Bazele biologiei moleculare
3.1 Materialul teoretic și ilustrativ
3.2 Sarcini de testare
Materialul teoretic și ilustrativ Viața este o modalitate de existență a biopolimerilor, dintre care principalele sunt proteine și acizi nucleici.
Proteinele reprezintă principalul material de construcție al celulei (funcția de platină) și controlează toate procesele metabolice ale celulei (funcția enzimatică sau catalitică). În plus, proteinele îndeplinesc alte funcții importante în celulă: musculoscheletală (actină, miozină, tubulină), receptor, transport, reglementare etc.)
În structura lor, toate proteinele sunt polipeptide și constau din aminoacizi legați prin legături peptidice (structura primară a proteinei). Diversitatea proteinelor este determinată de compoziția de aminoacizi, de ordinea aminoacizilor și de numărul acestora. Lanțul polipeptid își schimbă aranjamentul spațial, se răsucește într-o helix și este ținut de legăturile de hidrogen (structura secundară) - o astfel de structură are proteine fibrilare. Multe proteine iau o formă globulară (globulară) datorită formării legăturilor intramoleculare suplimentare (sulfură, altele hidrofobe) - astfel încât structura terțiară a proteinei apare. O proteină complexă (de exemplu, hemoglobina) poate include mai multe structuri globulare (structura cuaternară) și conține o componentă non-proteică. Molecula proteică este capabilă să simplifice organizarea (din IV → I) și să restabilească nivele mai ridicate atunci când mediul se schimbă (denaturare și renaturare); dacă structura primară este distrusă, renaturarea este imposibilă (denaturare ireversibilă).
Funcția de acid nucleic operează genetic (ADN) și sunt implicate în implementarea informației genetice (ARN). moleculele de ADN și ARN sunt similare în structură. Această polinucleotide Chida (monomer nucleotidă), care diferă în glucide (riboză și deoxiriboză), iar una dintre cele patru baze azotate (T-ADN, ARN-Y). In plus, ADN-ul este format din două lanțuri polinucleotidice și ARN - unul. Nucleotidele sunt conectate într-un legături cu lanț apărute între restul de acid fosforic și printr-un fosfat carbohidrat, în care carbonul din poziția 5 otida nukle- ulterioară conectează carbonul din poziția 3 a celui anterior. ADN-polimeraza de enzimă adaugă nucleotide numai într-o singură direcție, și anume de 2 - primul la treilea - la a 2. Astfel, elongație (creștere) circuit este întotdeauna în aceeași direcție, de la 5 „→ 3“, circuitul de pornire este denumit capătul 5 ', iar la sfârșit - capătul 3'. Molecula de ADN (. Figura 38) sunt catene antiparalele, nucleotide opuse lanțuri legate între ele prin regula de complementaritate (A-T, G-C).
Depozitarea informațiilor genetice
Semnificația informației genetice (structura proteinelor) este realizată în structura ADN-ului, adică. E. Din care nucleotidele sunt parte a moleculei, cât de multe și modul în care acestea sunt aranjate (într-o secvență de), va determina care aminoacizii vor deveni parte din - lipeptida, câți dintre ei vor fi și în ce ordine acestea sunt aranjate Bu DUT (de obicei coliniaritate). In plus, molecula de ADN conține porțiuni de secvențe de nucleotide care definesc structura ARNr si ARNt (genele ARNt și ARNr). Genele concentrate in gâtuirile cromozomi secundari.
Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor genetice, care permite translatarea directă și inversă a informațiilor și utilizarea lor în procesul de viață a celulelor. Proprietățile codului genetic:
universalitate - aceasta înseamnă că, în toate organismele, informațiile ereditare sunt criptate în același mod;
triplet - unitatea codului genetic este un triplet de nucleotide - codonul, care transporta informații elementare - despre un aminoacid;
redundanță (degenerare) - aceasta înseamnă că un aminoacid poate avea mai multe tripleți de cod (serină, alanină, etc.). Doar triptofanul și metionina au un codon (Tabelul 3);
Non-suprapunerea înseamnă că o nucleotidă poate face parte dintr-un singur triplă;
Unicitatea înseamnă că un codon corespunde unui singur aminoacid.
Transferul de informații genetice
Transferul informațiilor genetice are loc în stadiul de transcriere în sinteza ARNm (ARNm pro-mRNA), rRNA și tARN. Molecula ADN este o matrice pentru sinteza mRNA, rRNA, tARN.
Biosinteza proteinelor
Realizarea informațiilor genetice se realizează în procesul de biosinteză a proteinelor și constă din două etape: 1. transcripție (în carioplasmă); 2. traducere (în citoplasmă pe ribozomi).
Ambele etape se referă la procesele de matrice și necesită prezența unei matrice de molecule, a unei enzime specifice, a energiei și se desfășoară în conformitate cu regula complementarității. Porțiunea moleculei ADN, echivalentul structural-funcțional al genei pe care se produc procesele de transcriere, se numește cistron (vezi Figura 39); constă din secvențe corespunzătoare genei structurale și secvențe de reglare: un promotor și un terminator (remorcă).
Promotorul este un situs (site) specializat al unei molecule ADN (lungime de câteva zeci de nucleotide) situată în fața genei structurale. Promotorul constă din două părți: 1. situl de legare a ARN polimerazei (cutia TATAAT-TATA); 2. Locul de legare al proteinei reglatoare. Între aceste două situri o distanță de aproximativ 20 de perechi de nucleotide.
Terminatorul este un sit specializat al moleculei de ADN aflat direct în spatele secvenței de codificare. Prima parte a terminatorului este reprezentată de un segment format din nucleotide GS (situs bogat în GC), iar celălalt - mai multe nucleotide adenil (porțiune poliadenil).
transcriere
Transcripția este procesul de transfer al informațiilor sub forma unei secvențe de nucleotide dintr-o moleculă de ADN la o moleculă ARNm (mRNA). Se compune din trei etape: inițiere, alungire, terminare (Figura 39).
Inițierea începe cu legarea ARN polimerazei la promotor și începutul ruperii lanțurilor de ADN. Sinteza mARN începe la locul de lider al genei structurale, care constă din 3-12 nucleotide; începe cu nucleotidul A (în prokaryotes uneori G). În această etapă, ARNm-ul sintetizat este legat strâns de complexul transcripțional (o catenă ADN, ARN polimerază) și îl lasă cu ușurință. În acest caz, inițierea începe din nou. Apoi, ARN polimeraza se conformează, legarea mRNA la complexul transcripțional este stabilizată.
Elongație - ARN polimerază accelerează progresul său de-a lungul ADN, deconectând lanțurile și asigurând un compus nucleotidic complementar. Porțiunea sintetizată a moleculei ARNm este eliberată din complex, iar structura ADN dublu catenară este restabilită în spatele ARN polimerazei.
Terminarea - ARN polimeraza trece printr-o sectiune terminator care este bogata in GC in perechi, si apoi se ataseaza la ea insasi o proteina reglabila, dupa care complexul transcriptie se prabuseste, transcriptia inceteaza.
In procariote ARNms sunt sintetizate care poate servi imediat ca șablon pentru următoarea etapă a biosintezei proteinelor - oscilațiilor trans. În eucariotelor, datorită faptului că secvența de codificare a non-codare întreruptă, transcriptului primar poate servi ca șablon în traducere și în încă karyoplasm suferă proces complex de maturizare, care se numește prelucrare. prin care promatrichnaya ARN (ARNm pro) devine o matrice (ARNm) (Fig. 40).
Semnificația biologică a unei emisiuni - informații secvențial secvența de transfer ARNm nucleotidice pentru aminoacizii (descifrarea codului genetic) în formarea unui lanț polipeptidic (structura primară a moleculei de proteină). Transmisia are loc pe ribozomi localizate în membranele plasmatice gialo- sau EPS. In acest proces, participarea tuturor tipurilor de ARN: ARNm, ARNr, ARNt. Molecula se leagă la ARNm de la ribozom; Moleculele de ARNr fac parte dintr-o subunitate a ribozomului și îndeplini funcții specifice; ARNt transportă aminoacizii de la hyaloplasm la ribozomi. Compoziția include o varietate de subunitate a ribozomilor ARNr Diferențele consecventă constanta de sedimentare (unitate Svedberg - S). Deci, în subunitatea mică in procariote includ ARNr 16S și eucariotele - 18S ARNr, și a subunității mari în procariote includ 5S și ARNr 23S, ay 5S eucariote, 5.8S și 28S. În plus, compoziția include o varietate de proteine ribozomilor (la procariote - mai mult de 50 de molecule unice in eucariotelor - 70).
Set de ARNr și proteină determină constanta de sedimentare (S) subunități mici și mari ribozomale (30s în procariote și 50S și 40S eucariotelor, 60s) și constanta conductoare ob- sedimentarea (S) a ribozomilor (în procariote 70S, 80S eucariote). molecula ARNt (Figura 41.) - o relativ scurtă a moleculei, care constă din 71-94 nucleotide. 5'-end tipic începe cu nucleotida guanina (G), este fosforilat; 3'konets (site-ul acceptor) întotdeauna se termină secvența CCA (CCA) este conectat la gruparea -OH sau un aminoacid. In co-ARNt devin baze azotate neobișnuite (minor): inozină (Y), pseudouridine (Ψ), digidrouridin (D); frecvent metilat de obicei o bază de azot. Intramoleculară conexiune complementară conduc la configurația mations formare molecula „CLOVERLEAF“. porțiuni duble - ramuri (tulpini), și porțiuni monocatenare - în buclă. O astfel de Kim, cele 4 ramuri formate și trei bucle. Ramurile: acceptoare, D (de bază cuprinde D), anticodon, T (pseudouridine include). Buclă: D, T și anticodon.
Celula conține mai mult de 60 de tRNA diferiți. Recunoașterea tARN a aminoacidului său se numește recunoaștere, iar legarea cu acesta este o acceptare. Acele tRNA care sunt capabile să accepte același aminoacid sunt numite izoacceptor. Traducerea constă, de asemenea, din trei etape: inițierea, alungirea, terminarea (figura 42, de exemplu, procarioții).
Inițiere. Începutul sintezei matricei (traducere) are loc în etape:
1. legarea ARNm la subunitatea mică (30 uS) a ribozomului;
2. instalarea în centrul peptidil (P) al codonului inițial AUG (AUG);
3. legarea tRNA-formil-metioninei (tRNA-f-met) la codonul ASC (formarea complexului inițial);
4. adăugarea unei subunități mari (50S) a ribozomului;
5. Formarea complexului în aminoacil-codon anticodon (A) și centrul formării unei legături peptidice între prefectura-formil metioni- și al doilea aminoacid (formarea dipeptidei);
transpunere 6. ribozom (deplasare) de ARNm pentru un Plet tri- (primul ARNt paraseste ribozomului, ARNt a doua, care este legat de mișcări dipeptide de la A la F centru, iar noul codonul apare în A-centru).
Alungirea. Aprofilarea și accelerarea procesului de translație, care are ca rezultat creșterea lanțului de polipeptidă. Se compune din repetate etape:
1. transportul aminoacizilor în ribozom prin intermediul tARN;
2. formarea complexului codon-anticodon în centrul A și formarea unei legături peptidice între aminoacizi;
3. transpunerea ribozomului peste ARNm pentru un singur triplet.
Terminarea Sfârșitul emisiunii:
1. apariția în centrul A după următoarea transpunere a ribozomului codonului de terminare (UAA, UAG, UGA);
3. În centrul P, relația dintre tARN și ARNm este destabilizată și pierdută;
4. polipeptida este scindată din tARN;
5. mRNA părăsește ribozomul;
6. Ribozomul se disociază în subunități.
Reproducerea automată a ADN (un proces care duce la dublarea moleculelor de ADN) se numește replicare. Replicarea este necesară înainte de împărțirea celulei, astfel încât fiecare celulă fiică să aibă aceeași cantitate de informație ca celula mamă. Replicarea - sinteza matricei reacție TION, matricea este ADN-ul matern la procesul se desfășoară cu privire la regula complementarității, însă copil molecula părinte identic. În fiecare moleculă nouă, un lanț este cel vechi (mamă), care a servit drept matrice, iar al doilea este calea nou sintetizată, fiică (semiconservativă). Astfel, semnificația biologică a replicării ADN - celula de continuitate structurală și funcțională (stocarea specificitate celulară) atunci când joc similar.
Porțiunea moleculei ADN pe care are loc replicarea se numește repliconul. În procariote, repliconul este unul, iar în eucariote pot exista mai multe repliconi pe o moleculă de ADN. În regiunea repliconului, lanțurile sunt deconectate; zone care restricționează furcile replicon-replicative (Figura 43).
Procesul de replicare se desfășoară în moduri diferite pe căile opuse, precum și pe partea dreaptă și stângă a punctului de inițiere pe un lanț. Acest lucru este determinat de mai multe puncte:
1. Direcția deconectării circuitelor este aceeași pentru ambele circuite.
2. Lanțurile ADN sunt antiparalerale.
3. Deconectarea lanțurilor se face în ambele direcții de la punctul de inițiere (mijlocul repliconului).
4. Enzima ADN polimeraza funcționează într-o singură direcție, legând nucleotidele de poziția a 5-a a nucleotidelor ulterioare la cea de-a treia.
Ocazional, în celulă are loc o replicare a ADN-ului multiple, fără o diviziune ulterioară a celulei și există cromozomi giganți "multi-linie" care conțin sute și mii de molecule de ADN. Astfel de cromozomi se numesc polietilenă. Sensul biologic al polietenului este o creștere accentuată a numărului anumitor gene și, ca o consecință, o intensificare puternică a sintezei unei anumite proteine (vezi Figura 49).
