Každá živá bunka je schopná syntetizovať proteíny a táto schopnosť je jednou z jej najdôležitejších a charakteristických vlastností. Biosyntéza bielkovín prebieha so zvláštnou energiou počas rastu a vývoja buniek. V tomto čase sa aktívne syntetizujú proteíny na stavbu bunkových organel a membrán. syntetizujú sa enzýmy. Biosyntéza bielkovín je intenzívna aj v mnohých dospelých bunkách, t. j. v tých, ktoré ukončili rast a vývoj, napríklad v bunkách tráviacich žliaz, ktoré syntetizujú enzýmové proteíny (pepsín, trypsín), alebo v bunkách žliaz s vnútornou sekréciou, ktoré syntetizujú hormonálne proteíny (inzulín, tyroxín). Schopnosť syntetizovať proteíny je vlastná nielen rastúcim alebo sekrečným bunkám: každá bunka neustále syntetizuje proteíny počas svojho života, pretože v priebehu normálneho života sú molekuly proteínov postupne denaturované, ich štruktúra a funkcie sú narušené. Takéto degradované proteínové molekuly sú z bunky odstránené. Namiesto toho sa syntetizujú nové plnohodnotné molekuly, v dôsledku čoho nie je narušené zloženie a aktivita bunky. Schopnosť syntetizovať proteín sa dedí z bunky na bunku a zachováva si ju počas celého života.

Hlavná úloha pri určovaní štruktúry bielkovín patrí DNA. Samotná DNA sa priamo nezúčastňuje syntézy. DNA je obsiahnutá v bunkovom jadre a syntéza proteínov prebieha v ribozómoch umiestnených v cytoplazme. DNA obsahuje a uchováva iba informácie o štruktúre bielkovín.

Na dlhom reťazci DNA nasleduje jeden po druhom záznam informácií o zložení primárnych štruktúr rôznych proteínov. Kúsok DNA obsahujúci informácie o štruktúre jedného proteínu sa nazýva gén. Molekula DNA je súbor niekoľkých stoviek génov.

Aby sme pochopili, ako štruktúra DNA určuje štruktúru proteínu, uveďme si príklad. Mnoho ľudí vie o Morseovej abecede, pomocou ktorej sa prenášajú signály a telegramy. Podľa Morseovej abecedy sú všetky písmená abecedy označené kombináciou krátkych a dlhých signálov - bodky a pomlčky. Písmeno A je označené .--, B -- --. atď. Súbor symbolov sa nazýva kód alebo šifra. Morseova abeceda je príklad kódu. Po prijatí telegrafnej pásky s bodkami a pomlčkami môže osoba, ktorá pozná Morseovu abecedu, ľahko rozlúštiť, čo je napísané.

Makromolekula DNA pozostávajúca z niekoľkých tisíc po sebe nasledujúcich štyroch typov nukleotidov je kód, ktorý určuje štruktúru množstva molekúl proteínov. Tak ako v Morseovej abecede každé písmeno zodpovedá určitej kombinácii bodiek a pomlčiek, tak v kóde DNA každá aminokyselina zodpovedá určitej kombinácii bodiek a pomlčiek, tak v kóde DNA každá aminokyselina zodpovedá určitej kombinácii sekvenčne spojené nukleotidy.

Kód DNA bol takmer úplne rozlúštený. Podstata kódu DNA je nasledovná. Každá aminokyselina zodpovedá časti reťazca DNA troch susedných nukleotidov. Napríklad segment T-T-T zodpovedá aminokyseline lyzínu, segment A-C-A zodpovedá cysteínu, segment C-A-A zodpovedá valínu atď. Predpokladajme, že v géne nasledujú nukleotidy v tomto poradí:

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

Po rozdelení tohto radu na triplety (triplety) okamžite rozlúštime, ktoré aminokyseliny a v akom poradí nasledujú v molekule proteínu: A-C-A - cysteín; T-T-T - lyzín; A-A-C - leucín; C-A-A - valín; G-G-G - prolín. V Morseovej abecede sú len dva znaky. Ak chcete označiť všetky písmená, všetky čísla a interpunkčné znamienka, musíte pre niektoré písmená alebo čísla použiť až 5 znakov. Kód DNA je jednoduchší. Existujú 4 rôzne nukleotidy. Počet možných kombinácií 4 prvkov po 3 je 64. Existuje len 20 rôznych aminokyselín. Existuje teda viac než dosť rôznych tripletov nukleotidov na kódovanie všetkých aminokyselín.

Prepis. Na syntézu proteínov musí byť do ribozómov dodaný program syntézy, t.j. informácia o štruktúre proteínu, zaznamenaná a uložená v DNA. Na syntézu proteínov sa presné kópie týchto informácií posielajú do ribozómov. Deje sa tak pomocou RNA, ktorá sa syntetizuje na DNA a presne kopíruje jej štruktúru. Nukleotidová sekvencia RNA presne opakuje sekvenciu v jednom z génových reťazcov. Informácie obsiahnuté v štruktúre daného génu sú teda akoby prepísané na RNA. Tento proces sa nazýva transkripcia (latinsky „prepis“ – prepisovanie). Z každého génu možno vytvoriť ľubovoľný počet kópií RNA. Tieto RNA, ktoré prenášajú informácie o zložení proteínov do ribozómov, sa nazývajú informačné RNA (i-RNA).

Aby sme pochopili, ako možno „prepísať“ zloženie a sekvenciu nukleotidov v géne do RNA, pripomeňme si princíp komplementarity, na základe ktorého je postavená molekula dvojvláknovej DNA. Nukleotidy jedného reťazca určujú povahu opačných nukleotidov druhého reťazca. Ak je A na jednom reťazci, potom T je na rovnakej úrovni druhého reťazca a C je vždy proti G. Neexistujú žiadne iné kombinácie. Princíp komplementarity funguje aj pri syntéze messenger RNA.

Proti každému nukleotidu jedného z reťazcov DNA stojí komplementárny nukleotid informačnej RNA (v RNA je namiesto tymidylnukleotidu (T) uridylnukleotid (U). C rna teda stojí proti G dna, U rna proti A dna, U rna proti T dna "A RNA. Výsledkom je, že výsledný reťazec RNA, pokiaľ ide o zloženie a sekvenciu jeho nukleotidov, je presnou kópiou zloženia a nukleotidovej sekvencie jedného z reťazcov DNA. Molekuly messenger RNA smerujú na miesto, kde prebieha syntéza proteínov, t.j. do ribozómov. Tam ide z cytoplazmy tok materiálu, z ktorého je proteín vybudovaný, t.j. aminokyseliny.V cytoplazme buniek sa vždy tvoria aminokyseliny v dôsledku rozkladu potravinových bielkovín.

transportná RNA. Aminokyseliny nevstupujú do ribozómu samé o sebe, ale sú sprevádzané transportnými RNA (t-RNA). Molekuly tRNA sú malé - pozostávajú iba zo 70-80 nukleotidových jednotiek. Ich zloženie a sekvencia pre niektoré t-RNA už boli plne stanovené. Zároveň sa ukázalo, že na mnohých miestach reťazca t-RNA sa nachádza 4-7 nukleotidových jednotiek, ktoré sú navzájom komplementárne. Prítomnosť komplementárnych sekvencií v molekule vedie k tomu, že tieto oblasti, keď sa dostatočne priblížia, sa navzájom zlepia v dôsledku tvorby vodíkových väzieb medzi komplementárnymi nukleotidmi. V dôsledku toho sa objaví zložitá slučková štruktúra, ktorá svojím tvarom pripomína ďatelinový list. Na jeden z koncov molekuly tRNA je pripojená aminokyselina (D) a na vrchu „ďatelinového listu“ je trojica nukleotidov (E), ktorá kódovo zodpovedá tejto aminokyseline. Pretože existuje najmenej 20 rôznych aminokyselín, existuje samozrejme najmenej 20 rôznych tRNA: každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA.

Reakcia syntézy matrice. V živých systémoch sa stretávame s novým typom reakcie, ako je replikácia DNA alebo reakcia syntézy RNA. Takéto reakcie nie sú v neživej prírode známe. Nazývajú sa reakcie syntézy matrice.

Termín "matrica" ​​v technológii označuje formu používanú na odlievanie mincí, medailí, typografický typ: tvrdený kov presne reprodukuje všetky detaily formy používanej na odlievanie. Syntéza matrice je ako liatie na matricu: nové molekuly sa syntetizujú presne podľa plánu stanoveného v štruktúre už existujúcich molekúl. Princíp matrice je základom najdôležitejších syntetických reakcií bunky, ako je syntéza nukleových kyselín a proteínov. V týchto reakciách je poskytnutá presná, prísne špecifická sekvencia monomérnych jednotiek v syntetizovaných polyméroch. Tu dochádza k usmernenej kontrakcii monomérov na určité miesto v bunke - na molekuly, ktoré slúžia ako matrica, kde prebieha reakcia. Ak by takéto reakcie nastali v dôsledku náhodnej zrážky molekúl, postupovali by nekonečne pomaly. Syntéza komplexných molekúl na princípe matrice sa vykonáva rýchlo a presne.

Úlohu matrice v matricových reakciách zohrávajú makromolekuly nukleových kyselín DNA alebo RNA. Monomérne molekuly, z ktorých je polymér syntetizovaný - nukleotidy alebo aminokyseliny - sú v súlade s princípom komplementarity usporiadané a fixované na matrici v presne definovanom, vopred určenom poradí. Potom dôjde k "zosieťovaniu" monomérnych jednotiek do polymérneho reťazca a hotový polymér sa vysype z matrice. Potom je matrica pripravená na zostavenie novej molekuly polyméru. Je jasné, že tak ako sa na danú formu dá odliať len jedna minca, jedno písmeno, tak sa na danú molekulu matrice dá „poskladať“ len jeden polymér.

Matricový typ reakcií je špecifickým znakom chémie živých systémov. Sú základom základnej vlastnosti všetkých živých vecí - ich schopnosti reprodukovať svoj vlastný druh.

Vysielanie. Informácie o štruktúre proteínu, zaznamenané v i-RNA vo forme sekvencie nukleotidov, sa prenášajú ďalej vo forme sekvencie aminokyselín v syntetizovanom polypeptidovom reťazci. Tento proces sa nazýva preklad. Aby sme pochopili, ako dochádza k prekladu v ribozómoch, t. j. k prekladu informácií z jazyka nukleových kyselín do jazyka proteínov, pozrime sa na obrázok. Ribozómy na obrázku sú znázornené ako vajcovité telá, ponižujúce mRNA z ľavého konca a spúšťajúce syntézu proteínov. Keď je molekula proteínu zostavená, ribozóm sa plazí pozdĺž mRNA. Keď sa ribozóm posunie dopredu o 50-100 A, druhý ribozóm vstúpi do mRNA z rovnakého konca, ktorý rovnako ako prvý začína syntézu a pohybuje sa za prvým ribozómom. Potom tretí ribozóm vstupuje do i-RNA, štvrtý atď. Všetky vykonávajú rovnakú prácu: každý syntetizuje rovnaký proteín naprogramovaný na túto i-RNA. Čím viac doprava sa ribozóm posunul pozdĺž i-RNA, tým väčší je segment molekuly proteínu „zložený“. Keď ribozóm dosiahne pravý koniec mRNA, syntéza je dokončená. Ribozóm s výsledným proteínom opúšťa mRNA. Potom sa rozchádzajú: ribozóm - na akúkoľvek i-RNA (pretože je schopná syntetizovať akýkoľvek proteín; povaha proteínu závisí od matrice), molekula proteínu - do endoplazmatického retikula a pohybuje sa pozdĺž neho do tej časti bunka, kde je tento typ proteínu potrebný. Po krátkom čase skončí svoju prácu druhý ribozóm, potom tretí atď.. A z ľavého konca mRNA do nej vstupujú ďalšie a ďalšie ribozómy a syntéza bielkovín pokračuje nepretržite. Počet ribozómov, ktoré sa zmestia súčasne na molekulu mRNA, závisí od dĺžky mRNA. Na molekulu i-RNA, ktorá programuje syntézu hemoglobínového proteínu a je dlhá asi 1500 A, sa teda zmestí až päť ribozómov (priemer ribozómu je približne rovný 230 A). Skupina ribozómov umiestnených súčasne na rovnakej molekule mRNA sa nazýva polyribozóm.

Teraz sa pozrime podrobnejšie na mechanizmus ribozómu. Ribozóm je počas svojho pohybu pozdĺž mRNA v každom danom okamihu v kontakte s malou časťou svojej molekuly. Je možné, že veľkosť tejto oblasti je len jeden triplet nukleotidov. Ribozóm sa po i-RNA pohybuje nie plynulo, ale prerušovane, v „krokoch“, triplet po triplete. V určitej vzdialenosti od bodu kontaktu ribozómu s a - REC je bod "zostavy" proteínu: tu je umiestnený enzým proteín syntetázy a pracuje, vytvára polypeptidový reťazec, t.j. vytvára peptidové väzby medzi aminokyselinami.

Samotný mechanizmus "zostavy" molekuly proteínu v ribozómoch sa uskutočňuje nasledovne. Každý ribozóm, ktorý je súčasťou polyribozómu, teda pohybujúci sa pozdĺž mRNA, prichádza z prostredia v nepretržitom prúde molekúl tRNA, na ktorých sú „zavesené“ aminokyseliny. Prechádzajú tak, že sa svojim kódovým koncom dotknú miesta kontaktu ribozómu s mRNA, ktorá sa práve nachádza v ribozóme. Opačný koniec tRNA (ktorý nesie aminokyselinu) sa potom nachádza v blízkosti miesta spojenia proteínu. Avšak iba ak sa ukáže, že triplet kódujúci tRNA je komplementárny k tripletu mRNA (v súčasnosti v ribozóme), aminokyselina dodaná tRNA vstúpi do proteínovej molekuly a oddelí sa od tRNA. Vzápätí urobí ribozóm „krok“ vpred pozdĺž i-RNA o jeden triplet a voľná t-RNA sa z ribozómu vymrští do okolia. Tu zachytáva novú molekulu aminokyseliny a prenáša ju do ktoréhokoľvek z pracovných ribozómov. Takže postupne, triplet po triplete, sa ribozóm pohybuje pozdĺž i-RNA a rastie článok po článku - polypeptidový reťazec. Takto funguje ribozóm – táto bunková organela, ktorá je právom nazývaná „molekulárnym automatom“ syntézy bielkovín.

V laboratórnych podmienkach si umelá syntéza bielkovín vyžaduje obrovské úsilie, veľa času a peňazí. A v živej bunke je syntéza jednej molekuly proteínu dokončená za 1-2 minúty.

Úloha enzýmov v biosyntéze bielkovín. Netreba zabúdať, že ani jeden krok v procese syntézy bielkovín sa nezaobíde bez účasti enzýmov. Všetky reakcie syntézy bielkovín sú katalyzované špeciálnymi enzýmami. Syntézu mRNA vykonáva enzým, ktorý sa plazí pozdĺž molekuly DNA od začiatku génu až po jeho koniec a zanecháva za sebou hotovú molekulu mRNA. Gén v tomto procese poskytuje iba program na syntézu a samotný proces vykonáva enzým. Bez účasti enzýmov nedochádza ku kombinácii aminokyselín s t-RNA. Existujú špeciálne enzýmy, ktoré zabezpečujú zachytenie a spojenie aminokyselín s ich t-RNA. Nakoniec, v procese zostavovania proteínov, enzým pracuje v ribozóme a spája aminokyseliny dohromady.

Energia biosyntézy bielkovín. Ďalším veľmi dôležitým aspektom biosyntézy bielkovín je ich energetika. Akýkoľvek syntetický proces je endotermická reakcia, a preto vyžaduje energiu. Biosyntéza proteínov je reťazec syntetických reakcií: 1) syntéza i-RNA; 2) spojenie aminokyselín s t-RNA; 3) „proteínová zostava“. Všetky tieto reakcie si vyžadujú náklady na energiu. Energiu na syntézu proteínov dodáva štiepiaca reakcia ATP. Každý článok v biosyntéze je vždy spojený s rozkladom ATP.

Kompaktnosť biologickej organizácie. Pri štúdiu úlohy DNA sa ukázalo, že fenomén zaznamenávania, uchovávania a prenosu dedičných informácií sa uskutočňuje na úrovni molekulárnych štruktúr. Vďaka tomu je dosiahnutá úžasná kompaktnosť „pracovných mechanizmov“, najväčšia efektivita ich umiestnenia v priestore. Je známe, že obsah DNA v jednej ľudskej spermii je 3,3X10 -12 stupňov g DNA obsahuje všetky informácie, ktoré určujú vývoj človeka. Odhaduje sa, že všetky oplodnené vajíčka, z ktorých sa vyvinuli všetci ľudia žijúci dnes na Zemi, obsahujú toľko DNA, koľko sa zmestí do objemu špendlíkovej hlavičky.

1. Vysvetlite postupnosť prenosu genetickej informácie: gén – proteín – znak.

2. Pamätajte, ktorá štruktúra proteínu určuje jeho štruktúru a vlastnosti. Ako je táto štruktúra zakódovaná v molekule DNA?

3. Čo je to genetický kód?

4. Opíšte vlastnosti genetického kódu.

7. Reakcie syntézy matrice. Prepis

Informácie o proteíne sú zaznamenané ako nukleotidová sekvencia v DNA a nachádzajú sa v jadre. V skutočnosti k syntéze proteínov dochádza v cytoplazme na ribozómoch. Preto syntéza bielkovín vyžaduje štruktúru, ktorá by prenášala informácie z DNA do miesta syntézy bielkovín. Takýmto sprostredkovateľom je informácia, alebo matrica, RNA, ktorá prenáša informáciu zo špecifického génu molekuly DNA do miesta syntézy proteínov na ribozómoch.

Okrem nosiča informácie sú potrebné látky, ktoré by zabezpečili dodanie aminokyselín na miesto syntézy a určenie ich miesta v polypeptidovom reťazci. Takýmito látkami sú transferové RNA, ktoré zabezpečujú kódovanie a dodávanie aminokyselín na miesto syntézy. Syntéza bielkovín prebieha na ribozómoch, ktorých telo je postavené z ribozomálnej RNA. To znamená, že je potrebný iný typ RNA – ribozomálna.

Genetická informácia sa realizuje v troch typoch reakcií: syntéza RNA, syntéza proteínov, replikácia DNA. V každom z nich sú informácie obsiahnuté v lineárnej sekvencii nukleotidov použité na vytvorenie ďalšej lineárnej sekvencie: buď nukleotidov (v molekulách RNA alebo DNA) alebo aminokyselín (v molekulách bielkovín). Experimentálne bolo dokázané, že je to DNA, ktorá slúži ako templát pre syntézu všetkých nukleových kyselín. Tieto biosyntetické reakcie sa nazývajú syntéza matrice. Dostatočná jednoduchosť matricových reakcií a ich jednorozmernosť umožnili detailne študovať a pochopiť ich mechanizmus, na rozdiel od iných procesov prebiehajúcich v bunke.

Prepis

Proces biosyntézy RNA z DNA je tzv prepis. Tento proces prebieha v jadre. Na matrici DNA sa syntetizujú všetky typy RNA – informačná, transportná a ribozomálna, ktoré sa následne podieľajú na syntéze bielkovín. Genetický kód na DNA sa počas transkripcie prepisuje do messengerovej RNA. Reakcia je založená na princípe komplementarity.

Syntéza RNA má množstvo funkcií. Molekula RNA je oveľa kratšia a je kópiou len malej časti DNA. Ako matrica teda slúži len určitý úsek DNA, kde sa nachádza informácia o danej nukleovej kyseline. Novo syntetizovaná RNA nikdy nezostane naviazaná na pôvodný templát DNA, ale uvoľní sa po skončení reakcie. Proces transkripcie prebieha v troch etapách.

Prvé štádium - zasvätenie- začiatok procesu. Syntéza kópií RNA začína špecifickou oblasťou na DNA, ktorá je tzv promótor. Táto zóna obsahuje špecifický súbor nukleotidov, ktoré sú štartovacie signály. Proces je katalyzovaný enzýmami RNA polymerázy. Enzým RNA polymeráza sa naviaže na promótor, rozvinie dvojitú špirálu a preruší vodíkové väzby medzi dvoma vláknami DNA. Ale len jeden z nich slúži ako templát pre syntézu RNA.

Druhá fáza - predĺženie. V tejto fáze prebieha hlavný proces. Na jednom vlákne DNA, ako na matrici, sa nukleotidy zoradia podľa princípu komplementarity (obr. 19). Enzým RNA polymeráza, pohybujúci sa krok za krokom pozdĺž reťazca DNA, spája nukleotidy medzi sebou, pričom neustále ďalej odvíja dvojitú špirálu DNA. V dôsledku tohto pohybu sa syntetizuje kópia RNA.

Tretia etapa - ukončenie. Toto je posledná fáza. Syntéza RNA pokračuje až do stop signál- určitá sekvencia nukleotidov, ktorá zastavuje pohyb enzýmu a syntézu RNA. Polymeráza je oddelená od DNA a syntetizovanej kópie RNA. Súčasne sa z matrice odstráni aj molekula RNA. DNA prestavuje dvojitú špirálu. Syntéza dokončená. V závislosti od oblasti DNA sa týmto spôsobom syntetizujú ribozomálne, transportné a messengerové RNA.

Templát pre transkripciu molekuly RNA je len jedným z reťazcov DNA. Rôzne vlákna DNA však môžu slúžiť ako templáty pre dva susedné gény. Ktoré z týchto dvoch reťazcov sa použije na syntézu, je určené promótorom, ktorý riadi enzým RNA polymerázu jedným alebo druhým smerom.

Po transkripcii sa molekula mediátorovej RNA eukaryotických buniek preskupuje. Sú v ňom vyrezané nukleotidové sekvencie, ktoré nenesú informáciu o tomto proteíne. Tento proces sa nazýva spájanie. V závislosti od typu bunky a štádia vývoja je možné odstrániť rôzne časti molekuly RNA. V dôsledku toho sa v jednej časti DNA syntetizujú rôzne RNA, ktoré nesú informácie o rôznych proteínoch. To zabezpečuje prenos významnej genetickej informácie z jedného génu a tiež uľahčuje genetickú rekombináciu.

Ryža. 19. Syntéza messenger RNA. 1 - reťazec DNA; 2 - syntetizovaná RNA

Otázky a úlohy na sebaovládanie

1. Aké reakcie súvisia s reakciami syntézy matrice?

2. Aká je počiatočná matrica pre všetky reakcie syntézy matrice?

3. Ako sa nazýva proces biosyntézy mRNA?

4. Aké typy RNA sa syntetizujú na DNA?

5. Nastavte sekvenciu fragmentu mRNA, ak má zodpovedajúci fragment DNA sekvenciu: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosyntéza bielkovín

Proteíny sú základnými zložkami všetkých buniek, takže najdôležitejším procesom metabolizmu plastov je biosyntéza bielkovín. Vyskytuje sa vo všetkých bunkách organizmov. Sú to jediné zložky bunky (okrem nukleových kyselín), ktorých syntéza prebieha pod priamou kontrolou genetického materiálu bunky. Celý genetický aparát bunky – DNA a rôzne typy RNA – je vyladený na syntézu bielkovín.

Gene- Toto je časť molekuly DNA zodpovedná za syntézu jednej molekuly proteínu. Pre syntézu proteínov je potrebné, aby sa určitý gén s DNA skopíroval vo forme molekuly messenger RNA. Tento proces už bol diskutovaný skôr. Syntéza bielkovín je komplexný viacstupňový proces a závisí od aktivity rôznych typov RNA. Na priamu biosyntézu proteínov sú potrebné tieto zložky:

1. Messenger RNA – nosič informácie z DNA do miesta syntézy. Molekuly mRNA sa syntetizujú počas transkripcie.

2. Ribozómy – organely, kde dochádza k syntéze bielkovín.

3. Súbor esenciálnych aminokyselín v cytoplazme.

4. Preneste RNA kódujúce aminokyseliny a nesúce ich na miesto syntézy na ribozómoch.

5. ATP - látka, ktorá poskytuje energiu pre procesy kódovania aminokyselín a syntézu polypeptidového reťazca.

Prenosová štruktúra RNA a kódovanie aminokyselín

Transferové RNA (tRNA) sú malé molekuly so 70 až 90 nukleotidmi.TRNA tvoria približne 15 % všetkej bunkovej RNA. Funkcia tRNA závisí od jej štruktúry. Štúdium štruktúry molekúl tRNA ukázalo, že sú určitým spôsobom poskladané a vyzerajú podobne ďatelinový list(obr. 20). V molekule sa rozlišujú slučky a dvojité rezy, spojené v dôsledku interakcie komplementárnych báz. Najdôležitejšia je centrálna slučka, ktorá obsahuje antikodón - nukleotidový triplet zodpovedajúci kódu pre špecifickú aminokyselinu. tRNA sa svojim antikodónom dokáže spojiť s príslušným kodónom na mRNA podľa princípu komplementarity.

Ryža. 20. Štruktúra molekuly tRNA: 1 - antikodón; 2 - miesto pripojenia aminokyseliny

Každá tRNA môže niesť iba jednu z 20 aminokyselín. To znamená, že pre každú aminokyselinu existuje aspoň jedna tRNA. Pretože aminokyselina môže mať niekoľko tripletov, počet druhov tRNA sa rovná počtu tripletov aminokyselín. Celkový počet druhov tRNA teda zodpovedá počtu kodónov a rovná sa 61. Žiadna tRNA nezodpovedá trom stop kódom.

Na jednom konci molekuly tRNA je vždy guanínový nukleotid (5'-koniec) a na druhom (3'-koniec) sú vždy tri CCA nukleotidy. Práve na tento účel je aminokyselina pripojená (obr. 21). Každá aminokyselina sa viaže na svoju špecifickú tRNA so zodpovedajúcim antikodónom. Mechanizmus tohto pripojenia je spojený s prácou špecifických enzýmov - aminoacyl-tRNA syntetáz, ktoré pripájajú každú aminokyselinu k zodpovedajúcej tRNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú syntetázu. Spojenie aminokyseliny s tRNA sa uskutočňuje vďaka energii ATP, zatiaľ čo makroergická väzba prechádza do väzby medzi tRNA a aminokyselinou. Takto sa aktivujú a kódujú aminokyseliny.

Etapy biosyntézy bielkovín. Proces syntézy polypeptidového reťazca, ktorý sa uskutočňuje na ribozóme, sa nazýva vysielať. Messenger RNA (mRNA) je sprostredkovateľom pri prenose informácií o primárnej štruktúre proteínu, tRNA prenáša kódované aminokyseliny na miesto syntézy a zabezpečuje sekvenciu ich zlúčenín. Ribozómy zostavujú polypeptidový reťazec.

replikácie

Proces replikácie DNA prebieha v jadre pôsobením enzýmov a špeciálnych proteínových komplexov. Princípy duplikácie DNA:

• * antiparalelnosť : dcérske vlákno sa syntetizuje v smere od 5" do 3" koniec.
• * Bezplatné : štruktúra dcérskeho reťazca DNA je určená nukleotidovou sekvenciou rodičovského reťazca, vybranou podľa princípu komplementarity.
• * semi-kontinuita : jeden z dvoch reťazcov DNA vedenie , sa syntetizuje nepretržite a druhá - oneskorené , prerušovane s tvorbou krátkych úlomky Okazaki . Je to spôsobené vlastnosťou antiparalelnosti.
• * polokonzervatívne : Molekuly DNA získané počas reduplikácie obsahujú jeden konzervovaný materský reťazec a jedno syntetizované dieťa.
• 1) Zasvätenie

Začať s replikačný bod ku ktorému sú pripojené proteíny, ktoré iniciujú replikáciu. Pod pôsobením enzýmov DNA topoizomerázy a DNA helikázy reťaz sa rozvinie a vodíkové väzby sa prerušia. Ďalej prichádza fragmentárna separácia dvojvlákna DNA s tvorbou replikačná vidlica . Enzýmy zabraňujú opätovnému spojeniu reťazcov DNA.

2) Predĺženie

Syntéza dcérskeho reťazca DNA je spôsobená enzýmom DNA polymeráza , ktorý sa pohybuje v smere 5" 3" výberom nukleotidov podľa princípu komplementarity. Vedúci reťazec sa syntetizuje nepretržite a zaostávajúci reťazec sa syntetizuje prerušovane. Enzým DNA ligáza prepája fragmenty Okazaki . Špeciálne korekčné proteíny rozpoznávajú chyby a eliminujú nesprávne nukleotidy.

3) Ukončenie

Replikácia končí, keď sa stretnú dve replikačné vidlice. Proteínové zložky sú odstránené, molekuly DNA sú špirálovité.

Vlastnosti genetického kódu

• * trojčatá Každá aminokyselina je kódovaná kódom 3 nukleotidov.
• * jednoznačné - každý triplet kóduje len určitú kyselinu.
• * Degenerovať - každá aminokyselina je kódovaná niekoľkými tripletmi (2-6). Iba dva z nich sú kódované jedným tripletom: tryptofán a metionín.
• * neprekrývajúce sa - každý kodón je nezávislá jednotka a genetická inf sa číta iba jedným spôsobom v jednom smere
• * Univerzálny je rovnaký pre všetky organizmy. Rovnaké triplety kódujú rovnaké aminokyseliny v rôznych organizmoch.

Genetický kód

Implementácia dedičnej informácie sa riadi schémou gén-proteín-vlastnosť.

Gene - úsek molekuly DNA, ktorý nesie informáciu o primárnej štruktúre jednej molekuly proteínu a je zodpovedný za jej syntézu.

Genetický kód - princíp kódovania dedičného inf v bunke. Je to sekvencia tripletov nukleotidov v NA, ktorá určuje určité poradie aminokyselín v bielkovinách. Infa obsiahnutá v lineárnej sekvencii nukleotidov sa používa na vytvorenie ďalšej sekvencie.

4 nukleotidy môžu vytvoriť 64 trojčatá , z ktorých 61 kóduje aminokyseliny. Zastavte kodóny - triplety UAA, UAG, UGA zastavujú syntézu polypeptidového reťazca.

štartovací kodón - triplet AUG určuje začiatok syntézy polypeptidového reťazca.

Biosyntéza bielkovín

Jeden z hlavných procesov metabolizmu plastov. Niektoré z reakcií prebiehajú v jadre, iné - v cytoplazme. Potrebné zložky: ATP, DNA, i-RNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, aminokyseliny, enzýmy. Pozostáva z 3 procesov:

• - prepis : syntéza mRNA
• - spracovanie : konverzia mRNA na mRNA
• - vysielať : Syntézy bielkovín

DNA obsahuje informácie o štruktúre proteínu vo forme sekvencie aminokyselín, ale keďže gény neopúšťajú jadro, nezúčastňujú sa priamo na biosyntéze molekuly proteínu. I-RNA je syntetizovaná v bunkovom jadre pomocou DNA a prenáša inf z DNA do miesta syntézy proteínov (ribozómy). Potom sa pomocou tRNA z cytoplazmy vyberú aminokyseliny komplementárne k mRNA. Tak sa syntetizujú polypeptidové reťazce.

Prepis

1) Zasvätenie

Syntéza molekúl mRNA pomocou DNA môže prebiehať v jadre, mitochondriách a plastidoch. Pôsobením enzýmov DNA helikáza a DNA topoizomeráza, úsek molekuly DNA odvíja sa , vodíkové väzby sú prerušené. Čítanie informácií pochádza len z jedného vlákna DNA, ktoré sa nazýva kódovanie kodogénne . Enzým RNA polymeráza spája s promótor - zóna DNA, ktorá obsahuje štartovací signál TATA.

2) Predĺženie

Proces zoradenia nukleotidov podľa princípu bezplatné . RNA polymeráza sa pohybuje pozdĺž kódovacieho reťazca a spája nukleotidy dohromady, čím vytvára polynukleotidový reťazec. Proces pokračuje až do stop kodón .

3) Ukončenie

Dokončenie syntézy: enzým a syntetizovaná molekula RNA sa oddelia od DNA, obnoví sa dvojitá špirála DNA.

Spracovanie

Transformácia molekuly mRNA na mRNA počas spájanie v jadre pôsobením enzýmov. Prebieha odstraňovanie intróny -oblasti, ktoré nenesú informácie o sekvencii aminokyselín a zosieťovaní exóny - grafy kódujúce sekvenciu aminokyselín. Potom nasleduje pridanie stop kodónu AUG, zakrytie 5' konca a polyadenylácia na ochranu 3' konca. Vzniká zrelá mRNA, je kratšia a smeruje k ribozómom.

Vysielanie

Proces translácie nukleotidovej sekvencie tripletov mRNA do aminokyselinovej sekvencie polypeptidového reťazca. Vyskytuje sa v cytoplazme na ribozómoch.

1) Zasvätenie

Syntetizovaná mRNA prechádza jadrovými pórmi do cytoplazmy, kde sa pomocou enzýmov a energie ATP spája s malý ribozómová podjednotka. Potom iniciátor tRNA s aminokyselinou metianín sa viaže na peptidylové centrum. Ďalej, v prítomnosti Mg2+, prídavok veľký podjednotky.

2) Predĺženie

Predĺženie proteínového reťazca. Aminokyseliny sú dodávané do ribozómov prostredníctvom ich vlastnej tRNA. Tvar molekuly tRNA pripomína trojlístok, v strede ktorého je antikodón komplementárne ku kodónovým nukleotidom mRNA. Zodpovedajúca aminokyselina je pripojená k opačnej báze molekuly tRNA.

Prvá tRNA je ukotvená v peptidyl stred, a druhý - v aminokyselinové . Potom sa aminokyseliny spoja a vytvoria sa medzi nimi peptid spojenie, objaví sa dipeptid, prvá t-RNA ide do cytoplazmy. Potom ribozóm tvorí 1 trinukleotid krok prostredníctvom mRNA. Výsledkom je, že druhá t-RNA je v peptidylovom centre a uvoľňuje aminoacylovú. Proces pripájania aminokyselín berie energiu ATP a vyžaduje prítomnosť enzýmu. aminoacyl-t-RNA syntetáza .

3) Ukončenie

Keď stop kodón vstúpi do aminokyselinového centra, syntéza sa dokončí a k poslednej aminokyseline sa pridá voda. Ribozóm sa odstráni z mRNA a rozdelí sa na 2 podjednotky, tRNA sa vráti do cytoplazmy.

Nukleové kyseliny.

Nukleové kyseliny (NA) prvýkrát objavil v roku 1869 švajčiarsky biochemik Friedrich Miescher.

NC sú lineárne nerozvetvené heteropolyméry, ktorých monoméry sú nukleotidy spojené fosfodiesterovými väzbami.

Nukleotid sa skladá z:

dusíkatej báze

Purín (adenín (A) a guanín (G) - ich molekuly pozostávajú z 2 kruhov: 5 a 6-členného),

Pyrimidín (cytozín (C), tymín (T) a uracil (U) - jeden šesťčlenný kruh);

uhľohydrát (5-uhlíkový cukrový kruh): ribóza alebo deoxyribóza;

zvyšok kyseliny fosforečnej.

Existujú 2 typy NK: DNA a RNA. NC zabezpečujú uchovávanie, reprodukciu a implementáciu genetickej (dedičnej) informácie. Táto informácia je zakódovaná vo forme nukleotidových sekvencií. Nukleotidová sekvencia odráža primárnu štruktúru proteínov. Súlad medzi aminokyselinami a nukleotidovými sekvenciami, ktoré ich kódujú, sa nazýva genetický kód. jednotka genetický kód DNA a RNA je trojčatá- sekvencia troch nukleotidov.

DNA (deoxyribonukleová kyselina) je nukleová kyselina, ktorej monoméry sú deoxyribonukleotidy; je materskou nositeľkou genetickej informácie. Tie. všetky informácie o štruktúre, fungovaní a vývoji jednotlivých buniek a celého organizmu sú zaznamenané vo forme nukleotidových sekvencií DNA.

Primárna štruktúra DNA je jednovláknová molekula (fágy).

Ďalšie balenie makromolekuly polyméru sa nazýva sekundárna štruktúra. V roku 1953 James Watson a Francis Crick objavili sekundárnu štruktúru DNA, dvojitú špirálu. V tejto špirále sú fosfátové skupiny na vonkajšej strane špirály, zatiaľ čo bázy sú na vnútornej strane, rozmiestnené v intervaloch 0,34 nm. Reťazce sú držané pohromade vodíkovými väzbami medzi bázami a sú skrútené jeden okolo druhého a okolo spoločnej osi.

Bázy v antiparalelných vláknach tvoria komplementárne (vzájomne komplementárne) páry vďaka vodíkovým väzbám: A = T (2 pripojenia) a G ≡ C (3 pripojenia).

Fenomén komplementarity v štruktúre DNA objavil v roku 1951 Erwin Chargaff.

Chargaffovo pravidlo: počet purínových báz sa vždy rovná počtu pyrimidínových báz (A+G)=(T+C).

Terciárna štruktúra DNA je ďalším skladaním dvojvláknovej molekuly do slučiek v dôsledku vodíkových väzieb medzi susednými závitmi špirály (supercoiling).

Kvartérnou štruktúrou DNA sú chromatidy (2 vlákna chromozómu).

Röntgenové difrakčné obrazce DNA vlákien, ktoré prvýkrát nasnímali Morris Wilkins a Rosalind Franklin, naznačujú, že molekula má špirálovitú štruktúru a obsahuje viac ako jeden polynukleotidový reťazec.

Existuje niekoľko rodín DNA: formy A, B, C, D, Z. V bunkách sa zvyčajne nachádza B-forma. Všetky tvary okrem Z sú pravotočivé špirály.

Replikácia (samoduplikácia) DNA - ide o jeden z najdôležitejších biologických procesov, ktoré zabezpečujú reprodukciu genetickej informácie. Replikácia začína oddelením dvoch komplementárnych reťazcov. Každé vlákno sa používa ako templát na vytvorenie novej molekuly DNA. Enzýmy sa podieľajú na procese syntézy DNA. Každá z dvoch dcérskych molekúl nevyhnutne zahŕňa jednu starú špirálu a jednu novú. Nová molekula DNA je z hľadiska nukleotidovej sekvencie absolútne identická so starou molekulou. Tento spôsob replikácie zabezpečuje presnú reprodukciu v dcérskych molekulách informácie, ktorá bola zaznamenaná v rodičovskej molekule DNA.

V dôsledku replikácie jednej molekuly DNA vznikajú dve nové molekuly, ktoré sú presnou kópiou pôvodnej molekuly - matice. Každá nová molekula pozostáva z dvoch reťazcov – jedného z rodičovského a jedného zo sesterského. Tento mechanizmus replikácie DNA je tzv polokonzervatívne.

Reakcie, pri ktorých jedna heteropolymérna molekula slúži ako matrica (forma) pre syntézu inej heteropolymérovej molekuly s komplementárnou štruktúrou, sa nazývajú reakcie matricového typu. Ak sa počas reakcie vytvoria molekuly tej istej látky, ktoré slúžia ako matrica, potom sa reakcia nazýva autokatalytický. Ak sa v priebehu reakcie vytvoria molekuly inej látky na matrici jednej látky, potom sa takáto reakcia nazýva heterokatalytický. Replikácia DNA (t.j. syntéza DNA na templáte DNA) je teda autokatalytická reakcia syntézy matrice.

Reakcie maticového typu zahŕňajú:

replikácia DNA (syntéza DNA na šablóne DNA),

transkripcia DNA (syntéza RNA na templáte DNA),

Translácia RNA (syntéza proteínov na templáte RNA).

Existujú však aj iné reakcie templátového typu, napríklad syntéza RNA na templáte RNA a syntéza DNA na templáte RNA. Posledné dva typy reakcií sa pozorujú, keď je bunka infikovaná určitými vírusmi. Syntéza DNA na templáte RNA ( reverzná transkripcia) sa široko používa v genetickom inžinierstve.

Všetky procesy matrice pozostávajú z troch etáp: iniciácia (začiatok), predĺženie (pokračovanie) a ukončenie (koniec).

Replikácia DNA je zložitý proces zahŕňajúci desiatky enzýmov. Najdôležitejšie z nich sú DNA polymerázy (niekoľko typov), primázy, topoizomerázy, ligázy a iné. Hlavným problémom replikácie DNA je, že v rôznych reťazcoch jednej molekuly sú zvyšky kyseliny fosforečnej nasmerované rôznymi smermi, ale rast reťazca môže nastať iba od konca, ktorý končí OH skupinou. Preto v replikovanej oblasti, ktorá je tzv replikačná vidlica, proces replikácie prebieha odlišne v rôznych reťazcoch. Na jednom z reťazcov, ktorý sa nazýva vedúci, prebieha nepretržitá syntéza DNA na templáte DNA. Na druhom reťazci, ktorý sa nazýva zaostávajúci reťazec, nastáva väzba ako prvá. primer- špecifický fragment RNA. Primér slúži ako primér pre syntézu fragmentu DNA tzv Okazakiho fragment. Následne sa primér odstráni a Okazakiho fragmenty sa spolu fúzujú do jedného vlákna enzýmu DNA ligázy. Replikácia DNA je sprevádzaná reparácie– oprava chýb, ktoré sa nevyhnutne vyskytujú počas replikácie. Existuje mnoho reparačných mechanizmov.

K replikácii dochádza pred delením buniek. Vďaka tejto schopnosti DNA sa uskutočňuje prenos dedičnej informácie z materskej bunky do dcérskych buniek.

RNA (ribonukleová kyselina) je nukleová kyselina, ktorej monoméry sú ribonukleotidy.

V rámci jednej molekuly RNA existuje niekoľko oblastí, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Medzi týmito komplementárnymi miestami sa vytvárajú vodíkové väzby. V dôsledku toho sa v jednej molekule RNA striedajú dvojvláknové a jednovláknové štruktúry a celková konformácia molekuly pripomína ďatelinový list.

Dusíkaté bázy, ktoré tvoria RNA, sú schopné vytvárať vodíkové väzby s komplementárnymi bázami v DNA aj RNA. V tomto prípade dusíkaté bázy tvoria páry A=U, A=T a G≡C. To umožňuje prenos informácií z DNA do RNA, z RNA do DNA a z RNA do proteínov.

V bunkách sa nachádzajú tri hlavné typy RNA, ktoré vykonávajú rôzne funkcie:

1. Informačné, alebo matice RNA (mRNA alebo mRNA). Funkcia: matrica syntézy bielkovín. Tvorí 5 % bunkovej RNA. Prenáša genetickú informáciu z DNA do ribozómov počas syntézy bielkovín. V eukaryotických bunkách je mRNA (mRNA) stabilizovaná špecifickými proteínmi. To umožňuje pokračovať v biosyntéze bielkovín, aj keď je jadro neaktívne.

mRNA je lineárny reťazec s niekoľkými oblasťami s rôznymi funkčnými úlohami:

a) na 5" konci je uzáver ("cap") - chráni mRNA pred exonukleázami,

b) za ním nasleduje nepreložená oblasť, komplementárna k časti rRNA, ktorá je súčasťou malej podjednotky ribozómu,

c) translácia (čítanie) mRNA začína iniciačným kodónom AUG, kódujúcim metionín,

d) za iniciačným kodónom nasleduje kódujúca časť, ktorá obsahuje informácie o sekvencii aminokyselín v proteíne.

2. Ribozomálny, alebo ribozomálne RNA (rRNA). Tvorí 85 % bunkovej RNA. V kombinácii s proteínom je súčasťou ribozómov, určuje tvar veľkých a malých ribozomálnych podjednotiek (podjednotky 50-60S a 30-40S). Podieľajú sa na translácii – čítaní informácií z mRNA pri syntéze bielkovín.

Podjednotky a ich zložky rRNA sú zvyčajne označené svojou sedimentačnou konštantou. S - sedimentačný koeficient, Svedbergove jednotky. Hodnota S charakterizuje rýchlosť sedimentácie častíc počas ultracentrifugácie a je úmerná ich molekulovej hmotnosti. (Napríklad prokaryotická rRNA so sedimentačným koeficientom 16 Svedbergových jednotiek sa označuje ako 16S rRNA).

Izoluje sa teda niekoľko typov rRNA, ktoré sa líšia dĺžkou polynukleotidového reťazca, hmotnosťou a lokalizáciou v ribozómoch: 23-28S, 16-18S, 5S a 5,8S. Prokaryotické aj eukaryotické ribozómy obsahujú 2 rôzne vysokopolymérne RNA, jednu pre každú podjednotku, a jednu RNA s nízkou molekulovou hmotnosťou, 5S RNA. Eukaryotické ribozómy tiež obsahujú 5,8S RNA s nízkou molekulovou hmotnosťou. Napríklad v prokaryotoch je syntéza 23S, 16S a 5S rRNA, v eukaryotoch - 18S, 28S, 5S a 5,8S.

80S ribozóm (eukaryotický)

Malá podjednotka 40S Veľká podjednotka 60S

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

5,8SrRNA (~155 nt),

5SrRNA (~121 nt),

~ 30 bielkovín. ~ 45 bielkovín.

70S-ribozóm (prokaryotický)

Malá podjednotka 30S Veľká podjednotka 50S

16SrRNA, - 23SrRNA,

~ 20 bielkovín. ~ 30 bielkovín.

Veľká molekula rRNA s vysokým obsahom polyméru (sedimentačná konštanta 23-28S, lokalizovaná v 50-60S ribozómových podjednotkách.

Malá molekula rRNA s vysokým obsahom polyméru (sedimentačná konštanta 16-18S, lokalizovaná v 30-40S ribozómových podjednotkách.

Vo všetkých ribozómoch bez výnimky je nízkopolymérna 5S rRNA lokalizovaná v 50-60S podjednotkách ribozómov.

Nízka polymérna rRNA so sedimentačnou konštantou 5,8S je charakteristická len pre eukaryotické ribozómy.

Zloženie ribozómov teda zahŕňa tri typy rRNA u prokaryotov a štyri typy rRNA u eukaryotov.

Primárna štruktúra rRNA je jeden polyribonukleotidový reťazec.

Sekundárnou štruktúrou rRNA je špirálovanie polyribonukleotidového reťazca na seba (jednotlivé úseky reťazca RNA tvoria špirálovité slučky - „vlásenky“).

Terciárna štruktúra vysokopolymérnych rRNA je interakciou špirálových prvkov sekundárnej štruktúry.

3. Doprava RNA (tRNA). Tvorí 10 % bunkovej RNA. Nesie aminokyselinu do miesta syntézy bielkovín, t.j. na ribozómy. Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA.

Primárna štruktúra tRNA je jeden polyribonukleotidový reťazec.

Sekundárnou štruktúrou tRNA je model „ďatelinového listu“, v tejto štruktúre sú 4 dvojvláknové a 5 jednovláknových oblastí.

Terciárna štruktúra tRNA je stabilná, molekula sa skladá do štruktúry v tvare L (2 skrutkovice takmer na seba kolmé).

Všetky typy RNA sa tvoria ako výsledok reakcií syntézy templátu. Vo väčšine prípadov jeden z reťazcov DNA slúži ako templát. Biosyntéza RNA na templáte DNA je teda heterokatalytická reakcia templátového typu. Tento proces sa nazýva prepis a je riadená určitými enzýmami – RNA polymerázami (transkriptázami).

Syntéza RNA (transkripcia DNA) spočíva v prepisovaní informácie z DNA na mRNA.

Rozdiely medzi syntézou RNA a syntézou DNA:

Asymetria procesu: ako templát sa používa iba jedno vlákno DNA.

Konzervatívny proces: molekula DNA sa na konci syntézy RNA vráti do pôvodného stavu. Počas syntézy DNA sa molekuly napoly obnovujú, vďaka čomu je replikácia semikonzervatívna.

Syntéza RNA nevyžaduje na začatie žiadny primér, zatiaľ čo replikácia DNA vyžaduje primér RNA.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

1. Reakcie syntézy matrice

V živých systémoch sa stretávame s reakciami, ktoré sú v neživej prírode neznáme – reakcie syntézy matrice.

Termín "matrica" ​​v technológii označuje formu používanú na odlievanie mincí, medailí, typografický typ: tvrdený kov presne reprodukuje všetky detaily formy používanej na odlievanie. Syntéza matrice je ako liatie na matricu: nové molekuly sa syntetizujú presne podľa plánu stanoveného v štruktúre už existujúcich molekúl.

Princíp matrice je základom najdôležitejších syntetických reakcií bunky, ako je syntéza nukleových kyselín a proteínov. V týchto reakciách je poskytnutá presná, prísne špecifická sekvencia monomérnych jednotiek v syntetizovaných polyméroch.

Tu dochádza k usmernenej kontrakcii monomérov na určité miesto v bunke - na molekuly, ktoré slúžia ako matrica, kde prebieha reakcia. Ak by takéto reakcie nastali v dôsledku náhodnej zrážky molekúl, postupovali by nekonečne pomaly. Syntéza komplexných molekúl na princípe matrice sa vykonáva rýchlo a presne.

Úlohu matrice v matricových reakciách zohrávajú makromolekuly nukleových kyselín DNA alebo RNA.

Monomérne molekuly, z ktorých je polymér syntetizovaný - nukleotidy alebo aminokyseliny - sú v súlade s princípom komplementarity usporiadané a fixované na matrici v presne definovanom, vopred určenom poradí.

Potom dôjde k "zosieťovaniu" monomérnych jednotiek do polymérneho reťazca a hotový polymér sa vysype z matrice.

Potom je matrica pripravená na zostavenie novej molekuly polyméru. Je jasné, že tak ako sa na danú formu dá odliať len jedna minca, jedno písmeno, tak sa na danú molekulu matrice dá „poskladať“ len jeden polymér.

Matricový typ reakcií je špecifickým znakom chémie živých systémov. Sú základom základnej vlastnosti všetkých živých vecí - ich schopnosti reprodukovať svoj vlastný druh.

Reakcie syntézy matrice zahŕňajú:

1. Replikácia DNA - proces vlastného zdvojenia molekuly DNA, ktorý sa uskutočňuje pod kontrolou enzýmov. Na každom z reťazcov DNA vzniknutých po prerušení vodíkových väzieb sa za účasti enzýmu DNA polymerázy syntetizuje dcérske vlákno DNA. Materiálom na syntézu sú voľné nukleotidy prítomné v cytoplazme buniek.

Biologický význam replikácie spočíva v presnom prenose dedičnej informácie z materskej molekuly na dcérske, ku ktorému bežne dochádza pri delení somatických buniek.

Molekula DNA pozostáva z dvoch komplementárnych reťazcov. Tieto reťazce sú držané pohromade slabými vodíkovými väzbami, ktoré môžu byť rozbité enzýmami.

Molekula je schopná samočinného zdvojenia (replikácie) a na každej starej polovici molekuly sa syntetizuje jej nová polovica.

Okrem toho môže byť molekula mRNA syntetizovaná na molekule DNA, ktorá potom prenáša informácie prijaté z DNA na miesto syntézy proteínov.

Prenos informácií a syntéza bielkovín sa riadia maticovým princípom, ktorý je porovnateľný s prácou tlačiarenského lisu v tlačiarni. Informácie z DNA sa kopírujú znova a znova. Ak sa pri kopírovaní vyskytnú chyby, budú sa opakovať vo všetkých nasledujúcich kópiách.

Pravda, niektoré chyby pri kopírovaní informácií molekulou DNA sa dajú opraviť – proces odstraňovania chýb sa nazýva reparácia. Prvou z reakcií v procese prenosu informácií je replikácia molekuly DNA a syntéza nových reťazcov DNA.

2. transkripcia - syntéza i-RNA na DNA, proces odstraňovania informácie z molekuly DNA syntetizovanej na nej molekulou i-RNA.

I-RNA pozostáva z jedného vlákna a je syntetizovaná na DNA v súlade s pravidlom komplementarity za účasti enzýmu, ktorý aktivuje začiatok a koniec syntézy molekuly i-RNA.

Hotová molekula mRNA vstupuje na ribozómoch do cytoplazmy, kde prebieha syntéza polypeptidových reťazcov.

3. translácia – syntéza proteínov na i-RNA; proces prekladu informácie obsiahnutej v nukleotidovej sekvencii mRNA do sekvencie aminokyselín v polypeptide.

4. Syntéza RNA alebo DNA na RNA vírusoch

Biosyntéza bielkovín je teda jedným z typov plastovej výmeny, počas ktorej sa dedičná informácia zakódovaná v génoch DNA realizuje do určitej sekvencie aminokyselín v molekulách bielkovín.

Proteínové molekuly sú v podstate polypeptidové reťazce zložené z jednotlivých aminokyselín. Aminokyseliny však nie sú dostatočne aktívne na to, aby sa navzájom spojili. Preto predtým, ako sa navzájom spoja a vytvoria molekulu proteínu, musia byť aminokyseliny aktivované. K tejto aktivácii dochádza pôsobením špeciálnych enzýmov.

V dôsledku aktivácie sa aminokyselina stáva labilnejšou a viaže sa na t-RNA pôsobením toho istého enzýmu. Každá aminokyselina zodpovedá prísne špecifickej t-RNA, ktorá nájde svoju „vlastnú“ aminokyselinu a prenesie ju do ribozómu.

V dôsledku toho ribozóm prijíma rôzne aktivované aminokyseliny spojené s ich tRNA. Ribozóm je ako dopravník na zostavenie proteínového reťazca z rôznych aminokyselín, ktoré doň vstupujú.

Súčasne s t-RNA, na ktorej „sedí“ jej vlastná aminokyselina, vstupuje do ribozómu „signál“ z DNA, ktorý je obsiahnutý v jadre. V súlade s týmto signálom sa v ribozóme syntetizuje jeden alebo druhý proteín.

Riadiaci vplyv DNA na syntézu proteínov sa neuskutočňuje priamo, ale pomocou špeciálneho sprostredkovateľa - matrice alebo messenger RNA (mRNA alebo mRNA), ktorá sa syntetizuje v jadre pod vplyvom DNA, preto jej zloženie odráža zloženie DNA. Molekula RNA je akoby odliatok z formy DNA. Syntetizovaná mRNA vstupuje do ribozómu a akoby prenášala do tejto štruktúry plán - v akom poradí by mali byť aktivované aminokyseliny, ktoré vstúpili do ribozómu, navzájom spojené, aby sa syntetizoval určitý proteín. V opačnom prípade sa genetická informácia zakódovaná v DNA prenesie do mRNA a potom do proteínu.

Molekula mRNA vstupuje do ribozómu a spája ho. Tá jeho časť, ktorá sa momentálne nachádza v ribozóme, definovaná kodónom (tripletom), interaguje úplne špecifickým spôsobom s tripletom (antikodónom) vhodným pre svoju štruktúru v transferovej RNA, ktorá aminokyselinu do ribozómu priviedla.

Transferová RNA sa svojou aminokyselinou priblíži k špecifickému kodónu i-RNA a pripojí sa k nemu; ďalšia t-RNA s inou aminokyselinou sa pripojí k ďalšej, susednej časti i-RNA, a tak ďalej, kým sa neprečíta celý reťazec i-RNA, kým sa všetky aminokyseliny nenaradia v príslušnom poradí a nevytvoria molekula proteínu.

A t-RNA, ktorá dopravila aminokyselinu na určité miesto polypeptidového reťazca, sa uvoľní zo svojej aminokyseliny a opustí ribozóm. nukleárny gén matricovej bunky

Potom sa opäť v cytoplazme môže k nej pripojiť požadovaná aminokyselina a tá ju opäť prenesie do ribozómu.

V procese syntézy proteínov sa súčasne nezúčastňuje jeden, ale niekoľko ribozómov, polyribozómov.

Hlavné fázy prenosu genetickej informácie:

syntéza na DNA ako na i-RNA templáte (transkripcia)

syntéza v ribozómoch polypeptidového reťazca podľa programu obsiahnutého v i-RNA (translácia).

Štádiá sú univerzálne pre všetky živé bytosti, ale časové a priestorové vzťahy týchto procesov sa u pro- a eukaryotov líšia.

V eukaryotoch sú transkripcia a translácia prísne oddelené v priestore a čase: v jadre dochádza k syntéze rôznych RNA, po ktorej musia molekuly RNA opustiť jadro a prejsť cez jadrovú membránu. Potom sa v cytoplazme RNA transportuje do miesta syntézy proteínov – ribozómov. Až potom prichádza ďalšia fáza – preklad.

U prokaryotov prebieha transkripcia a translácia súčasne.

Miestom syntézy proteínov a všetkých enzýmov v bunke sú teda ribozómy – sú to akoby „továrne“ proteínu, akoby montážna dielňa, kde sú všetky materiály potrebné na zostavenie polypeptidového reťazca proteínu. pochádzajú z aminokyselín. Povaha syntetizovaného proteínu závisí od štruktúry i-RNA, od poradia nukleoidov v nej a štruktúra i-RNA odráža štruktúru DNA, takže špecifická štruktúra proteín, teda poradie, v akom sú v ňom usporiadané rôzne aminokyseliny, závisí od poradia usporiadania nukleoidov v DNA, od štruktúry DNA.

Uvedená teória biosyntézy proteínov sa nazývala teória matrice. Táto teória sa nazýva matrica, pretože nukleové kyseliny hrajú, ako to bolo, úlohu matríc, v ktorých sú zaznamenané všetky informácie týkajúce sa sekvencie aminokyselinových zvyškov v molekule proteínu.

Vytvorenie matricovej teórie biosyntézy bielkovín a rozlúštenie kódu aminokyseliny je najväčším vedeckým úspechom 20. storočia, najdôležitejším krokom k objasneniu molekulárneho mechanizmu dedičnosti.

Algoritmus na riešenie problémov.

Typ 1. Samokopírovanie DNA. Jeden z reťazcov DNA má nasledujúcu sekvenciu nukleotidov: AGTACCGATACCTCGATTTACG... Akú nukleotidovú sekvenciu má druhý reťazec tej istej molekuly? Na napísanie nukleotidovej sekvencie druhého vlákna molekuly DNA, keď je známa sekvencia prvého vlákna, stačí nahradiť tymín adenínom, adenín tymínom, guanín cytozínom a cytozín guanínom. Po vykonaní takejto náhrady získame sekvenciu: TACCTGGCTATGAGCCTAAATG... Typ 2. Kódovanie proteínov. Aminokyselinový reťazec proteínu ribonukleázy má tento začiatok: lyzín-glutamín-treonín-alanín-alanín-alanín-lyzín... Od akej sekvencie nukleotidov začína gén zodpovedajúci tomuto proteínu? Na tento účel použite tabuľku genetického kódu. Pre každú aminokyselinu nájdeme jej kódové označenie v tvare zodpovedajúceho tria nukleotidov a vypíšeme ho. Usporiadaním týchto tripletov jeden po druhom v rovnakom poradí, ako idú zodpovedajúce aminokyseliny, získame vzorec pre štruktúru sekcie messenger RNA. Spravidla je takýchto trojíc niekoľko, výber sa robí podľa vášho rozhodnutia (berie sa však iba jedna z trojíc). Riešení môže byť viacero, resp. AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG Typ 3. Dekódovanie molekúl DNA. Akou sekvenciou aminokyselín začína proteín, ak je kódovaný takouto nukleotidovou sekvenciou: ACGCCCATGGCCGGT ... Princípom komplementarity nájdeme štruktúru informačného miesta RNA vytvoreného na tomto segmente molekuly DNA: UGCGGGUACCCGGCCA . .. Potom sa obrátime na tabuľku genetického kódu a pre každú trojicu nukleotidov, počnúc od prvého, nájdeme a zapíšeme aminokyselinu, ktorá mu zodpovedá: Cysteín-glycín-tyrozín-arginín-prolín-...

2. Biologický abstrakt v 10. ročníku „A“ na tému: Biosyntéza bielkovín

Cieľ: Predstaviť procesy transkripcie a prekladu.

Vzdelávacie. Predstaviť pojmy gén, triplet, kodón, kód DNA, transkripcia a translácia, vysvetliť podstatu procesu biosyntézy bielkovín.

Rozvíjanie. Rozvoj pozornosti, pamäte, logického myslenia. Tréning priestorovej predstavivosti.

Vzdelávacie. Výchova ku kultúre práce v triede, k úcte k práci iných.

Vybavenie: Tabuľa, tabuľky o biosyntéze bielkovín, magnetická tabuľa, dynamický model.

Literatúra: učebnice Yu.I. Polyansky, D.K. Belyaeva, A.O. Ruvinskij; "Základy cytológie" O.G. Mashanova, "Biológia" V.N. Yarygina, "Gény a genómy" Singer a Berg, školský notebook, N.D. Lisova štúdia. Príručka pre ročník 10 "Biológia".

Metódy a metodologické techniky: príbeh s prvkami rozhovoru, demonštrácia, testovanie.

Sekvenciu matricových reakcií počas biosyntézy proteínov možno znázorniť ako diagram:

možnosť 1

1. Genetický kód je

a) systém na zaznamenávanie poradia aminokyselín v proteíne pomocou nukleotidov DNA

b) časť molekuly DNA s 3 susednými nukleotidmi, ktorá je zodpovedná za nastavenie špecifickej aminokyseliny v molekule proteínu

c) vlastnosť organizmov prenášať genetickú informáciu z rodičov na potomkov

d) jednotka čítania genetickej informácie

40. Každá aminokyselina je kódovaná tromi nukleotidmi - to je

a) špecifickosť

b) triplet

c) degenerácia

d) neprekrývajúce sa

41. Aminokyseliny sú šifrované viac ako jedným kodónom - to je

a) špecifickosť

b) triplet

c) degenerácia

d) neprekrývajúce sa

42. V eukaryotoch je jeden nukleotid súčasťou iba jedného kodónu - to je

a) špecifickosť

b) triplet

c) degenerácia

d) neprekrývajúce sa

43. Všetky živé organizmy na našej planéte majú rovnaký genetický kód – toto je

a) špecifickosť

b) univerzálnosť

c) degenerácia

d) neprekrývajúce sa

44. Rozdelenie troch nukleotidov na kodóny je čisto funkčné a existuje len v čase translačného procesu

a) kód bez čiarok

b) triplet

c) degenerácia

d) neprekrývajúce sa

45. Počet sense kodónov v genetickom kóde

Hostené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Štúdium štruktúry eukaryotického génu, sekvencie aminokyselín v molekule proteínu. Analýza reakcie syntézy matrice, proces samozdvojenia molekuly DNA, syntéza proteínov na matrici i-RNA. Prehľad chemických reakcií prebiehajúcich v bunkách živých organizmov.

prezentácia, pridané 26.03.2012


Hlavné typy nukleových kyselín. Štruktúra a vlastnosti ich štruktúry. Význam nukleových kyselín pre všetky živé organizmy. Syntéza proteínov v bunke. Ukladanie, prenos a dedenie informácií o štruktúre molekúl bielkovín. Štruktúra DNA.

prezentácia, pridané 19.12.2014


Definícia pojmu a opis všeobecných znakov translácie ako procesu syntézy proteínov podľa šablóny RNA, uskutočňovanej v ribozómoch. Schematické znázornenie syntézy ribozómov v eukaryotoch. Stanovenie konjugácie transkripcie a translácie u prokaryotov.

prezentácia, pridané 14.04.2014


Primárne, sekundárne a terciárne štruktúry DNA. Vlastnosti genetického kódu. História objavu nukleových kyselín, ich biochemické a fyzikálno-chemické vlastnosti. Matricová, ribozomálna, transferová RNA. Proces replikácie, transkripcie a prekladu.

abstrakt, pridaný 19.05.2015


Podstata, zloženie nukleotidov, ich fyzikálne vlastnosti. Mechanizmus reduplikácie deoxyribonukleovej kyseliny (DNA), jej transkripcia s prenosom dedičnej informácie na RNA a translačný mechanizmus - syntéza bielkovín riadená touto informáciou.

abstrakt, pridaný 11.12.2009


Vlastnosti aplikácie metódy nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR) na štúdium nukleových kyselín, polysacharidov a lipidov. NMR štúdium komplexov nukleových kyselín s proteínmi a biologickými membránami. Zloženie a štruktúra polysacharidov.

ročníková práca, pridaná 26.08.2009


Nukleotidy ako monoméry nukleových kyselín, ich funkcie v bunke a metódy výskumu. Dusíkaté zásady, ktoré nie sú súčasťou nukleových kyselín. Štruktúra a formy deoxyribonukleových kyselín (DNA). Typy a funkcie ribonukleových kyselín (RNA).

prezentácia, pridané 14.04.2014


História štúdia nukleových kyselín. Zloženie, štruktúra a vlastnosti kyseliny deoxyribonukleovej. Pochopenie génu a genetického kódu. Štúdium mutácií a ich dôsledkov vo vzťahu k organizmu. Detekcia nukleových kyselín v rastlinných bunkách.

test, pridané 18.03.2012


Informácie o nukleových kyselinách, histórii ich objavovania a distribúcie v prírode. Štruktúra nukleových kyselín, nomenklatúra nukleotidov. Funkcie nukleových kyselín (deoxyribonukleová - DNA, ribonukleová - RNA). Primárna a sekundárna štruktúra DNA.

abstrakt, pridaný 26.11.2014


Všeobecná charakteristika bunky: tvar, chemické zloženie, rozdiely medzi eukaryotmi a prokaryotmi. Vlastnosti štruktúry buniek rôznych organizmov. Vnútrobunkový pohyb bunkovej cytoplazmy, metabolizmus. Funkcie lipidov, sacharidov, bielkovín a nukleových kyselín.