Nukleinske kiseline. Reakcije sinteze matrice

olimpijada iz biologije. školskoj fazi. 2016-2017 akademska godina.

10-11 razred

1. Pogrešna korelacija ćelije i tkiva je

A) korijen dlake - pokrivno tkivo

B) ćelija polisadnog parenhima - glavnog tkiva

C) zadnja ćelija - pokrivno tkivo

D) ćelija pratilac - ekskretorno tkivo

2. Za događaj, koji će se održati za tri dana, potrebne su zrele kruške. Međutim, one kruške koje su kupljene za ovu svrhu još nisu bile zrele. Proces zrenja može se ubrzati njihovim stavljanjem

A) na tamnom mestu

B) u frižideru

B) na prozorskoj dasci

D) u vrećici od debelog papira zajedno sa zrelim jabukama

3. Briofiti su uspjeli preživjeti na kopnu jer

A) bile su prve biljke koje su razvile stomate

B) ne zahtijevaju vlažno okruženje za reproduktivni ciklus

C) rastu nisko iznad tla u relativno vlažnim područjima

D) sporofit je postao nezavisan od gametofita

4 obraza sisara su formirana kao

A) uređaj za prikupljanje velikih količina hrane

B) rezultat strukturnih karakteristika lubanje, a posebno čeljusti

B) uređaj za sisanje

D) pomagalo za disanje

5. Srce krokodila u svojoj strukturi

A) trokomorni sa nepotpunim septumom u komori

B) trokomorni

B) četvorokomorni

D) četvorokomorni sa rupom u septumu između komora

6. Fibrinogen, koji je protein, je uključen u zgrušavanje krvi

A) krvna plazma

B) citoplazma leukocita

B) dio trombocita

D) nastaje prilikom uništavanja crvenih krvnih zrnaca

7. Abiotički faktori uključuju takvu ekološku jedinicu kao što je

A) biocenoza

B) ekosistem

B) stanovništvo

8. Redukciona podjela (mejoza) se javlja tokom formiranja

A) bakterijske spore

B) zoospore ulotrixa

B) marchantia spore

D) zoospore phytophthora

9. Od navedenih biopolimera ima razgranatu strukturu

D) polisaharidi

10. Fenilketonurija je genetska bolest uzrokovana recesivnom mutacijom. Vjerovatnoća da ćete imati bolesno dijete, ako su oba roditelja heterozigotna za ovu osobinu, je

11. Objašnjena je sličnost u građi organa vida kod glavonožaca i kralježnjaka

A) konvergencija

B) paralelizam

B) adaptacija

D) slučajnost

12. Larva ascidijana koji slobodno pliva ima tetivu i neuralnu cijev. U odrasloj ascidiji koja vodi sjedilački način života, oni nestaju. Ovo je primjer

A) adaptacije

B) degeneracija

B) cenogeneza

13. Vodonosni elementi bora su

A) prstenaste i spiralne posude

B) samo prstenaste posude

B) traheide

D) spiralne i porozne posude

14. Plodnost je tipična za

B) ananas

B) bananu

15. U hloroplastima biljnih ćelija nalaze se kompleksi za prikupljanje svjetlosti

A) na vanjskoj membrani

B) na unutrašnjoj membrani

B) na tilakoidnoj membrani

D) u stromi

Dio 2.

Utakmica (6 bodova).

2.1. Uspostavite korespondenciju između znaka sivog štakora i kriterijuma vrste za koju je karakterističan.

2.2. Uspostaviti korespondenciju između karakteristika regulacije funkcija i njenog metoda.

Postavite ispravan niz (6 bodova).

2.3. Uspostavite ispravan redoslijed faza geografske specijacije.

1) pojava teritorijalne izolacije između populacija iste vrste

2) proširenje ili podjela areala vrste

3) pojava mutacija u izolovanim populacijama

4) očuvanje prirodnom selekcijom jedinki sa osobinama koje su korisne u specifičnim uslovima sredine

5) gubitak sposobnosti ukrštanja jedinki različitih populacija

2.4. Uspostaviti redoslijed u kojem se ti procesi odvijaju tokom mitotičke diobe ćelije.

1) hromozomi se nalaze duž ekvatora ćelije

2) hromatide se razilaze prema polovima ćelije

3) formiraju se dvije kćerke ćelije

4) hromozomi su spiralizirani, svaki se sastoji od dvije hromatide

5) hromozomi su despiralizovani

2.5. Nude vam se testni zadaci u obliku prosuđivanja, sa svakim od kojih se složite ili odbijete. U matrici odgovora navedite opciju odgovora „da“ ili „ne“: (10 bodova).

1. Cvjetovi velebilja skupljeni su u kišobran.

2. Cilijarni crvi nemaju anus.

3. Peroksizom je obavezna organela eukariotske ćelije.

4. Peptidna veza nije makroergijska.

5. U ćelijama jetre, dodavanje glukagona izaziva razgradnju glikogena.

6. Abiotički faktori ne utiču na kompetitivne odnose dvije srodne vrste.

7. Funkcije razmjene plinova na listu su moguće zahvaljujući lenticelama i hidatodama.

8. Presjek želuca preživara, koji odgovara jednokomornom želucu sisara, je ožiljak.

9. Dužina lanaca ishrane ograničena je gubitkom energije.

10. Što je manji prečnik krvnih sudova u telu, veća je linearna brzina krvotoka u njima.

dio 3

3.1. Pronađi tri greške u datom tekstu. Navedite brojeve prijedloga u kojima su dati, ispravite ih (6 bodova).

1. Reakcije matriksne sinteze uključuju stvaranje škroba, sintezu mRNA, sastavljanje proteina u ribosomima. 2. Matrična sinteza liči na bacanje novčića na matricu: novi molekuli se sintetišu u tačnom skladu sa „planom“ postavljenim u strukturi postojećih molekula. 3. Ulogu matriksa u ćeliji imaju molekuli hlorofila, nukleinske kiseline (DNK i RNK). 4. Monomeri se fiksiraju na matrice, zatim se kombinuju u polimerne lance. 5. Gotovi polimeri izlaze iz matrice. 6. Stare matrice se odmah uništavaju, nakon čega se formiraju nove.

Osoba ima četiri fenotipa prema krvnim grupama: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Gen koji određuje krvnu grupu ima tri alela: IA, IB, i0; štaviše, i0 alel je recesivan u odnosu na IA i IB alel. Roditelji imaju II (heterozigotnu) i III (homozigotnu) krvnu grupu. Odredite genotipove krvnih grupa roditelja. Navedite moguće genotipove i fenotipove (broj) krvne grupe djece. Napravite šemu za rješavanje problema. Odrediti vjerovatnoću nasljeđivanja kod djece II krvne grupe.

Ocena odgovora 10-11

Dio 1. Odaberite jedan tačan odgovor. (15 bodova)

2.2. maksimum - 3 boda, jedna greška - 2 boda, dvije greške - 1b, tri ili više grešaka - 0 bodova

2.4. maksimum - 3 boda, jedna greška - 2 boda, dvije greške - 1b, tri ili više grešaka - 0 bodova

dio 3

3.1. Pronađi tri greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su sastavljene, ispravite ih (3b za pravilno otkrivanje rečenica sa greškama i 3b za ispravljanje grešaka).

1. - reakcije matriksne sinteze NE uključuju stvaranje škroba, za to nije potrebna matrica;

3. - molekuli hlorofila nisu u stanju da deluju kao matrica, nemaju svojstvo komplementarnosti;

6. - matrice se koriste više puta.

3.2. Riješite zadatak (3 boda).

Šema za rješavanje problema uključuje:

1) roditelji imaju krvne grupe: grupa II - IAi0 (gamete IA, i0), grupa III - IB IB (gamete IB);

2) mogući fenotipovi i genotipovi krvnih grupa dece: grupa IV (IAIB) i grupa III (IBi0);

3) vjerovatnoća nasljeđivanja II krvne grupe je 0%.

Obrazac za odgovore

Školska faza Sveruske olimpijade iz biologije

Šifra učesnika _____________

Dio 1. Odaberite jedan tačan odgovor. (15 bodova)

Dio 2.

dio 3

3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Rješenje problema

U tjelesnom metabolizmu vodeću ulogu imaju proteini i nukleinske kiseline.

Proteinske supstance čine osnovu svih vitalnih ćelijskih struktura, imaju neobično visoku reaktivnost i obdarene su katalitičkim funkcijama.

Nukleinske kiseline dio su najvažnijeg organa ćelije - jezgra, kao i citoplazme, ribozoma, mitohondrija itd. Nukleinske kiseline imaju važnu, primarnu ulogu u naslijeđu, varijabilnosti tijela i sintezi proteina.

Plan sinteze protein se pohranjuje u jezgru ćelije direktnu sintezu se dešava izvan jezgra, pa je neophodno pomoć za isporuku kodiranog plana od kernela do mjesta sinteze. Takve pomoć koje predstavljaju molekule RNK.

Proces počinje u ćelijskom jezgru: deo DNK "merdevina" se odmotava i otvara. Zbog toga, RNK slova formiraju veze sa otvorenim DNK slovima jednog od lanaca DNK. Enzim prenosi slova RNK da ih poveže u nit. Dakle, slova DNK su "prepisana" u slova RNK. Novoformirani RNK lanac se odvaja, a DNK "merdevine" se ponovo uvijaju.

Nakon daljnjih modifikacija, ova vrsta kodirane RNK je spremna.

RNA izlazi iz jezgra i ide do mesta sinteze proteina, gde se dešifruju slova RNK. Svaki skup od tri RNA slova formira "riječ" koja označava jednu određenu aminokiselinu.

Druga vrsta RNK traži ovu aminokiselinu, hvata je uz pomoć enzima i dostavlja je na mjesto sinteze proteina. Kako se RNK poruka čita i prevodi, lanac aminokiselina raste. Ovaj lanac se uvija i savija u jedinstven oblik, stvarajući jednu vrstu proteina.
Čak je i proces savijanja proteina izvanredan: bilo bi potrebno 1027 godina da se pomoću kompjutera izračunaju sve mogućnosti savijanja proteina srednje veličine koji se sastoji od 100 aminokiselina. A za formiranje lanca od 20 aminokiselina u tijelu nije potrebno više od jedne sekunde - i taj se proces odvija kontinuirano u svim stanicama tijela.

Geni, genetski kod i njegova svojstva.

Na Zemlji živi oko 7 milijardi ljudi. Osim 25-30 miliona parova jednojajčanih blizanaca, tada genetski svi ljudi su različiti: svaki je jedinstven, ima jedinstvene nasljedne karakteristike, karakterne osobine, sposobnosti, temperament.

Takve razlike su objašnjene razlike u genotipovima- skupovi gena organizma; svaka je jedinstvena. Genetske osobine određenog organizma su utjelovljene u proteinima- posljedično, struktura proteina jedne osobe razlikuje se, iako dosta, od proteina druge osobe.

To ne znači da ljudi nemaju potpuno iste proteine. Proteini koji obavljaju iste funkcije mogu biti isti ili se vrlo malo razlikovati za jednu ili dvije aminokiseline jedan od drugog. Ali ne postoje ljudi na Zemlji (s izuzetkom jednojajčanih blizanaca) kod kojih bi svi proteini bili isti.

Informacije o primarnoj strukturi proteina kodiran kao niz nukleotida u dijelu molekule DNK - gen - jedinica nasljedne informacije organizma. Svaki molekul DNK sadrži mnogo gena. Ukupnost svih gena jednog organizma čini njegovu genotip .

Nasljedne informacije se kodiraju korištenjem genetski kod , koji je univerzalan za sve organizme i razlikuje se samo po izmjeni nukleotida koji formiraju gene i kodiraju proteine ​​određenih organizama.

Genetski kod obuhvata trojke (trojke) nukleotida DNK koja se kombinuje u različitim sekvence(AAT, HCA, ACH, THC, itd.), od kojih svaki kodira određenu amino kiseline(koji će biti ugrađen u polipeptidni lanac).

Aminokiseline 20, a mogućnosti za kombinacije četiri nukleotida u grupama od tri - 64 četiri nukleotida su dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina

zbog toga jedna aminokiselina može biti kodiran nekoliko trojki.

Neki od trojki uopće ne kodiraju aminokiseline, ali počinje ili zaustavlja biosinteza proteina.

Zapravo kod broji sekvence nukleotida u i-RNA molekulu, jer uklanja informacije iz DNK (proces transkripcije) i prevodi ga u niz aminokiselina u molekulima sintetiziranih proteina (proces emisije).

Sastav mRNA uključuje ACGU nukleotide, čiji se tripleti nazivaju kodoni: triplet na CHT DNK na mRNA će postati HCA triplet, a AAG DNK triplet će postati UUC triplet.

Upravo i-RNA kodoni odražava genetski kod u zapisu.

Na ovaj način, genetski kod - jedinstveni sistem za snimanje nasljednih informacija u molekulima nukleinske kiseline u obliku niza nukleotida. Genetski kod osnovao o upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri nukleotidna slova koja se razlikuju po dušičnim bazama: A, T, G, C.

Osnovna svojstva genetskog koda :

1. Genetski kod je triplet. Triplet (kodon) je sekvenca od tri nukleotida koja kodira jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očito je da svaka od njih ne može biti kodirana jednim nukleotidom (pošto u DNK postoje samo četiri tipa nukleotida, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida za kodiranje aminokiselina također nisu dovoljna, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. To znači da je najmanji broj nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu tri. (U ovom slučaju, broj mogućih nukleotidnih tripleta je 4 3 = 64).

2. Redundancija (degeneracija)Šifra je posljedica njegove tripletne prirode i znači da jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta (pošto ima 20 aminokiselina, a ima 64 tripleta), s izuzetkom metionina i triptofana, koje kodira samo jedan trojka. Osim toga, neki tripleti obavljaju specifične funkcije: u molekuli mRNA, tripleti UAA, UAG, UGA su terminacijski kodoni, odnosno stop signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji stoji na početku lanca DNK, ne kodira aminokiselinu, već obavlja funkciju iniciranja (uzbudljivog) čitanja.

3. Uz redundantnost, kod ima svojstvo jedinstvenost: svaki kodon odgovara samo jednoj specifičnoj aminokiselini.

4. Kod je kolinearan, one. Redoslijed nukleotida u genu tačno odgovara sekvenci aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod se ne preklapa i kompaktan, tj. ne sadrži "znakove interpunkcije". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja kolona (trojki), i, počevši od određenog kodona, očitavanje ide kontinuirano trostruko po trostruko do zaustavljanja signala ( terminacioni kodoni).

6. Genetski kod je univerzalan, odnosno nuklearni geni svih organizama na isti način kodiraju informacije o proteinima, bez obzira na nivo organizacije i sistematski položaj ovih organizama.

Postoji tablice genetskih kodova za dešifrovanje i-RNA kodona i izgradnju lanaca proteinskih molekula.

Reakcije sinteze matrice.

U živim sistemima postoje reakcije nepoznate u neživoj prirodi - reakcije matrična sinteza .

Termin "matrica„u tehnologiji označavaju oblik koji se koristi za lijevanje novčića, medalja, tipografski font: očvrsnuti metal točno reproducira sve detalje forme korištene za lijevanje. Matrična sinteza nalikuje livenju na matrici: novi molekuli se sintetiziraju u strogom skladu sa planom postavljenim u strukturi već postojećih molekula.

Matrični princip leži u srži najvažnije sintetičke reakcije ćelije, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. U ovim reakcijama se daje tačan, strogo specifičan niz monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovo je mjesto gdje je usmjereno povlačenje monomera na određenu lokacijućelije - u molekule koji služe kao matrica u kojoj se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnog sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula po principu matrice se izvodi brzo i precizno.

Uloga matrice makromolekule nukleinskih kiselina DNK ili RNK igraju u matričnim reakcijama.

monomernih molekula, iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu sa principom komplementarnosti se raspoređuju i fiksiraju na matrici u strogo definisanom, unapred određenom redosledu.

Onda dolazi "poprečno povezivanje" monomernih jedinica u polimerni lanac, a gotov polimer se ispušta iz matrice.

Poslije toga matrica spremna do sklapanja nove molekule polimera. Jasno je da kao što se samo jedan novčić, jedno slovo može izliti na datu kalupu, tako se samo jedan polimer može "sastaviti" na datu matričnu molekulu.

Matrični tip reakcija- specifičnost hemije živih sistema. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića – njegovog sposobnost repliciranja.

To reakcije sinteze matrice uključuju:

1. Replikacija DNK - proces samoumnožavanja molekula DNK, koji se odvija pod kontrolom enzima. Na svakom od lanaca DNK nastalih nakon kidanja vodoničnih veza, uz učešće enzima DNK polimeraze, sintetiše se po jedan lanac DNK. Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi ćelija.

Biološko značenje replikacije leži u tačnom prenosu naslednih informacija sa roditeljskog molekula na ćerke, što se inače dešava tokom deobe somatskih ćelija.

Molekul DNK se sastoji od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže zajedno slabim vodoničnim vezama koje se mogu razbiti enzimima.

Molekul je sposoban da se samo-udvostručuje (replikacija), a na svakoj staroj polovini molekule sintetiše se nova polovina.

Osim toga, molekul mRNA može se sintetizirati na molekulu DNK, koji zatim prenosi informacije primljene od DNK do mjesta sinteze proteina.

Prijenos informacija i sinteza proteina slijede matrični princip, uporediv s radom štamparije u štampariji. Informacije iz DNK se kopiraju iznova i iznova. Ukoliko dođe do grešaka tokom kopiranja, one će se ponoviti u svim narednim kopijama.

Istina, neke greške u kopiranju informacija molekulom DNK mogu se ispraviti - proces eliminacije grešaka se naziva reparacije. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekule DNK i sinteza novih lanaca DNK.

2. transkripcija - sinteza i-RNA na DNK, proces uklanjanja informacija iz molekula DNK sintetizirane na njemu od strane i-RNA molekula.

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

Gotov molekul mRNA ulazi u citoplazmu na ribosomima, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. emitovanje - sinteza proteina na i-RNA; proces prevođenja informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci mRNA u sekvencu aminokiselina u polipeptidu.

4 .sinteza RNK ili DNK iz RNK virusa

Redoslijed matriksnih reakcija tokom biosinteze proteina može se predstaviti kao shema:

netranskribovani lanac DNK		A T G	G G C	T A T
transkribovani DNK lanac		T A C	C C G	A T A
DNK transkripcija
mRNA kodoni		A U G	G G C	U A U
translacija mRNA
tRNA antikodoni		U A C	C C G	A U A
proteinske aminokiseline		metionin	glicin	tirozin

Na ovaj način, biosinteza proteina- ovo je jedna od vrsta plastične razmjene, tokom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima realizuju u određenom nizu aminokiselina u proteinskim molekulima.

Proteinski molekuli su u suštini polipeptidnih lanaca sastoje se od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da se same povežu jedna s drugom. Stoga, prije nego što se spoje jedna s drugom i formiraju proteinski molekul, aminokiseline moraju aktivirati. Ova aktivacija se događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i pod djelovanjem istog enzima vezuje se za tRNA. Svaka aminokiselina striktno odgovara specifična tRNA, koji nalazi"vlastite" aminokiseline i izdrži u ribozom.

Stoga ribosom prima različite aktivirane aminokiseline vezane za njihove tRNA. Ribozom je sličan konvejer da sastavi proteinski lanac od raznih aminokiselina koje ulaze u njega.

Istovremeno sa t-RNA, na kojoj "sjedi" vlastita aminokiselina, " signal" iz DNK sadržane u jezgru. U skladu s ovim signalom, u ribosomu se sintetizira jedan ili drugi protein.

Usmjeravajući utjecaj DNK na sintezu proteina ne vrši se direktno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrica ili glasnička RNK (mRNA ili i-RNA), koji sintetizirana u jezgru pod uticajem DNK, pa njegov sastav odražava sastav DNK. Molekul RNK je, takoreći, odljevak oblika DNK. Sintetizirana mRNA ulazi u ribozom i, takoreći, prenosi je u ovu strukturu plan- kojim redosledom aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribozom treba da se kombinuju jedna sa drugom da bi se sintetizovao određeni protein. inače, genetske informacije kodirane u DNK prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekul mRNA ulazi u ribozom i treperi ona. Određuje se onaj njegov segment koji se trenutno nalazi u ribosomu kodon (triplet), stupa u interakciju na potpuno specifičan način sa strukturom koja mu odgovara triplet (antikodon) u prijenosnoj RNK koja je dovela aminokiselinu u ribozom.

Prenesite RNK sa sopstvenom amino kiselinom odgovara na određeni kodon mRNA i povezuje s njim; do sljedećeg, susjednog mjesta i-RNA vezuje drugu tRNA drugu aminokiselinu i tako sve dok se čitav i-RNA lanac ne pročita, dok se sve aminokiseline ne nanižu odgovarajućim redom, formirajući proteinski molekul.

I t-RNA, koja je isporučila aminokiselinu na određeno mjesto polipeptidnog lanca, oslobođen od svoje aminokiseline i izlazi iz ribozoma.

Onda opet u citoplazmi može mu se pridružiti željena aminokiselina, i opet izdržati u ribozom.

U procesu sinteze proteina istovremeno je uključen ne jedan, već nekoliko ribozoma, poliribozoma.

Glavne faze prijenosa genetskih informacija:

sinteza na DNK kao na i-RNA šablonu (transkripcija)

sinteza u ribosomima polipeptidnog lanca prema programu sadržanom u i-RNA (translacija).

Faze su univerzalne za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi ovih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

At eukariota transkripcija i translacija su striktno odvojeni u prostoru i vremenu: u jezgri se odvija sinteza različitih RNK, nakon čega molekule RNK moraju napustiti jezgro, prolazeći kroz nuklearnu membranu. Zatim se u citoplazmi RNA transportira do mjesta sinteze proteina - ribozoma. Tek nakon toga dolazi sljedeća faza - prevođenje.

Kod prokariota, transkripcija i translacija se dešavaju istovremeno.

Na ovaj način,

mjesto sinteze proteina i svih enzima u ćeliji su ribozomi - to je kao "fabrike" proteina, takoreći, radnja za sklapanje, gdje se isporučuju svi materijali potrebni za sklapanje polipeptidnog lanca proteina od aminokiselina. Priroda sintetiziranog proteina zavisi od strukture i-RNA, od reda nukleoida u njoj, a struktura i-RNA odražava strukturu DNK, tako da na kraju specifična struktura proteina, tj. razne aminokiseline u njemu, zavisi od reda nukleoida u DNK od strukture DNK.

Navedena teorija biosinteze proteina nazvana je teorija matrica. Matrica ove teorije pozvan jer da nukleinske kiseline igraju, takoreći, ulogu matrica u koje se bilježe sve informacije u vezi s redoslijedom aminokiselinskih ostataka u proteinskom molekulu.

Izrada matrične teorije biosinteze proteina i dekodiranje aminokiselinskog koda je najveće naučno dostignuće 20. veka, najvažniji korak ka rasvetljavanju molekularnog mehanizma nasleđa.

Tematski zadaci

A1. Koja od tvrdnji je netačna?

1) genetski kod je univerzalan

2) genetski kod je degenerisan

3) genetski kod je individualan

4) genetski kod je triplet

A2. Jedan DNK triplet kodira:

1) redoslijed aminokiselina u proteinu

2) jedan znak organizma

3) jedna aminokiselina

4) nekoliko aminokiselina

A3. "Znakovi interpunkcije" genetskog koda

1) započeti sintezu proteina

2) zaustavi sintezu proteina

3) kodiraju određene proteine

4) kodiraju grupu aminokiselina

A4. Ako je kod žabe aminokiselina VALIN kodirana GU tripletom, onda kod psa ova aminokiselina može biti kodirana tripletom:

1) GUA i GUG

2) UUC i UCA

3) CCU i CUA

4) UAG i UGA

A5. Sinteza proteina je trenutno završena

1) prepoznavanje kodona antikodonom

2) prijem i-RNA na ribozomima

3) pojava "znaka interpunkcije" na ribozomu

4) vezivanje aminokiselina za tRNA

A6. Navedite par ćelija u kojima jedna osoba sadrži različite genetske informacije?

1) ćelije jetre i želuca

2) neuron i leukocit

3) mišićne i koštane ćelije

4) ćelija jezika i jaje

A7. Funkcija i-RNA u procesu biosinteze

1) čuvanje nasljednih podataka

2) transport aminokiselina do ribozoma

3) prijenos informacija na ribozome

4) ubrzanje procesa biosinteze

A8. Antikodon tRNA se sastoji od UCG nukleotida. Koji DNK triplet mu je komplementaran?

Godine 1869. švicarski biohemičar Johann Friedrich Miescher prvi je otkrio, izolirao iz jezgra ćelije i opisao DNK. Ali tek 1944. O. Avery, S. McLeod i M. McCarthy dokazali su genetsku ulogu DNK, odnosno pouzdano je utvrđeno da je prijenos nasljednih informacija povezan sa deoksiribonukleinskom kiselinom. Ovo otkriće je bio snažan faktor koji je stimulisao proučavanje naslijeđa na molekularnom nivou. Od tada je počeo nagli razvoj molekularne biologije i genetike.

Nukleinske kiseline (od lat. jezgro - jezgro) su prirodna visokomolekularna organska jedinjenja koja obezbjeđuju skladištenje i prijenos nasljednih (genetskih) informacija u živim organizmima. Oni uključuju: ugljenik (C), vodonik (H), kiseonik (O), fosfor (P). Nukleinske kiseline su nepravilni biopolimeri koji se sastoje od monomera - nukleotida. Svaki nukleotid sadrži:

· azotna baza,

· jednostavni ugljik - 5-ugljični šećer pentoza (riboza ili deoksiriboza),

· ostataka fosforne kiseline.

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: deoksiribonukleinska kiselina - DNK koja sadrži deoksiribozu i ribonukleinska kiselina - RNK koja sadrži ribozu.

Razmotrite svaku vrstu nukleinskih kiselina.

DNK se nalazi gotovo isključivo u ćelijskom jezgru, ponekad u organelama: mitohondrije, plastide. DNK je polimerno jedinjenje sa konstantnim (stabilnim) sadržajem u ćeliji.

Struktura DNK.U svojoj strukturi, molekul DNK se sastoji od dva polimerna lanca međusobno povezana i uvijena u obliku dvostruke spirale (slika 1).

Model strukture DNK kreirali su 1953. D. Watson i F. Crick, za šta su obojica dobili Nobelovu nagradu. Širina dvostruke spirale je samo oko 0,002 mikrona (20 angstroma), ali je njena dužina izuzetno velika - do nekoliko desetina, pa čak i stotina mikrometara (za poređenje: dužina najvećeg proteinskog molekula u njegovom nesavijenom obliku čini ne prelazi 0,1 mikrona).

Nukleotidi se nalaze na udaljenosti jedan od drugog - 0,34 nm, a ima 10 nukleotida po okretu spirale. Molekularna težina DNK je velika: desetine, pa čak i stotine miliona. Na primjer, molekularna težina (M r) najveći hromozom Drosophile je 7,9 10 10 .

Osnovna strukturna jedinica jednog lanca je nukleotid koji se sastoji od azotne baze, dezoksiriboze i fosfatne grupe. DNK sadrži 4 vrste azotnih baza:

· purin - adenin (A) i gvanin (G),

· pirimidin - citozin (C) i timin (T).

Ukupan broj purinskih baza jednak je zbiru pirimidinskih baza.

DNK nukleotidi će takođe biti 4 tipa, redom: adenil (A), guanil (G), citidil (C) i timidil (T).Svi nukleotidi DNK su povezani u polinukleotidni lanac zbog ostataka fosforne kiseline koji se nalaze između dezoksiriboza. U polinukleotidnom lancu može biti do 300.000 ili više nukleotida.

Dakle, svaki lanac DNK je polinukleotid u kojem su nukleotidi raspoređeni po strogo definiranom redoslijedu. Dušične baze se približavaju jedna drugoj tako blizu da se između njih formiraju vodikove veze. Važan obrazac jasno se očituje u njihovom rasporedu: adenin (A) jednog lanca povezan je s timinom (T) drugog lanca pomoću dvije vodikove veze, a gvanin (G) jednog lanca povezan je sa tri vodikove veze sa citozinom. (C) drugi lanac, što rezultira formiranjem A-T i G-C parova. Ova sposobnost selektivnog povezivanja nukleotida naziva se komplementarnost, odnosno prostorna i hemijska korespondencija između parova nukleotida (vidi sliku 2).

Redoslijed povezivanja nukleotida jednog lanca je suprotan (komplementaran) onom u drugom, odnosno, lanci koji čine jedan molekul DNK su višesmjerni, odnosno antiparalelni. Lanci se uvijaju jedan oko drugog i formiraju dvostruku spiralu. Veliki broj vodoničnih veza osigurava snažnu povezanost lanaca DNK i daje stabilnost molekulu, a pritom održava njegovu pokretljivost – pod utjecajem enzima se lako odmotava (despiralizira).

DNK replikacija (reduplikacija DNK) - proces samoreprodukcije (samo-udvostručavanja) makromolekula nukleinskih kiselina, čime se osigurava tačno kopiranje genetske informacije i njen prijenos s generacije na generaciju.

Replikacija DNK se dešava tokom interfaze pre deobe ćelije. Matična molekula DNK (broj DNK lanaca u ćeliji je 2n) se odmotava sa jednog kraja pod dejstvom enzima, a zatim se ćerki polinukleotidni lanci kompletiraju od slobodnih nukleotida po principu komplementarnosti na oba lanca. Kao rezultat matriksnih reakcija nastaju dvije kćerke DNK molekule istog nukleotidnog sastava, u kojima je jedan od lanaca stari roditeljski, a drugi novi, novosintetizirani (količina DNK u ćeliji postaje 4n = 2 X 2n).

Funkcije DNK.

1. Čuvanje nasljednih informacija o strukturi proteina ili njihovih pojedinačnih organela. Najmanja jedinica genetske informacije nakon nukleotida su tri uzastopna nukleotida - triplet. Slijed tripleta u polinukleotidnom lancu određuje slijed aminokiselina jednog proteinskog molekula (primarna struktura proteina) i predstavlja gen. Zajedno s proteinima, DNK je dio hromatina, supstance koja čini hromozome ćelijskog jezgra.

2. Prijenos nasljednih informacija kao rezultat replikacije tokom diobe ćelije sa ćelije majke na ćerku.

3. Implementacija nasljednih informacija (pohranjenih u obliku gena) kao rezultat matričnih reakcija biosinteze kroz proizvodnju proteina specifičnih za ćeliju i organizam. Istovremeno, na jednom od njegovih lanaca, prema principu komplementarnosti, sintetiziraju se molekule glasničke RNK iz nukleotida okoline koja okružuje molekul.

RNK je spoj sa promjenjivim (labilnim) sadržajem u ćeliji.

Struktura RNK.Po svojoj strukturi, molekule RNK su manje od molekula DNK sa molekulskom težinom od 20-30 hiljada (tRNA) do 1 milion (rRNA), RNK je jednolančani molekul izgrađen na isti način kao i jedan od lanaca DNK . RNK monomeri - nukleotidi sastoje se od azotne baze, riboze (pentoze) i fosfatne grupe. RNK sadrži 4 azotne baze:

· purin - adenin (A);

· pirimidin - gvanin (G), citozin (C), uracil (U).

U RNK je timin zamijenjen uracilom koji mu je po strukturi blizak (nukleotid je uridil. Nukleotidi su povezani u polinukleotidni lanac na isti način kao i u DNK, zbog ostataka fosforne kiseline koji se nalaze između riboza.

Lokacija u ćeliji Među RNK postoje: nuklearna, citoplazmatska, mitohondrijska, plastidna.

Po funkciji Među RNK postoje: transportna, informacijska i ribosomska.

Transfer RNA (tRNA) - jednolančane, ali imaju trodimenzionalnu strukturu "listova djeteline" stvorenu intramolekularnim vodikovim vezama (slika 3). tRNA molekuli su najkraći. Sastoji se od 80-100 nukleotida. Oni čine oko 10% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. Oni prenose aktivirane aminokiseline (svaka tRNA ima svoju aminokiselinu, poznata je ukupno 61 tRNA) na ribozome tokom biosinteze proteina u ćeliji.”

Informativna (matrična) RNK (mRNA, mRNA) - jednolančani molekul koji nastaje kao rezultat transkripcije na molekulu DNK (kopira gene) u jezgri i prenosi informaciju o primarnoj strukturi jednog proteinskog molekula do mjesta sinteze proteina u ribosomima. Molekul mRNA može se sastojati od 300-3000 nukleotida. Udio mRNA čini 0,5-1% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji.

ribosomalna RNA (rRNA) - najveće jednolančane molekule koje formiraju kompleksne komplekse sa proteinima koji podržavaju strukturu ribozoma na kojima se odvija sinteza proteina.

rRNA čini oko 90% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji.

Sve genetske informacije organizma (struktura njegovih proteina) sadržane su u njegovoj DNK, koja se sastoji od nukleotida spojenih u gene. Podsjetimo da je gen jedinica nasljedne informacije (dio molekule DNK) koja sadrži informacije o strukturi jednog proteina - enzima. Geni koji određuju svojstva organizama nazivaju se strukturalni. A geni koji reguliraju ekspresiju strukturnih gena se nazivaju regulatorni. Manifestacija (ekspresija) gena (realizacija nasljedne informacije) događa se na sljedeći način:

Za implementaciju ekspresije gena postoji genetski kod – striktno uređen odnos između nukleotidnih baza i aminokiselina (tabela 12).

Tabela 12 Genetski kod

Osnovna svojstva genetskog koda.

Trojstvo- kodiranje aminokiselina vrši se tripletima (tripletima) baza nukleotida. Broj kodirajućih tripleta je 64 (4 vrste nukleotida: A, T, C, G, 4 3 = 64).

NedvosmislenostSvaki triplet kodira samo jednu aminokiselinu.

degeneracija- broj kodirajućih tripleta je veći od broja aminokiselina (64 > 20). Postoje aminokiseline kodirane sa više od jednog tripleta (takve su aminokiseline češće u proteinima). Postoje tri trojke koje ne kodiraju nijednu aminokiselinu (UAA, UAG, UGA). Oni se zovu "besmisleni kodoni" i igraju ulogu "stop signala", što znači kraj snimanja gena (ukupan broj kodirajućih kodona je 61).

Nepreklapanje (kontinuitet) - Čitanje tripleta iz DNK tokom sinteze mRNA odvija se striktno duž tri uzastopna nukleotida, bez preklapanja susjednih kodona. Ne postoje "znakovi interpunkcije" unutar gena.

Svestranost - isti tripleti kodiraju iste aminokiseline u svim organizmima koji žive na Zemlji.

Uobičajene skraćenice za nazive aminokiselina:

FEN - fenilalanin; GIS - histidin;

LEI - leucin; GLN - glutamin;

ILE - izoleucin; GLU - glutaminska kiselina;

MET - metionin; LYS - lizin;

VAL - valin; ASN - asparagin;

SER - serija; ASP - asparaginska kiselina;

PRO - prolin; CIS - cistein;

TPE - treonin; TRI - triptofan;

ALA - alanin; ARG - arginin;

TIR - tirozin; GLI - glicin.

Dakle, DNK nosilac svih genetskih informacija u ćeliji ne učestvuje direktno u sintezi proteina (tj. implementaciji ove nasledne informacije). U životinjskim i biljnim stanicama molekule DNK su odvojene nuklearnom membranom od citoplazme.plazma, u kojoj se odvija sinteza proteina. Posrednik se šalje iz jezgre do ribozoma - mjesta sastavljanja proteina - koji nosi kopirane informacije i može proći kroz pore nuklearne membrane. Messenger RNA, koja je uključena u matrične reakcije, je takav posrednik.

Matrične reakcije - to su reakcije za sintezu novih spojeva na bazi "starih" makromolekula koji djeluju kao matrica, odnosno oblik, model za kopiranje novih molekula. Matrične reakcije za realizaciju nasljednih informacija u kojima učestvuju DNK i RNK su:

1. DNK replikacija- udvostručavanje molekula DNK, zbog čega se prenosi genetske informacije s generacije na generaciju. Matrica je majčinska DNK, a nove nastale prema ovoj matrici su kćerka, novosintetizirana 2 molekula DNK (slika 4).

2. Transkripcija(lat. transkripcija - prepisivanje) je sinteza molekula RNK po principu komplementarnosti na šablonu jednog od lanaca DNK. Javlja se u jezgru pod dejstvom enzima DNK-ovisnog - RNA polimeraze. Messenger RNA je jednanelančanog molekula, a kodiranje gena dolazi od jednog lanca dvolančane DNK molekule. Ako transkribovani DNK lanac sadrži nukleotid G, onda DNK polimeraza uključuje C u mRNA, ako je T, onda uključuje A u mRNA, ako je T, uključuje Y (timin T nije uključen u RNK; Slika 5). Jezik DNK tripleta preveden je na jezik kodona mRNK (trojke u mRNK nazivaju se kodoni).

Kao rezultat transkripcije različitih gena, sintetiziraju se sve vrste RNK. Zatim, mRNA, tRNA, rRNA kroz pore u nuklearnoj ovojnici ulaze u citoplazmu stanice kako bi izvršile svoje funkcije.

3. Emitovanje(lat. translatio - prijenos, prevođenje) je sinteza polipeptidnih lanaca proteina na zreloj mRNA matriksu, koju vrše ribozomi. Postoji nekoliko faza u ovom procesu:

Prva faza je inicijacija (početak sinteze - lanci). U citoplazmi ribosom ulazi na jedan od krajeva mRNK (upravo onaj od kojeg je započela sinteza molekula u jezgri) i započinje sintezu polipeptida. Molekul tRNA koji transportuje aminokiselinu metionin (tRNA meth) povezuje se sa ribozomom i vezuje se za početak lanca mRNA (uvijek sa AUG kodom). Pored prve tRNA (koja nema nikakve veze sa proteinom koji sintetiše), vezana je druga tRNA sa amino kiselinom. Ako je antikodon tRNA, tada između aminokiselina nastaje peptidna veza koju formira određeni enzim. Nakon toga, tRNA napušta ribozom (odlazi u citoplazmu po novu aminokiselinu), a mRNA pomiče jedan kodon.

Druga faza je elongacija (izduženje lanca). Ribosom se kreće duž mRNA molekula ne glatko, već povremeno, triplet po triplet. Treća tRNA sa aminokiselinom se svojim antikodonom vezuje za kodon mRNA. Kada se uspostavi komplementarnost veze, ribosom ide još jedan korak jedan "kodon", a specifični enzim "poprečno povezuje" drugu i treću aminokiselinu peptidnom vezom - formira se peptidni lanac. Aminokiseline u rastućem polipeptidnom lancu su povezane u sekvenci u kojoj se nalaze kodoni mRNA koji ih kodiraju (slika 6).

Treća faza je završetak (kraj sinteze) lanca. Javlja se kada ribosom prevede jedan od tri "besmislena kodona" (UAA, UAG, UGA). Ribosomi iskaču sa mRNA, sinteza proteina je završena.

Dakle, znajući redoslijed rasporeda aminokiselina u molekuli proteina, moguće je odrediti redoslijed nukleotida (trojki) u lancu mRNA, a iz njega - redoslijed nukleotidnih parova u dijelu DNK i obrnuto, uzimajući uzimajući u obzir princip komplementarnosti nukleotida.

Naravno, u procesu matričnih reakcija, iz bilo kojih razloga (prirodnih ili vještačkih), može doći do promjena – mutacija. To su genske mutacije na molekularnom nivou - rezultat raznih oštećenja u molekulima DNK. Genske mutacije koje se javljaju na molekularnom nivou obično utiču na jedan ili više nukleotida. Svi oblici genskih mutacija mogu se podijeliti u dvije velike grupe.

Prva grupa- pomak okvira - je umetanje ili brisanje jednog ili više parova nukleotida. Ovisno o mjestu kršenja, mijenja se jedan ili drugi broj kodona. Ovo je najteže oštećenje gena, jer će u protein biti uključene potpuno različite aminokiseline.

Takve delecije i insercije čine 80% svih spontanih genskih mutacija.

Najštetniji učinak imaju takozvane nonsens mutacije, koje su povezane s pojavom terminatorskih kodona koji uzrokuju zaustavljanjeku sinteza proteina. To može dovesti do preranog prekida sinteze proteina, koji se brzo razgrađuje. Rezultat je smrt ćelije ili promjena u prirodi individualnog razvoja.

Mutacije povezane sa supstitucijom, brisanjem ili umetanjem u kodirajući dio gena fenotipski se pojavljuju kao supstitucija aminokiselina u proteinu. U zavisnosti od prirode aminokiselina i funkcionalnog značaja oštećenog područja, dolazi do potpunog ili delimičnog gubitka funkcionalne aktivnosti proteina. U pravilu se to izražava u smanjenju vitalnosti, promjeni karakteristika organizama itd.

Druga grupasu mutacije gena sa zamjenom baznih parova nukleotida. Postoje dvije vrste zamjena baze:

1. Tranzicija- zamjena jednog purina za purinsku bazu (A za G ili G za A) ili jednog pirimidina za pirimidin (C za T ili T za, C).

2. Transverzija- zamjena jedne purinske baze bazom pirimidina ili obrnuto (A za C, ili G za T, ili A za Y).

Upečatljiv primjer transverzije je anemija srpastih stanica, koja nastaje zbog nasljednog poremećaja u strukturi hemoglobina. U mutantnom genu koji kodira jedan od lanaca hemoglobina, razbijen je samo jedan nukleotid, a adenin je zamijenjen uracilom (GAA od GUA) u mRNA.

Kao rezultat, dolazi do promjene biohemijskog fenotipa, u lancu hemoglobina glutaminska kiselina se zamjenjuje valinom. Ova zamjena mijenja površinu molekule hemoglobina: umjesto bikonkavnog diska, stanice eritrocita postaju poput srpa i ili začepljuju male žile ili se brzo uklanjaju iz cirkulacije, što brzo dovodi do anemija.

Dakle, značaj genskih mutacija za život organizma nije isti:

· neke "tihe mutacije" ne utječu na strukturu i funkciju proteina (na primjer, supstitucija nukleotida koja ne dovodi do supstitucije aminokiselina);

· neke mutacije dovode do potpunog gubitka funkcije proteina i smrti ćelije (na primjer, besmislene mutacije);

· druge mutacije - s kvalitativnom promjenom mRNA i aminokiselina, dovode do promjene karakteristika organizma;

· i, konačno, neke mutacije koje mijenjaju svojstva proteinskih molekula imaju štetan učinak na vitalnu aktivnost stanica - takve mutacije uzrokuju težak tok bolesti (na primjer, transverzije).

Tercijarna struktura RNK

Sekundarna struktura RNK

Molekul ribonukleinske kiseline izgrađen je od jednog polinukleotidnog lanca. Odvojeni dijelovi RNA lanca formiraju spiralne petlje - "ukosnice", zbog vodikovih veza između komplementarnih azotnih baza A-U i G-C. Dijelovi RNA lanca u takvim spiralnim strukturama su antiparalelni, ali ne uvijek potpuno komplementarni; sadrže nesparene nukleotidne ostatke ili čak jednolančane petlje koje se ne uklapaju u dvostruku spiralu. Prisustvo spiraliziranih regija karakteristično je za sve vrste RNK.

Jednolančane RNK karakterizira kompaktna i uređena tercijarna struktura koja nastaje interakcijom spiralnih elemenata sekundarne strukture. Tako je moguće formirati dodatne vodikove veze između nukleotidnih ostataka koji su dovoljno udaljeni jedan od drugog, ili veze između OH grupa ostataka riboze i baza. Tercijarna struktura RNK je stabilizovana jonima dvovalentnih metala, kao što su joni Mg 2+, koji se ne vezuju samo za fosfatne grupe, već i za baze.

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, udvostručenje DNK)

Matrix- lanac DNK majke
Proizvod- novosintetizovani lanac ćerke 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)

Matrix- kodirajući lanac DNK
Proizvod– RNK
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.

Prevođenje (sinteza proteina)

Matrix– mRNA
Proizvod- proteina
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.

7. Formiranje polipeptidnog lanca od sekvencijalno dostavljenog do mRNA javlja se tRNA sa odgovarajućim aminokiselinama na ribozomima(Sl. 3.9).

Ribosomi su nukleoproteinske strukture koje uključuju tri tipa rRNA i više od 50 specifičnih ribosomalnih proteina. Ribosomi sastavljena od malih i velikih podjedinica. Započinjanje sinteze polipeptidnog lanca počinje vezivanjem male podjedinice ribozoma za mjesto vezivanja na mRNA i uvijek se javlja uz učešće posebne vrste metioninske tRNA, koja se veže za kodon AUG metionina i veže za tzv. velika podjedinica ribozoma.

Rice. 3.9. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu Prikazana je i transkripcija mRNA i njen prijenos kroz nuklearnu membranu u citoplazmu stanice.

Sljedeći mRNA kodon, koji se nalazi nakon kodona koji inicira AUG, pada na A-mjesto velike podjedinice ribozomi, gdje je "zamijenjen" za interakciju s amino-acil-tRNA koja ima odgovarajući antikodon. Nakon što se odgovarajuća tRNA veže za kodon mRNA koji se nalazi na A-mjestu, peptidna veza se formira pomoću peptidil transferaze, koja je dio velike podjedinice ribozoma, a aminoacil-tRNA se pretvara u peptidil-tRNA. Ovo uzrokuje da ribosom napreduje jedan kodon, premjesti formiranu peptidil-tRNA na mjesto P i oslobodi mjesto A, koje zauzima sljedeći kodon mRNA po redu, spremno da se poveže s aminoacil-tRNA koja ima odgovarajući antikodon (sl. 3.10).

Dolazi do rasta polipeptidnog lanca zbog višekratnog ponavljanja opisanog procesa. Ribosom kreće se duž mRNA, objavljujući svoju početnu stranicu. Na inicijacijskom mjestu sklapa se sljedeći aktivni ribosomski kompleks i počinje sinteza novog polipeptidnog lanca. Dakle, nekoliko aktivnih ribozoma može spojiti jednu mRNA molekulu kako bi formirao polisom. Sinteza polipeptida se nastavlja sve dok se jedan od tri stop kodona ne pronađe na A mjestu. Stop kodon prepoznaje specijalizovani terminacioni protein, koji prekida sintezu i olakšava odvajanje polipeptidnog lanca od ribozoma i od mRNA.

Rice. 3.10. Sinteza polipeptidnog lanca na ribosomu. Detaljan dijagram dodavanja nove aminokiseline rastućem polipeptidnom lancu i učešće u ovom procesu A i P regiona velike podjedinice ribosoma.

Ribosom i mRNA takođe prekinuti vezu i spremni su da započnu novu sintezu polipeptidnog lanca (videti sliku 3.9). Ostaje samo podsjetiti da su proteini glavni molekuli koji osiguravaju vitalnu aktivnost stanice i organizma. Oni su enzimi koji obezbjeđuju sav najsloženiji metabolizam, te strukturni proteini koji čine skelet ćelije i čine međućelijsku tvar, te transportni proteini mnogih tvari u tijelu, poput hemoglobina, koji prenosi kisik i proteinske kanale koji osiguravaju prodiranje u ćeliju i uklanjanje raznih spojeva.

a) Na ribosomima granularnog ER sintetiziraju se proteini koji se potom

Ili se uklanjaju iz ćelije (izvozni proteini),
ili su dio određenih membranskih struktura (upravne membrane, lizozoma, itd.).

b) Istovremeno, peptidni lanac sintetiziran na ribosomu prodire svojim vodećim krajem kroz membranu u šupljinu ER, gdje se tada pojavljuje cijeli protein i formira se njegova tercijarna struktura.

2. Ovde (u lumenu EPS rezervoara) počinje modifikacija proteina - njihovo vezivanje za ugljene hidrate ili druge komponente.

8. Mehanizmi diobe ćelija.

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.

Vrste azotnih baza	A, G, C, T	A, G, C, At
Vrste pentoza	β,D-2-deoksiriboza	β,D-riboza
sekundarna struktura	Regularni, sastoji se od 2 komplementarna lanca	Nepravilni, neki dijelovi jednog lanca formiraju dvostruku spiralu
Molekularna težina (broj nukleotidnih jedinica u primarnom lancu) ili od 250 do 1,2x10 5 kDa (kilodalton)	Oko hiljada, miliona	O desetinama i stotinama
Lokalizacija u ćeliji	Nukleus, mitohondrije, hloroplasti, centriole	Nukleol, citoplazma, ribozomi, mitohondrije i plastidi
	Čuvanje, prijenos i reprodukcija u nizu generacija nasljednih informacija	Implementacija nasljednih informacija

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 spiralne 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.