Sekwencja procesu realizacji informacji dziedzicznej. Cechy realizacji informacji dziedzicznej u eukariontów

Najważniejsze funkcje organizmu - metabolizm, wzrost, rozwój, przekazywanie dziedziczności, ruch itp. - realizowane są w wyniku wielu reakcji chemicznych z udziałem białek, kwasów nukleinowych i innych substancji biologicznie czynnych. Jednocześnie w komórkach w sposób ciągły syntezowane są różne związki: białka budulcowe, białka enzymatyczne, hormony. W trakcie metabolizmu substancje te ulegają zużyciu i zniszczeniu, a na ich miejscu powstają nowe. Ponieważ białka tworzą materialną podstawę życia i przyspieszają wszystkie reakcje metaboliczne, aktywność życiowa komórki i organizmu jako całości zależy od zdolności komórek do syntezy określonych białek. Ich pierwotna struktura jest z góry określona przez kod genetyczny w cząsteczce DNA.

Cząsteczki białek składają się z dziesiątek i setek aminokwasów (dokładniej reszt aminokwasowych). Na przykład w cząsteczce hemoglobiny jest ich około 600 i są one rozmieszczone w czterech łańcuchach polipeptydowych; w cząsteczce rybonukleazy znajdują się 124 takie aminokwasy itp.

Główną rolę w określaniu pierwotnej struktury białka odgrywają cząsteczki DNA. Jego różne sekcje kodują syntezę różnych białek, dlatego jedna cząsteczka DNA bierze udział w syntezie wielu pojedynczych białek. Właściwości białek zależą od sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Z kolei o naprzemienności aminokwasów decyduje kolejność nukleotydów w DNA, a każdemu aminokwasowi odpowiada konkretny triplet. Udowodniono eksperymentalnie, że np. odcinek DNA z tripletem AAC odpowiada aminokwasowi leucynie, triplet ACC tryptofanowi, triplet ACA cysteinie itp. Dzieląc cząsteczkę DNA na triplety, możesz sobie wyobrazić, które aminokwasy i w jakiej kolejności będą znajdować się w cząsteczce białka. Materialną podstawę genów stanowi zbiór trójek, a każdy gen zawiera informację o budowie konkretnego białka (gen jest podstawową biologiczną jednostką dziedziczności; pod względem chemicznym gen to odcinek DNA zawierający kilkaset par nukleotydów) .

Kod genetyczny - historycznie ustalona organizacja cząsteczek DNA i RNA, w której sekwencja zawartych w nich nukleotydów niesie informację o sekwencji aminokwasów w cząsteczkach białka. Właściwości kodu: triplet (kodon), nienakładający się (kodony następują po sobie), specyficzność (jeden kodon może determinować tylko jeden aminokwas w łańcuchu polipeptydowym), uniwersalność (we wszystkich organizmach żywych ten sam kodon determinuje włączenie tego samego aminokwasu do łańcucha polipeptyd), redundancja (w przypadku większości aminokwasów istnieje kilka kodonów). Trójki, które nie niosą informacji o aminokwasach, są trójkami stopowymi, wskazując miejsce rozpoczęcia syntezy i-RNA.(V.B. Zakharov. Biologia. Materiały referencyjne. M., 1997)

Ponieważ DNA znajduje się w jądrze komórkowym, a synteza białek zachodzi w cytoplazmie, istnieje pośrednik, który przenosi informację z DNA do rybosomów. Takim pośrednikiem jest RNA, na który zostaje przepisana sekwencja nukleotydów, dokładnie taka sama jak w DNA – zgodnie z zasadą komplementarności. Proces ten nazywa się transkrypcje i przebiega jako reakcja syntezy matrycy. Jest charakterystyczny tylko dla żywych struktur i leży u podstaw najważniejszej właściwości żywych istot - samoreprodukcji. Biosyntezę białek poprzedza synteza matrycy mRNA na nici DNA. Powstały mRNA opuszcza jądro komórkowe do cytoplazmy, gdzie nawleczone są na nie rybosomy, a za pomocą RNA dostarczane są tu aminokwasy.

Synteza białek to złożony, wieloetapowy proces obejmujący DNA, mRNA, tRNA, rybosomy, ATP i różne enzymy. Po pierwsze, aminokwasy w cytoplazmie są aktywowane przez enzymy i przyłączane do tRNA (w miejscu, w którym znajduje się nukleotyd CCA). W kolejnym etapie aminokwasy łączy się w kolejności, w jakiej naprzemienność nukleotydów z DNA jest przenoszona na mRNA. Ten etap nazywa się audycja. Na nici mRNA nie znajduje się jeden rybosom, ale ich grupa - taki kompleks nazywa się polisomem (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biologia dla wydziałów przygotowawczych instytutów medycznych).

Schemat Biosynteza białek

Synteza białek składa się z dwóch etapów – transkrypcji i translacji.

I. Transkrypcja (przepisywanie) - biosynteza cząsteczek RNA, przeprowadzana w chromosomach na cząsteczkach DNA zgodnie z zasadą syntezy matrycy. Za pomocą enzymów wszystkie typy RNA (mRNA, rRNA, tRNA) są syntetyzowane w odpowiednich odcinkach cząsteczki DNA (geny). Syntetyzowanych jest 20 odmian tRNA, ponieważ w biosyntezie białek bierze udział 20 aminokwasów. Następnie mRNA i tRNA są uwalniane do cytoplazmy, rRNA integruje się z podjednostkami rybosomu, które również wychodzą do cytoplazmy.

II. Translacja (transfer) to synteza łańcuchów polipeptydowych białek, przeprowadzana w rybosomach. Towarzyszą mu następujące wydarzenia:

1. Tworzenie centrum funkcjonalnego rybosomu – FCR, składającego się z mRNA i dwóch podjednostek rybosomu. W FCR zawsze znajdują się dwie tryplety (sześć nukleotydów) mRNA, tworzące dwa centra aktywne: A (aminokwas) – centrum rozpoznawania aminokwasu i P (peptyd) – centrum przyłączania aminokwasu do łańcucha peptydowego .

2. Transport aminokwasów przyłączonych do tRNA z cytoplazmy do FCR. W centrum aktywnym A antykodon tRNA odczytuje się z kodonem mRNA, w przypadku komplementarności tworzy się wiązanie, które służy jako sygnał do awansu (skoku) wzdłuż rybosomalnego mRNA o jedną trójkę. W rezultacie kompleks „kodon rRNA i tRNA z aminokwasem” przemieszcza się do centrum aktywnego P, gdzie aminokwas zostaje dodany do łańcucha peptydowego (cząsteczki białka). Następnie tRNA opuszcza rybosom.

3. Łańcuch peptydowy wydłuża się aż do zakończenia translacji i wyskoczenia rybosomu z mRNA. Jeden mRNA może zawierać jednocześnie kilka rybosomów (polisom). Łańcuch polipeptydowy zanurza się w kanale retikulum endoplazmatycznego i tam uzyskuje strukturę drugorzędową, trzeciorzędową lub czwartorzędową. Szybkość składania jednej cząsteczki białka, składającej się z 200-300 aminokwasów, wynosi 1-2 minuty. Wzór na biosyntezę białek: DNA (transkrypcja) --> RNA (translacja) --> białko.

Po zakończeniu jednego cyklu polisomy mogą brać udział w syntezie nowych cząsteczek białka.

Cząsteczka białka oddzielona od rybosomu ma postać nici, która jest biologicznie nieaktywna. Staje się biologicznie funkcjonalna po tym, jak cząsteczka nabierze struktury drugorzędowej, trzeciorzędowej i czwartorzędowej, czyli określonej przestrzennie specyficznej konfiguracji. Drugorzędne i kolejne struktury cząsteczki białka są z góry określone w informacjach zawartych w naprzemienności aminokwasów, tj. W pierwotnej strukturze białka. Innymi słowy, program tworzenia globuli, jej unikalna konfiguracja, jest zdeterminowana pierwotną strukturą cząsteczki, która z kolei budowana jest pod kontrolą odpowiedniego genu.

Szybkość syntezy białek zależy od wielu czynników: temperatury otoczenia, stężenia jonów wodorowych, ilości końcowego produktu syntezy, obecności wolnych aminokwasów, jonów magnezu, stanu rybosomów itp.

Dominujące koncepcje wewnątrzkomórkowego transferu informacji genetycznej według zaproponowanego przez F. Cricka schematu DNA->RNA->białko nazywane są zwykle „główny dogmat" Biologia molekularna. Oprócz tego (najczęstszego) kierunku przenoszenia, zwanego czasem transferem ogólnym, znana jest inna forma realizacji informacji genetycznej (transfer specjalistyczny), odkrywana w wyniku zakażenia komórki wirusami zawierającymi RNA. W tym przypadku proces tzw transkrypcja odwrotna, w którym pierwotny materiał genetyczny (wirusowy RNA), który przedostał się do komórki gospodarza, służy jako matryca do syntezy komplementarnego DNA przy użyciu enzymu odwrotnej transkryptazy kodowanego przez genom wirusa. W przyszłości możliwe będzie wykorzystanie informacji z syntetyzowanego wirusowego DNA w zwykłym kierunku. W konsekwencji wyspecjalizowany transfer informacji genetycznej odbywa się według schematu RNA-»DNA-»RNA-»białko.

Transkrypcja jest pierwszym etapem ogólnego transferu informacji genetycznej i jest procesem biosyntezy cząsteczek RNA na matrixie DNA. Zasadnicze znaczenie tego procesu polega na tym, że informacja o genie struktury (lub kilku pobliskich genach), zapisana w postaci sekwencji nukleotydowej matrycowej nici DNA (5', zostaje przepisana (transkrybowana) na sekwencję nukleotydową RNA cząsteczka syntetyzowana w kierunku 5'->3 ' w oparciu o komplementarną zgodność dezoksyrybonukleotydów łańcucha DNA z rybonukleotydami RNA (A - U, G - C, T - A, C - G). Druga nić Nazywa się DNA komplementarne do szablonu kodowanie("-"-łańcuch).

Wszystkie typy komórkowego RNA można uznać za produkty transkrypcji (transkrypty). Jednostka transkrypcji nazywana jest „transkrypcją”. Rycina 1.4 przedstawia strukturę transkryptonu prokariotycznego.

Ryż. 1.4.

Proces transkrypcji katalizowany jest przez polimerazę RNA, która jest złożonym białkiem składającym się z kilku podjednostek i zdolnym do pełnienia kilku funkcji.

Transkrypcję dzieli się zwykle na trzy główne etapy: inicjację (początek syntezy RNA), elongację (wydłużenie łańcucha polinukleotydowego) i terminację (koniec procesu). Rozważmy ten proces na przykładzie komórki prokariotycznej.

Inicjacja transkrypcja przeprowadzana jest przez polimerazę RNA w stanie holoenzymu, tj. w obecności wszystkich podjednostek (dwóch a, tworzących szkielet polimerazy RNA; p, katalizujących polimeryzację RNA; P', zapewniających niespecyficzne wiązanie z DNA; co, uczestniczących w składaniu enzymu i chroniących go przed zniszczeniem; o, rozpoznających promotora i wiążące promotora). Enzym wiąże się z fragmentem DNA zwanym promotor(ryc. 1.5) i znajduje się przed punktem początkowym, od którego rozpoczyna się synteza RNA. Promotory różnych genów strukturalnych mogą być identyczne lub zawierać różne sekwencje nukleotydowe, co prawdopodobnie decyduje o efektywności transkrypcji poszczególnych genów i możliwości regulacji samego procesu transkrypcji. Promotory większości genów prokariotycznych zawierają uniwersalną sekwencję 5'-TATAAT-3' (blok Pribnowa), która znajduje się przed punktem startowym w odległości około dziesięciu nukleotydów i jest rozpoznawana przez polimerazę RNA. Inna stosunkowo powszechna sekwencja rozpoznawana przez te organizmy (5'-TTGACA-3') znajduje się zwykle w odległości około 35 nukleotydów od punktu początkowego. Specyficzne silne wiązanie polimerazy RNA z tą lub inną częścią rozpoznawanego przez nią regionu promotora pozwala jej rozpocząć proces rozwijania cząsteczki DNA aż do punktu początkowego, od którego zaczyna polimeryzować rybonukleotydy przy użyciu jednoniciowego końca 3'-5 Fragment DNA jako matryca. Po syntezie krótkiego (do dziesięciu nukleotydów) fragmentu RNA podjednostka G zostaje odłączona, a polimeraza RNA przechodzi w stan enzym rdzeniowy.

Ryż. 1,5.

Na scenie wydłużenie enzym rdzeniowy porusza się wzdłuż matrycy DNA, rozwijając ją i wydłużając łańcuch RNA w kierunku 5’->3’. Wraz z rozwojem polimerazy RNA przywracana jest pierwotna struktura drugorzędowa DNA. Proces trwa aż do osiągnięcia regionu polimerazy RNA terminatora. Ta ostatnia jest sekwencją nukleotydów DNA, na której kończy się synteza transkryptu i jest on odłączany od matrycy. Istnieją dwie główne metody zakończenia. Podczas terminacji niezależnej od p na syntetyzowanym RNA tworzy się spinka do włosów, która uniemożliwia dalszą pracę polimerazy RNA i zatrzymuje transkrypcję; terminacja zależna od p odbywa się przy udziale białka p, które przyłącza się do określonych odcinków syntetyzowany RNA i przy wydatku energii ATP sprzyja dysocjacji hybrydy RNA z nicią matrycową DNA. W większości przypadków terminator znajduje się na końcu genu strukturalnego, zapewniając syntezę jednej monogennej cząsteczki mRNA. Jednocześnie u prokariotów możliwa jest synteza poligenicznej cząsteczki mRNA, która koduje syntezę nie jednego, ale dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych. W tym przypadku zachodzi ciągła transkrypcja kilku zlokalizowanych obok siebie genów strukturalnych, mających jeden wspólny terminator. Jednakże poligeniczny mRNA może zawierać nie podlegające translacji regiony międzygenowe (spacery), które oddzielają regiony kodujące poszczególne polipeptydy, co prawdopodobnie zapewnia późniejsze rozdzielenie samych syntetyzowanych polipeptydów.

W przeciwieństwie do prokariotów, których komórki zawierają tylko jeden rodzaj polimerazy RNA, co zapewnia syntezę różnych cząsteczek RNA, eukarionty posiadają trzy rodzaje jądrowych polimeraz RNA (I, II, III), a także polimerazy RNA organelli komórkowych zawierających DNA (mitochondrium , plastyd). Polimeraza RNA I zlokalizowana jest w jąderku i bierze udział w syntezie większości cząsteczek rRNA (5.8S, 18S, 28S), polimeraza RNA II zapewnia syntezę mRNA, snRNA i mikroRNA, a polimeraza RNA III przeprowadza syntezę tRNA i 5S rRNA.

Różne typy polimeraz RNA inicjują transkrypcję od różnych promotorów. Zatem promotor polimerazy RNA II (ryc. 1.6) zawiera uniwersalne sekwencje TATA (blok Hognessa), CAAT i składa się z powtarzających się nukleotydów G i C (motywy GC). W tym przypadku konkretny region promotora może zawierać albo jedną z określonych sekwencji, albo kombinację dwóch lub trzech takich sekwencji. Ponadto, aby zainicjować transkrypcję, eukariotyczne polimerazy RNA wymagają białek - czynników transkrypcyjnych.

Ryż. 1.6.

Ponieważ geny strukturalne eukariontów mają strukturę nieciągłą (mozaikową), ich transkrypcja ma specyficzne cechy, które odróżniają ją od transkrypcji u prokariotów. Rycina 1.7 przedstawia strukturę transkryptonu eukariotycznego. W przypadku genu eukariotycznego kodującego syntezę polipeptydu proces ten rozpoczyna się od transkrypcji całej sekwencji nukleotydowej zawierającej zarówno regiony egzonowe, jak i intronowe DNA. Powstała cząsteczka RNA, odzwierciedlająca strukturę całego genu mozaiki, nazywana heterogenicznym jądrowym RNA (hnRNA) lub pro-messenger RNA (pro-mRNA), następnie poddawana jest procesowi dojrzewania (przetwarzaniu mRNA).

Ryż. 1.7.

Przetwarzanie U eukariontów mRNA składa się z trzech etapów: czapeczki, poliadenylacji i splicingu. Modyfikacja końca 5', tzw biurowy, polega na dodaniu trifosforanu guanozyny (GTP) do końca 5' transkryptu za pomocą niezwykłego wiązania 5'-5'. Reakcja jest katalizowana przez enzym transferazę guanylową. Następnie następuje metylacja przyłączonej guaniny i pierwszych nukleotydów transkryptu. Funkcje „czapki” (z angielskiego, czapka- cap, cap) prawdopodobnie chronią koniec 5' mRNA przed degradacją enzymatyczną, interakcją z rybosomem podczas inicjacji translacji i transportem mRNA z jądra. Modyfikacja końca 3' ( poliadenylacja)- jest to przyłączenie od 100 do 300 reszt kwasu adenylowego do 3'-końca transkryptu RNA. Proces ten jest katalizowany przez enzym polimerazę poliA. Działanie enzymu przeprowadzającego poliadenylację nie wymaga matrycy, ale wymaga obecności sekwencji sygnałowej AAAAAAA na 3'-końcu mRNA. Zakłada się, że „ogon” poliadenylowy zapewnia transport dojrzałego mRNA do rybosomu, chroniąc go przed zniszczeniem enzymatycznym, ale sam jest stopniowo niszczony przez enzymy cytoplazmatyczne, które odcinają jeden po drugim końcowe nukleotydy. Trzeci etap przetwarzania - łączenie polega na enzymatycznym cięciu pierwotnego transkryptu, a następnie usunięciu jego regionów intronowych i ponownym zjednoczeniu regionów eksonowych, tworząc ciągłą sekwencję kodującą dojrzałego mRNA, która następnie bierze udział w translacji informacji genetycznej. Splicing obejmuje krótkie cząsteczki snRNA składające się z około 100 nukleotydów, które są sekwencjami komplementarnymi do sekwencji na końcach regionów intronowych snRNA. Parowanie komplementarnych nukleotydów snRNA i pierwotnego transkryptu sprzyja fałdowaniu regionów intronowych w pętlę i łączeniu odpowiednich odcinków egzonowych snRNA, co z kolei czyni je dostępnymi dla enzymów tnących ( nukleazy). W konsekwencji cząsteczki snRNA zapewniają prawidłowe wycięcie nitronów z snRNA.

Należy zauważyć, że u eukariotów przetwarzana jest większość typów RNA, podczas gdy u prokariotów mRNA nie jest przetwarzana, a translacja zsyntetyzowanej cząsteczki mRNA może rozpocząć się przed zakończeniem transkrypcji.

Audycja gdyż kolejnym etapem realizacji informacji genetycznej jest synteza polipeptydu na rybosomie, w której jako matryca wykorzystywana jest cząsteczka mRNA (odczyt informacji w kierunku 5’ -> 3’). W komórkach prokariotycznych materiał genetyczny (DNA) zlokalizowany jest w cytoplazmie, co warunkuje sprzężenie procesów transkrypcji i translacji. Innymi słowy, powstały wiodący koniec 5' cząsteczki mRNA, którego synteza nie została jeszcze zakończona, może już wejść w kontakt z rybosomem, inicjując syntezę polipeptydu, tj. transkrypcja i emisja odbywają się jednocześnie. W przypadku eukariontów procesy transkrypcji i translacji są rozdzielone w przestrzeni i czasie ze względu na obróbkę cząsteczek RNA i potrzebę ich późniejszego transportu z jądra do cytoplazmy, gdzie będzie miała miejsce synteza polipeptydów.

Podobnie jak w przypadku transkrypcji, proces translacji można podzielić na trzy główne etapy: inicjację, elongację i terminację.

Jak wiadomo, pojedynczy rybosom to organella komórkowa składająca się z cząsteczek rRNA i białek (ryc. 1.8). Rybosom zawiera dwie podjednostki strukturalne (dużą i małą), które można różnicować na podstawie ich zdolności do odmiennego wytrącania podczas ultrawirowania oczyszczonych preparatów rybosomów ze zniszczonych komórek, tj. przez współczynnik sedymentacji (wartość S). W pewnych warunkach w komórce może dojść do rozdzielenia (dysocjacji) tych dwóch podjednostek lub ich połączenia (połączenia).

Ryż. 1.8.

Rybosomy u prokariotów składają się z dużych i małych podjednostek o rozmiarach odpowiednio 50S i 30S, podczas gdy u eukariontów te podjednostki są większe (60S i 40S). Ponieważ proces translacji został zbadany bardziej szczegółowo u bakterii, rozważymy go tutaj na przykładzie prokariotów. Jak widać z rys. 1.8, rybosom zawiera kilka centrów aktywnych: miejsce A (aminoacyl), miejsce P (peptydyl), miejsce E (do uwalniania pustego tRNA) i miejsce wiązania mRNA.

W procesie translacji biorą udział także cząsteczki tRNA, których funkcją jest udział w transporcie aminokwasów z cytozolu do rybosomów oraz w rozpoznawaniu kodonów mRNA. Cząsteczka tRNA, posiadająca strukturę drugorzędową w kształcie „koniczyny”, zawiera potrójny nukleotyd (antykodon), co zapewnia jej komplementarne połączenie z odpowiednim kodonem cząsteczki mRNA oraz miejscem akceptorowym (na końcu 3' -koniec cząsteczki), do którego przypisany jest określony aminokwas (patrz ryc. 1.3). Każdy aminokwas biorący udział w procesie translacji musi zostać przyłączony do specyficznego tRNA przez odpowiedni wariant enzymu syntetazy aminoacylo-tRNA, wykorzystując energię cząsteczek ATP, zanim przejdzie do rybosomu. Tworzenie kompleksu aminoacylo-tRNA przebiega w dwóch etapach.

1. Aktywacja aminokwasów: Aminokwas + ATP -> aminoacylo-AMP + PP.
2. Przyłączenie aminokwasu do tRNA: Aminoacylo-AMP + + tRNA -> aminoacylo-tRNA + AMP.

Inicjacja translacji u prokariotów towarzyszy dysocjacja rybosomu na dwie podjednostki. Następnie sekwencja 5-8 nukleotydów zlokalizowana na końcu 5' cząsteczki mRNA ( Shaina – sekwencja Dalgarno) wiąże się ze specyficznym regionem małej podjednostki rybosomu w taki sposób, że kodon startowy (inicjacyjny) AUG tej cząsteczki pojawia się w miejscu P. Cechą funkcjonalną takiego miejsca P podczas inicjacji jest to, że może być ono zajęte jedynie przez inicjujący aminoacylo-tRNA z antykodonem UAC, który przenosi aminokwas metioninę u eukariontów i formylometioninę u bakterii. Ponieważ synteza polipeptydów zawsze zaczyna się od N-końca i przebiega w kierunku C-końca, wszystkie cząsteczki białka syntetyzowane w komórkach prokariotycznych muszą zaczynać się od N-formylometioniny, a u eukariotów - od N-metioniny. Jednak w przyszłości te aminokwasy z reguły są rozszczepiane enzymatycznie podczas przetwarzania cząsteczki białka. Po utworzeniu kompleksu inicjacyjnego w „niedokończonym” miejscu P, możliwe staje się ponowne zjednoczenie małych i dużych podjednostek rybosomu, co prowadzi do „ukończenia” miejsca P i miejsca A.

Proces wydłużenie rozpoczyna się od dostarczenia kolejnego aminoacylo-tRNA do miejsca A rybosomu i przyłączenia, na zasadzie komplementarności, jego antykodonu do odpowiedniego kodonu mRNA zlokalizowanego w tym miejscu. Następnie pomiędzy aminokwasem inicjującym (pierwszym w łańcuchu) i kolejnymi (drugim) powstaje wiązanie peptydowe, po czym rybosom przesuwa jeden kodon mRNA w kierunku 5' - 3', czemu towarzyszy odłączenie inicjującego tRNA z matrycy (mRNA) i z aminokwasu inicjującego oraz jego uwalnianie do cytoplazmy przez miejsce E.

W tym przypadku drugi aminoacylo-tRNA przemieszcza się z miejsca A do miejsca P, a zwolnione miejsce A jest zajęte przez następny (trzeci) aminoacylo-tRNA. Powtarza się proces sekwencyjnego ruchu rybosomu w „etapach potrójnych” wzdłuż nici mRNA, czemu towarzyszy uwolnienie tRNA wchodzącego do miejsca P i wzrost sekwencji aminokwasowej syntetyzowanego polipeptydu.

Zarówno inicjacja, jak i wydłużanie translacji odbywa się przy udziale pomocniczych czynników białkowych. Do chwili obecnej opisano trzy takie czynniki u prokariotów na każdym etapie syntezy białek.

Zakończenie translacja jest związana z wejściem jednego z trzech znanych kodonów stop mRNA (UAA, UAG, UGA) do miejsca A rybosomu. Ponieważ kodony te nie niosą informacji o żadnym aminokwasie, ale są rozpoznawane przez odpowiednie czynniki terminacyjne, proces syntezy polipeptydu zostaje zatrzymany i zostaje on odłączony od matrycy (mRNA).

Po opuszczeniu funkcjonującego rybosomu, wolny koniec 5' mRNA może wejść w kontakt z kolejnym rybosomem, inicjując syntezę innego (identycznego) polipeptydu. W konsekwencji rozpatrywany cykl rybosomalny powtarza się sekwencyjnie z udziałem kilku rybosomów, w wyniku czego powstaje struktura zwana polisom i składa się z kilku rybosomów, które jednocześnie dokonują translacji jednej cząsteczki mRNA.

Mechanizm syntezy polipeptydów w komórce eukariotycznej jest zasadniczo podobny do mechanizmu syntezy prokariotów. Jednakże czynniki białkowe zaangażowane w ten proces są różne.

Modyfikacja potranslacyjna polipeptydu jest końcowym etapem wdrażania informacji genetycznej w komórce, prowadzącym do przekształcenia zsyntetyzowanego polipeptydu w funkcjonalnie aktywną cząsteczkę białka. W tym przypadku pierwotny polipeptyd może zostać poddany obróbce polegającej na enzymatycznym usunięciu aminokwasów inicjujących, rozszczepieniu innych (niepotrzebnych) reszt aminokwasowych i modyfikacji chemicznej poszczególnych aminokwasów. Następnie następuje proces fałdowania struktury liniowej polipeptydu w wyniku utworzenia dodatkowych wiązań pomiędzy poszczególnymi aminokwasami i powstania struktury drugorzędowej cząsteczki białka. Na tej podstawie powstaje jeszcze bardziej złożona trzeciorzędowa struktura cząsteczki.

W przypadku cząsteczek białka składających się z więcej niż jednego polipeptydu powstaje złożona struktura czwartorzędowa, w której łączą się struktury trzeciorzędowe poszczególnych polipeptydów. Przykładem jest cząsteczka ludzkiej hemoglobiny, zbudowana z dwóch łańcuchów a i dwóch (3-łańcuchów, które tworzą stabilną strukturę tetrameryczną. Każdy z łańcuchów globiny zawiera także cząsteczkę hemu, która w połączeniu z żelazem ma zdolność wiązania cząsteczki tlenu, zapewniające ich transport przez czerwone krwinki.

ZADANIA I PYTANIA DO PRACY SAMODZIELNEJ

1. Fragment nici kodującej DNA ma następującą sekwencję nukleotydów: 5’-GATTTCTGACTCATTGCAG-3’

Określ orientację i sekwencję nukleotydową mRNA syntetyzowanego na wskazanym fragmencie DNA oraz sekwencję aminokwasową kodowanego przez niego polipeptydu.

2. Czy można jednoznacznie określić sekwencję nukleotydową mRNA i komplementarnej do niego nici DNA, jeśli znana jest sekwencja aminokwasowa kodowanego przez nie polipeptydu? Podaj powody swojej odpowiedzi.
3. Zapisz wszystkie warianty fragmentów mRNA, które mogą kodować następujący fragment polipeptydowy: Phen – Met – Cys.
4. Jakie aminokwasy mogą być transportowane do rybosomów przez tRNA z antykodonami: AUG, AAA, GUC, GCU, CGA, TsUC, UAA, UUC?
5. Jak wytłumaczyć fakt, że wielkość sekwencji nukleotydowej genu strukturalnego (3-globina (1380 par nukleotydów) znacznie przekracza wartość wymaganą do zakodowania odpowiedniego polipeptydu składającego się ze 146 reszt aminokwasowych?

Najpierw ustal kolejność etapów biosyntezy białek, zaczynając od transkrypcji. Całą sekwencję procesów zachodzących podczas syntezy cząsteczek białka można połączyć w 2 etapy:

Transkrypcja.
Audycja.

Jednostką strukturalną informacji dziedzicznej są geny – odcinki cząsteczki DNA, które kodują syntezę określonego białka. Pod względem organizacji chemicznej materiał dziedziczności i zmienności u pro- i eukariontów nie różni się zasadniczo. Materiał genetyczny w nich zawarty jest w cząsteczce DNA, powszechne są także zasady zapisywania informacji dziedzicznej i kodu genetycznego. Te same aminokwasy u pro- i eukariontów są szyfrowane przez te same kodony.

Genom współczesnych komórek prokariotycznych charakteryzuje się stosunkowo niewielkimi rozmiarami, DNA E. coli ma kształt pierścienia o długości około 1 mm. Zawiera 4 x 10 6 par nukleotydów, tworząc około 4000 genów. W 1961 roku F. Jacob i J. Monod odkryli cistronową, czyli ciągłą organizację genów prokariotycznych, które składają się wyłącznie z kodujących sekwencji nukleotydowych i są całkowicie realizowane podczas syntezy białek. Dziedziczny materiał cząsteczki DNA prokariotów znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie komórki, gdzie znajduje się również tRNA i enzymy niezbędne do ekspresji genów.Ekspresja to funkcjonalna aktywność genów lub ekspresja genów. Dlatego mRNA syntetyzowany z DNA może od razu pełnić funkcję matrycy w procesie translacji syntezy białek.

Genom eukariotyczny zawiera znacznie więcej materiału dziedzicznego. U człowieka całkowita długość DNA w diploidalnym zestawie chromosomów wynosi około 174 cm, zawiera 3 x 10 9 par nukleotydów i obejmuje aż 100 000 genów. W 1977 roku odkryto nieciągłość w strukturze większości genów eukariotycznych, zwaną genem „mozaikowym”. Charakteryzuje się kodowaniem sekwencji nukleotydowych egzoniczny I introniczny działki. Do syntezy białek wykorzystywana jest wyłącznie informacja z eksonów. Liczba intronów jest różna w różnych genach. Ustalono, że gen albuminy jaja kurzego zawiera 7 intronów, a gen prokolagenu ssaków – 50. Funkcje cichych intronów DNA nie zostały do końca wyjaśnione. Przyjmuje się, że zapewniają: 1) strukturalną organizację chromatyny; 2) niektóre z nich są oczywiście zaangażowane w regulację ekspresji genów; 3) introny można uznać za magazyn informacji o zmienności; 4) mogą pełnić rolę ochronną, przejmując działanie mutagenów.

Transkrypcja

Proces przepisywania informacji w jądrze komórkowym z fragmentu cząsteczki DNA na cząsteczkę mRNA (mRNA) nazywa się transkrypcja(Transkrypcja łacińska - przepisanie). Syntetyzowany jest główny produkt genu, mRNA. Jest to pierwszy etap syntezy białek. W odpowiednim miejscu DNA enzym polimeraza RNA rozpoznaje znak rozpoczęcia transkrypcji - promotor Punktem wyjścia jest pierwszy nukleotyd DNA, który jest włączany przez enzym do transkryptu RNA. Z reguły regiony kodujące zaczynają się od kodonu AUG, czasami u bakterii stosuje się GUG. Gdy polimeraza RNA zwiąże się z promotorem, następuje lokalne rozwinięcie podwójnej helisy DNA i jedna z nici zostaje skopiowana zgodnie z zasadą komplementarności. mRNA jest syntetyzowany, jego prędkość składania osiąga 50 nukleotydów na sekundę. W miarę ruchu polimerazy RNA łańcuch mRNA rośnie, a kiedy enzym dociera do końca regionu kopiującego - terminatora, mRNA oddala się od matrycy. Podwójna helisa DNA za enzymem zostaje przywrócona.

Transkrypcja prokariotów zachodzi w cytoplazmie. Ze względu na fakt, że DNA składa się wyłącznie z kodujących sekwencji nukleotydowych, dlatego zsyntetyzowany mRNA natychmiast pełni rolę matrycy do translacji (patrz wyżej).

Transkrypcja mRNA u eukariontów zachodzi w jądrze. Rozpoczyna się syntezą dużych cząsteczek – prekursorów (pro-mRNA), zwanych niedojrzałym, czyli jądrowym RNA.Pierwotnym produktem genu – pro-mRNA jest dokładna kopia transkrybowanego odcinka DNA, obejmującego eksony i introny. Nazywa się proces tworzenia dojrzałych cząsteczek RNA z prekursorów przetwarzanie. Dojrzewanie mRNA następuje przez łączenie- są one cięte przez enzymy enzym restrykcyjny introny i łączenie regionów z transkrybowanymi sekwencjami eksonów przez enzymy ligazy. (Ryc.) Dojrzały mRNA jest znacznie krótszy niż cząsteczki prekursorowe pro-mRNA, wielkość zawartych w nich intronów waha się od 100 do 1000 nukleotydów lub więcej. Introny stanowią około 80% całego niedojrzałego mRNA.

Teraz udowodniono, że jest to możliwe alternatywne łączenie, w którym sekwencje nukleotydowe mogą zostać usunięte z jednego pierwotnego transkryptu w różnych jego częściach i powstanie kilka dojrzałych mRNA. Ten rodzaj splicingu jest typowy dla układu genów immunoglobulin u ssaków, co umożliwia tworzenie różnych typów przeciwciał w oparciu o jeden transkrypt mRNA.

Po zakończeniu przetwarzania dojrzały mRNA jest wybierany przed opuszczeniem jądra. Ustalono, że tylko 5% dojrzałego mRNA przedostaje się do cytoplazmy, a reszta ulega rozszczepieniu w jądrze.

Audycja

Tłumaczenie (łac. Translatio - transfer, transfer) to tłumaczenie informacji zawartej w sekwencji nukleotydowej cząsteczki mRNA na sekwencję aminokwasową łańcucha polipeptydowego (ryc. 10). Jest to drugi etap syntezy białek. Przenoszenie dojrzałego mRNA przez pory otoczki jądrowej odbywa się za pomocą specjalnych białek, które tworzą kompleks z cząsteczką RNA. Oprócz transportu mRNA, białka te chronią mRNA przed szkodliwym działaniem enzymów cytoplazmatycznych. W procesie translacji kluczową rolę odgrywa tRNA, które zapewnia dokładne dopasowanie aminokwasu do kodu tripletu mRNA. Proces translacji-dekodowania zachodzi w rybosomach i przebiega w kierunku od 5 do 3. Kompleks mRNA i rybosomów nazywa się polisomem.

Podczas translacji można wyróżnić trzy fazy: inicjację, elongację i terminację.

Inicjacja.

Na tym etapie składa się cały kompleks biorący udział w syntezie cząsteczki białka. Dwie podjednostki rybosomu łączą się w pewnym odcinku mRNA, do którego przyłącza się pierwszy aminoacylo-tRNA, co wyznacza ramkę odczytu informacji. W każdej cząsteczce m-RNA znajduje się region, który jest komplementarny do r-RNA małej podjednostki rybosomu i jest przez nią specyficznie kontrolowany. Obok znajduje się inicjujący kodon start AUG, który koduje aminokwas metioninę.Faza inicjacji kończy się utworzeniem kompleksu: rybosom, -mRNA-inicjujący aminoacylo-tRNA.

Wydłużenie

— obejmuje wszystkie reakcje od momentu utworzenia pierwszego wiązania peptydowego do dodania ostatniego aminokwasu. Rybosom ma dwa miejsca do wiązania dwóch cząsteczek tRNA. W jednym regionie, peptydylu (P), znajduje się pierwszy t-RNA z aminokwasem metioniną i od niego rozpoczyna się synteza dowolnej cząsteczki białka. Druga cząsteczka tRNA wchodzi do drugiej części rybosomu, sekcji aminoacylowej (A) i przyłącza się do swojego kodonu. Pomiędzy metioniną a drugim aminokwasem powstaje wiązanie peptydowe. Drugi tRNA przemieszcza się wraz ze swoim kodonem mRNA do centrum peptydylowego. Przemieszczaniu się t-RNA z łańcuchem polipeptydowym od centrum aminoacylowego do centrum peptydylowego towarzyszy postęp rybosomu wzdłuż m-RNA o krok odpowiadający jednemu kodonowi. T-RNA, który dostarczył metioninę, powraca do cytoplazmy i zostaje uwolnione centrum amnoacylowe. Otrzymuje nowy t-RNA z aminokwasem zaszyfrowanym przez następny kodon. Pomiędzy trzecim i drugim aminokwasem tworzy się wiązanie peptydowe, a trzeci t-RNA wraz z kodonem m-RNA przemieszcza się do centrum peptydylowego.Proces wydłużania, wydłużania łańcucha białkowego. Trwa to do momentu, aż jeden z trzech kodonów, które nie kodują aminokwasów, przedostanie się do rybosomu. Jest to kodon terminatorowy i nie ma dla niego odpowiadającego tRNA, więc żaden z tRNA nie może zająć miejsca w centrum aminoacylowym.

Zakończenie

– zakończenie syntezy polipeptydów. Związane jest to z rozpoznaniem przez specyficzne białko rybosomalne jednego z kodonów terminacyjnych (UAA, UAG, UGA) po wejściu do centrum aminoacylowego. Do rybosomu przyłączony jest specjalny czynnik terminujący, który sprzyja rozdzielaniu podjednostek rybosomu i uwalnianiu zsyntetyzowanej cząsteczki białka. Do ostatniego aminokwasu peptydu dodaje się wodę i jego koniec karboksylowy oddziela się od tRNA.

Montaż łańcucha peptydowego zachodzi z dużą prędkością. U bakterii w temperaturze 37°C wyraża się to poprzez dodanie do polipeptydu od 12 do 17 aminokwasów na sekundę. W komórkach eukariotycznych co sekundę do polipeptydu dodawane są dwa aminokwasy.

Zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy wchodzi następnie do kompleksu Golgiego, gdzie kończy się budowa cząsteczki białka (pojawiają się sekwencyjnie druga, trzecia i czwarta struktura). W tym miejscu cząsteczki białka łączą się z tłuszczami i węglowodanami.

Cały proces biosyntezy białek przedstawiono w formie diagramu: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® łańcuch polipeptydowy ® białko ® kompleksowanie białek i ich transformacja w cząsteczki funkcjonalnie aktywne.

W podobny sposób przebiegają także etapy wdrażania informacji dziedzicznej: najpierw ulega ona transkrypcji na sekwencję nukleotydową mRNA, a następnie ulega translacji na sekwencję aminokwasową polipeptydu na rybosomach przy udziale tRNA.

Transkrypcja u eukariontów odbywa się pod działaniem trzech jądrowych polimeraz RNA. Polimeraza RNA 1 zlokalizowana jest w jąderku i odpowiada za transkrypcję genów rRNA. Polimeraza RNA 2 występuje w soku jądrowym i jest odpowiedzialna za syntezę prekursorowego mRNA. Polimeraza RNA 3 to niewielka frakcja soku jądrowego, która syntetyzuje małe rRNA i tRNA. Polimerazy RNA specyficznie rozpoznają sekwencję nukleotydową promotora transkrypcji. Eukariotyczny mRNA jest najpierw syntetyzowany jako prekursor (pro-mRNA), do którego przekazywana jest informacja z eksonów i intronów. Zsyntetyzowany mRNA jest większy niż niezbędny do translacji i jest mniej stabilny.

Podczas dojrzewania cząsteczki mRNA introny są wycinane za pomocą enzymów restrykcyjnych, a eksony są łączone za pomocą enzymów ligazy. Dojrzewanie mRNA nazywa się przetwarzaniem, a łączenie eksonów nazywa się splicingiem. Zatem dojrzały mRNA zawiera tylko eksony i jest znacznie krótszy niż jego poprzednik, pro-mRNA. Rozmiary intronów wahają się od 100 do 10 000 nukleotydów lub więcej. Intony stanowią około 80% całego niedojrzałego mRNA. Udowodniono obecnie możliwość alternatywnego splicingu, w ramach którego sekwencje nukleotydowe można usunąć z jednego pierwotnego transkryptu w różnych jego częściach, w wyniku czego powstanie kilka dojrzałych mRNA. Ten rodzaj splicingu jest typowy dla układu genów immunoglobulin u ssaków, co umożliwia tworzenie różnych typów przeciwciał w oparciu o jeden transkrypt mRNA. Po zakończeniu przetwarzania dojrzały mRNA jest selekcjonowany przed uwolnieniem z jądra do cytoplazmy. Ustalono, że tylko 5% dojrzałego mRNA wchodzi, a reszta ulega rozszczepieniu w jądrze. Transformacja pierwotnych transkryptonów genów eukariotycznych, związana z ich organizacją ekson-intron i w związku z przejściem dojrzałego mRNA z jądra do cytoplazmy, determinuje cechy realizacji informacji genetycznej eukariontów. Dlatego gen mozaiki eukariotycznej nie jest genem cistronu, ponieważ nie cała sekwencja DNA jest wykorzystywana do syntezy białek.

Zasadniczo ważną właściwością informacji genetycznej jest jej zdolność do przenoszenia (przekazywania) zarówno w obrębie jednej komórki, jak i z komórek rodzicielskich do komórek potomnych lub pomiędzy komórkami różnych osobników w procesach podziału komórkowego i rozmnażania organizmów. Jeśli chodzi o kierunki wewnątrzkomórkowego transferu informacji genetycznej, to w przypadku organizmów zawierających DNA są one związane z procesami replikacji cząsteczek DNA, tj. z kopiowaniem informacji (patrz podrozdział 1.2) lub z syntezą cząsteczek RNA (transkrypcja) i tworzeniem polipeptydów (translacja) (ryc. 1.14). Jak wiadomo, każdy z tych procesów realizowany jest w oparciu o zasady macierzowania i komplementarności.

Panujące poglądy na temat przekazywania informacji genetycznej według schematu DNA → RNA → białko nazywane są zwykle „centralnym dogmatem” biologii molekularnej. Oprócz tego (najczęstszego) kierunku przenoszenia, zwanego czasem „transferem ogólnym”, znana jest inna forma implementacji informacji genetycznej („transfer specjalistyczny”), występująca w wirusach zawierających RNA. W tym przypadku zachodzi proces zwany odwrotną transkrypcją, w którym pierwotny materiał genetyczny (wirusowy RNA), który dostał się do komórki gospodarza, służy jako matryca do syntezy komplementarnego DNA przy użyciu enzymu odwrotnej transkryptazy (rewertazy), kodowanego przez genom wirusa. W przyszłości możliwe będzie wykorzystanie informacji z syntetyzowanego wirusowego DNA w zwykłym kierunku. Stąd,

Ryż. 1.14. Główne kierunki wewnątrzkomórkowego przekazywania informacji genetycznej

wyspecjalizowany transfer informacji genetycznej odbywa się według schematu RNA → DNA → RNA → białko.

Transkrypcja jest pierwszym etapem ogólnego transferu informacji genetycznej i jest procesem biosyntezy cząsteczek RNA zgodnie z programem DNA. Zasadnicze znaczenie tego procesu polega na tym, że informacja o genie struktury (lub kilku pobliskich genach), zapisana w postaci sekwencji nukleotydowej nici kodującej DNA w orientacji 3” → 5”, zostaje przepisana (transkrybowana) na sekwencja nukleotydowa cząsteczki RNA syntetyzowana w kierunku 5 „→ 3” w oparciu o komplementarną zgodność deoksyrybonukleotydów nici matrycowej DNA z rybonukleotydami RNA (A-U, G-C, T-A, C-G) (ryc. 1.15). Wszystkie typy cząsteczek RNA biorące udział w biosyntezie białek w komórce można uznać za produkty transkrypcji (transkrypty) - informacyjny RNA (mRNA lub mRNA), rybosomalny RNA (rRNA), transferowy RNA (tRNA), mały jądrowy RNA ( snRNA ).

Proces transkrypcji zapewnia złożone działanie szeregu enzymów, w tym polimerazy RNA, która jest złożonym białkiem składającym się z kilku podjednostek i zdolnym do wykonywania kilku funkcji. W przeciwieństwie do prokariotów (bakterii), których komórki zawierają tylko jeden rodzaj polimerazy RNA, co zapewnia syntezę różnych cząsteczek RNA, eukarioty posiadają trzy typy polimeraz jądrowych RNA (I, II, III), a także polimerazy RNA organelli komórkowych zawierających DNA (mitochondrium, plastyd). Polimeraza RNA I zlokalizowana jest w jąderku i bierze udział w syntezie większości cząsteczek rRNA, polimeraza RNA II zapewnia syntezę mRNA i snRNA, a polimeraza RNA III przeprowadza syntezę tRNA i jednego wariantu cząsteczek rRNA.

Transkrypcja dzieli się na trzy główne etapy – inicjację (początek syntezy RNA), elongację (wydłużenie łańcucha polinukleotydowego) i terminację (koniec procesu).

Ryż. 1,15. Synteza cząsteczki RNA na nici matrycowej DNA. Strzałka pokazuje kierunek wzrostu łańcucha RNA

Inicjacja transkrypcji polega na wstępnym specyficznym związaniu polimerazy RNA z rozpoznawaną przez nią krótką sekwencją nukleotydową w odcinku cząsteczki DNA (promotorze) znajdującym się przed punktem startowym genu strukturalnego, od którego rozpoczyna się synteza RNA. Promotory różnych genów strukturalnych mogą być identyczne lub zawierać różne sekwencje nukleotydów, co prawdopodobnie decyduje o efektywności transkrypcji poszczególnych genów i możliwości regulacji samego procesu transkrypcji (patrz także podrozdział 1.6). Promotory wielu genów prokariotycznych zawierają uniwersalną sekwencję 5"-TATAAT-3" (blok Pribnowa), która znajduje się przed punktem startowym w odległości około 10 nukleotydów i jest rozpoznawana przez polimerazę RNA. Inną stosunkowo powszechną rozpoznawalną sekwencję tych organizmów (5”-TTGACA-3”) można zwykle znaleźć w odległości około 35 nukleotydów od punktu początkowego. W genomach eukariotycznych funkcję rozpoznawania polimerazy RNA II mogą pełnić uniwersalne sekwencje TATA (blok Hognessa), CAAT oraz sekwencje składające się z powtarzających się nukleotydów G i C (motywy GC). W tym przypadku konkretny region promotora może zawierać albo jedną z określonych sekwencji, albo kombinację dwóch lub trzech takich sekwencji.

Specyficzne silne wiązanie polimerazy RNA z tą lub inną częścią rozpoznawanego przez nią regionu promotora pozwala jej rozpocząć proces rozwijania cząsteczki DNA aż do punktu początkowego, od którego zaczyna polimeryzować rybonukleotydy przy użyciu jednoniciowego 3”- 5-calowy fragment DNA jako matryca.

Dalszemu rozwijaniu DNA genu strukturalnego towarzyszy wydłużenie syntetyzowanego polirybonukleotydu (wydłużenie nici RNA), które trwa aż do dotarcia polimerazy RNA do regionu terminatora. Ta ostatnia jest sekwencją nukleotydów DNA rozpoznawaną przez polimerazę RNA przy udziale innych czynników terminacji białka, co prowadzi do zakończenia syntezy transkryptu i jego odłączenia od matrycy. W większości przypadków terminator znajduje się na końcu genu strukturalnego, zapewniając syntezę jednej monogennej cząsteczki mRNA. Jednocześnie u prokariotów możliwa jest synteza poligenicznej cząsteczki mRNA, kodującej syntezę dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych. Następuje ciągła transkrypcja kilku zlokalizowanych obok siebie genów strukturalnych, mających jeden wspólny terminator. Poligeniczny mRNA może zawierać nie podlegające translacji regiony międzygenowe (spacery), które oddzielają regiony kodujące poszczególne polipeptydy, co prawdopodobnie zapewnia późniejsze rozdzielenie samych syntetyzowanych polipeptydów.

Ponieważ geny strukturalne eukariontów mają strukturę nieciągłą (mozaikową), ich transkrypcja ma specyficzne cechy, które odróżniają ją od transkrypcji u prokariotów. W przypadku genu eukariotycznego kodującego syntezę polipeptydu proces ten rozpoczyna się od transkrypcji całej sekwencji nukleotydowej zawierającej zarówno regiony egzonowe, jak i intronowe DNA. Powstała cząsteczka mRNA, odzwierciedlająca strukturę całego genu mozaiki, nazywana heterogenicznym jądrowym RNA (hnRNA) lub pro-messenger RNA (pro-mRNA), następnie poddawana jest procesowi dojrzewania (przetwarzaniu mRNA).

Przetwarzanie polega na enzymatycznym cięciu pierwotnego transkryptu (hnRNA), a następnie usunięciu jego regionów intronowych i ponownym zjednoczeniu (splicingu) regionów eksonowych, tworząc ciągłą sekwencję kodującą dojrzałego mRNA, która następnie bierze udział w translacji informacji genetycznej. Jako przykład można rozważyć schemat przetwarzania mRNA syntetyzowanego podczas transkrypcji genu łańcucha β-globiny (ryc. 1.16), którego strukturę omówiono wcześniej (ryc. 1.13).

W przetwarzaniu biorą także udział krótkie cząsteczki snRNA składające się z około 100 nukleotydów, będące sekwencjami komplementarnymi do sekwencji na końcach regionów intronowych snRNA. Parowanie komplementarnych nukleotydów snRNA i hnRNA sprzyja fałdowaniu regionów intronowych w pętlę i łączeniu odpowiednich regionów egzonowych hnRNA, co z kolei czyni je dostępnymi dla enzymów (nukleaz) tnących. W konsekwencji cząsteczki snRNA zapewniają prawidłowe wycięcie intronów z hnRNA.

Podczas przetwarzania następuje również modyfikacja końców 5" i 3" tworzącej się dojrzałej cząsteczki mRNA. Podstawowe znaczenie tego procesu widać na diagramach

Ryż. 1.16. Przetwarzanie ludzkiego genu mRNA-globiny

przetwarzanie ludzkiego genu β-globiny (patrz ryc. 1.16) i otrzymaną w tym procesie pełną sekwencję nukleotydową dojrzałego mRNA. Jak widać z rys. 1.17, na 5" końcu sekwencji znajduje się krótki, nieprzetłumaczony (wiodący) region, składający się z 17 trójek, które są oznaczone liczbami ze znakiem minus. Region ten jest kodowany przez transkrybowany (ale nie przetłumaczony) region pierwszego ekson genu β (zacieniony na ryc. 1.16. Modyfikacja tej sekcji polega na utworzeniu 5-calowej czapeczki końcowej (z angielskiego, czapka - cap, cap), czyli reszta 7-metyloguanozyny przyłączona do sąsiedniego nukleotydu w nietypowy sposób (za pomocą wiązania trifosforanowego). Zakłada się, że główna funkcja czapeczki związana jest z rozpoznawaniem określonej sekwencji cząsteczki rRNA wchodzącej w skład rybosomu, co zapewnia precyzyjne przyłączenie całego regionu wiodącego cząsteczki mRNA do określonej części tego rybosomu i rozpoczęcie procesu tłumaczenia. Możliwe jest również, że czapeczka chroni dojrzały mRNA przed przedwczesnym zniszczeniem enzymatycznym podczas jego transportu z jądra do cytoplazmy komórki.

Modyfikacja końca 3” mRNA β-globiny, który również ma krótką, nieulegającą translacji sekwencję kodowaną przez odpowiedni region trzeciego eksonu genu β (patrz ryc. 1.16), jest związana z tworzeniem poliadenylanu (poli A)„ogon” cząsteczki, składający się ze 100 - 200 kolejno połączonych reszt kwasu adenylowego. Do działania enzymu przeprowadzającego poliadenylację nie jest potrzebna matryca, ale wymagana jest obecność sekwencji sygnałowej AAUAAA na 3" końcu mRNA (patrz ryc. 1.17). Zakłada się, że „ogon” poliadenylanu ” zapewnia transport dojrzałego mRNA do rybosomu, chroniąc go przed enzymatycznym zniszczeniem, ale sam jest stopniowo niszczony przez enzymy cytoplazmatyczne, które odcinają jeden po drugim końcowe nukleotydy.

Audycja gdyż kolejnym etapem realizacji informacji genetycznej jest synteza polipeptydu na rybosomie, w którym jako matrycę wykorzystywana jest cząsteczka mRNA (odczyt informacji w kierunku 5” → 3”). Należy zauważyć, że w komórkach prokariotycznych, które nie posiadają prawdziwego jądra z otoczką, chromosomalny materiał genetyczny (DNA) praktycznie zlokalizowany jest w cytoplazmie, co warunkuje ciągły charakter zależności pomiędzy procesami transkrypcji i translacji. Inaczej mówiąc, powstały wiodący 5" koniec cząsteczki mRNA, którego synteza nie została jeszcze zakończona, jest już w stanie wejść w kontakt z rybosomem, inicjując syntezę polipeptydu, czyli transkrypcja i translacja zachodzą jednocześnie. W przypadku eukariontów procesy transkrypcji ich jądrowej informacji genetycznej i jej translacji muszą być rozdzielone w czasie ze względu na obróbkę cząsteczek RNA i konieczność ich późniejszego pakowania i

Ryż. 1.17. Sekwencja nukleotydowa mRNA dojrzałego ludzkiego genu β-globiny. Sekwencja zaczyna się od 7-metyloguanozyny na końcu 5" (miejsce czapeczki), po której następuje krótki, nieulegający translacji region RNA. Pierwszy przetłumaczony kodon (AUG) jest wyróżniony czcionką i oznaczony jako 0, ponieważ kodowany przez niego aminokwas (metionina) jest następnie odcinany od polipeptydu (pierwszym aminokwasem dojrzałego białka będzie walina, kodowana przez HUG), kodon stop UAA (kodon 147), w którym kończy się translacja (polipeptyd składa się ze 146 aminokwasów) oraz sygnał sekwencja poliadenylacji (AAAAAA) na 3" końcu transportu z karioplazmy do cytoplazmy z udziałem specjalnych białek transportowych.

Podobnie jak w przypadku transkrypcji, proces translacji można podzielić na trzy główne etapy – inicjację, elongację i terminację.

Do inicjacji translacji służy specyfika organizacji strukturalnej grupy identycznych rybosomów (polirybosomów lub polisomów), które mogą brać udział w syntezie pierwotnej struktury określonej cząsteczki białka (polipeptydu), kodowanej przez odpowiedni mRNA, ma fundamentalne znaczenie. Jak wiadomo, pojedynczy rybosom to organella komórkowa składająca się z cząsteczek rRNA, które decydują o jego specyficzności, oraz białek. Rybosom zawiera 2 podjednostki strukturalne (dużą i małą), które można różnicować na podstawie ich zdolności do odmiennej sedymentacji podczas ultrawirowania preparatów oczyszczonych rybosomów ze zniszczonych komórek, czyli według współczynnika sedymentacji (wartość 5). W pewnych warunkach w komórce może dojść do rozdzielenia (dysocjacji) tych dwóch podjednostek lub ich połączenia (połączenia).

Rybosomy u prokariotów, a także mitochondria i chloroplasty składają się z dużych i małych podjednostek o rozmiarach odpowiednio 505 i 305, podczas gdy u eukariotów podjednostki te mają różne rozmiary (605 i 405). Ponieważ proces translacji badano bardziej szczegółowo u bakterii, najczęściej rozważa się go w powiązaniu ze strukturą rybosomów tych organizmów. Jak widać z rys. 1.18 rybosom zawiera 2 regiony bezpośrednio związane z inicjacją translacji, oznaczone jako region P (aminoacyl) i R- region (peptydyl), którego specyficzność jest określona przez kombinację odpowiednich regionów podjednostek 505 i 305. Kiedy podjednostki rybosomalne dysocjują, regiony te stają się „niedokończone”, co prowadzi do zmiany ich specyficzności funkcjonalnej.

W procesie translacji biorą udział także cząsteczki tRNA, których funkcją jest transport aminokwasów z cytozolu (roztworu cytoplazmatycznego) do rybosomów. Cząsteczka tRNA, posiadająca drugorzędową strukturę w kształcie liścia koniczyny, zawiera triplet nukleotydów (antykodon), który zapewnia jej komplementarne połączenie z odpowiednim kodonem (tripletem) cząsteczki mRNA kodującej syntezę polipeptydu na rybosomie oraz miejsce akceptorowe (3" - koniec cząsteczki), do którego przyłączony jest określony aminokwas (patrz ryc. 1.7). Proces przyłączania każdego z 20 aminokwasów do końca akceptorowego odpowiedniego tRNA wiąże się z jego aktywacją przez pewien wariant enzymu aminoacylo-tRNA-

Ryż. 1.18. Struktura rybosomu bakteryjnego: miejsce peptydylowe P, miejsce aminoacylowe

Ryż. 1.19. Początkowe etapy translacji: kompleks inicjacyjny; b wydłużenie

syntetaza wykorzystująca energię adenozynotrifosforanów (cząsteczek ATP). Powstały specyficzny kompleks tRNA i aminokwasu, zwany aminoacylo-tRNA, następnie przemieszcza się do rybosomu i bierze udział w syntezie polipeptydu.

Inicjacja translacji jest zapewniona poprzez precyzyjne połączenie przedniego końca 5" cząsteczki mRNA z określonym regionem małej podjednostki zdysocjowanego rybosomu w taki sposób, że „niedokończone” miejsce P zawiera kodon startowy (inicjacyjny) AUG tej cząsteczki (ryc. 1.19). Cechą funkcjonalną takiego miejsca P jest to, że może być ono zajęte jedynie przez inicjujący aminoacylo-tRNA z antykodonem UAC, który u eukariontów przenosi aminokwas metioninę, a u eukariotów bakterie - formylometionina Ponieważ synteza polipeptydu zawsze zaczyna się od N-końca i wzrasta w kierunku C-końca, wówczas wszystkie cząsteczki białka syntetyzowane w komórkach prokariotów muszą zaczynać się od N-formylometioniny, a u eukariotów - od N-metioniny. Jednakże te aminokwasy są następnie rozszczepiane enzymatycznie podczas przetwarzania cząsteczki białka (patrz ryc. 1.17).

Po utworzeniu kompleksu inicjacyjnego w „niedokończonym” miejscu P (patrz ryc. 1.19) możliwe staje się ponowne zjednoczenie małych i dużych podjednostek rybosomu, co prowadzi do „kompletnej konstrukcji” miejsca P i Strona. Dopiero potem następny aminoacylo-tRNA może zająć miejsce A, zgodnie z zasadą

komplementarność jego antykodonu z odpowiednim kodonem mRNA zlokalizowanym w tym regionie (patrz ryc. 1.19).

Proces wydłużania rozpoczyna się od utworzenia wiązania peptydowego pomiędzy aminokwasem inicjującym (pierwszym w łańcuchu) i kolejnymi (drugim) aminokwasem. Następnie rybosom przesuwa jedną trójkę mRNA w kierunku 5” → 3”, czemu towarzyszy odłączenie inicjującego tRNA od matrycy (mRNA) od aminokwasu inicjującego i jego uwolnienie do cytoplazmy. W tym przypadku drugi aminoacylo-tRNA przemieszcza się z miejsca A do miejsca P i zostaje uwolniony A-miejsce jest zajęte przez następny (trzeci) aminoacylo-tRNA. Powtarza się proces sekwencyjnego ruchu rybosomu w „etapach potrójnych” wzdłuż nici mRNA, czemu towarzyszy uwolnienie tRNA wchodzącego do miejsca P i wzrost sekwencji aminokwasowej syntetyzowanego polipeptydu.

Zakończenie translacji jest związane z wejściem jednej z trzech znanych trójek stop mRNA do miejsca A rybosomu. Ponieważ taki triplet nie niesie informacji o żadnym aminokwasie, ale jest rozpoznawany przez odpowiednie białka terminacyjne, proces syntezy polipeptydu zostaje zatrzymany i zostaje on odłączony od matrix (mRNA).

Po opuszczeniu funkcjonującego rybosomu, wolny koniec 5" mRNA może wejść w kontakt z kolejnym rybosomem grupy polisomalnej, inicjując syntezę kolejnego (identycznego) polipeptydu. W konsekwencji rozpatrywany cykl rybosomalny jest sekwencyjnie powtarzany z udziałem syntetyzuje się kilka rybosomów tego samego polisomu, w wyniku czego powstaje grupa identycznych polipeptydów.

Modyfikacja potranslacyjna polipeptydu stanowi końcowy etap wdrażania informacji genetycznej w komórce, prowadzący do przekształcenia zsyntetyzowanego polipeptydu w funkcjonalnie aktywną cząsteczkę białka. W tym przypadku pierwotny polipeptyd może zostać poddany obróbce polegającej na enzymatycznym usunięciu aminokwasów inicjujących, rozszczepieniu innych (niepotrzebnych) reszt aminokwasowych i modyfikacji chemicznej poszczególnych aminokwasów. Następuje wtedy proces fałdowania liniowej struktury polipeptydu w wyniku utworzenia dodatkowych wiązań pomiędzy poszczególnymi aminokwasami i powstania drugorzędowej struktury cząsteczki białka (ryc. 1.20). Na tej podstawie powstaje jeszcze bardziej złożona trzeciorzędowa struktura cząsteczki.

Ryż. 1,20. Struktura drugorzędowa cząsteczki enzymu rybonukleazy

Ryż. 1.21. Czwartorzędowa struktura cząsteczki ludzkiej hemoglobiny

dwa łańcuchy α i dwa łańcuchy β, które poprzez wiązania wodorowe tworzą stabilną strukturę tetrameryczną. Każdy z łańcuchów globiny zawiera także cząsteczkę teme, która w połączeniu z żelazem ma zdolność wiązania cząsteczek tlenu, zapewniając ich transport przez czerwone krwinki.

Podstawowe terminy i pojęcia: koniec akceptora tRNA; aminoacylo-tRNA; antykodon; hnRNA (pro-RNA); inicjacja transkrypcji i translacji; inicjacja aminoacylo-tRNA i aminokwasu; kodon start mRNA; komplementarność; czapka; wiodący 5" koniec mRNA; matryca; modyfikacja końców cząsteczki mRNA; monogeniczna cząsteczka mRNA; mRNA (mRNA); snRNA; odwrotna transkryptaza (rewertaza); odwrotna transkrypcja; transfer ogólny; transfer (transfer) informacji; poligeniczny mRNA cząsteczka; polipeptyd; polirybosom (polisom); potranslacyjna modyfikacja polipeptydu; promotor; obróbka RNA i polipeptydu; rybosom; polimeraza RNA; rRNA; wyspecjalizowany transfer; splicing; punkt początkowy transkrypcji; terminator; terminacja transkrypcji i translacji; transkrypt, transkrypcja informacji genetycznej, translacja informacji genetycznej, tRNA, wydłużanie transkrypcji i translacji, miejsce A rybosomu, miejsce P rybosomu.

Etapy wdrażania informacji genetycznej w komórce. Jak leczyć chorobę?
Etapy wdrażania informacji genetycznej w komórce. Tradycyjne metody leczenia i uzdrawiania.
Unikalne uzdrawiające sesje wideo.

Biologia. Biologia ogólna. klasa 10. Poziom podstawowy Sivoglazov Władysław Iwanowicz

13. Implementacja informacji dziedzicznej w komórce

Pamiętać!

Jaka jest budowa białek i kwasów nukleinowych?

Jakie znasz rodzaje RNA?

Gdzie powstają podjednostki rybosomów?

Jaką funkcję pełnią rybosomy w komórce?

Warunkiem istnienia wszystkich żywych organizmów jest zdolność do syntezy cząsteczek białek. Klasyczna definicja F. Engelsa: „Życie jest sposobem istnienia ciał białkowych…” nie straciła na znaczeniu w świetle współczesnych odkryć naukowych. Białka w organizmie pełnią tysiące różnych funkcji, dzięki czemu jesteśmy tym, kim jesteśmy. Różnimy się wzrostem i kolorem skóry, kształtem nosa i kolorem oczu, każdy z nas ma swój temperament i przyzwyczajenia; Wszyscy jesteśmy indywidualni i jednocześnie bardzo podobni. Nasze podobieństwa i różnice to podobieństwa i różnice w składzie naszych białek. Każdy gatunek organizmów żywych ma swój specyficzny zestaw białek, który decyduje o wyjątkowości tego gatunku. Ale jednocześnie białka pełniące podobne funkcje w różnych organizmach mogą być bardzo podobne, a czasem prawie identyczne, bez względu na to, do kogo należą. Co więcej, najmniejsze różnice występują w białkach, które zapewniają ważne funkcje fizjologiczne.

Mitochondria zawierają enzym zwany cytochromem C, który odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu komórkom energii. W procesie ewolucji pojawienie się cytochromów umożliwiło utworzenie efektywnego systemu zaopatrzenia komórki w energię i ostatecznie doprowadziło do pojawienia się organizmów eukariotycznych. Dlatego to nie przypadek, że struktura cytochromu C jest taka sama we wszystkich komórkach eukariotycznych – u wszystkich zwierząt, roślin i grzybów.

Zatem wszystkie właściwości każdego organizmu zależą od jego składu białkowego. Co więcej, struktura każdego białka jest z kolei określona przez sekwencję reszt aminokwasowych.

W rezultacie informacja dziedziczna przekazywana z pokolenia na pokolenie musi zawierać informację o pierwotnej strukturze białek. Informacje o budowie wszystkich białek w organizmie zawarte są w cząsteczkach DNA i nazywane są Informacja genetyczna.

Kod genetyczny. W jaki sposób sekwencja monomerów – nukleotydów w łańcuchu DNA może determinować kolejność reszt aminokwasowych w cząsteczce białka? Cztery typy nukleotydów muszą kodować 20 rodzajów aminokwasów tworzących wszystkie cząsteczki białka. Jeśli jeden aminokwas odpowiadał jednemu nukleotydowi, wówczas cztery typy nukleotydów mogłyby określić tylko cztery rodzaje aminokwasów. To wyraźnie nie jest odpowiednie. Jeśli przyjmiemy, że każdy typ aminokwasu jest określony przez dwa nukleotydy, to mając początkowo cztery rodzaje zasad, można zakodować 16 różnych aminokwasów (4?4). To również nie wystarczy. Wreszcie, jeśli każdemu aminokwasowi odpowiadają trzy kolejne nukleotydy, czyli trójka, to takich kombinacji może być 64 (4?4?4) i to w zupełności wystarczy do zaszyfrowania 20 rodzajów aminokwasów.

Nazywa się zestaw kombinacji trzech nukleotydów kodujących 20 rodzajów aminokwasów tworzących białka kod genetyczny(ryc. 42). Obecnie kod DNA został całkowicie rozszyfrowany i możemy mówić o pewnych właściwościach charakterystycznych dla tego wyjątkowego układu biologicznego, który zapewnia tłumaczenie informacji z „języka” DNA na „język” białka.

Pierwszą właściwością kodu jest potrójność. Trzy kolejne nukleotydy to „nazwa” jednego aminokwasu. Jedna trójka nie może kodować dwóch różnych aminokwasów - kod niedwuznaczny. Ale jednocześnie każdy aminokwas może być określony przez więcej niż jedną trójkę, czyli kod genetyczny zbędny. Każdy nukleotyd może być częścią tylko jednej trójki, dlatego kod taki jest nie nakładające się. Niektóre trojaczki są swego rodzaju „znakami drogowymi”, które określają początek i koniec poszczególnych genów (UAA, UAG, UGA – kodony stop, nie kodują aminokwasów, AUG – kodon start, kodują aminokwas metioninę). U zwierząt i roślin, grzybów, bakterii i wirusów ta sama trójka koduje ten sam rodzaj aminokwasów, tj. kod genetyczny jest taki sam dla wszystkich żywych istot. Wszechstronność Kod DNA potwierdza jedność pochodzenia wszelkiego życia na naszej planecie.

Ryż. 42. Kod genetyczny

Zatem sekwencja trójek w łańcuchu DNA określa sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka. Gen jest sekcją cząsteczki DNA, która koduje pierwotną strukturę jednego łańcucha polipeptydowego.

Transkrypcja(od łac. transkrypcja– przepisanie). Informacje o strukturze białek przechowywane są w postaci DNA w jądrze komórkowym, a synteza białek zachodzi na rybosomach w cytoplazmie. Messenger RNA pełni rolę pośrednika, który przekazuje informację o strukturze określonej cząsteczki białka do miejsca jej syntezy.

Wyobraź sobie bibliotekę z unikalnym zbiorem, z którego książek nie wypożycza się. Aby móc pracować i rozwiązać jakiś ważny problem, musisz zdobyć informacje zapisane w jednej z tych ksiąg. Przychodzisz do biblioteki, a oni wykonują dla Ciebie kserokopię żądanego rozdziału z określonego tomu. Nie mając możliwości odebrania książki, otrzymujesz egzemplarz jej fragmentu i opuszczając bibliotekę, zabierasz ten egzemplarz ze sobą, aby w oparciu o zapisane w nim informacje wykonać niezbędną pracę: skonstruować urządzenie, zsyntetyzować jakąś substancję, upiecz ciasto lub uszyj sukienkę itp. tj. uzyskaj wynik.

Taką biblioteką jest jądro komórkowe, w którym przechowywane są unikalne objętości – cząsteczki DNA, fotokopią jest mRNA, a efektem jest zsyntetyzowana cząsteczka białka.

Komunikator RNA jest kopią jednego genu. Dwuniciowa cząsteczka DNA rozwija się w określonym obszarze, wiązania wodorowe pomiędzy przeciwległymi nukleotydami zostają zerwane, a na jednej z nici DNA następuje synteza mRNA zgodnie z zasadą komplementarności. Naprzeciw tyminy cząsteczki DNA znajduje się adenina cząsteczki RNA, naprzeciw guaniny znajduje się cytozyna, cytozyna jest guaniną, a naprzeciw adeniny znajduje się uracyl (pamiętaj o charakterystycznych cechach struktury RNA, § 9). W efekcie powstaje łańcuch RNA, który jest komplementarną kopią określonego fragmentu DNA i zawiera informację o budowie określonego białka. Nazywa się proces syntezy RNA z DNA transkrypcja(ryc. 43).

Audycja(od łac. tłumaczenie- przenosić). Cząsteczki mRNA wychodzą przez pory jądrowe do cytoplazmy, gdzie rozpoczyna się drugi etap wdrażania informacji dziedzicznej - tłumaczenie informacji z „języka” RNA na „język” białka. Proces syntezy białek nazywa się audycja(patrz rys. 43). Do przeprowadzenia tego procesu informacja o strukturze łańcucha polipeptydowego zarejestrowana za pomocą kodu genetycznego zawartego w cząsteczkach mRNA jest zdecydowanie niewystarczająca. Wymiernego rezultatu nie uzyskamy, jeśli będziemy mieli w rękach jedynie „karty kserokopii”. Potrzebne są aminokwasy, z których zgodnie z istniejącym planem zostaną zbudowane cząsteczki białka. Potrzebujemy struktur, w których bezpośrednio nastąpi synteza - rybosomy. Nie obejdzie się również bez enzymów przeprowadzających ten montaż i cząsteczek ATP, które dostarczają energii do tego procesu. Dopiero gdy wszystkie te warunki zostaną spełnione, białko zostanie zsyntetyzowane.

Cząsteczka mRNA łączy się na końcu z rybosomem, od którego powinna rozpocząć się synteza białka. Aminokwasy niezbędne do złożenia białek dostarczane są do rybosomu za pomocą specjalnych transferowych RNA (tRNA). Każdy tRNA może przenosić jedynie „własny” aminokwas, którego nazwę określa trójka nukleotydów - antykodon znajdujący się w centralnej pętli cząsteczki tRNA (ryc. 44). Jeśli antykodon dowolnego tRNA okaże się komplementarny do tripletu mRNA, który aktualnie styka się z rybosomem, nastąpi rozpoznanie i tymczasowe związanie tRNA i mRNA (ryc. 45). Jednocześnie na rybosomie znajdują się dwa tRNA z odpowiednimi aminokwasami. Aminokwas seryna (ser), znajdujący się po lewej stronie rysunku, oddziela się od swojego tRNA i tworzy wiązanie peptydowe z aminokwasem asparaginą (asp).

Ryż. 43. Związek między procesami transkrypcji i translacji

Ryż. 44. Struktura tRNA

Ryż. 45. Transmisja

Uwolniony tRNA (AGA) trafia do cytoplazmy, a rybosom wykonuje „krok”, przesuwając jedną trójkę wzdłuż łańcucha mRNA. Kolejne tRNA zbliży się do tej nowej trójki (CGU) i przyniesie aminokwas argininę (arg), który dołączy do rosnącego białka. Zatem rybosom krok po kroku przejdzie przez cały mRNA, zapewniając odczytanie zakodowanej w nim informacji. Zatem włączenie aminokwasów do rosnącego łańcucha białkowego następuje ściśle sekwencyjnie, zgodnie z sekwencją trójek w łańcuchu mRNA.

Procesy duplikacji DNA (§ 9), syntezy RNA i białek nie zachodzą w przyrodzie nieożywionej. Należą do tak zwanych reakcji synteza matrycy. Szablonami, czyli cząsteczkami, na których można uzyskać wiele kopii, są DNA i RNA. Reakcje typu matrycowego leżą u podstaw zdolności żywych organizmów do reprodukcji własnego rodzaju.

Tworzenie się w komórkach innych cząsteczek organicznych, takich jak tłuszcze, węglowodany, witaminy itp., jest związane z działaniem białek katalitycznych (enzymów). Na przykład enzymy zapewniające syntezę tłuszczów u ludzi „tworzą” ludzkie lipidy, a podobne katalizatory w słonecznikach wytwarzają olej słonecznikowy. Enzymy metabolizmu węglowodanów u zwierząt tworzą substancję rezerwową glikogen, a u roślin przy nadmiarze glukozy syntetyzowana jest skrobia.

Przejrzyj pytania i zadania

1. Przypomnij sobie pełną definicję pojęcia „życie”.

2. Wymień główne właściwości kodu genetycznego i wyjaśnij ich znaczenie.

3. Jakie procesy leżą u podstaw przekazywania informacji dziedzicznej z pokolenia na pokolenie oraz z jądra do cytoplazmy, do miejsca syntezy białek?

4. Gdzie syntetyzowane są wszystkie typy kwasów rybonukleinowych?

5. Wyjaśnij, gdzie zachodzi synteza białek i w jaki sposób jest ona przeprowadzana.

6 . Spójrz na rys. 40. Określ, w jakim kierunku – od prawej do lewej lub od lewej do prawej – rybosom pokazany na rysunku porusza się względem mRNA. Udowodnij swój punkt widzenia.

Myśleć! Zrób to!

1. Dlaczego węglowodany nie mogą pełnić funkcji przechowywania informacji?

2. W jaki sposób realizowana jest dziedziczna informacja o budowie i funkcjach cząsteczek niebiałkowych syntetyzowanych w komórce?

3. W jakim stanie strukturalnym cząsteczki DNA mogą być źródłem informacji genetycznej?

4. Jakie cechy strukturalne cząsteczek RNA zapewniają ich funkcję przekazywania informacji o strukturze białka z chromosomów do miejsca jego syntezy?

5. Wyjaśnij, dlaczego cząsteczki DNA nie można zbudować z trzech rodzajów nukleotydów.

6. Podaj przykłady procesów technologicznych opartych na syntezie matryc.

7. Wyobraźcie sobie, że w trakcie pewnego eksperymentu do syntezy białek pobrano tRNA z komórek krokodyla, aminokwasy małpy, ATP drozda, mRNA niedźwiedzia polarnego, niezbędne enzymy z żab drzewnych i rybosomów szczupaka. Czyje białko ostatecznie zostało zsyntetyzowane? Wyjaśnij swój punkt widzenia.

Pracuj z komputerem

Zapoznaj się z wnioskiem elektronicznym. Przestudiuj materiał i wykonaj zadania.

Z książki Rozmowy o nowej immunologii autor Pietrow Rem Wiktorowicz

Wielka debata immunologiczna, dzięki Metchnikoffowi, skupiła uwagę na komórce. – Jeśli dobrze rozumiem, to już u zarania immunologii istniał podział immunologicznych mechanizmów obronnych na dwa typy – nieswoiste i specyficzne. - Tak,

Z książki Najnowsza księga faktów. Tom 1 [Astronomia i astrofizyka. Geografia i inne nauki o Ziemi. Biologia i medycyna] autor

Z książki Genetyka etyki i estetyki autor Efroimson Władimir Pawłowicz

Z książki Biologia [Kompletny podręcznik do przygotowania do jednolitego egzaminu państwowego] autor Lerner Georgy Isaakovich

6. PLASTYCZNOŚĆ REALIZACJI INFORMACJI DZIEDZICZNEJ A PROBLEM „WRAŻENIA” Jeśli przejdziemy od treści informacji dziedzicznej do jej realizacji (nawet jeśli mówimy o najbardziej elementarnych cechach biochemicznych czy morfologicznych), to w każdej danej sytuacji , W

Z książki Podróż do krainy mikrobów autor Betina Włodzimierz

13. ZASADA niewyczerpanej dziedzicznej heterogeniczności

Z książki Podstawy psychofizjologii autor Aleksandrow Jurij

Z książki Najnowsza księga faktów. Tom 1. Astronomia i astrofizyka. Geografia i inne nauki o Ziemi. Biologia i medycyna autor Kondraszow Anatolij Pawłowicz

Z książki W poszukiwaniu pamięci [Pojawienie się nowej nauki o ludzkiej psychice] autor Kandela Erica Richarda

Podział pracy w komórce Jaka jest rola poszczególnych formacji komórkowych, z którymi właśnie się zapoznaliśmy? To pytanie stanęło przed badaczami; To całkiem naturalne, że to pytanie zada czytelnik, który dowiedział się o ich odkryciu.Ochronną funkcję ścian komórkowych już omawialiśmy.

Z książki Jesteśmy nieśmiertelni! Naukowe dowody duszy autor Muchin Jurij Ignatiewicz

Enzymy służą komórce W żywych komórkach zachodzi wiele reakcji chemicznych, które można odtworzyć jedynie w laboratorium, tworząc określone warunki. Niektóre z nich zachodzą w wysokich temperaturach, inne wymagają wysokiego ciśnienia. Jak

Z książki Genetyka człowieka z podstawami genetyki ogólnej [Poradnik] autor

7.2. Zachowanie jako jednoczesne wdrażanie systemów w różnym „wieku” Odkryto, że realizacja zachowania jest zapewniona nie tylko poprzez wdrażanie nowych systemów (ryc. 14.3 NS), powstałych podczas szkolenia w aktach składających się na to zachowanie, ale także przez

Z książki Antropologia i koncepcje biologii autor Kurczanow Nikołaj Anatoliewicz

Która komórka ma więcej chromosomów – człowiek czy kaczka? Każdy organizm charakteryzuje się ściśle określoną liczbą chromosomów zawartych w każdej z jego komórek składowych. Muszka owocowa (drosophila) ma 8 chromosomów, sorgo ma 10, groszek ogrodowy ma 14, kukurydza ma 20, ropuchy mają 22,

Z książki autora

Jaka część informacji dziedzicznych odzwierciedla osobowość danej osoby? 99,9 procent wszystkich informacji dziedzicznych jest takich samych dla wszystkich ludzi. Takie czysto indywidualne cechy, jak kolor skóry, oczu i włosów, rysy twarzy, odciski palców, temperament, zdolności i