Care ARN este responsabil pentru sinteza proteinelor. Sinteza proteinelor într-o celulă - descriere, funcții de proces. Cum funcționează ARNr-ul

Întrebări din paragraful: Cum se formează proteinele necesare celulei și organismului?

Pentru a menține greutatea corporală și creșterea oricărui organism, este necesar să se furnizeze proteine, grăsimi și carbohidrați, vitamine, săruri minerale și apă din mediul extern. Metabolismul începe cu aportul de nutrienți și gaze. De exemplu, în stadiul inițial al metabolismului, proteinele sunt descompuse sub acțiunea enzimelor din organe speciale (stomac, intestin subțire) sau structuri (în organismele unicelulare) în aminoacizi cu eliberarea de energie. Următoarea etapă a schimbului este reacții chimice sinteza propriilor proteine, enzime, hormoni și alte structuri proteice folosind energie.

Care este structura unei nucleotide? O nucleotidă este un monomer de acid nucleic care constă din trei componente: o bază azotată, un zahăr cu cinci atomi de carbon și un reziduu de acid fosforic.

Vă amintiți ce baze azotate se numesc complementare? Complementaritatea este un principiu universal de potrivire care stă la baza structurii și funcției ADN-ului într-o celulă. Există patru baze azotate în ADN: adenină (A), timină (T), citozină (C), guanină (G). Principiul complementarității este asigurat de legăturile de hidrogen dintre bazele azotate. Deci timina corespunde adeninei, deoarece formează același număr de legături de hidrogen ca și adenina. Prin același principiu, guanina este complementară citozinei. A=T, G=C.

Pagină 62. Întrebări și sarcini după §

1. Ce condiții sunt necesare pentru sinteza proteinelor?

Fiecare celulă are propriul său set de proteine. Sinteza proteinelor necesită următoarele:

Material de construcție - aminoacizi;

Informații despre ordinea aminoacizilor din lanțul polipeptidic;

Molecule purtătoare de aminoacizi;

Organele celulare în care ansamblul unei molecule proteice - ribozomi;

Energie.

2. Ce proces se numește transcripție?

Procesul de sinteză a unei molecule de ARN a cărei secvență de nucleotide se potrivește exact cu secvența de nucleotide a matriței ADN. Acesta este primul pas în biosinteza proteinelor. Acest proces are loc în nucleul celulei.

3. Ce este codul genetic?

Este un sistem de înregistrare a informațiilor despre structura primara proteină, reprezentată de o anumită combinație de nucleotide și de secvența locației acestora în moleculele de ADN și ARNm. De exemplu, tripletul HCC codifică aminoacidul alanină, tripletul GHC codifică glicină și așa mai departe. Există 64 de tipuri de tripleți. Trei dintre cei 64 de tripleți nu codifică niciun aminoacizi, dar determină încetarea sintezei proteinelor, motiv pentru care se numesc codoni stop. ARNm-ul finit este trimis la citoplasma celulei din nucleu prin pori.

4. Ce rol joacă moleculele de ARNt în biosinteza proteinelor?

ARNt este ARN de transfer. Transporta aminoacizi. Aminoacizii se găsesc în citoplasmă. Fiecare aminoacid trebuie livrat în locul pe care ar trebui să-l ocupe în molecula de proteină. Funcția de livrare este realizată de ARN-uri de transfer. Fiecare ARNt poate transporta doar unul dintre cei 20 de aminoacizi utilizați în sinteza proteinelor. ARN-urile de transfer recunosc aminoacizii „lor” și îi atașează la capătul liber al moleculei. Acest lucru se întâmplă cu participarea enzimelor și a energiei ATP.

5. Cum se realizează informațiile despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină conținută în ARNm într-o proteină?

Acest proces este implementat într-o etapă numită traducere. Ribozomul are un centru funcțional în care doar două triplete de ARNm pot fi localizate în același timp. în aceasta se realizează traducerea informațiilor (din latinescul „translatio” - transmisie) înregistrate pe ARNm în „limbajul” aminoacizilor, în urma căreia se formează molecula proteică. ARNt-urile sunt atașate secvenţial conform principiului complementarităţii cu tripleţii lor de ARNm. Poziția fiecărui ARNt este determinată de un anticodon, un triplet situat în partea din față a moleculei. aminoacizii sunt legați prin legături peptidice în ordinea scrisă pe matricea de sinteză - ARN mesager. lanțul polipeptidic crește pe măsură ce ARNm se deplasează prin ribozom. Când codonul stop ARNm intră în ribozom, ansamblul lanțului peptidic este finalizat. În viitor, proteina capătă structura necesară: se spiralizează sau se răsucește într-un glob și este trimisă în compartimentul dorit al celulei pentru a-și îndeplini funcțiile.

6. Este corect să spunem că reacțiile metabolismului plastic și energetic din celulă sunt indisolubil legate și au loc continuu? Explicați răspunsul.

Da. Toate transformările substanțelor dintr-o celulă sunt împărțite în două procese metabolice - plastic și energie. Metabolismul energetic este un set de reacții de scindare complexe compusi organici la cele mai simple. Acest proces furnizează organismului multe produse intermediare pentru sinteza propriilor substanțe și vine cu eliberarea de energie conținută în substanțe complexe ah, și acumularea acesteia în compușii caracteristici celulei ATP. Metabolismul plastic este un set de reacții pentru sinteza unor substanțe complexe din cele mai simple folosind energia ATP, care s-a format în metabolismul energetic. Energia eliberată în timpul reacțiilor de metabolism energetic se duce la reacțiile de schimb plastic - la sinteza substanțelor. Și invers, metabolismul energetic se desfășoară cu participarea activă a multor enzime sintetizate de celulă la reacțiile de schimb plastic.

7. Explicați semnificația termenilor „triplet”, „anticodon”, „traducere”.

Un triplet sau codon este o secțiune de ARNm constând din trei nucleotide consecutive. Un anticodon este un triplet ARNt complementar ARNm corespunzător. Translația este sinteza proteinelor ribozomale din aminoacizi cu ajutorul ARNm, care are loc în citoplasma celulelor.

Molecule organice simple precum aminoacizii sau nucleotidele se asociază pentru a forma polimeri mari. Doi aminoacizi sunt legați printr-o legătură peptidică, două nucleotide printr-o legătură fosfodiesterică. Repetarea succesivă a acestor reacții duce la formarea de polimeri liniari, denumiti respectiv polipeptide și polinucleotide. Polipeptidele sau proteinele și polinucleotidele sub formă de ADN și ARN sunt considerate a fi cele mai importante componente. „Blocurile de construcție” universale care alcătuiesc proteinele sunt doar 20 de aminoacizi, în timp ce moleculele de ADN și ARN sunt construite din doar patru tipuri de polinucleotide. Celula conține ambele tipuri de polinucleotide - ADN și ARN; în cursul evoluției, ei s-au specializat și lucrează împreună, fiecare îndeplinește propria funcție. Structura polinucleotidelor este potrivită pentru stocarea și transmiterea informațiilor. Diferențele chimice dintre cele două tipuri de polinucleotide le fac potrivite pentru diferite sarcini. De exemplu, ADN-ul este un depozit informatii genetice, deoarece molecula sa este mai stabilă decât molecula de ARN. Acest lucru se datorează parțial faptului că, în prezența a două grupări hidroxil în ARN, această polinucleotidă este mai susceptibilă la hidroliză.

În consecință, toate informațiile despre structura și funcționarea oricărui organism viu sunt conținute într-o formă codificată în materialul său genetic, care se bazează pe ADN. ADN-ul este o moleculă lungă de polimer dublu catenar. În această moleculă gigantică răsucită de un mănunchi dublu, toate semnele unui organism sunt „înregistrate”. Secvența de unități monomerice (dezoxiribonucleotide) dintr-unul dintre lanțurile sale corespunde (complementar) cu secvența de dezoxiribonucleotide din celălalt. Principiul complementarității asigură identitatea moleculelor de ADN originale și nou sintetizate formate în timpul dublării (replicări).

Mecanismul copierii matricei complementare ocupă un loc central în procesele de transfer al informaţiei către sisteme biologice. Informația genetică a fiecărei celule este codificată în secvența de bază a polinucleotidelor sale și această informație

transmise din generație în generație prin împerecherea de baze complementară.

Elementele genetice individuale cu o secvență de nucleotide strict specifică care codifică proteine ​​funcționale sau ARN sunt genele. Genele sunt localizate în nucleul celulei, în cromozomi. Unele gene au doar 800 de perechi de baze, în timp ce altele au aproximativ un milion. O persoană are 80-90 de mii de gene. Unele gene, numite gene structurale, codifică pentru proteine, altele doar pentru molecule de ARN. Informațiile conținute în genele care codifică proteine ​​sunt decodificate în două procese secvențiale: sinteza ARN, care se numește transcrieri si sinteza proteinelor emisiuni . În primul rând, ARNm (ARN mesager) este sintetizat pe o anumită secțiune de ADN, ca pe o matrice; în celulele animale, acest proces se desfășoară în nucleu. Apoi, după ce a transferat informații de la nucleu la citoplasmă, în timpul lucrului coordonat al unui sistem multicomponent cu participarea ARNt (ARN de transfer), ARNm, enzime și diverși factori proteici, se realizează sinteza unei molecule de proteine. . Toate aceste procese asigură traducerea corectă a informației genetice criptate în ADN din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizilor. Secvența de aminoacizi a unei molecule de proteină definește în mod unic structura și funcțiile acesteia. Nucleotidele ca subunități ale ADN-ului, ARN-ul acționează și ca purtători de energie.

Structura ADN-ului (Fig. 5) este un polimer liniar. Unitățile sale monomerice (nucleotide) constau dintr-o bază azotată, un zahăr cu cinci atomi de carbon (pentoză) și o grupare fosfat. Gruparea fosfat este atașată la atomul de carbon de 5" al reziduului de monozaharidă, baza organică la atomul de 1". Fiecărei nucleotide i se dă un nume corespunzător numelui bazei sale unice. Există două tipuri de baze în ADN - purină (adenină - A și guanină - C) și pirimidină (citozină - C, timină - T, uracil - U).

Nucleotidele există în doi izomeri optici - L și D. Fără excepție, toate organismele vii folosesc doar forme D pentru a-și construi nucleotidele. Prezența chiar și a unei cantități mici din forma L de nucleotide inhibă sau blochează complet activitatea enzimelor de sinteză a ADN-ului.

În ADN, monozaharida este reprezentată de 2"-deoxiriboză, care conține o grupare hidroxil, în ARN, de riboză, care are două grupări hidroxil. Nucleotidele sunt legate între ele prin legături fosfodiester, în timp ce gruparea fosfat a carbonului 5" atomul unei nucleotide este legat de 3'-OH prin gruparea dezoxiriboză a nucleotidei adiacente. La un capăt al lanțului polinucleotid se află o grupare 3’-OH, la celălalt o grupare 5’-fosfat.

ADN-ul nativ este format din două lanțuri polimerice care formează o spirală. Lanțurile polinucleotidice înfășurate unul peste altul sunt ținute împreună prin legături de hidrogen formate între bazele complementare ale lanțurilor opuse. În acest caz, adenina formează o pereche doar cu timina, guanina - cu citozina. Pereche bazele A-T stabilizat prin două legături de hidrogen, cuplu s-s- Trei. Lungimea ADN-ului dublu catenar este de obicei măsurată prin numărul de perechi de nucleotide complementare. De exemplu, ADN-ul cromozomului 1 uman este o singură spirală dublă lungă de 263 de milioane de perechi de baze.

Compoziția zahăr-fosfat a moleculei, constând din grupări fosfat și reziduuri de deoxiriboză legate prin 5 legături „-3”-fosfodiester, formează „pereții laterali ai scării în spirală”, iar perechile A-T și C-C formează „treptele” acesteia. Lanțurile moleculei de ADN sunt antiparalele: unul dintre ele are direcția de 3"-5", celălalt 5"-> 3". Nucleotidele sunt considerate perechi deoarece într-o moleculă de ADN două lanțuri și nucleotidele lor sunt conectate în perechi prin legături încrucișate.

Purtătorul de informații genetice trebuie să îndeplinească două cerințe - reproduce (replica) cu mare precizie şi determina (cod) sinteza moleculelor proteice. Conform principiului complementarității, fiecare catenă de ADN poate servi ca șablon pentru formarea unei noi catene complementare. Când o celulă trebuie să se divizeze, chiar înainte de asta, ea copiază molecula de ADN din ribozomii săi. În același timp, două fire de ADN diverg și pe fiecare dintre ele, ca pe o matrice, se asambla un fir fiică, repetând exact pe cel care a fost legat de acest fir în celula părinte. Ca urmare, apar doi cromozomi fiice identici, care, în timpul diviziunii, sunt distribuite între celule diferite. Așa se face transmiterea trăsăturilor ereditare de la părinți la descendenți în toate organismele celulare care au nucleu. Prin urmare, după fiecare rundă de replicare, se formează două molecule fiice, fiecare dintre ele având aceeași secvență de nucleotide ca și molecula originală de ADN. Secvența de nucleotide a unei gene structurale specifică în mod unic secvența de aminoacizi a proteinei pe care o codifică. În consecință, fiecare catenă de ADN servește ca matriță pentru sinteza unei noi catene complementare, iar secvența de baze din catena sintetizată (în creștere) este determinată de secvența de baze complementare a catenei șablon.

Sinteza ADN-ului în pro- și eucariote se realizează cu participarea multor enzime diferite. Rolul principal este jucat de ADN polimeraza, care adaugă secvenţial legături la lanţul de polinucleotide în creştere în conformitate cu principiul complementarităţii şi catalizează formarea legăturilor fosfodiester.

Pentru a separa ADN-ul, geluri speciale pe bază de agaroză (o polizaharidă izolată din alge). O modificare a electroforezei pe gel în gel de agaroză, numită electroforeza pulsului, permiţând separarea moleculelor mari de ADN.

Au fost determinate secvențe de nucleotide ale genelor multor mamifere, inclusiv genele care codifică hemoglobina, insulina și citocromul C. Cantitatea de informații despre ADN este atât de mare (multe milioane de nucleotide) încât sunt necesare computere puternice pentru a stoca și analiza datele disponibile. date.

Pentru a determina care gene sunt active într-un anumit tip de celulă (identificarea unor secvențe specifice), o metodă numită Amprenta ADN-ului. Fragmentele de ADN sunt marcate cu P, apoi digerate cu nucleaze, separate pe un gel și detectate prin radioautograf. Dacă soluție de apă ADN-ul este încălzit la 100 ° C și puternic alcalinizat (pH 13), apoi perechi de baze complementare ținând două catene dublu helixîmpreună, se descompun și ADN-ul se disociază rapid în două catene. Acest proces, numit denaturarea ADN-ului, considerate anterior ireversibile. Dar dacă firele complementare de ADN sunt menținute la o temperatură de 65 ° C, se împerechează cu ușurință, restabilind structura dublei helix - procesul se numește renaturare.

Marea majoritate a genelor conțin informații codificate despre sinteza proteinelor. Polipeptidele se caracterizează printr-o mare versatilitate, sunt compuse din aminoacizi cu lanțuri laterale diverse din punct de vedere chimic și sunt capabile să ia diferite forme spațiale care sunt saturate cu situsuri reactive. Proprietățile polipeptidelor le fac ideale pentru o varietate de sarcini structurale și funcționale. Proteinele sunt implicate în aproape toate procesele care au loc în sistemele vii, servesc ca catalizatori pentru reacțiile biochimice, efectuează transportul în interiorul și între celule și reglează permeabilitatea. membranele celulare, din care sunt construite diverse elemente structurale. Proteinele nu sunt doar principalul material de construcție al unui organism viu, multe dintre ele sunt enzime care controlează procesele din celulă. Proteinele sunt implicate în implementarea funcțiilor motorii, oferă protecție împotriva infecțiilor și toxinelor și reglează sinteza altor produse genetice.

Toți aminoacizii au un similar structura chimica: un atom de hidrogen, o grupare amino, o grupare carboxil și o catenă laterală sunt atașate la atomul de carbon central. Există 20 de grupe laterale diferite și, în consecință, 20 de aminoacizi: de exemplu, în aminoacidul alanină, lanțul lateral este o grupare metil (Tabelul 1).

Se formează o legătură peptidică între gruparea carboxil a unui aminoacid și gruparea amino a altuia. Primul aminoacid al unei molecule proteice are o grupare amino liberă (N-terminal), ultimul are o grupare carboxil liberă (C-terminal).

Lungimea moleculelor de proteine ​​variază de la 40 la 1000 de resturi de aminoacizi; în funcție de secvența și compoziția lor de aminoacizi, moleculele proteice iau formă diferită(configurație, conformare). Multe proteine ​​active funcțional constau din două sau mai multe lanțuri polipeptidice, fie identice, fie ușor diferite. Proteinele care îndeplinesc funcții cheie sunt complexe proteice complexe constând din multe lanțuri polipeptidice diferite - subunități.

Prin utilizarea cod genetic secvența de polinucleotide determină secvența de aminoacizi dintr-o proteină; diferite triplete de nucleotide codifică aminoacizi specifici.

O „legătură de transmisie” importantă în traducerea informațiilor genetice din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizilor - ARN (acizi ribonucleici), care sunt sintetizați pe anumite secțiuni de ADN, ca pe matrice, în conformitate cu secvența lor de nucleotide.

Moleculele de ARN transportă informații, au o identitate chimică care le influențează comportamentul. Molecula de ARN are două proprietăți importante: informația codificată în secvența sa de nucleotide este transmisă în proces replicare, iar structura spațială unică determină natura interacțiunii cu alte molecule și răspunsul la condițiile externe. Ambele proprietăți sunt informativȘi funcţional- sunt premise necesare procesului evolutiv. Secvența de nucleotide a unei molecule de ARN este similară cu informațiile ereditare sau genotip organism. Stilul spațial este similar fenotip- un set de caracteristici ale unui organism supus actiunii selectiei naturale.

ARN (Fig. 5) este o moleculă de polinucleotidă liniară care diferă de ADN în două moduri:

1. Monozaharida din ARN este riboză care conține nu una, ci două grupări hidroxil;

2. Una dintre cele patru baze din ARN este uracilul, care ia locul timinei.

Existența ARN-ului sub formă de o singură catenă se datorează:

absența în toate organismele celulare a unei enzime care să catalizeze reacția de formare a ARN pe o matrice de ARN; doar unii viruși au o astfel de enzimă, ale cărei gene sunt „înregistrate” sub formă de ARN dublu catenar, alte organisme pot sintetiza molecule de ARN numai pe un șablon de ADN; din cauza absenței unei grupări metil în uracil, legătura dintre adenină și uracil este instabilă, iar „reținerea” celei de-a doua catene (complementare) pentru ARN este problematică. Datorită structurii monocatenare, ARN, spre deosebire de ADN, nu se răsucește într-o spirală, ci formează structuri sub formă de „agrafe de păr”, „bucle”. Împerecherea bazelor în molecula de ARN are loc în același mod ca și în ADN, cu excepția faptului că în loc de perechea A-T se formează A-U. Bazele complementare, ca și în ADN, sunt interconectate prin legături de hidrogen.

Există trei tipuri principale de ARN:

informațional (ARNm);

ribozomal (ARNr);

transport (ARNt).

Corectitudinea transcripției, adică începutul și sfârșitul lui în dreapta site-uri(situri specifice), furnizează secvențe de nucleotide specifice în ADN, precum și factori proteici. Transcrierea ADN-ului are loc în nucleul celulei. Moleculele de ARNm transportă informații de la nucleu la citoplasmă, unde este utilizată în traducerea proteinelor ale căror secvențe de aminoacizi sunt codificate în secvențe de nucleotide ARNm (adică, în cele din urmă, în ADN). ARNm este asociat cu ribozomi unde aminoacizii se combină pentru a forma proteine. Ribozomi - particule de nucleotide, care includ ARN cu polimer înalt și proteine ​​structurale. Rolul biochimic al ribozomilor este sinteza proteinelor. Pe ribozomi are loc combinația de aminoacizi individuali în polipeptide, culminând cu formarea de proteine.

La majoritatea procariotelor, transcripția întregului ARN se realizează cu participarea aceleiași ARN polimeraze. La eucariote, ARNm, ARNr și ARNt sunt transcrise prin diferite ARN polimeraze.

Din punct de vedere genetic, o genă este o secvență specifică de nucleotide transcrisă în ARN. Cele mai multe secvențe de ADN transcrise sunt gene structurale, unde este sintetizat ARNm. Produsul final al unei gene structurale este o proteină. La procariote, o genă structurală este o secțiune continuă a moleculei de ADN. La eucariote, majoritatea genelor structurale constau din mai multe regiuni de codificare discrete (separate) - exoni, separate prin regiuni necodificatoare - nitroni. La finalizarea transcripției genei structurale eucariote, intronii sunt tăiați de enzime din produsul de transcripție primar, exonii sunt suturați unul la altul „cap la cap” (despicare) cu formarea ARNm. De obicei, lungimea exonilor este de la 150 la 200 de nucleotide, lungimea intronilor variază de la 40 la 10.000 de nucleotide.

Într-o celulă care funcționează activ, aproximativ 3-5% din ARN total este ARNm, 90% este ARNr și 4% este ARNt. ARNm poate fi reprezentat de zeci de tipuri diferite de molecule; ARNr - două tipuri. ARNr mai mare se formează cu proteine complex de ribonucleotide, numită subunitatea ribozomală mare. ARNr-ul mai mic este un complex numit subunitatea ribozomală mică. În timpul sintezei proteinelor, subunitățile se combină pentru a forma un ribozom. ARNr joacă rolul principalului catalizator în procesul de sinteză a proteinelor; reprezintă mai mult de 60% din masa ribozomului. În aspectul evolutiv, ARNr este componenta principală a ribozomului.

Pe lângă mii de ribozomi, o celulă care sintetizează activ proteine ​​conține până la 60 de tipuri diferite de ARNt. ARNt este o moleculă liniară monocatenară cu o lungime de 75 până la 93 de nucleotide, care are mai multe secțiuni complementare reciproc care se împerechează între ele. Cu ajutorul unor enzime specifice (aminoacil-ARNt sintetaze), aminoacidul corespunzător este atașat la capătul de 3" al ARNt. Pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc toate proteinele, există cel puțin un ARNt specific. La celălalt capăt al moleculelor de ARNt este o secvență de trei nucleotide numite anticodon, ea recunoaște un specific cadăîn ARNm și determină ce aminoacid va fi atașat la lanțul polipeptidic în creștere.

Se efectuează traducerea (sinteza proteinelor). cu participarea ARNm, ARNt diferit, „încărcat” cu aminoacizii corespunzători, ribozomi și mulți factori proteici care asigură inițierea, alungirea, terminarea sintezei lanțului polipeptidic.

Se numește o secvență de nucleotide care codifică mai mult de o proteină operon. Operonul se află sub controlul unui singur promotor, iar transcripția sa produce o moleculă lungă de ARNm care codifică mai multe proteine.

Sinteza ARNm și, în consecință, sinteza proteinelor este strict reglementată, deoarece celula nu are suficiente resurse pentru transcrierea și traducerea simultană a tuturor genelor structurale. Pro- și eucariotele sintetizează în mod constant doar acele ARNm care sunt necesare pentru a efectua funcții de bază funcții celulare. Expresia altor gene structurale se realizează sub controlul strict al sistemelor de reglare care declanșează transcripția doar atunci când este nevoie de anumite proteine. Factorii de transcripție suplimentari sunt responsabili pentru activarea și oprirea transcripției, care se leagă de regiunile ADN corespunzătoare.

În sinteza moleculelor de proteine, etapa primară în formarea unui lanț polipeptidic proteic este procesul de activare a aminoacizilor cu ajutorul adenozin trifosfat. Procesul de activare are loc cu participarea enzimelor, ducând la formarea de aminoaciladenilați. Apoi, sub acțiunea enzimei aminoacil-ARNt sintetaza (fiecare dintre cei 20 de aminoacizi are propria sa enzimă specială), aminoacidul „activat” se combină cu tARN. În plus, complexul aminoacil-ARNt este transferat la ribozomi, unde are loc sinteza polipeptidei. Se formează o legătură peptidică între gruparea carboxil a unui aminoacid și gruparea amino a altuia. Primul aminoacid al unei molecule proteice are o grupare amino liberă (N-terminal), ultimul are o grupare carboxil liberă (C-terminal).

Proteinele formate sunt eliberate din ribozomi, iar ribozomii pot atașa noi complexe aminoacil-ARNt și pot sintetiza noi molecule de proteine. Ribozomii sunt asociați cu ARNm, care determină secvența aminoacizilor din lanțurile polipeptidice. Astfel, integritatea și activitatea funcțională a ribozomilor din celule este una dintre cele conditiile necesare sinteza moleculelor proteice.

Controlul de testare pentru capitolul 3 Alege raspunsurile corecte:

1. Afirmația „ADN-ul este un depozit de informații genetice, deoarece moleculele sale, spre deosebire de ARN, sunt mai stabile”:

A - dreapta;

B - nu este adevărat;

B - necesită clarificări.

2. Purtătorul de informații genetice trebuie să îndeplinească cerințele:

A - replica cu mare precizie;

B - nu suferă hidroliză chimică;

B - determina sinteza moleculelor proteice;

G - acționează ca purtător de energie;

D - formează o structură închisă în formă de inel.

3. Pentru a separa moleculele de ADN utilizați:

A - sărare;

B - osmoza inversa;

B - electroforeza pulsului;

G - gelelectroforeza;

D - electrodializa.

4. Diferența dintre o moleculă de ARN și o moleculă de ADN:

A - monozaharida este dezoxiriboza;

B - riboza este o monozaharidă;

B - baza azotata - timina;

G - baza azotata - uracil;

D - baza azotata - guanina.

5. Sinteza unei molecule de ADN se realizează:

A - ADN ligaza;

B - ADN polimerază;

B - din forma L a nucleotidelor;

G - din forma D a nucleotidelor;

D - dintr-un amestec de forme D și L de nucleotide.

6. Îmbinare:

A - excizia exonilor din precursorul ARNm și conexiunea covalentă a intronilor cu formarea moleculelor mature de ARNm;

B - excizia intronilor din precursorul ARNm și legătura covalentă a exonilor cu formarea moleculelor mature de ARNm;

C - sinteza moleculelor mature de ARNt din prin reticulare nucleotide individuale "cap la cap";

D - excizia intronilor din precursorul ARNm și legătura lor covalentă cu formarea moleculelor mature de ARNm;

D - conexiune covalentă secvenţială a exonilor şi intronilor cu formarea moleculelor mature de ARNm.

A - trei nucleotide ARNm adiacente care codifică un aminoacid specific;

B - trei nucleotide adiacente de ARNt, complementare cu nucleotidele unui codon specific din molecula de ARNm;

B - trei nucleotide ARNt adiacente care codifică un aminoacid specific;

G - trei nucleotide ARNt adiacente care codifică o secvență specifică de aminoacizi;

D - trei nucleotide ARNm adiacente care codifică un aminoacid specific.

8. Structura spațială unică a moleculei de ARN determină:

A - procesul de replicare;

B - genotip;

B - fenotip;

D - natura interacțiunii cu alte molecule și externe

conditii; D - localizarea moleculei de ARN.

9. Procesele de transcriere merg:

A - constant la aceeași viteză;

B - sub controlul sistemelor de reglementare;

B - periodic pe măsură ce se acumulează energie;

G - asociat cu procesele de formare a moleculelor de ADN;

D - cu o rată proporțională cu formarea genelor structurale.

10. Operon:

A - o secțiune de ADN care conține mai multe gene structurale;

B - secțiune de ADN care conține o genă structurală;

B - secvenţă de nucleotide care codifică o proteină;

G - secvența de nucleotide care codifică mai mult de una

D este o moleculă lungă de ARNm care codifică mai multe proteine.

Procesul de sinteză a ARN din matrița ADN este cel mai complet caracterizat pentru procariote. Deși reglarea sintezei și procesării ARN în celulele de mamifere diferă de sistemele procariote, procesele de sinteză a ARN în sine sunt practic aceleași în ambele tipuri de organisme. Acesta este motivul pentru care descrierea sintezei ARN la procariote este destul de aplicabilă celulelor eucariote, în ciuda faptului că enzimele și semnalele de reglare pentru sinteza ARN diferă.

Secvența ribonucleotidelor dintr-o moleculă de ARN este complementară cu secvența dezoxiribonucleotidelor unuia dintre lanțurile ADN (Fig. 37.8). Cea dintre cele două catene de ADN de-a lungul căreia are loc transcrierea moleculelor de ARN se numește catena codificatoare. Cealaltă catenă este adesea denumită catenul necodificator al genei corespunzătoare. Este important de înțeles că în ADN-ul dublu catenar care conține multe gene, catena de codificare a fiecărei gene date nu este neapărat reprezentată în cadrul aceleiași catene de ADN (Figura 39.1). Cu alte cuvinte, o catenă a moleculei de ADN codifică unele gene și, respectiv, necodifică altele. Rețineți că, cu excepția înlocuirii lui T cu U, secvența transcriptului ARN este identică cu catena necodificatoare.

ARN-polmeraza dependentă de ADN este o enzimă care polimerizează ribonucleotidele într-o secvență complementară catenei de codificare a unei gene (Fig. 39.2). Enzima se leagă de o regiune specifică a lanțului de codificare, numită promotor. Apoi sinteza este inițiată la punctul de plecare

Orez. 39.2. Polimerizarea ribonucleotidelor într-o secvență de ARN complementară catenei de codificare a unei gene. Reacția este catalizată de ARN polimerază. (Din: J. D. Watson, Molecular Biology of the Gene, ed. a 3-a, Copyright 1976, 1970, 1965, de W. A. ​​​​ Benjamin Inc. Menlo Park,

secvență de terminare. Regiunea de ADN transcris dintre promotor și terminator se numește unitate de transcripție. Molecula de ARN rezultată sintetizată în direcție se numește transcript primar. La organismele procariote, transcrierea primară conține adesea copii ARN ale mai multor gene simultan, în timp ce la eucariote, de regulă, conține doar o singură genă. Cele 5 capete ale transcriptului procariotic primar și ale ARN-ului citoplasmatic matur sunt identice. Aceasta înseamnă că punctul de pornire al transcripției corespunde 5-nucleotidei ARNm. La eucariote, transcrierile primare sintetizate de ARN polimeraza II sunt modificate imediat prin adăugarea unui „cap” - metilguanozin trifosfat (Fig. 37.10) (este prezent constant la sfârşitul - ARNm citoplasmaticii maturi). Aparent, plafonarea este necesară atât pentru procesul de maturare a transcriptului primar, cât și pentru traducerea ulterioară a ARNm matur.

Molecula de ARN polimerază dependentă de ADN a E. coli este formată din patru subunități - două identice (subunități a) și încă două - similare ca mărime, dar nu identice cu subunitatea P). Pentru a îndeplini funcția de polimerază, trebuie să se formeze o holoenzimă - un complex al așa-numitei corenzime, adică ARN polimerazei în sine, cu un factor proteic suplimentar (factor st), care contribuie la o legare mai puternică a polimerazei de o secvență specifică de promotor ADN. Bacteriile produc mulți factori st diferiți, fiecare dintre care funcționează ca un regulator care modulează specificitatea promotorului ARN polimerazei. Apariția diverșilor st-factori se corelează în timp cu lansarea diverșilor programe integrate» expresia unui set specific de gene în sistemele procariote, cum ar fi dezvoltarea bacteriofagelor, sporularea sau răspunsul la șocul termic.

Procesul de sinteză a ARN prezentat în Fig. 39.3 implică legarea unui complex de ARN polimerază la o matriță ADN din regiunea promotor. În urma etapei de inițiere a sintezei ARN, factorul st este eliberat și sinteza ARN este alungită în direcția catenei șablon de ADN antiparalel. Enzima polimerizează ribonucleotidele într-o secvență specifică care reflectă structura lanțului de codificare în conformitate cu principiul complementarității. În timpul reacției, se eliberează pirofosfat. Atât în ​​organismele procariote, cât și în cele eucariote, polimerizarea ARN începe de obicei cu o ribonucleotidă purinică.

Pe măsură ce complexul de alungire care conține ARN polimeraza (coenzima) se deplasează de-a lungul catenei de codificare, ar trebui să aibă loc derularea ADN-ului. Este necesar pentru educatie adecvata perechi complementare cu ribonucleotide inserate în lanțul de ARN. Mărimea regiunii ADN nerăsucite este constantă pe tot parcursul procesului de transcripție și este de aproximativ 17 perechi per moleculă de polimerază (aparent, nu depinde de secvența de ADN transcrisă). Acest lucru sugerează că ARN polimeraza este asociată cu un factor suplimentar care prezintă activitate de desfășurare, datorită căruia elica ADN este deschisă. Faptul că, pentru ca transcripția să continue, dubla helix ADN-ului trebuie să se desfășoare și catenele trebuie să se separe (cel puțin temporar), înseamnă că o anumită întrerupere a structurii nucleozomului este inevitabilă.

Semnalul de terminare pentru sinteza unei molecule de ARN este o secvență specifică situată în catena codificatoare a ADN-ului. Acest semnal este recunoscut de factorul p proteinei de terminare. După terminarea sintezei acestui lanț de ARN, corenzima este separată de matrița de ADN și, legându-se de noua moleculă de factor st, poate recunoaște regiunile promotoare corespunzătoare și poate începe sinteza unei noi molecule de ARN. Mai multe molecule de ARN polimerază pot citi simultan aceeași catenă de codificare, dar procesul este reglat în așa fel încât, în orice moment dat, fiecare moleculă transcrie diferite secțiuni de ADN. O micrografie electronică a sintezei ARN este prezentată în fig. 39.4.

Mai multe tipuri de ARN polimeraze dependente de ADN au fost găsite în celulele de mamifere. Proprietățile lor sunt prezentate în tabel. 39.1. Se pare că fiecare dintre aceste enzime este responsabilă pentru transcrierea unui set diferit de gene. greutăți moleculare dintre cele mai importante trei clase de ARN polimeraze de mamifere variază între 500.000 și 600.000. Al lor

(vezi scanare)

Orez. 39.3. Procesul de sinteză a ARN-ului. Începutul procesului este prezentat în stânga sus, unde factorul sigma, conectându-se cu enzima de bază a ARN polimerazei, formează un complex capabil să recunoască promotorul și să înceapă transcripția. Procesul se încheie cu eliberarea ARN polimerazei. Polimeraza liberă și alți factori catalitici eliberați pot lua parte la un nou eveniment de transcripție. Simbolul Fer. enzimă marcată. (Din J. D. Watson, Molecular Biology of the Gene, a 3-a ed., Copyright 1976, 1970, 1965 by W. A. ​​​​Benjamin Inc. Mario Park, California)

Tabelul 39.1. Nomenclatura și localizarea ARN polimerazelor dependente de ADN la animale

Orez. 39.4. Micrografie electronică a mai multor copii ale genelor ARN ribozomal transcrise în celulele amfibiene. Mărire Fotografia arată că atunci când ARN polimeraza se mișcă de-a lungul genei, lungimea transcriptului crește. O transcriere scurtă este asociată cu capătul apropiat al genei, iar una mult mai lungă cu capătul îndepărtat. Săgețile indică direcția ) de transcriere. (Reprodus cu permisiunea lui Miller O. L. Jr, Beatty B. R. Portrait of a Gene. J. Cell Physiol. 1969. 74:225.)

structura are multe în comun cu cea a ARN polimerazei bacteriene dependente de ADN. Toate au două subunități mari și mai multe subunități mici. Lucrările recente de clonare și secvențiere au demonstrat similitudine în secvențele de aminoacizi ale ARN polimerazelor eucariote și procariote. Funcțiile subunităților individuale nu au fost încă elucidate. Unele dintre ele pot avea funcții de reglare, recunoscând secvențe specifice de promotor și terminator.

Una dintre toxine, α-amanitina, produsă de ciuperca Amantia phaloides, este un inhibitor specific al ARN polimerazei nucleoplasmatice dependente de ADN (ARN polimeraza II), ceea ce a făcut-o eficientă în multe studii de biologie moleculară (vezi Tabelul 39.1).

Semnale de transcriere

Analiza secvenței de nucleotide a genelor donate a relevat o serie de regiuni ADN care joacă un rol esențial în procesele de transcripție. Pe baza studiului unui număr mare de gene bacteriene, a devenit posibil să se construiască modele de consens de secvențe care îndeplinesc funcțiile de promotori și terminatori de transcripție. Promotorii bacterieni constau din aproximativ 40 de perechi de nucleotide (4 spire ale dublei helix ADN), i.e. sunt suficient de mici pentru a fi acoperite complet de complexul ARN-holopolimerază E. coli. În cadrul structurii de consens a promotorului, au fost identificate două elemente conservate scurte. La o distanță de aproximativ 35 de perechi de nucleotide către capătul 5 de la punctul de început al transcripției, există o secvență cu opt membri prezentată în Fig. 39,5. La o distanță mai apropiată de punctul de inițiere a transcripției (aproximativ 10 nucleotide), este localizată o regiune bogată în AT de 6-mer. El are relativ temperatura scazuta topirea din cauza lipsei GC-nap. În această privință, se crede că în această regiune, numită secvența TATA (și, de asemenea, cutia Pribnow), disocierea catenelor de ADN are loc cu ușurință, astfel încât ARN polimeraza asociată cu regiunea promotoare să aibă acces la regiunea secvenței catena codificatoare imediat adiacentă promotorului din partea 3.

După cum se arată în fig. 39.6, semnalele de terminare a transcripției dependente de p în celulele E. coli sunt, de asemenea, caracterizate printr-o anumită structură de consens. Secvența conservatoare de terminator, care are aproximativ 40 de nucleotide, conține repetări inversate distanțate și se termină cu o serie de perechi AT. Transcriptul ARN format după trecerea complexului de transcripție prin regiunea repetărilor inversate poate forma o structură de ac de păr intramoleculară, prezentată în Fig. 39.6. Transcripția continuă mai departe în regiunea AT menționată mai sus, după care, sub influența unei proteine ​​terminatoare specifice, așa-numitul factor p, complexul ARN polimerază se oprește și se disociază, eliberând transcriptul ARN primar.

Semnalele transcripționale ale genelor de mamifere, așa cum era de așteptat, sunt mai complexe. Datele de inginerie genetică indică prezența mai multor tipuri de semnale care controlează transcripția. Secvențele semnal de două tipuri sunt situate în apropierea regiunii promotoare propriu-zise. Unul dintre ele indică unde ar trebui să înceapă transcrierea, iar celălalt determină cât de des ar trebui să apară acest eveniment. Gena timidin kinazei a virusului herpes, care folosește sistemul de transcripție al gazdei pentru a-și exprima propriile gene, are un site unic de inițiere a transcripției.

Orez. 39,5. Promotorii bacterieni conțin două secvențe foarte conservate 35 și 10 nucleotide, în afară de partea -terminală a punctului de inițiere a transcripției, notat

Orez. 39.6. Semnal de terminare a transcripției bacteriene constând din repetări inversate și regiunea AT (sus) separate la o anumită distanță una de cealaltă. După transcriere, această regiune formează o structură secundară în transcriptul ARN, prezentată în partea de jos a figurii.

Transcripția exactă din acest situs este determinată de secvența adiacentă 5 situată la 32-16 nucleotide de punctul de inițiere. Această regiune conține secvența TATAAAAG, care este în mod clar omoloagă cutiei Pribnow înrudite funcțional (TATAAT), situată de obicei la o distanță de aproximativ 10 perechi de baze de punctul de început al sintezei ARNm procariote. ARN polimeraza II se leagă probabil de ADN în regiunea cutiei TATA și începe sinteza ARN la aproximativ 32 de nucleotide din reziduul de timidină înconjurat de nucleotide purinice (Fig. 39.7). Astfel, caseta TATA este probabil să fie semnalul care indică unde ar trebui să înceapă transcrierea.

Cele două regiuni de secvență mai îndepărtate de situsul de inițiere a transcripției formează un element funcțional care determină cât de des ar trebui să apară transcripția unei anumite gene. Mutația în oricare dintre aceste regiuni, situată la -61 la -47 și -105 la -80 perechi de baze de la punctul de inițiere a transcripției genei timidin kinazei, reduce frecvența evenimentelor de inițiere de 10-20 de ori. Funcționarea unor astfel de elemente promotoare, care controlează acuratețea și frecvența inițierii, este foarte dependentă de locația și orientarea lor. Înlocuirea chiar și a unei singure nucleotide în această regiune poate avea un impact foarte semnificativ asupra funcției lor. Distanța până la punctul de inițiere a transcripției este, de asemenea, critică; când orientarea - este inversată, aceste elemente, de regulă, își pierd activitatea de reglare (Fig. 39.8).

A treia clasă de secvențe crește sau scade nivelul normal (de bază) de transcripție al genelor eucariote. Aceste elemente în

Orez. 39,7. Transcrierea genei timidin kinazei. ARN polimeraza II dependentă de ADN se leagă la o regiune complementară cutiei TATA și începe transcripția catenei codificatoare dintr-un rest T înconjurat de purine și aproximativ 32 de nucleotide din cutia TATA. Primul, restul de purină din transcriptul primar, este modificat rapid prin adăugarea unui „capac”.

Orez. 39,8. Schema de organizare a blocurilor reglatoare ale unei gene eucariote tipice. Într-o genă funcțională, regiunile reglatoare și structurale pot fi distinse, separate de locul inițierii transcripției (indicat printr-o săgeată). Regiunea de reglare este formată din două elemente care determină nivelul de bază al expresiei. Elementul proximal, cutia TATA, direcționează ARN polimeraza către locul inițierii transcripției și, prin urmare, determină acuratețea începerii sintezei ARN. Un alt element de reglare (în amonte) controlează rata la care este inițiată transcripția. Cel mai studiat element de reglementare al acestei clase este așa-numita cutie CAAT; cu toate acestea, alte elemente pot fi utilizate în alte gene. Amplificatorii și amortizoarele sunt, de asemenea, implicați în reglarea expresiei - elemente care măresc sau scad nivelul de bază al transcripției și elemente care reglează expresia anumitor gene ca răspuns la diferite semnale (inclusiv hormoni, șoc termic, ioni metalici și unele substanțe chimice). ). Aceasta include, de asemenea, elemente similare din punct de vedere funcțional care determină specificitatea tisulară a expresiei genelor. Este posibil ca ultimele două blocuri de elemente de reglementare să se suprapună funcțional (indicate printr-o linie de legătură). Dependența funcției unui element de un anumit tip de orientare este indicată prin săgeți. Astfel, elementul proximal trebuie să fie în mod necesar în orientarea Y. Caseta CAAT și elementele similare funcționează cel mai eficient în orientare, dar unele funcționează în ambele orientări. Liniile întrerupte dintre pătrate indică faptul că pozițiile acestor elemente în raport cu locul inițierii transcripției nu sunt strict fixate. De fapt, elementele de reglare a expresiei pot fi, de asemenea, localizate în dreapta (adică, mai aproape de capătul 3-terminal) a situsului de inițiere a transcripției.

în funcție de efectul pe care îl au, se numesc „amplificatori” sau, respectiv, „amortizatoare”. Ele pot fi localizate atât înainte (fața 5) cât și după (fața 3) locul inițierii transcripției. Spre deosebire de secvențele promotoare, amplificatorii și amortizoarele pot avea un efect α la sute sau mii de baze distanță de unitatea de transcripție corespunzătoare. Funcția lor este independentă de orientare.

În cele din urmă, se știe că o altă clasă de elemente de reglare asigură reglarea adaptivă a expresiei anumitor gene. Reprezentanții acestei clase sunt elemente de reglare care sunt sensibile la hormoni (steroizi, T3, TRH, cAMP, prolactină etc.; vezi capitolul 44). Aceasta include și elemente care reglează în mod specific răspunsul celular la șocul termic, acțiunea metalelor și a unor toxine chimice (dioxină). Această clasă include, de asemenea, anumite secțiuni ale secvenței ADN responsabile pentru reglarea expresiei genei specifice țesutului, de exemplu, gena albuminei din ficat. Unele dintre aceste structuri adaptative funcționează ca amortizoare sau amplificatoare (așa este modul în care un element reglator sensibil la hormonii glucocorticoizi acționează ca un potențiator).

O caracteristică comună a tuturor elementelor de reglare, atât de bază, cât și suplimentare, este că funcționarea lor depinde de interacțiunea anumitor regiuni ADN cu factori proteici specifici. Mulți astfel de factori proteici au fost identificați (Tabelul 39.2). Studiul mecanismului de influență a unei astfel de ADN-proteine

Tabelul 39.2. Unele elemente de reglare care controlează transcripția și factorii lor de legare găsiți pentru genele transcrise de ARN polimeraza II

Interacțiunile asupra transcripției genelor au făcut obiectul unui număr semnificativ de studii.

Semnalele de terminare a transcripției direcționate de ARN polimeraza II eucariotă sunt puțin înțelese. Cu toate acestea, există motive pentru a crede că semnalele de terminare sunt situate la o distanță considerabilă de capătul 3-terminal al regiunii de codificare a genelor eucariote. De exemplu, semnalele de terminare a transcripției pentru gena P-globină de șoarece se găsesc în mai multe locații la 1000-2000 de baze în aval de situsul la care are loc în mod normal poliadenilarea transcriptului. Se știu puține lucruri despre procesul de reziliere în sine. Nu se știe dacă factori proteici specifici, cum ar fi factorul p al bacteriilor, sunt implicați în terminare. -Sfârșitul matur este generat deja după ce transcrierea este completă, aparent în doi pași. După ce ARN polimeraza II trece prin regiunea care codifică capătul 3-terminal al transcriptului, transcriptul primar este scindat de ARN-endonuclează în regiunea de 15 baze de la secvența consens AAUAAA. Aparent, în transcrierile eucariote, secvența AAUAAA funcționează ca un semnal de tăiere a ARN. Capătul 3-terminal nou format este apoi poliadenilat în nucleoplasmă așa cum este descris mai jos.

ARN polimeraza III dependentă de ADN, care transcrie genele și ARN-urile nucleare mici (vezi capitolul 37), recunoaște un promotor de intragen situat direct în secvența transcrisă. În cazul genelor eucariote, funcția promotorului intragenului este realizată de două blocuri de secvențe interne separate. Ele sunt transcrise, stocate în regiunea matură într-o regiune foarte conservată și sunt implicate în formarea buclelor DHU și, respectiv, TPC (Fig. 37.11). La studierea structurii genelor ARNt in vitro, s-a arătat că, pentru a îndeplini funcții de promotor, distanța dintre două blocuri ar trebui să fie de 30-40 de perechi de baze. Transcripția este inițiată în regiunea dintre nucleotidele a 10-a și a 16-a înainte de blocul A. În ceea ce privește gena transcrisă și de ARN polimeraza III, a fost dezvăluită o interacțiune cu un factor de transcripție specific proteinei. Aparent, prin legarea la un promotor de intragen, acest factor interacționează cu ARN polimeraza III, controlând acuratețea locației centrului catalitic al enzimei la punctul de inițiere a transcripției.

Sinteza ADN, ARN și proteine

Tema prelegerii de astăzi este sinteza ADN-ului, ARN-ului și proteinelor. Sinteza ADN-ului se numește replicare sau reduplicare (dublare), sinteza ARN se numește transcripție (rescriere cu ADN), sinteza proteinelor efectuată de un ribozom pe ARN mesager se numește traducere, adică traducem din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizi.

Vom încerca să facem o scurtă privire de ansamblu asupra tuturor acestor procese, în același timp să ne oprim mai în detaliu asupra detaliilor moleculare, pentru a vă face o idee despre profunzimea la care a fost studiat acest subiect.

Replicarea ADN-ului

Molecula de ADN, formată din două elice, se dublează în timpul diviziunii celulare. Dublarea ADN-ului se bazează pe faptul că atunci când firele sunt nerăsucite, se poate completa o copie complementară pentru fiecare catenă, obținându-se astfel două catene ale moleculei de ADN care o copiază pe cea originală.

Unul dintre parametrii ADN este indicat și aici, acesta este pasul helixului, există 10 perechi de baze pentru fiecare tură completă, rețineți că un pas nu este între cele mai apropiate margini, ci printr-unul, deoarece ADN-ul are un mic șanț și una mare. Proteinele care recunosc secvența de nucleotide interacționează cu ADN-ul prin canalul major. Pasul helixului este de 34 de angstromi, iar diametrul helixului dublu este de 20 de angstromi.

Replicarea ADN-ului este realizată de enzima ADN polimeraza. Această enzimă este capabilă să crească ADN doar la capătul 3’. Vă amintiți că molecula de ADN este antiparalelă, capetele sale diferite se numesc capătul 3΄ și capătul 5΄. În timpul sintezei de noi copii pe fiecare șuviță, o nouă șuviță este alungită în direcția de la 5΄ la 3΄, iar cealaltă în direcția de la 3΄ la 5-terminal. Cu toate acestea, ADN polimeraza nu poate extinde capătul 5΄. Prin urmare, sinteza unei catene de ADN, cea care crește într-o direcție „convenabilă” pentru enzimă, se desfășoară continuu (se numește catena principală sau conducătoare), iar sinteza celeilalte catene se realizează pe scurt fragmente (se numesc fragmente Okazaki în onoarea omului de știință care le-a descris). Apoi aceste fragmente sunt cusute împreună, iar un astfel de fir se numește fir întârziat, în general, replicarea acestui fir este mai lentă. Structura care se formează în timpul replicării se numește furca de replicare.

Dacă ne uităm la ADN-ul replicat al unei bacterii, iar acest lucru poate fi observat la microscopul electronic, vom vedea că mai întâi formează un „ochi”, apoi se extinde, în cele din urmă întreaga moleculă circulară de ADN este replicată. Procesul de replicare are loc cu mare precizie, dar nu absolut. ADN polimeraza bacteriană face greșeli, adică introduce nucleotida greșită care se afla în molecula de ADN șablon, aproximativ la o frecvență de 10-6. La eucariote, enzimele funcționează mai precis, deoarece sunt mai complexe, nivelul de erori în replicarea ADN-ului la om este estimat la 10-7 - 10 -8. Precizia replicării poate fi diferită în diferite regiuni ale genomului, există regiuni cu o frecvență crescută a mutațiilor și există regiuni care sunt mai conservatoare, unde mutațiile apar rar. Și în aceasta, ar trebui să se distingă două procese diferite: procesul de apariție a unei mutații ADN și procesul de fixare a mutației. La urma urmei, dacă mutațiile duc la un rezultat letal, ele nu vor apărea în generațiile următoare, iar dacă eroarea nu este fatală, va fi remediată în generațiile următoare și vom putea observa și studia manifestarea ei. O altă caracteristică a replicării ADN-ului este că ADN polimeraza nu poate începe procesul de sinteză de la sine, are nevoie de o „sămânță”. De obicei, un fragment de ARN este utilizat ca o astfel de sămânță. Dacă vorbim despre genomul unei bacterii, atunci există un punct special numit originea (sursa, începutul) replicării, în acest moment există o secvență care este recunoscută de enzima care sintetizează ARN-ul. Aparține clasei de ARN polimeraze, iar în acest caz se numește primază. ARN polimerazele nu au nevoie de semințe, iar această enzimă sintetizează un fragment scurt de ARN - însăși „sămânța” cu care începe sinteza ADN-ului.

Transcriere

Următorul proces este transcrierea. Să ne oprim asupra ei mai detaliat.

Transcripția este sinteza ARN pe ADN, adică sinteza unei catene complementare de ARN pe o moleculă de ADN este realizată de enzima ARN polimerază. Bacteriile, cum ar fi Escherichia coli, au o singură ARN polimerază și toate enzimele bacteriene sunt foarte asemănătoare între ele; in organismele superioare (eucariote) exista mai multe enzime, se numesc ARN polimeraza I, ARN polimeraza II, ARN polimeraza III, au si asemanari cu enzimele bacteriene, dar sunt mai complicate, contin mai multe proteine. Fiecare tip de ARN polimerază eucariotă are propriile sale funcții speciale, adică transcrie un anumit set de gene. Catenul de ADN care servește ca matriță pentru sinteza ARN în timpul transcripției se numește sens sau șablon. Cea de-a doua catenă de ADN se numește non-coding (ARN-ul complementar nu codifică proteine, este „fără sens”).

Există trei etape în procesul de transcriere. Prima etapă este inițierea transcripției - începutul sintezei unei catene de ARN, se formează prima legătură între nucleotide. Apoi firul se formează, alungirea sa - alungire, iar când sinteza este finalizată, are loc terminarea, eliberarea ARN-ului sintetizat. În același timp, ARN polimeraza „desprinde” ADN-ul și este gata pentru un nou ciclu de transcripție. ARN polimeraza bacteriană a fost studiată în detaliu. Este format din mai multe subunități proteice: două subunități α (acestea sunt subunități mici), subunități β și β΄ (subunități mari) și subunități ω. Împreună formează așa-numita enzimă minimă sau enzimă-core. Subunitatea σ poate fi atașată la această enzimă de bază. Subunitatea σ este necesară pentru a începe sinteza ARN, pentru a iniția transcripția. După ce a avut loc inițierea, subunitatea σ este desprinsă de complex, iar miezul-enzima efectuează lucrări ulterioare (alungirea lanțului). Când este atașată la ADN, subunitatea σ recunoaște locul în care ar trebui să înceapă transcripția. Se numește promotor. Un promotor este o secvență de nucleotide care indică începutul sintezei ARN. Fără subunitatea σ, miezul-enzima nu poate fi recunoscută de promotor. Subunitatea σ împreună cu enzima de bază se numește enzimă completă sau holoenzimă.

După ce a contactat ADN-ul, și anume, promotorul pe care subunitatea σ l-a recunoscut, holoenzima desfășoară helixul dublu catenar și începe sinteza ARN-ului. Întinderea ADN-ului nerăsucit este punctul de inițiere a transcripției, prima nucleotidă la care trebuie atașată complementar o ribonucleotidă. Este inițiată transcripția, subunitatea σ pleacă, iar enzima de bază continuă alungirea lanțului de ARN. Apoi are loc terminarea, miezul-enzima este eliberat și devine pregătit pentru un nou ciclu de sinteză.

Cum se alungește transcripția?

ARN-ul crește la capătul 3’. Prin atașarea fiecărei nucleotide, miezul-enzima face un pas de-a lungul ADN-ului și se deplasează cu o nucleotidă. Deoarece totul în lume este relativ, putem spune că enzima-nucleu este imobilă, iar ADN-ul este „târât” prin ea. Este clar că rezultatul va fi același. Dar vom vorbi despre mișcarea de-a lungul moleculei de ADN. Dimensiunea complexului proteic care constituie enzima de bază este de 150 Ǻ. Dimensiunile ARN polimerazei - 150×115×110Ǻ. Adică este o astfel de nanomașină. Viteza ARN polimerazei este de până la 50 de nucleotide pe secundă. Complexul enzimei centrale cu ADN și ARN se numește complex de alungire. Conține un hibrid ADN-ARN. Adică, acesta este locul în care ADN-ul este asociat cu ARN, iar capătul 3’ al ARN-ului este deschis pentru creștere ulterioară. Dimensiunea acestui hibrid este de 9 perechi de baze. Regiunea nerăsucită a ADN-ului are aproximativ 12 perechi de baze.

ARN polimeraza legată de ADN în fața locului nerăsucit. Această regiune se numește duplex ADN frontal și are o lungime de 10 perechi de baze. Polimeraza este, de asemenea, asociată cu o porțiune mai lungă de ADN numită duplex ADN din spate. Dimensiunea ARN-urilor mesager care sintetizează ARN polimeraze în bacterii poate ajunge la 1000 de nucleotide sau mai mult. În celulele eucariote, dimensiunea ADN-ului sintetizat poate ajunge la 100.000 sau chiar câteva milioane de nucleotide. Adevărat, nu se știe dacă ele există în astfel de dimensiuni în celule sau în procesul de sinteză pot avea timp să le proceseze.

Complexul de alungire este destul de stabil, deoarece el trebuie să facă o treabă grozavă. Adică, de la sine, nu va „cădea” cu ADN-ul. Este capabil să se deplaseze prin ADN cu o viteză de până la 50 de nucleotide pe secundă. Acest proces se numește deplasare (sau translocare). Interacțiunea ADN-ului cu ARN polimeraza (nucleu-enzimă) nu depinde de secvența acestui ADN, spre deosebire de subunitatea σ. Iar miezul-enzima, când trece prin anumite semnale de terminare, completează sinteza ADN-ului.

Să analizăm mai detaliat structura moleculară a miezului-enzimei. După cum sa menționat mai sus, enzima de bază constă din subunități α și β. Ele sunt conectate în așa fel încât formează, parcă, o „gură” sau „gheară”. Subunitățile α sunt situate la baza acestei „gheare” și îndeplinesc o funcție structurală. Ele nu par să interacționeze cu ADN și ARN. Subunitatea ω este o proteină mică care are și o funcție structurală. Cea mai mare parte a lucrării cade pe ponderea subunităților β și β΄. În figură, subunitatea β΄ este prezentată în partea de sus, iar subunitatea β este prezentată în partea de jos.

În interiorul „gurii”, care se numește canalul principal, se află locul activ al enzimei. Aici are loc conexiunea nucleotidelor, formarea unei noi legături în timpul sintezei ARN. Canalul principal în ARN polimerază este locul unde se află ADN-ul în timpul alungirii. Chiar și în această structură, există un așa-numit canal secundar pe lateral, prin care sunt furnizate nucleotidele pentru sinteza ARN.

Distribuția sarcinilor pe suprafața ARN polimerazei asigură funcțiile acesteia. Distribuția este foarte logică. Moleculă acid nucleicîncărcat negativ. Prin urmare, cavitatea canalului principal, unde ar trebui să fie păstrat ADN-ul încărcat negativ, este căptușită cu sarcini pozitive. Suprafața ARN polimerazei este făcută cu aminoacizi încărcați negativ pentru a preveni lipirea ADN-ului de ea.

ARN-polimeraza funcționează ca o mașină moleculară și are diverse părți, fiecare îndeplinește propria sa funcție. De exemplu, partea subunității β΄ care atârnă deasupra „gurii” deține duplexul de ADN înainte. Această parte se numește „clapa”. După legarea de ADN, clapeta este coborâtă printr-o cale de 30 de angstromi și prinde ADN-ul astfel încât să nu cadă în timpul procesului de transcripție.

în interiorul „gurii” există un centru activ al ARN polimerazei, adică locul în care are loc direct interacțiunea complementară a ribonucleoizdtrifosfatului primit prin canalul lateral cu matricea ADN. Dacă nucleotida nou sosită este complementară șablonului, atunci este suturată enzimatic la capătul liber de 3" al ARN-ului. Prin natura sa, reacția de formare a unei noi legături în ARN se referă la reacții de substituție nucleofilă. Doi ioni de magneziu participă în ea.Un ion se află constant în centrul activ, iar al doilea ionul de magneziu intră cu nucleotida și, după formarea unei noi legături între ribonucleotide, pleacă, apoi noua nucleotidă intră cu noul său ion de magneziu.

La ieșirea din ARN polimerază, hibridul ADN-ARN trebuie să fie deztors. Aceasta implică o structură numită „spic”.

În translocare, adică mișcarea ARN polimerazei de-a lungul catenei de ADN, este implicată o structură elicoială α, care se ridică din subunitatea β de jos în sus.

Cum ați aflat care parte a enzimei îndeplinește ce rol? Intră biologii moleculari în felul următor. Ei îndepărtează o parte din secvența proteinelor și văd ce funcție lipsește. S-a demonstrat că dacă un fragment din clemă este aruncat (nu se știa încă că ține ADN-ul când a fost aruncat), atunci ADN-ul nu s-ar lipi. Același rezultat se obține dacă ADN-ul duplexului frontal este îndepărtat. Restul - hibridul ARN-ADN și duplexul din spate - sunt slab asociate cu ARN polimeraza.

Se știe că magneziul coordonează legătura dintre fosfații moleculei de ADN în creștere și fosfații nucleotidelor nou primite. În acest caz, are loc o succesiune de reacții, numite reacții de substituție nucleofilă. Se știe cum se schimbă legăturile din acest complex. Noua nucleotidă ajunge prin legarea de un alt ion de magneziu. Noua nucleotidă interacționează astfel cu catena de ADN în creștere. La sfârșitul reacției, un al doilea ion de magneziu este îndepărtat din locul activ al enzimei.

ARN polimeraza este un reprezentant al mașinilor moleculare. În plus față de faptul că poarta este coborâtă la începutul sintezei ADN, conformația altor părți ale ARN sintetazei se modifică; în timpul creșterii lanțului de ARN, apar modificări ciclice, nu la fel de puternice ca la începutul sinteza lanţului. La început, poarta este coborâtă cu 30 Ǻ, iar cu fiecare pas a enzimei, ADN-ul este extins cu câte o nucleotidă. Elementul ARN polimerază F-helix (structură alfa-helix, ascuțire de la subunitatea beta în sus în canalul principal) este implicat în deplasarea de-a lungul ADN-ului. În același timp, helixul F se îndoaie, se mișcă împreună cu complexul ARN-ADN, este eliberat din ele și se îndreaptă din nou. Helixul F se mișcă într-un singur pas cu 3,4 Ǻ. Acesta este exact pasul ARN polimerazei.

Schimbarea conformațională diverse părți ARN polimeraza apare prin modificarea energiei potențiale, care este asociată cu interacțiuni electrostatice și hidrofobe. Putem trage următoarea analogie. Dacă luăm o tavă cu un deal de mere, atunci după ce scuturăm această tavă, merele se vor întinde uniform peste tavă. În același timp, energia lor potențială asociată cu acțiunea gravitației se va modifica. Dacă molecula de ARN sintetază este „agitată” (și „agitată”, ca toate celelalte molecule din celulă, mișcarea browniană), atunci va începe să capete o conformație cu o energie potențială mai mică. Adică, sursa mișcării unei mașini moleculare este energia mișcării termice a componentelor sale individuale, iar dispozitivul mașinii este astfel încât această mișcare să conducă la rezultatul dorit. În acest caz, mașina moleculară consumă energie, care este folosită în principal pentru a schimba starea anumitor legături.

Acum să ne concentrăm asupra inițierii transcripției. După cum sa menționat deja, inițierea se realizează cu participarea subunității σ. Interacționează cu o structură ADN numită promotor. Are o astfel de structură în Escherichia coli. Zece nucleotide înainte de punctul de inițiere este caseta TATA. Aceasta nu este neapărat secvența, dar este secvența „ideală” pentru interacțiunea cu subunitatea σ, adică cea cu care transcrierea este inițiată cel mai eficient. Înlocuirea nucleotidelor individuale în această secvență reduce eficiența inițierii transcripției. Încă aproximativ 35 de nucleotide înainte de a fi o structură numită „-35”. Această secvență este recunoscută și de subunitatea σ. Această structură (o combinație a secvențelor „-10” și „-35”) a fost numită promotor clasic, deoarece ea a fost descrisă prima. Dar s-a dovedit că dispozitivul promotor poate fi diferit. Această variantă include aceeași casetă TATA, dar nu are secvența „-35”, totuși există două nucleotide suplimentare, ceea ce este suficient pentru ca subunitatea σ să recunoască promotorul.

Această structură se numește promotor extins. Subunitatea σ a ARN polimerazei se află pe un promotor din ADN și interacționează cu diferite părți ale moleculei proteice cu părți ale promotorului. Este recunoscut de subunitatea σ prin canalul major ADN. După ce subunitatea σ din enzima de bază se leagă de promotor, ADN-ul din această regiune începe să se topească (catenele de ADN se desfășoară). În ultima prelegere, s-a discutat despre asta în pereche Conexiune A-Tîntre nucleotide se rup mai ușor decât într-o pereche G-C, deoarece aceasta din urmă conține 3 legături de hidrogen, iar primele două. Promotorul conține perechi A-T, deci se topește destul de ușor. Și apoi începe sinteza ARN, lanțul de ARN în creștere împinge subunitatea σ și apar alte modificări care fac ca subunitatea σ să se disocieze de enzima de bază.

Acum să dăm un exemplu despre modul în care sunt studiate funcțiile diferitelor părți ale unei proteine. Dacă tăiați o bucată mică de proteină și vedeți cum s-au schimbat funcțiile proteinei, atunci puteți înțelege care au fost funcțiile bucății tăiate. În cazul nostru, am procedat altfel. Am luat două ADN polimeraze, una a fost luată de la Escherichia coli, iar cealaltă de la o bacterie iubitoare de căldură (termofilă), care crește la 800 C, (în condiții de laborator sunt crescute într-un balon care se află într-un termostat aproape în fierbere). apă, în condiții naturale trăiesc în izvoare termale, există cele care pot trăi la 98 ° C), prin urmare, funcționarea optimă a ARN polimerazei și a subunității σ este de 80 ° C (în figură, subunitatea σ a unei bacterii termofile este prezentată cu roșu, iar E. coli este galben), iar în E. bastoanele funcționează cel mai eficient la temperatura corpului uman (din moment ce trăiește în intestine). Subunitatea sa σ are doar patru părți, proteina a fost tăiată și această subunitate σ a fost fuzionată cu o bucată din subunitatea σ a unei bacterii termofile. Și apoi au fost introduse diferite bucăți dintr-o bacterie termofilă, înlocuind diferite fragmente ale subunității σ cu ele. S-a analizat apoi dacă proteina de fuziune rezultată a fost activă la 200°C sau nu. O bacterie termofilă nu funcționează la această temperatură, este prea rece pentru ea, iar E. coli este activă. Figura arată că la o anumită temperatură funcționează doar acea combinație, în care subunitatea σ are prima și a doua parte din Escherichia coli, iar a treia și a patra din bacterii termofile. Astfel, se ajunge la concluzia că temperatura de funcționare a subunității σ este determinată de prima și a doua componentă.

De fapt, nu o proteină este tăiată, ci ADN-ul, apoi bucăți de ADN de la diferite bacterii sunt cusute împreună și apoi injectate într-o bacterie, unde, atunci când această parte a ADN-ului este activată, este sintetizată o proteină hibridă. Această tehnologie aparține ingineriei genetice, a fost dezvoltată în anii 70.

O altă caracteristică a transcripției este că enzima de bază a unei celule bacteriene este aceeași, în timp ce subunitățile σ pot fi diferite. E. coli are doar 7 subunități σ, recunosc diferiți promotori. De ce este nevoie de asta? Dacă o celulă trebuie să schimbe urgent sinteza proteinelor de la un grup de gene la altul, poate folosi diferite subunități σ. De exemplu, există gene de șoc termic, dacă E. coli este încălzită într-o stare în care devine foarte dificil pentru ea să trăiască, pornește un sistem de urgență de rezistență la șoc termic, rezistență la distrugerea care a avut loc în celulă . Acest sistem include un set de gene care în mod normal nu ar trebui să funcționeze, aceste gene au propriul promotor special. Și apoi o altă subunitate σ, nu cea principală, este sintetizată și activează aceste gene. Adică, o schimbare într-o subunitate este o schimbare în programul genelor. Acesta este un mod de reglare a activității genelor.

Difuzare

Să trecem la traducere - sinteza proteinelor. Este realizat de ribozomi. Ribozomul este format din două subunități: mare și mică.

Fiecare subparticulă constă din câteva zeci de proteine, fiecare dintre ele a fost deja studiată, se știe cum fiecare proteină este împachetată într-o subparticulă. În studiul proteinelor se utilizează metoda electroforezei, adică într-un câmp electric într-un gel special sau un purtător special, moleculele proteice sunt separate în funcție de sarcina și greutatea lor moleculară, adică sub influența câmpului. , încep să se miște și se pot îndepărta unul de celălalt la distanțe diferite. O altă metodă de separare a proteinelor este cromatografia, în urma căreia se obțin pete pe purtător, fiecare dintre acestea corespunzând unei proteine ​​separate.

Proteinele din ribozom sunt ținute pe o schelă constând din ARN ribozomal. Formarea ribozomului începe cu faptul că ARN-ul ribozomal se pliază și proteinele încep să se lipească de el într-o anumită ordine. Figura prezintă ARN ribozomal. În ea, secțiunile auto-complementare ale perechii de catene de ARN, formând ace de păr (structură secundară), iar apoi pliurile ARN (structura terțiară a ARN), formând un cadru de subparticule.

Un alt tip de ARN implicat în sinteza proteinelor este ARN de transfer (ARNt). Moleculele de ARNt sunt relativ mici (comparativ cu ARN-ul ribozomal sau mesager). Toate ARNt au o structură secundară comună. Datorită împerecherii regiunilor complementare ale moleculei de ARNt, se formează trei „tulpini” cu bucle la capete și o „tulpină” formată de capetele 5’ și 3’ ale moleculei de ARNt (uneori se formează o a cincea buclă suplimentară) . Imaginea acestei structuri arată ca o cruce sau o frunză de trifoi. „Capul” de pe această foaie este reprezentat de o buclă anticodon, aici este anticodo - acele trei nucleotide care interacționează complementar cu codonul din ARNm. Tulpina opusă buclei anticodon, formată din capetele moleculei, se numește tulpina acceptor - aici este atașat aminoacidul corespunzător. ARNt-urile și aminoacizii potriviți sunt recunoscuți de enzime speciale numite aminoacil-ARNt sintetaze. Fiecare aminoacid are propria sa aminoacil-ARNt sintetaza.

Ribozomul conține ARN mesager (ARNm). Un anticodon este legat complementar de un codon (trei nucleotide) de ARNm. transfer ARN de care atârnă restul de aminoacizi. Figura prezintă o astfel de structură (ARNt împreună cu un aminoacid numit aminocil-ARNt).

Procesul de translație, precum și procesul de transcripție, sunt asociate cu mișcarea de-a lungul moleculei de acid nucleic, diferența este că ribozomul trec trei nucleotide, în timp ce ARN polimeraza face una.

Aminocil t-ARN intră în ribozom, legându-se complementar de codonul ARNm, apoi are loc o reacție în care reziduurile de aminoacizi se leagă între ele și t-ARN este îndepărtat.

„Dicționarul” pentru traducerea din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizilor se numește cod genetic. Aminoacizi - 20, nucleotide - 4, numărul de combinații de 4 cu 2 = 16 și aminoacizi 20, deci codificarea nu este de două, ci de trei litere, fiecare triplu se numește codon. Fiecare aminoacid este codificat de trei nucleotide în ARNm (care la rândul său este codificat de ADN).

În tabelul din figură, coloanele laterale codifică literele din stânga și dreapta ale codonului, rândul de sus - cel din mijloc. De exemplu, codonul AUG codifică aminoacidul metionină. Numărul de combinații de la 4 la 3 = 64, adică unii aminoacizi sunt codificați de mai mulți codoni. Trei codoni nu codifică niciun aminoacid, ei se numesc codoni de terminare. Când ajung în ARNm, ribozomul își oprește activitatea și lanțul polipeptidic terminat este aruncat afară.

Tabelul codurilor genetice a fost întocmit în anii 60. Începutul l-au pus Nirenberg și Mattei. Ei au încercat să efectueze experimente in vitro pe extracte celulare la care s-au adăugat șabloane artificiale de ARN. La acea vreme se credea că codonii cu un singur nucleotide (UUU sau AAA) nu codificau aminoacizi. Nirenberg și Mattei au folosit poliU-ARN (adică format numai din uracili) ca control în experimentele lor, dar în acest tub a avut loc reacția. A devenit clar că codonul UUU codifică aminoacidul fenilalanină. Apoi a fost alcătuit un tabel cu codul genetic.

Codul genetic este universal. Este același pentru toate microorganismele. Există mici diferențe în codul genetic al mitocondriilor.

Codul genetic este un tabel de corespondență dintre codoni și aminoacizi. Când jurnaliștii scriu că codul genetic uman a fost recent descifrat, aceasta este o greșeală terminologică grosolană. Codul genetic uman a fost descifrat în același timp cu toate celelalte ființe vii - în anii 60 ai secolului XX. Genomul uman, adică secvența completă de nucleotide a tuturor moleculelor de ADN, a fost recent descifrat.

Prelegerea a folosit imagini ale ARN polimerazei furnizate de Andrey Kulbachinsky (Institut genetica moleculara RAS).

Bibliografie

Pentru pregătirea acestei lucrări s-au folosit materiale de pe site-ul http://bio.fizteh.ru.

Proteinele sunt sintetizate din douăzeci de aminoacizi, ai căror precursori sunt diverși intermediari ai catabolismului, dându-și scheletele de carbon. Toți aminoacizii (Fig. 8.15, A) sunt împărțite în grupe în funcție de originea lor biosintetică. Sinteza aminoacizilor din grupa acidului glutamic (acid glutamic, glutamina, arginina, prolina) provine din a-cetoglutarat, un intermediar al ciclului Krebs. Un alt intermediar TCA, oxaloacetat, inițiază un lanț de reacții care duc la formarea acidului aspartic, asparaginei, metioninei, treoninei, izoleucinei și lizinei (grupul acidului aspartic). Sinteza unui grup de aminoacizi aromatici (triptofan, fenilalanină și tirozină) încep cu condensarea PEP din calea glicolitică și eritroza-4-fosfat din calea pentozei fosfat. Alți intermediari ai glicolizei, 3-FHA și piruvatul, dau naștere la reacții care conduc la sinteza aminoacizilor din grupa serinei (serină, glicină, cisteină) și respectiv a grupului acid piruvic (alanină, valină, leucină). Biosinteza histidinei este foarte diferită de sinteza altor aminoacizi și este strâns legată de căile de formare a purinelor. Cei doi atomi de carbon ai inelului imidazol cu ​​cinci membri și cei trei atomi de carbon ai lanțului lateral provin din fosforibozil pirofosfat. Fragmentul C-N al acestui inel este format din nucleul purinic al ATP, iar celălalt atom de azot din glutamina.

Formarea unui număr de compuși importanți care conțin azot în celulă este asociată cu căile de biosinteză a aminoacizilor. Deci, acizii para-oxibenzoici și para-aminobenzoici se formează pe căile de biosinteză a unui grup de aminoacizi aromatici, poliamine (putrescină, spermidină, spermină) - grupe de acid glutamic, acizi diaminopimelic și dipicolinic - grupe de acid aspartic, pantotenic acid - grupe ale acidului piruvic, iar purinele și porfirinele sunt grupări serine.

Biosinteza proteinelor (Fig. 8.15, b) are loc în procesul de translație și pentru implementarea acestuia necesită prezența nu numai a enzimelor și monomerilor (aminoacizi), ci și a unei matrice (molecule de ARNm) care specifică secvența de adăugare a aminoacizilor la lanțul de creștere, precum și a unei purtător specific pentru activarea monomerului și selectarea acestuia în conformitate cu un cod dat (ARNt). Codul genetic este universal pentru toate organismele vii; în el, fiecare triplet de nucleotide denotă un aminoacid specific. Activarea unui aminoacid se realizează prin atașarea acestuia la „propriul” ARNt cu cheltuirea energiei ATP. Molecula de ARNt are o regiune care leagă un aminoacid, o buclă,

Orez. 8.15. Sinteza proteinei:

A- formula generalizată a aminoacizilor; 6 - procesul de translație care recunoaște un trio de nucleotide pe ARNm și locurile de atașare la ribozom și enzimă. „Traducerea” semnelor codului genetic al secvenței de nucleotide ARNm în literele lanțului de aminoacizi a proteinei (traducerea) este efectuată de ribozom. Ribozomul asigură interacțiunea între cele trei nucleotide ale ARNm, ARNt încărcat cu aminoacidul corespunzător și enzima peptidil transferază, care formează legături peptidiceîntre ultimul aminoacid al polipeptidei în creștere și aminoacidul nou sosit. ARNt-ul eliberat este ejectat din ribozom, iar ARNm-ul este „tras” prin ribozom, astfel încât următorul trio de nucleotide să fie înăuntru. Translația continuă până când ribozomul ajunge la un loc special de terminare pe molecula de ARNm, unde lanțul polipeptidic se separă de ribozom, iar ribozomul însuși se descompune în subunități. De obicei, un număr mare de ribozomi sunt atașați la o moleculă de ARNm, formând un polizom (Fig. 8.16).

Lanțul polipeptidic, care crește de la capătul N-terminal (gruparea amino) la capătul C-terminal (gruparea carboxil), iese din ribozom, se pliază într-un anumit fel. Datorită formării legăturilor de hidrogen între diferite resturi de aminoacizi, secțiunile polipeptidei capătă o structură secundară sub formă de spirală sau plan. Aceste secțiuni sunt pliate

Orez. 8.16.

într-o formațiune tridimensională (structură terțiară) susținută de interacțiuni disulfurice și hidrofobe. Combinarea mai multor dintre aceste molecule duce la formarea unei structuri cuaternare. Multe proteine ​​prezintă activitate enzimatică numai în timpul formării structurilor terțiare și cuaternare. Traducerea procariotelor poate începe chiar înainte de finalizarea procesului de transcripție.