Riešenie problémov zo všeobecnej biológie. Reakcie syntézy matrice: replikácia, transkripcia, translácia

Aké reakcie prebiehajúce v bunke sa označujú ako reakcie syntézy matrice? Aká je matrica takýchto reakcií?

Syntéza matrice je špecifikom živých organizmov. Matica - vzor, ​​pomocou ktorého sa tvorí kópia. Syntéza matrice - syntéza matricou. Matricové syntézne reakcie zabezpečujú presnú sekvenciu monomérov na vytvorenie polymérov.

Reakcie syntézy matrice vyskytujúce sa v bunke zahŕňajú reakcie duplikácie DNA, syntézu RNA a syntézu proteínov. Templátom je DNA pri syntéze mRNA a DNA alebo RNA pri syntéze proteínov. Monoméry templátovej syntézy sú nukleotidy a aminokyseliny. Monoméry sú fixované na matrici podľa princípu komplementarity, zosieťované a potom odstránené z matrice. Reakcie syntézy matrice sú základom pre reprodukciu vlastného druhu.

Aké reakcie prebiehajúce v bunke sa označujú ako reakcie syntézy matrice? Aká je matrica takýchto reakcií?

Táto stránka hľadala:

• monoméry reakcií syntézy matrice v bunke sú
• reakcie syntézy matrice zahŕňajú
• aké reakcie súvisia s reakciami syntézy matrice

Matricová syntéza je tvorba biopolyméru, ktorého sekvencia väzieb je určená primárnou štruktúrou inej molekuly. Ten hrá úlohu matrice, ktorá „diktuje“ požadované poradie montáže reťaze. V živých bunkách sú známe tri biosyntetické procesy založené na tomto mechanizme.

Aké molekuly sa syntetizujú na základe matrice

Reakcie syntézy matrice zahŕňajú:

• replikácia – zdvojnásobenie genetického materiálu;
• transkripcia - syntéza ribonukleových kyselín;
• translácia – tvorba molekúl bielkovín.

Replikácia je premena jednej molekuly DNA na dve navzájom identické, čo má veľký význam pre životný cyklus buniek (mitóza, meióza, zdvojenie plazmidov, delenie bakteriálnych buniek atď.). Mnohé procesy sú založené na „množení“ genetického materiálu a syntéza matrice vám umožňuje znovu vytvoriť presnú kópiu akejkoľvek molekuly DNA.

Transkripcia a translácia sú dve etapy implementácie genómu. V tomto prípade sa dedičná informácia zaznamenaná v DNA premení na špecifický proteínový súbor, od ktorého závisí fenotyp organizmu. Tento mechanizmus sa označuje ako dráha DNA-RNA-proteín a je jednou z centrálnych dogiem molekulárnej biológie.

Implementácia tohto princípu sa dosahuje pomocou syntézy matrice, ktorá spája proces tvorby novej molekuly s "pôvodnou vzorkou". Základom takejto konjugácie je základný princíp komplementarity.

Hlavné aspekty syntézy molekúl na báze matrice

Informácie o štruktúre syntetizovanej molekuly sú obsiahnuté v sekvencii väzieb samotnej matrice, ku každému z nich je vybraný zodpovedajúci prvok "dcérskeho" reťazca. Ak je chemická povaha syntetizovaných a templátových molekúl rovnaká (DNA-DNA alebo DNA-RNA), potom konjugácia nastáva priamo, pretože každý nukleotid má pár, s ktorým sa môže viazať.

Syntéza proteínov vyžaduje mediátor, ktorého jedna časť interaguje s templátom mechanizmom nukleotidovej korešpondencie, zatiaľ čo druhá časť pripája proteínové jednotky. Princíp komplementarity nukleotidov teda funguje aj v tomto prípade, hoci priamo nespája väzby templátu a syntetizovaných reťazcov.

Etapy syntézy

Všetky procesy syntézy matrice sú rozdelené do troch etáp:

• iniciácia (začiatok);
• predĺženie;
• ukončenie (koniec).

Iniciácia je príprava na syntézu, ktorej povaha závisí od typu procesu. Hlavným cieľom tejto fázy je uviesť systém enzým-substrát do funkčného stavu.

Počas predlžovania sa priamo predlžuje syntetizovaný reťazec, v ktorom je medzi väzbami vybranými podľa matricovej sekvencie uzavretá kovalentná väzba (peptid alebo fosfodiester). Ukončenie zastaví syntézu a uvoľní produkt.

Úloha komplementarity v mechanizme syntézy matrice

Princíp komplementarity je založený na selektívnom zhode dusíkatých báz nukleotidov navzájom. Takže ako pár pre adenín je vhodný iba tymín alebo uracil (dvojitá väzba) a pre guanín cytozín (3 trojitá väzba).

V procese syntézy nukleových kyselín sa komplementárne nukleotidy viažu na jednotky jednovláknového templátu a zoraďujú sa do určitej sekvencie. Na základe oblasti DNA AACGTT je teda možné počas replikácie získať iba TTGCAA a počas transkripcie UUGCAA.

Ako je uvedené vyššie, k syntéze proteínov dochádza za účasti sprostredkovateľa. Túto úlohu plní transferová RNA, ktorá má miesto na pripojenie aminokyseliny a nukleotidového tripletu (antikodónu) určeného na naviazanie na messenger RNA.

V tomto prípade sa komplementárna selekcia nevyskytuje jedným, ale tromi nukleotidmi. Pretože každá aminokyselina je špecifická len pre jeden typ tRNA a antikodón zodpovedá špecifickému tripletu v RNA, syntetizuje sa proteín so špecifickou sekvenciou väzieb, ktorá je vložená do genómu.

Ako funguje replikácia?

K syntéze matricovej DNA dochádza za účasti mnohých enzýmov a pomocných proteínov. Kľúčové komponenty sú:

• DNA helikáza - odvíja dvojitú špirálu, ničí väzby medzi reťazcami molekuly;
• DNA ligáza - "zašíva" medzery medzi fragmentmi Okazaki;
• primáza - syntetizuje primér potrebný na fungovanie fragmentu syntetizujúceho DNA;
• SSB proteíny - stabilizujú jednovláknové fragmenty neskrúcanej DNA;
• DNA polymerázy – syntetizujú dcérsky templátový reťazec.

Proteíny helikázy, primázy a SSB pripravujú pôdu pre syntézu. Výsledkom je, že každý z reťazcov pôvodnej molekuly sa stáva matricou. Syntéza prebieha obrovskou rýchlosťou (od 50 nukleotidov za sekundu).

Práca DNA polymerázy prebieha v smere od 5' po 3' koniec. Z tohto dôvodu sa na jednom z reťazcov (vedúcich) syntéza vyskytuje v priebehu odvíjania a nepretržite a na druhom (zaostáva) - v opačnom smere a v samostatných fragmentoch, nazývaných "Okazaki".

Štruktúra v tvare Y vytvorená v mieste odvíjania DNA sa nazýva replikačná vidlica.

Transkripčný mechanizmus

Kľúčovým transkripčným enzýmom je RNA polymeráza. Ten je niekoľkých typov a líši sa štruktúrou u prokaryotov a eukaryotov. Mechanizmus jeho účinku je však všade rovnaký a spočíva vo vybudovaní reťazca komplementárnych vybraných ribonukleotidov s uzavretím fosfodiesterovej väzby medzi nimi.

Templátovou molekulou pre tento proces je DNA. Na jej základe možno vytvárať rôzne typy RNA, a to nielen informačné, ktoré sa využívajú pri syntéze bielkovín.

Miesto matrice, z ktorej sa „odpisuje“ sekvencia RNA, sa nazýva transkriptón. Obsahuje promótor (miesto na pripojenie RNA polymerázy) a terminátor, pri ktorom sa syntéza zastaví.

Vysielanie

Matricová syntéza proteínov u prokaryotov aj eukaryotov sa uskutočňuje v špecializovaných organelách – ribozómoch. Posledne menované pozostávajú z dvoch podjednotiek, z ktorých jedna (malá) slúži na viazanie tRNA a messenger RNA a druhá (veľká) sa podieľa na tvorbe peptidových väzieb.

Začiatku translácie predchádza aktivácia aminokyselín, t.j. ich naviazanie na zodpovedajúcu transportnú RNA s vytvorením makroergickej väzby, vďaka energii ktorej následne prebiehajú transpeptidačné reakcie (naviazanie na reťazec nasledujúceho článku). uskutočnené.

Na procese syntézy sa podieľajú aj proteínové faktory a GTP. Energia posledne menovaného je potrebná na pohyb ribozómu pozdĺž templátového reťazca RNA.

Terciárna štruktúra RNA

Sekundárna štruktúra RNA

Molekula ribonukleovej kyseliny je vytvorená z jedného polynukleotidového reťazca. Oddelené úseky reťazca RNA tvoria špirálovité slučky - "vlásenky", v dôsledku vodíkových väzieb medzi komplementárnymi dusíkatými bázami A-U a G-C. Úseky reťazca RNA v takýchto helikálnych štruktúrach sú antiparalelné, ale nie vždy úplne komplementárne, obsahujú nepárové nukleotidové zvyšky alebo dokonca jednovláknové slučky, ktoré nezapadajú do dvojitej špirály. Prítomnosť špirálovitých oblastí je charakteristická pre všetky typy RNA.

Jednovláknové RNA sa vyznačujú kompaktnou a usporiadanou terciárnou štruktúrou, ktorá vzniká interakciou špirálových prvkov sekundárnej štruktúry. Je teda možné vytvoriť ďalšie vodíkové väzby medzi nukleotidovými zvyškami dostatočne vzdialenými od seba, alebo väzby medzi OH skupinami ribózových zvyškov a báz. Terciárna štruktúra RNA je stabilizovaná dvojmocnými iónmi kovov, ako sú ióny Mg 2+, ktoré sa viažu nielen na fosfátové skupiny, ale aj na bázy.

Pri reakciách syntézy matrice vznikajú polyméry, ktorých štruktúra je úplne určená štruktúrou matrice. Reakcie syntézy matrice sú založené na komplementárnych interakciách medzi nukleotidmi.

Replikácia (reduplikácia, zdvojnásobenie DNA)

Matrix- reťazec materskej DNA
Produkt- novosyntetizované vlákno dcérskej DNA
komplementárnosť medzi nukleotidmi rodičovského a dcérskeho reťazca DNA

Dvojitá špirála DNA sa rozvinie do dvoch jednoduchých vlákien, potom enzým DNA polymeráza skompletizuje každé jedno vlákno na dvojité vlákno podľa princípu komplementarity.

Transkripcia (syntéza RNA)

Matrix- kódujúci reťazec DNA
Produkt– RNA
komplementárnosť medzi nukleotidmi cDNA a RNA

V určitej časti DNA sa vodíkové väzby prerušia, výsledkom čoho sú dve jednoduché vlákna. Na jednom z nich je podľa princípu komplementarity postavená mRNA. Potom sa oddelí a ide do cytoplazmy a reťazce DNA sú opäť navzájom spojené.

Translácia (syntéza bielkovín)

Matrix– mRNA
Produkt- bielkovina
komplementárnosť medzi nukleotidmi kodónov mRNA a nukleotidmi antikodónov tRNA, ktoré prinášajú aminokyseliny

Vo vnútri ribozómu sú tRNA antikodóny pripojené ku kodónom mRNA podľa princípu komplementarity. Ribozóm spája aminokyseliny prinesené tRNA za vzniku proteínu.

7. Tvorba polypeptidového reťazca zo sekvenčne dodávaného do mRNA sa vyskytuje tRNA so zodpovedajúcimi aminokyselinami na ribozómoch(obr. 3.9).

Ribozómy sú nukleoproteínové štruktúry, ktoré zahŕňajú tri typy rRNA a viac ako 50 špecifických ribozomálnych proteínov. Ribozómy zložené z malých a veľkých podjednotiek. Iniciácia syntézy polypeptidového reťazca začína pripojením malej podjednotky ribozómu k väzbovému miestu na mRNA a vždy prebieha za účasti špeciálneho typu metionínovej tRNA, ktorá sa viaže na AUG metionínový kodón a pripája sa na P-miesto tzv. veľká podjednotka ribozómu.

Ryža. 3.9. Syntéza polypeptidového reťazca na ribozóme Ukázaná je aj transkripcia mRNA a jej prenos cez jadrovú membránu do cytoplazmy bunky.

Ďalšie kodón mRNA, umiestnený za AUG-iniciačným kodónom, spadá do A-miesta veľkej podjednotky ribozómy kde je "nahradená" interakciou s amino-acyl-tRNA, ktorá má zodpovedajúci antikodón. Po naviazaní vhodnej tRNA na kodón mRNA nachádzajúci sa v A-mieste sa pomocou peptidyltransferázy, ktorá je súčasťou veľkej podjednotky ribozómu, vytvorí peptidová väzba a aminoacyl-tRNA sa prevedie na peptidyl-tRNA. To spôsobí, že ribozóm posunie jeden kodón dopredu, presunie vytvorenú peptidyl-tRNA do miesta P a uvoľní miesto A, ktoré zaberá ďalší kodón mRNA v poradí, pripravené na kombináciu s aminoacyl-tRNA, ktorá má vhodný antikodón ( Obr. 3.10).

V dôsledku opakovaného opakovania opísaného procesu dochádza k rastu polypeptidového reťazca. Ribozóm sťahovanie pozdĺž mRNA, uvoľňuje svoje iniciačné miesto. V iniciačnom mieste sa zostaví ďalší aktívny ribozómový komplex a začne sa syntéza nového polypeptidového reťazca. Niekoľko aktívnych ribozómov sa teda môže spojiť s jednou molekulou mRNA a vytvoriť polyzóm. Syntéza polypeptidu pokračuje, kým sa v mieste A nenájde jeden z troch stop kodónov. Stop kodón rozpoznáva špecializovaný terminačný proteín, ktorý ukončuje syntézu a uľahčuje oddelenie polypeptidového reťazca od ribozómu a od mRNA.

Ryža. 3.10. Syntéza polypeptidového reťazca na ribozóme. Podrobný diagram pridania novej aminokyseliny do rastúceho polypeptidového reťazca a účasť v tomto procese oblastí A a P veľkej podjednotky ribozómu.

Ribozóm a mRNA sa tiež odpoja a sú pripravené začať novú syntézu polypeptidového reťazca (pozri obr. 3.9). Zostáva len pripomenúť, že proteíny sú hlavnými molekulami, ktoré zabezpečujú životne dôležitú činnosť bunky a organizmu. Sú to enzýmy, ktoré zabezpečujú najkomplexnejší metabolizmus a štrukturálne proteíny, ktoré tvoria kostru bunky a tvoria medzibunkovú substanciu, a transportné proteíny mnohých látok v tele, ako je hemoglobín, ktorý transportuje kyslík a proteínové kanály, ktoré zabezpečujú prienik do bunky a odstránenie z rôznych zlúčenín.

a) Na ribozómoch granulárneho ER sa syntetizujú proteíny, ktoré sú potom

Buď sa z bunky odstránia (exportujú proteíny),
alebo sú súčasťou určitých membránových štruktúr (vlastná membrána, lyzozómy atď.).

b) Peptidový reťazec syntetizovaný na ribozóme zároveň preniká svojim vedúcim koncom cez membránu do dutiny ER, kde sa potom objaví celý proteín a vytvorí sa jeho terciárna štruktúra.

2. Tu (v lúmene nádrží EPS) začína modifikácia bielkovín - ich väzba na sacharidy alebo iné zložky.

8. Mechanizmy bunkového delenia.

1. Duplikácia DNA

2. syntéza rRNA

3. syntéza škrobu z glukózy

4. syntéza bielkovín v ribozómoch

3. Genotyp je

1. súbor génov v pohlavných chromozómoch

2. súbor génov v jednom chromozóme

3. súbor génov v diploidnom súbore chromozómov

4. súbor génov na X chromozóme

4. U ľudí je za hemofíliu zodpovedná recesívna alela viazaná na pohlavie. Keď je žena nositeľkou alely hemofílie a zdravý muž je ženatý

1. Pravdepodobnosť narodenia chlapcov a dievčat s hemofíliou je 50%

2. Postihnutých bude 50 % chlapcov a všetky dievčatá budú prenášačky

3. 50 % chlapcov bude chorých a 50 % dievčat bude nosičmi

4. 50 % dievčat bude chorých a všetci chlapci budú nosičmi

5. Dedičnosť viazaná na pohlavie je dedičstvom vlastností, ktoré sú vždy

1. sa objavujú len u samcov

2. sa objavujú len u pohlavne vyspelých organizmov

3. určené génmi umiestnenými na pohlavných chromozómoch

4. sú sekundárne pohlavné znaky

V človeku

1. 23 spojkových skupín

2. 46 spojkových skupín

3. jedna spojková skupina

4. 92 spojkových skupín

Nositeľmi génu farbosleposti, u ktorých sa choroba neprejavuje, môžu byť

1. len ženy

2. len muži

3. ženy aj muži

4. iba ženy so sadou pohlavných chromozómov XO

V ľudskom plode

1. struna, brušný nervový reťazec a žiabrové oblúky sú položené

2. struna, žiabrové oblúky a chvost sú položené

3. akord a brušný nervový reťazec sú položené

4. je položený ventrálny nervový reťazec a chvost

U ľudského plodu kyslík vstupuje do krvi cez

1. žiabrové štrbiny

4. pupočná šnúra

Dvojitú výskumnú metódu vykonáva

1. prechod

2. Štúdium rodokmeňa

3. pozorovania predmetov štúdia

4. umelá mutagenéza

8) Základy imunológie

1. Protilátky sú

1. fagocytové bunky

2. bielkovinové molekuly

3. lymfocyty

4. bunky mikroorganizmov, ktoré infikujú človeka

Ak hrozí infekcia tetanom (napríklad pri kontaminácii rán zeminou), človeku sa podáva antitetanové sérum. Obsahuje

1. proteíny-protilátky

2. oslabené baktérie tetanu

3. antibiotiká

4. antigény tetanových baktérií

Materské mlieko poskytuje imunitu dieťaťu v dôsledku

1. makroživiny

2. baktérie mliečneho kvasenia

3. stopové prvky

4. protilátky

Vstupuje do lymfatických kapilár

1. lymfa z lymfatických ciest

2. krv z tepien

3. krv zo žíl

4. medzibunková tekutina z tkanív

Fagocytové bunky sú prítomné u ľudí

1. vo väčšine tkanív a orgánov tela

2. len v lymfatických cievach a uzlinách

3. len v cievach

4. len v obehovom a lymfatickom systéme

6. Ktorý z uvedených procesov v ľudskom tele syntetizuje ATP?

1. rozklad bielkovín na aminokyseliny

2. rozklad glykogénu na glukózu

3. rozklad tukov na glycerol a mastné kyseliny

4. bezkyslíková oxidácia glukózy (glykolýza)

7. Väčšina vitamínov je podľa ich fyziologickej úlohy

1. enzýmy

2. aktivátory (kofaktory) enzýmov

3. dôležitý zdroj energie pre telo

4. hormóny

Porušenie videnia za súmraku a suchosť rohovky očí môže byť znakom nedostatku vitamínov.

Pri reakciách syntézy matrice vznikajú polyméry, ktorých štruktúra je úplne určená štruktúrou matrice. Reakcie syntézy matrice sú založené na komplementárnych interakciách medzi nukleotidmi.

Replikácia (reduplikácia, duplikácia DNA).

Matrix – materské vlákno DNA
Produkt je novo syntetizovaný reťazec dcérskej DNA
Komplementarita medzi nukleotidmi rodičovského a dcérskeho reťazca DNA.

Dvojitá špirála DNA sa rozvinie do dvoch jednoduchých vlákien, potom enzým DNA polymeráza skompletizuje každé jedno vlákno na dvojité vlákno podľa princípu komplementarity.

Transkripcia (syntéza RNA).

Šablóna - kódujúci reťazec DNA
Produktom je RNA
Komplementarita medzi cDNA a RNA nukleotidmi.

V určitej časti DNA sa vodíkové väzby prerušia, výsledkom čoho sú dve jednoduché vlákna. Na jednom z nich je podľa princípu komplementarity postavená mRNA. Potom sa oddelí a ide do cytoplazmy a reťazce DNA sú opäť navzájom spojené.

Translácia (syntéza bielkovín).

Matrica - mRNA
Produktom je proteín
Komplementarita medzi mRNA kodónovými nukleotidmi a tRNA antikodónovými nukleotidmi, ktoré prinášajú aminokyseliny.

Vo vnútri ribozómu sú tRNA antikodóny pripojené ku kodónom mRNA podľa princípu komplementarity. Ribozóm spája aminokyseliny prinesené tRNA za vzniku proteínu.

Etapy biosyntézy bielkovín u prokaryotov a eukaryotov.

V prokaryotoch prebieha syntéza proteínov v 2 fázach:

1) transkripcia, produktom tejto reakcie je mRNA;

2) translácia, produktom tejto reakcie je polypeptid.

Tieto štádiá môžu prebiehať súčasne, pretože v bunke nie je žiadna jadrová membrána.

Proces syntézy proteínov v eukaryotoch zahŕňa 3 fázy:

1) prepis DNA v pro-mRNA (produkt: pro-mRNA);

2) spracovanie - konverzia pro-mRNA na zrelú mRNA;

3) vysielať mRNA na polypeptid.

V niektorých prípadoch je na získanie aktívneho proteínu nevyhnutná jeho chemická transformácia, ktorá je tzv post-translačná modifikácia.

Koncept prepisu. Štrukturálne znaky transkriptu u prokaryotov a eukaryotov.

Gén spolu s podpornými oblasťami je tzv prepis preto je transkriptón najmenšou funkčnou jednotkou genómu.

Typický prepis obsahuje: promótor- signál pre začiatok transkripcie, na ktorý sa viaže enzým RNA polymeráza; Terminátor– signál ukončenia transkripcie; regulačnej oblasti operátor, ku ktorým sú pripojené aktivátory alebo represory kontrolných proteínov (resp. uľahčujú a blokujú transkripciu); štruktúrny gén.

Transkripčná štruktúra prokaryotov. U prokaryotov obsahuje transkripcia dve oblasti: regulačné a štrukturálne. Tieto oblasti predstavujú 10 % a 90 %. Regulačná oblasť obsahuje promótor, operátor a terminátor. Štrukturálna oblasť môže byť reprezentovaná jedným alebo viacerými štruktúrnymi génmi. V druhom prípade sú oddelené nezmyselnými oblasťami - rozperami. Táto transkripcia sa nazýva operón.

O eukaryot transkripcia tiež obsahuje regulačné a štrukturálne oblasti, ktorých relatívny podiel na rozdiel od prokaryotov je 90 % a 10 %. Regulačná oblasť zahŕňa niekoľko promotérov, operátorov a terminátorov. Štrukturálne gény môžu byť umiestnené na rôznych častiach toho istého chromozómu alebo dokonca na rôznych chromozómoch. Štrukturálna oblasť transkripcie má prerušovaný(mozaiková) štruktúra: oblasti, ktoré nesú informácie o sekvencii aminokyselín v proteíne (kódujúce resp exóny) rozptýlené nekódujúcimi fragmentmi ( intróny). Počet intrónov v rôznych organizmoch sa líši, ale spravidla celková dĺžka intrónov presahuje celkovú dĺžku exónov.

transkripčné mechanizmy.

Prepis- ide o proces kopírovania časti DNA vo forme jej komplementárnej pro-mRNA (prekurzor mRNA), prebieha v bunkovom jadre. Začína pripojením enzýmu RNA polymerázy na promótor. DNA sa v určitej oblasti rozvinie, vodíkové väzby medzi 2 nukleotidovými reťazcami sa prerušia, čo vedie k vytvoreniu 2 samostatných polynukleotidových reťazcov. Voľné nukleotidy sú na ne naviazané podľa princípu komplementarity z karyolymfy. Enzým pokračuje v pridávaní nukleotidov, kým nedosiahne terminátorové kodóny. Po dokončení transkripcie DNA obnoví svoju pôvodnú dvojvláknovú štruktúru a pro-mRNA sú transportované do cytoplazmy.