Funcțiile acizilor nucleici în realizarea informațiilor genetice: replicare, transcriere și traducere. Semnificația metodologică a principiului transferului de informații genetice: proteina ADN - * ARN - *.
În sinteza unei molecule "non-informare" (de exemplu, glicogen), puritatea produsului final este asigurată de o enzimă specială. Enzyme specificitate de substrat caracteristic, adică site-ul său activ al moleculei poate lega numai la UDP-glucoză și non-reducătoare din capetele moleculei de glicogen, care ar trebui extins. Astfel, centrul activ al enzimei poate fi considerat o "matrice", deoarece are loc o potrivire complementară între moleculele de substrat.
Când se sintetizează macromolecule de ADN, ARN sau proteine, un centru activ al enzimei nu este capabil să furnizeze o secvență specifică a patru unități de codificare. Acesta poate lega doar unul sau mai multe "blocuri de construcție" între ele, iar acizii nucleici conțin mii de nucleotide în compoziția lor. Prin urmare, natura a trecut aici într-un mod diferit: matricea pentru sinteza lanțului moleculei ADN este un alt lanț ADN.
Transcripția ADN-ului în cursul diviziunii celulare începe cu separarea a două lanțuri, fiecare dintre acestea devenind o matrice care sintetizează secvența nucleotidică a lanțurilor noi. Helicase, topoizomeraza și proteinele care leagă ADN-ul tind ADN, păstrează matricea într-o stare diluată și rotesc molecula ADN. Corectitudinea replicării este asigurată de corespondența exactă a perechilor complementare de bază. Replicarea este catalizată de câteva polimeraze ADN și transcripția este catalizată de o enzimă ARN polimerază. După replicare, spiralele fiicei sunt înfășurate fără energie sau enzime.
Procesul de replicare și transcriere a ADN-ului bacterian a fost studiat comparativ bine. ADN-ul lor este capabil să replice fără a se îndrepta către o moleculă liniară, adică într-o formă circulară. Procesul, aparent, începe într-o anumită secțiune a inelului și merge imediat în două direcții (într-unul - continuu, în cel de-al doilea - fragmentat urmat de "lipirea" fragmentelor). Inițierea replicării este sub controlul reglementării celulare. Rata de replicare ADN este de aproximativ 45.000 nucleotide pe minut; Astfel, furculița mamă este desfăcută la o viteză de 4500 rpm.
Rata de eroare pentru replicarea ADN nu depășește 1 cu 109-1010 nucleotide. Un astfel de grad ridicat de acuratețe a reproducerii informației este determinat nu numai de complementaritatea nucleotidelor, ci și de acțiunea ADN polimerazelor, care sunt capabile să recunoască eroarea din codul rezultat și să o corecteze. Trebuie remarcat faptul că acuratețea reproducerii ARN și a proteinelor este de mii de ori mai mică. Acest lucru se datorează faptului că transcrierea și traducerea, care afectează numai o singură celulă, nu sunt procese vitale ca replicarea, care determină viitorul întregii specii.
Replicarea eucariotelor în cadrul aceleiași scheme ar dura câteva luni (viteza conectorilor replicativi este de numai un micrometru pe minut). Prin urmare, în ADN-ul eucariot, procesul începe simultan în sute și mii de puncte. Toate cromozomii din celulă trebuie să se reproducă simultan și, în același timp, multe mii de dopuri funcționează în celulă.
Există o diferență semnificativă între replicare și transcriere: în primul caz întreaga moleculă de ADN este copiată, în al doilea, de regulă, numai genele individuale. Lungimea minimă a ARN-ului este determinată de lungimea lanțului polipeptidic pentru care este destinat. Identificarea secvențelor de nucleotide, care indică începutul și sfârșitul genei de sinteză a ARN-ului, este încă foarte neclară.
Molecule de ARN-r și ARN-t se formează din precursori mai lungi - ARN nuclear heterogen (gNA-ARN). Lungimea ARN-ului rn este crescută datorită intronelor netranslate, care nu mai sunt prezente în ARN-ul final. Intronii sunt eliminați cu ajutorul unui ARN nuclear mic. ARN-ul mya este complementar nucleotidelor la capetele intronilor - se conectează temporar la ele, trăgând intronul într-o buclă. Capetele fragmentelor de codare sunt unite, după care intronul este îndepărtat în siguranță din lanț.
Unele virusuri care conțin ARN de animale care utilizează polimerază ADN dependentă de ARN sunt capabile să sintetizeze ADN complementar ARN-ului viral. Acesta este construit în genomul celulei eucariote, unde multe generații pot rămâne ascunse. În anumite condiții (de exemplu, expunerea la agenți cancerigeni), genele virale pot fi activate, iar celulele sănătoase se vor transforma în canceroase.
sinteza proteinelor (traducere) este cel mai complex de procese biosintetice: necesită un număr foarte mare de enzime specifice și a altor macromolecule care in total aparent vine la trei sute. Unele dintre ele sunt, de asemenea, combinate într-o structură complexă tridimensională a ribozomilor. Dar, în ciuda complexității mari, sinteza are loc într-o rată extrem de ridicată (zeci de resturi de aminoacizi pe secundă). Procesul poate fi încetinit și chiar oprit de inhibitori-antibiotice.
În anii cincizeci ai secolului XX sa stabilit că sinteza proteinelor apare în particule de ribonucleoproteine numite ribozomi. Diametrul ribozomului E. coli este de 18 nm, iar numărul total al acestora este de zeci de mii în celulă. Ribozomii eucariotelor sunt oarecum mai mari (21 nm). Procesul însuși are loc în cinci etape.
1. Activarea aminoacizilor. Fiecare dintre cei 20 de aminoacizi ai proteinei este legat covalent la un tARN specific folosind energia ATP. Reacția este catalizată de enzime specializate care necesită prezența ionilor de magneziu.
2. Inițierea lanțului proteic. și-ARN, conținând informații despre această proteină, se leagă la o mică parte a ribozomului și la aminoacidul inițial atașat la tARN corespunzător. ARN-t este complementară tripletului din ARN-i care semnalizează debutul lanțului proteic.
3. Alungirea. Lanțul polipeptidic este alungit prin adăugarea secvențială a aminoacizilor, fiecare dintre acestea fiind furnizată ribozomului și inserată într-o poziție definită prin intermediul ARN-ului corespunzător. În prezent, codul genetic este complet descifrat, adică toți aminoacizii se potrivesc cu tripleți de nucleotide. Elongația se realizează cu ajutorul proteinelor citosolice (așa-numitele factori de alungire).
4. Încetarea. După terminarea sintezei lanțului, așa cum este indicat de un alt codon special al ARN-ului, polipeptida este eliberată din ribozom.
5. Plierea și prelucrarea. Pentru a lua forma obișnuită, proteina trebuie să se îndoaie, formând o anumită configurație spațială. Înainte sau după pliere, polipeptida poate fi supusă procesării efectuate de enzime și constă în îndepărtarea excesului de aminoacizi, care unește grupările fosfat, metil și alte grupări și altele asemenea.
Codul genetic are o serie de caracteristici. În primul rând, nu există "semne de punctuație" în cod, adică semnale care indică începutul și sfârșitul codonilor. În al doilea rând, triplet 3 nucleotidice (UAG, UAA, UGA) nu corespunde oricărui aminoacid, și marchează sfârșitul lanțului polipeptidic, iar codonul august indică începutul unui lanț sau (dacă în mijlocul secvenței) a aminoacidul metionină. Mulți aminoacizi pot fi codificați prin mai mulți codoni diferiți. Toate codonii aminoacizilor sunt aceiași pentru toate organismele studiate: de la virus la om. Se pare că toate organismele de pe Pământ provin dintr-un singur strămoș genetic. Cu toate acestea, recent codonii care nu coincid cu vocabularul "normal" au fost găsiți în mitocondriile celulelor umane. Prezenta lor este un puzzle pentru oamenii de stiinta.
Sinteza proteinei necesită o cheltuială mare de energie - 24,2 kcal / mol. După terminarea sintezei, proteina este transportată la locul de destinație cu ajutorul unui lider de polipeptidă special.
Sinteza proteinei este controlată de operatorii de gene. Un set de gene de lucru - operatori și gene structurale - se numește operon. Operonii nu sunt un sistem independent, ci "respectă" genele de reglementare. responsabil de începutul sau încetarea operonului. Genele sale de control-regulatori sunt realizate cu ajutorul unei substanțe speciale, pe care o sintetizează dacă este necesar. Această substanță reacționează cu operatorul și o blochează, ceea ce implică terminarea operonului. Dacă substanța reacționează cu molecule mici - inductoare. acesta va fi un semnal pentru reluarea sistemului.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: