Matrična sinteza: opis, značilnosti in lastnosti. Reševanje problemov splošne biologije

Reakcije sinteze matriksa proizvajajo polimere, katerih strukturo popolnoma določa struktura matriksa. Reakcije sinteze šablone temeljijo na komplementarnih interakcijah med nukleotidi.

Replikacija (reduplikacija, podvojitev DNK).

Matrika - matična veriga DNK
Izdelek je na novo sintetizirana veriga hčerinske DNK
Komplementarnost med nukleotidi materine in hčerinske verige DNK.

Dvojna vijačnica DNA se odvije v dve enojni verigi, nato pa encim DNA polimeraza vsako posamezno verigo zaključi v dvojno verigo po principu komplementarnosti.

Transkripcija (sinteza RNK).

Matrika – kodna veriga DNK
Izdelek – RNA
Komplementarnost med nukleotidi cDNA in RNA.

V določenem delu DNK se vodikove vezi prekinejo, kar povzroči dve enojni verigi. Na enem od njih je mRNA zgrajena po principu komplementarnosti. Nato se odcepi in preide v citoplazmo, verige DNK pa se spet povežejo med seboj.

Prevajanje (sinteza beljakovin).

Matrica - mRNA
Izdelek – beljakovine
Komplementarnost med nukleotidi kodonov mRNA in nukleotidi antikodonov tRNA, ki prenašajo aminokisline.

Znotraj ribosoma so antikodoni tRNA pritrjeni na kodone mRNA po principu komplementarnosti. Ribosom povezuje aminokisline, ki jih prinese tRNA, da tvorijo beljakovino.

Stopnje biosinteze beljakovin pri prokariontih in evkariontih.

Pri prokariontih poteka sinteza beljakovin v dveh stopnjah:

1) transkripcija, produkt te reakcije je mRNA;

2) prevod, produkt te reakcije je polipeptid.

Ti stopnji se lahko pojavita sočasno, ker celica nima jedrske membrane.

Proces sinteze beljakovin pri evkariontih vključuje 3 stopnje:

1) prepisovanje DNA v pro-mRNA (produkt: pro-mRNA);

2) obravnavati - pretvorba pro-mRNA v zrelo mRNA;

3) oddaja mRNA v polipeptid.

V nekaterih primerih je za pridobitev aktivnega proteina potrebna njegova kemična transformacija, ki se imenuje posttranslacijska modifikacija.

Koncept transkripcije. Posebnosti zgradbe transkripcij pri prokariontih in evkariontih.

Gen skupaj s pomožnimi regijami se imenuje transkripton, zato je transkripcija najmanjša funkcionalna enota genom.

Tipičen transkripton vsebuje: promotor– signal za začetek prepisovanja, na katerega se veže encim RNA polimeraza; Terminator– signal konca transkripcije; regulativna regija – operater, na katere kontrolne proteine ​​so pritrjeni aktivatorji ali represorji (lajšajo oziroma blokirajo transkripcijo); strukturni gen.

Zgradba prokariontskega prepisa. Pri prokariontih je transkripcija sestavljena iz dveh delov: regulativni in strukturno. Te površine predstavljajo 10 % oziroma 90 %. Regulatorna regija vsebuje promotor, operater in terminator. Strukturno regijo lahko predstavlja en ali več strukturnih genov. V slednjem primeru so ločeni z nesmiselnimi regijami - distančniki. Ta transkripcija se imenuje operon.

U evkariontov vsebuje tudi transkripton regulativni in strukturno območij, katerih relativni delež je v nasprotju s prokarionti 90 % in 10 %. Regulativno območje vključuje več promotorjev, operaterjev in terminatorjev. Strukturni geni se lahko nahajajo v različne dele na istem kromosomu ali celo na različnih kromosomih. Strukturna regija transkripcije ima občasno(mozaična) struktura: področja, ki nosijo informacijo o zaporedju aminokislin v proteinu (kodiranje oz eksoni) izmenjujejo z nekodirajočimi fragmenti ( introni). Število intronov v razni organizmi spreminja, vendar praviloma skupna dolžina intronov presega skupno dolžino eksonov.

Transkripcijski mehanizmi.

Transkripcija- to je proces kopiranja odseka DNA v obliki komplementarne pro-mRNA (prekurzorja mRNA), ki se pojavi v celičnem jedru. Začne se s pritrditvijo encima RNA polimeraze na promotor. DNK se na določenem območju odvije, vodikove vezi med dvema nukleotidnima verigama se prekinejo, kar povzroči nastanek dveh ločenih polinukleotidnih verig. Po principu komplementarnosti se jim iz kariolimfe dodajajo prosti nukleotidi. Encim nadaljuje z dodajanjem nukleotidov, dokler ne doseže zaključnih kodonov. Po zaključku transkripcije DNA obnovi svojo prvotno dvoverižno strukturo in pro-mRNA se prenesejo v citoplazmo.

Katere reakcije, ki potekajo v celici, uvrščamo med reakcije sinteze matriksa? Kaj služi kot matrica za takšne reakcije?

Matrična sinteza - posebnostživi organizmi. Matrica je vzorec, po katerem je kopija oblikovana. Matrična sinteza - sinteza z uporabo matrice. Reakcije sinteze predloge zagotavljajo natančno zaporedje monomerov za ustvarjanje polimerov.

Reakcije sinteze šablon, ki se pojavljajo v celici, vključujejo reakcije podvajanja DNK, sintezo RNK in sintezo beljakovin. Predloga je DNA pri sintezi mRNA in DNA ali RNA pri sintezi beljakovin. Monomeri sinteze šablone so nukleotidi in aminokisline. Monomeri so fiksirani na matriks po principu komplementarnosti, zamreženi in nato sproščeni iz matriksa. Reakcije matrične sinteze so osnova za razmnoževanje lastne vrste.

Katere reakcije, ki potekajo v celici, uvrščamo med reakcije sinteze matriksa? Kaj služi kot matrica za takšne reakcije?

Iskanje na tej strani:

• monomeri matričnih sinteznih reakcij v celici so
• reakcije matrične sinteze vključujejo
• katere reakcije so reakcije matrične sinteze

Replikacija

Proces reduplikacije DNK poteka v jedru pod delovanjem encimov in posebnih proteinskih kompleksov. Načela podvajanja DNK:

• * Antiparalelizem : hčerinska veriga se sintetizira v smeri od 5" do 3" konec.
• * Komplementarnost : strukturo hčerinske verige DNK določa nukleotidno zaporedje materinske verige, izbrano po principu komplementarnosti.
• * Polkontinuiteta : ena od dveh verig DNK - vodilni , se sintetizira neprekinjeno, drugi pa - zaostajanje , občasno s tvorbo kratkih fragmenti Okazakija . To se zgodi zaradi antiparalelne lastnosti.
• * Polkonzervativen : Molekule DNA, pridobljene med reduplikacijo, vsebujejo eno ohranjeno matično verigo in eno sintetizirano hčerinsko verigo.
• 1) Iniciacija

Začni z replikativna točka , na katerega so pritrjeni proteini, ki sprožijo replikacijo. Pod vplivom encimov DNA topoizomeraze in DNA helikaze veriga se odvije in vodikove vezi se prekinejo. Sledi fragmentarna ločitev dvojne verige DNK s tvorbo replikacijske vilice . Encimi preprečujejo, da bi se verige DNK ponovno združile.

2) Raztezek

Sinteza hčerinske verige DNK se pojavi zaradi encima DNA polimeraze , ki se premika v smeri 5" 3" , izbor nukleotidov po principu komplementarnosti. Vodilna veriga se sintetizira neprekinjeno, medtem ko se zaostala veriga sintetizira občasno. Encim DNA ligaza povezuje fragmenti Okazakija . Posebni korekcijski proteini prepoznajo napake in odpravijo nepravilne nukleotide.

3) Odpoved

Konec replikacije se zgodi, ko se srečata dve replikacijski vilici. Proteinske komponente so odstranjene, molekule DNK spiralizirane.

Lastnosti genetske kode

• * Trojček - vsaka aminokislina je kodirana s kodo 3 nukleotidov.
• * Nedvoumno - vsak triplet kodira samo določeno kislino.
• * Degeneriran - vsako aminokislino kodira več tripletov (2-6). Le dva od njih sta kodirana z enim trojčkom: triptofan in metionin.
• * Brez prekrivanja - vsak kodon je samostojna enota, genetska informacija pa se bere le na en način v eno smer
• * Vsestranski - enako za vse organizme. Isti trojčki kodirajo iste aminokisline v različnih organizmih.

Genetska koda

Implementacija dednih informacij poteka po shemi gen-protein-lastnost.

Gene - del molekule DNA, ki nosi informacije o primarni strukturi ene proteinske molekule in je odgovoren za njeno sintezo.

Genetska koda - princip kodiranja dednih informacij v celici. Gre za zaporedje nukleotidnih trojčkov v NK, ki določa določen vrstni red aminokisline v beljakovinah. Informacije, ki jih vsebuje linearno zaporedje nukleotidov, se uporabijo za ustvarjanje drugega zaporedja.

Iz 4 nukleotidov jih lahko naredite 64 trojček , od katerih jih 61 kodira aminokisline. Stop kodoni - tripleti UAA, UAG, UGA ustavijo sintezo polipeptidne verige.

Začetni kodon - triplet AUG določa začetek sinteze polipeptidne verige.

Biosinteza beljakovin

Eden glavnih procesov presnove plastike. Nekatere reakcije potekajo v jedru, druge v citoplazmi. Potrebne sestavine: ATP, DNA, mRNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, aminokisline, encimi. Sestavljen je iz 3 procesov:

• - prepisovanje : sinteza mRNA
• - obravnavati : pretvorba mRNA v mRNA
• - oddaja : sinteza beljakovin

DNK vsebuje informacije o strukturi proteina v obliki zaporedja aminokislin, a ker geni ne zapustijo jedra, ne sodelujejo neposredno v biosintezi proteinske molekule. I-RNA se sintetizira v celičnem jedru vzdolž DNA in prenaša informacije iz DNA na mesto sinteze beljakovin (ribosomi). Nato se s pomočjo t-RNA iz citoplazme izberejo komplementarne aminokisline mRNA. Na ta način se sintetizirajo polipeptidne verige.

Transkripcija

1) Iniciacija

Sinteza molekul mRNA iz DNK se lahko pojavi v jedru, mitohondrijih in plastidih. Pod delovanjem encimov DNK helikaze in DNK topoizomeraze del molekule DNK odvija , se vodikove vezi prekinejo. Informacije se berejo samo z ene verige DNK, ki se imenuje kodiranje kodogeni . Encim RNA polimeraza povezuje z promotor - cona DNA, ki vsebuje startni signal TATA.

2) Raztezek

Postopek razporejanja nukleotidov po principu komplementarnost . RNA polimeraza se premika vzdolž kodirne verige in povezuje nukleotide skupaj, da tvorijo polinukleotidno verigo. Postopek se nadaljuje, dokler stop kodon .

3) Odpoved

Konec sinteze: encim in sintetizirana molekula RNA sta ločena od DNA, dvojna vijačnica DNA je obnovljena.

Obravnavati

Pretvorba molekule mRNA v mRNA med spajanje v jedru pod delovanjem encimov. Brisanje v teku introni - področja, ki ne prenašajo informacij o zaporedju aminokislin in zamreženju eksoni - regije, ki kodirajo zaporedje aminokislin. Sledi dodatek stop kodona AUG, zapiranje za 5" konec in poliadenilacija za zaščito 3" konca. Nastane zrela m-RNA, ki je krajša in gre v ribosome.

Oddaja

Postopek prevajanja nukleotidnega zaporedja trojčkov m-RNA v aminokislinsko zaporedje polipeptidne verige. Prehaja v citoplazmo na ribosome.

1) Iniciacija

Sintetizirana mRNA gre skozi jedrne pore v citoplazmo, kjer se s pomočjo encimov in energije ATP poveže z majhna podenota ribosomov. Nato iniciatorska tRNA z aminokislino metianin se veže na peptidilni center. Nadalje v prisotnosti Mg 2+ pride do adicije velik podenote.

2) Raztezek

Podaljšanje beljakovinske verige. Aminokisline se v ribosome dostavijo s pomočjo lastne tRNA. Oblika molekule tRNA spominja na trolist, katerega sredina ima antikodon , ki je komplementaren nukleotidom kodona m-RNA. Ustrezna aminokislina je dodana nasprotni bazi molekule tRNA.

Prva tRNA je zasidrana v peptidil center, drugi pa v aminoacial . Nato se aminokisline zbližajo in a peptid povezave, se pojavi dipeptid, prva t-RNA gre v citoplazmo. Po tem ribosom naredi 1 trinukleotid korak z m-RNA. Kot rezultat, druga tRNA konča v peptidilnem središču in sprosti aminoacilni center. Postopek dodajanja aminokisline zahteva energijo ATP in zahteva prisotnost encima aminoacil-tRNA sintetaza .

3) Odpoved

Ko stop kodon vstopi v aminokislinski center, je sinteza končana in zadnji aminokislini se doda voda. Ribosom se odstrani iz m-RNA in razpade na 2 podenoti, t-RNA se vrne v citoplazmo.

Nukleinska kislina.

Nukleinske kisline (NA) je leta 1869 prvi odkril švicarski biokemik Friedrich Miescher.

NA so linearni, nerazvejeni heteropolimeri, katerih monomeri so nukleotidi, povezani s fosfodiestrskimi vezmi.

Nukleotid je sestavljen iz:

dušikova baza

Purini (adenin (A) in gvanin (G) - njihove molekule so sestavljene iz 2 obročev: 5 in 6 členskih),

Pirimidin (citozin (C), timin (T) in uracil (U) - en šestčlenski obroč);

ogljikovi hidrati (sladkorni obroč s 5 ogljikovimi atomi): riboza ali deoksiriboza;

ostanek fosforne kisline.

Obstajata dve vrsti NK: DNA in RNA. NK zagotavljajo shranjevanje, reprodukcijo in implementacijo genetskih (dednih) informacij. Te informacije so kodirane v obliki nukleotidnih zaporedij. Nukleotidno zaporedje odraža primarno strukturo beljakovin. Korespondenca med aminokislinami in nukleotidnimi sekvencami, ki jih kodirajo, se imenuje genetski kod. Enota genetski kod DNK in RNK sta trojček– zaporedje treh nukleotidov.

DNK (deoksiribonukleinska kislina) je nukleinska kislina, katere monomeri so deoksiribonukleotidi; je materin nosilec genetske informacije. Tisti. vse informacije o zgradbi, delovanju in razvoju posameznih celic in celotnega organizma so zapisane v obliki nukleotidnih zaporedij DNK.

Primarna struktura DNK je enoverižna molekula (fagi).

Nadaljnjo razporeditev makromolekule polimera imenujemo sekundarna struktura. Leta 1953 sta James Watson in Francis Crick odkrila sekundarno strukturo DNK – dvojno vijačnico. V tej vijačnici so fosfatne skupine na zunanji strani vijačnic, baze pa na notranji strani, razporejene v intervalih 0,34 nm. Verige držijo skupaj vodikove vezi med bazami in se zvijajo ena okoli druge ter okoli skupne osi.

Baze v antiparalelnih verigah tvorijo komplementarne (medsebojno komplementarne) pare zaradi vodikovih vezi: A = T (2 povezavi) in G ≡ C (3 povezave).

Pojav komplementarnosti v strukturi DNK je leta 1951 odkril Erwin Chargaff.

Chargaffovo pravilo: število purinskih baz je vedno enako številu pirimidinskih baz (A + G) = (T + C).

Terciarna struktura DNK je nadaljnje zvijanje dvoverižne molekule v zanke zaradi vodikovih vezi med sosednjimi zavoji vijačnice (superzvijanje).

Kvartarna struktura DNK so kromatide (2 verigi kromosoma).

Rentgenski difrakcijski vzorci vlaken DNA, ki sta jih prva pridobila Morris Wilkins in Rosalind Franklin, kažejo, da ima molekula spiralno strukturo in vsebuje več kot eno polinukleotidno verigo.

Obstaja več družin DNK: A, B, C, D, Z-oblike. Oblika B se običajno nahaja v celicah. Vse oblike razen Z so desnosučne spirale.

Replikacija (samopodvajanje) DNA - To je eden najpomembnejših bioloških procesov, ki zagotavljajo reprodukcijo genetskih informacij. Replikacija se začne z ločitvijo dveh komplementarnih verig. Vsaka veriga se uporablja kot predloga za oblikovanje nove molekule DNK. Encimi so vključeni v proces sinteze DNK. Vsaka od obeh hčerinskih molekul nujno vključuje eno staro vijačnico in eno novo. Nova molekula DNK je po nukleotidnem zaporedju popolnoma enaka stari. Ta metoda replikacije zagotavlja natančno reprodukcijo v hčerinskih molekulah informacij, ki so bile zapisane v matični molekuli DNK.

Kot rezultat replikacije ene molekule DNA nastaneta dve novi molekuli, ki sta natančna kopija originalne molekule – matrice. Vsaka nova molekula je sestavljena iz dveh verig - ene iz starševske in ene iz sestrske. Ta mehanizem replikacije DNA se imenuje polkonzervativen.

Reakcije, pri katerih ena heteropolimerna molekula služi kot matrica (forma) za sintezo druge heteropolimerne molekule s komplementarno strukturo, imenujemo reakcije matričnega tipa. Če med reakcijo nastanejo molekule iste snovi, ki služijo kot matriks, se reakcija imenuje avtokatalitski. Če med reakcijo na matriki ene snovi nastanejo molekule druge snovi, se takšna reakcija imenuje heterokatalitsko. Tako je replikacija DNK (tj. sinteza DNK na predlogi DNK). avtokatalitična matrična sintezna reakcija.

Reakcije matričnega tipa vključujejo:

replikacija DNK (sinteza DNK na predlogi DNK),

transkripcija DNA (sinteza RNA na šabloni DNA),

Translacija RNA (sinteza beljakovin na predlogi RNA).

Obstajajo pa tudi druge reakcije tipa šablone, na primer sinteza RNK na šabloni RNK in sinteza DNK na šabloni RNK. Zadnji dve vrsti reakcij opazimo, ko so celice okužene z določenimi virusi. Sinteza DNA na predlogi RNA ( obratno prepisovanje) se pogosto uporablja v genskem inženiringu.

Vsi matrični procesi so sestavljeni iz treh stopenj: iniciacija (začetek), elongacija (nadaljevanje) in zaključek (konec).

Replikacija DNK je težak proces, v katerem sodeluje več deset encimov. Najpomembnejše med njimi so DNA polimeraze (več vrst), primaze, topoizomeraze, ligaze in druge. glavni problem med replikacijo DNA je, da so v različnih verigah ene molekule ostanki fosforne kisline usmerjeni v različne smeri, vendar se veriga lahko podaljša samo od konca, ki se konča z OH skupino. Zato v replicirani regiji, ki se imenuje replikacijske vilice, se postopek replikacije odvija različno v različnih verigah. Na eni od verig, ki se imenuje vodilna veriga, poteka neprekinjena sinteza DNK na predlogi DNK. Na drugi verigi, ki ji pravimo zaostajajoča veriga, najprej pride do vezave temeljni premaz– specifičen fragment RNA. Primer služi kot primer za sintezo fragmenta DNK, imenovanega fragment Okazakija. Nato se začetni premaz odstrani in Okazakijevi fragmenti se povežejo v eno samo verigo encima DNA ligaze. Spremlja podvajanje DNK popravilo– popravljanje napak, ki se neizogibno pojavijo med replikacijo. Obstaja veliko mehanizmov za popravilo.

Replikacija se pojavi pred delitvijo celice. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se dedne informacije prenesejo iz matične celice v hčerinske celice.

RNA (ribonukleinska kislina) je nukleinska kislina, katere monomeri so ribonukleotidi.

Znotraj ene molekule RNK je več regij, ki so med seboj komplementarne. Med takimi komplementarnimi regijami nastanejo vodikove vezi. Posledično se v eni molekuli RNK izmenjujejo dvoverižne in enoverižne strukture, celotna konformacija molekule pa spominja na list detelje.

Dušikove baze, ki sestavljajo RNK, lahko tvorijo vodikove vezi s komplementarnimi bazami v DNK in RNK. V tem primeru dušikove baze tvorijo pare A=U, A=T in G≡C. Zahvaljujoč temu se lahko informacije prenašajo iz DNK v RNK, iz RNK v DNK in iz RNK v proteine.

V celicah najdemo tri glavne vrste RNA, ki opravljajo različne funkcije:

1. Informacije, oz matrica RNA (mRNA ali mRNA). Funkcija: matrica za sintezo beljakovin. Sestavlja 5% celične RNA. Prenaša genetske informacije iz DNA v ribosome med biosintezo beljakovin. V evkariontskih celicah je mRNA (mRNA) stabilizirana s specifičnimi proteini. To omogoča, da se biosinteza beljakovin nadaljuje, tudi če je jedro neaktivno.

mRNA je linearna veriga z več regijami z različnimi funkcionalnimi vlogami:

a) na 5" koncu je kapica ("cap") - ščiti mRNA pred eksonukleazami,

b) sledi mu neprevedena regija, komplementarna odseku rRNA, ki je del majhne podenote ribosoma,

c) prevajanje (branje) mRNA se začne z iniciacijskim kodonom AUG, ki kodira metionin,

d) začetnemu kodonu sledi kodirni del, ki vsebuje podatke o zaporedju aminokislin v proteinu.

2. Ribosomski, oz ribosomski RNA (rRNA). Sestavlja 85 % celične RNA. V kombinaciji z beljakovinami je del ribosomov in določa obliko velike in male ribosomske podenote (50-60S in 30-40S podenote). Sodelujejo pri prevajanju – branju informacij iz mRNA pri sintezi beljakovin.

Podenote in njihove sestavne rRNA so običajno označene s svojo sedimentacijsko konstanto. S - sedimentacijski koeficient, Svedbergove enote. Vrednost S označuje hitrost sedimentacije delcev med ultracentrifugiranjem in je sorazmerna z njihovo molekulsko maso. (Na primer, prokariontska rRNA s sedimentacijskim koeficientom 16 Svedbergovih enot je označena kot 16S rRNA).

Tako ločimo več vrst rRNA, ki se razlikujejo po dolžini polinukleotidne verige, masi in lokalizaciji v ribosomih: 23-28S, 16-18S, 5S in 5,8S. Tako prokariontski kot evkariontski ribosomi vsebujejo 2 različni RNA z visoko molekulsko maso, eno za vsako podenoto, in eno RNA z nizko molekulsko maso - 5S RNA. Evkariontski ribosomi vsebujejo tudi 5,8S RNA z nizko molekulsko maso. Na primer, prokarionti sintetizirajo 23S, 16S in 5S rRNA, evkarionti pa 18S, 28S, 5S in 5,8S.

ribosom 80S (evkariontski)

Mala podenota 40S Velika podenota 60S

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

5,8SpRNA (~155 nt),

5SpRNA (~121 nt),

~30 beljakovin. ~45 beljakovin.

70S ribosom (prokariontski)

Mala podenota 30S Velika podenota 50S

16SpRNA, - 23SpRNA,

~20 beljakovin. ~30 beljakovin.

Velika molekula visoko polimerne rRNA (konstanta sedimentacije 23-28S, lokalizirana v ribosomskih podenotah 50-60S.

Majhna molekula visoko polimerne rRNA (sedimentacijska konstanta 16-18S, lokalizirana v 30-40S ribosomskih podenotah.

V vseh ribosomih brez izjeme je nizkopolimerna 5S rRNA prisotna in je lokalizirana v ribosomskih podenotah 50-60S.

Nizkopolimerna rRNA s sedimentacijsko konstanto 5,8S je značilna samo za evkariontske ribosome.

Tako ribosomi vsebujejo tri vrste rRNA pri prokariontih in štiri vrste rRNA pri evkariontih.

Primarna struktura rRNA je ena poliribonukleotidna veriga.

Sekundarna struktura rRNA je spiralizacija poliribonukleotidne verige na sebi (posamezni odseki verige RNA tvorijo vijačne zanke - "lasnice").

Terciarna struktura visokopolimerne rRNA - interakcije spiralnih elementov sekundarne strukture.

3. Transport RNA (tRNA). Sestavlja 10 % celične RNA. Prenese aminokislino na mesto sinteze beljakovin, tj. na ribosome. Vsaka aminokislina ima svojo tRNA.

Primarna struktura tRNA je ena poliribonukleotidna veriga.

Sekundarna struktura tRNA je model "deteljice", v tej strukturi so 4 dvoverižne in 5 enoverižnih regij.

Terciarna struktura tRNA je stabilna; molekula se zvije v strukturo v obliki črke L (2 vijačnici, ki sta skoraj pravokotni ena na drugo).

Vse vrste RNA nastanejo kot rezultat reakcij sinteze šablone. V večini primerov ena od verig DNK služi kot predloga. Tako je biosinteza RNA na šabloni DNA heterokatalitična reakcija tipa šablone. Ta proces se imenuje prepisovanje nadzorujejo pa ga določeni encimi – RNA polimeraze (transkriptaze).

Sinteza RNK (transkripcija DNK) vključuje kopiranje informacij iz DNK v mRNA.

Razlike med sintezo RNA in sintezo DNA:

Asimetrija procesa: kot matrica se uporablja samo ena veriga DNK.

Konzervativni proces: molekula DNK se po končani sintezi RNK vrne v prvotno stanje. Med sintezo DNK se molekule napol obnovijo, zaradi česar je replikacija polkonzervativna.

Za začetek sinteze RNK ni potreben noben primer, vendar replikacija DNK zahteva začetni primer RNK.

1. Pojasnite zaporedje prenosa genetske informacije: gen – beljakovina – lastnost.

2. Zapomnite si, kakšna struktura beljakovine določa njeno strukturo in lastnosti. Kako je ta struktura kodirana v molekuli DNK?

3. Kaj je genetska koda?

4. Opišite lastnosti genetske kode.

7. Reakcije matrične sinteze. Transkripcija

Informacije o beljakovini so zapisane kot nukleotidno zaporedje v DNK in se nahajajo v jedru. Sama sinteza beljakovin poteka v citoplazmi na ribosomih. Zato je za sintezo beljakovin potrebna struktura, ki bi prenašala informacije iz DNK na mesto sinteze beljakovin. Takšen posrednik je informacijska ali matrična RNA, ki prenaša informacije iz določenega gena molekule DNA do mesta sinteze beljakovin na ribosomih.

Poleg nosilca informacij so potrebne snovi, ki bi zagotovile dostavo aminokislin na mesto sinteze in določitev njihovega mesta v polipeptidni verigi. Takšne snovi so prenosne RNA, ki zagotavljajo kodiranje in dostavo aminokislin na mesto sinteze. Sinteza beljakovin poteka na ribosomih, katerih telo je zgrajeno iz ribosomske RNA. To pomeni, da je potrebna druga vrsta RNA - ribosomska.

Genetska informacija se realizira v treh vrstah reakcij: sinteza RNA, sinteza beljakovin in replikacija DNA. V vsakem se informacije, ki jih vsebuje linearno zaporedje nukleotidov, uporabijo za ustvarjanje drugega linearnega zaporedja: bodisi nukleotidov (v molekulah RNK ​​ali DNK) ali aminokislin (v proteinskih molekulah). Eksperimentalno je bilo dokazano, da je DNK tista, ki služi kot matrika za sintezo vseh nukleinska kislina. Te biosintetske reakcije imenujemo matrična sinteza. Zadostna preprostost matrične reakcije in njihova enodimenzionalnost je omogočila podrobno preučevanje in razumevanje njihovega mehanizma v nasprotju z drugimi procesi, ki se dogajajo v celici.

Transkripcija

Imenuje se proces biosinteze RNA iz DNA prepisovanje. Ta proces poteka v jedru. Vse vrste RNA se sintetizirajo na matriki DNA - informacijski, transportni in ribosomski, ki nato sodelujejo pri sintezi beljakovin. Genetska koda na DNK se med procesom prepisovanja prepiše v messenger RNA. Reakcija temelji na principu komplementarnosti.

Sinteza RNK ima številne značilnosti. Molekula RNK je veliko krajša in je kopija le majhnega dela DNK. Kot matrika torej služi samo določen del DNK, kjer se nahaja informacija o določeni nukleinski kislini. Novo sintetizirana RNA nikoli ne ostane povezana z originalno predlogo DNA, ampak se sprosti po koncu reakcije. Postopek prepisovanja poteka v treh fazah.

Prva stopnja - iniciacija- začetek postopka. Sinteza kopij RNA se začne iz določene cone na DNA, ki se imenuje promotor Ta cona vsebuje določen niz nukleotidov, ki so startni signali. Proces katalizirajo encimi RNA polimeraze. Encim RNA polimeraza se veže na promotor, odvije dvojno vijačnico in prekine vodikove vezi med obema verigama DNA. Toda le eden od njih služi kot predloga za sintezo RNK.

Druga faza - raztezek. Na tej stopnji poteka glavni proces. Na eni verigi DNA so kot na matriksu nukleotidi razporejeni po principu komplementarnosti (slika 19). Encim RNA polimeraza, ki se korak za korakom premika vzdolž verige DNA, povezuje nukleotide med seboj, medtem ko nenehno razvija dvojno vijačnico DNA. Kot rezultat tega gibanja se sintetizira kopija RNA.

Tretja stopnja - prekinitev. To je zadnja faza. Sinteza RNK se nadaljuje do zavorna luč- specifično zaporedje nukleotidov, ki ustavi gibanje encima in sintezo RNA. Polimeraza se loči od DNA in sintetizirane kopije RNA. Istočasno se molekula RNA odstrani iz matrike. DNK obnovi dvojno vijačnico. Sinteza je končana. Glede na odsek DNA se na ta način sintetizirajo ribosomske, transportne in messenger RNA.

Samo ena izmed verig DNK služi kot predloga za transkripcijo molekule RNK. Vendar pa lahko različne verige DNK služijo kot predloga za dva sosednja gena. Katera od obeh verig bo uporabljena za sintezo, določa promotor, ki usmerja encim RNA polimerazo v eno ali drugo smer.

Po transkripciji molekula messenger RNA evkariontske celice v prestrukturiranju. Izreže nukleotidna zaporedja, ki ne nosijo informacij o tem proteinu. Ta proces se imenuje spajanje. Odvisno od tipa celice in stopnje razvoja je mogoče odstraniti različne dele molekule RNA. Posledično se na enem kosu DNK sintetizirajo različne RNA, ki nosijo informacije o različnih proteinih. To omogoča prenos pomembnih genetskih informacij iz enega samega gena in tudi olajša genetsko rekombinacijo.

riž. 19. Sinteza messenger RNA. 1 - veriga DNA; 2 - sintetizirana RNA

Vprašanja in naloge za samokontrolo

1. Katere reakcije spadajo med reakcije matrične sinteze?

2. Kateri je začetni matriks za vse reakcije sinteze matriksa?

3. Kako se imenuje proces biosinteze mRNA?

4. Katere vrste RNA se sintetizirajo na DNA?

5. Ugotovite zaporedje fragmenta mRNA, če ima ustrezni fragment na DNK zaporedje: AAGCTTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosinteza beljakovin

Beljakovine so bistvene sestavine vseh celic, zato so večina pomemben proces presnova plastike je biosinteza beljakovin. Pojavlja se v vseh celicah organizmov. To so edine celične komponente (razen nukleinskih kislin), katerih sinteza poteka pod neposrednim nadzorom genetskega materiala celice. Celoten genetski aparat celice - DNK in različni tipi RNA - konfigurirana za sintezo beljakovin.

Gene je del molekule DNA, ki je odgovoren za sintezo ene proteinske molekule. Za sintezo beljakovin je potrebno, da se določen gen iz DNK kopira v obliki molekule messenger RNA. O tem postopku je bilo govora že prej. Sinteza beljakovin je kompleksen večstopenjski proces in je odvisen od aktivnosti različne vrste RNA. Za neposredno biosintezo beljakovin so potrebne naslednje komponente:

1. Messenger RNA je nosilec informacij od DNK do mesta sinteze. Molekule mRNA se sintetizirajo med procesom transkripcije.

2. Ribosomi so organeli, kjer poteka sinteza beljakovin.

3. Nabor potrebnih aminokislin v citoplazmi.

4. Prenos RNA, kodiranje aminokislin in njihov transport do mesta sinteze na ribosomih.

5. ATP je snov, ki zagotavlja energijo za procese kodiranja aminokislin in sintezo polipeptidne verige.

Struktura prenosne RNA in kodiranje aminokislin

Prenosne RNA (tRNA) so majhne molekule s 70 do 90 nukleotidi, ki predstavljajo približno 15 % vse RNA v celici. Funkcija tRNA je odvisna od njene strukture. Študija strukture molekul tRNA je pokazala, da so na določen način zložene in imajo obliko deteljica(slika 20). Molekula vsebuje zanke in dvojne odseke, povezane z interakcijo komplementarnih baz. Najpomembnejša je osrednja zanka, ki vsebuje antikodon - nukleotidni triplet, ki ustreza kodi za specifično aminokislino. S svojim antikodonom se tRNA lahko po principu komplementarnosti združuje z ustreznim kodonom na mRNA.

riž. 20. Zgradba molekule tRNA: 1 - antikodon; 2 - mesto pritrditve aminokislin

Vsaka tRNA lahko nosi samo eno od 20 aminokislin. To pomeni, da za vsako aminokislino obstaja vsaj ena tRNA. Ker ima lahko aminokislina več trojčkov, je število vrst tRNA enako številu trojčkov aminokisline. Tako skupno število vrst tRNA ustreza številu kodonov in je enako 61. Nobena tRNA ne ustreza trem stop kodam.

Na enem koncu molekule tRNA je vedno gvanin nukleotid (5" konec), na drugem (3" konec) pa so vedno trije CCA nukleotidi. V ta namen je dodana aminokislina (slika 21). Vsaka aminokislina je pritrjena na svojo specifično tRNA z ustreznim antikodonom. Mehanizem te pritrditve je povezan z delom specifičnih encimov - aminoacil-tRNA sintetaz, ki pritrdijo vsako aminokislino na ustrezno tRNA. Vsaka aminokislina ima svojo sintetazo. Povezava aminokisline s tRNA se izvede zaradi energije ATP, medtem ko se visokoenergetska vez spremeni v vez med tRNA in aminokislino. Tako se aktivirajo in kodirajo aminokisline.

Faze biosinteze beljakovin. Proces sinteze polipeptidne verige, ki se izvaja na ribosomu, se imenuje oddaja. Messenger RNA (mRNA) je posrednik pri prenosu informacij o primarni strukturi proteina, tRNA prenaša kodirane aminokisline do mesta sinteze in zagotavlja zaporedje njihovih povezav. Sestavljanje polipeptidne verige poteka v ribosomih.