Matricos sintezė: aprašymas, savybės ir savybės. Bendrosios biologijos uždavinių sprendimas

Matricos sintezės reakcijų metu susidaro polimerai, kurių struktūrą visiškai lemia matricos struktūra. Matricos sintezės reakcijos yra pagrįstos komplementaria nukleotidų sąveika.

Replikacija (DNR dauginimasis, dubliavimasis).

Matrica – pagrindinė DNR grandinė
Produktas yra naujai susintetinta dukterinės DNR grandinė
Pirminės ir dukterinės DNR grandžių nukleotidų komplementarumas.

DNR dviguba spiralė išsivynioja į dvi atskiras grandines, tada DNR polimerazės fermentas užbaigia kiekvieną atskirą grandinę į dvigubą grandinę pagal komplementarumo principą.

Transkripcija (RNR sintezė).

Šablonas – koduojanti DNR grandinė
Produktas yra RNR
cDNR ir RNR nukleotidų komplementarumas.

Tam tikroje DNR dalyje nutrūksta vandenilio ryšiai, todėl susidaro dvi atskiros grandinės. Ant vieno iš jų pagal komplementarumo principą yra pastatyta mRNR. Tada jis atsiskiria ir patenka į citoplazmą, o DNR grandinės vėl susijungia viena su kita.

Vertimas (baltymų sintezė).

Matrica – mRNR
Produktas yra baltymas
MRNR kodono nukleotidų ir tRNR antikodono nukleotidų, kurie atneša aminorūgštis, komplementarumas.

Ribosomos viduje tRNR antikodonai yra prijungti prie mRNR kodonų pagal komplementarumo principą. Ribosoma sujungia aminorūgštis, kurias atneša tRNR, kad susidarytų baltymas.

Prokariotų ir eukariotų baltymų biosintezės etapai.

Prokariotuose baltymų sintezė vyksta dviem etapais:

1) transkripcija, šios reakcijos produktas yra mRNR;

2) vertimas, šios reakcijos produktas yra polipeptidas.

Šios stadijos gali vykti vienu metu, nes ląstelėje nėra branduolinio apvalkalo.

Baltymų sintezės procesas eukariotuose susideda iš 3 etapų:

1) transkripcija DNR pro-mRNR (produktas: pro-mRNR);

2) apdorojimas - pro-mRNR pavertimas subrendusia mRNR;

3) transliacija mRNR virsta polipeptidu.

Kai kuriais atvejais, norint gauti aktyvų baltymą, būtina jo cheminė transformacija, kuri vadinama modifikacija po vertimo.

Transkripcijos samprata. Prokariotų ir eukariotų transkripcijos struktūriniai ypatumai.

Genas kartu su jo pagalbinėmis sritimis vadinamas transkripcija taigi transkriptonas yra mažiausias funkcinis genomo vienetas.

Įprastą transkripciją sudaro: propaguotojas- transkripcijos pradžios signalas, prie kurio prisijungia RNR polimerazės fermentas; Terminatorius– transkripcijos pabaigos signalas; reguliavimo sritis operatorius, prie kurių kontrolinių baltymų yra prijungti aktyvatoriai ar represoriai (atitinkamai palengvina ir blokuoja transkripciją); struktūrinis genas.

Prokariotų transkripcijos struktūra. Prokariotuose transkripciją sudaro du regionai: reguliavimo Ir struktūrinės. Šios sritys sudaro atitinkamai 10% ir 90%. Reguliavimo sritį sudaro promotorius, operatorius ir terminatorius. Struktūrinė sritis gali būti pavaizduota vienu ar daugiau struktūrinių genų. Pastaruoju atveju juos skiria nejausminės zonos – tarpikliai. Ši transkripcija vadinama operonas.

At eukariotas transkripte taip pat yra reguliavimo Ir struktūrinės plotų, kurių santykinė dalis, priešingai nei prokariotai, yra 90% ir 10%. Reguliavimo regioną sudaro keli reklamuotojai, operatoriai ir terminatoriai. Struktūriniai genai gali būti skirtingose ​​tos pačios chromosomos dalyse ar net skirtingose ​​chromosomose. Struktūrinis transkripcijos regionas turi su pertrūkiais(mozaikinė) struktūra: regionai, kuriuose yra informacija apie aminorūgščių seką baltyme (koduojanti arba egzonai) su nekoduojančiais fragmentais ( intronai). Intronų skaičius skirtinguose organizmuose skiriasi, tačiau, kaip taisyklė, bendras intronų ilgis viršija bendrą egzonų ilgį.

transkripcijos mechanizmai.

Transkripcija- tai DNR dalies kopijavimas jos komplementarios pro-mRNR (mRNR pirmtako) pavidalu, vykstantis ląstelės branduolyje. Jis prasideda nuo RNR polimerazės fermento prijungimo prie promotoriaus. DNR tam tikroje srityje išsivynioja, vandeniliniai ryšiai tarp 2 nukleotidų grandinių nutrūksta, todėl susidaro 2 atskiros polinukleotidų grandinės. Laisvieji nukleotidai prie jų prijungiami pagal komplementarumo iš kariolimfos principą. Fermentas ir toliau prideda nukleotidų, kol pasiekia terminatoriaus kodonus. Pasibaigus transkripcijai, DNR atkuria pirminę dvigrandę struktūrą, o pro-mRNR pernešamos į citoplazmą.

Kokios reakcijos, vykstančios ląstelėje, vadinamos matricos sintezės reakcijomis? Kokia yra tokių reakcijų matrica?

Matricų sintezė yra specifinė gyvų organizmų savybė. Matrica – pavyzdys, pagal kurį susidaro kopija. Matricos sintezė – sintezė pagal matricą. Matricos sintezės reakcijos užtikrina tikslią monomerų seką polimerams sukurti.

Ląstelėje vykstančios matricos sintezės reakcijos apima DNR dubliavimosi reakcijas, RNR sintezę ir baltymų sintezę. Šablonas yra DNR mRNR sintezėje ir DNR arba RNR baltymų sintezėje. Šablono sintezės monomerai yra nukleotidai ir aminorūgštys. Monomerai fiksuojami ant matricos pagal komplementarumo principą, sujungiami kryžminiu ryšiu, o po to pašalinami iš matricos. Matricos sintezės reakcijos yra jų pačių rūšies atkūrimo pagrindas.

Kokios reakcijos, vykstančios ląstelėje, vadinamos matricos sintezės reakcijomis? Kokia yra tokių reakcijų matrica?

Šiame puslapyje buvo ieškoma:

• ląstelėje vykstančių matricų sintezės reakcijų monomerai yra
• matricos sintezės reakcijos apima
• kokios reakcijos yra susijusios su matricos sintezės reakcijomis

replikacija

DNR replikacijos procesas vyksta branduolyje, veikiant fermentams ir specialiems baltymų kompleksams. DNR dubliavimo principai:

• * antiparalelizmas : dukterinė kryptis sintezuojama kryptimi nuo 5" iki 3" galas.
• * Nemokamas : dukterinės DNR grandinės struktūrą lemia pirminės grandinės nukleotidų seka, parinkta pagal komplementarumo principą.
• * pusiau tęstinumas : viena iš dviejų DNR grandžių pirmaujantis , yra sintetinamas nuolat, o kitas - atidėtas , su pertraukomis formuojant trumpą Okazaki fragmentai . Taip yra dėl antiparalelizmo savybių.
• * pusiau konservatyvus : reduplikacijos metu gautose DNR molekulėse yra viena konservuota motinos grandinė ir vienas susintetintas vaikas.
• 1) Iniciacija

Pradėti nuo replikacinis taškas prie kurių prisitvirtina replikaciją inicijuojantys baltymai. Veikiant fermentams DNR topoizomerazės Ir DNR helikazės grandinė išsivynioja ir vandeniliniai ryšiai nutrūksta. Toliau vyksta fragmentiškas DNR dvigubos grandinės atskyrimas su formavimu replikacijos šakutė . Fermentai neleidžia DNR grandinėms vėl susijungti.

2) Pailgėjimas

Dukterinės DNR grandinės sintezė vyksta dėl fermento DNR polimerazė , kuris juda kryptimi 5" 3" , parenkant nukleotidus pagal komplementarumo principą. Pirmoji grandis sintetinama nuolat, o atsiliekanti grandis – su pertraukomis. Fermentas DNR ligazė jungiasi tarpusavyje Okazaki fragmentai . Specialūs korekciniai baltymai atpažįsta klaidas ir pašalina neteisingus nukleotidus.

3) Nutraukimas

Replikacija baigiasi, kai susitinka dvi replikacijos šakės. Pašalinami baltyminiai komponentai, DNR molekulės spiralizuojamos.

Genetinio kodo savybės

• * trynukas Kiekviena aminorūgštis yra užkoduota 3 nukleotidų kodu.
• * nedviprasmiškas - kiekvienas tripletas koduoja tik tam tikrą rūgštį.
• * Išsigimęs - kiekvieną aminorūgštį koduoja keli tripletai (2-6). Tik du iš jų yra užkoduoti vienu tripletu: triptofanas ir metioninas.
• * nesutampa - kiekvienas kodonas yra nepriklausomas vienetas, o genetinė inf skaitoma tik vienu būdu viena kryptimi
• * Universalus yra vienodas visiems organizmams. Tie patys trynukai koduoja tas pačias aminorūgštis skirtinguose organizmuose.

Genetinis kodas

Paveldima informacija įgyvendinama pagal geno-baltymų bruožų schemą.

Gene - DNR molekulės dalis, kuri neša informaciją apie pirminę vienos baltymo molekulės struktūrą ir yra atsakinga už jos sintezę.

Genetinis kodas - paveldimos inf kodavimo ląstelėje principas. Tai NA nukleotidų tripletų seka, kuri nustato tam tikrą aminorūgščių tvarką baltymuose. Infa, esanti linijinėje nukleotidų sekoje, naudojama kitai sekai sukurti.

4 nukleotidai gali sudaryti 64 trynukas , iš kurių 61 koduoja aminorūgštis. Sustabdyti kodonus - tripletai UAA, UAG, UGA sustabdo polipeptidinės grandinės sintezę.

pradžios kodonas - tripletas AUG lemia polipeptidinės grandinės sintezės pradžią.

Baltymų biosintezė

Vienas iš pagrindinių plastinės apykaitos procesų. Dalis reakcijų vyksta branduolyje, kitos – citoplazmoje. Būtini komponentai: ATP, DNR, i-RNR, t-RNR, r-RNR, Mg 2+, aminorūgštys, fermentai. Susideda iš 3 procesų:

• - transkripcija : mRNR sintezė
• - apdorojimas : mRNR konversija į mRNR
• - transliacija : baltymų sintezė

DNR turi informaciją apie baltymo struktūrą aminorūgščių sekos pavidalu, tačiau kadangi genai nepalieka branduolio, jie tiesiogiai nedalyvauja baltymo molekulės biosintezėje. I-RNR sintetina ląstelės branduolyje DNR ir perneša inf iš DNR į baltymų sintezės vietą (ribosomas). Tada tRNR pagalba iš citoplazmos atrenkamos iRNR komplementarios aminorūgštys. Taip sintetinamos polipeptidinės grandinės.

Transkripcija

1) Iniciacija

MRNR molekulių sintezė DNR gali vykti branduolyje, mitochondrijose ir plastiduose. Veikiant fermentams DNR helikazei ir DNR topoizomerazei, DNR molekulės daliai atsipalaiduoja , nutrūksta vandenilio ryšiai. Skaitymo informacija gaunama tik iš vienos DNR grandinės, kuri vadinama kodavimas kodogeninis . Fermentas RNR polimerazė jungiasi su propaguotojas - DNR zona, kurioje yra starto signalas TATA.

2) Pailgėjimas

Nukleotidų derinimo procesas pagal principą nemokami . RNR polimerazė juda išilgai koduojančios grandinės ir sujungia nukleotidus, sudarydama polinukleotidų grandinę. Procesas tęsiasi iki stop kodonas .

3) Nutraukimas

Sintezės užbaigimas: fermentas ir susintetinta RNR molekulė atskiriami nuo DNR, atkuriama dviguba DNR spiralė.

Apdorojimas

iRNR molekulės transformacija į mRNR per sujungimas branduolyje, veikiant fermentams. Vykdomas trynimas intronai -sritys, kuriose nėra informacijos apie aminorūgščių seką ir kryžminį ryšį egzonai - diagramos, koduojančios aminorūgščių seką. Po to pridedamas AUG stop kodonas, 5' galo uždengimas ir poliadenilinimas, apsaugantis 3' galą. Susidaro brandi mRNR, ji yra trumpesnė ir patenka į ribosomas.

Transliacija

iRNR tripletų nukleotidų sekos vertimo į polipeptidinės grandinės aminorūgščių seką procesas. Atsiranda citoplazmoje ant ribosomų.

1) Iniciacija

Susintetinta mRNR per branduolio poras patenka į citoplazmą, kur, padedama fermentų ir ATP energijos, susijungia su mažas ribosomos subvienetas. Tada iniciatorius tRNR su aminorūgštimi metianinas jungiasi prie peptidilo centro. Be to, esant Mg 2+, pridedama didelis subvienetai.

2) Pailgėjimas

Baltymų grandinės pailgėjimas. Aminorūgštys į ribosomas tiekiamos jų pačių tRNR. tRNR molekulės forma primena šapalą, kurio viduryje yra antikodonas , komplementarus mRNR kodono nukleotidams. Atitinkama aminorūgštis yra prijungta prie priešingos tRNR molekulės bazės.

Pirmoji tRNR yra pritvirtinta peptidilas centre, o antrasis – į aminorūgšties . Tada aminorūgštys susijungia ir susidaro tarp jų peptidas jungtis, atsiranda dipeptidas, pirmoji t-RNR patenka į citoplazmą. Po to ribosoma sudaro 1 trinukleotidą žingsnis pagal mRNR. Dėl to antroji t-RNR yra peptidilo centre, išlaisvinant aminoacilinę. Aminorūgščių prijungimo procesas paima ATP energiją ir reikalauja fermento buvimo. aminoacil-t-RNR sintetazė .

3) Nutraukimas

Kai stopkodonas patenka į aminorūgščių centrą, sintezė baigiama ir į paskutinę aminorūgštį pridedama vandens. Ribosoma pašalinama iš mRNR ir suskyla į 2 subvienetus, tRNR grįžta į citoplazmą.

Nukleino rūgštys.

Nukleino rūgštis (NA) 1869 m. pirmą kartą atrado šveicarų biochemikas Friedrichas Miescheris.

NC yra linijiniai nešakotieji heteropolimerai, kurių monomerai yra nukleotidai, sujungti fosfodiesterio jungtimis.

Nukleotidas sudarytas iš:

azoto bazė

Purinas (adeninas (A) ir guaninas (G) - jų molekulės susideda iš 2 žiedų: 5 ir 6 narių),

Pirimidinas (citozinas (C), timinas (T) ir uracilas (U) – vienas šešių narių žiedas);

angliavandeniai (5 anglies cukranendrių žiedas): ribozė arba dezoksiribozė;

fosforo rūgšties likučių.

Yra 2 NK tipai: DNR ir RNR. NC užtikrina genetinės (paveldimos) informacijos saugojimą, atkūrimą ir įgyvendinimą. Ši informacija yra užkoduota nukleotidų sekų pavidalu. Nukleotidų seka atspindi pirminę baltymų struktūrą. Aminorūgščių ir jas koduojančių nukleotidų sekų atitikimas vadinamas genetinis kodas. vienetas genetinis kodas DNR ir RNR yra trynukas- trijų nukleotidų seka.

DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) yra nukleorūgštis, kurios monomerai yra dezoksiribonukleotidai; ji yra motininė genetinės informacijos nešėja. Tie. visa informacija apie atskirų ląstelių ir viso organizmo sandarą, funkcionavimą ir vystymąsi fiksuojama DNR nukleotidų sekų pavidalu.

Pirminė DNR struktūra yra vienagrandė molekulė (fagai).

Tolesnis polimero makromolekulės pakavimas vadinamas antrine struktūra. 1953 metais Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas atrado antrinę DNR struktūrą – dvigubą spiralę. Šioje spiralėje fosfatų grupės yra spiralių išorėje, o bazės yra viduje, išdėstytos 0, 34 nm intervalais. Grandinės laikomos kartu vandeniliniais ryšiais tarp bazių ir yra susuktos viena aplink kitą ir aplink bendrą ašį.

Antilygiagrečių gijų bazės sudaro viena kitą papildančias poras dėl vandenilinių ryšių: A = T (2 jungtys) ir G ≡ C (3 jungtys).

DNR struktūros komplementarumo fenomeną 1951 metais atrado Erwinas Chargaffas.

Chargaffo taisyklė: purino bazių skaičius visada lygus pirimidino bazių skaičiui (A+G)=(T+C).

Tretinė DNR struktūra – tai tolesnis dvigrandės molekulės susilankstymas į kilpas dėl vandenilinių ryšių tarp gretimų spiralės posūkių (superspiralė).

Ketvirtinė DNR struktūra yra chromatidės (2 chromosomos gijos).

DNR skaidulų rentgeno spindulių difrakcijos modeliai, kuriuos pirmą kartą paėmė Morrisas Wilkinsas ir Rosalind Franklin, rodo, kad molekulė turi spiralinę struktūrą ir joje yra daugiau nei viena polinukleotidų grandinė.

Yra keletas DNR šeimų: A, B, C, D, Z formos. Ląstelėse dažniausiai randama B forma. Visos formos, išskyrus Z, yra dešiniarankės spiralės.

DNR replikacija (savidubliacija). – tai vienas svarbiausių biologinių procesų, užtikrinančių genetinės informacijos dauginimąsi. Replikacija prasideda nuo dviejų vienas kitą papildančių gijų atskyrimo. Kiekviena grandinė naudojama kaip šablonas naujai DNR molekulei formuoti. Fermentai dalyvauja DNR sintezės procese. Kiekviena iš dviejų dukterinių molekulių būtinai turi vieną seną spiralę ir vieną naują. Naujoji DNR molekulė yra visiškai identiška senajai pagal nukleotidų seką. Šis replikacijos būdas užtikrina tikslų informacijos, kuri buvo įrašyta pirminėje DNR molekulėje, atkūrimą dukterinėse molekulėse.

Dėl vienos DNR molekulės replikacijos susidaro dvi naujos molekulės, kurios yra tiksli originalios molekulės kopija - matricos. Kiekviena nauja molekulė susideda iš dviejų grandinių – vienos iš tėvų ir vienos iš sesers. Šis DNR replikacijos mechanizmas vadinamas pusiau konservatyvus.

Reakcijos, kurių metu viena heteropolimero molekulė tarnauja kaip matrica (forma) kitos papildomos struktūros heteropolimero molekulės sintezei, vadinamos. matricos tipo reakcijos. Jei reakcijos metu susidaro tos pačios medžiagos molekulės, kurios tarnauja kaip matrica, tada reakcija vadinama autokatalizinis. Jeigu vykstant reakcijai ant vienos medžiagos matricos susidaro kitos medžiagos molekulės, tai tokia reakcija vadinama heterokatalitinis. Taigi DNR replikacija (t. y. DNR sintezė DNR šablone) yra autokatalitinė matricos sintezės reakcija.

Matricos tipo reakcijos apima:

DNR replikacija (DNR sintezė DNR šablone),

DNR transkripcija (RNR sintezė DNR šablone),

RNR transliacija (baltymų sintezė RNR šablone).

Tačiau yra ir kitų šabloninio tipo reakcijų, pavyzdžiui, RNR sintezė RNR šablone ir DNR sintezė RNR šablone. Paskutiniai dviejų tipų reakcijos stebimos, kai ląstelė yra užkrėsta tam tikrais virusais. DNR sintezė ant RNR šablono ( atvirkštinė transkripcija) yra plačiai naudojamas genų inžinerijoje.

Visi matriciniai procesai susideda iš trijų etapų: pradžios (pradžia), pailgėjimo (tęsinys) ir užbaigimo (pabaiga).

DNR replikacija yra sudėtingas procesas, apimantis daugybę fermentų. Svarbiausios iš jų – DNR polimerazės (kelios rūšys), primazės, topoizomerazės, ligazės ir kt. Pagrindinė DNR replikacijos problema yra ta, kad skirtingose ​​vienos molekulės grandinėse fosforo rūgšties likučiai nukreipiami skirtingomis kryptimis, tačiau grandinės augimas gali vykti tik nuo galo, kuris baigiasi OH grupe. Todėl replikuotame regione, kuris vadinamas replikacijos šakutė, replikacijos procesas skirtingose ​​grandinėse vyksta skirtingai. Vienoje iš grandinių, kuri vadinama pirmaujančia, DNR šablone vyksta nuolatinė DNR sintezė. Kitoje grandinėje, kuri vadinama atsiliekančia grandine, pirmiausia įvyksta surišimas. gruntas- specifinis RNR fragmentas. Pradmenys tarnauja kaip pradmenys DNR fragmento, vadinamo, sintezei Okazaki fragmentas. Vėliau pradmenys pašalinami, o Okazaki fragmentai sujungiami į vieną DNR ligazės fermento grandinę. DNR replikacija yra lydima kompensacijas– klaidų, kurios neišvengiamai atsiranda replikacijos metu, taisymas. Yra daug taisymo mechanizmų.

Replikacija vyksta prieš ląstelių dalijimąsi. Dėl šio DNR gebėjimo paveldima informacija perduodama iš motininės ląstelės į dukterines ląsteles.

RNR (ribonukleino rūgštis) yra nukleorūgštis, kurios monomerai yra ribonukleotidai.

Vienoje RNR molekulėje yra keletas sričių, kurios viena kitą papildo. Tarp šių papildomų vietų susidaro vandeniliniai ryšiai. Dėl to vienoje RNR molekulėje pakaitomis keičiasi dvigrandės ir viengrandės struktūros, o bendra molekulės konformacija primena dobilo lapą.

Azoto bazės, sudarančios RNR, gali sudaryti vandenilio ryšius su komplementarėmis bazėmis tiek DNR, tiek RNR. Šiuo atveju azoto bazės sudaro poras A=U, A=T ir G≡C. Tai leidžia perkelti informaciją iš DNR į RNR, iš RNR į DNR ir iš RNR į baltymus.

Yra trys pagrindiniai RNR tipai, randami ląstelėse, kurios atlieka skirtingas funkcijas:

1. Informacinis, arba matrica RNR (mRNR arba mRNR). Funkcija: baltymų sintezės matrica. Sudaro 5% ląstelių RNR. Perkelia genetinę informaciją iš DNR į ribosomas baltymų sintezės metu. Eukariotinėse ląstelėse mRNR (mRNR) stabilizuoja specifiniai baltymai. Tai leidžia tęsti baltymų biosintezę, net jei branduolys yra neaktyvus.

mRNR yra linijinė grandinė su keliais regionais, atliekančiais skirtingus funkcinius vaidmenis:

a) 5" gale yra dangtelis ("dangtelis") - jis apsaugo mRNR nuo egzonukleazių,

b) po jo seka netransliuota sritis, papildanti rRNR sekciją, kuri yra įtraukta į mažą ribosomos subvienetą,

c) mRNR transliacija (skaitymas) prasideda iniciacijos kodonu AUG, koduojančiu metioniną,

d) po inicijuojančio kodono seka koduojanti dalis, kurioje yra informacija apie aminorūgščių seką baltyme.

2. Ribosominis, arba ribosominės RNR (rRNR). Sudaro 85% ląstelių RNR. Kartu su baltymu jis yra ribosomų dalis, lemia didelių ir mažų ribosomų subvienetų (50-60S ir 30-40S subvienetų) formą. Jie dalyvauja vertime – nuskaito informaciją iš mRNR baltymų sintezėje.

Subvienetai ir juos sudarančios rRNR paprastai žymimi jų sedimentacijos konstanta. S - sedimentacijos koeficientas, Svedberg vnt. S reikšmė apibūdina dalelių nusėdimo greitį ultracentrifugavimo metu ir yra proporcinga jų molekulinei masei. (Pavyzdžiui, prokariotinė rRNR, kurios sedimentacijos koeficientas yra 16 Svedbergo vienetų, yra pažymėta kaip 16S rRNR).

Taigi išskiriami keli rRNR tipai, besiskiriantys polinukleotidų grandinės ilgiu, mase ir lokalizacija ribosomose: 23-28S, 16-18S, 5S ir 5,8S. Tiek prokariotinėse, tiek eukariotinėse ribosomose yra 2 skirtingos didelio polimero RNR, po vieną kiekvienam subvienetui, ir vieną mažos molekulinės masės RNR, 5S RNR. Eukariotinėse ribosomose taip pat yra mažos molekulinės masės 5,8S RNR. Pavyzdžiui, prokariotuose vyksta 23S, 16S ir 5S rRNR sintezė, eukariotuose - 18S, 28S, 5S ir 5,8S.

80S ribosoma (eukariotinė)

Mažas 40S subvienetas Didelis 60S subvienetas

18SrRNR (~ 2000 nukleotidų), - 28SrRNR (~ 4000 nt),

5,8SrRNR (~155 nt),

5SrRNR (~ 121 nt),

~30 baltymų. ~45 baltymai.

70S ribosoma (prokariotinė)

Mažas 30S subvienetas Didelis 50S subvienetas

16SrRNR, - 23SrRNR,

~20 baltymų. ~30 baltymų.

Didelė didelio polimero rRNR molekulė (sedimentacijos konstanta 23-28S, lokalizuota 50-60S ribosomų subvienetuose.

Maža didelio polimero rRNR molekulė (sedimentacijos konstanta 16-18S, lokalizuota 30-40S ribosomų subvienetuose.

Visose be išimties ribosomose yra mažai polimerinės 5S rRNR, lokalizuotos 50-60S ribosomų subvienetuose.

Mažo polimero rRNR, kurios sedimentacijos konstanta yra 5,8S, būdinga tik eukariotų ribosomoms.

Taigi, ribosomų sudėtis apima trijų tipų rRNR prokariotuose ir keturių tipų rRNR eukariotuose.

Pirminė rRNR struktūra yra viena poliribonukleotidų grandinė.

Antrinė rRNR struktūra yra poliribonukleotidinės grandinės spiralizacija ant savęs (atskiros RNR grandinės dalys sudaro spiralizuotas kilpas - „plaukų segtukus“).

Tretinė didelio polimero rRNR struktūra yra antrinės struktūros spiralinių elementų sąveika.

3. Transportas RNR (tRNR). Sudaro 10% ląstelių RNR. Perneša aminorūgštį į baltymų sintezės vietą, t.y. į ribosomas. Kiekviena aminorūgštis turi savo tRNR.

Pirminė tRNR struktūra yra viena poliribonukleotidų grandinė.

Antrinė tRNR struktūra yra „dobilo lapo“ modelis, šioje struktūroje yra 4 dvigrandės ir 5 viengrandės sritys.

Tretinė tRNR struktūra yra stabili, molekulė susilanksto į L formos struktūrą (2 spiralės beveik statmenos viena kitai).

Visų tipų RNR susidaro dėl šablonų sintezės reakcijų. Daugeliu atvejų viena iš DNR grandžių tarnauja kaip šablonas. Taigi RNR biosintezė DNR šablone yra šablono tipo heterokatalitinė reakcija. Šis procesas vadinamas transkripcija ir jį valdo tam tikri fermentai – RNR polimerazės (transkriptazės).

RNR sintezė (DNR transkripcija) susideda iš informacijos perrašymo iš DNR į mRNR.

RNR sintezės ir DNR sintezės skirtumai:

Proceso asimetrija: kaip šablonas naudojama tik viena DNR grandinė.

Konservatyvus procesas: pasibaigus RNR sintezei DNR molekulė grįžta į pradinę būseną. DNR sintezės metu molekulės yra pusiau atnaujinamos, todėl replikacija yra pusiau konservatyvi.

RNR sintezei pradėti nereikia pradmenų, o DNR replikacijai reikalingas RNR pradmuo.

1. Paaiškinkite genetinės informacijos perdavimo seką: genas – baltymas – savybė.

2. Prisiminkite, kuri baltymo struktūra lemia jo struktūrą ir savybes. Kaip ši struktūra užkoduota DNR molekulėje?

3. Kas yra genetinis kodas?

4. Apibūdinkite genetinio kodo savybes.

7. Matricos sintezės reakcijos. Transkripcija

Informacija apie baltymą DNR įrašoma kaip nukleotidų seka ir yra branduolyje. Tiesą sakant, baltymų sintezė vyksta ribosomų citoplazmoje. Todėl baltymų sintezei reikalinga struktūra, kuri perneštų informaciją iš DNR į baltymų sintezės vietą. Toks tarpininkas yra informacija, arba matrica, RNR, kuri perduoda informaciją iš konkretaus DNR molekulės geno į baltymų sintezės vietą ribosomose.

Be informacijos nešiklio reikalingos medžiagos, kurios užtikrintų aminorūgščių patekimą į sintezės vietą ir jų vietos polipeptidinėje grandinėje nustatymą. Tokios medžiagos yra perdavimo RNR, kurios užtikrina aminorūgščių kodavimą ir tiekimą į sintezės vietą. Baltymų sintezė vyksta ribosomose, kurių kūnas yra sudarytas iš ribosominės RNR. Tai reiškia, kad reikia kito tipo RNR – ribosominės.

Genetinė informacija realizuojama trijų tipų reakcijose: RNR sintezėje, baltymų sintezėje, DNR replikacijoje. Kiekviename iš jų linijinėje nukleotidų sekoje esanti informacija naudojama kuriant kitą linijinę seką: arba nukleotidus (RNR arba DNR molekulėse), arba aminorūgštis (baltymų molekulėse). Eksperimentiškai įrodyta, kad būtent DNR yra visų nukleorūgščių sintezės šablonas. Šios biosintetinės reakcijos vadinamos matricos sintezė. Pakankamas matricinių reakcijų paprastumas ir jų vienmatiškumas leido išsamiai ištirti ir suprasti jų mechanizmą, priešingai nei kiti procesai, vykstantys ląstelėje.

Transkripcija

RNR biosintezės iš DNR procesas vadinamas transkripcija.Šis procesas vyksta branduolyje. DNR matricoje sintetinamos visų tipų RNR - informacinės, transportinės ir ribosominės, kurios vėliau dalyvauja baltymų sintezėje. DNR genetinis kodas transkripcijos metu transkribuojamas į pasiuntinio RNR. Reakcija grindžiama papildomumo principu.

RNR sintezė turi keletą savybių. RNR molekulė yra daug trumpesnė ir yra tik nedidelės DNR dalies kopija. Todėl tik tam tikra DNR dalis, kurioje yra informacija apie tam tikrą nukleorūgštį, yra matrica. Naujai susintetinta RNR niekada nelieka prijungta prie pradinio DNR šablono, bet išsiskiria pasibaigus reakcijai. Transkripcijos procesas vyksta trimis etapais.

Pirmas lygmuo - inicijavimas- proceso pradžia. RNR kopijų sintezė prasideda nuo tam tikros DNR srities, kuri vadinama propaguotojas.Šioje zonoje yra tam tikras nukleotidų rinkinys pradžios signalai. Procesą katalizuoja fermentai RNR polimerazės. RNR polimerazės fermentas prisijungia prie promotoriaus, išvynioja dvigubą spiralę ir nutraukia vandenilinius ryšius tarp dviejų DNR grandžių. Tačiau tik vienas iš jų yra RNR sintezės šablonas.

Antrasis etapas - pailgėjimas.Šiame etape vyksta pagrindinis procesas. Vienoje DNR grandinėje, kaip ir matricoje, nukleotidai išsirikiuoja pagal komplementarumo principą (19 pav.). RNR polimerazės fermentas, žingsnis po žingsnio judėdamas DNR grandine, sujungia nukleotidus vienas su kitu, nuolat išvyniodamas DNR dvigubą spiralę. Dėl šio judėjimo susintetinama RNR kopija.

Trečias etapas - nutraukimas. Tai yra paskutinis etapas. RNR sintezė tęsiasi iki stabdymo signalas- tam tikra nukleotidų seka, sustabdanti fermento judėjimą ir RNR sintezę. Polimerazė atskiriama nuo DNR ir susintetintos RNR kopijos. Tuo pačiu metu iš matricos pašalinama ir RNR molekulė. DNR atkuria dvigubą spiralę. Sintezė baigta. Priklausomai nuo DNR srities, tokiu būdu sintetinamos ribosominės, transportinės ir pasiuntinio RNR.

RNR molekulės transkripcijos šablonas yra tik viena iš DNR grandinių. Tačiau skirtingos DNR grandinės gali būti dviejų gretimų genų šablonai. Kuri iš dviejų gijų bus naudojama sintezei, lemia promotorius, nukreipiantis RNR polimerazės fermentą viena ar kita kryptimi.

Po transkripcijos eukariotinių ląstelių pasiuntinio RNR molekulė persitvarko. Jame iškerpamos nukleotidų sekos, kurios neneša informacijos apie šį baltymą. Šis procesas vadinamas sujungimas. Priklausomai nuo ląstelės tipo ir vystymosi stadijos, gali būti pašalintos skirtingos RNR molekulės dalys. Vadinasi, vienoje DNR dalyje sintetinamos skirtingos RNR, kurios neša informaciją apie skirtingus baltymus. Tai užtikrina reikšmingos genetinės informacijos perdavimą iš vieno geno, taip pat palengvina genetinę rekombinaciją.

Ryžiai. 19. Pasiuntinių RNR sintezė. 1 - DNR grandinė; 2 – susintetinta RNR

Klausimai ir užduotys savikontrolei

1. Kokios reakcijos yra susijusios su matricos sintezės reakcijomis?

2. Kokia pradinė matrica visoms matricos sintezės reakcijoms?

3. Kaip vadinasi iRNR biosintezės procesas?

4. Kokie RNR tipai sintetinami DNR?

5. Nustatykite mRNR fragmento seką, jei atitinkamas DNR fragmentas turi seką: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Baltymų biosintezė

Baltymai yra esminiai visų ląstelių komponentai, todėl svarbiausias plastinės apykaitos procesas yra baltymų biosintezė. Jis atsiranda visose organizmų ląstelėse. Tai vieninteliai ląstelės komponentai (išskyrus nukleino rūgštis), kurių sintezė vykdoma tiesiogiai kontroliuojant ląstelės genetinę medžiagą. Visas ląstelės genetinis aparatas – DNR ir įvairių tipų RNR – yra sureguliuotas baltymų sintezei.

Gene– Tai DNR molekulės dalis, atsakinga už vienos baltymo molekulės sintezę. Baltymų sintezei būtina, kad tam tikras genas su DNR būtų nukopijuotas pasiuntinio RNR molekulės pavidalu. Šis procesas buvo aptartas anksčiau. Baltymų sintezė yra sudėtingas kelių etapų procesas ir priklauso nuo įvairių tipų RNR aktyvumo. Tiesioginei baltymų biosintezei reikalingi šie komponentai:

1. Messenger RNR – informacijos nešėja iš DNR į sintezės vietą. iRNR molekulės sintetinamos transkripcijos metu.

2. Ribosomos – organelės, kuriose vyksta baltymų sintezė.

3. Citoplazmoje esančių nepakeičiamų aminorūgščių rinkinys.

4. Perkelkite RNR, koduojančias aminorūgštis ir perneškite jas į sintezės vietą ribosomose.

5. ATP – medžiaga, suteikianti energijos aminorūgščių kodavimo procesams ir polipeptidinės grandinės sintezei.

Perkelkite RNR struktūrą ir aminorūgščių kodavimą

Pernešančios RNR (tRNR) yra mažos molekulės, turinčios 70–90 nukleotidų. tRNR sudaro maždaug 15% visos ląstelės RNR. tRNR funkcija priklauso nuo jos struktūros. tRNR molekulių struktūros tyrimas parodė, kad jos yra tam tikru būdu sulankstytos ir atrodo kaip dobilo lapelis(20 pav.). Molekulėje išskiriamos kilpos ir dvigubos sekcijos, sujungtos dėl komplementarių bazių sąveikos. Svarbiausia yra centrinė kilpa, kurioje yra antikodonas - nukleotido tripletas, atitinkantis konkrečios aminorūgšties kodą. Su savo antikodonu tRNR gali jungtis su atitinkamu mRNR kodonu pagal komplementarumo principą.

Ryžiai. 20. tRNR molekulės struktūra: 1 - antikodonas; 2 - aminorūgšties pritvirtinimo vieta

Kiekviena tRNR gali turėti tik vieną iš 20 aminorūgščių. Tai reiškia, kad kiekvienai aminorūgščiai yra bent viena tRNR. Kadangi aminorūgštis gali turėti kelis tripletus, tRNR rūšių skaičius yra lygus aminorūgščių tripletų skaičiui. Taigi bendras tRNR rūšių skaičius atitinka kodonų skaičių ir yra lygus 61. Nė viena tRNR neatitinka trijų stabdymo kodų.

Viename tRNR molekulės gale visada yra guanino nukleotidas (5' galas), o kitame (3' galas) visada yra trys CCA nukleotidai. Tam tikslui prijungiama aminorūgštis (21 pav.). Kiekviena aminorūgštis prisijungia prie savo specifinės tRNR su atitinkamu antikodonu. Šio prisirišimo mechanizmas yra susijęs su specifinių fermentų – aminoacil-tRNR sintetazių, kurios kiekvieną aminorūgštį prijungia prie atitinkamos tRNR, darbu. Kiekviena aminorūgštis turi savo sintetazę. Aminorūgščių sujungimas su tRNR vyksta dėl ATP energijos, o makroerginis ryšys pereina į ryšį tarp tRNR ir aminorūgšties. Taip suaktyvinamos ir užkoduojamos aminorūgštys.

Baltymų biosintezės etapai. Polipeptidinės grandinės sintezės procesas, atliekamas ribosomoje, vadinamas transliacija. Messenger RNR (mRNR) yra tarpininkas perduodant informaciją apie pirminę baltymo struktūrą, tRNR perneša koduotas aminorūgštis į sintezės vietą ir užtikrina jų junginių seką. Ribosomos surenka polipeptidinę grandinę.