Matrična sinteza: opis, karakteristike i svojstva. Rješavanje zadataka iz opće biologije

U reakcijama sinteze matrice nastaju polimeri čija je struktura u potpunosti određena strukturom matrice. Reakcije sinteze matriksa se zasnivaju na komplementarnim interakcijama između nukleotida.

Replikacija (reduplikacija, umnožavanje DNK).

Matriks - roditeljski lanac DNK
Proizvod je novosintetizirani lanac kćerke DNK
Komplementarnost između nukleotida roditeljske i kćerke lanaca DNK.

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

Transkripcija (sinteza RNK).

Šablon - kodirajući lanac DNK
Proizvod je RNA
Komplementarnost između cDNK i RNA nukleotida.

U određenom dijelu DNK, vodonične veze su prekinute, što rezultira dva pojedinačna lanca. Na jednom od njih, po principu komplementarnosti, izgrađena je mRNA. Zatim se odvaja i odlazi u citoplazmu, a lanci DNK se ponovo povezuju jedan s drugim.

Translacija (sinteza proteina).

Matriks - mRNA
Proizvod je protein
Komplementarnost između nukleotida kodona mRNA i nukleotida antikodona tRNA koji donose aminokiseline.

Unutar ribozoma, tRNA antikodoni su vezani za mRNA kodone prema principu komplementarnosti. Ribosom kombinuje aminokiseline koje donosi tRNA da bi formirao protein.

Faze biosinteze proteina u prokariota i eukariota.

Kod prokariota, sinteza proteina se odvija u 2 faze:

1) transkripcija, proizvod ove reakcije je mRNA;

2) translacija, proizvod ove reakcije je polipeptid.

Ovi stadijumi se mogu odvijati istovremeno jer u ćeliji nema nuklearne membrane.

Proces sinteze proteina kod eukariota uključuje 3 faze:

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

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

3) emitovanje mRNA u polipeptid.

U nekim slučajevima, da bi se dobio aktivni protein, neophodna je njegova hemijska transformacija, tzv posttranslaciona modifikacija.

Koncept transkripcije. Strukturne karakteristike transkriptona u prokariota i eukariota.

Zove se gen zajedno sa svojim akcesornim regijama transkripton stoga je transkripton najmanja funkcionalna jedinica genoma.

Tipična transkripcija sadrži: promoter- signal za početak transkripcije, na koji se veže enzim RNA polimeraza; Terminator– signal terminacije transkripcije; regulacionom području operater, za koje su vezani kontrolni proteini aktivatori ili represori (odnosno, olakšavaju i blokiraju transkripciju); strukturni gen.

Struktura transkripcije prokariota. Kod prokariota transkripcija sadrži dva regiona: regulatorni i strukturalni. Ove oblasti čine 10% odnosno 90%. Regulatorni region sadrži promotera, operatora i terminatora. Strukturna regija može biti predstavljena jednim ili više strukturnih gena. U potonjem slučaju, oni su odvojeni besmislenim područjima - odstojnicima. Ova transkripcija se zove operon.

At eukariota transkripcija takođe sadrži regulatorni i strukturalni područja čiji je relativni udio, za razliku od prokariota, 90% i 10%. Regulatorni region uključuje nekoliko promotera, operatera i terminatora. Strukturni geni mogu biti locirani na različitim dijelovima istog hromozoma ili čak na različitim hromozomima. Strukturni region transkriptona ima povremeno(mozaična) struktura: regije koje nose informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu (kodiraju ili egzoni) isprepleteni nekodirajućim fragmentima ( introni). Broj introna u različitim organizmima varira, ali, po pravilu, ukupna dužina introna premašuje ukupnu dužinu egzona.

transkripcijski mehanizmi.

Transkripcija- ovo je proces kopiranja dijela DNK u obliku njegove komplementarne pro-mRNA (mRNA prekursora), odvija se u ćelijskom jezgru. Počinje vezivanjem enzima RNA polimeraze na promotor. DNK se u određenom području odmotava, vodikove veze između 2 nukleotidna lanca pucaju, što rezultira stvaranjem 2 odvojena polinukleotidna lanca. Za njih su vezani slobodni nukleotidi po principu komplementarnosti iz kariolimfe. Enzim nastavlja da dodaje nukleotide sve dok ne dođe do terminatorskih kodona. Po završetku transkripcije, DNK obnavlja svoju originalnu dvolančanu strukturu, a pro-mRNA se transportuju u citoplazmu.

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji nazivaju se reakcijama sinteze matriksa? Koja je matrica takvih reakcija?

Matrična sinteza je specifičnost živih organizama. Matrica - uzorak pomoću kojeg se formira kopija. Matrična sinteza - sinteza po matrici. Reakcije matrične sinteze osiguravaju tačan slijed monomera za stvaranje polimera.

Reakcije sinteze matriksa koje se dešavaju u ćeliji uključuju reakcije duplikacije DNK, sintezu RNK i sintezu proteina. Šablon je DNK u sintezi mRNA i DNK ili RNK u sintezi proteina. Monomeri šablonske sinteze su nukleotidi i aminokiseline. Monomeri se fiksiraju na matricu prema principu komplementarnosti, umrežavaju i potom odbacuju iz matrice. Reakcije sinteze matrice su osnova za reprodukciju svoje vrste.

Koje reakcije koje se dešavaju u ćeliji nazivaju se reakcijama sinteze matriksa? Koja je matrica takvih reakcija?

Ova stranica je tražila:

• monomeri reakcija sinteze matriksa u ćeliji su
• Reakcije sinteze matrice uključuju
• koje su reakcije povezane s reakcijama sinteze matrice

replikacija

Proces replikacije DNK odvija se u jezgru pod dejstvom enzima i posebnih proteinskih kompleksa. Principi umnožavanja DNK:

• * antiparalelizam : kćer lanac se sintetiše u pravcu od 5" do 3" kraj.
• * Besplatan : struktura ćerke DNK lanca određena je nukleotidnom sekvencom roditeljskog lanca, odabranom prema principu komplementarnosti.
• * polu-kontinuitet : jedan od dva lanca DNK vodeći , sintetizira se kontinuirano, a drugi - odloženo , povremeno sa formiranjem kratkih fragmenti Okazaki . To je zbog svojstva antiparalelnosti.
• * polukonzervativan : Molekuli DNK dobijeni tokom reduplikacije sadrže jednu konzerviranu majčinu lancu i jedno sintetizirano dijete.
• 1) Iniciranje

Početi sa replikativna tačka za koje su vezani proteini koji iniciraju replikaciju. Pod dejstvom enzima DNK topoizomeraze i DNK helikaze lanac se odmotava i vodonične veze se prekidaju. Sljedeće dolazi do fragmentarnog razdvajanja dvostrukog lanca DNK sa formiranjem viljuška za replikaciju . Enzimi sprečavaju ponovno povezivanje lanaca DNK.

2) Izduženje

Sinteza ćerke lanca DNK je zbog enzima DNK polimeraza , koji se kreće u pravcu 5" 3" , odabirom nukleotida prema principu komplementarnosti. Vodeći lanac se sintetizira kontinuirano, a zaostali lanac se sintetizira povremeno. Enzim DNK ligaza interconnects fragmenti Okazakija . Specijalni korektivni proteini prepoznaju greške i eliminišu netačne nukleotide.

3) Raskid

Replikacija se završava kada se sretnu dvije viljuške replikacije. Proteinske komponente se uklanjaju, molekuli DNK se spiraliziraju.

Osobine genetskog koda

• * trojka Svaka aminokiselina je kodirana kodom od 3 nukleotida.
• * nedvosmisleno - svaki triplet kodira samo određenu kiselinu.
• * Degenerisan - svaka aminokiselina je kodirana sa nekoliko tripleta (2-6). Samo dva od njih su kodirana jednim tripletom: triptofan i metionin.
• * nepreklapanje - svaki kodon je nezavisna jedinica, a genetski inf se čita samo na jedan način u jednom pravcu
• * Universal ista je za sve organizme. Isti trojci kodiraju iste aminokiseline u različitim organizmima.

Genetski kod

Implementacija nasljednih informacija slijedi shemu gen-protein-osobina.

Gene - dio molekule DNK koji nosi informacije o primarnoj strukturi jednog proteinskog molekula i odgovoran je za njegovu sintezu.

Genetski kod - princip kodiranja naslednog inf u ćeliji. To je niz tripleta nukleotida u NA, koji postavlja određeni red aminokiselina u proteinima. Infa sadržana u linearnom nizu nukleotida koristi se za stvaranje druge sekvence.

4 nukleotida mogu napraviti 64 trojka , od kojih 61 kodira aminokiseline. Zaustavite kodone - tripleti UAA, UAG, UGA zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca.

start kodon - triplet AUG određuje početak sinteze polipeptidnog lanca.

Biosinteza proteina

Jedan od glavnih procesa plastičnog metabolizma. Neke od reakcija odvijaju se u jezgru, druge - u citoplazmi. Potrebne komponente: ATP, DNK, i-RNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, aminokiseline, enzimi. Sastoji se od 3 procesa:

• - transkripcija : sinteza mRNA
• - obrada : konverzija mRNA u mRNA
• - emitovanje : sinteza proteina

DNK sadrži informacije o strukturi proteina u obliku niza aminokiselina, ali pošto geni ne napuštaju jezgro, oni ne učestvuju direktno u biosintezi proteinske molekule. I-RNA se sintetiše u ćelijskom jezgru pomoću DNK i prenosi inf od DNK do mesta sinteze proteina (ribozoma). Zatim se uz pomoć tRNA iz citoplazme biraju aminokiseline komplementarne mRNA. Tako se sintetišu polipeptidni lanci.

Transkripcija

1) Inicijacija

Sinteza mRNA molekula pomoću DNK može se dogoditi u jezgru, mitohondrijima i plastidima. Pod dejstvom enzima DNK helikaze i DNK topoizomeraze, deo DNK molekula odmotava , vodonične veze su prekinute. Čitanje informacija dolazi iz samo jednog lanca DNK, koji se zove kodiranje kodogena . Enzim RNA polimeraza povezuje sa promoter - zona DNK koja sadrži startni signal TATA.

2) Izduženje

Proces poravnanja nukleotida prema principu complimentary . RNA polimeraza se kreće duž kodirajućeg lanca i spaja nukleotide zajedno, formirajući polinukleotidni lanac. Proces se nastavlja do stop kodon .

3) Raskid

Završetak sinteze: enzim i sintetizirani RNA molekul se odvajaju od DNK, obnavlja se dvostruka spirala DNK.

Obrada

Transformacija molekula mRNA u mRNA tokom spajanje u jezgru pod dejstvom enzima. Brisanje je u toku introni -područja koja ne nose informacije o sekvenci aminokiselina i umrežavanju egzoni - dijagrami koji kodiraju sekvencu aminokiselina. Nakon toga slijedi dodavanje AUG stop kodona, zatvaranje za 5' kraj i poliadenilacija za zaštitu 3' kraja. Formira se zrela mRNA, ona je kraća i ide do ribozoma.

Broadcast

Proces prevođenja nukleotidne sekvence mRNA tripleta u aminokiselinsku sekvencu polipeptidnog lanca. Javlja se u citoplazmi na ribosomima.

1) Inicijacija

Sintetizirana mRNA prolazi kroz nuklearne pore u citoplazmu, gdje se uz pomoć enzima i energije ATP-a spaja sa mala podjedinica ribosoma. Zatim inicijator tRNA sa aminokiselinom methianine vezuje se za peptidilni centar. Nadalje, u prisustvu Mg 2+, adicija veliki podjedinice.

2) Izduženje

Izduženje proteinskog lanca. Aminokiseline se dostavljaju ribozomima pomoću njihove vlastite tRNA. Oblik molekule tRNA podsjeća na djetetinu, na čijoj se sredini nalazi antikodon , komplementaran nukleotidima kodona mRNA. Odgovarajuća aminokiselina je vezana za suprotnu bazu tRNA molekula.

Prva tRNA je usidrena peptidil centar, a drugi - u aminoacial . Tada se aminokiseline spajaju i formiraju između njih peptid veze, pojavljuje se dipeptid, prva t-RNA ide u citoplazmu. Nakon toga ribosom stvara 1 trinukleotid korak putem mRNA. Kao rezultat toga, druga t-RNA nalazi se u peptidilnom centru, oslobađajući aminoacilnu. Proces vezivanja aminokiselina uzima energiju ATP-a i zahtijeva prisustvo enzima. aminoacil-t-RNA sintetaza .

3) Raskid

Kada stop kodon uđe u centar aminokiselina, sinteza je završena i voda se dodaje posljednjoj aminokiselini. Ribosom se uklanja iz mRNA i dijeli na 2 podjedinice, a tRNA se vraća u citoplazmu.

Nukleinske kiseline.

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

NC su linearni nerazgranati heteropolimeri čiji su monomeri nukleotidi povezani fosfodiestarskim vezama.

Nukleotid se sastoji od:

azotna baza

Purin (adenin (A) i guanin (G) - njihovi molekuli se sastoje od 2 prstena: 5 i 6-člana),

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

ugljikohidrati (šećerni prsten sa 5 ugljika): riboza ili deoksiriboza;

ostataka fosforne kiseline.

Postoje 2 tipa NK: DNK i RNK. NC obezbeđuju skladištenje, reprodukciju i implementaciju genetskih (naslednih) informacija. Ova informacija je kodirana u obliku nukleotidnih sekvenci. Nukleotidna sekvenca odražava primarnu strukturu proteina. Korespondencija između aminokiselina i nukleotidnih sekvenci koje ih kodiraju naziva se genetski kod. jedinica genetski kod DNK i RNK jesu trojka- sekvenca od tri nukleotida.

DNK (deoksiribonukleinska kiselina) je nukleinska kiselina čiji su monomeri deoksiribonukleotidi; ona je majčinski nosilac genetske informacije. One. sve informacije o strukturi, funkcionisanju i razvoju pojedinih ćelija i celog organizma se beleže u obliku DNK nukleotidnih sekvenci.

Primarna struktura DNK je jednolančani molekul (fagi).

Dalje pakiranje polimerne makromolekule naziva se sekundarna struktura. 1953. James Watson i Francis Crick otkrili su sekundarnu strukturu DNK, dvostruku spiralu. U ovoj spirali, fosfatne grupe su na vanjskoj strani spirale, dok su baze na unutrašnjoj strani, raspoređene u intervalima od 0,34 nm. Lanci se drže zajedno vodoničnim vezama između baza i uvrnuti su jedan oko drugog i oko zajedničke ose.

Baze u antiparalelnim lancima formiraju komplementarne (međusobno komplementarne) parove zbog vodikovih veza: A = T (2 priključka) i G ≡ C (3 priključka).

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

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

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

Kvaternarna struktura DNK su hromatide (2 lanca hromozoma).

Obrasci difrakcije rendgenskih zraka DNK vlakana, koje su prvi snimili Morris Wilkins i Rosalind Franklin, pokazuju da molekula ima spiralnu strukturu i sadrži više od jednog polinukleotidnog lanca.

Postoji nekoliko porodica DNK: A, B, C, D, Z-oblici. U ćelijama se obično nalazi B-oblik. Svi oblici osim Z su desnoruke spirale.

Replikacija (samo-duplikacija) DNK - ovo je jedan od najvažnijih bioloških procesa koji osiguravaju reprodukciju genetskih informacija. Replikacija počinje odvajanjem dva komplementarna lanca. Svaki lanac se koristi kao šablon za formiranje nove DNK molekule. Enzimi su uključeni u proces sinteze DNK. Svaki od dvije kćerke molekule nužno uključuje jednu staru spiralu i jednu novu. Novi molekul DNK je apsolutno identičan starom u smislu nukleotidne sekvence. Ova metoda replikacije osigurava tačnu reprodukciju u kćerkim molekulima informacija koje su zabilježene u matičnom molekulu DNK.

Kao rezultat replikacije jednog molekula DNK, formiraju se dva nova molekula, koji su tačna kopija originalne molekule - matrice. Svaki novi molekul se sastoji od dva lanca - jednog roditeljskog i jednog sestrinskog. Ovaj mehanizam replikacije DNK se zove polukonzervativan.

Reakcije u kojima jedan heteropolimerni molekul služi kao matrica (oblik) za sintezu drugog heteropolimernog molekula komplementarne strukture nazivaju se reakcije matričnog tipa. Ako se tokom reakcije formiraju molekuli iste supstance koji služe kao matrica, tada se reakcija naziva autokatalitički. Ako se u toku reakcije na matrici jedne supstance formiraju molekule druge supstance, tada se takva reakcija naziva heterokatalitički. Dakle, replikacija DNK (tj. sinteza DNK na DNK šablonu) jeste autokatalitička reakcija matrične sinteze.

Reakcije matričnog tipa uključuju:

DNK replikacija (sinteza DNK na DNK šablonu),

DNK transkripcija (sinteza RNK na DNK šablonu),

RNA translacija (sinteza proteina na RNA šablonu).

Međutim, postoje i druge reakcije tipa šablona, ​​na primjer, sinteza RNK na RNA šablonu i sinteza DNK na RNA šablonu. Posljednje dvije vrste reakcija se primjećuju kada je stanica inficirana određenim virusima. Sinteza DNK na RNK šablonu ( reverzna transkripcija) se široko koristi u genetskom inženjeringu.

Svi matrični procesi se sastoje od tri faze: inicijacije (početak), elongacije (nastavak) i završetka (kraj).

Replikacija DNK je složen proces koji uključuje desetke enzima. Najvažnije od njih su DNK polimeraze (više vrsta), primaze, topoizomeraze, ligaze i druge. Glavni problem u replikaciji DNK je to što su u različitim lancima jedne molekule ostaci fosforne kiseline usmjereni u različitim smjerovima, ali rast lanca može nastati samo od kraja koji završava OH grupom. Dakle, u repliciranom regionu, koji se zove viljuška za replikaciju, proces replikacije se odvija različito na različitim lancima. Na jednom od lanaca, koji se zove vodeći, odvija se kontinuirana sinteza DNK na DNK šablonu. Na drugom lancu, koji se zove zaostali lanac, prvo se javlja vezivanje. prajmer- specifični RNA fragment. Prajmer služi kao prajmer za sintezu fragmenta DNK tzv Okazaki fragment. Nakon toga, prajmer se uklanja, a Okazaki fragmenti se spajaju zajedno u jedan lanac enzima DNK ligaze. Replikacija DNK je praćena reparacije– ispravljanje grešaka koje se neizbežno javljaju tokom replikacije. Postoji mnogo mehanizama reparacije.

Replikacija se događa prije diobe ćelije. Zahvaljujući ovoj sposobnosti DNK, vrši se prijenos nasljednih informacija sa ćelije majke na ćelije kćeri.

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

Unutar jedne RNA molekule postoji nekoliko regija koje su komplementarne jedna drugoj. Vodikove veze se formiraju između ovih komplementarnih mjesta. Kao rezultat toga, dvolančane i jednolančane strukture se izmjenjuju u jednoj RNA molekuli, a ukupna konformacija molekula podsjeća na list djeteline.

Dušične baze koje čine RNK sposobne su da formiraju vodonične veze sa komplementarnim bazama u DNK i RNK. U ovom slučaju, azotne baze formiraju parove A=U, A=T i G≡C. Ovo omogućava prenošenje informacija sa DNK na RNK, sa RNK na DNK i sa RNK na proteine.

Postoje tri glavne vrste RNK koje se nalaze u stanicama koje obavljaju različite funkcije:

1. Informativno, ili matrica RNK (mRNA ili mRNA). Funkcija: matrica sinteze proteina. Čini 5% ćelijske RNK. Prenosi genetske informacije sa DNK na ribozome tokom sinteze proteina. U eukariotskim ćelijama, mRNA (mRNA) se stabilizuje specifičnim proteinima. Ovo omogućava nastavak biosinteze proteina čak i ako je jezgra neaktivna.

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

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

b) prati ga neprevedena regija, komplementarna dijelu rRNA, koja je uključena u malu podjedinicu ribozoma,

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

d) iza inicijalnog kodona slijedi kodirajući dio, koji sadrži informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu.

2. Ribosomalni, ili ribosomalni RNK (rRNA). Čini 85% ćelijske RNK. U kombinaciji s proteinom, dio je ribozoma, određuje oblik velike i male ribosomske podjedinice (50-60S i 30-40S podjedinice). Oni učestvuju u translaciji – čitanju informacija iz mRNA u sintezi proteina.

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

Tako je izolovano nekoliko tipova rRNA, koji se razlikuju po dužini polinukleotidnog lanca, masi i lokalizaciji u ribosomima: 23-28S, 16-18S, 5S i 5.8S. I prokariotski i eukariotski ribozomi sadrže 2 različite visokopolimerne RNK, po jednu za svaku podjedinicu i jednu RNK niske molekularne težine, 5S RNA. Eukariotski ribozomi takođe sadrže 5,8S RNK niske molekularne težine. Na primjer, kod prokariota, sinteza 23S, 16S i 5S rRNA, kod eukariota - 18S, 28S, 5S i 5.8S.

80S ribosom (eukariotski)

Mala 40S podjedinica Velika 60S podjedinica

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

5,8SrRNA (~155 nt),

5SrRNA (~121 nt),

~30 proteina. ~45 proteina.

70S-ribosom (prokariotski)

Mala 30S podjedinica Velika 50S podjedinica

16SrRNA, - 23SrRNA,

~20 proteina. ~30 proteina.

Velika molekula rRNA visokog polimera (konstanta sedimentacije 23-28S, lokalizirana u 50-60S podjedinicama ribosoma.

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

U svim ribosomima bez izuzetka postoji niskopolimerna 5S rRNA lokalizirana u 50-60S podjedinicama ribosoma.

Niskopolimerna rRNA sa konstantom sedimentacije od 5,8S karakteristična je samo za eukariotske ribozome.

Dakle, sastav ribozoma uključuje tri tipa rRNK kod prokariota i četiri tipa rRNK kod eukariota.

Primarna struktura rRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

Sekundarna struktura rRNA je spiralizacija poliribonukleotidnog lanca na sebe (pojedinačni dijelovi lanca RNK formiraju spiralizirane petlje - "ukosnice").

Tercijarna struktura visokopolimernih rRNA je interakcija spiralnih elemenata sekundarne strukture.

3. Transport RNK (tRNA). Čini 10% ćelijske RNK. Nosi aminokiselinu do mjesta sinteze proteina, tj. na ribozome. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA.

Primarna struktura tRNA je jedan poliribonukleotidni lanac.

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

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

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

Sinteza RNK (transkripcija DNK) sastoji se u prepisivanju informacija iz DNK u mRNA.

Razlike između sinteze RNK i sinteze DNK:

Asimetrija procesa: samo jedan lanac DNK se koristi kao šablon.

Konzervativni proces: molekul DNK se vraća u prvobitno stanje na kraju sinteze RNK. Tokom sinteze DNK, molekuli se napola obnavljaju, što replikaciju čini polukonzervativnom.

Sinteza RNK ne zahtijeva nikakav prajmer za početak, dok replikacija DNK zahtijeva RNA prajmer.

1. Objasniti redoslijed prijenosa genetske informacije: gen - protein - osobina.

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

3. Šta je genetski kod?

4. Opišite svojstva genetskog koda.

7. Reakcije matrične sinteze. Transkripcija

Informacije o proteinu se bilježe kao nukleotidni niz u DNK i nalaze se u jezgru. Zapravo se sinteza proteina odvija u citoplazmi na ribosomima. Stoga je za sintezu proteina potrebna struktura koja bi prenosila informacije od DNK do mjesta sinteze proteina. Takav posrednik je informacija, ili matrična, RNK, koja prenosi informacije od specifičnog gena molekule DNK do mjesta sinteze proteina na ribosomima.

Pored nosioca informacije, potrebne su supstance koje bi obezbedile isporuku aminokiselina do mesta sinteze i određivanje njihovog mesta u polipeptidnom lancu. Takve tvari su prijenosne RNA, koje osiguravaju kodiranje i isporuku aminokiselina do mjesta sinteze. Sinteza proteina se odvija na ribosomima, čije je tijelo izgrađeno od ribosomske RNK. To znači da je potrebna druga vrsta RNK - ribosomska.

Genetske informacije se realizuju u tri vrste reakcija: sinteza RNK, sinteza proteina, replikacija DNK. U svakom od njih, informacije sadržane u linearnom nizu nukleotida koriste se za stvaranje drugog linearnog niza: bilo nukleotida (u RNK ili DNK molekulima) ili aminokiselina (u molekulima proteina). Eksperimentalno je dokazano da upravo DNK služi kao šablon za sintezu svih nukleinskih kiselina. Ove biosintetske reakcije se nazivaju matrična sinteza. Dovoljna jednostavnost matričnih reakcija i njihova jednodimenzionalnost omogućili su detaljno proučavanje i razumijevanje njihovog mehanizma, za razliku od drugih procesa koji se odvijaju u ćeliji.

Transkripcija

Proces biosinteze RNK iz DNK naziva se transkripcija. Ovaj proces se odvija u jezgru. Na matrici DNK sintetiziraju se sve vrste RNK - informacijske, transportne i ribosomske, koje naknadno sudjeluju u sintezi proteina. Genetski kod na DNK se transkribuje u glasničku RNK tokom transkripcije. Reakcija se zasniva na principu komplementarnosti.

Sinteza RNK ima niz karakteristika. Molekul RNK je mnogo kraći i kopija je samo malog dijela DNK. Stoga samo određeni dio DNK, gdje se nalazi informacija o datoj nukleinskoj kiselini, služi kao matrica. Novosintetizovana RNK nikada ne ostaje vezana za originalni DNK šablon, već se oslobađa nakon završetka reakcije. Proces transkripcije se odvija u tri faze.

prva faza - iniciranje- početak procesa. Sinteza kopija RNK počinje sa određenim područjem na DNK, koje se zove promoter. Ova zona sadrži određeni skup nukleotida koji su startni signali. Proces kataliziraju enzimi RNA polimeraze. Enzim RNA polimeraza se veže za promotor, odmotava dvostruku spiralu i razbija vodonične veze između dva lanca DNK. Ali samo jedan od njih služi kao šablon za sintezu RNK.

druga faza - izduženje. U ovoj fazi se odvija glavni proces. Na jednom lancu DNK, kao i na matriksu, nukleotidi su poređani prema principu komplementarnosti (slika 19). Enzim RNA polimeraza, krećući se korak po korak duž lanca DNK, povezuje nukleotide jedni s drugima, dok stalno dalje odmotava dvostruku spiralu DNK. Kao rezultat ovog kretanja, sintetizira se kopija RNK.

Treća faza - prestanak. Ovo je završna faza. Sinteza RNK se nastavlja do stop signal- određeni niz nukleotida koji zaustavlja kretanje enzima i sintezu RNK. Polimeraza je odvojena od DNK i sintetizirane kopije RNK. Istovremeno, molekula RNK se također uklanja iz matrice. DNK obnavlja dvostruku spiralu. Sinteza završena. Ovisno o regiji DNK, na ovaj način se sintetiziraju ribosomske, transportne i glasničke RNK.

Predložak za transkripciju RNK molekula je samo jedan od lanaca DNK. Međutim, različiti lanci DNK mogu poslužiti kao šabloni za dva susjedna gena. Koji će se od dva lanca koristiti za sintezu određuje promotor, koji usmjerava enzim RNA polimerazu u jednom ili drugom smjeru.

Nakon transkripcije, molekula RNK glasnika eukariotskih ćelija prolazi kroz preuređenje. Nukleotidne sekvence koje ne nose informacije o ovom proteinu su izrezane u njemu. Ovaj proces se zove spajanje. Ovisno o vrsti ćelije i stupnju razvoja, mogu se ukloniti različiti dijelovi RNK molekula. Posljedično, različite RNK se sintetiziraju u jednom dijelu DNK, koje nose informacije o različitim proteinima. Ovo osigurava prijenos značajnih genetskih informacija iz jednog gena, a također olakšava genetsku rekombinaciju.

Rice. 19. Sinteza glasničke RNK. 1 - DNK lanac; 2 - sintetizirana RNK

Pitanja i zadaci za samokontrolu

1. Koje su reakcije povezane s reakcijama sinteze matrice?

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

3. Kako se zove proces biosinteze mRNA?

4. Koje vrste RNK se sintetiziraju na DNK?

5. Postavite sekvencu mRNA fragmenta ako odgovarajući fragment DNK ima sekvencu: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosinteza proteina

Proteini su esencijalne komponente svih ćelija, tako da je najvažniji proces plastičnog metabolizma biosinteza proteina. Javlja se u svim ćelijama organizama. To su jedine komponente ćelije (osim nukleinskih kiselina), čija se sinteza odvija pod direktnom kontrolom genetskog materijala ćelije. Cijeli genetski aparat ćelije - DNK i različite vrste RNK - podešen je za sintezu proteina.

Gene- Ovo je dio molekule DNK odgovoran za sintezu jednog proteinskog molekula. Za sintezu proteina potrebno je da određeni gen sa DNK bude kopiran u obliku molekula RNK glasnika. Ovaj proces je ranije razmatran. Sinteza proteina je složen proces u više faza i zavisi od aktivnosti različitih tipova RNK. Za direktnu biosintezu proteina potrebne su sljedeće komponente:

1. Messenger RNA - nosilac informacija od DNK do mjesta sinteze. mRNA molekuli se sintetišu tokom transkripcije.

2. Ribozomi - organele u kojima se odvija sinteza proteina.

3. Skup esencijalnih aminokiselina u citoplazmi.

4. Prenesite RNK koje kodiraju aminokiseline i nose ih do mjesta sinteze na ribosomima.

5. ATP - supstanca koja daje energiju za procese kodiranja aminokiselina i sintezu polipeptidnog lanca.

Struktura prijenosa RNK i kodiranje aminokiselina

Transfer RNA (tRNA) su male molekule sa 70 do 90 nukleotida.tRNA čine približno 15% sve ćelijske RNK. Funkcija tRNA ovisi o njenoj strukturi. Proučavanje strukture tRNA molekula pokazalo je da su one presavijene na određeni način i izgledaju kao list djeteline(Sl. 20). U molekuli se razlikuju petlje i dvostruki preseci, povezani zbog interakcije komplementarnih baza. Najvažnija je centralna petlja koja sadrži antikodon - nukleotidni triplet koji odgovara kodu za određenu aminokiselinu. Sa svojim antikodonom, tRNA je u stanju da se kombinuje sa odgovarajućim kodonom na mRNA prema principu komplementarnosti.

Rice. 20. Struktura tRNA molekula: 1 - antikodon; 2 - mjesto vezivanja aminokiseline

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

Na jednom kraju molekule tRNA uvijek se nalazi nukleotid gvanina (5'-kraj), a na drugom (3'-kraj) uvijek su tri CCA nukleotida. U tu svrhu je vezana aminokiselina (slika 21). Svaka aminokiselina se vezuje za svoju specifičnu tRNA sa odgovarajućim antikodonom. Mehanizam ovog vezivanja povezan je sa radom specifičnih enzima - aminoacil-tRNA sintetaza, koje vezuju svaku aminokiselinu za odgovarajuću tRNA. Svaka aminokiselina ima svoju sintetazu. Veza aminokiseline sa tRNK ostvaruje se zahvaljujući energiji ATP-a, dok makroergijska veza prelazi u vezu između tRNK i aminokiseline. Tako se aminokiseline aktiviraju i kodiraju.

Faze biosinteze proteina. Proces sinteze polipeptidnog lanca, koji se izvodi na ribozomu, naziva se emitovanje. Messenger RNA (mRNA) je posrednik u prijenosu informacija o primarnoj strukturi proteina, tRNA prenosi kodirane aminokiseline do mjesta sinteze i osigurava slijed njihovih spojeva. Ribosomi sastavljaju polipeptidni lanac.