Nukleinsavak. Mátrix szintézis reakciók

Biológia Olimpia. iskolai szakasz. 2016-2017 tanév.

10-11 évfolyam

1. A sejt és a szövet hibás korrelációja

A) gyökérszőr - integumentáris szövet

B) sejt a polysade parenchyma - a fő szövet

C) zárósejt - integumentáris szövet

D) társsejt - kiválasztó szövet

2. A három nap múlva esedékes eseményhez érett körte kell. Az erre a célra vásárolt körte azonban még nem volt érett. Az érési folyamat felgyorsítható a berakással

A) sötét helyen

B) hűtőszekrényben

B) az ablakpárkányon

D) egy zacskó vastag papírba érett almával együtt

3. A bryophytáknak sikerült túlélniük a szárazföldön, mert

A) ők voltak az első növények, amelyekben sztóma fejlődött ki

B) nem igényelnek nedves környezetet a szaporodási ciklushoz

C) alacsonyan nőnek a talaj felett, viszonylag nedves területeken

D) a sporofiton függetlenné vált a gametofitontól

4 emlős arca olyan, mint

A) nagy mennyiségű élelmiszer összegyűjtésére szolgáló eszköz

B) a koponya, és különösen az állkapcsok szerkezeti jellemzőinek eredménye

B) szívókészülék

D) légzéssegítő

5. A krokodil szíve szerkezetében

A) háromkamrás, a kamrában hiányos septummal

B) háromkamrás

B) négykamrás

D) négykamrás, a kamrák közötti septumban egy lyukkal

6. A fibrinogén, amely egy fehérje, részt vesz a véralvadásban

A) vérplazma

B) a leukociták citoplazmája

B) a vérlemezkék része

D) a vörösvértestek pusztulása során keletkezik

7. Az abiotikus tényezők közé tartozik egy olyan ökológiai egység, mint

A) biocenózis

B) ökoszisztéma

B) népesség

8. A kialakulás során redukciós osztódás (meiózis) következik be

A) bakteriális spórák

B) az ulotrix zoospórák

B) marchantia spórák

D) zoospores phytophthora

9. A felsorolt ​​biopolimerek közül elágazó szerkezetű

D) poliszacharidok

10. A fenilketonuria egy recesszív mutáció által okozott genetikai betegség. Ha mindkét szülő heterozigóta erre a tulajdonságra, annak a valószínűsége, hogy beteg gyermeke születik

11. A fejlábúak és a gerincesek látószerveinek felépítésének hasonlósága.

A) konvergencia

B) párhuzamosság

B) alkalmazkodás

D) véletlen egybeesés

12. A szabadon úszó ascidiás lárvának van egy húrja és egy idegcső. A mozgásszegény életmódot folytató felnőtt ascidiákban eltűnnek. Ez egy példa

A) adaptációk

B) degeneráció

B) cenogenezis

13. A fenyő vízszállító elemei az

A) gyűrűs és spirális erek

B) csak gyűrű alakú edények

B) tracheidák

D) spirális és porózus edények

14. A termékenység jellemző arra

B) ananász

B) egy banán

15. A növényi sejtek kloroplasztiszában fénybegyűjtő komplexek helyezkednek el

A) a külső membránon

B) a belső membránon

B) a tilakoid membránon

D) a stromában

2. rész.

Mérkőzés (6 pont).

2.1. Állítson fel egyezést a szürke patkány jele és annak a fajnak a kritériuma között, amelyre jellemző.

2.2. Állítson fel összefüggést a funkciók szabályozásának jellemzői és módszere között.

Állítsa be a megfelelő sorrendet (6 pont).

2.3. Állítsa be a földrajzi specifikáció szakaszainak helyes sorrendjét.

1) területi elszigeteltség kialakulása ugyanazon faj populációi között

2) a fajok elterjedési területének kiterjesztése vagy felosztása

3) mutációk megjelenése izolált populációkban

4) meghatározott környezeti körülmények között hasznos tulajdonságokkal rendelkező egyedek természetes szelekcióval történő megőrzése

5) a különböző populációkhoz tartozó egyedek elvesztése a keresztezési képességükben

2.4. Határozza meg, hogy ezek a folyamatok milyen sorrendben mennek végbe a mitotikus sejtosztódás során.

1) a kromoszómák a sejt egyenlítője mentén helyezkednek el

2) a kromatidák a sejt pólusai felé divergálnak

3) két leánysejt képződik

4) a kromoszómák spiralizáltak, mindegyik két kromatidból áll

5) a kromoszómák despiralizálódnak

2.5. Ítélet formájában tesztfeladatokat kínálnak Önnek, amelyek mindegyikével vagy egyetértenie kell, vagy el kell utasítania. A válaszmátrixban tüntesse fel az „igen” vagy „nem” válaszlehetőséget: (10 pont).

1. A Nightshade virágait egy esernyővirágzatba gyűjtjük.

2. A ciliáris férgeknek nincs végbélnyílása.

3. A peroxiszóma az eukarióta sejt kötelező organellumja.

4. A peptidkötés nem makroerg.

5. A májsejtekben a glukagon hozzáadása a glikogén lebomlását okozza.

6. Az abiotikus tényezők nem befolyásolják két rokon faj versenyviszonyait.

7. A levélnél a gázcsere funkciói a lencsék és hidatódok miatt lehetségesek.

8. A kérődzők gyomrának az emlősök egykamrás gyomrának megfelelő szakasza a heg.

9. A táplálékláncok hosszát az energiaveszteség korlátozza.

10. Minél kisebb az erek átmérője a testben, annál nagyobb a véráramlás lineáris sebessége bennük.

3. rész

3.1. Keressen három hibát a megadott szövegben! Tüntesse fel azon javaslatok számát, amelyekben készültek, javítsa ki (6 pont).

1. A mátrix szintézis reakciói közé tartozik a keményítőképzés, az mRNS szintézis, a riboszómák fehérje-összeállítása. 2. A mátrixszintézis az érmék mátrixra öntéséhez hasonlít: az új molekulák pontosan a meglévő molekulák szerkezetében lefektetett „terv” szerint szintetizálódnak. 3. A sejtben a mátrix szerepét a klorofill molekulák, nukleinsavak (DNS és RNS) töltik be. 4. A monomereket a mátrixokon rögzítjük, majd polimer láncokká egyesítjük. 5. A kész polimerek kilépnek a mátrixokból. 6. A régi mátrixok azonnal megsemmisülnek, majd újak keletkeznek.

Egy személynek négy fenotípusa van a vércsoportok szerint: I (0), II (A), III (B), IV (AB). A vércsoportot meghatározó génnek három allélja van: IA, IB, i0; ráadásul az i0 allél recesszív az IA és IB allélokhoz képest. A szülőknek II (heterozigóta) és III (homozigóta) vércsoportjuk van. Határozza meg a szülők vércsoportjainak genotípusait! Adja meg a gyermekek vércsoportjának lehetséges genotípusait és fenotípusait (számát). Készítsen sémát a probléma megoldására. Határozza meg az öröklődés valószínűségét a II. vércsoportú gyermekeknél.

Válaszok 10-11

1. rész. Válasszon ki egy helyes választ. (15 pont)

2.2. maximum - 3 pont, egy hiba - 2 pont, két hiba - 1b, három vagy több hiba - 0 pont

2.4. maximum - 3 pont, egy hiba - 2 pont, két hiba - 1b, három vagy több hiba - 0 pont

3. rész

3.1. Keressen három hibát a megadott szövegben! Adja meg a mondatok számát, amelyekben készültek, javítsa ki azokat (3b a hibás mondatok helyes felismerésére és 3b a hibák javítására).

1. - a mátrix szintézis reakciói NEM tartalmazzák a keményítő képződését, mátrix nem szükséges hozzá;

3. - a klorofill molekulák nem képesek mátrixként működni, nem rendelkeznek komplementaritás tulajdonsággal;

6. - a mátrixokat ismételten használják.

3.2. Oldja meg a feladatot (3 pont).

A probléma megoldásának sémája a következőket tartalmazza:

1) a szülők vércsoportjai: II - IAi0 (ivarsejtek IA, i0), III csoport - IB IB (ivarsejtek IB);

2) a gyermekek vércsoportjainak lehetséges fenotípusai és genotípusai: IV. csoport (IAIB) és III. csoport (IBi0);

3) a II vércsoport öröklődésének valószínűsége 0%.

Válasz űrlap

Az összoroszországi biológiaolimpia iskolai szakasza

Résztvevő kód _____________

1. rész. Válasszon ki egy helyes választ. (15 pont)

2. rész.

3. rész

3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. A probléma megoldása

A szervezet anyagcseréjében a fehérjéké és a nukleinsavaké a vezető szerep.

A fehérjeanyagok minden létfontosságú sejtszerkezet alapját képezik, szokatlanul magas reakcióképességgel rendelkeznek, és katalitikus funkciókkal rendelkeznek.

Nukleinsavak részei a sejt legfontosabb szervének - a sejtmagnak, valamint a citoplazmának, riboszómáknak, mitokondriumoknak stb. A nukleinsavak fontos, elsődleges szerepet játszanak az öröklődésben, a test variabilitásában és a fehérjeszintézisben.

Szintézis terv fehérje raktározódik a sejtmagban közvetlen szintézis a magon kívül fordul elő, ezért szükséges Segítség hogy a kódolt tervet a kernelből a szintézis helyére szállítsák. Ilyen Segítség RNS-molekulák állítják elő.

A folyamat elindul a sejtmagban: a DNS "létra" egy része letekerődik és kinyílik. Ennek köszönhetően az RNS-betűk kötést alkotnak az egyik DNS-szál nyitott DNS-betűivel. Az enzim átviszi az RNS betűit, hogy fonalba kapcsolja őket. Tehát a DNS betűit "átírják" az RNS betűire. Az újonnan képződött RNS-lánc elválik, és a DNS-létra ismét megcsavarodik.

További módosítások után ez a fajta kódolt RNS készen áll.

RNS kijön a magbólés a fehérjeszintézis helyére megy, ahol megfejtik az RNS betűit. Minden három RNS betűből álló készlet egy "szót" alkot, amely egy adott aminosavat jelent.

Egy másik típusú RNS ezt az aminosavat keresi, egy enzim segítségével befogja, és a fehérjeszintézis helyére szállítja. Ahogy az RNS üzenetet olvassák és lefordítják, az aminosavak lánca növekszik. Ez a lánc egyedi formára csavarodik és összehajt, egyfajta fehérjét hozva létre.
Már a fehérje hajtogatás folyamata is figyelemre méltó: 1027 évbe telne egy közepes méretű, 100 aminosavból álló fehérje összes hajtogatási lehetőségének számítógépes kiszámítása. És a 20 aminosavból álló lánc kialakulásához a szervezetben legfeljebb egy másodpercre van szükség - és ez a folyamat a test minden sejtjében folyamatosan zajlik.

Gének, genetikai kód és tulajdonságai.

Körülbelül 7 milliárd ember él a Földön. Kivéve 25-30 millió egypetéjű ikerpárt, akkor genetikailag minden ember más: mindegyik egyedi, egyedi örökletes jellemzőkkel, jellemvonásokkal, képességekkel, temperamentummal rendelkezik.

Az ilyen különbségeket megmagyarázzák genotípusbeli különbségek- egy szervezet génkészletei; mindegyik egyedi. Egy adott organizmus genetikai tulajdonságai megtestesülnek fehérjékben- ebből következően az egyik ember fehérjéjének szerkezete, bár eléggé eltér egy másik ember fehérjéjétől.

Nem azt jelenti hogy az emberekben nem pontosan ugyanazok a fehérjék vannak. Az azonos funkciókat ellátó fehérjék egy vagy két aminosavban lehetnek azonosak vagy nagyon kis mértékben különbözhetnek egymástól. De nincs olyan ember a Földön (az egypetéjű ikrek kivételével), akikben minden fehérje egyforma lenne.

Információ a fehérje elsődleges szerkezetéről nukleotidszekvenciaként kódolva egy DNS-molekula szakaszában - gén - egy szervezet örökletes információinak egysége. Minden DNS-molekula sok gént tartalmaz. Egy szervezet összes génjének összessége alkotja genotípus .

Az örökletes információk kódolása a genetikai kód , amely minden szervezet számára univerzális, és csak a géneket alkotó nukleotidok váltakozásában különbözik, és meghatározott szervezetek fehérjéit kódolják.

Genetikai kód tartalmazza nukleotidhármasok (triplettek). DNS, amely különböző sorozatok(AAT, HCA, ACH, THC stb.), amelyek mindegyike kódol egy bizonyos aminosav(amely beépül a polipeptidláncba).

Aminosavak 20, a lehetőségeket négy nukleotid kombinációja három csoportban - 64 négy nukleotid elegendő 20 aminosav kódolásához

ezért egy aminosav kódolható több hármas.

A tripletek egy része egyáltalán nem kódol aminosavakat, hanem elindul vagy megáll fehérje bioszintézis.

Valójában kód számít nukleotidszekvenciája egy i-RNS-molekulában, mert információt távolít el a DNS-ből (a folyamat átiratok) és a szintetizált fehérjék molekuláiban található aminosavszekvenciává alakítja át (folyamat adások).

Az mRNS összetétele ACGU nukleotidokat tartalmaz, amelyek triplettjeit ún kodonok: az mRNS-en lévő CHT DNS-en lévő hármasból HCA triplett, az AAG DNS-hármasból pedig UUC triplett lesz.

Pontosan i-RNS kodonok tükrözi a nyilvántartásban szereplő genetikai kódot.

Ily módon genetikai kód - a nukleinsavmolekulák örökletes információinak nukleotidszekvencia formájában történő rögzítésére szolgáló egységes rendszer. Genetikai kód alapított csak négy nukleotidbetűből álló ábécé használatáról, amelyek nitrogénbázisban különböznek egymástól: A, T, G, C.

A genetikai kód alapvető tulajdonságai :

1. A genetikai kód triplett. A triplett (kodon) egy három nukleotidból álló szekvencia, amely egy aminosavat kódol. Mivel a fehérjék 20 aminosavat tartalmaznak, nyilvánvaló, hogy mindegyiket nem kódolhatja egy nukleotid (mivel a DNS-ben csak négyféle nukleotid található, ebben az esetben 16 aminosav marad kódolatlanul). Az aminosavak kódolásához két nukleotid sem elegendő, mivel ebben az esetben csak 16 aminosav kódolható. Ez azt jelenti, hogy az egy aminosavat kódoló nukleotidok legkisebb száma három. (Ebben az esetben a lehetséges nukleotidhármasok száma 4 3 = 64).

2. Redundancia (degeneráció) A kód hármas jellegéből adódik, és azt jelenti, hogy egy aminosavat több hármas is kódolhat (mivel 20 aminosav van, és 64 hármas), kivéve a metionint és a triptofánt, amelyeket csak egy kódol. hármas. Ezen túlmenően egyes tripletek specifikus funkciókat is ellátnak: az mRNS-molekulában az UAA, UAG, UGA tripletek terminációs kodonok, azaz stop jelek, amelyek leállítják a polipeptidlánc szintézisét. A metioninnak megfelelő hármas (AUG), amely a DNS-lánc elején áll, nem aminosavat kódol, hanem az olvasást kezdeményező (izgató) funkciót látja el.

3. A redundanciával együtt a kód rendelkezik a tulajdonsággal egyediség: minden kodon csak egy specifikus aminosavnak felel meg.

4. A kód kollineáris, azok. A gén nukleotidjainak szekvenciája pontosan megegyezik a fehérje aminosavainak szekvenciájával.

5. A genetikai kód nem átfedő és kompakt, azaz nem tartalmaz "írásjeleket". Ez azt jelenti, hogy az olvasási folyamat nem teszi lehetővé az oszlopok (hármasok) átfedésének lehetőségét, és egy bizonyos kodontól kezdődően az olvasás folyamatosan háromszoros háromszorosára halad a stop jelekig ( terminációs kodonok).

6. A genetikai kód univerzális, azaz minden élőlény sejtmag génje ugyanúgy kódolja a fehérjékről szóló információkat, függetlenül ezeknek az organizmusoknak a szerveződési szintjétől és szisztematikus helyzetétől.

Létezik genetikai kódtáblázatok i-RNS kodonok megfejtésére és fehérjemolekulák láncainak felépítésére.

Mátrix szintézis reakciók.

Az élő rendszerekben az élettelen természetben ismeretlen reakciók vannak - reakciók mátrix szintézis .

A "mátrix" kifejezés„technológiában az érmék, érmek öntéséhez használt formát, tipográfiai betűtípust jelölik: az edzett fém pontosan visszaadja az öntéshez használt forma minden részletét. Mátrix szintézis mátrixra való öntéshez hasonlít: az új molekulák szintetizálása szigorúan a már meglévő molekulák szerkezetében lefektetett terv szerint történik.

A mátrix elve rejlik a magban a sejt legfontosabb szintetikus reakciói, mint például a nukleinsavak és fehérjék szintézise. Ezekben a reakciókban a szintetizált polimerekben a monomer egységek pontos, szigorúan specifikus sorrendjét biztosítják.

Ez az irányadó monomerek húzása egy adott helyre sejtek - olyan molekulákká, amelyek mátrixként szolgálnak, ahol a reakció végbemegy. Ha az ilyen reakciók a molekulák véletlenszerű ütközésének eredményeként mennének végbe, végtelenül lassan mennének végbe. Az összetett molekulák mátrix elven alapuló szintézise gyorsan és pontosan történik.

A mátrix szerepe nukleinsavak makromolekulái DNS vagy RNS játszanak a mátrix reakciókban.

monomer molekulák, amelyből a polimer szintetizálódik - nukleotidok vagy aminosavak - a komplementaritás elvének megfelelően szigorúan meghatározott, előre meghatározott sorrendben vannak elrendezve és rögzítve a mátrixon.

Aztán jön monomer egységek "térhálósítása" polimer láncbaés a kész polimert leejtik a mátrixból.

Ezután mátrix kész egy új polimer molekula összeállításához. Nyilvánvaló, hogy ahogy egy adott formára csak egy érme, egy betű önthető, úgy egy adott mátrixmolekulára is csak egy polimert lehet "összerakni".

Mátrix típusú reakciók- az élő rendszerek kémiájának sajátossága. Ezek az alapja minden élőlény alapvető tulajdonságának – annak replikációs képesség.

Nak nek mátrix szintézis reakciók tartalmazza:

1. DNS replikáció - a DNS-molekula önkettőzésének folyamata, amelyet enzimek irányítása alatt hajtanak végre. A hidrogénkötések felszakadása után létrejövő DNS-szálak mindegyikén a DNS-polimeráz enzim részvételével egy leány DNS-szál szintetizálódik. A szintézis anyaga a sejtek citoplazmájában jelenlévő szabad nukleotidok.

A replikáció biológiai értelme az örökletes információ pontos átvitelében rejlik a szülőmolekulától a leánymolekulák felé, ami általában a szomatikus sejtek osztódása során megy végbe.

A DNS-molekula két komplementer szálból áll. Ezeket a láncokat gyenge hidrogénkötések tartják össze, amelyeket enzimek képesek felbontani.

A molekula képes önmegkettőződésre (replikációra), és a molekula minden régi felén egy új fele szintetizálódik.

Ezenkívül egy DNS-molekulán mRNS-molekula szintetizálható, amely azután a DNS-ből kapott információt a fehérjeszintézis helyére továbbítja.

Az információátadás és a fehérjeszintézis mátrixelvet követ, ami összevethető a nyomdában végzett nyomda munkájával. A DNS-ből származó információkat újra és újra lemásolják. Ha a másolás során hibák lépnek fel, az minden további másolaton megismétlődik.

Igaz, a DNS-molekulák információmásolásának néhány hibája javítható – a hibák kiküszöbölésének folyamatát ún. jóvátétel. Az információátadás folyamatában az első reakció a DNS-molekula replikációja és új DNS-szálak szintézise.

2. átírása - i-RNS szintézise a DNS-en, az információ eltávolításának folyamata a DNS-molekulából, amelyet egy i-RNS-molekula szintetizál.

Az I-RNS egy szálból áll, és a komplementaritás szabályának megfelelően DNS-en szintetizálódik egy olyan enzim részvételével, amely aktiválja az i-RNS molekula szintézisének kezdetét és végét.

A kész mRNS molekula a riboszómákon kerül be a citoplazmába, ahol a polipeptid láncok szintézise zajlik.

3. adás - fehérjeszintézis i-RNS-en; az mRNS nukleotidszekvenciájában lévő információnak a polipeptid aminosav-szekvenciájává történő fordításának folyamata.

4 .RNS vagy DNS szintézise RNS-vírusokból

A fehérje bioszintézis során a mátrix reakciók sorrendje a következőképpen ábrázolható rendszer:

átíratlan DNS-szál		A T G	G G C	T A T
átírt DNS-szál		T A C	C C G	A T A
DNS transzkripció
mRNS kodonok		A U G	G G C	U A U
mRNS transzláció
tRNS antikodonok		U A C	C C G	A U A
fehérje aminosavak		metionin	glicin	tirozin

Ily módon fehérje bioszintézis- ez a plasztikus csere egyik fajtája, melynek során a DNS-génekben kódolt örökletes információ a fehérjemolekulák meghatározott aminosav-szekvenciájában realizálódik.

A fehérje molekulák lényegében polipeptid láncok egyedi aminosavakból épül fel. De az aminosavak nem elég aktívak ahhoz, hogy önmagukban kapcsolódjanak egymással. Ezért, mielőtt egyesülnének egymással és fehérjemolekulát alkotnának, az aminosavaknak szükségük van aktiválja. Ez az aktiválás speciális enzimek hatására történik.

Az aktiválás következtében az aminosav labilisabbá válik, és ugyanazon enzim hatására tRNS-hez kötődik. Mindegyik aminosav szigorúan megfelel specifikus tRNS, melyik talál"saját" aminosav és elviseli be a riboszómába.

Ezért a riboszóma különféle aktivált aminosavak kapcsolódnak a tRNS-eikhez. A riboszóma olyan szállítószalag hogy fehérjeláncot állítson össze az abba bejutó különféle aminosavakból.

Egyidejűleg a t-RNS-sel, amelyen a saját aminosav "ül", " jel" a sejtmagban található DNS-ből. Ennek a jelnek megfelelően egy vagy másik fehérje szintetizálódik a riboszómában.

A DNS fehérjeszintézisre gyakorolt ​​​​irányító hatása nem közvetlenül, hanem egy speciális közvetítő segítségével történik - mátrix vagy hírvivő RNS (mRNS vagy i-RNS), melyik a sejtmagban szintetizálódik DNS hatására, így összetétele a DNS összetételét tükrözi. Az RNS-molekula mintegy DNS-formájú öntvény. A szintetizált mRNS bejut a riboszómába, és mintegy ebbe a szerkezetbe továbbítja terv- milyen sorrendben kell a riboszómába kerülő aktivált aminosavakat egymással kombinálni egy bizonyos fehérje szintéziséhez. Másképp, a DNS-ben kódolt genetikai információ mRNS-be, majd fehérjébe kerül.

Az mRNS molekula belép a riboszómába és villog neki. Meghatározzák azt a szegmenst, amely jelenleg a riboszómában van kodon (hármas), teljesen sajátos módon kölcsönhatásba lép a számára megfelelő szerkezettel hármas (antikodon) a transzfer RNS-ben, amely az aminosavat a riboszómába juttatta.

Transzfer RNS-t a saját aminosavával illik specifikus mRNS kodonhoz és összeköt vele; az i-RNS következő, szomszédos helyére egy másik tRNS-t köt hozzá egy másik aminosavés így tovább, amíg a teljes i-RNS láncot be nem olvassuk, amíg az összes aminosav a megfelelő sorrendben felfűződik, fehérjemolekulát képezve.

És a t-RNS, amely az aminosavat a polipeptidlánc egy meghatározott helyére szállította, aminosavától megszabadulvaés kilép a riboszómából.

Aztán megint a citoplazmában a kívánt aminosav csatlakozhat hozzá, és újra elviselni be a riboszómába.

A fehérjeszintézis folyamatában nem egy, hanem több riboszóma, poliriboszóma vesz részt egyszerre.

A genetikai információ átvitelének fő szakaszai:

szintézis DNS-en, mint i-RNS-templáton (transzkripció)

szintézis a polipeptid lánc riboszómáiban az i-RNS-ben foglalt program szerint (transzláció).

A szakaszok minden élőlény számára univerzálisak, de e folyamatok időbeli és térbeli kapcsolatai a pro- és az eukariótákban eltérőek.

Nál nél eukarióta A transzkripció és a transzláció térben és időben szigorúan elválik egymástól: a sejtmagban a különböző RNS-ek szintézise megy végbe, amely után az RNS-molekuláknak el kell hagyniuk a sejtmagot, áthaladva a magmembránon. Ezután a citoplazmában az RNS a fehérjeszintézis helyére - a riboszómákba - kerül. Csak ezután jön a következő szakasz - a fordítás.

A prokariótákban a transzkripció és a transzláció egyszerre történik.

Ily módon

a fehérjék és az összes enzim szintézisének helye a sejtben a riboszómák - ez olyan "gyárak" protein, mintegy összeszerelő műhely, ahol minden olyan anyagot szállítanak, amely egy fehérje polipeptidláncának aminosavakból történő összeállításához szükséges. A szintetizált fehérje természete függ az i-RNS szerkezetétől, a benne lévő nukleoidok sorrendjétől, az i-RNS szerkezete pedig a DNS szerkezetét tükrözi, így a végén a fehérje sajátos szerkezete, azaz a A benne lévő különböző aminosavak a DNS-ben lévő nukleoidok sorrendjétől függenek a DNS szerkezetétől.

A fehérje bioszintézis kimondott elméletét ún mátrix elmélet. Mátrix ez az elmélet mert hívták hogy a nukleinsavak olyan mátrixok szerepét töltik be, amelyekben minden információ rögzítésre kerül a fehérjemolekulában lévő aminosavak szekvenciájáról.

A fehérje bioszintézis mátrix elméletének megalkotása és az aminosav kód dekódolása század legnagyobb tudományos eredménye, a legfontosabb lépés az öröklődés molekuláris mechanizmusának feltárása felé.

Tematikus feladatok

A1. Melyik állítás helytelen?

1) a genetikai kód univerzális

2) a genetikai kód degenerált

3) a genetikai kód egyéni

4) a genetikai kód triplet

A2. Egy DNS-hármas kódolja:

1) az aminosavak sorrendje egy fehérjében

2) a szervezet egyik jele

3) egy aminosav

4) több aminosav

A3. A genetikai kód "írásjelei".

1) indítsa el a fehérjeszintézist

2) állítsa le a fehérjeszintézist

3) kódolnak bizonyos fehérjéket

4) kódolnak egy aminosavcsoportot

A4. Ha egy békában a VALIN aminosavat a GU hármas kódolja, akkor egy kutyában ezt az aminosavat hármasok kódolhatják:

1) GUA és GUG

2) UUC és UCA

3) CCU és CUA

4) UAG és UGA

A5. A fehérjeszintézis jelenleg befejeződött

1) kodonfelismerés antikodon által

2) i-RNS bevitele a riboszómákon

3) "írásjel" megjelenése a riboszómán

4) aminosav kapcsolódás a tRNS-hez

A6. Adjon meg egy olyan sejtpárt, amelyben egy személy különböző genetikai információkat tartalmaz?

1) máj- és gyomorsejtek

2) neuron és leukocita

3) izom- és csontsejtek

4) nyelvsejt és tojás

A7. Az i-RNS szerepe a bioszintézis folyamatában

1) örökletes információk tárolása

2) aminosavak szállítása a riboszómákba

3) információ átvitele a riboszómákba

4) a bioszintézis folyamatának felgyorsítása

A8. A tRNS antikodon UCG nukleotidokból áll. Melyik DNS-hármas komplementer vele?

1869-ben Johann Friedrich Miescher svájci biokémikus fedezte fel, izolálta a sejtmagokból és írta le először a DNS-t. De csak 1944-ben O. Avery, S. McLeod és M. McCarthy bizonyította a DNS genetikai szerepét, vagyis megbízhatóan megállapították, hogy az örökletes információ átvitele a dezoxiribonukleinsavhoz kapcsolódik. Ez a felfedezés erőteljes tényező volt az öröklődés molekuláris szintű tanulmányozásában. Azóta megindult a molekuláris biológia és a genetika rohamos fejlődése.

Nukleinsavak (a lat. sejtmag - mag) természetes nagy molekulatömegű szerves vegyületek, amelyek az élő szervezetekben örökletes (genetikai) információk tárolását és továbbítását biztosítják. Ide tartoznak: szén (C), hidrogén (H), oxigén (O), foszfor (P). A nukleinsavak szabálytalan biopolimerek, amelyek monomerekből - nukleotidokból állnak. Minden nukleotid tartalmaz:

· nitrogén bázis,

· egyszerű szén – 5 szénatomos cukorpentóz (ribóz vagy dezoxiribóz),

· foszforsav maradék.

Kétféle nukleinsav létezik: dezoxiribonukleinsav – dezoxiribózt tartalmazó DNS, és ribonukleinsav – ribózt tartalmazó RNS.

Vegye figyelembe a nukleinsavak mindegyik típusát.

A DNS szinte kizárólag a sejtmagban található, néha organellumokban: mitokondriumokban, plasztidokban. A DNS egy polimer vegyület, amelynek állandó (stabil) tartalma a sejtben.

A DNS szerkezete.Szerkezetében a DNS-molekula két polimerláncból áll, amelyek egymáshoz kapcsolódnak és kettős hélix formájában csavarodnak össze (1. ábra).

D. Watson és F. Crick 1953-ban alkotta meg a DNS-szerkezet modelljét, amelyért mindketten Nobel-díjat kaptak. A kettős hélix szélessége mindössze 0,002 mikron (20 angström), hossza azonban kivételesen nagy - akár több tíz, sőt több száz mikrométer is lehet (összehasonlításképpen: a legnagyobb fehérjemolekula hossza kibontott formában igen nem haladhatja meg a 0,1 mikront).

A nukleotidok egymástól távol helyezkednek el - 0,34 nm, és a hélix fordulatánként 10 nukleotid van. A DNS molekulatömege nagy: több tíz, sőt több száz millió. Például a molekulatömeg (M r) a Drosophila legnagyobb kromoszómája 7,9 10 10 .

Egy lánc alapvető szerkezeti egysége egy nukleotid, amely nitrogéntartalmú bázisból, dezoxiribózból és foszfátcsoportból áll. A DNS 4 típusú nitrogénbázist tartalmaz:

· purin - adenin (A) és guanin (G),

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

A purinbázisok teljes száma megegyezik a pirimidinbázisok összegével.

A DNS-nukleotidok szintén 4 típusúak lesznek: adenil (A), guanil (G), citidil (C) és timidil (T). Az összes DNS-nukleotid polinukleotid láncba kapcsolódik a dezoxiribózok között elhelyezkedő foszforsav-maradékok miatt. Egy polinukleotid láncban legfeljebb 300 000 vagy több nukleotid lehet.

Így a DNS minden szála egy polinukleotid, amelyben a nukleotidok szigorúan meghatározott sorrendben vannak elrendezve. A nitrogéntartalmú bázisok olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy hidrogénkötések jönnek létre közöttük. Egy fontos mintázat egyértelműen megmutatkozik elrendezésükben: az egyik lánc adeninje (A) a másik lánc timinjéhez (T) két hidrogénkötéssel, az egyik lánc guaninja (G) pedig három hidrogénkötéssel kapcsolódik a citozinhoz. (C) egy másik lánc, ami A-T és G-C párok kialakulását eredményezi. Ezt a nukleotidok szelektív összekapcsolásának képességét komplementaritásnak nevezzük, vagyis a nukleotidpárok közötti térbeli és kémiai megfeleltetésnek (lásd a 2. ábrát).

Az egyik lánc nukleotidjainak összekapcsolási szekvenciája ellentétes (komplementer) a másikéval, azaz az egyik DNS-molekulát alkotó láncok többirányúak vagy antiparallelek. A láncok egymás körül csavarodnak, és kettős spirált alkotnak. A nagyszámú hidrogénkötés biztosítja a DNS-szálak erős összekapcsolását, és stabilitást ad a molekulának, miközben megtartja mobilitását - enzimek hatására könnyen letekerődik (despiralizálódik).

DNS-replikáció (DNS-reduplikáció) - a nukleinsavak makromolekuláinak önszaporodásának (önkettőzésének) folyamata, amely biztosítja a genetikai információ pontos másolását és nemzedékről nemzedékre történő átvitelét.

A DNS-replikáció a sejtosztódás előtti interfázisban történik. Az anya-DNS-molekula (a sejtben a DNS-láncok száma 2n) enzimek hatására az egyik végéről letekeredik, majd mindkét láncon a komplementaritás elve szerint a szabad nukleotidokból leánypolinukleotidláncok egészülnek ki. A mátrixreakciók eredményeként két azonos nukleotid összetételű leány-DNS molekula keletkezik, amelyekben az egyik lánc a régi szülő, a másik pedig egy új, újonnan szintetizált (a sejtben lévő DNS mennyisége 4n lesz). = 2 x 2n).

A DNS funkciói.

1. A fehérjék vagy egyes organellumok szerkezetére vonatkozó örökletes információk tárolása. A genetikai információ legkisebb egysége egy nukleotid után három egymást követő nukleotid – egy triplett. A polinukleotid lánc tripleteinek szekvenciája meghatározza egy fehérjemolekula (a fehérje elsődleges szerkezete) aminosavainak szekvenciáját, és egy gént képvisel. A fehérjékkel együtt a DNS a kromatin része, a sejtmag kromoszómáit alkotó anyag.

2. A sejtosztódás során a replikáció eredményeként öröklődő információ átvitele az anyasejtről a lányra.

3. A bioszintézis mátrixreakcióinak eredményeként a sejtre és szervezetre jellemző fehérjék termelése révén örökletes (gének formájában tárolt) információk megvalósítása. Ugyanakkor az egyik láncán a komplementaritás elve szerint hírvivő RNS molekulák szintetizálódnak a molekulát körülvevő környezet nukleotidjaiból.

Az RNS egy ingadozó (labilis) tartalmú vegyület a sejtben.

Az RNS szerkezete.Az RNS-molekulák szerkezetüket tekintve kisebbek, mint a 20-30 ezer (tRNS) és 1 millió közötti molekulatömegű DNS-molekulák (rRNS), az RNS egyszálú molekula, amely ugyanúgy épül fel, mint az egyik DNS-lánc. . RNS monomerek - a nukleotidok nitrogéntartalmú bázisból, ribózból (pentóz) és foszfátcsoportból állnak. Az RNS 4 nitrogénbázist tartalmaz:

· purin - adenin (A);

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

Az RNS-ben a timint a hozzá szerkezetében közel álló uracil helyettesíti (nukleotid - uridil. A nukleotidok a DNS-hez hasonlóan polinukleotid láncban kapcsolódnak össze, a ribózok között elhelyezkedő foszforsavmaradékok miatt.

Hely a cellában Az RNS között vannak: nukleáris, citoplazmatikus, mitokondriális, plasztid.

Funkció szerint Az RNS-ek között vannak: transzport, információ és riboszómális.

Transzfer RNS-ek (tRNS-ek) - egyszálú, de intramolekuláris hidrogénkötések által létrehozott háromdimenziós "lóherelevél" szerkezettel rendelkezik (3. ábra). A tRNS molekulák a legrövidebbek. 80-100 nukleotidból áll. A sejt teljes RNS-tartalmának körülbelül 10%-át teszik ki. Az aktivált aminosavakat (mindegyik tRNS-nek megvan a maga aminosava, összesen 61 tRNS ismert) a riboszómákba juttatják a sejtben zajló fehérjeszintézis során.”

Információs (mátrix) RNS (mRNS, mRNS) - egyszálú molekula, amely a sejtmagban lévő DNS-molekulán történő transzkripció eredményeként jön létre (géneket másol), és egy fehérjemolekula elsődleges szerkezetére vonatkozó információkat hordoz a riboszómák fehérjeszintézisének helyére. Egy mRNS-molekula 300-3000 nukleotidból állhat. Az mRNS részesedése a sejt teljes RNS-tartalmának 0,5-1%-át teszi ki.

Riboszomális RNS (rRNS) - a legnagyobb egyszálú molekulák, amelyek komplex komplexeket képeznek olyan fehérjékkel, amelyek támogatják a riboszómák szerkezetét, amelyeken a fehérjeszintézis zajlik.

Az rRNS a sejt teljes RNS-tartalmának körülbelül 90%-át teszi ki.

Egy szervezet összes genetikai információja (fehérjéinek szerkezete) a DNS-ében található, amely génekké egyesített nukleotidokból áll. Emlékezzünk vissza, hogy a gén egy örökletes információ egysége (a DNS-molekula egy része), amely információt tartalmaz egy fehérje - egy enzim - szerkezetéről. Az élőlények tulajdonságait meghatározó géneket ún szerkezeti. A szerkezeti gének expresszióját szabályozó géneket pedig ún szabályozó. Egy gén megnyilvánulása (kifejezése) (örökletes információ realizálása) a következőképpen történik:

A génexpresszió megvalósításához létezik egy genetikai kód - szigorúan rendezett kapcsolat a nukleotidbázisok és az aminosavak között (12. táblázat).

12. táblázat Genetikai kód

A genetikai kód alapvető tulajdonságai.

Hármasság- az aminosavak kódolását a nukleotidbázisok hármasai (triplettek) végzik. A kódoló tripletek száma 64 (4 féle nukleotid: A, T, C, G, 4 3 = 64).

EgyértelműségMinden hármas csak egy aminosavat kódol.

degeneráltság- a kódoló tripletek száma meghaladja az aminosavak számát (64 > 20). Vannak olyan aminosavak, amelyeket egynél több triplet kódol (az ilyen aminosavak gyakoribbak a fehérjékben). Három hármas van, amelyek nem kódolnak egyetlen aminosavat sem (UAA, UAG, UGA). Ezeket "nonszensz kodonoknak" nevezik, és a "stop jelek" szerepét töltik be, ami a génrögzítés végét jelenti (a kódoló kodonok száma összesen 61).

Nem átfedés (folytonosság) - Az mRNS-szintézis során a DNS-hármasok leolvasása szigorúan három egymást követő nukleotid mentén megy végbe, a szomszédos kodonok átfedése nélkül. A génen belül nincsenek "írásjelek".

Sokoldalúság - ugyanazok a tripletek ugyanazokat az aminosavakat kódolják a Földön élő összes szervezetben.

Az aminosavnevek gyakori rövidítései:

FEN - fenilalanin; GIS - hisztidin;

LEI - leucin; GLN - glutamin;

ILE - izoleucin; GLU - glutaminsav;

MET - metionin; LYS - lizin;

VAL - valin; ASN - aszparagin;

SER - sorozat; ASP - aszparaginsav;

PRO - prolin; CIS - cisztein;

TPE - treonin; HÁROM - triptofán;

ALA - alanin; ARG - arginin;

TIR - tirozin; GLI - glicin.

Így a sejtben lévő összes genetikai információ DNS-hordozója közvetlenül nem vesz részt a fehérjeszintézisben (vagyis ennek az örökletes információnak a megvalósításában). Állati és növényi sejtekben a DNS-molekulákat magmembrán választja el a citoplazmától.plazma, ahol a fehérjeszintézis zajlik. A sejtmagból egy közvetítő kerül a riboszómákba - a fehérjék összeállításának helyeibe -, amely a lemásolt információt hordozza, és képes átjutni a magmembrán pórusain. A hírvivő RNS, amely részt vesz a mátrix reakciókban, ilyen közvetítő.

Mátrix reakciók - ezek olyan reakciók új vegyületek szintézisére, amelyek "régi" makromolekulákon alapulnak, amelyek mátrixként, azaz formaként, új molekulák másolásának modelljeként működnek. Az örökletes információ megvalósításának mátrixreakciói, amelyekben a DNS és az RNS részt vesz, a következők:

1. DNS replikáció- a DNS-molekulák megkettőződése, aminek köszönhetően a genetikai információ átvitele generációról generációra történik. A mátrix az anyai DNS, az e mátrix szerint létrejövő újak pedig a leány, újonnan szintetizált 2 DNS-molekula (4. ábra).

2. Átírás(lat. transzkripció - átírás) az RNS-molekulák szintézise a komplementaritás elve szerint az egyik DNS-lánc templátján. A sejtmagban a DNS-függő - RNS polimeráz enzim hatására fordul elő. A Messenger RNS az egyiknem szálú molekula, és a gén kódolója egy kettős szálú DNS-molekula egyik szálából származik. Ha a G nukleotid található az átírt DNS-szálban, akkor a DNS-polimeráz C-t tartalmaz az mRNS-ben, ha T, akkor az A-t tartalmazza az mRNS-ben, ha T, akkor Y-t (timin T nincs benne az RNS-ben; 5. ábra). A DNS-hármasok nyelve az mRNS-kodonok nyelvére fordítódik (az mRNS-ben található tripletteket kodonoknak nevezzük).

A különböző gének transzkripciója eredményeként minden típusú RNS szintetizálódik. Ezután az mRNS, tRNS, rRNS a nukleáris burok pórusain keresztül bejut a sejt citoplazmájába, hogy elláthassák funkcióikat.

3. Adás(lat. translatio - transzmisszió, transzláció) fehérjék polipeptidláncainak szintézise érett mRNS-mátrixon, amelyet riboszómák hajtanak végre. Ennek a folyamatnak több szakasza van:

Az első szakasz a beavatás (a szintézis kezdete - láncok). A citoplazmában egy riboszóma belép az mRNS egyik végébe (pontosan abba, ahonnan a sejtmagban a molekula szintézise elkezdődött), és megkezdi a polipeptid szintézisét. A metionin aminosavat szállító tRNS-molekula (tRNS-meth) a riboszómához kapcsolódik és az mRNS-lánc elejéhez kapcsolódik (mindig az AUG kóddal). Az első tRNS mellé (amelynek semmi köze a szintetizáló fehérjéhez) egy második tRNS kapcsolódik egy aminosavval. Ha az antikodon a tRNS, akkor az aminosavak között peptidkötés jön létre, amelyet egy bizonyos enzim hoz létre. Ezt követően a tRNS elhagyja a riboszómát (a citoplazmába megy egy új aminosavért), és az mRNS egy kodont mozgat.

A második szakasz a megnyúlás (láncnyúlás). A riboszóma az mRNS-molekula mentén nem simán, hanem szakaszosan, hármasról hármasra mozog. A harmadik aminosavat tartalmazó tRNS az antikodonjával kötődik az mRNS kodonjához. Amikor a kötés komplementaritása létrejön, a riboszóma egy újabb „kodon” lépést tesz meg, és a specifikus enzim a második és harmadik aminosavat peptidkötéssel „térhálósítja” – peptidlánc jön létre. A növekvő polipeptidláncban lévő aminosavak abban a szekvenciában kapcsolódnak egymáshoz, amelyben az őket kódoló mRNS kodonok találhatók (6. ábra).

A harmadik szakasz a lánc lezárása (a szintézis vége). Akkor fordul elő, amikor a riboszóma lefordítja a három "nonszensz kodon" (UAA, UAG, UGA) egyikét. A riboszómák leugranak az mRNS-ről, a fehérjeszintézis befejeződött.

Így, ismerve az aminosavak elrendezésének sorrendjét egy fehérjemolekulában, meg lehet határozni a nukleotidok (triplettek) sorrendjét az mRNS-láncban, és ebből - a nukleotidpárok sorrendjét a DNS szakaszban és fordítva, figyelembe véve figyelembe kell venni a nukleotid-komplementaritás elvét.

Természetesen a mátrixreakciók folyamatában bármilyen ok (természetes vagy mesterséges) miatt előfordulhatnak változások - mutációk. Ezek molekuláris szintű génmutációk – a DNS-molekulák különböző károsodásainak eredménye. A molekuláris szinten előforduló génmutációk általában egy vagy több nukleotidot érintenek. A génmutációk minden formája két nagy csoportra osztható.

Első csoport- kereteltolás - egy vagy több nukleotidpár inszerciója vagy deléciója. A jogsértés helyétől függően a kodonok egy vagy másik száma megváltozik. Ez a legsúlyosabb génkárosodás, mivel a fehérje teljesen más aminosavakat tartalmaz.

Az ilyen deléciók és inszerciók az összes spontán génmutáció 80%-át teszik ki.

A legkárosabb hatást az úgynevezett nonszensz mutációk birtokolják, amelyek a stopot okozó terminátor kodonok megjelenésével járnak.ku fehérjeszintézis. Ez a fehérjeszintézis idő előtti leállásához vezethet, amely gyorsan lebomlik. Ennek eredménye a sejthalál vagy az egyedfejlődés természetének megváltozása.

A gén kódoló részének szubsztitúciójával, deléciójával vagy inszerciójával kapcsolatos mutációk fenotípusosan aminosavak szubsztitúciójaként jelennek meg egy fehérjében. Az aminosavak jellegétől és a sérült terület funkcionális jelentőségétől függően a fehérje funkcionális aktivitásának teljes vagy részleges elvesztése következik be. Ez általában az életképesség csökkenésében, az organizmusok jellemzőinek megváltozásában stb.

Második csoportgénmutációk bázispárok nukleotidjainak helyettesítésével. Kétféle alaphelyettesítés létezik:

1. Átmenet- egy purin helyettesítése purinbázissal (A jelentése G vagy G jelentése A) vagy egy pirimidin helyettesítése pirimidinnel (C helyett T vagy T, C).

2. Transzverzió- egy purinbázis helyettesítése pirimidinbázissal vagy fordítva (A jelentése C, vagy G jelentése T, vagy A jelentése Y).

A transzverzió szembetűnő példája a sarlósejtes vérszegénység, amely a hemoglobin szerkezetének örökletes rendellenessége miatt következik be. Az egyik hemoglobin láncot kódoló mutáns génben csak egy nukleotid tör meg, és az adenint uracil (GAA a GUA) helyettesíti az mRNS-ben.

Ennek hatására a biokémiai fenotípus megváltozik, a hemoglobinláncban a glutaminsavat valin váltja fel. Ez a csere megváltoztatja a hemoglobinmolekula felületét: a bikonkáv korong helyett az eritrocita sejtek sarlószerűvé válnak, és vagy eltömítik a kis ereket, vagy gyorsan eltávolítják a keringésből, ami gyorsan anémia.

Így a génmutációk jelentősége egy szervezet életében nem azonos:

· néhány „néma mutáció” nem befolyásolja a fehérje szerkezetét és funkcióját (például olyan nukleotidszubsztitúció, amely nem vezet aminosav-szubsztitúcióhoz);

· egyes mutációk a fehérjefunkció teljes elvesztéséhez és a sejthalálhoz vezetnek (például nonszensz mutációk);

· egyéb mutációk - az mRNS és az aminosavak minőségi változásával a szervezet jellemzőinek megváltozásához vezetnek;

· és végül néhány, a fehérjemolekulák tulajdonságait megváltoztató mutáció káros hatással van a sejtek élettevékenységére – az ilyen mutációk súlyos betegségeket (például transzverziókat) okoznak.

Az RNS harmadlagos szerkezete

Az RNS másodlagos szerkezete

A ribonukleinsav molekula egyetlen polinukleotid láncból épül fel. Az RNS-lánc különálló szakaszai spiralizált hurkokat - "hajtűket" alkotnak a komplementer A-U és G-C nitrogénbázisok közötti hidrogénkötések miatt. Az ilyen spirális szerkezetekben az RNS-lánc szakaszai antiparallelek, de nem mindig teljesen komplementerek, párosítatlan nukleotid-maradékokat vagy akár egyszálú hurkokat tartalmaznak, amelyek nem illeszkednek a kettős hélixbe. A spiralizált régiók jelenléte minden RNS-típusra jellemző.

Az egyszálú RNS-ekre egy kompakt és rendezett harmadlagos szerkezet jellemző, amely a másodlagos szerkezet spirális elemeinek kölcsönhatásából adódik. Így lehetőség nyílik további hidrogénkötések kialakítására az egymástól kellően távol lévő nukleotid-maradékok között, vagy kötések kialakítása a ribóz-maradékok és bázisok OH-csoportjai között. Az RNS harmadlagos szerkezetét kétértékű fémionok, például Mg 2+ ionok stabilizálják, amelyek nemcsak foszfátcsoportokhoz, hanem bázisokhoz is kötődnek.

A mátrix szintézis reakciói során polimerek képződnek, amelyek szerkezetét teljes mértékben a mátrix szerkezete határozza meg. A mátrix szintézis reakciói a nukleotidok közötti komplementer kölcsönhatásokon alapulnak.

Replikáció (reduplikáció, DNS megkettőződése)

Mátrix- anyai DNS-szál
Termék- újonnan szintetizált leány DNS szál
komplementaritás a DNS szülő- és leányszálának nukleotidjai között

A DNS kettős hélix két egyszálra tekercselődik, majd a DNS-polimeráz enzim minden egyes szálat kettős szálgá teszi a komplementaritás elve szerint.

Transzkripció (RNS szintézis)

Mátrix- a DNS kódoló szála
Termék– RNS
komplementaritás cDNS és RNS nukleotidok között

A DNS egy bizonyos szakaszában a hidrogénkötések megszakadnak, ami két egyedi szálat eredményez. Az egyiken a komplementaritás elve szerint mRNS épül fel. Ezután leválik és a citoplazmába kerül, és a DNS-láncok ismét összekapcsolódnak egymással.

Fordítás (fehérjeszintézis)

Mátrix– mRNS
Termék- fehérje
komplementaritás mRNS kodonok nukleotidjai és aminosavakat hozó tRNS antikodonjainak nukleotidjai között

A riboszómán belül a tRNS antikodonok a komplementaritás elve szerint kapcsolódnak az mRNS kodonokhoz. A riboszóma egyesíti a tRNS által hozott aminosavakat, és fehérjét képez.

7. Polipeptidlánc kialakítása a szekvenciálisan bejuttatotttól a mRNS tRNS a megfelelő aminosavakkal történik riboszómákon(3.9. ábra).

Riboszómák olyan nukleoprotein szerkezetek, amelyek háromféle rRNS-t és több mint 50 specifikus riboszómális fehérjét tartalmaznak. Riboszómák kis és nagy alegységekből áll. A polipeptid lánc szintézisének beindítása a riboszóma kis alegységének a kötőhelyhez való kapcsolódásával kezdődik. mRNSés mindig egy speciális típusú metionin tRNS részvételével történik, amely az AUG metionin kodonhoz kötődik és az úgynevezett P-helyhez kötődik a riboszóma nagy alegysége.

Rizs. 3.9. Polipeptid lánc szintézise riboszómán Szintén bemutatjuk az mRNS transzkripcióját és a magmembránon keresztül a sejt citoplazmájába való átvitelét.

Következő mRNS kodon, amely az AUG-indító kodon után helyezkedik el, a nagy alegység A-helyére esik riboszómák, ahol a megfelelő antikodonnal rendelkező amino-acil-tRNS-sel való kölcsönhatásra "helyettesített". Miután megfelelő tRNS kötődik az A-helyen található mRNS kodonhoz, a peptidil-transzferáz segítségével peptidkötés jön létre, amely a riboszóma nagy alegységének része, és az aminoacil-tRNS peptidil-tRNS-vé alakul. Ez azt eredményezi, hogy a riboszóma egy kodont előremozdít, a képződött peptidil-tRNS-t a P helyre mozgatja, és felszabadítja az A helyet, amely sorrendben foglalja el a következő mRNS kodont, készen arra, hogy egy megfelelő antikodonnal rendelkező aminoacil-tRNS-sel kombinálódjon. 3.10. ábra).

A polipeptidlánc növekedése a leírt eljárás ismételt megismétlése miatt következik be. Riboszóma mozgó mRNS mentén, kiadja kezdeményező oldalát. A kiindulási helyen a következő aktív riboszómális komplex összeáll, és megkezdődik egy új polipeptid lánc szintézise. Így több aktív riboszóma kapcsolódhat egy mRNS-molekulához, és így poliszómát alkothat. A polipeptid szintézise addig folytatódik, amíg a három stopkodon egyike meg nem találjuk az A helyen. A stopkodont egy speciális terminációs fehérje ismeri fel, amely leállítja a szintézist, és megkönnyíti a polipeptidlánc elválasztását a riboszómától és mRNS.

Rizs. 3.10. Polipeptid lánc szintézise riboszómán. Részletes diagram egy új aminosavnak a növekvő polipeptidlánchoz való hozzáadásával és a riboszóma nagy alegységének A és P régióinak ebben a folyamatban való részvételével.

Riboszóma és mRNS szintén lekapcsolódnak, és készen állnak a polipeptidlánc új szintézisének megkezdésére (lásd 3.9. ábra). Csak emlékeztetni kell arra, hogy a fehérjék a fő molekulák, amelyek biztosítják a sejt és a szervezet létfontosságú tevékenységét. Ezek olyan enzimek, amelyek biztosítják a legbonyolultabb anyagcserét, és szerkezeti fehérjék, amelyek a sejt vázát alkotják és az intercelluláris anyagot alkotják, valamint számos anyag fehérjét szállítanak a szervezetben, például a hemoglobint, amely az oxigént és a fehérjecsatornákat szállítja, amelyek biztosítják. a sejtbe való behatolás és a különféle vegyületek eltávolítása.

a) A szemcsés ER riboszómáin olyan fehérjék szintetizálódnak, amelyek akkor

Bármelyiket eltávolítják a sejtből (fehérjék exportálása),
vagy bizonyos membránszerkezetek (membrán tulajdonképpeni, lizoszómák stb.) részét képezik.

b) Ezzel egyidejűleg a riboszómán szintetizált peptidlánc a vezető végével a membránon keresztül behatol az ER üregébe, ahol ekkor megjelenik a teljes fehérje, és kialakul annak harmadlagos szerkezete.

2. Itt (az EPS tartályok lumenében) megkezdődik a fehérjék módosulása - szénhidrátokhoz vagy más komponensekhez való kötődésük.

8. A sejtosztódás mechanizmusai.

Nukleinsavak.

A nukleinsavakat (NA) először Friedrich Miescher svájci biokémikus fedezte fel 1869-ben.

Az NC-k lineáris, el nem ágazó heteropolimerek, amelyek monomerei foszfodiészter kötésekkel összekapcsolt nukleotidok.

Egy nukleotid a következőkből áll:

nitrogén bázis

Purin (adenin (A) és guanin (G) - molekuláik 2 gyűrűből állnak: 5 és 6 tagú),

Pirimidin (citozin (C), timin (T) és uracil (U) - egy hattagú gyűrű);

szénhidrát (5 szénatomos cukorgyűrű): ribóz vagy dezoxiribóz;

foszforsav maradék.

Az NK-nak két típusa van: DNS és RNS. Az NC-k biztosítják a genetikai (örökletes) információk tárolását, reprodukálását és megvalósítását. Ezt az információt nukleotid szekvenciák formájában kódolják. A nukleotidszekvencia a fehérjék elsődleges szerkezetét tükrözi. Az aminosavak és az azokat kódoló nukleotidszekvenciák közötti megfelelést ún genetikai kód. Mértékegység genetikai kód A DNS és az RNS az hármas- három nukleotidból álló szekvencia.

A nitrogénbázisok típusai	A, G, C, T	A, G, C, Nál nél
A pentózok fajtái	β,D-2-dezoxiribóz	β,D-ribóz
másodlagos szerkezet	Szabályos, 2 egymást kiegészítő láncból áll	Szabálytalan, egy lánc egyes szakaszai kettős hélixet alkotnak
Molekulatömeg (a nukleotid egységek száma az elsődleges láncban) vagy 250-1,2x105 kDa (kilodalton)	Ezrekről, milliókról	Körülbelül tíz és száz
Lokalizáció a cellában	Mag, mitokondriumok, kloroplasztiszok, centriolok	Nukleolusz, citoplazma, riboszómák, mitokondriumok és plasztidok
	Tárolás, továbbítás és sokszorosítás az öröklött információk több generációjában	Az örökletes információk megvalósítása

DNS (dezoxiribonukleinsav) egy nukleinsav, amelynek monomerjei dezoxiribonukleotidok; ez a genetikai információ anyai hordozója. Azok. az egyes sejtek és az egész szervezet szerkezetére, működésére és fejlődésére vonatkozó minden információ DNS nukleotid szekvenciák formájában rögzítésre kerül.

A DNS elsődleges szerkezete egyszálú molekula (fág).

A polimer makromolekula további tömörödését másodlagos szerkezetnek nevezzük. 1953-ban James Watson és Francis Crick felfedezték a DNS másodlagos szerkezetét, a kettős hélixet. Ebben a hélixben a foszfátcsoportok a hélixek külső oldalán, míg a bázisok belül vannak, 0,34 nm-es távolságra. A láncokat a bázisok közötti hidrogénkötések tartják össze, és egymás körül és egy közös tengely körül csavaródnak.

Az antiparallel szálak bázisai a hidrogénkötések következtében komplementer (kölcsönösen komplementer) párokat alkotnak: A = T (2 csatlakozás) és G ≡ C (3 csatlakozás).

A komplementaritás jelenségét a DNS szerkezetében Erwin Chargaff fedezte fel 1951-ben.

Chargaff-szabály: a purinbázisok száma mindig megegyezik a pirimidinbázisok számával (A+G)=(T+C).

A DNS harmadlagos szerkezete egy kettős szálú molekula hurkokká való további hajtogatása a hélix szomszédos menetei közötti hidrogénkötések következtében (supercoiling).

A DNS kvaterner szerkezete a kromatidák (a kromoszóma 2 szála).

A DNS-szálak röntgenmintázata, amelyet először Morris Wilkins és Rosalind Franklin vett fel, azt jelzik, hogy a molekula spirális szerkezetű, és egynél több polinukleotid láncot tartalmaz.

A DNS-nek több családja létezik: A, B, C, D, Z-formák. A sejtekben általában a B-forma található. A Z kivételével minden forma jobbkezes spirál.

A DNS replikációja (önduplikációja). - ez az egyik legfontosabb biológiai folyamat, amely biztosítja a genetikai információ szaporodását. A replikáció két komplementer szál elválasztásával kezdődik. Mindegyik szálat templátként használjuk egy új DNS-molekula kialakításához. Az enzimek részt vesznek a DNS-szintézis folyamatában. A két leánymolekula mindegyike szükségszerűen tartalmaz egy régi és egy új hélixet. Az új DNS-molekula nukleotidszekvenciáját tekintve teljesen azonos a régivel. Ez a replikációs módszer biztosítja az eredeti DNS-molekulában rögzített információk pontos reprodukálását a leánymolekulákban.

Egy DNS-molekula replikációja eredményeként két új molekula jön létre, amelyek az eredeti molekula pontos másolata - mátrixok. Minden új molekula két láncból áll – az egyik a szülőből és a másik a testvérláncból. Ezt a DNS-replikáció mechanizmusát ún félig konzervatív.

Azokat a reakciókat, amelyekben az egyik heteropolimer molekula mátrixként (formaként) szolgál egy másik, komplementer szerkezetű heteropolimer molekula szintéziséhez, ún. mátrix típusú reakciók. Ha a reakció során ugyanabból az anyagból mátrixként szolgáló molekulák keletkeznek, akkor a reakciót ún autokatalitikus. Ha egy reakció során az egyik anyag mátrixán egy másik anyag molekulái képződnek, akkor egy ilyen reakciót ún. heterokatalitikus. Így a DNS-replikáció (azaz DNS-szintézis DNS-templáton) az mátrixszintézis autokatalitikus reakciója.

A mátrix típusú reakciók a következők:

DNS replikáció (DNS szintézise DNS templáton),

DNS-transzkripció (RNS szintézise DNS-templáton),

RNS-transzláció (fehérjeszintézis RNS-templáton).

Vannak azonban más templát típusú reakciók is, például RNS-szintézis RNS-templáton és DNS-szintézis RNS-templáton. Az utolsó két típusú reakció akkor figyelhető meg, ha egy sejtet bizonyos vírusok fertőznek meg. DNS szintézise RNS templáton ( fordított átírás) széles körben használják a géntechnológiában.

Minden mátrixfolyamat három szakaszból áll: beindítás (kezdet), megnyúlás (folytatás) és befejezés (vége).

A DNS-replikáció egy összetett folyamat, amelyben több tucat enzim vesz részt. Ezek közül a legfontosabbak a DNS-polimerázok (több típus), a primázok, a topoizomerázok, a ligázok és mások. A DNS-replikáció fő problémája, hogy egy molekula különböző láncaiban a foszforsavmaradékok más-más irányba irányulnak, de a láncnövekedés csak az OH-csoporttal végződő végétől mehet végbe. Ezért a replikált régióban, amelyet ún replikációs villa, a replikációs folyamat eltérően megy végbe a különböző láncokon. Az egyik láncon, amelyet vezetőnek neveznek, a DNS-templáton folyamatos a DNS szintézise. A másik láncon, amelyet késleltetett láncnak neveznek, először a kötődés történik. alapozó- egy specifikus RNS fragmentum. A primer primerként szolgál az úgynevezett DNS-fragmens szintéziséhez Okazaki töredék. Ezt követően a primert eltávolítják, és az Okazaki-fragmenseket a DNS-ligáz enzim egyetlen szálává fuzionálják. DNS-replikáció kíséri jóvátétel– a replikáció során elkerülhetetlenül előforduló hibák kijavítása. Számos jóvátételi mechanizmus létezik.

A replikáció a sejtosztódás előtt történik. A DNS ezen képességének köszönhetően megtörténik az örökletes információ átvitele az anyasejtből a leánysejtekbe.

RNS (ribonukleinsav) egy nukleinsav, amelynek monomerjei ribonukleotidok.

Egy RNS-molekulán belül több olyan régió található, amelyek komplementerek egymással. Ezen komplementer helyek között hidrogénkötések jönnek létre. Ennek eredményeként a kettős és egyszálú struktúrák váltakoznak egy RNS-molekulában, és a molekula teljes konformációja egy lóherelevélre emlékeztet.

Az RNS-t alkotó nitrogénbázisok képesek hidrogénkötéseket kialakítani komplementer bázisokkal mind a DNS-ben, mind az RNS-ben. Ebben az esetben a nitrogéntartalmú bázisok A=U, A=T és G≡C párokat alkotnak. Ez lehetővé teszi az információk átvitelét a DNS-ről az RNS-re, az RNS-ről a DNS-re, és az RNS-ről a fehérjékre.

Az RNS három fő típusa található a sejtekben, amelyek különböző funkciókat látnak el:

1. Tájékoztató, vagy mátrix RNS (mRNS vagy mRNS). Funkció: fehérjeszintézis mátrixa. A sejt RNS 5%-át teszi ki. A fehérjeszintézis során genetikai információt visz át a DNS-ből a riboszómákba. Az eukarióta sejtekben az mRNS-t (mRNS) specifikus fehérjék stabilizálják. Ez lehetővé teszi a fehérjeszintézis folytatását még akkor is, ha a sejtmag inaktív.

Az mRNS egy lineáris lánc, amely több régiót tartalmaz, amelyek különböző funkcionális szerepet töltenek be:

a) az 5" végén van egy sapka ("cap") - megvédi az mRNS-t az exonukleázoktól,

b) ezt egy, a riboszóma kis alegységében lévő rRNS-szakasszal komplementer, nem lefordított régió követi,

c) az mRNS transzlációja (olvasása) a metionint kódoló AUG iniciációs kodonnal kezdődik,

d) az iniciáló kodont a kódoló rész követi, amely információkat tartalmaz a fehérje aminosavainak sorrendjéről.

2. Riboszomális, vagy riboszómális RNS (rRNS). A sejt RNS 85%-át alkotja. Fehérjével kombinálva a riboszómák része, meghatározza a nagy és kis riboszómális alegységek (50-60S és 30-40S alegységek) alakját. Részt vesznek a transzlációban – információolvasást az mRNS-ből a fehérjeszintézisben.

Az alegységeket és az őket alkotó rRNS-eket általában ülepedési állandójukkal jelölik. S - ülepedési együttható, Svedberg egység. Az S érték a részecskék ultracentrifugálás közbeni ülepedési sebességét jellemzi, és arányos molekulatömegükkel. (Például a 16 Svedberg-egység ülepedési együtthatóval rendelkező prokarióta rRNS-t 16S rRNS-nek nevezzük).

Így többféle rRNS-t izolálnak, amelyek a polinukleotid lánc hosszában, tömegében és riboszómákban való elhelyezkedésében különböznek: 23-28S, 16-18S, 5S és 5,8S. Mind a prokarióta, mind az eukarióta riboszómák 2 különböző nagy polimer RNS-t tartalmaznak, mindegyik alegységhez egyet, és egy alacsony molekulatömegű RNS-t, az 5S RNS-t. Az eukarióta riboszómák alacsony molekulatömegű 5,8S RNS-t is tartalmaznak. Például prokariótákban a 23S, 16S és 5S rRNS szintézise, ​​eukariótákban - 18S, 28S, 5S és 5,8S.

80S riboszóma (eukarióta)

Kis 40S alegység Nagy 60S alegység

18SrRNS (~2000 nukleotid), - 28SrRNS (~4000 nt),

5,8SrRNS (~155 nt),

5SrRNS (~121 nt),

~30 fehérje. ~45 fehérje.

70S-riboszóma (prokarióta)

Kis 30S alegység Nagy 50S alegység

16SrRNS, - 23SrRNS,

~20 fehérje. ~30 fehérje.

Nagy polimertartalmú rRNS molekula (ülepedési állandó 23-28S, 50-60S riboszóma alegységekben lokalizálódik).

Nagy polimertartalmú rRNS kis molekulája (ülepedési állandó 16-18S, 30-40S riboszóma alegységekben lokalizálódik).

Kivétel nélkül minden riboszómában van egy alacsony polimer tartalmú 5S rRNS, amely a riboszómák 50-60S alegységeiben lokalizálódik.

Az 5,8S ülepedési állandójú, alacsony polimertartalmú rRNS csak az eukarióta riboszómákra jellemző.

Így a riboszómák összetétele háromféle rRNS-t tartalmaz prokariótákban és négyféle rRNS-t az eukariótákban.

Az rRNS elsődleges szerkezete egy poliribonukleotid lánc.

Az rRNS másodlagos szerkezete a poliribonukleotid lánc spiralizációja önmagára (az RNS-lánc egyes szakaszai spiralizált hurkokat - „hajtűket” alkotnak).

A nagy polimertartalmú rRNS-ek harmadlagos szerkezete a másodlagos szerkezet helikális elemeinek kölcsönhatása.

3. Szállítás RNS (tRNS). A sejt RNS 10%-át teszi ki. Egy aminosavat visz a fehérjeszintézis helyére, azaz. a riboszómákhoz. Minden aminosavnak saját tRNS-e van.

A tRNS elsődleges szerkezete egy poliribonukleotid lánc.

A tRNS másodlagos szerkezete a "lóherelevél" modell, ebben a szerkezetben 4 db kétszálú és 5 db egyszálú régió található.

A tRNS harmadlagos szerkezete stabil, a molekula L-alakú szerkezetté gyűrődik (2 hélix egymásra majdnem merőlegesen).

Minden típusú RNS képződik templát szintézis reakciók eredményeként. A legtöbb esetben az egyik DNS-szál templátként szolgál. Így az RNS-bioszintézis egy DNS-templáton a templát típusú heterokatalitikus reakció. Ezt a folyamatot ún átírásaés bizonyos enzimek – RNS polimerázok (transzkriptázok) – szabályozzák.

Az RNS-szintézis (DNS-transzkripció) az információk DNS-ből mRNS-be történő átírásából áll.

Az RNS szintézis és a DNS szintézis közötti különbségek:

A folyamat aszimmetriája: csak egy DNS-szálat használnak templátként.

Konzervatív folyamat: a DNS-molekula az RNS-szintézis végén visszatér eredeti állapotába. Amikor a DNS-t szintetizálják, a molekulák félig megújulnak, ami félig konzervatívvá teszi a replikációt.

Az RNS-szintézishez nincs szükség primerre, míg a DNS-replikációhoz RNS-primerre van szükség.