مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية. التخليق الحيوي للبروتين (تنفيذ المعلومات الوراثية)

معلومة

يتم تحديد جميع السمات المورفولوجية والتشريحية والوظيفية لأي خلية أو كائن حي ككل من خلال بنية البروتينات المحددة التي تشكل الخلايا. تعد القدرة على تصنيع البروتينات المحددة بدقة فقط خاصية مميزة متأصلة لكل نوع وللكائنات الحية الفردية.

يمكن لجزيء الحمض النووي أن يشفر تسلسل الأحماض الأمينية للعديد من البروتينات. يسمى الجزء من جزيء الحمض النووي الذي يحمل معلومات حول بنية بروتين واحد بالجين.

يحدد التسلسل المحدد للأحماض الأمينية في سلسلة الببتيد (البنية الأساسية للبروتين) خصوصية جزيء البروتين، وبالتالي خصوصية الخصائص التي يحددها هذا البروتين.

تعتمد الخصائص البيولوجية للبروتينات وخصائصها على موقع الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد لجزيء البروتين. لذا

وبالتالي، يتم تحديد البنية الأولية لجزيء البروتين من خلال تسلسل معين من النيوكليوتيدات في جزء من الحمض النووي (الجين).

وراثية الكود هو ترتيب محدد للنيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي الذي يرمز للأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

تُستخدم أربع قواعد نيتروجينية مختلفة (الأدينين، الثايمين، السيتوزين، الجوانين) لتشفير الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في جزيء الحمض النووي. يتم تشفير كل حمض أميني بواسطة مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات، والتي تسمى ثلاثية (انظر الجدول 1).

خصائص الوراثية شفرة:

ثلاثية - يتم تشفير حمض أميني واحد بثلاثة توائم تحتوي على ثلاث نيوكليوتيدات. هذا الثلاثي يسمى كودون. مع مزيج من أربعة نيوكليوتيدات من ثلاثة 4 3، ستصل المجموعات المحتملة إلى 64 متغيرًا (ثلاثي)، وهو أكثر من كافٍ لتشفير 20 حمضًا أمينيًا؛

"الانحطاط"أو تكرار الشفرة الوراثية، أي. يمكن ترميز نفس الحمض الأميني بعدة ثلاثة توائم، حيث أن 20 حمضًا أمينيًا و64 كودونًا معروفون، على سبيل المثال، يتم ترميز فينيل ألانين بواسطة ثلاثة توائم (UUU، UUC)، والإيزوليوسين بثلاثة (AUU، AUCUA)؛

غير التداخل،أولئك. لا توجد علامات فاصلة بين الثلاثة توائم في جزيء الحمض النووي؛

الخطيةوغياب علامات الفصل، أي. ثلاثة توائم في جزيء الحمض النووي يتبعون بعضهم البعض بترتيب خطي دون علامات توقف؛ في حالة فقدان نيوكليوتيد واحد، سيحدث "تحول الإطار"، مما سيؤدي إلى تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي الريبي (RNA)، وبالتالي تغيير في تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين؛

براعه،أولئك. بالنسبة لجميع الكائنات الحية، من بدائيات النوى إلى الإنسان، يتم تشفير 20 حمضًا أمينيًا بواسطة نفس الثلاثة توائم، وهو أحد الأدلة على وحدة أصل كل أشكال الحياة على الأرض

العلاقة الخطية المتداخلة(المراسلة) - الترتيب الخطي للنيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي يتوافق مع الترتيب الخطي للأحماض الأمينية في جزيء البروتين

طاولة 1 الوراثيةشفرة

أول قاعدة	القاعدة الثانية	قاعدة ثالثة
أول قاعدة		قاعدة ثالثة

مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية و

هو - هيالنسخ - تخليق جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب DNA. لا يحدث النسخ، أو إعادة الكتابة، على جزيء الحمض النووي بأكمله، ولكن على القسم المسؤول عن بروتين معين (جين). الشروط المطلوبة للنسخ:

أ) تفكيك جزء من الحمض النووي باستخدام بروتينات الإنزيم

ب) وجود مواد البناء على شكل ATP. جي تي إف. ترميز عالمي. 1 دي تي إف

ج) إنزيمات النسخ - بوليميريز الحمض النووي الريبي I، الثاني والثالث

د) الطاقة على شكل ATP.

يحدث النسخ وفقا لمبدأ التكامل. في هذه الحالة، بمساعدة بروتينات إنزيمية خاصة، يتم فك جزء من الحلزون المزدوج للحمض النووي ويعمل كمصفوفة لتخليق mRNA. ثم على طول شريط الحمض النووي

يتحرك إنزيم بوليميراز RNA، ويربط النيوكليوتيدات معًا وفقًا لمبدأ التكامل في سلسلة RNA المتنامية. ثم ينفصل الحمض النووي الريبي (RNA) المفرد الذي تقطعت به السبل عن الحمض النووي (DNA) ويترك نواة الخلية من خلال المسام الموجودة في الغشاء النووي (الشكل 5).

أرز. 5 التمثيل التخطيطي للنسخ.

الاختلافات في النسخ بين الموالية وحقيقيات النوى.

من حيث التنظيم الكيميائي للمواد الوراثية، لا تختلف حقيقيات النوى وبدائيات النوى اختلافًا جوهريًا. ومن المعروف أن المادة الوراثية تتمثل بالحمض النووي.

توجد المادة الوراثية لبدائيات النوى في الحمض النووي الدائري الموجود في سيتوبلازم الخلية. تتكون الجينات بدائية النواة بالكامل من ترميز تسلسلات النيوكليوتيدات.

تحتوي الجينات حقيقية النواة على مناطق إعلامية - الإكسونات، التي تحمل معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات، ومناطق غير إعلامية - الإنترونات، التي لا تحمل معلومات.

وبناءً على ذلك، فإن نسخ الحمض النووي الريبي المرسال في حقيقيات النوى يحدث على مرحلتين:

S) تتم إعادة كتابة (نسخ) جميع الأقسام (الإنترونات والإكسونات) - يسمى هذا الرنا المرسال غير ناضج أو مؤيد للآي آر نك.

2). عملية يغني- نضوج الحمض النووي الريبوزي الرسول. باستخدام إنزيمات خاصة، يتم قطع المناطق الإنترونية، ثم يتم خياطة الإكسونات معًا. تسمى ظاهرة ربط الإكسونات معًا بالربط. يحدث نضوج ما بعد النسخ لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة.

ثانيا. إذاعة(ترجمة)، أو التخليق الحيوي للبروتين. جوهر الترجمة هو ترجمة رمز مكون من أربعة أحرف من القواعد النيتروجينية إلى "قاموس" من الأحماض الأمينية مكون من 20 حرفًا.

تتكون عملية الترجمة من نقل المعلومات الوراثية المشفرة في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين. يحدث التخليق الحيوي للبروتين في السيتوبلازم على الريبوسومات ويتكون من عدة مراحل:

تتكون المرحلة التحضيرية (تنشيط الأحماض الأمينية) من الارتباط الأنزيمي لكل حمض أميني بالـ tRNA الخاص به وتكوين حمض أميني - مركب tRNA.

تخليق البروتين نفسه، والذي يتضمن ثلاث مراحل:

أ) البدء - يرتبط mRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم، وتكون كودونات البدء الأولى OUT أو GUG. تتوافق هذه الكودونات مع مجمع ميثيونيل-tRNA. بالإضافة إلى ذلك، هناك ثلاثة عوامل بروتينية تشارك في البدء: العوامل التي تسهل ربط mRNA بالوحدة الفرعية الكبيرة من الريبوسوم؛

ب) الاستطالة - إطالة سلسلة البولي ببتيد. تتم العملية في 3 خطوات وتتكون من ربط كودون mRNA بكودون مضاد tRNA وفقًا لمبدأ التكامل في المركز النشط للريبوسوم، ثم تكوين رابطة الببتيد بين بقايا حمضين أمينيين وتحريك ثنائي الببتيد خطوة للأمام وبالتالي، تحريك الريبوسوم على طول كودون mRNA واحد للأمام

ج) الإنهاء - نهاية الترجمة، تعتمد على وجود أكواد الإنهاء أو "إشارات التوقف" (UAA، UGA، UAG) في mRNA وأنزيمات البروتين - عوامل الإنهاء (الشكل 6).

أرز. 6. مخطط البث

أ) مرحلة الاستطالة.

ب) دخول البروتين المركب إلى الشبكة الإندوبلازمية

في الخلية، لا يتم استخدام ريبوسوم واحد، بل عدة ريبوسومات لتخليق البروتين. يسمى هذا المجمع العامل من mRNA مع العديد من الريبوسومات متعدد الريبوسوم. في هذه الحالة، يحدث تخليق البروتين بشكل أسرع من استخدام ريبوسوم واحد فقط.

أثناء الترجمة بالفعل، يبدأ البروتين في الانحناء إلى بنية ثلاثية الأبعاد، وإذا لزم الأمر، يأخذ تنظيمًا رباعيًا في السيتوبلازم.

الشكل 7: دور الأحماض النووية في نقل المعلومات الوراثية

المهام المعجمية النحوية:

يكون

كن مصمما

تكون مشفرة كيف

تتميز

يدعى يسمى

المهمة رقم 1.أكتب الكلمات والعبارات الواردة بين القوسين بالصيغة الصحيحة.

يتم تحديد جميع السمات المورفولوجية والتشريحية والوظيفية لأي خلية أو كائن حي ككل (بنية البروتينات المحددة).

يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد من خلال (تسلسل) النيوكليوتيدات في قسم من الحمض النووي يسمى (الجين)، ويسمى تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي (الشفرة الجينية).

يتم ترميز كل حمض أميني لـ (مجموعة من ثلاث نيوكليوتيدات) والتي تسمى (ثلاثية).

تتميز الشفرة الوراثية (بالسمات التالية: الثلاثية، الانحطاط، عدم التغطية، الخطية وغياب الفواصل، العالمية).

يتم تشفير 20 حمضًا أمينيًا (نفس الثلاثة توائم).

المهمة رقم 2.بدلاً من الفترات، استخدم أشكالًا قصيرة وكاملة من النعوت المكونة من الأفعال المراد تشفيرها - المراد تشفيرها.

ويسمى تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي، أو بعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين، بالشفرة الجينية.

يمكن أن يكون نفس الحمض... عدة توائم.

20 حمض أميني في نفس الثلاثة توائم

هناك جينات بنيوية، وبروتينات بنيوية وإنزيمية، بالإضافة إلى جينات تحتوي على معلومات لتخليق الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) والرنا الريباسي الريباسي (rRNA)، وما إلى ذلك.

المرحلة التالية من تنفيذ المعلومات الوراثية ... في الجين هي النسخ.

في الأساس (لا) تختلف بشكل كبير على ماذايصف

كثيراً

من حيث التنظيم الكيميائي لمادة الوراثة، فإن حقيقيات النوى وبدائيات النوى لا تختلف جوهريًا. مادتهم الوراثية هي الحمض النووي.

المهمة رقم 3. اقرأ جزءًا من النص "الاختلافات في النسخ بين الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى." أخبرنا عن مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية.

المهمة رقم 4. أكمل الجمل بناء على المعلومات الواردة في النص.

توجد المادة الوراثية لبدائيات النوى في...

تتكون الجينات بدائية النواة بالكامل من ...

تحتوي الجينات حقيقية النواة على...

يحدث النسخ في حقيقيات النوى في ...

تتكون الترجمة من نقل المعلومات الجينية المشفرة في mRNA إلى...

تتم الترجمة في السيتوبلازم على...

يمارسرقم 5. قم بعمل رسم تخطيطي لمراحل الترجمة وأخبرنا وفقًا للرسم التخطيطي عن تنفيذ الترجمة خطوة بخطوة.

حلالمهام النموذجية

مناطق الجينات الهيكلية في الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى لها تسلسلات نيوكليوتيدية متشابهة:

TsAT-GTC-ATSA-"PTD-TGA-AAA-CAA-CCG-ATA-CCCC-CTG-CHG-CTT-GGA-ACA-ATA. علاوة على ذلك، في حقيقيات النوى، تسلسل النوكليوتيدات هو ACA-TTC-TGA-AAA وGGA -ACA -ATAs ترميز المناطق intronic من الموالية للحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام قاموس الكود الجيني، حدد:

أ) ما هو تسلسل النيوكليوتيدات الذي سيحتويه الرنا المرسال (mRNA) المنقول من قسم الحمض النووي هذا في بدائيات النوى؟

ب) ما هو تسلسل النيوكليوتيدات الذي سيحتوي عليه الرنا المرسال المنقول من قسم الحمض النووي هذا في حقيقيات النوى؛

ج) ما هو تسلسل الأحماض الأمينية الذي سيحتويه البروتين المشفر بواسطة هذه المنطقة الجينية في الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى.

مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية

هو - هي النسخ - تخليق جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب DNA. لا يحدث النسخ، أو إعادة الكتابة، على جزيء الحمض النووي بأكمله، ولكن على القسم المسؤول عن بروتين معين (جين). الشروط المطلوبة للنسخ:

أ) تفكيك جزء من الحمض النووي باستخدام بروتينات الإنزيم

ب) وجود مواد البناء على شكل ATP. جي تي إف. ترميز عالمي. 1 دي تي إف

ج) إنزيمات النسخ - بوليميرات الحمض النووي الريبي I، الثاني والثالث

د) الطاقة على شكل ATP.

يحدث النسخ وفقا لمبدأ التكامل. في هذه الحالة، وبمساعدة بروتينات إنزيمية خاصة، يتفكك جزء من الحلزون المزدوج للحمض النووي ويعمل كمصفوفة لتخليق mRNA. كذلك على طول حبلا الحمض النووي

يتحرك إنزيم بوليميراز RNA، ويربط النيوكليوتيدات معًا وفقًا لمبدأ التكامل في سلسلة RNA المتنامية. بعد ذلك، يتم فصل الحمض النووي الريبي (RNA) المفرد الذي تقطعت به السبل عن الحمض النووي (DNA) ويترك نواة الخلية من خلال المسام الموجودة في الغشاء النووي (الشكل 5).

أرز. 5 التمثيل التخطيطي للنسخ.

الاختلافات في النسخ بين الموالية وحقيقيات النوى.

وبناءً على ذلك، فإن نسخ الحمض النووي الريبي المرسال في حقيقيات النوى يحدث على مرحلتين:

S) تتم إعادة كتابة (نسخ) جميع الأقسام (الإنترونات والإكسونات) - وعادة ما يسمى هذا الرنا المرسال غير ناضج أو مؤيد للآي آرنك.

2). عمليةيغني- نضوج الحمض النووي الريبي المرسال. باستخدام إنزيمات خاصة، يتم قطع المناطق الإنترونية، ثم يتم خياطة الإكسونات معًا. عادة ما تسمى ظاهرة الانضمام إكسون الربط. يحدث نضوج ما بعد النسخ لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة.

ثانيا. إذاعة (ترجمة)، أو التخليق الحيوي للبروتين. جوهر الترجمة هو ترجمة رمز مكون من أربعة أحرف من القواعد النيتروجينية إلى "قاموس" من الأحماض الأمينية مكون من 20 حرفًا.

1. تتكون المرحلة التحضيرية (تنشيط الأحماض الأمينية) من الارتباط الأنزيمي لكل حمض أميني بـ tRNA الخاص به وتكوين حمض أميني - مجمع tRNA.

2. تركيب البروتين نفسه، والذي يتضمن ثلاث مراحل:

أ) البدء - يرتبط mRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم، وتكون كودونات البدء الأولى OUT أو GUG. تتوافق هذه الكودونات مع مجمع ميثيونيل-tRNA. في الوقت نفسه، تشارك ثلاثة عوامل بروتينية في البدء: العوامل التي تسهل ربط mRNA بالوحدة الفرعية الكبيرة من الريبوسوم؛

أرز. 6. مخطط البث

أ) مرحلة الاستطالة.

ب) دخول البروتين المركب إلى الشبكة الإندوبلازمية

في الخلية، لا يتم استخدام ريبوسوم واحد، بل عدة ريبوسومات لتخليق البروتين. عادة ما يسمى هذا المجمع العامل من mRNA مع العديد من الريبوسومات متعدد الريبوسوم. في هذه الحالة، يحدث تخليق البروتين بشكل أسرع من استخدام ريبوسوم واحد فقط.

أثناء الترجمة بالفعل، يبدأ البروتين في الانحناء إلى بنية ثلاثية الأبعاد، وإذا كان مهمًا للغاية، فإنه في السيتوبلازم يأخذ تنظيمًا رباعيًا.

الشكل 7: دور الأحماض النووية في نقل المعلومات الوراثية

المهام المعجمية النحوية:

يكون

كن مصمما

تكون مشفرة كيف

تتميز

يدعى يسمى

المهمة رقم 1.اكتب الكلمات والعبارات الواردة بين القوسين بالشكل الصحيح.

1. يتم تحديد جميع السمات المورفولوجية والتشريحية والوظيفية لأي خلية أو كائن حي ككل (بنية البروتينات المحددة).

2. يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد من خلال (تسلسل) النيوكليوتيدات في قسم من الحمض النووي، والذي يسمى عادة (الجين)، ويسمى تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي عادة (الشفرة الجينية).

3. يتم تشفير كل حمض أميني (مجموعة من ثلاث نيوكليوتيدات) والتي تسمى عادة (ثلاثية).

4. تتميز الشفرة الوراثية (بالسمات التالية: الثلاثية، الانحطاط، عدم التداخل، الخطية وغياب الفواصل، العالمية).

5. يتم تشفير 20 حمضًا أمينيًا (نفس الثلاثة توائم).

1. تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي، ... بعض الأحماض الأمينية في جزيء البروتين، يسمى عادة بالشفرة الجينية.

2. يجب أن يكون نفس الحمض... عدة توائم ثلاثية.

3. 20 حمض أميني في نفس الثلاثة توائم.

4. هناك جينات هيكلية، ... بروتينات هيكلية وإنزيمية، بالإضافة إلى جينات تحتوي على معلومات لتخليق الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) والرنا الريباسي الريباسي (rRNA)، وما إلى ذلك.

5. المرحلة التالية من تنفيذ المعلومات الوراثية ... في الجين هي النسخ.

في الأساس (لا) تختلف بشكل كبير على ماذايصف

كثيراً

المهمة رقم 3. اقرأ جزءًا من النص "الاختلافات في النسخ في الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى". أخبرنا عن مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية.

المهمة رقم 4. أكمل الجمل بناء على المعلومات الواردة في النص.

1. المادة الوراثية لبدائيات النوى موجودة في ....

2. تتكون الجينات بدائية النواة بالكامل من ....

3. تحتوي الجينات حقيقية النواة على ....

4. يحدث النسخ في حقيقيات النوى في ....

5. تتكون الترجمة من نقل المعلومات الجينية المشفرة في الرنا المرسال إلى....

6. تحدث الترجمة في السيتوبلازم على ....

يمارسرقم 5. قم بعمل رسم تخطيطي لمراحل الترجمة وأخبرنا وفقًا للرسم التخطيطي عن تنفيذ الترجمة خطوة بخطوة.

حلالمهام النموذجية

مناطق الجينات الهيكلية في الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى لها تسلسلات نيوكليوتيدية متشابهة:

ب) ما هو تسلسل النيوكليوتيدات الذي سيحتويه الرنا المرسال المنقول من قسم الحمض النووي هذا في حقيقيات النوى؛

موضوع 9. الجين،له الهيكل والوظائف.

ومن المعروف أن الجينات هي الناقل المادي للمعلومات الوراثية. الجين هو الوحدة الأولية للوراثة التي تحدد تطور أي خاصية في الكائن الحي. تقع الجينات على الكروموسومات و

تحتل مكانًا محددًا - الموضع. من وجهة نظر البيولوجيا الجزيئية، الجين هو جزء من جزيء الحمض النووي الذي يتم فيه تشفير المعلومات حول تركيب بروتين معين. يمكن تمثيل مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية المشفرة في الجين على شكل رسم تخطيطي:

الآليات الجزيئية لتنفيذ الجيناتلا سماء المشاةالخطب

الأحكام الأساسية لنظرية الجينات:

1. يحتل الجين مكانًا معينًا (موضعًا) في الكروموسوم.

2. الجين (cistron) - جزء من جزيء الحمض النووي الذي يتميز بتسلسل معين من النيوكليوتيدات ويمثل وحدة وظيفية للمعلومات الوراثية. يختلف عدد النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات المختلفة.

3. يمكن ملاحظة عمليات إعادة التركيب (تبادل الأقسام) داخل جين واحد. وتسمى هذه المقاطع من السيسترون بـ recons.

4. المناطق التي يمكن أن يتغير فيها تسلسل النيوكليوتيدات تسمى الموتونات.

5. هناك جينات وظيفية وهيكلية. الجينات الهيكلية تشفر تخليق جزيئات البروتين. هناك جينات بنيوية تشفر كلاً من البروتينات الهيكلية وبروتينات الإنزيمات، بالإضافة إلى جينات تحتوي على معلومات حول تخليق الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)، والرنا الريباسي الريباسي (rRNA)، وما إلى ذلك.

6. الجينات الوظيفية لا ترمز للبروتين، ولكنها تتحكم وتوجه نشاط الجينات الهيكلية.

7. ترتيب ثلاثة توائم النوكليوتيدات في الجينات الهيكلية يتوافق بشكل خطي مع ترتيب الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

8. أقسام جزيء الحمض النووي التي تشكل الجين قادرة على الترميم، ᴛ.ᴇ. للإصلاح، لذلك، ليست كل التغييرات في تسلسل النيوكليوتيدات في جزء من الحمض النووي تؤدي إلى حدوث طفرات.

9. يتكون النمط الجيني من جينات فردية (منفصلة)، ولكنه يعمل ككل واحد، لأن الجينات قادرة على التفاعل والتأثير على بعضها البعض. تتأثر وظيفة الجينات بالعوامل البيئية الداخلية والخارجية.

يحتوي الجين على عدد من الخصائص:

السلطة التقديرية للعمل؛

الاستقرار (الثبات) ؛

نقل المعلومات الوراثية دون تغيير، في حالة عدم وجود طفرة؛

ترتبط قابلية (تغيير) الجينات بقدرتها على التحور؛

الخصوصية - يحدد كل جين تطور سمة معينة؛

تعدد الأشكال - يمكن أن يكون جين واحد مسؤولاً عن عدة سمات؛

التعبير هو درجة التعبير عن السمة.

الاختراق هو تكرار ظهور الجين بين حامليه.

يحتوي الجينوم البشري على حوالي 30 ألف جين مختلف. بعضها نشط والبعض الآخر محظور. ويخضع الحجم الكامل للمعلومات الجينية لرقابة صارمة من الآليات التنظيمية. جميع الجينات مترابطة وتشكل نظامًا واحدًا. يتم تنظيم نشاطهم من خلال آليات معقدة.

يتضمن ذلك عمليات تنظيم نشاط الجينات في مراحل النسخ (قبل، أثناء، بعده)، الترجمة (قبل، أثناء، بعده)، بالإضافة إلى التنظيم الجماعي المنسق لعمل الجينات (التعبير عنها)، والمشاركة الهرمونات (الإشارات) في هذه العملية)، التعديل الكيميائي للحمض النووي (الشكل 8).

أرز. 8. مخطط تنظيم نسخ الجينات الهيكلية في خلية بدائية النواة حسب نوع الحث.

يعتمد التعبير (مظهر نشاط الجين) للجين الفردي على الحالة التي يوجد بها الجين. ولهذا السبب، هناك مختلفة رغوةالإقليم الشمالي عمر(النسبة المئوية للمظاهر المظهرية الكمية

الجين) والتعبير (درجة التعبير عن الجين). تم تقديم هذه المفاهيم لأول مرة في علم الوراثة بواسطة M.V Timofeev-Ressovsky. يتم تحديد النمط الوراثي المحدد للشخص من خلال درجة النمط الظاهري لشدة السمة المرضية، التي يحددها جين معين (التعبير)، حتى حتى عدم وجود صورة سريرية لعلم الأمراض في وجود أليلات متحولة في النمط الوراثي.

المهام النحوية المعجمية:

المهمة رقم 1.استبدال الجمل المنسوبة بعبارة المشاركة.

1. الجين هو وحدة الوراثة التي تحدد تطور أي سمة واحدة.

2. الجينات الموجودة على الكروموسومات تشغل مكانًا محددًا - موضعًا.

3. يتم تقديم تنفيذ المعلومات المشفرة في الجين في شكل رسم تخطيطي.

4. الجين هو جزء من جزيء الحمض النووي الذي يختلف في تسلسل معين من النيوكليوتيدات.

5. يختلف عدد النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات المختلفة.

المهمة رقم 2.استبدال الهياكل السلبية بأخرى نشطة.

1. يتم ترميز تخليق جزيء البروتين بواسطة الجينات الهيكلية.

2. يتم التحكم وتوجيه نشاط الجينات الهيكلية بواسطة الجينات الوظيفية.

ماذايؤثر ماذا الجينات يمكن أن تؤثر على بعضها البعض.لكل وظيفة ماذاتتأثر بالعوامل البيئية الداخلية والخارجية

المهمة رقم 3. كتابة الجمل باستخدام الأقواس.

1. يتم تشفير المناطق الخارجية للجينات (بنية البروتين الأولية).

2. المناطق الداخلية للعب الجينات (الدور الهيكلي والداعم).

3. الجين هو جزء من جزيء الحمض النووي (الوحدة الوظيفية للمعلومات الوراثية).

المهمة رقم 4. اقرأ جزءًا من النص حول المبادئ الأساسية لنظرية الجينات واكتب تعريفات لما يلي: أ) الموضع، ب) الاستطلاعات، ج) الطفرات.

يمارسرقم 5. باستخدام المعلومات المقدمة، أكمل العبارات.

1. يُطلق على الاستقرار عادةً اسم 1.... نقل الخاصية الوراثية للجينات... المعلومات بشكل ثابت

2. القدرة الجينية هي... 2.... درجة التعبير

لافتة.

3. اختراق الجينات هو 3.... تكرار ظهور الجينات

بين حامليها.

4. تعبير الجينات - ... 4.... يرتبط بقدرتها على ذلك

الطفرات

الحل النموذجيمهام

1. تحتوي منطقة الجينات الهيكلية على تسلسل النيوكليوتيدات التالي:

ATA-CIA-A1^-CTA-GGA-CGA-GTA-CAA

أجا-TCA-CGA-AAA-ATG. باستخدام قاموس الشفرة الوراثية، حدد:

أ) ما هو تسلسل النيوكليوتيدات الذي سيحتوي عليه الحمض النووي الريبوزي المرسال المنقول من هذا الموقع؛

ب) من المعروف أن الكودونات 3،4،5،9،10،11،12 في pro-mRNA هي جزء من الإنترونات. ما هو التسلسل الذي سيحتوي عليه mRNA؟

ج) ما هو تسلسل الأحماض الأمينية الذي ستحتوي عليه قطعة البروتين المشفرة بواسطة المنطقة المحددة من الجين؛

د) اكتب ما هي مضادات الكودونات التي يجب أن تحتوي عليها الـ tRNAs التي تضمن تخليق جزء البروتين هذا.

2. مناطق الجينات الهيكلية في الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى لها تسلسلات نيوكليوتيدية متشابهة:

TsAT-GTC-A1TA-TTC-TGA-AAA-CAA-C1^^ ACA-ATA. تجدر الإشارة إلى أن تسلسلات النيوكليوتيدات ACA-TTC-TGA-AAA وGGA-ACA-ATA تشفر المناطق الإنترونية في حقيقيات النوى. يُعرِّف:

أ) تسلسل النيوكليوتيدات في النسخة الأولية في حقيقيات النوى؛

ب) ما هو الاسم الشائع لنضج mRNA؟ تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA.

ج) ما هو الفرق في تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. اشرح سبب هذا الاختلاف.

مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية – المفهوم والأنواع. تصنيف ومميزات فئة "مراحل تنفيذ المعلومات الوراثية" 2017، 2018.

يتم تنفيذ أهم وظائف الجسم - التمثيل الغذائي والنمو والتطور ونقل الوراثة والحركة وما إلى ذلك - نتيجة للعديد من التفاعلات الكيميائية التي تشمل البروتينات والأحماض النووية وغيرها من المواد النشطة بيولوجيًا. في الوقت نفسه، يتم تصنيع مركبات مختلفة بشكل مستمر في الخلايا: بناء البروتينات، بروتينات الإنزيم، والهرمونات. أثناء عملية التمثيل الغذائي، يتم تآكل هذه المواد وتدميرها، ويتم تشكيل مواد جديدة في مكانها. وبما أن البروتينات تخلق الأساس المادي للحياة وتسرع جميع التفاعلات الأيضية، فإن النشاط الحيوي للخلية والكائن الحي ككل يتحدد بقدرة الخلايا على تصنيع بروتينات معينة. يتم تحديد بنيتها الأساسية مسبقًا بواسطة الشفرة الوراثية في جزيء الحمض النووي.

تتكون جزيئات البروتين من عشرات ومئات من الأحماض الأمينية (بشكل أكثر دقة، بقايا الأحماض الأمينية). على سبيل المثال، يوجد حوالي 600 منها في جزيء الهيموجلوبين، وهي موزعة على أربع سلاسل متعددة الببتيد؛ يوجد في جزيء الريبونوكلياز 124 من هذه الأحماض الأمينية، وما إلى ذلك.

الدور الرئيسي في تحديد البنية الأساسية للبروتين ينتمي إلى الجزيئات الحمض النووي.تقوم أقسامه المختلفة بتشفير تخليق بروتينات مختلفة، وبالتالي، يشارك جزيء DNA واحد في تخليق العديد من البروتينات الفردية. تعتمد خصائص البروتينات على تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد. في المقابل، يتم تحديد تناوب الأحماض الأمينية من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي، وكل حمض أميني يتوافق مع ثلاثية محددة. لقد ثبت تجريبيًا، على سبيل المثال، أن قسم الحمض النووي الذي يحتوي على ثلاثي AAC يتوافق مع الحمض الأميني الليوسين، وثلاثي ACC إلى التربتوفان، وثلاثي ACA إلى السيستين، وما إلى ذلك. من خلال تقسيم جزيء الحمض النووي إلى ثلاثة توائم، يمكنك تخيل الأحماض الأمينية وبأي تسلسل سيكون موجودًا في جزيء البروتين. تشكل مجموعة من ثلاثة توائم الأساس المادي للجينات، ويحتوي كل جين على معلومات حول بنية بروتين معين (الجين هو الوحدة البيولوجية الأساسية للوراثة؛ كيميائيا، الجين هو جزء من الحمض النووي الذي يتضمن عدة مئات من أزواج النيوكليوتيدات). .

الكود الجيني -التنظيم التاريخي لجزيئات DNA و RNA، حيث يحمل تسلسل النيوكليوتيدات فيها معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين. خصائص الكود:ثلاثي (كودون)، غير متداخل (الكودونات تتبع بعضها البعض)، الخصوصية (يمكن لكودون واحد تحديد حمض أميني واحد فقط في سلسلة بولي ببتيد)، العالمية (في جميع الكائنات الحية، نفس الكودون يحدد إدراج نفس الحمض الأميني في السلسلة). عديد الببتيد)، التكرار (بالنسبة لمعظم الأحماض الأمينية هناك عدة كودونات). الثلاثيات التي لا تحمل معلومات عن الأحماض الأمينية تكون ثلاثية متوقفة، مما يشير إلى موقع بداية التوليف ط-الحمض النووي الريبي.(V.B. زاخاروف. علم الأحياء. المواد المرجعية. م، 1997)

نظرًا لوجود الحمض النووي في نواة الخلية، ويتم تخليق البروتين في السيتوبلازم، فهناك وسيط ينقل المعلومات من الحمض النووي إلى الريبوسومات. يعمل الحمض النووي الريبي (RNA) كوسيط، حيث يتم إعادة كتابة تسلسل النيوكليوتيدات، بما يتوافق تمامًا مع ذلك الموجود على الحمض النووي (DNA) - وفقًا لمبدأ التكامل. هذه العملية تسمى النسخويستمر كرد فعل توليف المصفوفة. إنها مميزة فقط للهياكل الحية وتشكل أساس أهم خاصية للكائنات الحية - التكاثر الذاتي. يسبق التخليق الحيوي للبروتين تخليق قالب mRNA على شريط DNA. يترك mRNA الناتج نواة الخلية في السيتوبلازم، حيث يتم تعليق الريبوسومات عليها، ويتم تسليم الأحماض الأمينية هنا بمساعدة RNA.

تخليق البروتين هو عملية معقدة متعددة الخطوات تتضمن DNA وmRNA وtRNA والريبوسومات وATP والإنزيمات المختلفة. أولاً، يتم تنشيط الأحماض الأمينية الموجودة في السيتوبلازم بواسطة الإنزيمات ويتم ربطها بالـ tRNA (بالموقع الذي يوجد فيه نيوكليوتيد CCA). في المرحلة التالية، يتم دمج الأحماض الأمينية بالترتيب الذي يتم به نقل تناوب النيوكليوتيدات من الحمض النووي إلى الرنا المرسال. هذه المرحلة تسمى إذاعة.على حبلا mRNA لا يوجد ريبوسوم واحد، ولكن مجموعة منهم - يسمى هذا المجمع متعدد الجسيمات (N.E. Kovalev، L.D. Shevchuk، O.I. Shchurenko. علم الأحياء للأقسام التحضيرية للمعاهد الطبية).

مخطط التخليق الحيوي للبروتين

يتكون تخليق البروتين من مرحلتين - النسخ والترجمة.

I. النسخ (إعادة الكتابة) - التخليق الحيوي لجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يتم إجراؤه في الكروموسومات على جزيئات الحمض النووي (DNA) وفقًا لمبدأ تركيب القالب. بمساعدة الإنزيمات، يتم تصنيع جميع أنواع الحمض النووي الريبي (mRNA، rRNA، tRNA) في الأقسام المقابلة من جزيء الحمض النووي (الجينات). يتم تصنيع 20 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)، حيث يشارك 20 حمضًا أمينيًا في عملية التخليق الحيوي للبروتين. ثم يتم إطلاق mRNA وtRNA في السيتوبلازم، ويتم دمج rRNA في وحدات فرعية من الريبوسوم، والتي تخرج أيضًا إلى السيتوبلازم.

ثانيا. الترجمة (النقل) هي تخليق سلاسل البروتينات متعددة الببتيد، والتي تتم في الريبوسومات. ويرافقه الأحداث التالية:

1. تشكيل المركز الوظيفي للريبوسوم - FCR، الذي يتكون من mRNA ووحدتين فرعيتين من الريبوسوم. يوجد في FCR دائمًا توائم ثلاثية (ستة نيوكليوتيدات) من mRNA، مما يشكل مركزين نشطين: A (الحمض الأميني) - مركز التعرف على الحمض الأميني وP (الببتيد) - مركز ربط الحمض الأميني بسلسلة الببتيد. .

2. نقل الأحماض الأمينية المرتبطة بالـ tRNA من السيتوبلازم إلى FCR. في المركز النشط A، تتم قراءة كودون الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مع كود الرنا المرسال (mRNA)؛ وفي حالة التكامل، يتم تشكيل رابطة تعمل كإشارة للتقدم (القفز) على طول الرنا المرسال الريباسي بثلاثة توائم واحدة. ونتيجة لذلك، ينتقل "كودون rRNA المعقد وtRNA مع الحمض الأميني" إلى المركز النشط لـ P، حيث يضاف الحمض الأميني إلى سلسلة الببتيد (جزيء البروتين). ثم يترك الحمض الريبي النووي النقال الريبوسوم.

3. تطول سلسلة الببتيد حتى تنتهي الترجمة ويقفز الريبوسوم من mRNA. يمكن أن يحتوي mRNA الواحد على عدة ريبوسومات في نفس الوقت (Polysome). تنغمس سلسلة البولي ببتيد في قناة الشبكة الإندوبلازمية وتكتسب هناك بنية ثانوية أو ثلاثية أو رباعية. سرعة تجميع جزيء بروتين واحد يتكون من 200-300 حمض أميني هي 1-2 دقيقة. صيغة التخليق الحيوي للبروتين: DNA (النسخ) -> RNA (الترجمة) -> البروتين.

بعد إكمال دورة واحدة، يمكن للبوليزومات أن تشارك في تركيب جزيئات البروتين الجديدة.

إن جزيء البروتين المنفصل عن الريبوسوم له شكل خيط غير نشط بيولوجيا. يصبح وظيفيًا بيولوجيًا بعد أن يكتسب الجزيء بنية ثانوية وثلاثية ورباعية، أي تكوين معين مكانيًا. يتم تحديد الهياكل الثانوية واللاحقة لجزيء البروتين مسبقًا في المعلومات الواردة في تناوب الأحماض الأمينية، أي في البنية الأولية للبروتين. وبعبارة أخرى، فإن برنامج تكوين الكرة، وتكوينها الفريد، يتحدد من خلال البنية الأولية للجزيء، والذي بدوره يتم بناؤه تحت سيطرة الجين المقابل.

يتم تحديد معدل تخليق البروتين من خلال العديد من العوامل: درجة حرارة البيئة، وتركيز أيونات الهيدروجين، وكمية المنتج النهائي للتخليق، ووجود الأحماض الأمينية الحرة، وأيونات المغنيسيوم، وحالة الريبوسومات، وما إلى ذلك.

1. ما هي العمليات المتعلقة بتفاعلات تركيب المصفوفة؟

التخمير، الترجمة، النسخ، التمثيل الضوئي، النسخ المتماثل.

تتضمن تفاعلات تركيب القالب الترجمة والنسخ والنسخ.

2. ما هو النسخ؟ كيف تعمل هذه العملية؟

النسخ هو عملية إعادة كتابة المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي في الأقسام المقابلة لإحدى سلاسل الحمض النووي)؛ أحد تفاعلات تركيب المصفوفة.

يتم النسخ على النحو التالي. عند جزء معين من جزيء الحمض النووي، يتم فصل الخيوط التكميلية. سيتم تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) على أحد الخيوط (يُسمى الشريط المكتوب).

يتعرف إنزيم بوليميراز RNA على المحفز (تسلسل خاص من النيوكليوتيدات الموجود في بداية الجين) ويتفاعل معه. ثم يبدأ بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) في التحرك على طول السلسلة المكتوبة وفي نفس الوقت يقوم بتركيب جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) من النيوكليوتيدات. يتم استخدام شريط الحمض النووي المنقول كقالب، وبالتالي فإن الحمض النووي الريبي المركب سيكون مكملاً للقسم المقابل من شريط الحمض النووي المنقول. يعمل بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) على تنمية سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA)، مضيفًا نيوكليوتيدات جديدة إليها، حتى يصل إلى النهاية (تسلسل خاص من النيوكليوتيدات يقع في نهاية الجين)، وبعد ذلك يتوقف النسخ.

3. ما هي العملية التي تسمى الترجمة؟ وصف المراحل الرئيسية للترجمة.

الترجمة هي عملية التخليق الحيوي للبروتين من الأحماض الأمينية التي تحدث على الريبوسومات. أحد تفاعلات تركيب المصفوفة.

المراحل الرئيسية للبث:

● ربط mRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة من الريبوسوم، يليه ربط الوحدة الفرعية الكبيرة.

● اختراق الحمض الريبي النووي النقال للميثيونين في الريبوسوم والربط التكميلي لمضاده (UAC) مع كودون البداية لـ mRNA (AUG).

● اختراق الحمض الريبي النووي النقال التالي الذي يحمل حمض أميني منشط إلى الريبوسوم والارتباط التكميلي لمضاده مع كودون mRNA المقابل.

● ظهور رابطة ببتيدية بين حمضين أمينيين، وبعد ذلك يتحرر الحمض الريبي النووي النقال الأول (الميثيونين) من الحمض الأميني ويترك الريبوسوم، ويتم إزاحة الـ mRNA بمقدار ثلاثة توائم واحدة.

● نمو سلسلة البولي ببتيد (وفقا للآلية الموضحة أعلاه)، والذي يحدث حتى دخول أحد أكواد التوقف الثلاثة (UAA، UAG أو UGA) إلى الريبوسوم.

● توقف تخليق البروتين وتقسيم الريبوسوم إلى وحدتين فرعيتين منفصلتين.

4. لماذا، أثناء الترجمة، لا يتم تضمين أي أحماض أمينية في البروتين بترتيب عشوائي، ولكن فقط تلك المشفرة بواسطة ثلاثة توائم mRNA، وبتوافق صارم مع تسلسل هذه الثلاثية؟ ما عدد أنواع tRNA التي تعتقد أنها تشارك في تخليق البروتين في الخلية؟

يتم ضمان الدمج الصحيح والمتسلسل للأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد المتنامية من خلال التفاعل التكميلي الصارم لمضادات الحمض الريبي النووي النقال مع أكواد mRNA المقابلة.

قد يجيب بعض الطلاب بأن 20 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال تشارك في تخليق البروتين - نوع واحد لكل حمض أميني. ولكن في الواقع، هناك 61 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) يشارك في تخليق البروتين - يوجد عدد منها بقدر وجود الكودونات الحسية (ثلاثية توائم تشفر الأحماض الأمينية). كل نوع من الحمض الريبي النووي النقال له بنية أولية فريدة (تسلسل النيوكليوتيدات)، ونتيجة لذلك، لديه كودون مضاد خاص للارتباط التكميلي مع كودون mRNA المقابل. على سبيل المثال، يمكن تشفير الحمض الأميني الليوسين (Leu) بواسطة ستة توائم ثلاثية مختلفة، لذلك هناك ستة أنواع من الحمض النووي الريبوزي اللوسيني، وجميعها لها مضادات مختلفة مختلفة.

إجمالي عدد الكودونات هو 4 3 = 64، ولكن لا توجد جزيئات الحمض الريبي النووي النقال لكودونات التوقف (هناك ثلاثة منها)، أي. 64 - 3 = 61 نوعاً من الحمض الريبي النووي النقال.

5. هل يجب تصنيف تفاعلات تصنيع المصفوفة على أنها عمليات الاستيعاب أو التباين؟ لماذا؟

تتعلق تفاعلات تركيب المصفوفة بعمليات الاستيعاب للأسباب التالية:

● يرافقه تخليق مركبات عضوية معقدة من مواد أبسط، وهي البوليمرات الحيوية من المونومرات المقابلة (يصاحب التكاثر تخليق سلاسل الحمض النووي من النيوكليوتيدات، والنسخ عن طريق تخليق الحمض النووي الريبي من النيوكليوتيدات، والترجمة عن طريق تخليق البروتينات من أحماض أمينية)؛

● تتطلب إنفاق الطاقة (يعمل ATP كمورد للطاقة لتفاعلات تركيب المصفوفة).

6. يحتوي قسم سلسلة الحمض النووي المنقول على ترتيب النوكليوتيدات التالي:

تاكتجاتاتاتكااجاتست

تحديد تسلسل بقايا الأحماض الأمينية من الببتيد المشفرة بواسطة هذه المنطقة.

باستخدام مبدأ التكامل، سنحدد تسلسل النيوكليوتيدات للرنا المرسال المقابل، وبعد ذلك، باستخدام جدول الكود الوراثي، سنحدد تسلسل بقايا الأحماض الأمينية للببتيد المشفر.

الجواب: تسلسل بقايا الأحماض الأمينية للببتيد: Met-Tre-Cis-Ile-Met-Phen.

7. أظهرت الأبحاث أنه في جزيء mRNA، 34% من إجمالي عدد القواعد النيتروجينية عبارة عن جوانين، و18% يوراسيل، و28% سيتوزين، و20% أدينين. تحديد النسبة المئوية لتكوين القواعد النيتروجينية لقسم الحمض النووي المزدوج الذين تقطعت بهم السبل، والتي كانت إحدى سلاسلها بمثابة قالب لتخليق هذا الرنا المرسال.

● باستخدام مبدأ التكامل، سوف نحدد النسبة المئوية لتكوين القواعد النيتروجينية لسلسلة الحمض النووي المنسوخة المقابلة. أنه يحتوي على 34% السيتوزين (مكمل للجوانين مرنا)، 18% الأدينين (مكمل لليوراسيل مرنا)، 28% جوانين (مكمل للسيتوزين مرنا) و 20% الثيمين (مكمل للأدينين مرنا).

● استنادا إلى تكوين السلسلة المكتوبة، سنحدد النسبة المئوية لتكوين القواعد النيتروجينية لسلسلة الحمض النووي التكميلية (غير المكتوبة): 34% جوانين، 18% ثيمين، 28% سايتوسين و 20% أدينين.

● يتم حساب النسبة المئوية لكل نوع من القواعد النيتروجينية في الحمض النووي المزدوج الشريط على أنها المتوسط الحسابي لنسبة هذه القواعد في كلا الشريطين:

ج = ج = (34% + 28%) : 2 = 31%

أ = ت = (18% + 20%) : 2 = 19%

الإجابة: يحتوي قسم الحمض النووي المزدوج الجديلة المقابل على 31% من السيتوزين والجوانين، و19% من الأدينين والثايمين.

8*. في خلايا الدم الحمراء في الثدييات، يمكن أن يحدث تخليق الهيموجلوبين لعدة أيام بعد أن تفقد هذه الخلايا نواتها. كيف تستطيع شرح هذا؟

يسبق فقدان النواة نسخ مكثف للجينات التي تشفر سلاسل البولي ببتيد للهيموجلوبين. تتراكم كمية كبيرة من الرنا المرسال المقابل في الهيالوبلازم، لذلك يستمر تخليق الهيموجلوبين حتى بعد فقدان نواة الخلية.

*المهام التي تحمل علامة النجمة تتطلب من الطلاب طرح فرضيات مختلفة. لذلك، عند وضع العلامات، يجب على المعلم التركيز ليس فقط على الإجابة المقدمة هنا، بل يأخذ في الاعتبار كل فرضية، وتقييم التفكير البيولوجي للطلاب، ومنطق تفكيرهم، وأصالة الأفكار، وما إلى ذلك. بعد ذلك، من المستحسن لتعريف الطلاب بالإجابة المقدمة.

تتم عملية التخليق الحيوي للبروتين على الريبوسومات، وحارس المعلومات الوراثية هو الحمض النووي. لنقل المعلومات من الحمض النووي الموجود في النواة إلى موقع تخليق البروتين، يلزم وجود وسيط. ويلعب دوره رسول الحمض النووي الريبي,والتي يتم تصنيعها على إحدى سلاسل جزيء DNA وفق مبدأ التكامل.

وبالتالي، يتم تنفيذ المعلومات الوراثية في الخلية على مرحلتين: أولاً، يتم نسخ المعلومات حول بنية البروتين من DNA إلى mRNA (النسخ)، ثم يتم تنفيذها على الريبوسوم في شكل المنتج النهائي - بروتين (ترجمة). يمكن تمثيل ذلك كرسم تخطيطي:

النسخ.تسمى عملية إعادة كتابة المعلومات الوراثية من DNA إلى mRNA النسخ(من اللات. النسخ- إعادة الكتابة). هذه العملية تعمل على النحو التالي.

عند جزء معين من جزيء الحمض النووي، يتم فصل السلاسل التكميلية. على طول إحدى السلاسل (تسمى السلسلة المكتوبة)، يبدأ إنزيم بوليميراز RNA في التحرك.

ج) الشفرة الوراثية

يقوم بوليميراز RNA بتصنيع جزيء mRNA من النيوكليوتيدات، في حين يتم استخدام شريط DNA المنقول كقالب (الشكل 65). يكون الرنا المرسال الناتج مكملاً لقسم سلسلة الدنا المنتسخة، مما يعني أن ترتيب النيوكليوتيدات في الرنا المرسال يتم تحديده بدقة حسب ترتيب النيوكليوتيدات في الدنا، على سبيل المثال، إذا كان جزء من سلسلة الدنا المنتسخة يحتوي على النيوكليوتيدات التسلسل A C G T G A، فإن القسم المقابل من جزيء mRNA سيكون له الشكل U G CATSU (لاحظ يرجى ملاحظة أن نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) تحتوي على اليوراسيل بدلاً من الثايمين). وهكذا، نتيجة للنسخ، تتم إعادة كتابة المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبوزي المرسال

يمكن أن يحدث النسخ في وقت واحد على عدة جينات على نفس الكروموسوم وعلى الجينات الموجودة على كروموسومات مختلفة.

نظرًا لأن جزيء DNA واحد يحتوي على العديد من الجينات، فمن المهم جدًا أن يبدأ بوليميراز RNA في تركيب mRNA من قسم محدد بدقة من الحمض النووي. لذلك، في بداية كل جين يوجد تسلسل خاص من النيوكليوتيدات يسمى المحفز. يتعرف بوليميريز RNA على المحفز ويتفاعل معه ويبدأ في تركيب سلسلة mRNA من المكان الصحيح. يقوم الإنزيم بتصنيع mRNA، مضيفًا نيوكليوتيدات جديدة إليه، حتى يصل إلى تسلسل خاص من النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي - المنهي. يشير تسلسل النيوكليوتيدات هذا إلى أنه يجب إيقاف تخليق mRNA.

في بدائيات النوى، يمكن لجزيئات الرنا المرسال المركبة أن تتفاعل على الفور مع الريبوسومات وتشارك في تخليق البروتين. في حقيقيات النوى، يتم تصنيع mRNA في النواة. وهناك يتفاعل مع بروتينات نووية خاصة وينتقل عبر المسام الموجودة في الغشاء النووي إلى السيتوبلازم.

يتم أيضًا تصنيع نوعين آخرين من الحمض النووي الريبي (RNA) على جينات خاصة: الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) والرنا الريباسي الريباسي (rRNA).

إذاعة.تسمى عملية تخليق البروتين من الأحماض الأمينية التي تحدث على الريبوسومات إذاعة(من اللات. إذاعة- ترجمة). أثناء الترجمة، يتم ترجمة تسلسل النيوكليوتيدات لجزيء mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية لجزيء البروتين. وبعبارة أخرى، يتم ترجمة "لغة" النيوكليوتيدات إلى "لغة" الأحماض الأمينية.

يجب أن يحتوي السيتوبلازم على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية اللازمة لتخليق البروتين. تتشكل هذه الأحماض الأمينية نتيجة لتكسير البروتينات التي يتلقاها الجسم مع الطعام، أو يتم تصنيعها في الجسم نفسه.

يرتبط Messenger RNA بالوحدة الفرعية الصغيرة من الريبوسوم، وبعد ذلك ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة (الشكل 66).

يبدأ تخليق البروتين عند كودون البداية خارج.وبما أن هذا الثلاثي يشفر الحمض الأميني الميثيونين، فإن جميع البروتينات (ما عدا في حالات خاصة) ستبدأ ببقايا الميثيونين. يحدث انقسام هذه البقايا في معظم البروتينات لاحقًا، أثناء نضوج جزيء البروتين.

بدءاً من كودون البداية، يتحرك جزيء mRNA بشكل تسلسلي، ثلاثيًا تلو الآخر، عبر الريبوسوم، والذي يصاحبه نمو سلسلة البولي ببتيد. يتم تنفيذ مزيج الأحماض الأمينية في التسلسل المطلوب (وفقًا لكودونات mRNA) على الريبوسومات بمشاركة RNA النقل

نظرًا للترتيب المحدد للنيوكليوتيدات التكميلية، فإن جزيء tRNA، كما ذكرنا سابقًا، له شكل يشبه ورقة البرسيم (الشكل 67). كل tRNA له نهاية مستقبلة يرتبط بها حمض أميني محدد، تم تنشيطه مسبقًا بواسطة طاقة ATP. لتنشيط حمض أميني واحد، يجب تفكيك جزيء ATP واحد.

يوجد في الجزء المقابل من جزيء tRNA ثلاثي محدد - نملة وكودون مسؤول عن الارتباط وفقًا لمبدأ التكامل مع ثلاثي mRNA المقابل (الكودون).

بفضل الكودون المضاد، يرتبط جزيء tRNA مع حمض أميني منشط متصل بشكل تكاملي بكودون mRNA المقابل بنفس الطريقة، يتم ربط tRNA ثانٍ مع حمض أميني منشط بكودون mRNA التالي. تحدث الرابطة الببتيدية بين اثنين من الأحماض الأمينية، وبعد ذلك يتحرر الحمض الريبي النووي النقال الأول من الحمض الأميني ويترك الريبوسوم.

بعد ذلك، يتم إزاحة mRNA بمقدار ثلاثة توائم واحدة، ويخترق جزيء tRNA التالي الذي يحتوي على حمض أميني داخل الريبوسوم. ونتيجة لذلك، يتم إضافة حمض أميني ثالث إلى ثنائي الببتيد المتكون ويتم إزاحة mRNA بواسطة ثلاثية أخرى. هذه هي الطريقة التي تنمو بها سلسلة البولي ببتيد.

تستمر عملية الترجمة حتى تدخل إحدى أكواد التوقف الثلاثة إلى الريبوسوم:

UAA أو UAG أو UGA، وبعد ذلك يتوقف تخليق البروتين وينقسم الريبوسوم إلى وحدتين فرعيتين.

جميع ردود الفعل الموصوفة تحدث بسرعة كبيرة. من المقدر أن تخليق جزيء بروتين كبير يحدث في حوالي 1-2 دقيقة.

يتم تحفيز كل مرحلة من مراحل التخليق الحيوي للبروتين بواسطة إنزيمات مناسبة ويتم إمدادها بالطاقة عن طريق تحلل ATP.

يمكن لجزيء mRNA الارتباط بعدة ريبوسومات في وقت واحد. يسمى مجمع mRNA والريبوسومات (من 5-6 إلى عدة عشرات) بالجنس والسوما. يؤدي تكوين الجسيمات المتعددة إلى زيادة كفاءة عمل الرنا المرسال، لأنه يسمح بالتوليف المتزامن لعدة جزيئات بروتينية متطابقة.

إذا حدث تخليق البروتين على الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخام، فإن سلسلة البولي ببتيد الناتجة تظهر أولاً داخل تجويف الشبكة الإندوبلازمية ثم يتم نقلها إلى مجمع جولجي. في هذه العضيات، يحدث نضوج البروتين - تكوين بنية ثانوية وثلاثية ورباعية، وربط المكونات غير البروتينية بجزيء البروتين، وما إلى ذلك. إذا تم إجراء تخليق البروتين على الريبوسومات الحرة الموجودة في الهيالوبلازم، فسيتم تصنيعه يتم نقل جزيء البروتين إلى الجزء المطلوب من الخلية، حيث يكتسب البنية المقابلة.

وهكذا فإن المعلومات الوراثية التي يحتويها الحمض النووي، نتيجة لعمليتي النسخ والترجمة، تتحقق في الخلية على شكل جزيئات بروتينية. يتم ضمان تخليق البروتين من خلال تفاعل جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA): rRNA هو المكون الهيكلي الرئيسي للريبوسومات، mRNA هو حامل المعلومات حول البنية الأساسية للبروتين، يقوم tRNA بتوصيل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم ويضمن أيضًا إدراجها بشكل صحيح في الريبوسوم. سلسلة البولي ببتيد.

يتم تنفيذ التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي (النسخ) والتخليق الحيوي للبروتين (الترجمة) باستخدام قوالب - DNA وmRNA، على التوالي. ولذلك، تماما مثل النسخ المتماثل، فإن عمليات النسخ والترجمة هي تفاعلات توليف المصفوفة.

1. ما هي العمليات المتعلقة بتفاعلات تركيب المصفوفة؟

التخمير، الترجمة، النسخ، التمثيل الضوئي، التكرار.

2. ما هو النسخ؟ كيف تعمل هذه العملية؟

3. ما هي العملية التي تسمى الترجمة؟ وصف المراحل الرئيسية للترجمة.

5. هل يجب تصنيف تفاعلات تصنيع المصفوفة على أنها عمليات الاستيعاب أو التباين؟ لماذا؟

6. يحتوي قسم سلسلة الحمض النووي المكتوب على ترتيب النيوكليوتيدات التالي: TACTGGACATATATACAAGACT. تحديد تسلسل بقايا الأحماض الأمينية للببتيد المشفرة بواسطة هذه المنطقة.

8. في خلايا الدم الحمراء في الثدييات، يمكن أن يحدث تخليق الهيموجلوبين لعدة أيام بعد أن تفقد هذه الخلايا نواتها. كيف تستطيع شرح هذا؟

الفصل 1. المكونات الكيميائية للكائنات الحية

§ 1. محتوى العناصر الكيميائية في الجسم. العناصر الكلية والصغرى
§ 2. المركبات الكيميائية في الكائنات الحية. المواد غير العضوية

الفصل 2. الخلية - الوحدة الهيكلية والوظيفية للكائنات الحية

§ 10. تاريخ اكتشاف الخلية. إنشاء نظرية الخلية
§ 15. الشبكة الإندوبلازمية. مجمع جولجي. الجسيمات المحللة

الفصل 3. التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في الجسم

§ 24. الخصائص العامة لعملية التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة

الفصل 4. التنظيم الهيكلي وتنظيم الوظائف في الكائنات الحية