Întrebarea 1. Amintiți-vă definiția completă a conceptului de „viață”.
La mijlocul secolului al XIX-lea. Friedrich Engels scria: „Viața este un mod de existență al corpurilor proteice, al cărui punct esențial este schimbul constant de substanțe cu natura exterioară care le înconjoară și, odată cu încetarea acestui metabolism, încetează și viața, ceea ce duce la descompunere. a proteinei.” La nivelul actual de cunoaștere, această definiție clasică a vieții este completată de ideea importanței excepționale a acizilor nucleici - molecule care conțin informații genetice care permit organismelor să se autoreînnoiască și să se autoreproducă (reproducă).
Iată una dintre definițiile moderne. dat de biologul sovietic M.V. Volkenstein în 1965), „Corpurile vii care există pe Pământ sunt sisteme deschise, autoreglabile și auto-reproducătoare, construite din biopolimeri - proteine și acizi nucleici”. În același timp, conceptul de „sistem deschis” presupune schimbul de substanțe și energie cu mediul (nutriție, respirație, excreție) remarcat de F. Engels; conceptul de „autoreglare” - capacitatea de a menține constanța compoziției chimice, structurii și proprietăților. O condiție importantă pentru o autoreglare de succes este iritabilitatea - capacitatea organismului de a răspunde la informațiile care vin din lumea exterioară.
Întrebarea 2. Care sunt principalele proprietăți ale codului genetic și explicați semnificația acestora.
Codul genetic este o secvență de nucleotide din ADN care controlează secvența de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină.
Proprietățile codului
1. Tripletate. Un aminoacid codifică trei nucleotide, care se numesc triplet sau codon.
2. Degenerare sau redundanță. Fiecare aminoacid este codificat de mai mult de un codon. Pentru a codifica 20 de aminoacizi (practic atât de mult face parte din proteină), sunt folosite 61 de combinații de nucleotide (4 3 = 64). Trei codoni: UAA, UAG, UGA - sunt numiți tripleți de terminație, adică. ele poartă informații despre terminarea sintezei proteinelor.
3. Versatilitate. În toate organismele de pe Pământ, aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.
4. Unicitatea. Fiecare triplet codifică doar un aminoacid.
5. Coliniaritate sau liniaritate. Nucleotidele din ADN și i-ARN sunt aranjate liniar, iar aminoacizii dintr-o moleculă de proteină vor fi aranjați liniar în același mod.
6. Nesuprapunere. Informațiile se citesc în tripleți, adică. fiecare nucleotidă face parte dintr-un singur codon.
7. Polaritatea. Există tripleți care determină începutul și sfârșitul genelor individuale. etc.
Întrebarea 3. Care este esența procesului de transfer a informațiilor ereditare din generație în generație și de la nucleu la citoplasmă, la locul sintezei proteinelor?
În timpul transmiterii informațiilor ereditare de la o generație la alta, moleculele de ADN se dublează în procesul de duplicare. Fiecare celulă fiică primește una dintre cele două molecule de ADN identice. În reproducerea asexuată, genotipul organismului fiică este identic cu cel părinte. În timpul reproducerii sexuale, organismul descendenților primește propriul set diploid de cromozomi, asamblați din seturile haploide materne și paterne haploide.
La transferul de informații ereditare de la nucleu la citoplasmă, procesul cheie este transcripția - sinteza ARN pe ADN. Molecula de ARNm sintetizată este o copie complementară a unui anumit fragment de ADN - o genă și conține informații despre structura unei anumite proteine. O astfel de moleculă de ARNm este un intermediar între depozitul de informații genetice - nucleul și citoplasma cu ribozomi unde sunt create proteine. Ribozomii folosesc ARNm ca șablon ("instrucțiune") pentru sinteza proteinelor în timpul translației.
Întrebarea 4. Unde se sintetizează acizii ribonucleici?
Acizii ribonucleici sunt sintetizați în nucleu. Formarea ARNr și asamblarea subunităților de ribozom au loc în zone speciale ale nucleului - nucleolii. O cantitate mică de ARN este sintetizată în mitocondrii și plastide, care au propriul lor ADN și proprii lor ribozomi.
Întrebarea 5. Spuneți-ne unde are loc sinteza proteinelor și cum se realizează.
Sinteza proteinelor are loc în citoplasmă și se realizează cu ajutorul unor organite specializate - ribozomi. Molecula de ARNm se conectează la ribozom la capătul căruia ar trebui să înceapă sinteza proteinelor. Aminoacizii necesari pentru sinteza lanțului proteic sunt eliberați de molecule de ARN de transport (ARNt). Fiecare ARNt poate transporta doar unul dintre cei 20 de aminoacizi (de exemplu, doar cisteină). Ce aminoacid specific transportă ARNt este determinat de tripletul de nucleotide situat în partea de sus a buclei centrale a ARNt, anticodonul. Dacă anticodonul este complementar tripletului de nucleotid de ARNm care este în prezent în contact cu ribozomul, ARNt-ul se va lega temporar de ARNm, iar aminoacidul va fi inclus în lanțul proteic.” și trece la următorul triplet ARNm. Apoi ARNt cu anticodonul corespunzător se va apropia de acest triplet și va elibera următorul aminoacid, care va fi atașat la proteina în creștere.
Astfel, includerea aminoacizilor în lanțul proteic are loc strict în conformitate cu secvența de tripleți ai lanțului de ARNm.
Întreaga secvență de procese care au loc în timpul sintezei moleculelor proteice poate fi combinată în trei etape:
I Transcriere- (lat. transcriere rescrierea) este rescrierea informaţiei după principiul complementarităţii de la ADN la ARNm.
II Prelucrare- (lat. prelucrare- prelucrare) este maturarea ARNm.
Ca rezultat al prelucrării, se formează un m-ARN matur scurt sau este numit și mesager (m-ARN). Acești doi pași merg în miez. ARNm scurt matur intră în citoplasmă prin porii nucleari.
III Difuzare- (lat. traducere- translație) este sinteza lanțurilor polipeptidice pe ribozomi. Mai mulți ribozomi se pot uni pe ARNm și această structură se numește poliribozom sau polizom. Aminoacizii, din care se sintetizează proteinele, sunt eliberați în ribozomi cu ajutorul ARNt. Un aminoacid este atașat de baza ARNt, care este codificat de un anticodon.
Specificitatea unei proteine este determinată de ordinea, cantitatea și varietatea aminoacizilor care alcătuiesc compoziția acesteia.
Etapele implementării informației genetice
ACEASTA transcriere - sinteza tuturor tipurilor de ARN pe un model de ADN. Transcrierea sau rescrierea nu are loc pe întreaga moleculă de ADN, ci pe locul responsabil pentru o anumită proteină (genă). Condiții necesare pentru transcriere:
a) derularea unei secțiuni de ADN cu ajutorul derulării proteinelor-enzime
b) prezența materialului de construcție sub formă de ATP. GTP. UTF. 1DTF
c) enzime de transcripție - ARN polimeraza I, II, III
d) energie sub formă de ATP.
Transcrierea are loc după principiul complementarității. În același timp, cu ajutorul unor proteine-enzime speciale, o secțiune a dublei helix ADN se desfășoară și este un șablon pentru sinteza ARNm. Mai în jos, catena de ADN
enzima ARN polimeraza se mișcă, conectând nucleotidele între ele conform principiului complementarității într-un lanț de ARN în creștere. În plus, ARN-ul monocatenar este separat de ADN și părăsește nucleul celulei prin porii din membrana nucleară (Fig. 5)
Orez. 5 Reprezentarea schematică a transcripției.
Diferențele de transcripție între pro- și eucariote.
Conform organizării chimice a materialului ereditar, eucariotele și procariotele nu diferă fundamental. Se știe că materialul genetic este reprezentat de ADN.
Materialul ereditar al procariotelor este conținut în ADN circular, care este situat în citoplasma celulei. Genele procariote constau în întregime din secvențe de nucleotide codificante.
Genele eucariote conțin regiuni informative - exoni care poartă informații despre secvența de aminoacizi a proteinelor și regiuni non-informative - introni care nu poartă informații.
În consecință, transcrierea ARN-ului mesager la eucariote are loc în 2 etape:
S) toate secțiunile (intronii și exonii) sunt rescrise (transcrise) - un astfel de ARNm este denumit în mod obișnuit imature sau pro-iR NK.
2). proces cânta- maturarea ARN-ului mesager. Cu ajutorul enzimelor speciale, se decupează secțiuni de intron, apoi sunt cusuți exonii. Fenomenul de reticulare a exonilor se numește în mod obișnuit splicing. Maturarea post-transcripțională a moleculei de ARN are loc în nucleu.
II. Difuzare (traducere), sau biosinteza proteinelor. Esența traducerii este traducerea cifrului de patru litere al bazelor azotate într-un ʼʼdicționarʼʼ de 20 de litere de aminoacizi.
Procesul de traducere constă în transferul de informații genetice codificate în ARNm în secvența de aminoacizi a unei proteine. Biosinteza proteinelor se realizează în citoplasmă pe ribozomi și constă în mai multe etape:
1. Etapa pregătitoare (activarea aminoacizilor) constă în legarea enzimatică a fiecărui aminoacid de ARNt-ul său și formarea unui complex aminoacid-ARNt.
2. De fapt sinteza proteinelor, care include trei etape:
a) inițiere - ARNm se leagă de subunitatea mică a ribozomului, primii codoni de inițiere sunt AUT sau GUG. Acești codoni corespund complexului metionil-ARNt. În același timp, în inițiere sunt implicate trei proteine proteice: factori care facilitează legarea ARNm la o subunitate mare a ribozomului; se formează un complex de inițiere.
b) alungirea - alungirea catenei polipeptidice. Procesul se desfășoară în 3 etape și constă în legarea codonului ARNm de anticodonul ARNt conform principiului complementarității în centrul activ al ribozomului, apoi în formarea unei legături peptidice între două resturi de aminoacizi și deplasarea dipeptidei. un pas înainte și, în consecință, mutarea ribozomului de-a lungul ARNm cu un codon înainte
c) terminarea - sfârșitul translației, depinde de prezența codonilor de terminație sau a „semnalelor de oprire” (UAA, UGA, UAG) și a enzimelor proteice - factori de terminație în ARNm (Fig. 6).
Orez. 6. Schema de traducere
a) stadiul de alungire;
b) intrarea proteinei sintetizate în reticulul endoplasmatic
Într-o celulă, nu unul, ci mai mulți ribozomi sunt utilizați pentru sinteza proteinelor. Un astfel de complex de ARNm de lucru cu mai mulți ribozomi este numit în mod obișnuit poliribozom. În acest caz, sinteza proteinelor are loc mai rapid decât atunci când se utilizează un singur ribozom.
Deja în timpul translației, proteina începe să se încadreze într-o structură tridimensională, iar atunci când este extrem de importantă în citoplasmă, capătă o organizare cuaternară.
Figura 7 Rolul acizilor nucleici în transmiterea informaţiei genetice
Sarcini lexico-gramaticale:
fi
determinat
codificat Cum
fi caracterizat
a fi chemat
Sarcina numărul 1. Scrieți cuvintele și expresiile date între paranteze în forma corectă.
1. Sunt determinate toate caracteristicile morfologice, anatomice și funcționale ale oricărei celule și organism în ansamblu (structura proteinelor specifice).
2. Secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic este determinată de (secvența) nucleotidelor din secțiunea ADN, care este numită în mod obișnuit (genă), iar secvența de nucleotide din ADN este numită în mod obișnuit (cod genetic).
3. Fiecare aminoacid este codificat (un grup de trei nucleotide), care se numește în mod obișnuit (triplet).
4. Se caracterizează codul genetic (următoarele trăsături: triplet, degenerare, neîntrerupere, liniaritate și lipsă de virgule, universalitate).
5. Sunt codificați 20 de aminoacizi (aceleași tripleți).
Sarcina numărul 2.În loc de puncte, utilizați forme de participiu scurte și complete formate din verbe pentru a codifica - codifica.
1. Secvența de nucleotide din ADN, ... anumiți aminoacizi dintr-o moleculă de proteină, se numește în mod obișnuit cod genetic.
2. Același acid trebuie să fie... mai multe triplete.
3. 20 de aminoacizi... aceleași tripleți.
4. Există gene structurale, ... proteine structurale și enzimatice, precum și gene cu informații pentru sinteza ARNt și ARNr etc.
5. Următorul pas în implementarea informației genetice, ... în genă, este transcripția.
fundamental (nu) semnificativ diferit pe ce semn
mult
 |
Conform organizării chimice a materialului eredității, eucariotele și procariotele nu diferă fundamental. Materialul lor genetic este reprezentat de ADN.
Sarcina numărul 3. Citiți partea de text ʼʼDiferențe de transcriere între pro- și eucarioteʼʼ. Povestește-ne despre etapele de realizare a informațiilor ereditare.
Sarcina numărul 4. Completați propozițiile pe baza informațiilor din text.
1. Materialul ereditar al procariotelor este conținut în ....
2. Genele procariotelor constau în întregime din ....
3. Genele eucariote conțin....
4. Transcrierea la eucariote are loc în ....
5. Traducerea constă în transferul de informații genetice codificate în ARNm către ....
6. Translația se efectuează în citoplasmă pe ....
Sarcina nr. 5. Desenați o diagramă a etapelor traducerii și descrieți implementarea pas cu pas a traducerii conform diagramei.
Soluţie sarcini tipice
Secțiuni de gene structurale din pro- și eucariote au secvențe de nucleotide similare:
CAT-GTC-ACA-"PTD-TGA-AAA-CAA-CCG-ATA-CCC-CTG-CHG-CTT-GGA-ACA-ATA. Mai mult, la eucariote, secvența de nucleotide a ACA-TTC-TGA-AAA și Codul GGA-ACA -ATA pentru regiunile de intron pro-ARNm Folosind dicționarul de coduri genetice, determinați:
a) ce secvență de nucleotide va avea ARNm transcris din această regiune ADN la procariote;
b) ce secvență de nucleotide va avea ARNm transcris din această regiune ADN la eucariote;
c) ce secvență de aminoacizi va avea proteina codificată de această regiune genică la pro- și eucariote.
Subiect 9. Gene, a lui structura si functiile.
Se știe că purtătorii materiale ai informațiilor genetice sunt genele. O genă este o unitate elementară a eredității care determină dezvoltarea oricărei trăsături a unui organism. Genele sunt localizate pe cromozomi și
ocupa un anumit loc - un loc. Din punctul de vedere al biologiei moleculare, o genă este o secțiune a unei molecule de ADN care codifică informații despre sinteza unei anumite proteine. Etapele implementării informației genetice codificate în genă pot fi reprezentate sub formă de diagramă:
Mecanisme moleculare de implementare a geneticii nu inf formațiuni
Principalele prevederi ale teoriei genelor:
1. Gena ocupă un anumit loc (locus) în cromozom.
2. Gene (cistron) - o parte a unei molecule de ADN care diferă într-o anumită secvență de nucleotide și este o unitate funcțională a informațiilor ereditare. Numărul de nucleotide care alcătuiesc diferite gene este diferit.
3. În cadrul unei gene se pot observa recombinări (schimb de secțiuni. Astfel de secțiuni ale cistronului se numesc recons.
4. Regiunile în care secvența nucleotidelor se poate modifica se numesc mutoni.
5. Există gene funcționale și structurale. Genele structurale codifică sinteza unei molecule de proteine. Există gene structurale care codifică atât proteine structurale, cât și proteine enzimatice, precum și gene cu informații despre sinteza ARNt, ARNr etc.
6. Genele funcționale nu codifică proteine, ci controlează și direcționează activitatea genelor structurale.
7. Dispunerea tripleților de nucleotide în genele structurale corespunde coliniar cu aranjarea aminoacizilor într-o moleculă de proteină.
8. Secțiunile moleculei de ADN care alcătuiesc gena sunt capabile de restaurare, ᴛ.ᴇ. pentru a repara, în acest sens, nu toate modificările secvenței de nucleotide dintr-un segment de ADN duc la mutații.
9. Genotipul este format din gene individuale (discrete), dar funcţionează ca un întreg, deoarece Genele sunt capabile să interacționeze și să se influențeze reciproc. Funcția genelor este influențată atât de factorii de mediu interni, cât și externi.
Gena are o serie de proprietăți:
Acțiune discretă;
Stabilitate (permanenta);
Transferul de informații ereditare într-o formă neschimbată, în absența unei mutații;
Labilitatea (modificarea) genelor este asociată cu capacitatea lor de a muta;
Specificitatea - fiecare genă determină dezvoltarea unei anumite trăsături;
Pleiotropia - o genă poate fi responsabilă pentru mai multe trăsături;
Expresivitatea - gradul de exprimare al trăsăturii;
Penetrarea - frecvența de manifestare a unei gene printre purtătorii ei.
Genomul uman conține aproximativ 30.000 de gene diferite. Unele dintre ele sunt active, altele sunt dezactivate. Întregul volum de informații genetice este sub controlul strict al mecanismelor de reglementare. Toate genele sunt interconectate, formând un singur sistem. Activitatea lor este reglată de mecanisme complexe.
Aceasta include procesele de reglare a activității genelor în etapele transcripției (înainte, în timpul, după aceasta), traducere (înainte, în timpul, după aceasta), precum și reglarea coordonată a grupului în cascadă a muncii genelor (expresia lor), participarea a hormonilor (semnale semnal) în acest proces.substanţe), modificarea chimică a ADN-ului (Fig. 8).
Orez. 8. Schema de reglare a transcripției genelor structurale într-o celulă procariotă în funcție de tipul de inducție.
Expresia (manifestarea activității genei) unei gene individuale depinde de starea genei. Din acest motiv, sunt diverse spumă nt râncezirea(procent de manifestare fenotipică cantitativă
genă) și expresivitate (gradul de expresie a genei). Aceste concepte au fost introduse pentru prima dată în genetică de M.V. Timofeev-Ressovsky. Un genotip uman specific este determinat de gradul fenotipic de severitate al unei trăsături patologice determinat de o anumită genă (expresivitate), chiar și până la absența unui tablou clinic al patologiei în prezența alelelor mutante în genotip.
Sarcini lexico-gramaticale:
Sarcina numărul 1.Înlocuiți propozițiile atributive cu fraze participiale.
1. O genă este o unitate de ereditate care determină dezvoltarea oricărei trăsături.
2. Genele care se află pe cromozomi ocupă un loc anume - un locus.
3. Implementarea informaţiei care este codificată în genă este prezentată sub forma unei diagrame.
4. Genă - parte a moleculei de ADN, care diferă într-o anumită secvență de nucleotide.
5. Numărul de nucleotide care alcătuiesc diferite gene este diferit.
Sarcina numărul 2.Înlocuiți structurile pasive cu cele active.
1. Sinteza unei molecule proteice este codificată de gene structurale.
2. Activitatea genelor structurale este controlată și dirijată de gene funcționale.
ce afectează ce Genele se pot influența reciproc. per functie ce influențate de factori ai mediului intern și extern
Sarcina numărul 3. Scrieți propoziții deschizând paranteze.
1. Regiunile exonilor ale genelor codifică (structura primară a unei proteine).
2. Regiunile intronului ale genei joacă (rol structural, suport).
3. O genă este o parte a unei molecule de ADN care este (unitatea funcțională a informațiilor ereditare).
Sarcina numărul 4. citiți o parte a textului despre prevederile de bază ale teoriei genelor și scrieți definițiile: a) locus, b) recons, c) mutoni.
Sarcina nr. 5. Completați propozițiile folosind informațiile date.
1. Se obișnuiește să se numească stabilitate 1 .... pentru a transfera proprietatea ereditară a genelor ... informații într-un mod neschimbat
2. Labilitatea genelor este ... 2 .... severitatea
semn.
3. Penentralitatea genelor este 3 .... frecvența expresiei genelor
printre purtătorii săi.
4. Expresivitatea genelor - ... 4 .... este asociată cu capacitatea lor de a
mutatii
Soluție de tipic sarcini
1. O secțiune a unei gene structurale are următoarea secvență de nucleotide:
ATA-CIA-A1^-CTA-GGA-CGA-GTA-CAA
AGA-TCA-CGA-AAA-ATG. Folosind dicționarul codului genetic, determinați:
a) ce secvență de nucleotide va avea un pro-ARNm transcris din acest situs;
b) se știe că codonii 3,4,5,9,10,11,12 din pro-ARNm fac parte din introni. Ce secvență va avea ARNm;
c) ce secvență de aminoacizi va avea un fragment proteic codificat de situsul genei specificat;
d) Scrieți ce anticodoni ar trebui să fie în ARNt care asigură sinteza acestui fragment proteic.
2. Secțiuni de gene structurale în pro- și eucariote au secvențe de nucleotide similare:
CAT-GTC-A1TA-TTC-TGA-AAA-CAA-C1^^ ACA-ATA. Trebuie remarcat faptul că secvențele de nucleotide ACA-TTC-TGA-AAA și GGA-ACA-ATA codifică regiuni de intron la eucariote. Defini:
a) secvența nucleotidelor din transcriptul primar la eucariote;
b) care este termenul pentru maturarea ARNm? Determinați secvența de nucleotide din ARNm.
c) care este diferența în secvența aminoacizilor din proteine la procariote și eucariote. Explicați motivul acestei diferențe.
Etape de implementare a informațiilor genetice - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Etape de implementare a informațiilor genetice” 2017, 2018.
Procesul de biosinteză a proteinelor se desfășoară pe ribozomi, iar ADN-ul este custodele informațiilor genetice.Este necesar un intermediar pentru a transfera informațiile de la ADN-ul situat în nucleu la locul sintezei proteinelor. Rolul lui este jucat informație (matrice) ARN, care se sintetizează pe unul din lanţurile moleculei de ADN după principiul complementarităţii.
Astfel, implementarea informațiilor ereditare în celulă se realizează în două etape: în primul rând, informațiile despre structura proteinei sunt copiate de la ADN la ARNm (transcripție) și apoi implementate pe ribozom sub forma produsului final - proteină (traducere). Aceasta poate fi reprezentată sub formă de diagramă:
Transcriere. Se numește transferul de informații genetice de la ADN la ARNm transcriere(din lat. transcriere- rescriere). Acest proces are loc după cum urmează.
Într-o anumită zonă a moleculei de ADN are loc separarea lanțurilor complementare. De-a lungul unuia dintre lanțuri (se numește lanț transcris), enzima ARN polimeraza începe să se miște.
c) cod genetic
ARN polimeraza sintetizează o moleculă de ARNm din nucleotide, în timp ce lanțul de ADN transcris este folosit ca șablon (Fig. 65). ARNm rezultat este complementar cu secțiunea lanțului de ADN transcris, ceea ce înseamnă că ordinea nucleotidelor din ARNm este strict determinată de ordinea nucleotidelor din ADN. De exemplu, dacă secțiunea lanțului de ADN transcris are secvența de nucleotide ACGTGA, atunci secțiunea corespunzătoare a moleculei de ARNm va arăta ca. Rețineți că nucleotidele de ARN conțin uracil în loc de timină). Astfel, ca urmare a transcripției, informațiile genetice sunt rescrise din ADN în ARNm
Transcripția poate avea loc simultan pe mai multe gene de pe același cromozom și pe gene situate pe diferiți cromozomi.
Întrucât multe gene sunt conținute într-o moleculă de ADN, este foarte important ca ARN polimeraza să înceapă sinteza ARNm dintr-o regiune ADN strict definită, prin urmare, la începutul fiecărei gene există o secvență specială de nucleotide numită promotor. ARN polimeraza recunoaște promotorul, interacționează cu acesta și începe sinteza lanțului de ARNm din locul potrivit. Enzima sintetizează ARNm prin atașarea de noi nucleotide până când ajunge la o secvență specială de nucleotide în molecula de ADN - terminatorul. Această secvență de nucleotide indică faptul că sinteza ARNm trebuie oprită.
La procariote, moleculele de ARNm sintetizate pot interacționa imediat cu ribozomii și pot participa la sinteza proteinelor. La eucariote, ARNm este sintetizat în nucleu. Acolo interacționează cu proteine nucleare speciale și este transportat prin porii din membrana nucleară către citoplasmă.
Pe gene speciale sunt sintetizate și alte două tipuri de ARN: ARNt și ARNr
Difuzare. Procesul de sinteză a proteinelor din aminoacizi care are loc pe ribozomi se numește difuzat(din lat. difuzat- traducere). În timpul translației, secvența de nucleotide a moleculei de ARNm este tradusă în secvența de aminoacizi a moleculei de proteină. Cu alte cuvinte, „limbajul” nucleotidelor este tradus în „limbajul” aminoacizilor.
Citoplasma trebuie să aibă un set complet de aminoacizi necesari pentru sinteza proteinelor. Acești aminoacizi se formează ca urmare a descompunerii proteinelor primite de organism cu alimente sau sintetizate în organismul însuși.
ARN-ul mesager se leagă de subunitatea mică a ribozomului, după care se unește subunitatea mare (Fig. 66).
Sinteza proteinelor începe cu un codon de start OUT. Deoarece acest triplet codifică aminoacidul metionină, toate proteinele (cu excepția cazurilor speciale) vor începe cu un reziduu de metionină. Scindarea acestui reziduu în majoritatea proteinelor are loc mai târziu, în timpul maturizării moleculei proteice.
Pornind de la codonul de start, molecula de ARNm secvenţial, triplet cu triplet, se deplasează prin ribozom, care este însoţit de creşterea lanţului polipeptidic. Combinația de aminoacizi în secvența dorită (în conformitate cu codonii ARNm) este efectuată pe ribozomi cu participarea ARN-urilor de transport.
Datorită aranjamentului specific al nucleotidelor complementare, molecula de ARNt, așa cum sa menționat deja, are o formă asemănătoare unei frunze de trifoi (Fig. 67). Fiecare ARNt are un capăt acceptor, de care este atașat un anumit aminoacid, activat anterior de energia ATP. Pentru a activa un aminoacid, este necesar să divizați o moleculă de ATP.
În partea opusă a moleculei de ARNt există un triplet specific - o furnică și un codon responsabil de atașarea conform principiului complementarității cu tripletul ARNm corespunzător (codonul).
O moleculă de ARNt cu un aminoacid activat atașat se leagă complementar de codonul ARNm corespunzător datorită anticodonului.În același mod, un al doilea ARNt cu un aminoacid activat este atașat la următorul codon ARNm. Între doi aminoacizi se formează o legătură peptidică, după care primul ARNt este eliberat din aminoacid și părăsește ribozomul.
După aceea, ARNm este deplasat cu un triplet, iar următoarea moleculă de ARNt cu aminoacid intră în ribozom. Ca rezultat, un al treilea aminoacid este atașat la dipeptida formată și ARNm este deplasat cu încă un triplet. Așa crește lanțul polipeptidic.
Procesul de traducere continuă până când unul dintre cei trei codoni stop intră în ribozom:
UAA, UAG sau UGA, după care sinteza proteinelor se oprește și ribozomul se rupe în două subunități.
Toate reacțiile descrise sunt foarte rapide. S-a calculat că sinteza unei molecule mari de proteine durează aproximativ 1-2 minute.
Fiecare etapă a biosintezei proteinelor este catalizată de enzimele adecvate și furnizată cu energie prin descompunerea ATP.
O moleculă de ARNm se poate lega simultan cu mai mulți ribozomi. Complexul de ARNm și ribozomi (de la 5-6 la câteva zeci) se numește sex și soma. Formarea polizomilor crește eficiența funcționării ARNm, deoarece permite sinteza simultană a mai multor molecule de proteine identice.
Dacă sinteza proteinelor a avut loc pe ribozomii asociați cu ER rugoasă, atunci lanțul polipeptidic rezultat se găsește mai întâi în cavitatea reticulului endoplasmatic și apoi este transportat în complexul Golgi. În aceste organite, are loc maturarea proteinelor - formarea unei structuri secundare, terțiare și cuaternare, atașarea componentelor neproteice la molecula proteică etc. Dacă sinteza proteinelor a fost efectuată pe ribozomi liberi localizați în hialoplasmă, atunci sintetizati molecula proteică este transportată în partea dorită a celulei, unde capătă structura corespunzătoare.
Astfel, informația genetică conținută în ADN, ca urmare a proceselor de transcripție și traducere, se realizează în celulă sub formă de molecule proteice. Sinteza proteinelor este asigurată prin interacțiunea tuturor tipurilor de ARN: ARNr este principala componentă structurală a ribozomilor, ARNm este purtătorul de informații despre structura primară a proteinei, ARNt furnizează aminoacizi în ribozom și asigură, de asemenea, includerea lor corectă. în lanțul polipeptidic.
Biosinteza ARN (transcripție) și biosinteza proteinelor (traducere) sunt efectuate folosind șabloane - ADN și, respectiv, ARNm. Prin urmare, la fel ca și replicarea, procesele de transcriere și traducere sunt reacții de sinteză a matricei.
1. Ce procese sunt legate de reacțiile de sinteză a matricei?
Fermentare, translație, transcriere, fotosinteză, replicare.
2. Ce este transcrierea? Cum merge acest proces?
3. Ce proces se numește traducere? Descrieți principalele etape ale traducerii.
4. De ce, în timpul translației, nu sunt incluși în proteină niciun aminoacizi într-o ordine aleatorie, ci doar cei codificați de tripleți ARNm și în strictă concordanță cu secvența acestor tripleți? Câte tipuri de ARNt crezi că sunt implicate în sinteza proteinelor într-o celulă?
5. Reacțiile de sinteză a matricei ar trebui atribuite proceselor de asimilare sau disimilare? De ce?
6. Secțiunea lanțului de ADN transcris are următoarea ordine de nucleotide: TACTGGACATATTACAAGACT. Setați secvența resturilor de aminoacizi ale peptidei codificate de această regiune.
7. Studiile au arătat că într-o moleculă de ARNm, 34% din numărul total de baze azotate este guanină, 18% este uracil, 28% este citozină și 20% este adenină. Determinați compoziția procentuală a bazelor azotate ale segmentului de ADN dublu catenar, una dintre catenele căruia a servit ca matriță pentru sinteza acestui ARNm.
8. În eritrocitele de mamifere, sinteza hemoglobinei poate avea loc timp de câteva zile după pierderea nucleilor de către aceste celule. Cum poți explica asta?
- § 1. Conţinutul de elemente chimice din organism. Macro- și microelemente
- § 2. Compuşi chimici în organismele vii. substante anorganice
- § 10. Istoria descoperirii celulei. Crearea teoriei celulare
- § 15. Reticulul endoplasmatic. Complexul Golgi. Lizozomi
- § 24. Caracteristici generale ale metabolismului și conversiei energetice
Capitolul 1. Componentele chimice ale organismelor vii
Capitolul 2. Celula – unitate structurală și funcțională a organismelor vii
capitolul 3
Capitolul 4. Organizarea structurală și reglarea funcțiilor în organismele vii
1.5. Etape de implementare a informațiilor genetice într-o celulă
O proprietate fundamental importantă a informației genetice este capacitatea sa de a fi transferată (transferată) atât în interiorul unei singure celule, cât și de la o celulă părinte la celulele fiice sau între celulele diferiților indivizi în procesele de diviziune celulară și reproducere a organismelor (vezi și capitolul 3). ). În ceea ce privește direcțiile de transfer intracelular al informațiilor genetice, în cazul organismelor care conțin ADN, acestea sunt asociate cu procesele de replicare a moleculelor de ADN, adică. cu copierea informațiilor (vezi subsecțiunea 1.2), sau cu sinteza moleculelor de ARN (transcripție) și formarea de polipeptide (traducere) (Fig. 1.14). După cum se știe, fiecare dintre aceste procese se desfășoară pe baza principiilor matricei și complementarității.
Ideile actuale despre transferul informației genetice după schema ADN → ARN → proteină sunt de obicei numite „dogma centrală” a biologiei moleculare. Alături de această direcție (cea mai comună) de transfer, care este uneori denumită „transfer general”, există o altă formă de realizare a informațiilor genetice („transfer specializat”) găsită în virusurile care conțin ARN. În acest caz, se observă un proces numit transcripție inversă, în care materialul genetic primar (ARN viral) care a intrat în celula gazdă servește ca șablon pentru sinteza ADN-ului complementar folosind enzima transcriptază inversă (revertaza) codificată de virusul. genomului. În viitor, este posibil să se realizeze informațiile ADN-ului viral sintetizat în direcția obișnuită. Prin urmare,
transferul specializat al informaţiei genetice se realizează după schema ARN → ADN → ARN → proteină.
Transcriere este prima etapă a transferului general al informației genetice și este procesul de biosinteză a moleculelor de ARN conform programului ADN. Semnificația fundamentală a acestui proces este că informația unei gene structurale (sau a mai multor gene din apropiere), scrisă sub forma secvenței de nucleotide a catenei codificatoare de ADN în orientarea 3 „→ 5”, este rescrisă (transcrisă) în secvența de nucleotide a moleculei de ARN sintetizată în direcția 5 „ → 3” pe baza corespondenței complementare a dezoxiribonucleotidelor catenei matricei ADN cu ribonucleotidele de ARN (A-U, G-C, T-A, C-G) (Fig. 1.15). Ca produse de transcripție (transcrieri), pot fi considerate toate tipurile de molecule de ARN implicate în biosinteza proteinelor din celulă - ARN mesager (mesager) (ARNm sau ARNm), ARN ribozomal (ARNr), ARN de transfer (ARNt), ARN nuclear (ARNsn).
Procesul de transcripție este asigurat de acțiunea complexă a unui număr de enzime, inclusiv ARN polimeraza, care este o proteină complexă formată din mai multe subunități și capabilă să îndeplinească mai multe funcții. Spre deosebire de procariote (bacterii), în ale căror celule există un singur tip de ARN polimerază, care asigură sinteza diferitelor molecule de ARN, eucariotele au trei tipuri de ARN polimeraze nucleare (I, II, III), precum și ARN polimeraze ale celulei. organele.conținând ADN (mitocondrii, plastide). ARN polimeraza I este localizată în nucleol și este implicată în sinteza majorității moleculelor de ARNr, ARN polimeraza II asigură sinteza ARNm și snRNA, iar ARN polimeraza III sintetizează ARNt și o variantă a moleculelor de ARNr.
Transcripția este împărțită în trei etape principale - inițierea (începutul sintezei ARN), alungirea (alungirea lanțului polinucleotidic) și terminarea (sfârșitul procesului).
Inițierea transcripției depinde de legarea specifică preliminară a ARN polimerazei la o secvență scurtă de nucleotide recunoscută de aceasta în regiunea moleculei de ADN (promotorul) situată înainte de punctul de plecare al genei structurale, de la care începe sinteza ARN. Promotorii diferitelor gene structurale pot fi identici sau pot conține secvențe de nucleotide diferite, ceea ce probabil determină eficiența transcripției genelor individuale și capacitatea de a regla procesul de transcripție în sine (vezi și Sec. 1.6). Promotorii multor gene procariote conțin secvența universală 5’-TATAAT-3’ (blocul Pribnow), care este situată înainte de punctul de plecare la o distanță de aproximativ 10 nucleotide și este recunoscută de ARN polimeraza. O altă secvență de recunoaștere relativ comună din aceste organisme (5'-TTGACA-3') se găsește de obicei la o distanță de aproximativ 35 de nucleotide de punctul de plecare. În genomii eucarioți, funcția de recunoaștere pentru ARN polimeraza II poate fi realizată de secvențele universale TATA (blocul Hogness), CAAT și cele constând din nucleotidele repetate G și C (motive GC). Aceasta sau acea regiune promotor poate conţine fie una dintre aceste secvenţe, fie o combinaţie de două sau trei dintre aceste secvenţe.
Legarea puternică specifică a ARN polimerazei de una sau alta regiune a regiunii promotoare pe care o recunoaște îi permite să înceapă procesul de desfășurare a moleculei de ADN până la punctul de pornire de la care începe să polimerizeze ribonucleotidele folosind un 3'- monocatenar. Fragment de ADN 5' ca șablon.
Desfacerea ulterioară a ADN-ului genei structurale este însoțită de alungirea poliribonucleotidei sintetizate (alungirea catenei de ARN), care continuă până când ARN polimeraza ajunge în regiunea terminatoare. Aceasta din urmă este o secvență de nucleotide ADN care este recunoscută de ARN polimerază cu participarea altor factori de terminare a proteinei, ceea ce duce la sfârșitul sintezei transcriptului și detașarea acestuia de șablon. În cele mai multe cazuri, terminatorul este situat la capătul genei structurale, oferind sinteza unei molecule de ARNm monogen. În același timp, la procariote, este posibilă sinteza unei molecule de ARNm poligenic care codifică sinteza a două sau mai multe lanțuri polipeptidice. Există o transcriere continuă a mai multor gene structurale adiacente care au un terminator comun. ARNm poligenic poate conține regiuni intergenice netraduse (distanțieri) care separă regiuni de codificare pentru polipeptide individuale, ceea ce probabil asigură separarea ulterioară a polipeptidelor sintetizate în sine.
Deoarece genele structurale ale eucariotelor au o structură discontinuă (mozaică), transcripția lor are caracteristici specifice care o deosebesc de transcripția la procariote. În cazul unei gene eucariote care codifică sinteza unei polipeptide, acest proces începe cu transcrierea întregii secvențe de nucleotide care conține atât regiunile ADN-ului exonului, cât și ale intronului. Molecula de ARNm rezultată, care reflectă structura întregii gene mozaic, care se numește ARN nuclear heterogen (hnRNA) sau ARN promatrix (pro-ARNm), trece apoi printr-un proces de maturare (procesare ARNm).
Prelucrare constă în tăierea enzimatică a transcriptului primar (ARNhn) cu îndepărtarea ulterioară a regiunilor sale de intron și reunirea (splicing) regiunilor exonice, formând o secvență de codificare continuă a ARNm matur, care este implicată în continuare în traducerea informațiilor genetice. Ca exemplu, putem lua în considerare schema de procesare a ARNm sintetizat în timpul transcripției genei lanțului β-globină (Fig. 1.16), a cărei structură a fost discutată mai devreme (vezi Fig. 1.13).
Procesarea implică, de asemenea, molecule scurte de ARNsn formate din aproximativ 100 de nucleotide, care sunt secvențe care sunt complementare cu secvențele de la capetele regiunilor de intron ale ARNhn. Împerecherea nucleotidelor complementare în ARNsn și ARNhn favorizează plierea regiunilor intronului într-o buclă și convergența regiunilor exonilor corespunzătoare ale ARNhn, care, la rândul său, le face accesibile acțiunii de tăiere a enzimelor (nucleaze). Prin urmare, moleculele snARN asigură excizia corectă a intronilor din hnRNA.
În timpul procesării, capetele 5’ și 3’ ale moleculei de ARNm mature emergente sunt de asemenea modificate. Semnificația fundamentală a acestui proces poate fi văzută în diagrame.
procesarea genei β-globinei umane (vezi Fig. 1.16) și secvența completă de nucleotide a ARNm matur rezultată din acest proces. După cum se poate observa din fig. 1.17, la sfârșitul de 5" al secvenței există o regiune scurtă netradusă (conducătoare), constând din 17 triplete, care sunt marcate cu numere cu semnul minus. Această regiune este codificată de regiunea transcrisă (dar netradusă) a primei exon al genei β (umbrite în Fig. 1.16). Modificarea acestei secțiuni constă în formarea unui capac de 5 "(din engleză, capac- capac, pălărie), care este un reziduu de 7-metilguanozină atașat la o nucleotidă adiacentă într-un mod neobișnuit (folosind o legătură trifosfat). Se presupune că funcția principală a capacului este asociată cu recunoașterea unei secvențe specifice a moleculei de ARNr care face parte din ribozom, care asigură atașarea precisă a întregii regiuni conducătoare a moleculei de ARNm la o anumită regiune a acestui ribozom și inițierea procesului de translație. De asemenea, este posibil ca capacul să protejeze ARNm matur de degradarea enzimatică prematură în timpul transportului său de la nucleu la citoplasma celulară.
Modificarea capătului de 3" al ARNm de β-globină, care are, de asemenea, o secvență scurtă netradusă codificată de regiunea corespunzătoare a celui de-al treilea exon al genei β (vezi Fig. 1.16), este asociată cu formarea poliadenilului (poli DAR)„coada” moleculei, constând din 100 - 200 de reziduuri de acid adenilic conectate consecutiv. Acțiunea enzimei de poliadenilare nu necesită un șablon, dar este necesară prezența secvenței semnal AAUAAAA la capătul 3" al ARNm (vezi Fig. 1.17). Se presupune că "coada" poliadenil asigură transportul maturii. ARNm la ribozom, protejându-l de distrugerea enzimatică, dar el însuși este distrus treptat de enzimele citoplasmatice, care desprind una după alta nucleotidele terminale.
Difuzare ca următorul pas în implementarea informației genetice este sinteza unei polipeptide pe ribozom, în care o moleculă de ARNm este utilizată ca șablon (citirea informațiilor în direcția 5" → 3"). Trebuie remarcat faptul că în celulele procariote care nu au un nucleu adevărat cu înveliș, materialul genetic cromozomial (ADN) se află practic în citoplasmă, ceea ce determină caracterul continuu al relației dintre procesele de transcripție și translație. Cu alte cuvinte, capătul conducător de 5" rezultat al moleculei de ARNm, a cărui sinteză nu a fost încă finalizată, este deja capabil să intre în contact cu ribozomul, inițiind sinteza polipeptidei, adică transcripția și translația continuă. simultan.În ceea ce privește eucariote, procesele de transcriere a informațiilor lor genetice nucleare și de traducere a acesteia trebuie separate în timp din cauza procesării moleculelor de ARN și a necesității de ambalare ulterioară a acestora și
Orez. 1.17. Secvența de nucleotide a ARNm matur al genei a-globinei umane. Secvența începe cu 7-metilguanozină la capătul de 5" (situs capac), urmată de o regiune scurtă de ARN netradus. Primul codon tradus (AUG) este îngroșat și marcat cu 0, deoarece aminoacidul pe care îl codifică (metionina) este ulterior scindat din polipeptidă (Primul aminoacid al proteinei mature va fi valina, codificată de GUG.) Codonul stop UAA (codonul 147), la care se termină translația (polipeptida este formată din 146 de aminoacizi) și secvența semnal pentru poliadenilare (AAAAAA) la capătul 3’ al transportului din carioplasmă în citoplasmă cu participarea proteinelor speciale de transport.
Ca și în cazul transcripției, procesul de traducere poate fi împărțit aproximativ în trei etape principale - inițiere, alungire și terminare.
Pentru inițierea translației, specificul organizării structurale a unui grup de ribozomi identici (poliribozomi sau polizomi), care pot participa la sinteza structurii primare a unei anumite molecule de proteină (polipeptidă) codificată de ARNm corespunzător, este de o importanta fundamentala. După cum se știe, un ribozom individual este un organel celular format din molecule de ARNr, care îi determină specificitatea și proteine. Ribozomul conține 2 subunități structurale (mari și mici), care pot fi diferențiate în funcție de capacitatea lor de a precipita diferit în timpul ultracentrifugării preparatelor de ribozomi purificați din celulele distruse, adică în funcție de coeficientul de sedimentare (valoarea 5). În anumite condiții, în celulă se poate produce separarea (disocierea) acestor două subunități sau asocierea lor (asocierea).
Ribozomii procariotelor, precum și mitocondriile și cloroplastele, sunt formați din subunități mari și mici, cu valori de 505, respectiv 305, în timp ce la eucariote aceste subunități au dimensiuni diferite (605 și 405). Deoarece procesul de translație a fost studiat mai detaliat în bacterii, acesta este cel mai adesea considerat în legătură cu structura ribozomilor acestor organisme. După cum se poate observa din fig. 1.18, ribozomul conține 2 situsuri direct legate de inițierea translației, desemnate ca situs P (aminoacil) și R- situs (peptidil), a cărui specificitate este determinată de combinația regiunilor corespunzătoare ale subunităților 505 și 305. La disociarea subunităților ribozomilor, aceste situsuri devin „neterminate”, ceea ce duce la o modificare a specificității lor funcționale.
Procesul de translație implică și molecule de ARNt, ale căror funcții sunt de a transporta aminoacizi din citosol (soluție citoplasmatică) la ribozomi. Molecula de ARNt, care are o structură secundară în formă de trifoi, conține un triplu de nucleotide (anticodon), care asigură legătura sa complementară cu codonul (tripletul) corespunzător al moleculei de ARNm care codifică sinteza polipeptidei de pe ribozom și un situsul acceptor (cu 3 "-capătul moleculei), de care este atașat un anumit aminoacid (vezi Fig. 1.7). Procesul de atașare a fiecăruia dintre cei 20 de aminoacizi la capătul acceptor al ARNt-ului corespunzător este asociat cu acesta. activarea de către o anumită variantă a enzimei aminoacil-ARNt-
sintetaza folosind energia adenozin trifosfaților (molecule de ATP). Complexul specific rezultat de ARNt și aminoacid, care se numește aminoacil-ARNt, se deplasează apoi la ribozom și participă la sinteza polipeptidei.
Inițierea translației este asigurată de legătura exactă a capătului principal de 5" al moleculei de ARNm cu o anumită regiune a subunității mici a ribozomului disociat în așa fel încât codonul de început (inițiator) AUG al acestei molecule să apară în "neterminat". " Situl P (Fig. 1.19). O caracteristică funcțională a unui astfel de site P este că poate fi ocupat numai de aminoacil-ARNt inițial cu anticodonul UAC, care la eucariote poartă aminoacidul metionină, iar la bacterii - formilmetionina.Deoarece sinteza polipeptidei începe întotdeauna de la capătul N-terminal și crește spre capătul C-terminal, atunci toate moleculele proteice sintetizate în celulele procariote trebuie să înceapă cu N-formilmetionina, iar la eucariote cu N-metionina. Cu toate acestea, acești aminoacizi sunt ulterior scindate enzimatic în timpul procesării moleculei proteice (vezi Fig. 1.17).
După formarea complexului de inițiere în situl P „neterminat” (vezi Fig. 1.19), devine posibilă reunirea subunităților mici și mari ale ribozomului, ceea ce duce la „completarea” sitului P și a Un site. Abia după aceea, următorul aminoacil-ARNt poate ocupa site-ul A pe baza principiului
complementaritatea anticodonului său cu codonul ARNm corespunzător situat în această regiune (vezi Fig. 1.19).
Procesul de alungire începe cu formarea unei legături peptidice între aminoacizii de inițiere (primul din lanț) și ulterior (al doilea). Apoi ribozomul deplasează un triplet de ARNm în direcția 5" → 3", care este însoțit de detașarea ARNt de inițiere din matriță (ARNm), de aminoacidul de inițiere și eliberarea acestuia în citoplasmă. În acest caz, cel de-al doilea aminoacil-ARNt se deplasează de la situsul A la locul P, iar eliberarea DAR-situl este ocupat de următorul (al treilea) aminoacil-ARNt. Se repetă procesul de deplasare succesivă a ribozomului în „trepte etape” de-a lungul catenei de ARNm, însoțit de eliberarea de ARNt care pătrunde în situsul P și creșterea secvenței de aminoacizi a polipeptidei sintetizate.
Terminarea translației este asociată cu intrarea unuia dintre cele trei triplete de stop ARNm cunoscute în situsul L al ribozomului. Deoarece un astfel de triplet nu poartă informații despre niciun aminoacid, ci este recunoscut de proteinele de terminare corespunzătoare, procesul de sinteză a polipeptidelor se oprește și este detașat de șablon (ARNm).
După părăsirea ribozomului funcțional, capătul liber 5’ al ARNm poate intra în contact cu următorul ribozom al grupului polizomal, inițiind sinteza unei alte polipeptide (identice), prin urmare, ciclul ribozomului considerat este repetat constant cu participarea se sintetizează mai mulți ribozomi ai aceluiași polizom, rezultând un grup de polipeptide identice.
Modificarea post-translațională a unei polipeptide reprezintă etapa finală în implementarea informaţiei genetice în celulă, ducând la transformarea polipeptidei sintetizate într-o moleculă proteică activă funcţional. În acest caz, polipeptida primară poate suferi o prelucrare constând în îndepărtarea enzimatică a aminoacizilor inițiatori, scindarea altor resturi de aminoacizi (inutile) și în modificarea chimică a aminoacizilor individuali. Apoi, procesul de pliere a structurii liniare a polipeptidei are loc datorită formării de legături suplimentare între aminoacizi individuali și formării structurii secundare a moleculei proteice (Fig. 1.20). Pe această bază, se formează o structură terțiară și mai complexă a moleculei.
În cazul moleculelor proteice constând din mai mult de o polipeptidă, se formează o structură cuaternară complexă, în care structurile terțiare ale polipeptidelor individuale sunt combinate. Ca exemplu, luați în considerare un model al unei molecule de hemoglobină umană (Fig. 1.21), constând din
două catene α și două catene β, care formează o structură stabilă de tetramer prin legături de hidrogen. Fiecare dintre lanțurile globinei conține și molecula-temă, care, în combinație cu fierul, este capabilă să lege moleculele de oxigen, asigurând transportul acestora de către eritrocite.
Termeni și concepte de bază: capătul acceptor al ARNt; aminoacil-ARNt; anticodon; hyRNA (pro-ARN); inițierea transcripției și traducerii; inițierea aminoacil-ARNt și aminoacid; codon de iniţiere ARNm; complementaritatea; capac; capătul 5" principal al ARNm; șablon; modificarea capetelor moleculei de ARNm; moleculă de ARNm monogenă; ARNm (ARNm); ARNsn; transcriptază inversă (revertază); transcripție inversă; transfer general; transfer (transfer) de informații; poligenic moleculă de ARNm; polipeptidă; poliribozom (polizom); modificarea post-translațională a unei polipeptide; promotor; procesarea ARN și polipeptidă; ribozom; ARN polimerază; ARNr; transfer specializat; splicing; punct de plecare al transcripției; terminator; terminarea transcripției și translației; transcriere ; transcrierea informațiilor genetice; traducerea informațiilor genetice; ARNt ; alungirea transcripției și traducerii; Situl A al ribozomului; Situl P al ribozomului.
Cele mai importante funcții ale organismului - metabolismul, creșterea, dezvoltarea, transmiterea eredității, mișcarea etc. - sunt realizate ca urmare a multor reacții chimice care implică proteine, acizi nucleici și alte substanțe biologic active. În același timp, în celule sunt sintetizați continuu diverși compuși: proteine de construcție, proteine enzimatice, hormoni. În cursul schimbului, aceste substanțe se uzează și sunt distruse, iar în locul lor se formează altele noi. Deoarece proteinele creează baza materială a vieții și accelerează toate reacțiile metabolice, activitatea vitală a celulei și a organismului în ansamblu este determinată de capacitatea celulelor de a sintetiza proteine specifice. Structura lor primară este predeterminată de codul genetic din molecula de ADN.
Moleculele proteice constau din zeci și sute de aminoacizi (mai precis, din reziduuri de aminoacizi). De exemplu, există aproximativ 600 dintre ele într-o moleculă de hemoglobină și sunt distribuite în patru lanțuri polipeptidice; în molecula de ribonuclează există 124 de astfel de aminoacizi etc.
Moleculele joacă rolul principal în determinarea structurii primare a unei proteine ADN. Secțiunile sale diferite codifică sinteza diferitelor proteine, prin urmare, o moleculă de ADN este implicată în sinteza multor proteine individuale. Proprietățile proteinelor depind de secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic. La rândul său, alternanța aminoacizilor este determinată de secvența nucleotidelor din ADN, iar fiecărui aminoacid îi corespunde un anumit triplet. S-a dovedit experimental că, de exemplu, o regiune ADN cu un triplet AAC corespunde aminoacidului leucină, un triplet ACC corespunde triptofanului, un triplet ACA corespunde cisteinei etc. Prin împărțirea moleculei de ADN în tripleți, ne putem imagina ce aminoacizi și în ce secvență vor fi localizați în molecula proteică. Setul de tripleți formează baza materială a genelor și fiecare genă conține informații despre structura unei anumite proteine (o genă este unitatea biologică de bază a eredității; în termeni chimici, o genă este un segment de ADN care include câteva sute de baze. perechi).
cod genetic - organizarea stabilită istoric a moleculelor de ADN și ARN, în care secvența de nucleotide din ele poartă informații despre secvența de aminoacizi din moleculele de proteine. Proprietățile codului: triplet (codon), nesuprapunere (codonii se succed), specificitate (un codon poate determina doar un aminoacid în lanțul polipeptidic), universalitate (în toate organismele vii, același codon determină includerea aceluiași aminoacid în polipeptida), redundanță (pentru majoritatea aminoacizilor există mai mulți codoni). Tripleții care nu poartă informații despre aminoacizi sunt tripleți stop, indicând începutul sintezei i-ARN.(V.B. Zakharov. Biologie. Materiale de referință. M., 1997)
Deoarece ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, există un intermediar care transmite informații de la ADN la ribozomi. Ca un astfel de intermediar servește și ARN-ul, căruia îi este rescrisă secvența de nucleotide, exact în conformitate cu cea de pe ADN - după principiul complementarității. Acest proces a fost numit transcrieriși decurge ca o reacție de sinteză a matricei. Este caracteristic doar pentru structurile vii și stă la baza celei mai importante proprietăți a viețuitoarelor - auto-reproducția. Biosinteza proteinelor este precedată de sinteza matriță a ARNm pe catenele de ADN. ARNm rezultat iese din nucleul celulei în citoplasmă, unde ribozomii sunt înșirați pe acesta, iar aminoacizii sunt livrați aici cu ajutorul TRJK.
Sinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape care implică ADN, ARNm, ARNt, ribozomi, ATP și diverse enzime. În primul rând, aminoacizii din citoplasmă sunt activați de enzime și atașați la ARNt (la locul unde se află nucleotida CCA). Următorul pas este combinarea de aminoacizi în ordinea în care alternanța nucleotidelor din ADN este transferată la ARNm. Această etapă se numește difuzat. Nu este plasat un ribozom pe catena de ARNm, ci un grup dintre ei - un astfel de complex este numit polizom (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biologie pentru departamentele pregătitoare ale institutelor medicale).
Sistem Biosinteza proteinelor
Sinteza proteinelor constă în două etape - transcriere și translație.
I. Transcriere (rescriere) - biosinteza moleculelor de ARN, realizată în cromozomi pe molecule de ADN după principiul sintezei matricei. Cu ajutorul enzimelor, toate tipurile de ARN (ARNm, ARNr, ARNt) sunt sintetizate la secțiunile corespunzătoare ale moleculei de ADN (gene). Sunt sintetizate 20 de varietăți de ARNt, deoarece 20 de aminoacizi participă la biosinteza proteinelor. Apoi ARNm și ARNt ies în citoplasmă, ARNr-ul este integrat în subunitățile ribozomilor, care ies, de asemenea, în citoplasmă.
II. Translația (transmiterea) - sinteza lanțurilor polipeptidice de proteine, se realizează în ribozomi. Este însoțită de următoarele evenimente:
1. Formarea centrului funcțional al ribozomului - FCR, format din ARNm și două subunități de ribozom. Există întotdeauna două triplete (șase nucleotide) de ARNm în PCR, care formează doi centri activi: A (aminoacid) - centrul de recunoaștere a aminoacizilor și P (peptida) - centrul de atașare a aminoacidului la lanțul peptidic.
2. Transportul aminoacizilor atașați la ARNt din citoplasmă la PCR. În centrul activ A, anticodonul ARNt este citit cu codonul ARNm; în cazul complementarității, apare o legătură care servește drept semnal pentru a avansa (sări) de-a lungul ARNm al ribozomului cu un triplet. Ca urmare, complexul „codon al ARNr și ARNt cu aminoacid” se deplasează în centrul activ al P, unde aminoacidul este atașat de lanțul peptidic (molecula proteică). ARNt părăsește apoi ribozomul.
3. Lanțul peptidic se prelungește până când translația se termină și ribozomul sare de pe ARNm. Mai mulți ribozomi (polizomi) se pot potrivi pe un ARNm în același timp. Lanțul polipeptidic este scufundat în canalul reticulului endoplasmatic și acolo capătă o structură secundară, terțiară sau cuaternară. Viteza de asamblare a unei molecule de proteină, constând din 200-300 de aminoacizi, este de 1-2 minute. Formula de biosinteză a proteinelor: ADN (transcripție) --> ARN (traducere) --> proteină.
După finalizarea unui ciclu, polizomii pot lua parte la sinteza de noi molecule de proteine.
Molecula proteică separată de ribozom are forma unui fir care este biologic inactiv. Ea devine biologic funcțională după ce molecula capătă o structură secundară, terțiară și cuaternară, adică o anumită configurație specifică spațial. Structurile secundare și ulterioare ale unei molecule de proteine sunt predeterminate în informațiile încorporate în alternanța aminoacizilor, adică în structura primară a proteinei. Cu alte cuvinte, programul de formare a unui globule, configurația sa unică, este determinat de structura primară a moleculei, care, la rândul său, este construită sub controlul genei corespunzătoare.
Viteza de sinteză a proteinelor este determinată de mulți factori: temperatura mediului, concentrația ionilor de hidrogen, cantitatea de produs final de sinteză, prezența aminoacizilor liberi, ionii de magneziu, starea ribozomilor etc.
