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

Reakcije koje se događaju u stanici klasificiraju se kao reakcije matrična sinteza? Što služi kao matrica za takve reakcije?

Matrična sinteza - specifično obilježježivući organizmi. Matrica je obrazac po kojem se kopija formira. Matrična sinteza - sinteza pomoću matrice. Reakcije sinteze uzorka daju točan slijed monomera za stvaranje polimera.

Reakcije sinteze šablona koje se odvijaju u stanici uključuju reakcije duplikacije DNK, sintezu RNK i sintezu proteina. Predložak je DNA u sintezi mRNA i DNA ili RNA u sintezi proteina. Monomeri šablonske sinteze su nukleotidi i aminokiseline. Monomeri se fiksiraju na matricu principom komplementarnosti, umreže i zatim otpuštaju iz matrice. Reakcije matrične sinteze su osnova za reprodukciju vlastite vrste.

Koje se reakcije koje se odvijaju u stanici klasificiraju kao reakcije sinteze matriksa? Što služi kao matrica za takve reakcije?

Tražili na ovoj stranici:

• monomeri reakcija sinteze matriksa u stanici su
• reakcije matrične sinteze uključuju
• koje su reakcije reakcije matrične sinteze

Sinteza matrice je stvaranje biopolimera, slijed jedinica u kojem je određen primarnom strukturom druge molekule. Potonji, takoreći, djeluje kao matrica, "diktirajući" potrebni redoslijed sastavljanja kruga. U živim stanicama poznata su tri biosintetska procesa koja se temelje na ovom mehanizmu.

Koje se molekule sintetiziraju na temelju matrice

Reakcije matrične sinteze uključuju:

• replikacija - udvostručenje genetskog materijala;
• transkripcija - ribo sinteza nukleinske kiseline;
• prijevod - proizvodnja proteinskih molekula.

Replikacija je transformacija jedne molekule DNA u dvije identične, koja ima velika vrijednost za životni ciklus stanice (mitoza, mejoza, duplikacija plazmida, dioba bakterijske stanice itd.). Mnogi se procesi temelje na "reprodukciji" genetskog materijala, a sinteza šablona omogućuje ponovno stvaranje točne kopije bilo koje DNK molekule.

Transkripcija i translacija dvije su faze implementacije genoma. U ovom slučaju, nasljedne informacije zabilježene u DNK pretvaraju se u određeni skup proteina, o čemu ovisi fenotip organizma. Taj se mehanizam naziva put "DNA-RNA-protein" i predstavlja jednu od središnjih dogmi molekularne biologije.

Implementacija ovog principa postiže se matričnom sintezom, koja povezuje proces stvaranja nove molekule s "izvornim uzorkom". Osnova takvog sprezanja je temeljno načelo komplementarnost.

Osnovni aspekti molekularne sinteze temeljene na uzorcima

Informacije o strukturi sintetizirane molekule sadržane su u nizu veza same matrice, od kojih je svaki odabran odgovarajući element lanca "kćeri". Ako se kemijska priroda sintetizirane i predloške molekule podudara (DNA-DNA ili DNA-RNA), tada se uparivanje događa izravno, budući da svaki nukleotid ima par s kojim može kontaktirati.

Za sintezu proteina potreban je posrednik, čiji jedan dio stupa u interakciju s matriksom kroz mehanizam slaganja nukleotida, a drugi dio veže proteinske jedinice. Dakle, princip komplementarnosti nukleotida također djeluje u ovom slučaju, iako ne povezuje izravno veze šablona i sintetiziranih lanaca.

Faze sinteze

Svi procesi sinteze matrice podijeljeni su u tri faze:

• inicijacija (početak);
• produljenje;
• završetak (završetak).

Inicijacija je priprema za sintezu, čija priroda ovisi o vrsti procesa. Glavni cilj Ova faza je dovođenje sustava enzim-supstrat u radno stanje.

Tijekom elongacije, sintetizirani lanac se izravno produžuje, u kojem se zatvara kovalentna veza (peptidna ili fosfodiesterska) između jedinica odabranih prema slijedu šablona. Prekid zaustavlja sintezu i oslobađa proizvod.

Uloga komplementarnosti u mehanizmu sinteze šablona

Načelo komplementarnosti temelji se na selektivnoj korespondenciji dušičnih baza nukleotida jedna s drugom. Dakle, samo timin ili uracil (dvostruka veza) su prikladni kao par za adenin, a citozin (3 trostruka veza) je pogodan za gvanin.

Tijekom sinteze nukleinskih kiselina, komplementarni nukleotidi vežu se na veze jednolančane matrice, redajući se u određenom nizu. Dakle, na temelju DNA segmenta AACGTT, samo TTGCAA se može dobiti tijekom replikacije, a UUGCAA tijekom transkripcije.

Kao što je gore navedeno, sinteza proteina odvija se uz sudjelovanje posrednika. Ovu ulogu obavlja prijenosna RNA, koja ima mjesto za pričvršćivanje aminokiseline i nukleotidnog tripleta (antikodon) dizajniranog za vezanje na glasničku RNA.

U ovom slučaju, komplementarna selekcija ne događa se jedna po jedna, već tri odjednom. Budući da je svaka aminokiselina specifična samo za jednu vrstu tRNA, a antikodon odgovara specifičnom tripletu u RNA, protein se sintetizira s određenim slijedom jedinica, koji je sadržan u genomu.

Kako dolazi do replikacije?

Sinteza šablonske DNA odvija se uz sudjelovanje mnogih enzima i pomoćnih proteina. Ključne komponente su:

• DNA helikaza - odmotava dvostruku spiralu, uništava veze između lanaca molekule;
• DNA ligaza - "šije" prekide između Okazakijevih fragmenata;
• primaza - sintetizira početnicu potrebnu za rad fragmenta koji sintetizira DNA;
• SSB proteini - stabiliziraju jednolančane fragmente neuvijene DNA;
• DNA polimeraze – sintetiziraju matični lanac kćeri.

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

DNA polimeraza djeluje u smjeru od 5' prema 3' kraju. Zbog toga se na jednom od lanaca (vodeći) odvija sinteza dok se odmotava i kontinuirano, a na drugom (zaostaje) - u suprotnom smjeru iu zasebnim fragmentima koji se nazivaju "Okazaki".

Struktura u obliku slova Y koja se formira na mjestu gdje se DNK odmotava naziva se replikacijska vilica.

Mehanizam transkripcije

Ključni transkripcijski enzim je RNA polimeraza. Potonji postoji u nekoliko vrsta i razlikuje se u strukturi između prokariota i eukariota. Međutim, mehanizam njegovog djelovanja svugdje je isti i sastoji se u povećanju lanca komplementarnih odabranih ribonukleotida sa zatvaranjem fosfodiesterske veze između njih.

Predloška molekula za ovaj proces je DNK. Na njegovoj osnovi mogu se stvoriti različite vrste RNK, a ne samo informacijske, koje se koriste u sintezi proteina.

Dio matrice s kojeg se RNA sekvenca "otpisuje" naziva se transkripcija. Sadrži promotor (mjesto za vezanje RNA polimeraze) i terminator na kojem se sinteza zaustavlja.

Emitiranje

Sinteza matričnog proteina i kod prokariota i kod eukariota odvija se u specijaliziranim organelama – ribosomima. Potonji se sastoje od dvije podjedinice, od kojih jedna (mala) služi za vezanje tRNA i glasničke RNA, a druga (velika) sudjeluje u stvaranju peptidnih veza.

Početku translacije prethodi aktivacija aminokiselina, odnosno njihovo pripajanje na odgovarajuće prijenosne RNA uz stvaranje visokoenergetske veze, zahvaljujući čijoj se energiji naknadno provode reakcije transpeptidacije (pripajanje sljedeće karike na lanac).

Proteinski faktori i GTP također sudjeluju u procesu sinteze. Energija potonjeg je neophodna za kretanje ribosoma duž lanca RNA.

Tercijarna struktura RNK

Sekundarna struktura RNA

Molekula ribonukleinske kiseline sastoji se od jednog polinukleotidnog lanca. Pojedinačni dijelovi lanca RNA tvore spiralizirane petlje - "ukosnice", zbog vodikovih veza između komplementarnih dušikovih baze A-U i G-C. Dijelovi lanca RNA u takvim spiralnim strukturama su antiparalelni, ali ne uvijek potpuno komplementarni; oni sadrže nesparene nukleotidne ostatke ili čak jednolančane petlje koje se ne uklapaju u dvostruku spiralu. Prisutnost spiralnih regija karakteristična je za sve vrste RNA.

Jednolančane RNA karakterizira kompaktna i uređena tercijarna struktura, koja nastaje međudjelovanjem spiralnih elemenata sekundarne strukture. Tako je moguće stvoriti dodatne vodikove veze između nukleotidnih ostataka koji su dovoljno udaljeni jedni od drugih ili veze između OH skupina riboznih ostataka i baza. Tercijarnu strukturu RNK stabiliziraju ioni dvovalentnih metala, na primjer ioni Mg 2+, koji se vežu ne samo na fosfatne skupine, već i na baze.

Reakcije sinteze matrice proizvode polimere čija je struktura u potpunosti određena strukturom matrice. Reakcije sinteze šablona temelje se na komplementarnim interakcijama između nukleotida.

Replikacija (redupliciranje, dupliciranje DNA)

Matrica– matični lanac DNK
Proizvod– novosintetizirani lanac kćeri DNK
Komplementarnost između nukleotida majčinih i kćerinih DNA lanaca

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

Transkripcija (sinteza RNA)

Matrica– DNA kodirajući lanac
Proizvod– RNK
Komplementarnost između cDNA i RNA nukleotida

U određenom dijelu DNA, vodikove veze se prekidaju, što rezultira u dva jednostruka lanca. Na jednoj od njih mRNA je izgrađena po principu komplementarnosti. Zatim se odvaja i odlazi u citoplazmu, a lanci DNK ponovno se međusobno povezuju.

Prijevod (sinteza proteina)

Matrica– mRNA
Proizvod- bjelančevine
Komplementarnost između nukleotida kodona mRNA i nukleotida antikodona tRNA koji donose aminokiseline

Unutar ribosoma antikodoni tRNA vezani su za kodone mRNA prema principu komplementarnosti. Ribosom povezuje aminokiseline koje dovodi tRNA zajedno u protein.

7. Formiranje polipeptidnog lanca iz sekvencijalno isporučenog u mRNA javlja se tRNA s odgovarajućim aminokiselinama na ribosomima(Slika 3.9).

Ribosomi su nukleoproteinske strukture koje uključuju tri tipa rRNA i više od 50 specifičnih ribosomskih proteina. Ribosomi sastoje se od malih i velikih podjedinica. Inicijacija sinteze polipeptidnog lanca počinje pričvršćivanjem male ribosomske podjedinice za vezni centar na mRNA a uvijek se javlja uz sudjelovanje metioninske tRNA posebna vrsta, koji se veže na metioninski kodon AUG i pričvršćuje na tzv. P-mjesto velike podjedinice ribosoma.

Riža. 3.9. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu Također je prikazana transkripcija mRNA i njezin prijenos kroz jezgrinu membranu u staničnu citoplazmu.

Sljedeći mRNA kodon, smješten nakon AUG inicijacijskog kodona, spada u područje A velike podjedinice ribosomi, gdje je "zamijenjen" za interakciju s amino-acil-tRNA, koja ima odgovarajući antikodon. Nakon što se odgovarajuća tRNA veže na kodon mRNA koji se nalazi na A-mjestu, stvara se peptidna veza uz pomoć peptidil transferaze, koja je dio velike podjedinice ribosoma, a aminoacil-tRNA se pretvara u peptidil-tRNA. To uzrokuje da ribosom napreduje jedan kodon, pomiče rezultirajuću peptidil-tRNA na P-mjesto i oslobađa A-mjesto, koje zauzima sljedeći kodon mRNA, spremno za kombiniranje s aminoacil-tRNA koja ima odgovarajući antikodon ( Slika 3.10).

Polipeptidni lanac raste zbog opetovanog ponavljanja opisanog procesa. Ribosom kreće se duž mRNA, objavljujući svoje početno mjesto. Na mjestu inicijacije sastavlja se sljedeći aktivni ribosomski kompleks i započinje sinteza novog polipeptidnog lanca. Stoga se nekoliko aktivnih ribosoma može spojiti s jednom molekulom mRNA i formirati polisom. Sinteza polipeptida se nastavlja sve dok se jedan od tri stop kodona ne pojavi u A regiji. Stop kodon prepoznaje specijalizirani terminacijski protein, koji zaustavlja sintezu i potiče odvajanje polipeptidnog lanca od ribosoma i od mRNA.

Riža. 3.10. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu. Detaljan dijagram dodavanja nove aminokiseline rastućem polipeptidnom lancu i sudjelovanje u tom procesu odjeljaka A i P velike podjedinice ribosoma.

Ribosom i mRNA također odspojiti i spremni su za početak nove sinteze polipeptidnog lanca (vidi sliku 3.9). Ostaje samo podsjetiti da su proteini glavne molekule koje osiguravaju vitalnu aktivnost stanica i organizama. Oni su enzimi koji osiguravaju cjelokupni složeni metabolizam, te strukturni proteini koji čine kostur stanice i tvore međustaničnu tvar, te transportni proteini mnogih tvari u tijelu, poput hemoglobina koji prenosi kisik i kanalni proteini koji osiguravaju prodiranje u stanicu i uklanjanje iz nje raznih spojeva.

a) Ribosomi zrnatog EPS sintetiziraju proteine ​​koji se zatim

Ili se uklanjaju iz stanice (izvozni proteini),
ili su dio određenih membranskih struktura (samih membrana, lizosoma itd.).

b) U tom slučaju peptidni lanac sintetiziran na ribosomu svojim vodećim krajem prodire kroz membranu u ER šupljinu, gdje potom završava cijeli protein i formira se njegova tercijarna struktura.

2. Ovdje (u lumenu spremnika EPS-a) počinje modifikacija proteina - njihovo vezanje na ugljikohidrate ili druge komponente.

8. Mehanizmi stanične diobe.

1. Udvostručenje DNK

2. sinteza rRNA

3. sinteza škroba iz glukoze

4. sinteza proteina u ribosomima

3. Genotip je

1. skup gena u spolnim kromosomima

2. skup gena na jednom kromosomu

3. skup gena u diploidnoj garnituri kromosoma

4. skup gena na X kromosomu

4. Kod ljudi je za hemofiliju odgovoran recesivni alel vezan za spol. U braku žene koja je nositeljica alela hemofilije i zdravog muškarca

1. vjerojatnost rađanja dječaka i djevojčica s hemofilijom je 50%

2. 50% dječaka će biti bolesno, a sve djevojčice su kliconoše

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

4. 50% djevojčica će biti bolesno, a svi dječaci su kliconoše

5. Spolno vezano nasljeđe je nasljeđe karakteristika koje su uvijek

1. pojavljuju se samo kod muškaraca

2. pojavljuju se samo kod spolno zrelih organizama

3. određuju geni smješteni na spolnim kromosomima

4. su sekundarna spolna obilježja

Kod ljudi

1. 23 grupe kvačila

2. 46 grupa kvačila

3. jedna grupa kvačila

4. 92 grupe kvačila

Nositelji gena sljepoće za boje, kod kojih se bolest ne manifestira, mogu biti

1. samo žene

2. samo muškarci

3. i žene i muškarci

4. samo žene s XO setom spolnih kromosoma

U ljudskom embriju

1. formiraju se notohorda, ventralna živčana vrpca i škržni lukovi

2. notochord, formiraju se škržni lukovi i rep

3. formiraju se notohorda i ventralna živčana vrpca

4. formira se trbušna živčana vrpca i rep

U ljudskom fetusu kisik ulazi u krv kroz

1. škržni prorezi

4. pupkovina

Metodu istraživanja blizanaca provodi

1. križanje

2. Istraživanje rodovnice

3. promatranja objekata istraživanja

4. umjetna mutageneza

8) Osnove imunologije

1. Antitijela su

1. fagocitne stanice

2. proteinske molekule

3. limfociti

4. stanice mikroorganizama koje inficiraju čovjeka

Ako postoji opasnost od zaraze tetanusom (npr. ako su rane kontaminirane zemljom), osobi se daje antitetanusni serum. Sadrži

1. proteini antitijela

2. oslabljene bakterije koje uzrokuju tetanus

3. antibiotici

4. antigeni bakterija tetanusa

Majčino mlijeko osigurava bebi imunitet zahvaljujući

1. makronutrijenti

2. bakterije mliječne kiseline

3. mikroelementi

4. antitijela

Ulazi u limfne kapilare

1. limfa iz limfnih vodova

2. krv iz arterija

3. krv iz vena

4. međustanična tekućina iz tkiva

Fagocitne stanice prisutne su kod ljudi

1. u većini tkiva i organa tijela

2. samo u limfnim sudovima i čvorovima

3. samo u krvnim sudovima

4. samo u krvožilnom i limfnom sustavu

6. Tijekom kojeg od navedenih procesa se sintetizira ATP u ljudskom tijelu?

1. razgradnja bjelančevina na aminokiseline

2. razgradnja glikogena do glukoze

3. razgradnju masti na glicerol i masna kiselina

4. oksidacija glukoze bez kisika (glikoliza)

7. Po svojoj fiziološkoj ulozi većina vitamina je

1. enzimi

2. aktivatori (kofaktori) enzima

3. važan izvor energije za tijelo

4. hormoni

Poremećen vid u sumrak i suhe rožnice mogu biti znak nedostatka vitamina

Reakcije sinteze matrice proizvode polimere čija je struktura u potpunosti određena strukturom matrice. Reakcije sinteze šablona temelje se na komplementarnim interakcijama između nukleotida.

Replikacija (reduplikacija, udvostručenje DNA).

Matrica - matični lanac DNK
Proizvod je novosintetizirani lanac DNK kćeri
Komplementarnost između nukleotida majčinskog i kćerinskog lanca DNK.

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

Transkripcija (sinteza RNK).

Matrica – DNA kodirajući lanac
Proizvod – RNA
Komplementarnost između cDNA i RNA nukleotida.

U određenom dijelu DNA, vodikove veze se prekidaju, što rezultira u dva jednostruka lanca. Na jednoj od njih mRNA je izgrađena po principu komplementarnosti. Zatim se odvaja i odlazi u citoplazmu, a lanci DNK ponovno se međusobno povezuju.

Translacija (sinteza proteina).

Matrica – mRNA
Proizvod – protein
Komplementarnost između nukleotida kodona mRNA i nukleotida antikodona tRNA koji nose aminokiseline.

Unutar ribosoma antikodoni tRNA vezani su za kodone mRNA prema principu komplementarnosti. Ribosom povezuje aminokiseline koje dovodi tRNA zajedno u protein.

Faze biosinteze proteina u prokariota i eukariota.

Kod prokariota, sinteza proteina odvija se u 2 faze:

1) transkripcija, produkt ove reakcije je mRNA;

2) prijevod, produkt ove reakcije je polipeptid.

Ti se stadiji mogu pojaviti istovremeno jer stanica nema jezgrinu membranu.

Proces sinteze proteina u eukariota uključuje 3 faze:

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

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

3) emitirati mRNA u polipeptid.

U nekim slučajevima, za dobivanje aktivnog proteina, potrebna je njegova kemijska transformacija, koja se zove posttranslacijska modifikacija.

Pojam transkripcije. Osobitosti strukture transkripcija u prokariota i eukariota.

Gen zajedno s pomoćnim regijama naziva se transkripton Stoga je transkripton najmanja funkcionalna jedinica genoma.

Tipični transkripton sadrži: promotor– signal za početak transkripcije, na koji se veže enzim RNA polimeraza; Terminator– signal završetka transkripcije; regulatorna regija – operater, na koje su kontrolne proteine ​​vezani aktivatori ili represori (olakšavaju odnosno blokiraju transkripciju); strukturni gen.

Struktura prokariotske transkripcije. Kod prokariota, transkripcija se sastoji od dva dijela: regulatorni I strukturalni. Ta područja čine 10%, odnosno 90%. Regulatorna regija sadrži promotor, operator i terminator. Strukturna regija može biti predstavljena jednim ili više strukturnih gena. U potonjem slučaju, oni su odvojeni besmislenim regijama - razmaknicama. Ova transkripcija se zove operon.

U eukarioti sadrži i transkripton regulatorni I strukturalni parcele, relativni udiošto za razliku od prokariota iznosi 90% i 10%. Regulatorna regija uključuje nekoliko promotora, operatora i terminatora. Strukturni geni mogu se nalaziti u različite dijelove na istom kromosomu ili čak na različitim kromosomima. Strukturna regija transkripcije ima isprekidan(mozaička) struktura: presjeci, nošenje informacija o slijedu aminokiselina u proteinu (kodiranje ili egzoni) izmjenjuju se s nekodirajućim fragmentima ( introni). Broj introna varira među različitim organizmima, ali u pravilu ukupna duljina introna premašuje ukupnu duljinu egzona.

Transkripcijski mehanizmi.

Transkripcija- ovo je proces kopiranja dijela DNA u obliku komplementarne pro-mRNA (prekursor mRNA), koji se javlja u jezgri stanice. Započinje vezanjem enzima RNA polimeraze na promotor. DNK se odmotava u određenom području, vodikove veze između dva nukleotidna lanca se prekidaju, što rezultira stvaranjem dva odvojena polinukleotidna lanca. Prema principu komplementarnosti, slobodni nukleotidi im se dodaju iz kariolimfe. Enzim nastavlja dodavati nukleotide sve dok ne dođe do terminacijskih kodona. Nakon završetka transkripcije, DNA obnavlja svoju izvornu dvolančanu strukturu, a pro-mRNA se transportiraju u citoplazmu.