Nukleinska kislina. Reakcije matrične sinteze

Biološka olimpijada. šolski oder. 2016-2017 študijsko leto.

10-11 razred

1. Napačna korelacija celice in tkiva je

A) koreninski lasje - pokrovno tkivo

B) celica polisadnega parenhima - glavno tkivo

C) vlečna celica - pokrivno tkivo

D) celica spremljevalka – izločevalno tkivo

2. Za prireditev, ki bo čez tri dni, potrebujemo zrele hruške. Vendar tiste hruške, ki so bile kupljene v ta namen, še niso bile zrele. Proces zorenja lahko pospešite tako, da jih postavite

A) v temnem prostoru

B) v hladilniku

B) na okenski polici

D) v vrečki iz debelega papirja skupaj z zrelimi jabolki

3. Bryophytes je uspelo preživeti na kopnem, ker

A) so bile prve rastline, ki so razvile želodce

B) ne potrebujejo vlažnega okolja za razmnoževalni cikel

C) rastejo nizko nad tlemi v razmeroma vlažnih območjih

D) sporofit se je osamosvojil od gametofita

4 Lica sesalca so oblikovana kot

A) naprava za zbiranje večjih količin hrane

B) posledica strukturnih značilnosti lobanje, zlasti čeljusti

B) sesalna naprava

D) dihalni pripomoček

5. Srce krokodila v svoji strukturi

A) trikomorni z nepopolnim septumom v prekatu

B) trikomorna

B) štirikomorni

D) štirikomorni z luknjo v septumu med ventrikli

6. Fibrinogen, ki je beljakovina, sodeluje pri strjevanju krvi

A) krvna plazma

B) citoplazma levkocitov

B) del trombocitov

D) nastane med uničenjem rdečih krvnih celic

7. Abiotski dejavniki vključujejo takšno ekološko enoto, kot je

A) biocenoza

B) ekosistem

B) prebivalstvo

8. Med nastankom pride do redukcijske delitve (mejoze).

A) bakterijske spore

B) zoospore ulotriksa

B) trosi maršancije

D) zoospore phytophthora

9. Od naštetih biopolimerov ima razvejano strukturo

D) polisaharidi

10. Fenilketonurija je genetska bolezen, ki jo povzroča recesivna mutacija. Verjetnost, da bo otrok bolan, če sta oba starša heterozigotna za to lastnost, je

11. Pojasnjena je podobnost v strukturi organov vida pri glavonožcih in vretenčarjih

A) konvergenca

B) vzporednost

B) prilagajanje

D) naključje

12. Prostoplavajoča ličinka ascidije ima tetivo in nevralno cev. Pri odraslih ascidijah, ki vodijo sedeči življenjski slog, izginejo. To je primer

A) prilagoditve

B) degeneracija

B) cenogeneza

13. Vodonosni elementi bora so

A) obročaste in spiralne posode

B) samo obročaste posode

B) traheide

D) spiralne in porozne posode

14. Plodnost je značilna za

B) ananas

B) banano

15. V kloroplastih rastlinskih celic se nahajajo kompleksi za zbiranje svetlobe

A) na zunanji membrani

B) na notranji membrani

B) na tilakoidni membrani

D) v stromi

2. del.

Tekma (6 točk).

2.1. Vzpostavite ujemanje med znakom sive podgane in merilom vrste, za katero je značilna.

2.2. Vzpostavite ujemanje med značilnostmi regulacije funkcij in njene metode.

Nastavite pravilno zaporedje (6 točk).

2.3. Vzpostavite pravilno zaporedje stopenj geografske speciacije.

1) pojav teritorialne izolacije med populacijami iste vrste

2) razširitev ali razdelitev območja razširjenosti vrste

3) pojav mutacij v izoliranih populacijah

4) ohranjanje osebkov z lastnostmi, ki so uporabne v posebnih okoljskih razmerah, z naravno selekcijo

5) izguba posameznikov različnih populacij sposobnosti križanja

2.4. Določite zaporedje, v katerem se ti procesi odvijajo med mitotično delitvijo celic.

1) kromosomi se nahajajo vzdolž ekvatorja celice

2) kromatide se razhajajo proti polom celice

3) nastaneta dve hčerinski celici

4) kromosomi so spiralizirani, vsak je sestavljen iz dveh kromatid

5) kromosomi so despiralizirani

2.5. Na voljo so vam testne naloge v obliki sodb, s katerimi se morate strinjati ali zavrniti. V matriki odgovorov navedite možnost odgovora »da« ali »ne«: (10 točk).

1. Cvetovi nightshade so zbrani v krovnem socvetju.

2. Ciliarni črvi nimajo anusa.

3. Peroksisom je obvezni organel evkariontske celice.

4. Peptidna vez ni makroergična.

5. V jetrnih celicah dodatek glukagona povzroči razgradnjo glikogena.

6. Abiotski dejavniki ne vplivajo na konkurenčne odnose dveh sorodnih vrst.

7. Funkcije izmenjave plinov na listu so možne zaradi lenticel in hidatod.

8. Oddelek želodca prežvekovalcev, ki ustreza enokomornemu želodcu sesalcev, je brazgotina.

9. Dolžina prehranjevalnih verig je omejena z izgubo energije.

10. Manjši kot je premer krvnih žil v telesu, večja je linearna hitrost krvnega pretoka v njih.

3. del

3.1. V danem besedilu poišči tri napake. Navedite številke predlogov, v katerih so narejeni, jih popravite (6 točk).

1. Reakcije matrične sinteze vključujejo tvorbo škroba, sintezo mRNA, sestavljanje beljakovin v ribosomih. 2. Sinteza matrike je podobna vlivanju kovancev na matriko: nove molekule se sintetizirajo natančno v skladu z "načrtom", ki je določen v strukturi obstoječih molekul. 3. Vlogo matriksa v celici imajo molekule klorofila, nukleinske kisline (DNA in RNA). 4. Monomeri se pritrdijo na matrice, nato se združijo v polimerne verige. 5. Končni polimeri zapustijo matrice. 6. Stare matrice se takoj uničijo, nakar se oblikujejo nove.

Človek ima štiri fenotipe glede na krvne skupine: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Gen, ki določa krvno skupino, ima tri alele: IA, IB, i0; poleg tega je alel i0 recesiven glede na alela IA in IB. Starši imajo II (heterozigot) in III (homozigot) krvno skupino. Določite genotipe krvnih skupin staršev. Navedite možne genotipe in fenotipe (število) krvne skupine otrok. Naredite shemo za rešitev problema. Določite verjetnost dedovanja pri otrocih krvne skupine II.

Odgovori razred 10-11

1. del. Izberite en pravilen odgovor. (15 točk)

2.2. največ - 3 točke, ena napaka - 2 točki, dve napaki - 1b, tri ali več napak - 0 točk

2.4. največ - 3 točke, ena napaka - 2 točki, dve napaki - 1b, tri ali več napak - 0 točk

3. del

3.1. V danem besedilu poišči tri napake. Označite številke stavkov, v katerih so narejeni, jih popravite (3b za pravilno odkrivanje povedi z napakami in 3b za popravljanje napak).

1. - reakcije matrične sinteze NE vključujejo tvorbe škroba, matrika za to ni potrebna;

3. - molekule klorofila niso sposobne delovati kot matriks, nimajo lastnosti komplementarnosti;

6. - matrice se uporabljajo večkrat.

3.2. Reši nalogo (3 točke).

Shema za rešitev problema vključuje:

1) starši imajo krvne skupine: skupina II - IAi0 (gamete IA, i0), skupina III - IB IB (gamete IB);

2) možni fenotipi in genotipi krvnih skupin otrok: skupina IV (IAIB) in skupina III (IBi0);

3) verjetnost dedovanja krvne skupine II je 0%.

Obrazec za odgovor

Šolska stopnja vseruske olimpijade iz biologije

Šifra udeleženca _____________

1. del. Izberite en pravilen odgovor. (15 točk)

2. del.

3. del

3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Rešitev problema

V presnovi telesa vodilna vloga pripada beljakovinam in nukleinskim kislinam.

Proteinske snovi tvorijo osnovo vseh vitalnih celičnih struktur, imajo nenavadno visoko reaktivnost in so obdarjene s katalitičnimi funkcijami.

Nukleinska kislina so del najpomembnejšega organa celice - jedra, pa tudi citoplazme, ribosomov, mitohondrijev itd. Nukleinske kisline imajo pomembno, primarno vlogo pri dednosti, telesni variabilnosti in sintezi beljakovin.

Sintezni načrt beljakovine so shranjene v jedru celice neposredno sintezo nastane zunaj jedra, zato je nujno pomoč za dostavo kodiranega načrta iz jedra na mesto sinteze. Takšna pomoč tvorijo molekule RNA.

Postopek se začne v celičnem jedru: del DNK "lestve" se odvije in odpre. Zaradi tega črke RNK tvorijo vezi z odprtimi črkami DNK ene od verig DNK. Encim prenese črke RNK, da jih poveže v nit. Torej so črke DNK "prepisane" v črke RNK. Novo oblikovana veriga RNK se loči in "lestev" DNK se ponovno zasuka.

Po nadaljnjih modifikacijah je ta vrsta kodirane RNA pripravljena.

RNA izhaja iz jedra in gre na mesto sinteze beljakovin, kjer se dešifrirajo črke RNK. Vsak sklop treh črk RNK tvori "besedo", ki pomeni eno specifično aminokislino.

Druga vrsta RNK išče to aminokislino, jo zajame s pomočjo encima in dostavi na mesto sinteze beljakovin. Ko je sporočilo RNA prebrano in prevedeno, veriga aminokislin raste. Ta veriga se zvije in zloži v edinstveno obliko ter ustvari eno vrsto beljakovine.
Celo proces zvijanja beljakovin je izjemen: potrebovali bi 1027 let, da bi z računalnikom izračunali vse zmožnosti zvijanja srednje velikega proteina, sestavljenega iz 100 aminokislin. In za nastanek verige 20 aminokislin v telesu ne traja več kot ena sekunda - in ta proces poteka neprekinjeno v vseh celicah telesa.

Geni, genetska koda in njene lastnosti.

Na Zemlji živi okoli 7 milijard ljudi. Razen 25-30 milijonov parov enojajčnih dvojčkov, potem genetsko vsi ljudje smo različni: vsak je edinstven, ima edinstvene dedne značilnosti, značajske lastnosti, sposobnosti, temperament.

Takšne razlike so pojasnjene razlike v genotipih- nizi genov organizma; vsak je unikat. Genetske lastnosti določenega organizma so utelešene v beljakovinah- posledično se struktura beljakovin ene osebe razlikuje, čeprav precej, od beljakovin druge osebe.

Ne pomeni da ljudje nimamo popolnoma enakih beljakovin. Beljakovine, ki opravljajo enake funkcije, so lahko enake ali se med seboj zelo malo razlikujejo za eno ali dve aminokislini. Toda na Zemlji ni ljudi (z izjemo enojajčnih dvojčkov), pri katerih bi bile vse beljakovine enake.

Informacije o primarni strukturi proteina kodiran kot zaporedje nukleotidov v odseku molekule DNA - gen - enota dednih informacij organizma. Vsaka molekula DNK vsebuje veliko genov. Celota vseh genov organizma sestavlja njegovo genotip .

Dedni podatki so kodirani z uporabo genetski kod , ki je univerzalen za vse organizme in se razlikuje le v menjavanju nukleotidov, ki tvorijo gene in kodirajo proteine ​​določenih organizmov.

Genetska koda obsega tripleti (trojčki) nukleotidov DNK, ki združuje v različnih zaporedja(AAT, HCA, ACH, THC itd.), od katerih vsaka kodira določeno aminokislina(ki bo vgrajen v polipeptidno verigo).

Aminokisline 20, a priložnosti za kombinacije štirih nukleotidov v skupinah po tri - 64 štirje nukleotidi zadostujejo za kodiranje 20 aminokislin

zato ena aminokislina se lahko kodira več trojčkov.

Nekateri tripleti sploh ne kodirajo aminokislin, ampak zažene oz ustavi biosinteza beljakovin.

Pravzaprav kodašteje zaporedje nukleotidov v molekuli i-RNA, Ker odstranjuje informacije iz DNK (proces transkripcije) in ga prevede v zaporedje aminokislin v molekulah sintetiziranih beljakovin (proces oddaje).

Sestava mRNA vključuje nukleotide ACGU, katerih tripleti se imenujejo kodoni: triplet na CHT DNA na mRNA bo postal triplet HCA, triplet AAG DNA pa bo postal triplet UUC.

Točno tako kodoni i-RNA odraža genetsko kodo v zapisu.

V to smer, genetski kod - enoten sistem za zapisovanje dednih informacij v molekulah nukleinskih kislin v obliki zaporedja nukleotidov. Genetska koda ustanovljeno o uporabi abecede, sestavljene samo iz štirih nukleotidnih črk, ki se razlikujejo po dušikovih bazah: A, T, G, C.

Osnovne lastnosti genetske kode :

1. Genetska koda je triplet. Trojček (kodon) je zaporedje treh nukleotidov, ki kodira eno aminokislino. Ker beljakovine vsebujejo 20 aminokislin, je očitno, da vsaka od njih ne more biti kodirana z enim nukleotidom (ker so v DNK samo štiri vrste nukleotidov, v tem primeru ostane nekodiranih 16 aminokislin). Tudi dva nukleotida za kodiranje aminokislin nista dovolj, saj je v tem primeru mogoče kodirati le 16 aminokislin. To pomeni, da je najmanjše število nukleotidov, ki kodirajo eno aminokislino, tri. (V tem primeru je število možnih trojčkov nukleotidov 4 3 = 64).

2. Redundanca (degeneracija) Koda je posledica njene tripletne narave in pomeni, da lahko eno aminokislino kodira več trojčkov (saj je aminokislin 20, tripletov pa 64), z izjemo metionina in triptofana, ki ju kodira le en trojček. Poleg tega nekateri tripleti opravljajo posebne funkcije: v molekuli mRNA so tripleti UAA, UAG, UGA zaključni kodoni, tj. stop signali, ki ustavijo sintezo polipeptidne verige. Triplet, ki ustreza metioninu (AUG), ki stoji na začetku verige DNA, ne kodira aminokisline, ampak opravlja funkcijo iniciacije (vznemirljivega) branja.

3. Skupaj z redundanco ima koda lastnost edinstvenost: vsak kodon ustreza samo eni specifični aminokislini.

4. Koda je kolinearna, tiste. Zaporedje nukleotidov v genu se natančno ujema z zaporedjem aminokislin v beljakovini.

5. Genska koda se ne prekriva in je kompaktna, tj. ne vsebuje "ločil". To pomeni, da proces branja ne dopušča možnosti prekrivanja stolpcev (trojčkov) in z začetkom pri določenem kodonu gre branje neprekinjeno trikrat za trojčkom do zaustavitve signalov ( terminacijskih kodonov).

6. Genska koda je univerzalna, tj. jedrni geni vseh organizmov kodirajo informacije o beljakovinah na enak način, ne glede na stopnjo organiziranosti in sistemski položaj teh organizmov.

obstajati genetske kodne tabele za dešifriranje i-RNA kodonov in gradnjo verig beljakovinskih molekul.

Reakcije matrične sinteze.

V živih sistemih obstajajo reakcije, ki jih v neživi naravi ne poznamo - reakcije matrična sinteza .

Izraz "matrica"v tehniki označujejo obliko, ki se uporablja za ulivanje kovancev, medalj, tipografsko pisavo: kaljena kovina natančno reproducira vse podrobnosti oblike, uporabljene za ulivanje. Matrična sinteza spominja na ulitek na matrici: nove molekule se sintetizirajo v strogem skladu z načrtom, določenim v strukturi že obstoječih molekul.

Načelo matrice leži v jedru najpomembnejše sintezne reakcije celice, kot je sinteza nukleinskih kislin in beljakovin. V teh reakcijah je zagotovljeno natančno, strogo specifično zaporedje monomernih enot v sintetiziranih polimerih.

Tukaj je smer vlečenje monomerov na določeno mesto celice – v molekule, ki služijo kot matriks, kjer poteka reakcija. Če bi se takšne reakcije zgodile kot posledica naključnega trka molekul, bi potekale neskončno počasi. Sinteza kompleksnih molekul po matričnem principu poteka hitro in natančno.

Vloga matrice makromolekule nukleinskih kislin DNA ali RNA igrajo v matričnih reakcijah.

monomerne molekule, iz katerih se sintetizira polimer - nukleotidi ali aminokisline - so v skladu z načelom komplementarnosti razporejeni in pritrjeni na matrico v strogo določenem, vnaprej določenem vrstnem redu.

Potem pride »zamreženje« monomernih enot v polimerno verigo, končni polimer pa se spusti iz matrice.

Nato matrica pripravljena do sestavljanja nove polimerne molekule. Jasno je, da tako kot je mogoče na dani kalup uliti samo en kovanec, eno črko, tako lahko na določeno matrično molekulo »sestavimo« samo en polimer.

Matrični tip reakcij- posebnost kemije živih sistemov. So osnova temeljne lastnosti vsega živega – njegove sposobnost replikacije.

Za reakcije matrične sinteze vključujejo:

1. Replikacija DNA - proces samopodvajanja molekule DNK, ki poteka pod nadzorom encimov. Na vsaki od verig DNK, ki nastanejo po pretrganju vodikovih vezi, se s sodelovanjem encima DNK polimeraza sintetizira hčerinska veriga DNK. Material za sintezo so prosti nukleotidi, prisotni v citoplazmi celic.

Biološki pomen replikacije je v natančnem prenosu dednih informacij iz matične molekule na hčerinske, kar se običajno zgodi med delitvijo somatskih celic.

Molekula DNK je sestavljena iz dveh komplementarnih verig. Te verige držijo skupaj šibke vodikove vezi, ki jih lahko prekinejo encimi.

Molekula je sposobna samopodvajanja (replikacije), na vsaki stari polovici molekule pa se sintetizira nova njena polovica.

Poleg tega se lahko molekula mRNA sintetizira na molekuli DNA, ki nato prenese informacijo, prejeto iz DNA, na mesto sinteze beljakovin.

Prenos informacij in sinteza beljakovin potekata po matričnem principu, primerljivem z delom tiskarskega stroja v tiskarni. Informacije iz DNK se vedno znova kopirajo. Če med kopiranjem pride do napak, se bodo ponovile pri vseh naslednjih kopijah.

Res je, nekatere napake pri kopiranju informacij z molekulo DNK je mogoče popraviti - postopek odprave napak se imenuje odškodnine. Prva od reakcij v procesu prenosa informacij je replikacija molekule DNK in sinteza novih verig DNK.

2. prepisovanje - sinteza i-RNK na DNK, proces odstranjevanja informacije iz molekule DNK, ki jo na njej sintetizira molekula i-RNA.

I-RNA je sestavljena iz ene verige in se sintetizira na DNA v skladu s pravilom komplementarnosti s sodelovanjem encima, ki aktivira začetek in konec sinteze molekule i-RNA.

Končana molekula mRNA vstopi v citoplazmo na ribosomih, kjer poteka sinteza polipeptidnih verig.

3. oddaja - sinteza beljakovin na i-RNA; proces prevajanja informacij, ki jih vsebuje nukleotidno zaporedje mRNA, v zaporedje aminokislin v polipeptidu.

4 .sintezo RNA ali DNA iz virusov RNA

Zaporedje reakcij matriksa med biosintezo beljakovin je mogoče predstaviti kot shema:

neprepisana veriga DNK		A T G	G G C	T A T
prepisano verigo DNK		T A C	C C G	A T A
transkripcija DNK
kodoni mRNA		A U G	G G C	U A U
prevod mRNA
antikodoni tRNA		U A C	C C G	A U A
beljakovinske aminokisline		metionin	glicin	tirozin

V to smer, biosinteza beljakovin- to je ena od vrst plastične izmenjave, med katero se dedne informacije, kodirane v genih DNK, realizirajo v določenem zaporedju aminokislin v beljakovinskih molekulah.

Beljakovinske molekule so v bistvu polipeptidne verige sestavljen iz posameznih aminokislin. Toda aminokisline niso dovolj aktivne, da bi se same povezovale med seboj. Zato morajo aminokisline, preden se med seboj povežejo in tvorijo beljakovinsko molekulo aktivirati. Ta aktivacija poteka pod delovanjem posebnih encimov.

Zaradi aktivacije postane aminokislina bolj labilna in pod delovanjem istega encima se veže na tRNA. Vsaka aminokislina natančno ustreza specifično tRNA, ki najde"lastne" aminokisline in prenaša v ribosom.

Zato ribosom prejme različne aktivirane aminokisline, povezane z njihovimi tRNA. Ribosom je kot tekoči trak sestaviti beljakovinsko verigo iz različnih aminokislin, ki vstopajo vanjo.

Hkrati s t-RNA, na kateri "sedi" lastna aminokislina, " signal" iz DNK, ki jo vsebuje jedro. V skladu s tem signalom se v ribosomu sintetizira en ali drug protein.

Usmerjevalni vpliv DNK na sintezo beljakovin se ne izvaja neposredno, temveč s pomočjo posebnega posrednika - matrica oz messenger RNA (mRNA oz i-RNA), ki sintetiziran v jedru pod vplivom DNK, zato njegova sestava odraža sestavo DNK. Molekula RNK je tako rekoč odlitek iz oblike DNK. Sintetizirana mRNA vstopi v ribosom in jo tako rekoč prenese v to strukturo načrt- v kakšnem vrstnem redu naj se aktivirane aminokisline, ki vstopajo v ribosom, povezujejo med seboj, da se sintetizira določen protein. Sicer pa genetske informacije, kodirane v DNA, se prenesejo na mRNA in nato na beljakovine.

Molekula mRNA vstopi v ribosom in utripa njo. Določen je tisti njegov segment, ki je trenutno v ribosomu kodon (trojček), deluje na povsem specifičen način s strukturo, ki je temu primerna triplet (antikodon) v prenosni RNA, ki je prinesla aminokislino v ribosom.

Prenos RNA z lastno aminokislino ustreza na določen kodon mRNA in povezuje z njim; na naslednje, sosednje mesto i-RNA pripne drugo tRNA drugo aminokislino in tako naprej, dokler ni prebrana celotna veriga i-RNA, dokler niso vse aminokisline nanizane v ustreznem vrstnem redu in tvorijo proteinsko molekulo.

In t-RNA, ki je dostavila aminokislino na specifično mesto polipeptidne verige, osvobojen svoje aminokisline in izstopi iz ribosoma.

Ampak v citoplazmi lahko se ji pridruži želena aminokislina in spet potrpeti v ribosom.

V procesu sinteze beljakovin hkrati ni vključen en, ampak več ribosomov, poliribosomov.

Glavne faze prenosa genetske informacije:

sinteza na DNA kot na predlogi i-RNA (transkripcija)

sinteza v ribosomih polipeptidne verige po programu, ki ga vsebuje i-RNA (translacija).

Stopnje so univerzalne za vsa živa bitja, vendar se časovna in prostorska razmerja teh procesov pri pro- in evkariontih razlikujejo.

pri evkariont transkripcija in translacija sta strogo ločena v prostoru in času: v jedru se pojavi sinteza različnih RNA, po kateri morajo molekule RNA zapustiti jedro in preiti skozi jedrsko membrano. Nato se v citoplazmi RNK transportira do mesta sinteze beljakovin – ribosomov. Šele zatem pride naslednja faza - prevod.

Pri prokariontih potekata prepisovanje in prevajanje hkrati.

V to smer,

mesto sinteze beljakovin in vseh encimov v celici so ribosomi – to je kot "tovarne" protein, tako rekoč montažna delavnica, kjer so dobavljeni vsi materiali, potrebni za sestavljanje polipeptidne verige proteina iz aminokislin. Narava sintetiziranih beljakovin je odvisna od strukture i-RNA, od vrstnega reda nukleoidov v njej, struktura i-RNA pa odraža strukturo DNA, tako da na koncu specifična struktura proteina, tj. različne aminokisline v njem, je odvisno od vrstnega reda nukleoidov v DNK od strukture DNK.

Navedena teorija biosinteze beljakovin je bila imenovana teorija matrike. Matrica te teorije poklical, ker da imajo nukleinske kisline tako rekoč vlogo matrik, v katerih so zapisane vse informacije o zaporedju aminokislinskih ostankov v proteinski molekuli.

Izdelava matrične teorije biosinteze beljakovin in dekodiranje aminokislinske kode je največji znanstveni dosežek 20. stoletja, najpomembnejši korak k razjasnitvi molekularnega mehanizma dednosti.

Tematske naloge

A1. Katera od trditev ni pravilna?

1) genetska koda je univerzalna

2) genetska koda je degenerirana

3) genetska koda je individualna

4) genetski zapis je triplet

A2. En triplet DNK kodira:

1) zaporedje aminokislin v beljakovini

2) en znak organizma

3) ena aminokislina

4) več aminokislin

A3. "Ločila" genetske kode

1) začeti sintezo beljakovin

2) zaustavitev sinteze beljakovin

3) kodirajo določene proteine

4) kodirajo skupino aminokislin

A4. Če je pri žabi aminokislina VALIN kodirana s tripletom GU, potem lahko pri psu to aminokislino kodira triplet:

1) GUA in GUG

2) UUC in UCA

3) CCU in CUA

4) UAG in UGA

A5. Sinteza beljakovin je trenutno končana

1) prepoznavanje kodona z antikodonom

2) prejem i-RNA na ribosome

3) pojav "ločila" na ribosomu

4) aminokislinska vezava na tRNA

A6. Navedite par celic, v katerih ena oseba vsebuje različne genetske informacije?

1) celice jeter in želodca

2) nevron in levkocit

3) mišične in kostne celice

4) jezična celica in jajce

A7. Funkcija i-RNA v procesu biosinteze

1) shranjevanje dednih informacij

2) transport aminokislin do ribosomov

3) prenos informacij na ribosome

4) pospešitev procesa biosinteze

A8. Antikodon tRNA je sestavljen iz nukleotidov UCG. Kateri triplet DNK ji je komplementaren?

Leta 1869 je švicarski biokemik Johann Friedrich Miescher prvi odkril, izoliral iz celičnih jeder in opisal DNK. Toda šele leta 1944 so O. Avery, S. McLeod in M. McCarthy dokazali genetsko vlogo DNK, to je bilo zanesljivo ugotovljeno, da je prenos dednih informacij povezan z deoksiribonukleinsko kislino. To odkritje je bilo močan dejavnik, ki je spodbudil študij dednosti na molekularni ravni. Od takrat se je začel hiter razvoj molekularne biologije in genetike.

Nukleinska kislina (iz lat. jedro - jedro) so naravne visokomolekularne organske spojine, ki zagotavljajo shranjevanje in prenos dednih (genetskih) informacij v živih organizmih. Sem spadajo: ogljik (C), vodik (H), kisik (O), fosfor (P). Nukleinske kisline so nepravilni biopolimeri, sestavljeni iz monomerov – nukleotidov. Vsak nukleotid vsebuje:

· dušikova baza,

· enostavni ogljik - 5-ogljikova sladkorna pentoza (riboza ali deoksiriboza),

· ostanek fosforne kisline.

Obstajata dve vrsti nukleinskih kislin: deoksiribonukleinska kislina - DNA, ki vsebuje deoksiribozo, in ribonukleinska kislina - RNA, ki vsebuje ribozo.

Razmislite o vsaki vrsti nukleinskih kislin.

DNK se nahaja skoraj izključno v celičnem jedru, včasih v organelih: mitohondrijih, plastidih. DNK je polimerna spojina s konstantno (stabilno) vsebnostjo v celici.

Struktura DNK.Molekula DNA je po svoji strukturi sestavljena iz dveh polimernih verig, ki sta med seboj povezani in zviti v obliki dvojne vijačnice (slika 1).

Model strukture DNK sta leta 1953 ustvarila D. Watson in F. Crick, za kar sta oba prejela Nobelovo nagrado. Širina dvojne vijačnice je le približno 0,002 mikrona (20 angstromov), vendar je njena dolžina izjemno velika - do nekaj deset in celo sto mikrometrov (za primerjavo: dolžina največje beljakovinske molekule v razgrnjeni obliki ne presega 0,1 mikrona).

Nukleotidi se nahajajo na razdalji drug od drugega - 0,34 nm, na zavoj vijačnice pa je 10 nukleotidov. Molekulska masa DNK je velika: znaša desetine in celo stotine milijonov. Na primer, molekulska teža (M r) največji kromosom Drosophile je 7,9 10 10 .

Osnovna strukturna enota ene verige je nukleotid, sestavljen iz dušikove baze, deoksiriboze in fosfatne skupine. DNK vsebuje 4 vrste dušikovih baz:

· purin - adenin (A) in gvanin (G),

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

Skupno število purinskih baz je enako vsoti pirimidinskih baz.

Tudi nukleotidi DNA bodo 4 vrste: adenil (A), gvanil (G), citidil (C) in timidil (T).Vsi nukleotidi DNA so povezani v polinukleotidno verigo zaradi ostankov fosforne kisline, ki se nahajajo med deoksiribozami. V polinukleotidni verigi je lahko do 300.000 ali več nukleotidov.

Tako je vsaka veriga DNK polinukleotid, v katerem so nukleotidi razporejeni v strogo določenem vrstnem redu. Dušikove baze se približajo druga drugi tako blizu, da med njimi nastanejo vodikove vezi. V njihovi razporeditvi se jasno kaže pomemben vzorec: adenin (A) ene verige je povezan s timinom (T) druge verige z dvema vodikovima vezema, gvanin (G) ene verige pa je s tremi vodikovimi vezmi povezan s citozinom. (C) druga veriga, kar povzroči nastanek parov A-T in G-C. To sposobnost selektivnega povezovanja nukleotidov imenujemo komplementarnost, to je prostorsko in kemično ujemanje med pari nukleotidov (glej sliko 2).

Zaporedje povezovanja nukleotidov ene verige je nasprotno (komplementarno) kot v drugi verigi, to pomeni, da so verige, ki sestavljajo eno molekulo DNA, večsmerne oziroma antiparalelne. Verigi se zvijata druga okoli druge in tvorita dvojno vijačnico. Veliko število vodikovih vezi zagotavlja močno povezavo verig DNA in daje molekuli stabilnost, hkrati pa ohranja njeno mobilnost - pod vplivom encimov se zlahka odvija (despiralizira).

Replikacija DNA (reduplikacija DNA) - proces samoreprodukcije (samopodvojitve) makromolekul nukleinskih kislin, ki zagotavlja natančno kopiranje genetske informacije in njen prenos iz generacije v generacijo.

Replikacija DNA se pojavi med interfazo pred celično delitvijo. Matična molekula DNA (število verig DNA v celici je 2n) se pod delovanjem encimov odvije z enega konca, nato pa se hčerinske polinukleotidne verige dopolnijo iz prostih nukleotidov po principu komplementarnosti na obeh verigah. Kot rezultat matričnih reakcij nastaneta dve hčerinski molekuli DNA z enako nukleotidno sestavo, v kateri je ena od verig stara matična veriga, druga pa nova, na novo sintetizirana (količina DNA v celici postane 4n = 2 X 2n).

Funkcije DNK.

1. Shranjevanje dednih informacij o strukturi beljakovin ali njenih posameznih organelov. Najmanjša enota genetske informacije za nukleotidom so trije zaporedni nukleotidi – trojček. Zaporedje trojčkov v polinukleotidni verigi določa zaporedje aminokislin ene proteinske molekule (primarna struktura proteina) in predstavlja gen. Skupaj z beljakovinami je DNK del kromatina, snovi, ki sestavlja kromosome celičnega jedra.

2. Prenos dednih informacij kot rezultat replikacije med delitvijo celice iz matične celice na hčerinsko.

3. Implementacija dednih informacij (shranjenih v obliki genov) kot rezultat matričnih reakcij biosinteze s proizvodnjo proteinov, specifičnih za celico in organizem. Hkrati se na eni od njegovih verig po principu komplementarnosti sintetizirajo molekule messenger RNA iz nukleotidov okolja, ki obdaja molekulo.

RNA je spojina z nihajočo (labilno) vsebnostjo v celici.

Struktura RNA.Molekule RNA so po zgradbi manjše od molekul DNA z molekulsko maso od 20-30 tisoč (tRNA) do 1 milijon (rRNA), RNA je enoverižna molekula, zgrajena na enak način kot ena od verig DNA. . RNA monomeri – nukleotidi so sestavljeni iz dušikove baze, riboze (pentoze) in fosfatne skupine. RNA vsebuje 4 dušikove baze:

· purin - adenin (A);

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

V RNA je timin nadomeščen z uracilom, ki mu je po strukturi blizu (nukleotid je uridil. Nukleotidi so povezani v polinukleotidno verigo na enak način kot v DNA, zaradi ostankov fosforne kisline, ki se nahajajo med ribozami.

Lokacija v celici Med RNK so: jedrska, citoplazemska, mitohondrijska, plastidna.

Po funkciji Med RNA so: transportne, informacijske in ribosomske.

Prenosne RNA (tRNA) - enoverižni, vendar s tridimenzionalno strukturo "deteljice", ki jo ustvarjajo intramolekularne vodikove vezi (slika 3). Molekule tRNA so najkrajše. Sestavljen je iz 80-100 nukleotidov. Predstavljajo približno 10% celotne vsebnosti RNA v celici. Prenašajo aktivirane aminokisline (vsaka tRNA ima svojo aminokislino, skupaj je znanih 61 tRNA) v ribosome med biosintezo beljakovin v celici.«

Informacijska (matrična) RNA (mRNA, mRNA) - enoverižna molekula, ki nastane kot posledica transkripcije na molekuli DNA (kopira gene) v jedru in prenaša informacijo o primarni strukturi ene proteinske molekule do mesta sinteze beljakovin v ribosomih. Molekula mRNA je lahko sestavljena iz 300-3000 nukleotidov. Delež mRNA predstavlja 0,5-1% celotne vsebnosti RNA v celici.

Ribosomska RNA (rRNA) - največje enoverižne molekule, ki tvorijo kompleksne komplekse z beljakovinami, ki podpirajo strukturo ribosomov, na katerih poteka sinteza beljakovin.

rRNA predstavlja približno 90 % celotne vsebnosti RNA v celici.

Vse genetske informacije organizma (struktura njegovih beljakovin) so vsebovane v njegovi DNK, ki je sestavljena iz nukleotidov, združenih v gene. Spomnimo se, da je gen enota dednih informacij (odsek molekule DNA), ki vsebuje informacije o strukturi ene beljakovine - encima. Imenujejo se geni, ki določajo lastnosti organizmov strukturno. In geni, ki uravnavajo izražanje strukturnih genov, se imenujejo regulativni. Manifestacija (izražanje) gena (realizacija dednih informacij) poteka na naslednji način:

Za izvajanje genske ekspresije obstaja genetska koda - strogo urejeno razmerje med nukleotidnimi bazami in aminokislinami (tabela 12).

Tabela 12 Genetska koda

Osnovne lastnosti genetske kode.

Trojnost- kodiranje aminokislin se izvaja s trojčki (trojčki) baz nukleotidov. Število kodirnih tripletov je 64 (4 vrste nukleotidov: A, T, C, G, 4 3 = 64).

NedvoumnostVsak triplet kodira le eno aminokislino.

degeneracija- število kodirnih tripletov presega število aminokislin (64 > 20). Obstajajo aminokisline, ki jih kodira več kot en triplet (takšne aminokisline so pogostejše v beljakovinah). Obstajajo trije trojčki, ki ne kodirajo nobene aminokisline (UAA, UAG, UGA). Imenujejo se "nonsense kodoni" in igrajo vlogo "stop signalov", kar pomeni konec zapisa gena (skupno število kodirnih kodonov je 61).

Neprekrivanje (kontinuiteta) - Branje trojčkov iz DNA med sintezo mRNA poteka strogo vzdolž treh zaporednih nukleotidov, brez prekrivanja sosednjih kodonov. Znotraj gena ni "ločil".

Vsestranskost - isti trojčki kodirajo iste aminokisline v vseh organizmih, ki živijo na Zemlji.

Pogoste okrajšave za imena aminokislin:

FEN - fenilalanin; GIS - histidin;

LEI - levcin; GLN - glutamin;

ILE - izolevcin; GLU - glutaminska kislina;

MET - metionin; LYS - lizin;

VAL - valin; ASN - asparagin;

SER - serija; ASP - asparaginska kislina;

PRO - prolin; CIS - cistein;

TPE - treonin; TRI - triptofan;

ALA - alanin; ARG - arginin;

TIR - tirozin; GLI - glicin.

Tako nosilec DNK vseh genetskih informacij v celici ne sodeluje neposredno pri sintezi beljakovin (tj. izvajanju te dedne informacije). V živalskih in rastlinskih celicah so molekule DNA ločene z jedrno membrano od citoplazme.plazmi, kjer poteka sinteza beljakovin. Iz jedra se v ribosome - mesta sestavljanja beljakovin - pošlje posrednik, ki prenaša kopirane informacije in lahko prehaja skozi pore jedrske membrane. Messenger RNA, ki je vključena v matrične reakcije, je takšen posrednik.

Matrične reakcije - to so reakcije za sintezo novih spojin na osnovi "starih" makromolekul, ki delujejo kot matrica, torej oblika, model za kopiranje novih molekul. Matrične reakcije za realizacijo dednih informacij, pri katerih sodelujeta DNK in RNK, so:

1. replikacija DNK- podvojitev molekul DNK, zaradi česar se prenos genetske informacije izvaja iz generacije v generacijo. Matrica je materina DNK, nove, ki nastanejo po tej matrici, pa so hčerinske, na novo sintetizirane 2 molekule DNK (slika 4).

2. Transkripcija(lat. transcription – prepisovanje) je sinteza molekul RNA po principu komplementarnosti na matrici ene od verig DNA. Pojavlja se v jedru pod delovanjem encima, odvisnega od DNA - RNA polimeraze. Messenger RNA je enaneverižna molekula, kodiranje gena pa izvira iz ene verige dvoverižne molekule DNA. Če prepisana veriga DNA vsebuje nukleotid G, potem DNA polimeraza vključuje C v mRNA, če je T, potem vključuje A v mRNA, če je T, vključuje Y (timin T ni vključen v RNA; Slika 5). Jezik trojčkov DNK prevedemo v jezik kodonov mRNA (trojčke v mRNA imenujemo kodoni).

Zaradi transkripcije različnih genov se sintetizirajo vse vrste RNA. Nato mRNA, tRNA, rRNA skozi pore v jedrski ovojnici vstopijo v citoplazmo celice, da opravljajo svoje funkcije.

3. Oddaja(lat. translatio - prenos, prevajanje) je sinteza polipeptidnih verig proteinov na zreli matriki mRNA, ki jo izvajajo ribosomi. V tem procesu je več stopenj:

Prva stopnja je iniciacija (začetek sinteze – verig). V citoplazmi vstopi ribosom na enega od koncev mRNA (natančno na tistega, iz katerega se je začela sinteza molekule v jedru) in začne sintezo polipeptida. Molekula tRNA, ki prenaša aminokislino metionin (tRNA meth), se poveže z ribosomom in pritrdi na začetek verige mRNA (vedno s kodo AUG). Poleg prve tRNA (ki nima nobene zveze s sintetizirajočim proteinom) je pritrjena druga tRNA z aminokislino. Če je antikodon tRNA, potem med aminokislinami nastane peptidna vez, ki jo tvori določen encim. Po tem tRNA zapusti ribosom (gre v citoplazmo po novo aminokislino), mRNA pa premakne en kodon.

Druga stopnja je elongacija (raztezek verige). Ribosom se premika vzdolž molekule mRNA ne gladko, ampak občasno, triplet za trojčkom. Tretja tRNA z aminokislino se s svojim antikodonom veže na kodon mRNA. Ko se vzpostavi komplementarnost vezi, naredi ribosom še en korak en "kodon", specifični encim pa drugo in tretjo aminokislino "zamreži" s peptidno vezjo - nastane peptidna veriga. Aminokisline v rastoči polipeptidni verigi so povezane v zaporedju, v katerem se nahajajo kodoni mRNA, ki jih kodirajo (slika 6).

Tretja stopnja je terminacija (konec sinteze) verige. Pojavi se, ko ribosom prevede enega od treh "nesmiselnih kodonov" (UAA, UAG, UGA). Ribosomi skočijo z mRNA, sinteza beljakovin je končana.

Tako je, če poznamo vrstni red razporeditve aminokislin v proteinski molekuli, mogoče določiti vrstni red nukleotidov (trojčkov) v verigi mRNA in iz tega - vrstni red nukleotidnih parov v odseku DNA in obratno, pri čemer upoštevajo načelo komplementarnosti nukleotidov.

Seveda lahko v procesu matričnih reakcij zaradi kakršnih koli razlogov (naravnih ali umetnih) pride do sprememb - mutacij. Gre za genske mutacije na molekularni ravni – posledice različnih poškodb v molekulah DNK. Genske mutacije, ki se pojavijo na molekularni ravni, običajno prizadenejo enega ali več nukleotidov. Vse oblike genskih mutacij lahko razdelimo v dve veliki skupini.

Prva skupina- zamik okvirja - je vstavljanje ali brisanje enega ali več parov nukleotidov. Odvisno od mesta kršitve se spremeni eno ali drugo število kodonov. To je najhujša poškodba genov, saj bodo v beljakovine vključene popolnoma druge aminokisline.

Takšne delecije in vstavki predstavljajo 80 % vseh spontanih genskih mutacij.

Najbolj škodljiv učinek imajo tako imenovane nesmiselne mutacije, ki so povezane s pojavom terminatorskih kodonov, ki povzročajo zastoj.ku sintezo beljakovin. To lahko povzroči prezgodnjo prekinitev sinteze beljakovin, ki se hitro razgradijo. Posledica je celična smrt ali sprememba narave individualnega razvoja.

Mutacije, povezane s substitucijo, delecijo ali insercijo v kodirnem delu gena, se fenotipsko kažejo kot substitucija aminokislin v proteinu. Glede na naravo aminokislin in funkcionalni pomen poškodovanega območja pride do popolne ali delne izgube funkcionalne aktivnosti proteina. Praviloma se to izraža v zmanjšanju sposobnosti preživetja, spremembi lastnosti organizmov itd.

Druga skupinaso genske mutacije z zamenjavo baznih parov nukleotidov. Obstajata dve vrsti baznih substitucij:

1. Prehod- zamenjava enega purina za purinsko bazo (A za G ali G za A) ali enega pirimidina za pirimidin (C za T ali T za, C).

2. Transverzija- zamenjava ene purinske baze s pirimidinsko ali obratno (A za C, ali G za T, ali A za Y).

Osupljiv primer transverzije je anemija srpastih celic, ki nastane zaradi dedne motnje v strukturi hemoglobina. V mutiranem genu, ki kodira eno od verig hemoglobina, je pretrgan samo en nukleotid, adenin pa je v mRNA nadomeščen z uracilom (GAA z GUA).

Posledično pride do spremembe biokemičnega fenotipa, v verigi hemoglobina se glutaminska kislina nadomesti z valinom. Ta zamenjava spremeni površino molekule hemoglobina: celice eritrocitov namesto bikonkavnega diska postanejo srpaste in zamašijo majhne žile ali pa se hitro odstranijo iz obtoka, kar hitro privede do slabokrvnost.

Tako pomen genskih mutacij za življenje organizma ni enak:

· nekatere "tihe mutacije" ne vplivajo na strukturo in delovanje proteina (na primer nukleotidna substitucija, ki ne vodi do aminokislinske substitucije);

· nekatere mutacije povzročijo popolno izgubo delovanja beljakovin in celično smrt (na primer nesmiselne mutacije);

· druge mutacije - s kvalitativno spremembo mRNA in aminokislin povzročijo spremembo značilnosti organizma;

· in končno, nekatere mutacije, ki spreminjajo lastnosti beljakovinskih molekul, škodljivo vplivajo na vitalno aktivnost celic - takšne mutacije povzročajo hude bolezni (na primer transverzije).

Terciarna struktura RNA

Sekundarna struktura RNA

Molekula ribonukleinske kisline je zgrajena iz ene same polinukleotidne verige. Ločeni odseki verige RNA tvorijo spiralizirane zanke - "lasne sponke" zaradi vodikovih vezi med komplementarnima dušikovima bazama A-U in G-C. Odseki verige RNA v takšnih spiralnih strukturah so antiparalelni, vendar ne vedno popolnoma komplementarni; vsebujejo neparne nukleotidne ostanke ali celo enoverižne zanke, ki se ne prilegajo dvojni vijačnici. Prisotnost spiraliziranih regij je značilna za vse vrste RNA.

Za enoverižne RNA je značilna kompaktna in urejena terciarna struktura, ki izhaja iz interakcije vijačnih elementov sekundarne strukture. Tako je možna tvorba dodatnih vodikovih vezi med nukleotidnimi ostanki, ki so med seboj dovolj oddaljeni, ali vezi med OH skupinami riboznih ostankov in baz. Terciarno strukturo RNK stabilizirajo ioni dvovalentnih kovin, kot so ioni Mg 2+, ki se ne vežejo samo na fosfatne skupine, temveč tudi na baze.

Med reakcijami sinteze matriksa nastajajo polimeri, katerih strukturo popolnoma določa struktura matriksa. Reakcije matrične sinteze temeljijo na komplementarnih interakcijah med nukleotidi.

Replikacija (reduplikacija, podvajanje DNA)

Matrix- materina DNK veriga
Izdelek- na novo sintetizirana veriga hčerinske DNK
komplementarnost med nukleotidi starševske 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 RNA)

Matrix- kodirna 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 po principu komplementarnosti zgrajena mRNA. Nato se odcepi in preide v citoplazmo, verige DNK pa se spet povežejo med seboj.

Prevajanje (sinteza beljakovin)

Matrix– mRNA
Izdelek- beljakovine
komplementarnost med nukleotidi kodonov mRNA in nukleotidi antikodonov tRNA, ki prinašajo aminokisline

Znotraj ribosoma so antikodoni tRNA pripeti na kodone mRNA po principu komplementarnosti. Ribosom združuje aminokisline, ki jih prinaša tRNA, da tvori beljakovino.

7. Tvorba polipeptidne verige iz zaporedno dostavljenih v mRNA pride do tRNA z ustreznimi aminokislinami na ribosomih(slika 3.9).

Ribosomi so nukleoproteinske strukture, ki vključujejo tri vrste rRNA in več kot 50 specifičnih ribosomskih proteinov. Ribosomi sestavljen iz majhnih in velikih podenot. Začetek sinteze polipeptidne verige se začne s pritrditvijo majhne podenote ribosoma na vezavno mesto na mRNA in se vedno pojavi s sodelovanjem posebne vrste metioninske tRNA, ki se veže na metioninski kodon AUG in pritrdi na t.i. velika podenota ribosoma.

riž. 3.9. Sinteza polipeptidne verige na ribosomu Prikazana je tudi transkripcija mRNA in njen prenos skozi jedrno membrano v citoplazmo celice.

Naslednji kodon mRNA, ki se nahaja za iniciacijskim kodonom AUG, pade na A-mesto velike podenote ribosomi, kjer je "nadomeščen" za interakcijo z amino-acil-tRNA, ki ima ustrezen antikodon. Ko se ustrezna tRNA veže na kodon mRNA, ki se nahaja na mestu A, nastane peptidna vez s pomočjo peptidil transferaze, ki je del velike podenote ribosoma, in aminoacil-tRNA se pretvori v peptidil-tRNA. To povzroči, da ribosom napreduje za en kodon, premakne oblikovano peptidil-tRNA na mesto P in sprosti mesto A, ki zaseda naslednji kodon mRNA po vrstnem redu, pripravljeno za kombinacijo z aminoacil-tRNA, ki ima ustrezen antikodon ( Slika 3.10).

Zaradi večkratnega ponavljanja opisanega procesa pride do rasti polipeptidne verige. Ribosom premikanje vzdolž mRNA, ki objavlja svoje začetno mesto. Na iniciacijskem mestu se sestavi naslednji aktivni ribosomski kompleks in začne se sinteza nove polipeptidne verige. Tako se lahko več aktivnih ribosomov združi v eno molekulo mRNA in tvori polisom. Sinteza polipeptida se nadaljuje, dokler na mestu A ne najdemo enega od treh stop kodonov. Stop kodon prepozna specializiran terminacijski protein, ki prekine sintezo in olajša ločitev polipeptidne verige od ribosoma in mRNA.

riž. 3.10. Sinteza polipeptidne verige na ribosomu. Podroben diagram dodajanja nove aminokisline v rastočo polipeptidno verigo in sodelovanje v tem procesu regij A in P velike podenote ribosoma.

Ribosom in mRNA prav tako prekinejo povezavo in so pripravljeni na začetek nove sinteze polipeptidne verige (glej sliko 3.9). Opozoriti je treba le, da so beljakovine glavne molekule, ki zagotavljajo vitalno aktivnost celice in organizma. So encimi, ki zagotavljajo vso najkompleksnejšo presnovo, in strukturne beljakovine, ki sestavljajo ogrodje celice in tvorijo medcelično snov, ter transportne beljakovine številnih snovi v telesu, kot je hemoglobin, ki prenaša kisik, in beljakovinski kanali, ki zagotavljajo prodiranje v celico in odstranjevanje različnih spojin.

a) Na ribosomih zrnatega ER se sintetizirajo proteini, ki se nato

Bodisi se odstranijo iz celice (izvozne beljakovine),
ali so del določenih membranskih struktur (prava membrana, lizosomi itd.).

b) Istočasno peptidna veriga, sintetizirana na ribosomu, s svojim vodilnim koncem prodre skozi membrano v votlino ER, kjer se nato pojavi celoten protein in se oblikuje njegova terciarna struktura.

2. Tukaj (v lumnu rezervoarjev EPS) se začne modifikacija beljakovin - njihova vezava na ogljikove hidrate ali druge sestavine.

8. Mehanizmi celične delitve.

Nukleinska kislina.

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

NC so linearni nerazvejani heteropolimeri, katerih monomeri so nukleotidi, povezani s fosfodiestrskimi vezmi.

Nukleotid je sestavljen iz:

dušikova baza

Purin (adenin (A) in gvanin (G) - njune molekule so sestavljene iz 2 obročev: 5 in 6-členski),

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. NC zagotavljajo shranjevanje, reprodukcijo in implementacijo genetskih (dednih) informacij. Te informacije so kodirane v obliki nukleotidnih zaporedij. Nukleotidno zaporedje odraža primarno strukturo beljakovin. Skladnost med aminokislinami in nukleotidnimi zaporedji, ki jih kodirajo, se imenuje genetski kod. enota genetski kod DNK in RNK sta trojček- zaporedje treh nukleotidov.

Vrste dušikovih baz	A, G, C, T	A, G, C, pri
Vrste pentoz	β,D-2-deoksiriboza	β,D-riboza
sekundarna struktura	Redna, sestavljena iz 2 komplementarnih verig	Nepravilni, nekateri deli ene verige tvorijo dvojno vijačnico
Molekulska masa (število nukleotidnih enot v primarni verigi) ali od 250 do 1,2x10 5 kDa (kilodalton)	O tisočih, milijonih	O desetinah in stotinah
Lokalizacija v celici	Jedro, mitohondriji, kloroplasti, centrioli	Jedro, citoplazma, ribosomi, mitohondriji in plastidi
	Shranjevanje, prenos in razmnoževanje v več generacijah dednih informacij	Izvajanje dednih informacij

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).

Nadaljnje pakiranje polimerne makromolekule 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, medtem ko so baze na notranji strani, razporejene v intervalih 0,34 nm. Verige držijo skupaj vodikove vezi med bazami in se zvijajo druga 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 vzorci vlaken DNK, ki sta jih prva posnela 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. V celicah se običajno nahaja B-oblika. 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 tvorbo 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 posledica 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 matriks (oblika) 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, potem takšno reakcijo imenujemo heterokatalitsko. Tako je replikacija DNK (tj. sinteza DNK na predlogi DNK). avtokatalitična reakcija matrične sinteze.

Reakcije matričnega tipa vključujejo:

replikacija DNK (sinteza DNK na predlogi DNK),

transkripcija DNK (sinteza RNK na predlogi DNK),

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 je celica okužena 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 kompleksen proces, ki vključuje na desetine encimov. Najpomembnejše med njimi so DNA polimeraze (več vrst), primaze, topoizomeraze, ligaze in druge. Glavna težava pri replikaciji DNA je, da so v različnih verigah ene molekule ostanki fosforne kisline usmerjeni v različne smeri, vendar lahko pride do rasti verige le s konca, ki se konča z OH skupino. Zato v replicirani regiji, ki se imenuje replikacijske vilice, proces replikacije poteka različno v različnih verigah. Na eni od verig, ki jo imenujemo vodilna, 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 Okazaki. Nato se začetni premaz odstrani in Okazakijevi fragmenti se spojijo v eno samo verigo encima DNA ligaze. Spremlja replikacijo DNK odškodnine– popravek napak, ki se neizogibno pojavijo med replikacijo. Obstaja veliko reparacijskih mehanizmov.

Replikacija se pojavi pred delitvijo celice. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se izvede prenos dednih informacij iz matične celice v hčerinske celice.

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

Znotraj ene molekule RNA je več regij, ki so med seboj komplementarne. Med temi komplementarnimi mesti se tvorijo vodikove vezi. Posledično se v eni molekuli RNK izmenjujejo dvoverižne in enoverižne strukture, celotna konformacija molekule pa spominja na deteljico.

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. To omogoča prenos informacij 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. Informativno, oz matrica RNA (mRNA ali mRNA). Funkcija: matrica sinteze beljakovin. Sestavlja 5% celične RNA. Prenaša genetske informacije iz DNA v ribosome med sintezo beljakovin. V evkariontskih celicah je mRNA (mRNA) stabilizirana s specifičnimi proteini. To omogoča nadaljevanje biosinteze beljakovin, 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 vključena v majhno podenoto ribosoma,

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

d) iniciacijskemu kodonu sledi kodirni del, ki vsebuje informacijo o zaporedju aminokislin v proteinu.

2. Ribosomski, oz ribosomski RNA (rRNA). Sestavlja 85 % celične RNA. V kombinaciji z beljakovino je del ribosomov, določa obliko velikih in majhnih ribosomskih podenot (podenote 50-60S in 30-40S). 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 je izoliranih 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 visoko polimerni RNA, po eno za vsako podenoto, in eno nizko molekularno RNA, 5S RNA. Evkariontski ribosomi vsebujejo tudi 5,8S RNA z nizko molekulsko maso. Na primer, pri prokariontih je sinteza 23S, 16S in 5S rRNA, pri evkariontih - 18S, 28S, 5S in 5,8S.

ribosom 80S (evkariontski)

Mala podenota 40S Velika podenota 60S

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

5,8SrRNA (~155 nt),

5SrRNA (~121 nt),

~30 beljakovin. ~45 beljakovin.

70S-ribosom (prokariontski)

Mala podenota 30S Velika podenota 50S

16SrRNA, - 23SrRNA,

~20 beljakovin. ~30 beljakovin.

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

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

V vseh ribosomih brez izjeme je nizko polimerna 5S rRNA, lokalizirana v 50-60S podenotah ribosomov.

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

Tako sestava ribosomov vključuje 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 spiralizirane zanke - "lasnice").

Terciarna struktura visokopolimernih rRNA je interakcija vijačnih elementov sekundarne strukture.

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

Primarna struktura tRNA je ena poliribonukleotidna veriga.

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

Terciarna struktura tRNA je stabilna, molekula se zloži v strukturo v obliki črke L (2 vijačnici skoraj pravokotni druga 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 RNA (transkripcija DNA) je sestavljena iz prepisovanja informacij iz DNA v mRNA.

Razlike med sintezo RNA in sintezo DNA:

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

Konzervativni proces: molekula DNK se ob koncu sinteze RNK vrne v prvotno stanje. Med sintezo DNK se molekule napol obnovijo, zaradi česar je replikacija polkonzervativna.

Za začetek sinteze RNA ni potreben noben primer, medtem ko replikacija DNA zahteva začetni primer RNA.