Nukleino rūgštys. Matricos sintezės reakcijos
Biologijos olimpiada. mokyklos etapas. 2016-2017 mokslo metai.
10-11 klasė
1. Neteisinga ląstelės ir audinio koreliacija
A) šaknų plaukas – vientisas audinys
B) polisado parenchimos ląstelė – pagrindinis audinys
C) užpakalinė ląstelė – vidinis audinys
D) kompanioninė ląstelė – išskiriamasis audinys
2. Renginiui, kuris vyks po trijų dienų, reikalingos prinokusios kriaušės. Tačiau tos kriaušės, kurios buvo pirktos šiam tikslui, dar nebuvo subrendusios. Brandinimo procesą galima paspartinti jų įdėjus
A) tamsioje vietoje
B) šaldytuve
B) ant palangės
D) storo popieriaus maišelyje kartu su prinokusiais obuoliais
3. Bryofitai sugebėjo išgyventi sausumoje, nes
A) jie buvo pirmieji augalai, kuriems išsivystė stomata
B) jiems nereikia drėgnos aplinkos reprodukciniam ciklui
C) jie auga žemai virš dirvožemio santykinai drėgnuose regionuose
D) sporofitas tapo nepriklausomas nuo gametofito
4 žinduolių skruostai yra suformuoti kaip
A) prietaisas dideliems maisto kiekiams surinkti
B) kaukolės, ypač žandikaulių, struktūrinių ypatybių rezultatas
B) čiulpimo įtaisas
D) kvėpavimo pagalba
5. Krokodilo širdis savo struktūroje
A) trijų kamerų su nepilna pertvara skilvelyje
B) trijų kamerų
B) keturių kamerų
D) keturių kamerų su skyle pertvaroje tarp skilvelių
6. Fibrinogenas, kuris yra baltymas, dalyvauja kraujo krešėjimui
A) kraujo plazma
B) leukocitų citoplazma
B) dalis trombocitų
D) susidaro naikinant raudonuosius kraujo kūnelius
7. Abiotiniai veiksniai apima tokį ekologinį vienetą kaip
A) biocenozė
B) ekosistema
B) gyventojų
8. Formuojantis vyksta redukcinis dalijimasis (mejozė).
A) bakterijų sporos
B) ulotrix zoosporos
B) marchantia sporos
D) zoosporos phytophthora
9. Iš išvardytų biopolimerų turi šakotą struktūrą
D) polisacharidai
10. Fenilketonurija yra genetinė liga, kurią sukelia recesyvinė mutacija. Tikimybė susilaukti vaiko, jei abu tėvai yra heterozigotiniai dėl šios savybės, yra
11. Paaiškinamas galvakojų ir stuburinių gyvūnų regėjimo organų sandaros panašumas.
A) konvergencija
B) paralelizmas
B) prisitaikymas
D) sutapimas
12. Laisvai plaukianti ascidijos lerva turi stygą ir nervinį vamzdelį. Suaugusiam ascidijoms, kurios gyvena sėsliai, jos išnyksta. Tai yra pavyzdys
A) adaptacijos
B) degeneracija
B) cenogenezė
13. Vandenį nešantys pušų elementai yra
A) žiediniai ir spiraliniai indai
B) tik žiediniai indai
B) tracheidai
D) spiraliniai ir akytieji indai
14. Vaisingumas būdingas
B) ananasai
B) bananas
15. Augalų ląstelių chloroplastuose yra šviesą surenkantys kompleksai
A) ant išorinės membranos
B) ant vidinės membranos
B) ant tilakoidinės membranos
D) stromoje
2 dalis.
Rungtynės (6 taškai).
2.1. Nustatykite atitikimą tarp pilkosios žiurkės ženklo ir rūšies, kuriai jis būdingas, kriterijaus.
2.2. Nustatyti atitiktį tarp funkcijų reguliavimo charakteristikų ir jo metodo.
Nustatykite teisingą seką (6 taškai).
2.3. Nustatykite teisingą geografinės specifikacijos etapų seką.
1) teritorinės izoliacijos atsiradimas tarp tos pačios rūšies populiacijų
2) rūšies arealo išplėtimas ar padalijimas
3) mutacijų atsiradimas izoliuotose populiacijose
4) individų, turinčių tam tikromis aplinkos sąlygomis naudingų savybių, išsaugojimas natūralios atrankos būdu
5) skirtingų populiacijų individų gebėjimo kryžmintis praradimas
2.4. Nustatykite seką, kuria šie procesai vyksta mitozinio ląstelių dalijimosi metu.
1) chromosomos yra išilgai ląstelės pusiaujo
2) chromatidės nukrypsta link ląstelės polių
3) susidaro dvi dukterinės ląstelės
4) chromosomos yra spiralizuotos, kiekviena susideda iš dviejų chromatidžių
5) chromosomos despiralizuojamos
2.5. Jums siūlomos testo užduotys sprendimų forma, su kiekviena iš jų turėtumėte arba sutikti, arba atmesti. Atsakymo matricoje nurodykite atsakymo variantą „taip“ arba „ne“: (10 balų).
1. Nakvišų žiedai renkami į skėtinį žiedyną.
2. Ciliarinės kirmėlės neturi išangės.
3. Peroksisoma yra privaloma eukariotinės ląstelės organelė.
4. Peptidinė jungtis nėra makroerginė.
5. Kepenų ląstelėse gliukagono pridėjimas sukelia glikogeno skaidymą.
6. Abiotiniai veiksniai neįtakoja dviejų giminingų rūšių konkurencinių santykių.
7. Dujų mainų prie lapo funkcijos galimos dėl lenticelių ir hidatodų.
8. Atrajotojų skrandžio dalis, atitinkanti žinduolių vienos kameros skrandį, yra randas.
9. Maisto grandinių ilgį riboja energijos praradimas.
10. Kuo mažesnis kūno kraujagyslių skersmuo, tuo didesnis tiesinis kraujo tėkmės greitis jose.
3 dalis
3.1. Raskite tris klaidas pateiktame tekste. Nurodykite pasiūlymų, kuriuose jie pateikti, numerius, pataisykite (6 balai).
1. Matricos sintezės reakcijos apima krakmolo susidarymą, mRNR sintezę, baltymų surinkimą ribosomose. 2. Matricos sintezė primena monetų liejimą ant matricos: naujos molekulės sintetinamos tiksliai pagal esamų molekulių struktūroje numatytą „planą“. 3. Matricos vaidmenį ląstelėje atlieka chlorofilo molekulės, nukleorūgštys (DNR ir RNR). 4. Ant matricų fiksuojami monomerai, po to jie sujungiami į polimerines grandines. 5. Gatavi polimerai išeina iš matricų. 6. Senos matricos iš karto sunaikinamos, po to formuojamos naujos.
Žmogus turi keturis fenotipus pagal kraujo grupes: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Genas, nustatantis kraujo grupę, turi tris alelius: IA, IB, i0; be to, i0 alelis yra recesyvinis IA ir IB alelių atžvilgiu. Tėvai turi II (heterozigotinę) ir III (homozigotinę) kraujo grupes. Nustatyti tėvų kraujo grupių genotipus. Nurodykite galimus vaikų kraujo grupės genotipus ir fenotipus (skaičius). Sudarykite problemos sprendimo schemą. Nustatykite II kraujo grupės vaikų paveldėjimo tikimybę.
Atsakymai 10-11 klasė
1 dalis. Pasirinkite vieną teisingą atsakymą. (15 taškų)
2.2. maksimalus - 3 taškai, viena klaida - 2 taškai, dvi klaidos - 1b, trys ir daugiau klaidų - 0 taškų
2.4. maksimalus - 3 taškai, viena klaida - 2 taškai, dvi klaidos - 1b, trys ir daugiau klaidų - 0 taškų
3 dalis
3.1. Raskite tris klaidas pateiktame tekste. Nurodykite sakinių, kuriuose jie buvo padaryti, skaičių, pataisykite (3b už teisingą sakinių su klaidomis aptikimą ir 3b - klaidų taisymą).
1. - matricos sintezės reakcijos neapima krakmolo susidarymo, matrica jai nereikalinga;
3. - chlorofilo molekulės nepajėgios veikti kaip matrica, jos neturi komplementarumo savybės;
6. - matricos naudojamos pakartotinai.
3.2. Išspręskite uždavinį (3 taškai).
Problemos sprendimo schema apima:
1) tėvai turi kraujo grupes: II grupė - IAi0 (lytinės ląstelės IA, i0), III grupė - IB IB (lytinės ląstelės IB);
2) galimi vaikų kraujo grupių fenotipai ir genotipai: IV grupė (IAIB) ir III grupė (IBi0);
3) II kraujo grupės paveldėjimo tikimybė yra 0 proc.
Atsakymo forma
Visos Rusijos biologijos olimpiados mokyklos etapas
Dalyvio kodas _____________
1 dalis. Pasirinkite vieną teisingą atsakymą. (15 taškų)
2 dalis.
3 dalis
3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2. Problemos sprendimas
Organizmo metabolizme pagrindinis vaidmuo tenka baltymams ir nukleino rūgštims.
Baltyminės medžiagos sudaro visų gyvybiškai svarbių ląstelių struktūrų pagrindą, pasižymi neįprastai dideliu reaktyvumu ir turi katalizinių funkcijų.
Nukleino rūgštys yra svarbiausio ląstelės organo – branduolio, taip pat citoplazmos, ribosomų, mitochondrijų ir tt dalis. Nukleino rūgštys vaidina svarbų, pagrindinį vaidmenį paveldimumo, kūno kintamumo ir baltymų sintezėje.
Sintezės planas baltymai saugomi ląstelės branduolyje tiesioginė sintezė atsiranda už branduolio ribų, todėl būtina padėti pristatyti užkoduotą planą iš branduolio į sintezės vietą. Toks padėti atlieka RNR molekulės.
Procesas prasideda ląstelės branduolyje: dalis DNR „kopėčių“ išsivynioja ir atsiveria. Dėl šios priežasties RNR raidės sudaro ryšius su vienos iš DNR grandžių atviromis DNR raidėmis. Fermentas perkelia RNR raides, kad sujungtų jas į siūlą. Taigi DNR raidės „perrašomos“ į RNR raides. Naujai susidariusi RNR grandinė atsiskiria, o DNR „kopėčios“ vėl susisuka.
Po tolesnių modifikacijų tokio tipo užkoduota RNR yra paruošta.
RNR išeina iš branduolio ir eina į baltymų sintezės vietą, kur iššifruojamos RNR raidės. Kiekvienas trijų RNR raidžių rinkinys sudaro „žodį“, kuris reiškia vieną konkrečią aminorūgštį.
Kitas RNR tipas ieško šios aminorūgšties, sugauna ją fermento pagalba ir pristato į baltymų sintezės vietą. Skaitant ir išverčiant RNR pranešimą, aminorūgščių grandinė auga. Ši grandinė susisuka ir susilanksto į unikalią formą, sukurdama vienos rūšies baltymus.
Net baltymų lankstymo procesas yra nuostabus: norint kompiuteriu apskaičiuoti visas vidutinio dydžio baltymo, susidedančio iš 100 aminorūgščių, sulankstymo galimybes, prireiktų 1027 metų. O 20 aminorūgščių grandinės susidarymas organizme užtrunka ne ilgiau kaip vieną sekundę – ir šis procesas nuolat vyksta visose kūno ląstelėse.
Genai, genetinis kodas ir jo savybės.
Žemėje gyvena apie 7 milijardai žmonių. Išskyrus 25-30 milijonų porų identiškų dvynių, tada genetiškai visi žmonės skirtingi: kiekvienas yra unikalus, turi unikalių paveldimų savybių, charakterio bruožų, sugebėjimų, temperamento.
Tokie skirtumai paaiškinami genotipų skirtumai- organizmo genų rinkiniai; kiekvienas yra unikalus. Įkūnyti tam tikro organizmo genetiniai bruožai baltymuose- Vadinasi, vieno žmogaus baltymo struktūra, nors ir nežymiai, skiriasi nuo kito žmogaus baltymo.
Tai nereiškia kad žmonės neturi lygiai tokių pačių baltymų. Baltymai, atliekantys tas pačias funkcijas, gali būti vienodi arba labai nežymiai skirtis viena ar dviem aminorūgštimis. Tačiau Žemėje nėra žmonių (išskyrus identiškus dvynius), kurių visi baltymai būtų vienodi.
Informacija apie pirminę baltymo struktūrą užkoduota kaip nukleotidų seka DNR molekulės dalyje - genas – organizmo paveldimos informacijos vienetas. Kiekvienoje DNR molekulėje yra daug genų. Jį sudaro visų organizmo genų visuma genotipas .
Paveldima informacija yra užkoduota naudojant genetinis kodas , kuri yra universali visiems organizmams ir skiriasi tik genus formuojančių ir specifinių organizmų baltymus koduojančių nukleotidų kaita.
Genetinis kodas apima nukleotidų tripletai (tripletai). DNR, kuri jungiasi skirtingai sekos(AAT, HCA, ACH, THC ir kt.), kurių kiekvienas koduoja tam tikrą amino rūgštis(kuri bus įmontuota į polipeptidinę grandinę).
Amino rūgštys 20, a galimybes keturių nukleotidų deriniams trijų grupių - 64 20 aminorūgščių kodui pakanka keturių nukleotidų
Štai kodėl viena aminorūgštis gali būti užkoduotas keli trynukai.
Kai kurie trynukai visiškai nekoduoja aminorūgščių, bet paleidžiamas arba sustoja baltymų biosintezė.
Tiesą sakant, kodas skaičiuoja i-RNR molekulės nukleotidų seka, nes pašalina informaciją iš DNR (procesas transkripcijos) ir paverčia ją aminorūgščių seka sintezuotų baltymų molekulėse (procesas transliacijos).
Į mRNR sudėtį įeina ACGU nukleotidai, kurių tripletai vadinami kodonai: CHT DNR tripletas ant mRNR taps HCA tripletu, o AAG DNR tripletas taps UUC tripletu.
Būtent i-RNR kodonai atspindi įraše esantį genetinį kodą.
Šiuo būdu, genetinis kodas - vieninga paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema nukleotidų sekos pavidalu. Genetinis kodas įkurta dėl abėcėlės, kurią sudaro tik keturios nukleotidų raidės, kurios skiriasi azoto bazėmis: A, T, G, C, naudojimo.
Pagrindinės genetinio kodo savybės :
1. Genetinis kodas yra tripletas. Tripletas (kodonas) yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį. Kadangi baltymuose yra 20 aminorūgščių, akivaizdu, kad kiekvieno iš jų negali užkoduoti vienas nukleotidas (kadangi DNR yra tik keturių tipų nukleotidai, šiuo atveju lieka nekoduotų 16 aminorūgščių). Dviejų nukleotidų aminorūgštims koduoti taip pat nepakanka, nes šiuo atveju galima užkoduoti tik 16 aminorūgščių. Tai reiškia, kad mažiausias nukleotidų, koduojančių vieną aminorūgštį, skaičius yra trys. (Šiuo atveju galimų nukleotidų tripletų skaičius yra 4 3 = 64).
2. Perteklius (degeneracija) Kodas yra jo tripleto pobūdžio pasekmė ir reiškia, kad vieną aminorūgštį gali koduoti keli tripletai (kadangi aminorūgščių yra 20, o tripletai yra 64), išskyrus metioniną ir triptofaną, kuriuos koduoja tik vienas trynukas. Be to, kai kurie trynukai atlieka specifines funkcijas: iRNR molekulėje tripletai UAA, UAG, UGA yra baigiamieji kodonai, tai yra stop signalai, sustabdantys polipeptidinės grandinės sintezę. Metioniną atitinkantis tripletas (AUG), stovintis DNR grandinės pradžioje, nekoduoja aminorūgšties, o atlieka skaitymo inicijavimo (jaudinimo) funkciją.
3. Kartu su atleidimu kodas turi savybę unikalumas: kiekvienas kodonas atitinka tik vieną konkrečią aminorūgštį.
4. Kodas yra kolinearinis, tie. Nukleotidų seka geno tiksliai atitinka aminorūgščių seką baltyme.
5. Genetinis kodas yra nepersidengiantis ir kompaktiškas, t.y. nėra „skyrybos ženklų“. Tai reiškia, kad skaitymo procesas neleidžia sutapti stulpelių (tripletų) ir, pradedant nuo tam tikro kodono, skaitymas nuolat trigubai trigubai iki sustabdymo signalų ( pabaigos kodonai).
6. Genetinis kodas yra universalus, t.y., visų organizmų branduoliniai genai informaciją apie baltymus koduoja vienodai, nepriklausomai nuo šių organizmų organizavimo lygio ir sisteminės padėties.
Egzistuoti genetinių kodų lentelės i-RNR kodonams iššifruoti ir baltymų molekulių grandinėms kurti.
Matricos sintezės reakcijos.
Gyvose sistemose vyksta reakcijos, kurių negyvoji gamta nežino. reakcijos matricos sintezė .
Sąvoka „matrica„technologijoje jie žymi formą, naudojamą liejant monetas, medalius, tipografinį šriftą: grūdintas metalas tiksliai atkartoja visas liejant naudojamos formos detales. Matricos sintezė primena liejimą ant matricos: naujos molekulės sintetinamos griežtai laikantis plano, nustatyto jau esamų molekulių struktūroje.
Matricos principas slypi esme svarbiausios ląstelės sintetinės reakcijos, tokios kaip nukleorūgščių ir baltymų sintezė. Šiose reakcijose pateikiama tiksli, griežtai specifinė monomerinių vienetų seka susintetintuose polimeruose.
Čia yra kryptingas traukiant monomerus į tam tikrą vietą ląstelės – į molekules, kurios tarnauja kaip matrica, kurioje vyksta reakcija. Jei tokios reakcijos įvyktų dėl atsitiktinio molekulių susidūrimo, jos vyktų be galo lėtai. Sudėtingų molekulių sintezė, pagrįsta matricos principu, atliekama greitai ir tiksliai.
Matricos vaidmuo nukleorūgščių DNR arba RNR makromolekulės vaidina matricos reakcijose.
monomerinės molekulės, iš kurių sintetinamas polimeras – nukleotidai arba aminorūgštys – pagal komplementarumo principą yra išdėstyti ir fiksuojami ant matricos griežtai apibrėžta, iš anksto nustatyta tvarka.
Tada ateina monomerų vienetų „sujungimas“ į polimero grandinę, o gatavas polimeras nuleidžiamas iš matricos.
Po to paruošta matrica prie naujos polimero molekulės surinkimo. Akivaizdu, kad kaip ant tam tikros formos galima išlieti tik vieną monetą, vieną raidę, taip ant tam tikros matricos molekulės galima „surinkti“ tik vieną polimerą.
Matricos tipo reakcijos- specifinis gyvųjų sistemų chemijos bruožas. Jie yra pagrindinės visų gyvų būtybių savybės – jos pagrindas gebėjimas atkartoti.
Į matricos sintezės reakcijos apima:
1. DNR replikacija - DNR molekulės savaiminio dubliavimosi procesas, atliekamas kontroliuojant fermentams. Kiekvienoje DNR grandinėje, susidariusioje nutrūkus vandenilinėms jungtims, dalyvaujant fermentui DNR polimerazei, susintetinama dukterinė DNR grandinė. Sintezės medžiaga yra laisvieji nukleotidai, esantys ląstelių citoplazmoje.
Biologinė replikacijos prasmė slypi tikslioje paveldimos informacijos perdavimui iš pirminės molekulės dukterinėms molekulėms, o tai paprastai vyksta dalijantis somatinėms ląstelėms.
DNR molekulė susideda iš dviejų vienas kitą papildančių grandžių. Šias grandines laiko silpni vandenilio ryšiai, kuriuos gali suardyti fermentai.
Molekulė gali savaime padvigubėti (replikuotis), o ant kiekvienos senosios molekulės pusės sintetinama nauja jos pusė.
Be to, ant DNR molekulės gali būti susintetinta mRNR molekulė, kuri vėliau iš DNR gautą informaciją perduoda į baltymų sintezės vietą.
Informacijos perdavimas ir baltymų sintezė vyksta matricos principu, prilygstančiam spaustuvės darbui spaustuvėje. Informacija iš DNR yra kopijuojama vėl ir vėl. Jei kopijavimo metu įvyksta klaidų, jos pasikartos visose kitose kopijose.
Tiesa, kai kurias klaidas kopijuojant informaciją DNR molekule galima ištaisyti – klaidų šalinimo procesas vadinamas kompensacijas. Pirmoji iš reakcijų informacijos perdavimo procese yra DNR molekulės replikacija ir naujų DNR grandžių sintezė.
2. transkripcija - i-RNR sintezė ant DNR, informacijos pašalinimo iš DNR molekulės, kurią joje sintetina i-RNR molekulė, procesas.
I-RNR susideda iš vienos grandinės ir yra sintetinama DNR pagal komplementarumo taisyklę dalyvaujant fermentui, kuris aktyvuoja i-RNR molekulės sintezės pradžią ir pabaigą.
Baigta mRNR molekulė patenka į citoplazmą ant ribosomų, kur vyksta polipeptidinių grandinių sintezė.
3. transliacija - baltymų sintezė ant i-RNR; mRNR nukleotidų sekoje esančios informacijos pavertimo polipeptido aminorūgščių seka procesas.
4 .RNR arba DNR sintezė iš RNR virusų
Matricos reakcijų seka baltymų biosintezės metu gali būti pavaizduota kaip schema:
|
netranskribuota DNR grandinė |
A T G |
G G C |
T A T |
|
|
transkribuota DNR grandinė |
T A C |
C C G |
A T A |
|
|
DNR transkripcija |
||||
|
mRNR kodonai |
A U G |
G G C |
U A U |
|
|
mRNR vertimas |
||||
|
tRNR antikodonai |
U A C |
C C G |
A U A |
|
|
baltymų amino rūgštys |
metioninas |
glicinas |
tirozino |
Šiuo būdu, baltymų biosintezė– tai viena iš plastinių mainų rūšių, kurios metu DNR genuose užkoduota paveldima informacija realizuojama tam tikroje aminorūgščių sekoje baltymų molekulėse.
Baltymų molekulės iš esmės yra polipeptidinės grandinės sudarytas iš atskirų aminorūgščių. Tačiau aminorūgštys nėra pakankamai aktyvios, kad susijungtų viena su kita. Todėl prieš joms susijungiant viena su kita ir suformuojant baltymo molekulę, aminorūgštys turi būti aktyvuoti. Šis aktyvinimas vyksta veikiant specialiems fermentams.
Dėl aktyvacijos aminorūgštis tampa labilesnė ir veikiama to paties fermento jungiasi su tRNR. Kiekviena aminorūgštis griežtai atitinka specifinė tRNR, kuris randa„savo“ aminorūgštis ir ištveria jis patenka į ribosomą.
Todėl ribosoma gauna įvairių aktyvuotos aminorūgštys, susietos su jų tRNR. Ribosoma yra kaip konvejeris surinkti baltymų grandinę iš įvairių į ją patenkančių aminorūgščių.
Kartu su t-RNR, ant kurios "sėdi" jos pačios aminorūgštys, " signalas" iš DNR, esančios branduolyje. Pagal šį signalą ribosomoje sintetinamas vienas ar kitas baltymas.
DNR nukreipiamoji įtaka baltymų sintezei vykdoma ne tiesiogiai, o naudojant specialų tarpininką - matrica arba pasiuntinio RNR (mRNR arba i-RNR), kurios sintezuojamas branduolyje veikiamas DNR, todėl jos sudėtis atspindi DNR sudėtį. RNR molekulė yra tarsi išlieta iš DNR formos. Susintetinta mRNR patenka į ribosomą ir tarsi perkelia ją į šią struktūrą planą- kokia tvarka į ribosomą patenkančios aktyvuotos aminorūgštys turi būti sujungtos tarpusavyje, kad būtų susintetintas tam tikras baltymas. Priešingu atveju, genetinė informacija, užkoduota DNR, perkeliama į iRNR, o po to į baltymą.
iRNR molekulė patenka į ribosomą ir blyksniai ją. Nustatomas tas jo segmentas, kuris šiuo metu yra ribosomoje kodonas (tripletas), visiškai specifiniu būdu sąveikauja su jai tinkama struktūra tripletas (antikodonas) perdavimo RNR, kuri atnešė aminorūgštį į ribosomą.
Perkelkite RNR su savo aminorūgštimi tinkaį specifinį mRNR kodoną ir jungiasi su juo; į kitą, gretimą i-RNR vietą prijungia kitą tRNR kita amino rūgštis ir taip toliau, kol bus perskaityta visa i-RNR grandinė, kol visos aminorūgštys bus susuktos atitinkama tvarka, suformuojant baltymo molekulę.
Ir t-RNR, kuri tiekė aminorūgštį į konkrečią polipeptidinės grandinės vietą, išlaisvintas iš savo aminorūgščių ir išeina iš ribosomos.
Tada vėl citoplazmoje norima aminorūgštis gali prisijungti prie jo ir vėl kentėti jis patenka į ribosomą.
Baltymų sintezės procese vienu metu dalyvauja ne viena, o kelios ribosomos – poliribosomos.
Pagrindiniai genetinės informacijos perdavimo etapai:
sintezė DNR kaip i-RNR šablone (transkripcija)
sintezė polipeptidinės grandinės ribosomose pagal i-RNR esančią programą (vertimas).
Etapai yra universalūs visoms gyvoms būtybėms, tačiau šių procesų laiko ir erdvės santykiai skiriasi pro- ir eukariotuose.
At eukariotas transkripcija ir transliacija yra griežtai atskirtos erdvėje ir laike: branduolyje vyksta įvairių RNR sintezė, po kurios RNR molekulės turi išeiti iš branduolio, pereidamos per branduolio membraną. Tada citoplazmoje RNR pernešama į baltymų sintezės vietą – ribosomas. Tik po to ateina kitas etapas – vertimas.
Prokariotuose transkripcija ir vertimas vyksta vienu metu.
Šiuo būdu,
baltymų ir visų fermentų sintezės vieta ląstelėje yra ribosomos – tai kaip "gamyklos" baltymų, tarsi surinkimo cechas, kuriame tiekiamos visos medžiagos, reikalingos baltymo polipeptidinei grandinei surinkti iš aminorūgščių. Sintetinamo baltymo prigimtis priklauso nuo i-RNR struktūros, nuo joje esančių nukleoidų eiliškumo, o i-RNR struktūra atspindi DNR struktūrą, todėl galiausiai specifinė baltymo struktūra, t.y. įvairios aminorūgštys jame, priklauso nuo nukleoidų eilės DNR nuo DNR struktūros.
Teigiama baltymų biosintezės teorija buvo vadinama matricos teorija. Matricuokite šią teoriją paskambino, nes kad nukleorūgštys tarsi atlieka matricų, kuriose įrašoma visa informacija apie aminorūgščių liekanų seką baltymo molekulėje, vaidmenį.
Baltymų biosintezės matricos teorijos sukūrimas ir aminorūgščių kodo dekodavimas yra didžiausias XX amžiaus mokslo laimėjimas, svarbiausias žingsnis siekiant išsiaiškinti molekulinį paveldimumo mechanizmą.
Teminės užduotys
A1. Kuris iš teiginių yra neteisingas?
1) genetinis kodas yra universalus
2) genetinis kodas yra išsigimęs
3) genetinis kodas yra individualus
4) genetinis kodas yra tripletas
A2. Vienas DNR tripletas koduoja:
1) aminorūgščių seka baltyme
2) vienas organizmo požymis
3) viena aminorūgštis
4) kelios aminorūgštys
A3. Genetinio kodo „skyrybos ženklai“.
1) pradėti baltymų sintezę
2) sustabdyti baltymų sintezę
3) koduoja tam tikrus baltymus
4) koduoja aminorūgščių grupę
A4. Jei varlėje aminorūgštį VALIN koduoja GU tripletas, tai šunyje ši aminorūgštis gali būti koduota tripletais:
1) GUA ir GUG
2) UUC ir UCA
3) CCU ir CUA
4) UAG ir UGA
A5. Šiuo metu baltymų sintezė baigta
1) kodono atpažinimas antikodonu
2) i-RNR gavimas ant ribosomų
3) "skyrybos ženklo" atsiradimas ant ribosomos
4) aminorūgščių prijungimas prie tRNR
A6. Nurodykite porą ląstelių, kuriose vienas asmuo turi skirtingą genetinę informaciją?
1) kepenų ir skrandžio ląstelės
2) neuronas ir leukocitai
3) raumenų ir kaulų ląstelės
4) liežuvio ląstelė ir kiaušinėlis
A7. I-RNR funkcija biosintezės procese
1) paveldimos informacijos saugojimas
2) aminorūgščių pernešimas į ribosomas
3) informacijos perkėlimas į ribosomas
4) biosintezės proceso pagreitis
A8. tRNR antikodonas susideda iš UCG nukleotidų. Kuris DNR tripletas jį papildo?
1869 m. Šveicarijos biochemikas Johanas Friedrichas Miescheris pirmą kartą atrado, išskyrė iš ląstelių branduolių ir aprašė DNR. Tačiau tik 1944 metais O. Avery, S. McLeod ir M. McCarthy įrodė genetinį DNR vaidmenį, tai yra, buvo patikimai nustatyta, kad paveldimos informacijos perdavimas yra susijęs su dezoksiribonukleino rūgštimi. Šis atradimas buvo galingas veiksnys, skatinantis paveldimumo tyrimą molekuliniu lygmeniu. Nuo tada prasidėjo spartus molekulinės biologijos ir genetikos vystymasis.
Nukleino rūgštys (iš lat. branduolys - šerdis) yra natūralūs didelės molekulinės masės organiniai junginiai, užtikrinantys paveldimos (genetinės) informacijos saugojimą ir perdavimą gyvuose organizmuose. Jie apima: anglį (C), vandenilį (H), deguonį (O), fosforą (P). Nukleorūgštys yra netaisyklingi biopolimerai, susidedantys iš monomerų – nukleotidų. Kiekviename nukleotide yra:
· azoto bazė,
· paprasta anglis - 5 anglies cukraus pentozė (ribozė arba dezoksiribozė),
· fosforo rūgšties likučių.
Nukleino rūgštys yra dviejų tipų: dezoksiribonukleino rūgštis – DNR, kurioje yra dezoksiribozės, ir ribonukleino rūgštis – RNR, kurioje yra ribozės.
Apsvarstykite kiekvieną nukleino rūgščių tipą.
DNR randama beveik vien tik ląstelės branduolyje, kartais – organelėse: mitochondrijose, plastidėse. DNR yra polimerinis junginys, kurio ląstelėje yra pastovus (stabilus) kiekis.
DNR struktūra.Savo struktūroje DNR molekulė susideda iš dviejų polimerų grandinių, tarpusavyje sujungtų ir susisukusių dvigubos spiralės pavidalu (1 pav.).
DNR struktūros modelį 1953 metais sukūrė D. Watsonas ir F. Crickas, už kurį abu buvo apdovanoti Nobelio premija. Dvigubos spiralės plotis yra tik apie 0,002 mikrono (20 angstremų), tačiau jos ilgis yra išskirtinai didelis - iki kelių dešimčių ir net šimtų mikrometrų (palyginimui: didžiausios baltymo molekulės ilgis išsiskleidus ne didesnis kaip 0,1 mikrono).
Nukleotidai yra nutolę vienas nuo kito - 0,34 nm, o viename spiralės posūkyje yra 10 nukleotidų. DNR molekulinė masė yra didelė: ji siekia dešimtis ir net šimtus milijonų. Pavyzdžiui, molekulinė masė (M r) didžiausia Drosophila chromosoma yra 7,9 10 10 .
Pagrindinis vienos grandinės struktūrinis vienetas yra nukleotidas, susidedantis iš azoto bazės, dezoksiribozės ir fosfato grupės. DNR yra 4 tipų azoto bazių:
· purinas - adeninas (A) ir guaninas (G),
· pirimidinas – citozinas (C) ir timinas (T).
Bendras purino bazių skaičius lygus pirimidino bazių sumai.
DNR nukleotidai taip pat bus atitinkamai 4 tipų: adenilo (A), guanilo (G), citidilo (C) ir timidilo (T). Visi DNR nukleotidai yra sujungti į polinukleotidinę grandinę dėl fosforo rūgšties liekanų, esančių tarp dezoksiribozių. Polinukleotidų grandinėje gali būti iki 300 000 ar daugiau nukleotidų.
Taigi kiekviena DNR grandinė yra polinukleotidas, kuriame nukleotidai išsidėstę griežtai nustatyta tvarka. Azoto bazės taip arti viena kitos, kad tarp jų susidaro vandenilio ryšiai. Svarbus dėsningumas aiškiai pasireiškia jų išsidėstymu: vienos grandinės adeninas (A) yra sujungtas su kitos grandinės timinu (T) dviem vandeniliniais ryšiais, o vienos grandinės guaninas (G) trimis vandeniliniais ryšiais yra sujungtas su citozinu.
(C) kita grandinė, dėl kurios susidaro AT ir GC poros. Šis gebėjimas selektyviai sujungti nukleotidus vadinamas komplementarumu, tai yra erdviniu ir cheminiu atitikmeniu tarp nukleotidų porų (žr. 2 pav.).
Vienos grandinės nukleotidų sujungimo seka yra priešinga (papildoma) kitos grandinės sekai, ty grandinės, sudarančios vieną DNR molekulę, yra daugiakryptės arba antilygiagrečios. Grandinės susisuka viena aplink kitą ir sudaro dvigubą spiralę. Didelis vandenilinių jungčių skaičius užtikrina tvirtą DNR grandinių ryšį ir suteikia molekulei stabilumo, išlaikant jos mobilumą – veikiama fermentų, ji lengvai išsivynioja (despiralizuojasi).
DNR replikacija (DNR reduplikacija) - nukleorūgščių makromolekulių savaiminio dauginimosi (savaiminio padvigubėjimo) procesas, užtikrinantis tikslų genetinės informacijos kopijavimą ir jos perdavimą iš kartos į kartą.
DNR replikacija vyksta tarpfazės metu prieš ląstelių dalijimąsi. Pirminė DNR molekulė (DNR grandinių skaičius ląstelėje yra 2n), veikiant fermentams, išsivynioja iš vieno galo, o tada dukterinės polinukleotidinės grandinės užbaigiamos iš laisvųjų nukleotidų pagal abiejų grandinių komplementarumo principą. Dėl matricinių reakcijų susidaro dvi tos pačios nukleotidų sudėties dukterinės DNR molekulės, kuriose viena iš grandinių yra senoji pirminė, o kita – nauja, naujai susintetinta (DNR kiekis ląstelėje tampa 4n). = 2 x 2n).
DNR funkcijos.
1. Paveldimos informacijos apie baltymų ar atskirų jų organelių struktūrą saugojimas. Mažiausias genetinės informacijos vienetas po nukleotido yra trys iš eilės einantys nukleotidai – tripletas. Trijų seka polinukleotidinėje grandinėje nustato vienos baltymo molekulės (pirminės baltymo struktūros) aminorūgščių seką ir reprezentuoja geną. Kartu su baltymais DNR yra chromatino, medžiagos, sudarančios ląstelės branduolio chromosomas, dalis.
2. Paveldimos informacijos perkėlimas dėl replikacijos ląstelių dalijimosi metu iš motininės ląstelės į dukterį.
3. Paveldimos informacijos (saugomos genų pavidalu) įgyvendinimas dėl biosintezės matricinių reakcijų gaminant ląstelei ir organizmui būdingus baltymus. Tuo pačiu metu vienoje iš jos grandinių pagal komplementarumo principą iš molekulę supančios aplinkos nukleotidų sintetinamos pasiuntinio RNR molekulės.
RNR yra junginys, kurio kiekis ląstelėje svyruoja (labilus).
RNR struktūra.Pagal savo struktūrą RNR molekulės yra mažesnės nei DNR molekulės, kurių molekulinė masė yra nuo 20-30 tūkstančių (tRNR) iki 1 milijono (rRNR), RNR yra vienagrandė molekulė, pastatyta taip pat, kaip ir viena iš DNR grandinių. . RNR monomerai – nukleotidai susideda iš azoto bazės, ribozės (pentozės) ir fosfatų grupės. RNR yra 4 azotinės bazės:
· purinas - adeninas (A);
· pirimidinas – guaninas (G), citozinas (C), uracilas (U).
RNR timinas pakeičiamas savo struktūra jam artimu uracilu (nukleotidas – uridilas. Nukleotidai dėl tarp ribozių išsidėsčiusių fosforo rūgšties likučių jungiasi polinukleotidine grandine taip pat, kaip ir DNR).
Vieta ląstelėje Tarp RNR yra: branduolinė, citoplazminė, mitochondrinė, plastidinė.
Pagal funkciją Tarp RNR yra: transportavimo, informacijos ir ribosomų.
Perneškite RNR (tRNR)
– viengrandė, bet turinti trimatę „dobilo lapelio“ struktūrą, sukurtą tarpmolekulinių vandenilinių ryšių (3 pav.). tRNR molekulės yra trumpiausios. Susideda iš 80-100 nukleotidų. Jie sudaro apie 10% viso RNR kiekio ląstelėje. Jie perneša aktyvuotas aminorūgštis (kiekviena tRNR turi savo aminorūgštį, iš viso žinoma 61 tRNR) į ribosomas baltymų biosintezės ląstelėje metu.
Informacinė (matricinė) RNR (mRNR, mRNR) - viengrandė molekulė, susidaranti dėl DNR molekulės transkripcijos (kopijuoja genus) branduolyje ir neša informaciją apie pirminę vienos baltymo molekulės struktūrą į baltymų sintezės vietą ribosomose. MRNR molekulę gali sudaryti 300-3000 nukleotidų. iRNR dalis sudaro 0,5–1% viso RNR kiekio ląstelėje.
Ribosominė RNR (rRNR) - didžiausios vienagrandės molekulės, kurios sudaro kompleksinius kompleksus su baltymais, kurie palaiko ribosomų, ant kurių vyksta baltymų sintezė, struktūrą.
rRNR sudaro apie 90% viso RNR kiekio ląstelėje.
Visa genetinė organizmo informacija (jo baltymų struktūra) yra jo DNR, kurią sudaro nukleotidai, sujungti į genus. Prisiminkite, kad genas yra paveldimos informacijos vienetas (DNR molekulės dalis), kuriame yra informacija apie vieno baltymo – fermento – struktūrą. Organizmų savybes lemiantys genai vadinami struktūrinės. O genai, reguliuojantys struktūrinių genų raišką, vadinami reguliavimo. Geno pasireiškimas (išraiška) (paveldimos informacijos realizavimas) vyksta taip:
Genų ekspresijai įgyvendinti yra genetinis kodas – griežtai sutvarkytas ryšys tarp nukleotidų bazių ir aminorūgščių (12 lentelė).
12 lentelė Genetinis kodas
Pagrindinės genetinio kodo savybės.
Trigubai- aminorūgščių kodavimą atlieka nukleotidų bazių tripletai (tripletai). Koduojančių tripletų skaičius – 64 (4 nukleotidų tipai: A, T, C, G, 4 3 = 64).
VienareikšmiškumasKiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį.
degeneracija- koduojančių tripletų skaičius viršija aminorūgščių skaičių (64 > 20). Yra aminorūgščių, kurias koduoja daugiau nei vienas tripletas (tokių amino rūgščių dažniau pasitaiko baltymuose). Yra trys tripletai, kurie nekoduoja jokios aminorūgšties (UAA, UAG, UGA). Jie vadinami „nesąmonių kodonais“ ir atlieka „stop signalų“ vaidmenį, reiškiantį genų įrašymo pabaigą (bendras koduojančių kodonų skaičius yra 61).
Nepersidengimas (tęstinumas) - MRNR sintezės metu DNR trynukai nuskaitomi griežtai išilgai trijų iš eilės einančių nukleotidų, nepersidengiant gretimų kodonų. Gene nėra „skyrybos ženklų“.
Universalumas – visuose Žemėje gyvenančiuose organizmuose tie patys tripletai koduoja tas pačias aminorūgštis.
Įprastos aminorūgščių pavadinimų santrumpos:
FEN – fenilalaninas; GIS – histidinas;
LEI – leucinas; GLN – glutaminas;
ILE – izoleucinas; GLU – glutamo rūgštis;
MET – metioninas; LYS – lizinas;
VAL - valinas; ASN – asparaginas;
SER - serija; ASP – asparto rūgštis;
PRO - prolinas; NVS – cisteinas;
TPE – treoninas; TRYS - triptofanas;
ALA – alaninas; ARG – argininas;
TIR - tirozinas; GLI – glicinas.
Taigi, visos genetinės informacijos DNR nešėjas ląstelėje tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje (ty šios paveldimos informacijos įgyvendinime). Gyvūnų ir augalų ląstelėse DNR molekules nuo citoplazmos atskiria branduolinė membrana.plazma, kurioje vyksta baltymų sintezė. Iš branduolio į ribosomas – baltymų surinkimo vietas – siunčiamas tarpininkas, kuris neša nukopijuotą informaciją ir gali prasiskverbti pro branduolinės membranos poras. Toks tarpininkas yra pasiuntinio RNR, dalyvaujanti matricos reakcijose.
Matricos reakcijos
- tai naujų junginių sintezės reakcijos, pagrįstos „senomis“ makromolekulėmis, kurios veikia kaip matrica, tai yra forma, naujų molekulių kopijavimo modelis. Matricinės reakcijos paveldimos informacijos realizavimui, kuriose dalyvauja DNR ir RNR, yra: 
1. DNR replikacija- DNR molekulių padvigubėjimas, dėl kurio genetinė informacija perduodama iš kartos į kartą. Matrica yra motinos DNR, o naujos, susidariusios pagal šią matricą, yra dukterinės, naujai susintetintos 2 DNR molekulės (4 pav.).
2.
Transkripcija(lot. transkripcija – perrašymas) – tai RNR molekulių sintezė pagal komplementarumo principą vienos iš DNR grandinių šablone. Atsiranda branduolyje, veikiant nuo DNR priklausomam fermentui – RNR polimerazei. Messenger RNR yra viena
negrandinė molekulė, o geno kodavimas gaunamas iš vienos dvigrandės DNR molekulės grandinės. Jei nukleotidas G yra transkribuotoje DNR grandinėje, tai DNR polimerazė įtraukia C į mRNR; jei ji yra T, tada ji apima A į mRNR, jei ji yra T, tai apima Y (timinas T nėra įtrauktas į RNR); 5 pav.). DNR tripletų kalba verčiama į mRNR kodonų kalbą (tripletai mRNR vadinami kodonais).
Dėl skirtingų genų transkripcijos sintetinamos visų tipų RNR. Tada mRNR, tRNR, rRNR per branduolio apvalkalo poras patenka į ląstelės citoplazmą, kad atliktų savo funkcijas.
3. Transliacija(lot. translatio – perdavimas, transliacija) – baltymų polipeptidinių grandinių sintezė ant brandžios mRNR matricos, kurią atlieka ribosomos. Šiame procese yra keli etapai:
Pirmasis etapas – iniciacija (sintezės pradžia – grandinės). Citoplazmoje ribosoma patenka į vieną iš iRNR galų (būtent į tą, nuo kurio prasidėjo molekulės branduolyje sintezė) ir pradeda polipeptido sintezę. tRNR molekulė, transportuojanti aminorūgštį metioniną (tRNR met), jungiasi prie ribosomos ir prisitvirtina prie mRNR grandinės pradžios (visada su AUG kodu). Šalia pirmosios tRNR (kuri niekaip nesusijusi su sintetinančiu baltymu) yra prijungta antroji tRNR su aminorūgštimi. Jei antikodonas yra tRNR, tai tarp aminorūgščių atsiranda peptidinė jungtis, kurią sudaro tam tikras fermentas. Po to tRNR palieka ribosomą (eina į citoplazmą naujos aminorūgšties), o mRNR perkelia vieną kodoną.
Antrasis etapas yra pailgėjimas (grandinės pailgėjimas). Ribosoma juda išilgai mRNR molekulės ne sklandžiai, o su pertrūkiais, tripletas po tripleto. 
Trečioji tRNR su aminorūgštimi savo antikodonu jungiasi prie mRNR kodono. Nustačius jungties komplementarumą, ribosoma žengia dar vieną žingsnį vienas „kodonas“, o specifinis fermentas antrąją ir trečiąją aminorūgštis „sujungia“ peptidiniu ryšiu – susidaro peptidinė grandinė. Aminorūgštys augančioje polipeptidinėje grandinėje susijungia tokia seka, kurioje yra jas koduojantys mRNR kodonai (6 pav.).
Trečiasis etapas – grandinės pabaiga (sintezės pabaiga). Atsiranda, kai ribosoma verčia vieną iš trijų „nesąmonių kodonų“ (UAA, UAG, UGA). Ribosomos nušoka nuo mRNR, baltymų sintezė baigta.
Taigi, žinant aminorūgščių išsidėstymo tvarką baltymo molekulėje, galima nustatyti nukleotidų (tripletų) eiliškumą mRNR grandinėje, o iš jos - nukleotidų porų eiliškumą DNR sekcijoje ir atvirkščiai, imant. atsižvelgti į nukleotidų komplementarumo principą.
Natūralu, kad matricinių reakcijų procese dėl bet kokių priežasčių (natūralių ar dirbtinių) gali atsirasti pakitimų – mutacijų. Tai yra genų mutacijos molekuliniame lygmenyje – įvairių DNR molekulių pažeidimų pasekmė. Genų mutacijos, atsirandančios molekuliniame lygmenyje, dažniausiai paveikia vieną ar daugiau nukleotidų. Visas genų mutacijų formas galima suskirstyti į dvi dideles grupes.
Pirmoji grupė– kadrų poslinkis – vienos ar kelių nukleotidų porų įterpimas arba ištrynimas. Priklausomai nuo pažeidimo vietos, pasikeičia vienas ar kitas kodonų skaičius. Tai yra sunkiausias genų pažeidimas, nes į baltymą bus įtrauktos visiškai skirtingos aminorūgštys.
Tokios delecijos ir įterpimai sudaro 80% visų spontaniškų genų mutacijų.
Labiausiai žalingą poveikį turi vadinamosios nonsense mutacijos, kurios yra susijusios su terminatorių kodonų, sukeliančių sustojimą, atsiradimu.ku baltymų sintezė. Tai gali sukelti priešlaikinį baltymų sintezės nutraukimą, kuris greitai suyra. Rezultatas yra ląstelių mirtis arba individualaus vystymosi pobūdžio pasikeitimas.
Mutacijos, susijusios su pakeitimu, delecija ar įterpimu į koduojančią geno dalį, fenotipiškai atrodo kaip aminorūgščių pakaitalas baltyme. Priklausomai nuo aminorūgščių pobūdžio ir pažeistos vietos funkcinės reikšmės, visiškai arba iš dalies prarandamas baltymo funkcinis aktyvumas. Paprastai tai išreiškiama gyvybingumo sumažėjimu, organizmų savybių pasikeitimu ir kt.
Antroji grupėyra genų mutacijos su nukleotidų bazinių porų pakeitimu. Yra dviejų tipų baziniai pakaitalai:
1. Perėjimas- vieno purino pakeitimas purino baze (A – G arba G – A) arba vieno pirimidino pakeitimas pirimidinu (C – T arba T – C).
2. Transversija- vienos purino bazės pakeitimas pirimidino baze arba atvirkščiai (A – C, arba G – T, arba A – Y).
Ryškus transversijos pavyzdys yra pjautuvinė anemija, atsirandanti dėl paveldimo hemoglobino struktūros sutrikimo. Vieną iš hemoglobino grandinių koduojančiame mutantiniame gene yra sulaužytas tik vienas nukleotidas, o adeninas mRNR pakeičiamas uracilu (GAA – GUA).
Dėl to pakinta biocheminis fenotipas, hemoglobino grandinėje glutamo rūgštis pakeičiama valinu. Šis pakeitimas pakeičia hemoglobino molekulės paviršių: vietoje abipus įgaubto disko eritrocitų ląstelės tampa pjautuvo pavidalo ir arba užkemša mažus kraujagysles, arba greitai pašalinamos iš kraujotakos, o tai greitai sukelia anemija.
Taigi genų mutacijų reikšmė organizmo gyvybei nevienoda:
· kai kurios „tyliosios mutacijos“ neturi įtakos baltymo struktūrai ir funkcijai (pavyzdžiui, nukleotidų pakaitalai, nesukeliantys aminorūgščių pakeitimo);
· kai kurios mutacijos sukelia visišką baltymų funkcijos praradimą ir ląstelių mirtį (pavyzdžiui, nesąmoningos mutacijos);
· kitos mutacijos - su kokybiniu mRNR ir aminorūgščių pokyčiu, lemia organizmo savybių pasikeitimą;
· ir, galiausiai, kai kurios mutacijos, keičiančios baltymų molekulių savybes, daro žalingą poveikį ląstelių gyvybinei veiklai – tokios mutacijos sukelia sunkią ligų eigą (pavyzdžiui, transversijas).
Tretinė RNR struktūra
Antrinė RNR struktūra
Ribonukleorūgšties molekulė yra sudaryta iš vienos polinukleotidinės grandinės. Atskiros RNR grandinės atkarpos sudaro spiralines kilpas – „plaukų segtukus“, dėl vandenilinių ryšių tarp komplementarių azoto bazių A-U ir G-C. RNR grandinės atkarpos tokiose spiralinėse struktūrose yra antilygiagrečios, bet ne visada visiškai viena kitą papildančios, jose yra nesuporuotų nukleotidų liekanų ar net vienos grandinės kilpų, kurios netelpa į dvigubą spiralę. Spiralizuotų sričių buvimas būdingas visų tipų RNR.
Viengrandėms RNR būdinga kompaktiška ir tvarkinga tretinė struktūra, atsirandanti dėl antrinės struktūros spiralinių elementų sąveikos. Taigi galima sudaryti papildomus vandenilinius ryšius tarp pakankamai nutolusių viena nuo kitos nukleotidų liekanų arba ryšius tarp ribozės liekanų ir bazių OH grupių. Tretinę RNR struktūrą stabilizuoja dvivalenčių metalų jonai, tokie kaip Mg 2+ jonai, kurie jungiasi ne tik prie fosfatų grupių, bet ir su bazėmis.
Matricos sintezės reakcijų metu susidaro polimerai, kurių struktūrą visiškai lemia matricos struktūra. Matricos sintezės reakcijos yra pagrįstos komplementaria nukleotidų sąveika.
Replikacija (reduplikacija, DNR padvigubėjimas)
Matrica- motinos DNR grandinė
Produktas- naujai susintetinta dukterinės DNR grandinė
papildomumo tarp pirminės ir dukterinės DNR grandžių nukleotidų
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)
Matrica- koduojanti DNR grandinė
Produktas– RNR
papildomumo tarp cDNR ir RNR nukleotidų
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- baltymas
papildomumo tarp mRNR kodonų nukleotidų ir tRNR antikodonų nukleotidų, atnešančių aminorūgštis
Ribosomos viduje tRNR antikodonai yra prijungti prie mRNR kodonų pagal komplementarumo principą. Ribosoma sujungia aminorūgštis, kurias atneša tRNR, kad susidarytų baltymas.
7. Polipeptidinės grandinės formavimas nuo nuoseklaus pristatymo iki mRNR atsiranda tRNR su atitinkamomis aminorūgštimis ant ribosomų(3.9 pav.).
Ribosomos yra nukleoproteinų struktūros, apimančios trijų tipų rRNR ir daugiau nei 50 specifinių ribosomų baltymų. Ribosomos sudarytas iš mažų ir didelių subvienetų. Polipeptidinės grandinės sintezė prasideda nuo mažo ribosomos subvieneto prijungimo prie surišimo vietos. mRNR ir visada vyksta dalyvaujant specialiam metionino tRNR tipui, kuris jungiasi prie AUG metionino kodono ir prisijungia prie vadinamosios P vietos. didelis ribosomos subvienetas.
Ryžiai. 3.9. Polipeptidinės grandinės sintezė ribosomoje Taip pat parodyta mRNR transkripcija ir jos perkėlimas per branduolinę membraną į ląstelės citoplazmą.
Kitas mRNR kodonas, esantis po AUG inicijuojančio kodono, patenka į didelio subvieneto A vietą ribosomos, kur jis yra "pakeistas" sąveikai su amino-acil-tRNR, turinčia atitinkamą antikodoną. Tinkamai tRNR prisijungus prie A vietoje esančio mRNR kodono, naudojant peptidiltransferazę, kuri yra didžiojo ribosomos subvieneto dalis, susidaro peptidinis ryšys, o aminoacil-tRNR paverčiama peptidil-tRNR. Dėl to ribosoma pajudina vieną kodoną, perkelia susidariusią peptidil-tRNR į P vietą ir išlaisvina A vietą, kuri eilės tvarka užima kitą mRNR kodoną, paruoštą sujungti su aminoacil-tRNR, turinčia tinkamą antikodoną ( 3.10 pav.).
Polipeptidinė grandinė auga dėl pakartotinio aprašyto proceso kartojimo. Ribosoma juda palei mRNR, išleisdama savo inicijavimo svetainę. Pradinėje vietoje surenkamas kitas aktyvus ribosomų kompleksas ir prasideda naujos polipeptidinės grandinės sintezė. Taigi, kelios aktyvios ribosomos gali prisijungti prie vienos mRNR molekulės ir sudaryti polisomą. Polipeptido sintezė tęsiasi tol, kol A vietoje randamas vienas iš trijų stop kodonų. Stabdymo kodoną atpažįsta specializuotas terminacinis baltymas, kuris nutraukia sintezę ir palengvina polipeptidinės grandinės atskyrimą nuo ribosomos ir mRNR.
Ryžiai. 3.10. Polipeptidinės grandinės sintezė ribosomoje. Išsami diagrama apie naujos aminorūgšties pridėjimą prie augančios polipeptidinės grandinės ir ribosomos didžiojo subvieneto A ir P regionų dalyvavimo šiame procese.
Ribosoma ir mRNR taip pat atsijungia ir yra pasiruošę pradėti naują polipeptidinės grandinės sintezę (žr. 3.9 pav.). Belieka tik priminti, kad baltymai yra pagrindinės molekulės, užtikrinančios gyvybinę ląstelės ir organizmo veiklą. Tai fermentai, užtikrinantys visą sudėtingiausią medžiagų apykaitą, ir struktūriniai baltymai, sudarantys ląstelės skeletą ir tarpląstelinę medžiagą, ir pernešantys organizme daugelio medžiagų baltymus, pvz., hemoglobiną, kuris perneša deguonį ir baltymų kanalus, kurie užtikrina. prasiskverbimas į ląstelę ir įvairių junginių pašalinimas.
a) Granuliuoto ER ribosomose sintetinami baltymai, kurie yra tada
Jie pašalinami iš ląstelės (eksportuoja baltymus),
arba yra tam tikrų membranų struktūrų dalis (tikroji membrana, lizosomos ir kt.).
b) Tuo pačiu metu ribosomoje susintetinta peptidinė grandinė su savo lyderiu per membraną prasiskverbia į ER ertmę, kur tada atsiranda visas baltymas ir susidaro tretinė jo struktūra.
2. Čia (EPS rezervuarų spindyje) prasideda baltymų modifikacija – jų prisijungimas prie angliavandenių ar kitų komponentų.
8. Ląstelių dalijimosi mechanizmai.
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.
|
Azotinių bazių rūšys |
A, G, C, T |
A, G, C, At |
|
Pentozių rūšys |
β,D-2-dezoksiribozė |
β, D-ribozė |
|
antrinė struktūra |
Įprasta, susideda iš 2 vienas kitą papildančių grandinių |
Netaisyklingos, kai kurios vienos grandinės atkarpos sudaro dvigubą spiralę |
|
Molekulinė masė (nukleotidų vienetų skaičius pirminėje grandinėje) arba nuo 250 iki 1,2x10 5 kDa (kilodaltonų) |
Apie tūkstančius, milijonus |
Apie dešimtis ir šimtus |
|
Lokalizacija ląstelėje |
Branduolys, mitochondrijos, chloroplastai, centrioliai |
Branduolys, citoplazma, ribosomos, mitochondrijos ir plastidai |
|
Daugelio kartų paveldimos informacijos saugojimas, perdavimas ir atkūrimas |
Paveldimos informacijos įgyvendinimas |
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 liekanos nukreipiamos 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.