Toate organismele vii sunt capabile de metabolismul cu mediul, absorbind din ele elementele necesare pentru nutriție și alocând produsele activității vitale. În ciclul substanțelor organice, procesele de sinteză și descompunere au devenit cele mai semnificative.
Asimilarea sau schimbul de plastic este un set de reacții de sinteză care merg cu cheltuielile de energie ATP. În procesul de asimilare, se sintetizează substanțele organice necesare pentru celulă. asigură dezvoltarea, dezvoltarea, reînnoirea corpului și acumularea de rezerve utilizate ca sursă de energie. Organismele din punct de vedere al termodinamicii sunt sisteme deschise, adică pot exista doar cu un flux continuu de energie din exterior. Asimilarea este echilibrată de suma proceselor de disimilare (dezintegrare). Exemple de astfel de reacții sunt fotosinteza, biosinteza proteinelor și replicarea ADN-ului.
Aminoacizi -> proteine
Glucoză -> Polizaharide
Glicerină + Acizi grași -> Grăsimi
Nucleotide -> Acizi nucleici
Cealalta parte a metabolismului - procese disimilație prin care compuși organici complecși se descompun în compuși simpli pierdut, astfel, similitudinea lor a organismului și substanțele eliberate energia stocată ca ATP necesară pentru reacțiile de biosinteză. Prin urmare, disimilarea se numește și metabolismul energetic. Cele mai importante procese ale metabolismului energetic sunt respirația și fermentația.
Proteine -> Aminoacizi
Polizaharide -> Glucoză
Grăsimi -> Glicerină + Acizi grași
Acizi nucleici -> Nucleotide
Schimbul de substanțe asigură constanța compoziției și structurii chimice a tuturor părților organismului și, ca o consecință, permanența funcționării în condiții de mediu în continuă schimbare.
Acid deoxiribonucleic, structura și proprietățile acestuia. Monomeri ai ADN. Metode de conectare a nucleotidelor. Complementaritatea nucleotidelor. Lanturi polinucleotidice antiparalel. Replicarea și repararea.
Structura moleculei ADN a fost descifrată în 1953 de către Watson, Crick, Wilkins. Acestea sunt două antiparalelii răsucite în spirală (opuse capătului 3 al lanțului polinucleotidic 5 / capăt al celorlalte). Monomerii ADN sunt nucleotide. fiecare dintre acestea include: 1) deoxiriboză; 2) reziduul de acid fosforic; 3) una din cele patru baze azotate (adenină, timină, guanină, citozină). ). În celulele organismelor procariote (bacterii și arhaică), o moleculă de ADN circulară sau liniară, așa-numitul nucleoid. este atașat din interior la membrana celulară. ADN-ul este o moleculă de polimer lung formată din blocuri repetate - nucleotide. Nucleotidele sunt conectate într-un lanț datorită legăturilor fosforo-diester dintre deoxiriboză a unui reziduu și a unui rest de acid fosforic al altei nucleotide. Bazele de azot se adaugă la dezoxiriboză și formează radicali laterali. Între bazele de azot ale lanțurilor ADN se stabilesc legături de hidrogen (2 între A și T, 3 între T și C). Corespondența strictă a nucleotidelor una cu cealaltă în legăturile ADN împerecheate se numește complementaritate.
repararea ADN-ului celulelor de funcții speciale este abilitatea de a corecta daune chimice și pauze în molecule de ADN, sub ADN deteriorate biosinteză normale în celulă sau prin expunerea la agenți fizici sau chimici. Se efectuează prin sisteme enzimatice speciale ale celulei. Un număr de boli ereditare (de exemplu, xeroderma pigmentară) este asociată cu tulburări ale sistemelor de reparații. Fiecare dintre sistemele de reparații include următoarele componente:
ADN-chelicaza este o enzimă care "recunoaște" secțiunile modificate chimic în lanț și efectuează o ruptură de lanț în vecinătatea daunelor; enzima care elimină zona afectată;
ADN polimeraza este o enzimă care sintetizează porțiunea corespunzătoare a catenei ADN în locul celor îndepărtate;
ADN ligaza este o enzimă care închide ultima legătură în lanțul de polimer și astfel își restabilește continuitatea.
Replicarea moleculelor de ADN are loc în perioada sintetică a interfazei. Fiecare dintre cele două lanțuri ale moleculei "părinte" servește ca matrice pentru molecula "fiică". Dupa replicare, molecula de ADN nou sintetizat conține un lanț „părinte“, iar al doilea - „fiica“, nou sintetizat (metoda semiconservative). Pentru sinteza matricei unei noi molecule de ADN, este necesar ca molecula veche să fie despiralizată și alungită. Replicarea începe în mai multe locuri ale moleculei ADN. Porțiunea moleculei ADN din punctul de origine al unei replicări până la punctul de origine al alteia se numește replicon. O celulă procariotică conține un replicon și o celulă eucariotă conține multe repliconi. Originea replicării este activată de primeri (primeri) compuși din 100-200 perechi de baze. Helicaza enzima ADN unwinds ADN si separa firul spirala materne 2, în care principiul complementarității cu enzima polimerază ADN merge „fiica“ catenă de ADN. Enzima de topoizomerază a ADN-ului controlează moleculele "fiice" de ADN. În fiecare replicon, polimeraza ADN se poate deplasa de-a lungul firului "mamă" într-o singură direcție (3 / ⇒ 5). Astfel, atașarea nucleotidelor complementare ale filamentelor fiice merge în direcții opuse (antiparallel). Replicarea în toate replicile merge simultan. Fragmentele Okazaki și părți ale firelor "fiice", sintetizate în replici diferite, sunt coase împreună într-o singură fâșie printr-o ligază enzimatică. Replicarea este caracterizată de semiconservativitate, antiparallelism și discontinuitate (fragmente din Okazaki).
Mecanismul de reparare se bazează pe prezența în molecula ADN a două lanțuri complementare. Distorsiunea secvenței de nucleotide din una dintre ele este detectată de enzime specifice. Apoi situsul corespunzător este îndepărtat și înlocuit cu unul nou sintetizat pe a doua arie complementară ADN. O astfel de reparație se numește excizie, adică cu "excizie". Se efectuează înainte de următorul ciclu de replicare, deci este numit și pre-replicativ.
În cazul în care sistemul de reparare prin excizie nu modificări corecte care rezultă într-un singur fir de replicare a ADN-ului are loc în timpul fixării modificării și devine proprietatea ambelor catene de ADN. Aceasta duce la înlocuirea unei perechi de nucleotide complementare cu alta, sau la apariția unor lacune (gap-uri) în lanțul nou sintetizat împotriva site-urilor modificate. Repararea posterplicativă se realizează prin recombinare (schimb de fragmente) între două helici dublu formate de ADN. restaurarea exemplu- structurii normale ADN-ului, atunci când un timina (T ale dimerului obligațiuni-T) covalente care apar între resturile timina adiacente în picioare, făcându-le incapabile de a se lega la nucleotidele complementare. Ca rezultat, apar lacune în lanțul ADN nou sintetizat, care sunt recunoscute de către enzimele de reparare. Restaurarea integrității noului lanț polinucleotidic al uneia dintre ADN-urile fiice se datorează recombinării cu lanțul mama normal al unei alte fiice ADN. Golul format în lanțul matern este apoi umplut prin sinteză pe lanțul polinucleotidic complementar. Manifestarea unei astfel de reparații post-replicative, efectuată prin recombinare între lanțurile a două molecule ADN fiice, poate fi adesea considerată schimbul observat de material între cromatidele soratice.
18. Replicarea moleculei ADN. Replicon. Primer. Principii ale replicării ADN: semiconservativitate, antiparallelism, discontinuitate (fragmente din Okazaki). Faze de replicare: inițiere, alungire, terminare. Caracteristici ale replicării ADN și eucariote.
Abilitatea de a copia de sine - replicare. Această proprietate este asigurată de o structură dublu-strand. În procesul de replicare, un lanț complementar este sintetizat pe fiecare lanț polinucleotidic al moleculei ADN materne. Această metodă de dublare a moleculelor, în care fiecare moleculă fiică conține un lanț matern și un lanț nou sintetizat, se numește semiconservativă.
Pentru replicare, firele ADN materne trebuie să fie separate una de alta pentru a deveni matrice pe care vor fi sintetizate lanțurile complementare ale moleculelor fiice. Cu ajutorul enzimei helicase. rupe legăturile de hidrogen, dublul helix al ADN-ului este descoperit la originea replicării. ADN-ul rezultat singur fir destabilizează proteine specifice care leaga întindeau circuite magistrale, ceea ce le face bazele azotate disponibile pentru legarea nucleotide complementare, situate în nucleoplasmei. Sinteza lanțurilor complementare se efectuează pe fiecare dintre lanțurile formate în regiunea furcii de replicare, cu participarea enzimei ADN polimerază.
Sinteza celei de-a doua fire de ADN se realizează prin fragmente scurte (fragmente de Okaucasia) și în direcția de la capătul 5 'la capătul 3'. Sinteza fiecărui astfel de fragment este precedată de formarea unui primer ARN cu o lungime de aproximativ 10 nucleotide. Fragmentul nou format este combinat cu fragmentul precedent cu enzima ADN ligaza după îndepărtarea primerului ARN. În legătură cu aceste caracteristici, furca de replicare este asimetrică. Dintre cele două lanțuri fiice sintetizate, una este construită în mod continuu, sinteza se desfășoară mai repede și acest lanț este numit cel mai important. Sinteza celuilalt lanț este mai lentă, deoarece este asamblată din fragmente separate care necesită formare și apoi se elimină primerul ARN. Prin urmare, un astfel de lanț este numit retardat (întârziat). Deși se formează fragmente individuale în direcția 5 '→ 3', în ansamblu acest lanț crește în direcția 3 '→ 5'. Replicarea ADN în caracteristici de bază procariote și eucariote fluxuri similare, cu toate acestea, rata sintezei în eucariotelor este mult mai mic decât în procariote. Motivul pentru aceasta poate fi formarea ADN-ului de eucariote de compuși suficient de puternici cu proteine, ceea ce face dificilă despiralizarea, ceea ce este necesar pentru realizarea sintezei replicative.
Un primer este un fragment scurt al unui acid nucleic complementar unei ținte de ADN sau ARN, servește ca un primer pentru sinteza unei catene complementare prin ADN polimerază, precum și replicarea ADN. Primerul este necesar pentru ca ADN-polimerazele să inițieze sinteza unui lanț nou, de la capătul 3 'al primerului. ADN polimeraza adăugă secvențial nucleotide complementare lanțului șablon la capătul 3 'al primerului.
Repliconul este unitatea procesului de replicare a situsului genomului, care este controlată de un punct de inițiere (origine) de replicare. Din punctul de inițiere, replicarea merge în ambele sensuri, în unele cazuri cu viteză inegală. Replicarea ADN este un eveniment cheie în cursul diviziunii celulare. Este esențial ca, în momentul fisiunii, ADN-ul să fie reprodus pe deplin și astfel o singură dată. Acest lucru este asigurat de anumite mecanisme de reglementare a replicării ADN-ului. Replicarea are loc în trei etape:
Reglarea replicării se efectuează în principal în stadiul de inițiere. Acest lucru este destul de ușor de implementat, deoarece replicarea nu poate porni din nicio parte a ADN-ului, ci dintr-una strict definită, numită site-ul de inițiere a replicării. În genomul unor astfel de site-uri poate exista câte una și multe. Noțiunea de replică este strâns legată de conceptul unui site de inițiere a replicării. Repliconul este o regiune a ADN care conține originea replicării și reproduce după începutul sintezei ADN din acest sit.
Replicarea începe la locul de inițiere a replicării de la dezrădăcinarea dublului helix al ADN-ului, formând în același timp o furculiță de replicare - locul replicării directe a ADN-ului. Fiecare site poate genera una sau două furci de replicare, în funcție de faptul dacă replicarea este una sau una bidirecțională. Mai frecvent este replicarea bidirecțională. La un moment dat după începerea replicării în microscopul electronic, se poate observa un ochi de replicare - o porțiune a cromozomului, unde ADN-ul este deja reprodus, înconjurat de întinderi mai lungi de ADN nereplicat.
Semiconservativitatea înseamnă că fiecare fiică ADN constă dintr-un lanț de matrice și unul nou sintetizat.
Antiparalelitatea lanțurilor ADN: direcția opusă a două fire de ADN dublu helix; un fir are o direcție de la 5 'la 3', iar celălalt - de la 3 'la 5'.
Fiecare șir de ADN are o anumită orientare. Un capăt poartă gruparea hidroxil (-OH) atașată la carbonul 3 'în deoxiriboză de zahăr, la celălalt capăt al lanțului este restul acidului fosforic la poziția 5' a zahărului. Două fire complementare din molecula ADN sunt situate în direcții opuse - antiparalel: un fir are o direcție de la 5 'la 3', iar celălalt - de la 3 'la 5'. Pentru o orientare paralelă, capătul 3 'al unui lanț ar fi capătul 3' al celuilalt.
În prokariote, unul dintre firele de ADN este rupt și un capăt al acestuia este atașat la membrana celulară, iar la capătul opus apare sinteza filamentelor fiice. Această sinteză a firelor de ADN fiică a fost numită "hoopul de rulare". Replicarea ADN are loc rapid.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: