

Svi matrični procesi sastoje se od tri faze: inicijacija (početak), elongacija (nastavak) i terminacija (kraj).

Replikacija DNK je složen proces u kojem sudjeluje nekoliko desetaka enzima. Najvažnije od njih uključuju DNA polimeraze (nekoliko vrsta), primaze, topoizomeraze, ligaze i druge. Glavni problem s replikacijom DNA je taj što su u različitim lancima jedne molekule ostaci fosforne kiseline usmjereni u različitim smjerovima, ali produljenje lanca može se dogoditi samo s kraja koji završava s OH skupinom. Stoga, u repliciranoj regiji, koja je tzv replikacijska vilica, proces replikacije odvija se različito na različitim lancima. Na jednom od lanaca, koji se naziva vodeći lanac, odvija se kontinuirana sinteza DNK na šabloni DNK. Na drugom lancu, koji se naziva zaostajući lanac, prvo dolazi do vezivanja početnica– specifični fragment RNK. Početnica služi kao početnica za sintezu fragmenta DNA tzv fragment Okazakija. Nakon toga, početnica se uklanja, a Okazakijevi fragmenti spajaju se u jedan lanac enzima DNA ligaze. Replikacija DNA je popraćena reparacija– ispravljanje grešaka koje neizbježno nastaju tijekom replikacije. Postoji mnogo mehanizama za popravak.

Replikacija se događa prije diobe stanice. Zahvaljujući ovoj sposobnosti DNK, nasljedne informacije se prenose sa stanice majke na stanice kćeri.

RNA (ribonukleinska kiselina) je nukleinska kiselina čiji su monomeri ribonukleotidi.

Unutar jedne molekule RNA postoji nekoliko regija koje su međusobno komplementarne. Između takvih komplementarnih regija stvaraju se vodikove veze. Zbog toga se u jednoj molekuli RNK izmjenjuju dvolančane i jednolančane strukture, a cjelokupna konformacija molekule nalikuje listu djeteline.

Dušikove baze koje čine RNK sposobne su za stvaranje vodikovih veza s komplementarnim bazama u DNK i RNK. U tom slučaju dušične baze tvore parove A=U, A=T i G≡C. Zahvaljujući tome, informacije se mogu prenositi s DNK na RNK, s RNK na DNK i s RNK na proteine.

Tri su glavne vrste RNA koje se nalaze u stanicama i obavljaju različite funkcije:

1. Informacija, ili matrica RNA (mRNA, ili mRNA). Funkcija: matrica sinteze proteina. Čini 5% stanične RNA. Prenosi genetske informacije iz DNA u ribosome tijekom biosinteze proteina. U eukariotskim stanicama, mRNA (mRNA) je stabilizirana specifičnim proteinima. To omogućuje nastavak biosinteze proteina čak i ako je jezgra neaktivna.

mRNA je linearni lanac s nekoliko regija s različitim funkcionalnim ulogama:

a) na 5" kraju nalazi se kapica ("cap") - štiti mRNA od egzonukleaza,

b) slijedi neprevedena regija, komplementarna dijelu rRNA, koja je dio male podjedinice ribosoma,

c) translacija (čitanje) mRNA počinje inicijacijskim kodonom AUG koji kodira metionin,

d) iza startnog kodona slijedi kodni dio, koji sadrži podatke o redoslijedu aminokiselina u proteinu.

2. Ribosomski, ili ribosomski RNA (rRNA). Čini 85% stanične RNA. U kombinaciji s proteinom, dio je ribosoma i određuje oblik velike i male ribosomske podjedinice (50-60S i 30-40S podjedinice). Sudjeluju u translaciji – čitanju informacija s mRNA u sintezi proteina.

Podjedinice i njihove sastavne rRNA obično se označavaju njihovom sedimentacijskom konstantom. S - koeficijent sedimentacije, Svedbergove jedinice. S vrijednost karakterizira brzinu sedimentacije čestica tijekom ultracentrifugiranja i proporcionalna je njihovoj molekularnoj težini. (Na primjer, prokariotska rRNA sa sedimentacijskim koeficijentom od 16 Svedbergovih jedinica označava se kao 16S rRNA).

Tako se razlikuje nekoliko vrsta rRNA koje se razlikuju po duljini polinukleotidnog lanca, masi i lokalizaciji u ribosomima: 23-28S, 16-18S, 5S i 5,8S. I prokariotski i eukariotski ribosomi sadrže 2 različite RNA visoke molekularne težine, po jednu za svaku podjedinicu, i jednu RNA niske molekularne težine - 5S RNA. Eukariotski ribosomi također sadrže 5,8S RNA niske molekularne težine. Na primjer, prokarioti sintetiziraju 23S, 16S i 5S rRNA, a eukarioti sintetiziraju 18S, 28S, 5S i 5.8S.

80S ribosom (eukariotski)

Mala 40S podjedinica Velika 60S podjedinica

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

5,8 SpRNA (~155 nt),

5SpRNA (~121 nt),

~30 proteina. ~45 proteina.

70S ribosom (prokariotski)

Mala 30S podjedinica Velika 50S podjedinica

16SpRNA, - 23SpRNA,

~20 proteina. ~30 proteina.

Velika molekula visoko polimerne rRNA (konstanta sedimentacije 23-28S, lokalizirana u 50-60S ribosomskim podjedinicama.

Mala molekula visokopolimerne rRNA (konstanta sedimentacije 16-18S, lokalizirana u 30-40S podjedinicama ribosoma.

U svim ribosomima bez iznimke prisutna je niskopolimerna 5S rRNA koja je lokalizirana u 50-60S ribosomskim podjedinicama.

Niskopolimerna rRNA sa sedimentacijskom konstantom od 5,8S karakteristična je samo za eukariotske ribosome.

Dakle, ribosomi sadrže tri tipa rRNA u prokariota i četiri tipa rRNA u eukariota.

Primarna struktura rRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

Sekundarna struktura rRNA je spiralizacija poliribonukleotidnog lanca na sebe (pojedini dijelovi lanca RNA tvore spiralne petlje - "ukosnice").

Tercijarna struktura visokopolimerne rRNA - interakcije spiralnih elemenata sekundarne strukture.

3. Prijevoz RNA (tRNA). Čini 10% stanične RNA. Prenosi aminokiselinu do mjesta sinteze proteina, tj. na ribosome. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA.

Primarna struktura tRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

Sekundarna struktura tRNA je model "list djeteline", u ovoj strukturi postoje 4 dvolančana i 5 jednolančanih regija.

Tercijarna struktura tRNA je stabilna; molekula se savija u strukturu u obliku slova L (2 spirale gotovo okomite jedna na drugu).

Sve vrste RNA nastaju kao rezultat reakcija sinteze šablona. U većini slučajeva jedan od DNK lanaca služi kao predložak. Dakle, biosinteza RNK na DNA šabloni je heterokatalitička reakcija tipa šablona. Ovaj proces se zove transkripcija a kontroliraju ga određeni enzimi – RNA polimeraze (transkriptaze).

Sinteza RNA (transkripcija DNA) uključuje kopiranje informacija s DNA na mRNA.

Razlike između sinteze RNA i sinteze DNA:

Asimetrija procesa: kao predložak koristi se samo jedan lanac DNA.

Konzervativni proces: molekula DNA vraća se u prvobitno stanje nakon završetka sinteze RNA. Tijekom sinteze DNA, molekule se napola obnavljaju, što replikaciju čini polukonzervativnom.

Za početak sinteze RNA nije potreban nikakav primer, ali replikacija DNA zahtijeva RNA početnicu.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

1. Reakcije sinteze šablona

U živim sustavima se događaju reakcije koje su nepoznate u neživoj prirodi – reakcije matrične sinteze.

Izraz "matrica" ​​u tehnologiji odnosi se na kalup koji se koristi za lijevanje novčića, medalja i tipografskih slova: očvrsnuti metal točno reproducira sve detalje kalupa koji se koristi za lijevanje. Sinteza matrice je poput lijevanja matrice: nove molekule se sintetiziraju u točnom skladu s planom postavljenim u strukturi postojećih molekula.

Načelo matrice leži u osnovi najvažnijih sintetskih reakcija stanice, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. Ove reakcije osiguravaju točan, strogo specifičan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovdje dolazi do usmjerene kontrakcije monomera na određeno mjesto u stanici – na molekule koje služe kao matrica gdje se odvija reakcija. Kad bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnih sudara molekula, odvijale bi se beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula na principu šablona provodi se brzo i precizno.

Ulogu matrice u reakcijama matrice imaju makromolekule nukleinskih kiselina DNA ili RNA.

Monomerne molekule iz kojih se sintetizira polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu s načelom komplementarnosti, smještene su i fiksirane na matrici u strogo određenom, određenom redoslijedu.

Zatim su monomerne jedinice "umrežene" u polimerni lanac, a gotov polimer se oslobađa iz matrice.

Nakon toga, matrica je spremna za sastavljanje nove molekule polimera. Jasno je da kao što se na danom kalupu može izliti samo jedan novčić ili jedno slovo, tako se na danoj molekuli matrice može “sastaviti” samo jedan polimer.

Matrični tip reakcija specifično je obilježje kemije živih sustava. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića - njegove sposobnosti reprodukcije vlastite vrste.

Reakcije matrične sinteze uključuju:

1. Replikacija DNA - proces samodupliciranja molekule DNA, koji se odvija pod kontrolom enzima. Na svakom od DNA lanaca nastalih nakon pucanja vodikovih veza sintetizira se DNA lanac kćer uz sudjelovanje enzima DNA polimeraze. Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi stanica.

Biološko značenje replikacije leži u točnom prijenosu nasljednih informacija s matične molekule na molekule kćeri, što se inače događa tijekom diobe somatskih stanica.

Molekula DNK sastoji se od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže zajedno slabim vodikovim vezama koje enzimi mogu prekinuti.

Molekula je sposobna za samodupliciranje (replikaciju), a na svakoj staroj polovici molekule sintetizira se nova polovica.

Osim toga, molekula mRNA može se sintetizirati na molekuli DNA, koja zatim prenosi informacije primljene od DNA do mjesta sinteze proteina.

Prijenos informacija i sinteza proteina odvijaju se prema principu matrice, usporedivom s radom tiskarskog stroja u tiskari. Informacije iz DNK kopiraju se mnogo puta. Ako se tijekom kopiranja pojave pogreške, one će se ponoviti u svim sljedećim kopijama.

Istina, neke pogreške prilikom kopiranja informacija s molekulom DNK mogu se ispraviti - postupak uklanjanja pogrešaka naziva se popravak. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekule DNA i sinteza novih lanaca DNA.

2. transkripcija - sinteza i-RNA na DNA, proces uklanjanja informacije s molekule DNA, sintetizirane na njoj molekulom i-RNA.

I-RNA se sastoji od jednog lanca i sintetizira se na DNA u skladu s pravilom komplementarnosti uz sudjelovanje enzima koji aktivira početak i kraj sinteze molekule i-RNA.

Gotova molekula mRNA ulazi u citoplazmu na ribosome, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. translacija - sinteza proteina u mRNA; proces prevođenja informacija sadržanih u nukleotidnom slijedu mRNA u slijed aminokiselina u polipeptidu.

4. sinteza RNA ili DNA iz RNA virusa

Dakle, biosinteza proteina je jedna od vrsta plastične razmjene, tijekom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima implementiraju u određeni slijed aminokiselina u proteinskim molekulama.

Proteinske molekule su u biti polipeptidni lanci sastavljeni od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da bi se same međusobno kombinirale. Stoga, prije nego što se međusobno povežu i tvore proteinsku molekulu, aminokiseline se moraju aktivirati. Ta se aktivacija događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Uslijed aktivacije aminokiselina postaje labilnija i pod djelovanjem istog enzima veže se na t-RNA. Svaka aminokiselina odgovara strogo specifičnoj t-RNA, koja pronalazi "svoju" aminokiselinu i prenosi je na ribosom.

Posljedično, različite aktivirane aminokiseline ulaze u ribosom, povezane sa svojim tRNA. Ribosom je poput transportera za sastavljanje proteinskog lanca od raznih aminokiselina koje ulaze u njega.

Istovremeno s t-RNA, na kojoj "sjedi" njegova aminokiselina, ribosom prima "signal" od DNK, koja se nalazi u jezgri. U skladu s tim signalom, jedan ili drugi protein se sintetizira u ribosomu.

Usmjeravajući utjecaj DNA na sintezu proteina ne provodi se izravno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrične ili glasničke RNA (m-RNA ili i-RNA), koja se sintetizira u jezgri pod utjecajem DNA, pa njegov sastav odražava sastav DNK. Molekula RNA je poput odljevka oblika DNA. Sintetizirana mRNA ulazi u ribosom i, takoreći, prenosi ovoj strukturi plan - kojim redom se aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribosom trebaju međusobno povezati kako bi se sintetizirao određeni protein. Inače, genetske informacije kodirane u DNA prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekula mRNA ulazi u ribosom i spaja ga. Taj njegov segment koji se trenutačno nalazi u ribosomu, definiran kodonom (triplet), vrlo specifično djeluje s tripletom koji mu je strukturno sličan (antikodon) u prijenosnoj RNA, koja je dovela aminokiselinu u ribosom.

Prijenosna RNA svojom aminokiselinom prilazi specifičnom kodonu mRNA i povezuje se s njim; druga t-RNA s drugom aminokiselinom dodaje se sljedećem susjednom dijelu i-RNA, i tako dalje dok se ne pročita cijeli lanac i-RNA, dok se sve aminokiseline ne reduciraju odgovarajućim redoslijedom, tvoreći protein molekula.

A tRNA, koja je dostavila aminokiselinu određenom dijelu polipeptidnog lanca, oslobađa se svoje aminokiseline i napušta ribosom. matrix cell nucleic gen

Tada mu se opet u citoplazmi može pridružiti željena aminokiselina i ponovno ga prenijeti u ribosom.

U procesu sinteze proteina, ne jedan, već nekoliko ribosoma - poliribosoma - sudjeluje istovremeno.

Glavne faze prijenosa genetske informacije:

sinteza na DNA kao predlošku mRNA (transkripcija)

sinteza polipeptidnog lanca u ribosomima prema programu sadržanom u mRNA (translacija).

Stadiji su univerzalni za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi tih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

U eukariota su transkripcija i translacija strogo prostorno i vremenski odvojene: u jezgri se odvija sinteza različitih RNA, nakon čega molekule RNA moraju napustiti jezgru prolazeći kroz jezgrinu membranu. RNA se zatim transportiraju u citoplazmi do mjesta sinteze proteina - ribosoma. Tek nakon toga dolazi sljedeća faza - emitiranje.

Kod prokariota se transkripcija i translacija odvijaju istovremeno.

Dakle, mjesto sinteze proteina i svih enzima u stanici su ribosomi - to su poput "tvornica" proteina, poput montažne radnje, koja prima sve materijale potrebne za sastavljanje polipeptidnog lanca proteina iz aminokiselina. Priroda sintetiziranog proteina ovisi o strukturi i-RNA, o redoslijedu rasporeda nukleoida u njoj, a struktura i-RNA odražava strukturu DNA, tako da u konačnici specifična struktura proteina, tj. redoslijed rasporeda raznih aminokiselina u njemu, ovisi o redoslijedu rasporeda nukleoida u DNK, od strukture DNK.

Prikazana teorija biosinteze proteina naziva se teorija matrice. Ova se teorija naziva matričnom jer nukleinske kiseline imaju ulogu matrice u kojoj su zapisane sve informacije o slijedu aminokiselinskih ostataka u proteinskoj molekuli.

Stvaranje matrične teorije biosinteze proteina i dešifriranje koda aminokiselina najveće je znanstveno dostignuće 20. stoljeća, najvažniji korak prema rasvjetljavanju molekularnog mehanizma nasljeđivanja.

Algoritam za rješavanje problema.

Tip 1. Samokopiranje DNK. Jedan od lanaca DNA ima sljedeći nukleotidni slijed: AGTACCGATACCTGATTTACG... Koji je nukleotidni slijed drugog lanca iste molekule? Za pisanje nukleotidnog slijeda drugog lanca molekule DNK, kada je poznat slijed prvog lanca, dovoljno je timin zamijeniti adeninom, adenin timinom, gvanin citozinom, a citozin gvaninom. Izvršivši takvu zamjenu, dobivamo niz: TACTGGCTTATGAGCTAAAATG... Tip 2. Kodiranje proteina. Lanac aminokiselina proteina ribonukleaze ima sljedeći početak: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin... Kojim nizom nukleotida počinje gen koji odgovara ovom proteinu? Da biste to učinili, upotrijebite tablicu genetskog koda. Za svaku aminokiselinu nalazimo njenu kodnu oznaku u obliku odgovarajuće trojke nukleotida i zapisujemo je. Poredajući te triplete jedan za drugim istim redoslijedom kao i odgovarajuće aminokiseline, dobivamo formulu za strukturu dijela glasničke RNK. Takvih trojki u pravilu ima više, odabir se vrši prema vašoj odluci (ali se uzima samo jedna od trojki). Sukladno tome, može postojati nekoliko rješenja. AAAAAAAACUGCGGCUGCGAAG Tip 3. Dekodiranje molekula DNA. Kojim slijedom aminokiselina počinje protein ako je kodiran sljedećim slijedom nukleotida: ACGCCCATGGCCGGT... Načelom komplementarnosti pronalazimo strukturu dijela glasničke RNA formirane na danom segmentu DNA. molekula: UGCGGGUACCCGGCC... Zatim se okrenemo tablici genetskog koda i za svaku trojku nukleotida, počevši od prve, pronađemo i ispišemo odgovarajuću aminokiselinu: cistein-glicin-tirozin-arginin-prolin-.. .

2. Bilješke o biologiji u razredu 10 "A" na temu: Biosinteza proteina

Svrha: Upoznavanje s procesima transkripcije i prevođenja.

Edukativni. Uvesti pojmove gena, tripleta, kodona, DNA koda, transkripcije i translacije, objasniti bit procesa biosinteze proteina.

Razvojni. Razvoj pažnje, pamćenja, logičkog mišljenja. Trening prostorne mašte.

Edukativni. Poticanje kulture rada u razredu i poštovanja prema radu drugih.

Oprema: Bijela ploča, tablice o biosintezi proteina, magnetska ploča, dinamički model.

Literatura: udžbenici Yu.I. Polyansky, D.K. Belyaeva, A.O. Ruvinsky; “Osnove citologije” O.G. Mashanova, "Biologija" V.N. Yarygina, "Geni i genomi" Singer i Berg, školska bilježnica, udžbenik N.D. Lisova. Priručnik za 10. razred "Biologija".

Nastavne metode i tehnike: priča s elementima razgovora, demonstracija, provjera znanja.

Redoslijed reakcija matriksa tijekom biosinteze proteina može se prikazati dijagramom:

opcija 1

1. Genetski kod je

a) sustav za bilježenje redoslijeda aminokiselina u proteinu pomoću nukleotida DNA

b) dio molekule DNA koji se sastoji od 3 susjedna nukleotida, odgovoran za smještaj određene aminokiseline u proteinsku molekulu

c) svojstvo organizama da prenose genetsku informaciju s roditelja na potomstvo

d) jedinica za čitanje genetske informacije

40. Svaka aminokiselina je kodirana s tri nukleotida – ovaj

a) specifičnost

b) triplet

c) degeneracija

d) nepreklapanje

41. Aminokiseline su šifrirane s više od jednog kodona - ovo je

a) specifičnost

b) triplet

c) degeneracija

d) nepreklapanje

42. U eukariota, jedan nukleotid je uključen u samo jedan kodon - ovaj

a) specifičnost

b) triplet

c) degeneracija

d) nepreklapanje

43. Svi živi organizmi na našem planetu imaju isti genetski kod – ovaj

a) specifičnost

b) univerzalnost

c) degeneracija

d) nepreklapanje

44. Podjela tri nukleotida na kodone je čisto funkcionalna i postoji samo u vrijeme procesa translacije

a) kod bez zareza

b) triplet

c) degeneracija

d) nepreklapanje

45. Broj osjetilnih kodona u genetskom kodu

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Proučavanje strukture eukariotskog gena, slijed aminokiselina u proteinskoj molekuli. Analiza reakcije sinteze šablona, ​​proces samodupliciranja molekule DNA, sinteza proteina na mRNA matrici. Prikaz kemijskih reakcija koje se odvijaju u stanicama živih organizama.

prezentacija, dodano 26.03.2012


Glavne vrste nukleinskih kiselina. Struktura i značajke njihove strukture. Važnost nukleinskih kiselina za sve žive organizme. Sinteza proteina u stanici. Pohranjivanje, prijenos i nasljeđivanje informacija o strukturi proteinskih molekula. Struktura DNK.

prezentacija, dodano 19.12.2014


Definicija pojma i opis općih značajki translacije kao procesa sinteze proteina pomoću RNA šablone, koji se provodi u ribosomima. Shematski prikaz sinteze ribosoma u eukariota. Određivanje sprezanja transkripcije i translacije u prokariota.

prezentacija, dodano 14.04.2014


Primarne, sekundarne i tercijarne strukture DNA. Svojstva genetskog koda. Povijest otkrića nukleinskih kiselina, njihova biokemijska i fizikalno-kemijska svojstva. Glasnička, ribosomska, prijenosna RNA. Proces replikacije, transkripcije i translacije.

sažetak, dodan 19.05.2015


Suština, sastav nukleotida, njihova fizikalna svojstva. Mehanizam reduplikacije deoksiribonukleinske kiseline (DNA), njezina transkripcija s prijenosom nasljedne informacije na RNA i mehanizam translacije je sinteza proteina usmjerena tim informacijama.

sažetak, dodan 11.12.2009


Značajke primjene metode nuklearne magnetske rezonancije (NMR) za proučavanje nukleinskih kiselina, polisaharida i lipida. NMR proučavanje kompleksa nukleinskih kiselina s proteinima i biološkim membranama. Sastav i struktura polisaharida.

kolegij, dodan 26.08.2009


Nukleotidi kao monomeri nukleinskih kiselina, njihove funkcije u stanici i metode istraživanja. Dušične baze koje nisu dio nukleinskih kiselina. Struktura i oblici deoksiribonukleinskih kiselina (DNK). Vrste i funkcije ribonukleinskih kiselina (RNA).

prezentacija, dodano 14.04.2014


Povijest proučavanja nukleinskih kiselina. Sastav, struktura i svojstva dezoksiribonukleinske kiseline. Pojam gena i genetskog koda. Proučavanje mutacija i njihovih posljedica u odnosu na organizam. Detekcija nukleinskih kiselina u biljnim stanicama.

test, dodan 18.03.2012


Podaci o nukleinskim kiselinama, povijesti njihovog otkrića i rasprostranjenosti u prirodi. Struktura nukleinskih kiselina, nomenklatura nukleotida. Funkcije nukleinskih kiselina (dezoksiribonukleinska kiselina - DNA, ribonukleinska kiselina - RNA). Primarna i sekundarna struktura DNA.

sažetak, dodan 26.11.2014


Opće karakteristike stanice: oblik, kemijski sastav, razlike između eukariota i prokariota. Značajke strukture stanica različitih organizama. Unutarstanično kretanje stanične citoplazme, metabolizam. Funkcije lipida, ugljikohidrata, proteina i nukleinskih kiselina.