Sinteza proteinelor și a codului genetic
Replicare ADN. În bacterii, precum și în organisme superioare, ADN-ul este purtătorul de informații genetice. Având în vedere structura celulei, am spus deja că ADN-ul bacterian este o dublă helix închisă într-un inel. Imediat apare o întrebare: cum sunt stocate informațiile ereditare în creșterea și multiplicarea celulelor? Înainte de divizarea lor există o reducere sau replicare identică a genelor. Acest proces poate fi explicat în mod satisfăcător pe baza modelului de structură ADN propus de Watson și Crick și din mecanismul de dublare a ADN, cunoscut acum. Cele două lanțuri ale ADN-ului dublu helix sunt complementare unul cu celălalt. Pe fiecare lanț al elementelor structurale de ADN-deoxiribonucleotid trifosfați, se sintetizează un lanț nou; în timp ce cu fiecare dintre baze este cuplată o bază complementară, astfel încât fiecare din cele două lanțuri noi va fi din nou complementară lanțului părinte. Ambele helixuri noi constau dintr-un singur părinte și dintr-un lanț nou sintetizat. Această replicare precisă a ADN-ului garantează păstrarea informațiilor genetice.
Transcrierea ADN-ului. O altă întrebare apare: cum informația conținută în gene determină activitatea specifică și alte proprietăți ale enzimelor și cum se transformă în secvența de aminoacizi a proteinei enzimatice? ADN, fiind purtătorul de informații ereditare, totuși ea însăși nu servește ca o matrice pentru sinteza polipeptidelor. Biosinteza proteinelor are loc pe ribozomi, care nu ating direct ADN-ul. Transferul informațiilor înregistrate în ADN în zonele de sinteză a proteinelor se realizează prin matrice sau informație, acid ribonucleic (mRNA). Se compune dintr-un singur lanț și seamănă cu un singur fir de ADN, cu diferența că ADN-ul timinei (T) din ARN este înlocuit cu uracil (U). ARNm este sintetizat pe unul din lanțurile ADN, mecanismul acestui proces fiind similar cu mecanismul replicării ADN. Formarea ARNm începe la capătul 5'-OH, iar secvența de bază este complementară lanțului ADN. Astfel, în sinteza mARN, secvența nucleotidică a ADN este pur și simplu copiată. Acest proces se numește transcripție și contrastează traducerile sale - traducerea secvenței de nucleotide într-o secvență de aminoacizi:
Codul genetic. Fiecare genă este reprezentată de o regiune specifică a moleculei ADN. Informațiile specifice conținute în gena sunt determinate de secvența bazelor din lanțul ADN. "Alphabet", prin care sunt înregistrate aceste informații ADN. include patru
"Literele" sunt bazele adeninei (A), guaninei (G), timinei (T) și citozinei (C). În ARNm, timina este înlocuită cu uracil (U).
Specificitatea proteinelor enzimatice, a căror sinteză este controlată de gene, este determinată de secvența aminoacizilor din lanțurile de polipeptide. Aceeași secvență determină și structura spațială a proteinei, așa-numita conformație (structura secundară, terțiară și cuaternară).
Pentru a traduce de la limba acizilor nucleici la limbajul aminoacizilor, există un cod specific. Fiecare aminoacid este determinat de un grup de trei nucleotide vecine - un triplet sau un cod. Această secvență de tripleți în acidul nucleic determină în mod unic secvența aminoacizilor din lanțul polipeptidic; ultima, astfel, este o hartă co-nucleică a acidului nucleic. În tripleți sunt posibile 64 de combinații diferite de nucleotide (Tabelul 15.1). Dacă fiecare dintre cei 20 de aminoacizi au fost codificați doar cu un singur triplă, atunci 44 de combinații posibile rămân neutilizate. Dar sa dovedit că mulți aminoacizi sunt codificați de două sau mai multe triplete diferite. Unele triplete au un înțeles special - ele înseamnă "începutul" sau "sfârșitul" lanțului de polipeptidă. Tripletele sunt citite ca 1, 2, 3; 1, 2, 3, etc. de la originea moleculei mRNA.
Traducerea mRNA: sinteza proteinelor. Aminoacizii sunt combinați într-un lanț polipeptidic în ordinea determinată de tripletele ARNm. În acest proces, ARNm, ARN de transport (tARN) participă. ribozomi, un număr de enzime, ATP și alți factori. Mai întâi, aminoacizii cu participarea ATP sunt activate pentru a forma aminoacil-AMP:
Aminoacid + ATP -> aminoacil-AMP + PP;
Din AMP, gruparea aminoacil este transferată la nucleotida terminală a tARN. Activarea și atașarea de aminoacizi la ARNt corespunzătoare sunt efectuate de către un anumit sintetaza enzimă-amino-acil-ARNt care recunoaște o mână .odnoy, aminoacizi, iar celălalt - ARNt corespunzător. Există 20 de aminoacil-tRNA sintetaze diferite, câte unul pentru fiecare aminoacid. După cum sa menționat deja, unii aminoacizi corespunde nu una, ci mai multe codoni (de exemplu, codul genetic este declarat a fi „degenerat“); pentru fiecare dintre acești aminoacizi există mai multe tRNAs. Diferitele tARN-uri, destinate aceluiași aminoacid, sunt de asemenea numite tRNAs izoacceptori. Astfel, sintetaza corespunzătoare poate atașa un aminoacid la mai multe tRNAs izoacceptori. În molecula tARN, există o regiune complementară codonului mRNA (anticodon). Combinația de aminoacizi are loc pe ribozomi (Figura 15.1). Ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm. pornind de la capătul 5'-OH, și de fiecare dată când este mutat într-un alt unul triplet ARNt de transport de aminoacizi în poziție și este atașat la grupul său amino Karbokam puternici precedente aminoacizi (se formează legături peptidice). Astfel, lanțul de polipeptidă crește pe măsură ce ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm. Aparent, răsucirea simultană a lanțului și se prăbușește într-o minge definită printr-o secvență de aminoacizi și natura lanțurilor lor laterale (grup hidrofob și ghidare rofilnye), și, ca rezultat, o structură de proprietăți specifice vayuschaya datorate și funcția proteinei. K ARNm în mod tipic mai multe ribozomi atașați, astfel încât aceeași matrice este sintetizat simultan mai multe lanțuri polipeptidice. Un astfel de complex al unui ARNm cu ribozomi se numește polizom. La sfârșitul ARNm este codon, care depinde de separarea sformi lanț polipeptidic Rowan de ribozomului (UAA, UAG sau UGA). Astfel, secvența de nucleotide a ADN-ului este de un „manual de utilizare“ codificat, determinarea (la mijlocul stve-ARNm) a unei structuri de proteine specifice. Ideea de a transfera informații din ADN prin ARN la o proteină se numește "centrală pentru gma" a biologiei moleculare. În acest fel, informațiile sunt transferate în toate organismele în care ADN-ul este materialul genetic. Acest proces de transfer universal în timpul replicării ADN-ului transcriere informații și translație reprezentate la date mai sus săgețile roșii-schemă clorhidric. Această schemă este aplicabilă eucariotelor, procariotelor și virusurilor ADN.
Printre virusurile ARN, există acelea în care ARN se replică direct pe șablonul ARN. Cu toate acestea, în unele virusuri oncogene (tumorale) de ARN, sinteza ADN este mai întâi controlată de ARN, adică ARN servește ca o matrice pentru sinteza ADN. Astfel, informațiile conținute în ARN-ul viral sunt transferate ADN-ului prin transcripție inversă (folosind transcriptaza reversă a enzimei, vezi schema de mai sus). Această enzimă poate fi izolată din celulele tumorale cauzate de virusurile ARN. Se găsește în inginerie genetică. Dacă, de exemplu, ca purtător de informație nu este un fragment ADN, dar este izolat mRNA corespunzător, atunci acesta din urmă trebuie "rescris" în ADN, care este încorporat în plasmidă. Utilizând revers transcriptaza, este posibil să se obțină ADN-ul dorit in vitro.
În organismele procariote, nu sa găsit transcripția inversă.
Trimiteți-le prietenilor: