Biologija sinteze beljakovin v celici. Biosinteza beljakovin: na kratko in jasno

Vsaka celica vsebuje na tisoče beljakovin, vključno s tistimi, ki so značilne samo za to vrsto celic. Ker se v procesu življenja vsi proteini slej ko prej uničijo, mora celica nenehno sintetizirati beljakovine, da jih obnovi membrane, organoidi itd. Poleg tega številne celice "proizvajajo" beljakovine za potrebe celotnega organizma, na primer celice žlez z notranjim izločanjem, ki v kri izločajo beljakovinske hormone. V takih celicah je sinteza beljakovin še posebej intenzivna.

Sinteza beljakovin je energetsko zahtevna.

Vir te energije, pa tudi za vse celične procese, je ATF... Raznolikost funkcij beljakovin je odvisna od njihove primarne strukture, tj. zaporedje aminokislin v njihovi molekuli. Po drugi strani pa dedno informacije približno primarna struktura proteina je v zaporedju nukleotidov v molekuli DNA. Odsek DNK, ki vsebuje informacije o primarni strukturi ene beljakovine, se imenuje gen. En kromosom vsebuje informacije o strukturi več sto beljakovin.

Genetska koda.

Vsaka aminokislina v beljakovinah DNK ustreza zaporedju treh sosednjih nukleotidov - triplet. Do danes je bil sestavljen zemljevid genetske kode, torej je znano, katere tripletne kombinacije nukleotidov DNA ustrezajo eni ali drugi od 20 aminokislin, ki tvorijo beljakovine (slika 33). Kot veste, lahko DNA vsebuje štiri dušikove baze: adenin (A), gvanin (G), timin (T) in citozin (C). Število kombinacij od 4 do 3 je: 43 \u003d 64, to pomeni, da je mogoče kodirati 64 različnih aminokislin, medtem ko je kodiranih le 20 aminokislin. Izkazalo se je, da veliko aminokislin ne ustreza enemu, temveč več različnim trojčkom - kodonom.

Predpostavlja se, da ta lastnost genske kode poveča zanesljivost shranjevanja in prenosa genskih informacij med delitvijo celic. Na primer, 4 kodoni ustrezajo aminokislini alanin: CHA, CHG, CHT, CHC in izkazalo se je, da naključna napaka v tretjem nukleotidu ne more vplivati \u200b\u200bna strukturo beljakovin - še vedno bo alaninski kodon.

Ker molekula DNA vsebuje na stotine genov, nujno vključuje trojčke, ki so "ločila" in označujejo začetek in konec določenega gena.

Zelo pomembna lastnost genetske kode je specifičnost, to pomeni, da en triplet vedno pomeni samo eno samo aminokislino. Genetska koda je univerzalna za vse žive organizme, od bakterij do ljudi.
Prepis. Nosilec vseh genetskih informacij je DNK, ki se nahaja v celicah. Enaka sinteza beljakovin se pojavi v citoplazmi celice, na ribosomih. Od jedra do citoplazme prihajajo informacije o strukturi beljakovin v obliki messenger RNA (m-RNA). Da bi sintetizirali i-RNA, odsek DNA "odvijemo", despiraliziramo in nato v skladu z načelom komplementarnosti molekule RNA sintetiziramo na enem od verig DNA z uporabo encimov (slika 34). To se zgodi na naslednji način: proti na primer gvaninu molekule DNA postane citozin molekule RNA proti adeninu molekule DNA - uracilna RNA (ne pozabite, da je uracil vključen v RNA v nukleotidih namesto timina), nasproti timinske DNA - adeninske RNA in nasprotno DNA citozina - gvaninska RNA. Tako nastane veriga i-RNA, ki je natančna kopija druge verige DNA (le timin nadomestimo z uracilom). Tako se informacije o nukleotidnem zaporedju gena DNA "prepišejo" v zaporedje nukleotidov m-RNA. Ta postopek se imenuje transkripcija. Pri prokariontih lahko sintetizirane molekule m-RNA takoj začnejo interakcijo z ribosomi in začne se sinteza beljakovin. Pri evkariontih i-RNA v jedru sodeluje s posebnimi beljakovinami in se prek jedrske ovojnice prenese v citoplazmo.

Citoplazma mora imeti niz aminokislin, potrebnih za sintezo beljakovin. Te aminokisline nastanejo pri razgradnji prehranskih beljakovin. Poleg tega lahko ena ali druga aminokislina pride na mesto neposredne sinteze beljakovin, torej v ribosom, samo s pritrditvijo na posebno transportno RNA (t-RNA).

Transportne RNA.

Za prenos vsake vrste aminokisline v ribosom je potrebna ločena vrsta t-RNA. Ker beljakovine vsebujejo približno 20 aminokislin, obstaja enako število vrst t-RNA. Struktura vseh t-RNA je podobna (slika 35). Njihove molekule tvorijo svojevrstne strukture, ki spominjajo na list detelje. Vrste t-RNA se nujno razlikujejo po tripletu nukleotidov, ki se nahajajo "na vrhu". Ta triplet, imenovan antikodon, v skladu z genetsko kodo ustreza aminokislini, ki jo mora T-RNA prenesti. Poseben encim nujno veže na „listni pecelj“ aminokislino, ki jo kodira triplet, komplementarni antikodonu.

Oddaja.

V citoplazmi nastopi zadnja stopnja sinteze beljakovin - translacija. Na koncu m-RNA je nanizan ribosom, iz katerega je treba začeti sintezo beljakovin (slika 36). Ribozom se premika vzdolž molekule m-RNA s prekinitvami, "poskoči" in se na vsakem tripletu zadrži približno 0,2 s. V tem trenutku je ena od številnih t-RNA sposobna s svojim antikodonom "identificirati" triplet, na katerem je ribosom. In če je antikodon komplementaren tej trojni i-RNA, se aminokislina loči od "listnega lista" in je s peptidno vezjo pritrjena na rastočo beljakovinsko verigo (slika 37). V tem trenutku se ribosom v i-RNA premakne na naslednji triplet, kodira naslednjo aminokislino sintetiziranega proteina, naslednja t-RNA pa "prinese" potrebno aminokislino, ki gradi rastočo beljakovinsko verigo. Ta postopek se ponovi tolikokrat, kolikor število aminokislin naj vsebuje beljakovina v gradnji. Kadar je v ribosomu en nz trojček, ki je "signal za zaustavitev" med geni, se na tak triplet ne more pritrditi niti ena t-RNA, saj t-RNA nima antikodonov. Na tej točki se sinteza beljakovin konča. Vse opisane reakcije se pojavijo v zelo kratkem času. Ocenjuje se, da sinteza dokaj velike beljakovinske molekule traja le približno dve minuti.

Celica ne potrebuje ene, temveč veliko molekul vsake beljakovine. Torej, takoj ko se ribosom, ki je najprej začel sintezo beljakovin na i-RNA, premakne naprej, se za njim na isti i-RNA naniza drugi ribosom, ki sintetizira isti protein. Nato se na m-RNA zaporedoma nanizajo tretji, četrti ribosomi itd. Vsi ribosomi, ki sintetizirajo isti protein, kodiran v tej m-RNA, se imenujejo polisom.

Ko je sinteza beljakovin končana, lahko ribosom najde drugo i-RNA in začne sintetizirati protein, katerega struktura je kodirana v novi i-RNA.

Tako je prevod prevod nukleotidnega zaporedja molekule m-RNA v aminokislinsko zaporedje sintetiziranih beljakovin.

Ocenjuje se, da lahko vse beljakovine v telesu sesalcev kodirajo le z dvema odstotkoma DNK, ki ga vsebujejo njegove celice. In čemu služi preostalih 98% DNA? Izkazalo se je, da je vsak gen veliko bolj zapleten, kot so mislili prej, in vsebuje ne samo regijo, v kateri je kodirana struktura beljakovine, temveč tudi posebne regije, ki lahko "vklopijo" ali "izklopijo" delo vsakega gena. Zato so vse celice, na primer v človeškem telesu, ki imajo enak nabor kromosomov, sposobne sintetizirati različne beljakovine: v nekaterih celicah se beljakovine sintetizirajo s pomočjo nekaterih genov, v drugih pa sodelujejo popolnoma drugi geni. Torej se v vsaki celici uresniči le del genetskih informacij, ki jih vsebujejo njeni geni.

Sinteza beljakovin zahteva sodelovanje velikega števila encimov. In vsaka posamezna reakcija sinteze beljakovin zahteva posebne encime.

Gene. Genetska koda. Triplet. Codon. Prepis. Antikodon. Oddaja. Polisom.

1. Kaj je transkripcija?
2. Kaj je oddajanje?
3. Kje poteka prepis in prevod?
4. Kaj je polisom?
5. Zakaj le del genov "deluje" v različnih celicah katerega koli organizma?
6. Ali lahko obstaja celica, ki ni sposobna samostojne sinteze snovi?

Kamensky A.A., Kriksunov E.V., Pasechnik V.V. Biologija 9. razred
Bralci oddali z internetne strani

Vloga beljakovin v celici in telesu

Vloga beljakovin v celičnem življenju in glavne faze njegove sinteze. Struktura in delovanje ribosomov. Vloga ribosomov v procesu sinteze beljakovin.

Beljakovine imajo izjemno veliko vlogo v vitalnih procesih celice in telesa, za njih so značilne naslednje funkcije.

Strukturni. So del znotrajceličnih struktur, tkiv in organov. Kolagen in elastin sta na primer sestavni del vezivnega tkiva: kosti, kite, hrustanec; fibroin je del svilene pajčevine; keratin je del povrhnjice in njenih derivatov (lasje, rogovi, perje). Tvorijo lupine (kapside) virusov.

Encimski. Vse kemične reakcije v celici potekajo s sodelovanjem bioloških katalizatorjev - encimov (oksidoreduktaza, hidrolaze, ligaze, transferaze, izomeraze in liaze).

Regulativni. Na primer, hormona inzulin in glukagon uravnavata presnovo glukoze. Beljakovine-histoni sodelujejo v prostorski organizaciji kromatina in tako vplivajo na izražanje genov.

Prevoz. Hemoglobin prenaša kisik v krvi vretenčarjev, hemocianin v hemolimfi nekaterih nevretenčarjev in mioglobin v mišicah. Serumski albumin služi za transport maščobnih kislin, lipidov itd. Membranski transportni proteini zagotavljajo aktiven transport snovi skozi celične membrane (Na +, K + -ATPaza). Citohromi izvajajo prenos elektronov po elektronskih transportnih verigah mitohondrijev in kloroplastov.

Zaščitna. Na primer, protitelesa (imunoglobulini) tvorijo komplekse z bakterijskimi antigeni in tujimi beljakovinami. Interferoni blokirajo sintezo virusnih beljakovin v okuženi celici. Fibrinogen in trombin sodelujeta pri strjevanju krvi.

Krčljiv (motor). Beljakovine aktin in miozin zagotavljajo procese mišičnega krčenja in krčenja elementov citoskeleta.

Signal (receptor). Proteini celične membrane so del receptorjev in površinskih antigenov.

Shranjevanje beljakovin. Mlečni kazein, jajčni albumin, feritin (shranjuje železo v vranici).

Toksinski proteini. Difterijski toksin.

Funkcija energije. Ko 1 g beljakovin razpade do končnih produktov presnove (SO2, Н2О, NH3, Н2S, SO2), se sprosti 17,6 kJ ali 4,2 kcal energije.

Biosinteza beljakovin se pojavi v vsaki živi celici. Najbolj aktiven je v mladih rastočih celicah, kjer se sintetizirajo beljakovine za izgradnjo svojih organelov, pa tudi v sekretornih celicah, kjer se sintetizirajo beljakovine-encimi in proteini-hormoni.

Glavna vloga pri določanju strukture beljakovin pripada DNK. Košček DNK, ki vsebuje informacije o strukturi ene beljakovine, se imenuje gen. Molekula DNA vsebuje več sto genov. Molekula DNA vsebuje kodo o zaporedju aminokislin v beljakovini v obliki, ki zagotovo združuje nukleotide

Sinteza beljakovin - kompleksen večstopenjski postopek, ki predstavlja verigo sintetičnih reakcij, ki potekajo po principu sinteze matriksa.

Pri biosintezi beljakovin se določijo naslednje stopnje, ki se pojavijo v različnih delih celice:

Prvi korak - v jedru pride do sinteze i-RNA, med katero se informacije, ki jih vsebuje gen DNA, prepišejo v i-RNA. Ta postopek se imenuje transkripcija (iz latinskega "prepis" - prepisovanje).

V drugi fazi aminokisline se kombinirajo z molekulami t-RNA, ki so zaporedoma sestavljene iz treh nukleotidov - antikodonov, s pomočjo katerih določimo njegov tripletni kodon.

Tretja stopnja je to je postopek neposredne sinteze polipeptidnih vezi, ki se imenuje translacija. Pojavlja se v ribosomih.

Na četrti stopnji pride do tvorbe sekundarne in terciarne strukture beljakovin, to je do tvorjenja končne strukture beljakovin.

Tako se v procesu biosinteze beljakovin oblikujejo nove beljakovinske molekule v skladu z natančnimi informacijami, shranjenimi v DNK. Ta postopek zagotavlja obnovo beljakovin, presnovne procese, rast in razvoj celic, torej vseh procesov celičnega življenja.

Biosinteza beljakovin se pojavi v vsaki živi celici. Najbolj aktiven je v mladih rastočih celicah, kjer se sintetizirajo beljakovine za izgradnjo svojih organelov, pa tudi v sekretornih celicah, kjer se sintetizirajo beljakovine-encimi in proteini-hormoni.

Glavna vloga pri določanju strukture beljakovin pripada DNK. Košček DNK, ki vsebuje informacije o strukturi ene beljakovine, se imenuje gen. Molekula DNA vsebuje več sto genov. V molekuli DNA je zapisana koda o zaporedju aminokislin v beljakovini v obliki, ki zagotovo združuje nukleotide. Koda DNK je bila dešifrirana skoraj v celoti. Njeno bistvo je naslednje. Vsaka aminokislina ustreza odseku verige DNA treh sosednjih nukleotidov.

Na primer, odsek T-T-T ustreza aminokislini lizin, odsek A-C-A cistinu, C-A-A valinu itd. Obstaja 20 različnih aminokislin, število možnih kombinacij 4 nukleotidov po 3 je 64. , tripleti so več kot dovolj za kodiranje vseh aminokislin.

Sinteza beljakovin je kompleksen večstopenjski postopek, ki predstavlja verigo sintetičnih reakcij, ki potekajo po principu sinteze matriksa.

Ker se DNA nahaja v celičnem jedru, sinteza beljakovin pa se pojavi v citoplazmi, obstaja posrednik, ki prenaša informacije iz DNA v ribosome. Ta posrednik je i-RNA. :

Pri biosintezi beljakovin se določijo naslednje stopnje, ki se pojavijo v različnih delih celice:

1. Prva stopnja - v jedru poteka sinteza i-RNA, med katero se informacije, ki jih vsebuje gen DNA, prepišejo v i-RNA. Ta postopek se imenuje transkripcija (iz latinskega "prepis" - prepisovanje).

2. Na drugi stopnji se aminokisline kombinirajo z molekulami t-RNA, ki so zaporedoma sestavljene iz treh nukleotidov - antikodonov, s pomočjo katerih se določi njihov tripletni kodon.

3. Tretja stopnja je postopek neposredne sinteze polipeptidnih vezi, ki se imenuje translacija. Pojavlja se v ribosomih.

(4) Na četrti stopnji pride do tvorbe sekundarne in terciarne strukture beljakovin, to je do oblikovanja končne strukture beljakovin.

Tako se v procesu biosinteze beljakovin oblikujejo nove beljakovinske molekule v skladu z natančnimi informacijami, shranjenimi v DNK. Ta postopek zagotavlja obnovo beljakovin, presnovne procese, rast in razvoj celic, torej vseh procesov celičnega življenja.

Kromosomi (iz grškega "chromium" - barva, "soma" - telo) so zelo pomembne strukture celičnega jedra. Imajo glavno vlogo v procesu delitve celic in zagotavljajo prenos dednih informacij iz ene generacije v drugo. So tanke verige DNA, vezane na beljakovine. Verige imenujemo kromatide, ki jih sestavljajo DNA, bazični proteini (histoni) in kisle beljakovine.

V celici, ki se ne deli, kromosomi zapolnijo celoten volumen jedra in niso vidni pod mikroskopom. Preden se delitev začne, postanejo DNK spirale in vsak kromosom pod mikroskopom razpoznavni. Med spiraliranjem se kromosomi krčijo desettisočkrat. V tem stanju so kromosomi videti kot dva enaka filamenta (kromatide), ki ležita drug ob drugem in ju povezuje skupno mesto - centromera.

Za vsak organizem je značilno stalno število in struktura kromosomov. V somatskih celicah so kromosomi vedno seznanjeni, to pomeni, da sta v jedru dva enaka kromosoma, ki sestavljata en par. Takšni kromosomi se imenujejo homologni, parni sklopi kromosomov v somatskih celicah pa diploidni.

Tako diploidni nabor kromosomov pri človeku sestavlja 46 kromosomov, ki tvorijo 23 parov. Vsak par je sestavljen iz dveh enakih (homolognih) kromosomov.

Značilnosti zgradbe kromosomov omogočajo razlikovanje njihovih 7 skupin, ki so označene z latinskimi črkami A, B, C, D, E, F, G. Vsi pari kromosomov imajo serijske številke.

Moški in ženske imajo 22 parov enakih kromosomov. Imenujejo se avtosomi. Moški in ženska se razlikujeta v enem paru kromosomov, ki se imenuje spol. Označeni so s črkami - velik X (skupina C) in majhen Y (skupina C,). Žensko telo ima 22 parov avtosomov in en par (XX) spolnih kromosomov. Moški imajo 22 parov avtosomov in en par (XY) spolnih kromosomov.

Za razliko od somatskih celic zarodne celice vsebujejo polovico nabora kromosomov, to pomeni, da vsebujejo po en kromosom vsakega para! Ta sklop se imenuje haploid. Med dozorevanjem celic se pojavi haploidni niz kromosomov.

Glavno vprašanje genetike je vprašanje sinteze beljakovin. Povzetek podatkov o strukturi in sintezi DNA in RNA, Crick leta 1960. je predlagal matrično teorijo sinteze beljakovin, ki temelji na 3 položajih:

1. Komplementarnost dušikovih baz DNA in RNA.

2. Linearno zaporedje lokacije genov v molekuli DNA.

3. Prenos dednih informacij se lahko zgodi samo z nukleinske kisline na nukleinsko kislino ali na beljakovine.

Prenos dednih informacij iz beljakovin v beljakovine je nemogoč.Tako so lahko samo nukleinske kisline predloga za sintezo beljakovin.

Sinteza beljakovin zahteva:

1. DNA (geni), na kateri se sintetizirajo molekule.

2. RNA - (i-RNA) ali (m-RNA), r-RNA, t-RNA

V procesu sinteze beljakovin ločimo faze: transkripcija in translacija.

Prepis - prepisovanje (prepisovanje) informacij o nukleinski strukturi iz DNA v RNA (t-RNA in RNA, r-RNA).

Branje dednih informacij se začne z določene regije DNK, imenovane promotor. Promotor se nahaja pred genom in vsebuje približno 80 nukleotidov.

Na zunanji verigi molekule DNA se sintetizira i-RNA (intermediat), ki služi kot matrika za sintezo beljakovin in se zato imenuje matrika. Je natančna kopija nukleotidnega zaporedja na verigi DNA.

V DNK obstajajo regije, ki ne vsebujejo genskih informacij (introni). Koščki DNA, ki vsebujejo informacije, se imenujejo eksoni.

Jedro vsebuje posebne encime, ki izrezujejo introne, fragmenti eksona pa se v strogem vrstnem redu "spajajo" v skupno nit, temu postopku pravimo "spajanje". Postopek spajanja proizvaja zrelo mRNA, ki vsebuje informacije, potrebne za sintezo beljakovin. Zrela i-RNA (messenger RNA) prehaja skozi pore jedrske membrane in vstopi v kanale endoplazemskega retikuluma (citoplazme) in tu se poveže z ribosomi.

Oddaja- zaporedje razporeditve nukleotidov v i-RNA se prevede v strogo urejeno zaporedje razporeditve aminokislin v molekuli sintetiziranih beljakovin.

Proces prevajanja vključuje dve stopnji: aktivacijo aminokislin in neposredno sintezo beljakovinske molekule.

Ena molekula mRNA se kombinira s 5-6 ribosomi in tvori polisome. Sinteza beljakovin poteka na molekuli mRNA, po njej pa se gibljejo ribosomi. V tem obdobju se aminokisline v citoplazmi aktivirajo s posebnimi encimi, ki jih izločajo encimi, ki jih izločajo mitohondriji, od katerih ima vsak svoj specifični encim.

Skoraj takoj se aminokisline vežejo na drugo vrsto RNK - nizko molekulsko topno, ki deluje kot nosilec aminokislin v molekuli m-RNA in se imenuje transport (t-RNA). t-RNA prenese aminokisline v ribosome na določeno mesto, kjer se v tem času pojavi molekula m-RNA. Nato se aminokisline povežejo s peptidnimi vezmi in nastane beljakovinska molekula. Proti koncu sinteze beljakovin molekula postopoma zapusti mRNA.

Na eni molekuli mRNA nastane 10-20 molekul beljakovin, v nekaterih primerih pa tudi veliko več.

Najbolj nejasno vprašanje pri sintezi beljakovin je, kako t-RNA najde ustrezno regijo m-RNA, na katero naj bo vezana aminokislina, ki jo prinese.

Zaporedje razporeditve dušikovih baz v DNK, ki določa razporeditev aminokislin v sintetiziranih beljakovinah, je genetska koda.

Ker ene in iste dedne informacije v nukleinske kisline "zapišejo" štirje znaki (dušikove baze), v beljakovine pa dvajset (aminokisline). Problem genetske kode se navezuje na vzpostavljanje korespondence med njima. Genetiki, fiziki in kemiki so imeli pomembno vlogo pri dešifriranju genetske kode.

Za dešifriranje genetske kode je bilo najprej treba ugotoviti, kakšno je najmanjše število nukleotidov, ki lahko določijo (kodirajo) tvorbo ene aminokisline. Če bi vsako od 20 aminokislin kodirala ena baza, bi morala DNK imeti 20 različnih baz, v resnici pa jih je samo 4. Očitno tudi kombinacija dveh nukleotidov ni dovolj za kodiranje 20 aminokislin. Kodira lahko le 16 aminokislin 4 2 \u003d 16.

Nato je bilo predlagano, da koda vključuje 3 nukleotide 4 3 \u003d 64 kombinacije in je zato sposobna kodirati več kot dovolj aminokislin za tvorbo beljakovin. Ta kombinacija treh nukleotidov se imenuje tripletna koda.

Koda ima naslednje lastnosti:

1. Genetska koda je triplet (vsako aminokislino kodirajo trije nukleotidi).

2. Degeneracija - eno aminokislino lahko kodira več trojk, z izjemo triptofana in metionina.

3. Pri kodonih za eno aminokislino sta prva dva nukleotida enaka, tretji pa se spremeni.

4. Ne prekrivanje- trojčki se ne prekrivajo. Ena trojka ne more biti del druge, vsaka od njih neodvisno kodira svojo aminokislino. Zato sta v polipeptidni verigi lahko kateri koli dve aminokislini sosednji in možne so njihove kombinacije, tj. v osnovnem zaporedju ABCDEFGHI prve tri baze kodirajo 1 aminokislino (ABC-1), (DEF-2) itd.

5. Univerzalni, tiste. vsi organizmi imajo enake kodone za nekatere aminokisline (od kamilice do človeka). Univerzalnost kodeksa priča o enotnosti življenja na zemlji.

6. Kolearnost - sovpadanje lokacije kodonov v m-RNA z vrstnim redom lokacije aminokislin v sintetizirani polipeptidni verigi.

Codon je trojček nukleotidov, ki kodirajo 1 aminokislino.

7 nesmiselno- ne kodira nobene aminokisline. Na tej točki se sinteza beljakovin prekine.

V zadnjih letih se je izkazalo, da je v mitohondrijih kršena univerzalnost genetske kode, štirje kodoni v mitohondrijih so spremenili svoj pomen, na primer kodon UGA - se na triptofan odziva namesto "STOP" - prekinitev sinteze beljakovin. AUA - ustreza metioninu - namesto "izolevcin".

Odkritje novih kodonov v mitohondrijih je lahko dokaz, da se je koda razvila in da ni postala takoj.

Naj se dedne informacije od gena do molekule beljakovin lahko izrazijo shematično.

DNA - RNA - beljakovine

Študija kemijske sestave celic je pokazala, da različna tkiva istega organizma vsebujejo različen nabor beljakovinskih molekul, čeprav imajo enako število kromosomov in enake genetske dedne informacije.

Omenimo to okoliščino: kljub prisotnosti v vsaki celici vseh genov celotnega organizma v posamezni celici deluje zelo malo genov - od desetink do nekaj odstotkov celotnega števila. Preostala območja so "tiha", blokirajo jih posebni proteini. To je razumljivo, zakaj denimo geni hemoglobina delujejo v živčni celici? Način, kako celica narekuje, kateri geni naj bodo tihi in kateri delujejo, je treba domnevati, da v celici obstaja neki popoln mehanizem, ki uravnava aktivnost genov, ki določa, kateri geni naj bodo v določenem trenutku aktivni in kateri naj bodo v neaktivnem (represivnem) stanju. Po navedbah francoskih znanstvenikov F. Jacoba in J. Monoda ta mehanizem imenujemo indukcija in represija.

Indukcija- vzbujanje sinteze beljakovin.

Zatiranje- zatiranje sinteze beljakovin.

Indukcija zagotavlja delo tistih genov, ki sintetizirajo beljakovine ali encime in so nujni v tej fazi življenja celice.

Pri živalih imajo hormoni celičnih membran pomembno vlogo pri regulaciji genov; v rastlinah - okoljske razmere in drugi visoko specializirani induktorji.

Primer: Ko se ščitnični hormon doda v okolje, se paglavci hitro spremenijo v žabe.

Za normalno delovanje bakterij E (Coli) je potreben mlečni sladkor (laktoza). Če okolje, v katerem se nahajajo bakterije, ne vsebuje laktoze, so ti geni v represivnem stanju (torej ne delujejo). Laktoza, vnesena v medij, je induktor, ki vklopi gene, odgovorne za sintezo encimov. Po odstranitvi laktoze iz medija se sinteza teh encimov ustavi. Tako lahko vlogo represorja igra snov, ki se sintetizira v celici in če njena vsebnost presega normo ali pa se porabi.

Pri sintezi beljakovin ali encimov sodelujejo različne vrste genov.

Vsi geni se nahajajo v molekuli DNA.

Po funkciji niso enaki:

- strukturni - geni, ki vplivajo na sintezo encima ali beljakovin, se v molekuli DNA nahajajo zaporedno drug za drugim po vrstnem redu njihovega vpliva na potek sintezne reakcije, lahko pa tudi rečemo, da so strukturni geni geni, ki nosijo informacije o zaporedju aminokislin.

- akceptor - geni nimajo dednih informacij o strukturi beljakovin, temveč uravnavajo delo strukturnih genov.

Pred skupino strukturnih genov je skupen gen zanje - operater, in pred njim - promotor... Na splošno se ta funkcionalna skupina imenuje pernati.

Celotna skupina genov enega operona je vključena v postopek sinteze in hkrati iz njega izključena. Vklop in izklop strukturnih genov je bistvo celotnega regulativnega procesa.

Funkcijo vklopa in izklopa izvaja poseben del molekule DNA - genski operater. Genski operater je izhodišče sinteze beljakovin ali, kot pravijo, "branje" genskih informacij. nadalje v isti molekuli na neki razdalji je gen - regulator, pod nadzorom katerega nastaja protein, imenovan represor.

Iz vsega povedanega je jasno, da je sinteza beljakovin zelo težka. Genski sistem celice lahko z mehanizmi zatiranja in indukcije sprejema signale o potrebi po začetku in koncu sinteze določenega encima in izvedbi tega procesa z določeno hitrostjo.

Problem uravnavanja delovanja genov v višjih organizmih je velikega praktičnega pomena v živinoreji in medicini. Vzpostavitev dejavnikov, ki uravnavajo sintezo beljakovin, bi odprla široke možnosti za upravljanje ontogeneze, ustvarjanje visoko produktivnih živali in živali, odporne na dedne bolezni.

Kontrolna vprašanja:

1. Poimenujte lastnosti genov.

2. Kaj je gen?

3. Kakšen je biološki pomen DNA, RNA.

4. Poimenujte korake v sintezi beljakovin

5. Naštejte lastnosti genetske kode.

Pri sintezi beljakovin iz aminokislin lahko ločimo tri stopnje.

Prvi korak - prepis -je bilo opisano v prejšnji temi. Sestoji iz tvorbe molekul RNA na predlogah DNA. Za sintezo beljakovin je še posebej pomembna sinteza messenger ali messenger RNA, saj so tukaj zabeležene informacije o prihodnjih beljakovinah. Transkripcija poteka v celičnem jedru. Nato se s pomočjo posebnih encimov tvorjena selna RNA prenese v citoplazmo.

Druga faza se imenuje priznanje.Aminokisline se selektivno vežejo na svoje nosilce transportna RNA.

Vse t-RNA so zgrajene na podoben način. Molekula vsake t-RNA je polinukleotidna veriga, upognjena v obliki "deteljevih listov". Molekule t-RNA so razporejene tako, da imajo različne konce in imajo afiniteto tako do m-RNA (antikodona) kot aminokislin. T-RNA ima v celici 60 sort.

Za kombiniranje aminokislin s transportnimi RNA je poseben encim, imenovan t- RNA sintetaza ali, natančneje, amino-acil - t-RNA sintetaza.

Tretja faza biosinteze beljakovin se imenuje oddaja.To se zgodi naprej ribosomi.Vsak ribosom je sestavljen iz dveh delov - velike in majhne podenote. Sestavljeni so iz ribosomske RNA in beljakovin.

Prevajanje se začne s pritrditvijo prenosne RNA na ribosom. Nato se t-RNA z aminokislinami začne vezati na nastali kompleks. Ta vezava nastane tako, da se t-RNA antikodon veže na prenosni RNA-kodon na podlagi načela komplementarnosti. Hkrati se ribosomu ne moreta pridružiti več kot dve t-RNA. Nadalje so aminokisline med seboj povezane s peptidno vezjo in postopoma tvorijo polipeptid. Po tem ribosom premakne sel RNA točno en kodon. Nato postopek ponovimo, dokler se messenger RNA ne konča. Na koncu i-RNA so nesmiselni kodoni, ki so točke v zapisu in hkrati ukaz za ribosom, da se mora ločiti od i-RNA

Tako lahko ločimo več značilnosti biosinteze beljakovin.

1. Primarna struktura beljakovin se oblikuje izključno na podlagi podatkov, zabeleženih v molekulah DNA in informativne RNA,

2. Višje beljakovinske strukture (sekundarne, terciarne, kvartarne) nastanejo spontano na podlagi primarne strukture.

3. V nekaterih primerih se polipeptidna veriga po zaključku sinteze podvrže manjšim kemijskim modifikacijam, zaradi česar se v njej pojavijo nekodirajoče aminokisline, ki ne spadajo v običajno 20. Primer takšne pretvorbe so kolageni proteini, kjer se aminokislini lizin in prolin pretvorita v oksiprolin in oksilizin.

4. Sintezo beljakovin v telesu pospešita rastni hormon in testosteronski hormon.

5. Sinteza beljakovin je zelo energetsko zahteven proces, ki zahteva ogromno ATP.

6. Številni antibiotiki zavirajo prevajanje.

Presnova aminokislin.

Aminokisline lahko uporabimo za sintezo različnih beljakovinskih spojin. Iz aminokislin se na primer sintetizirajo glukoza, dušikove osnove, nebeljakovinski del hemoglobina - hem, hormoni - adrenalin, tiroksin in tako pomembne spojine, kot so kreatin, karnitin, ki sodelujejo pri presnovi energije.

Nekatere aminokisline se razgradijo do ogljikovega dioksida, vode in amoniaka.

Razpad se začne z reakcijami, ki so skupne večini aminokislin.

Tej vključujejo.

1. Dekarboksilacija -cepitev iz aminokislin karboksilne skupine v obliki ogljikovega dioksida.

PF (piridoksal fosfat) - koencim, pridobljen iz vitamina B6.

Na primer, histamin nastane iz aminokisline histidin. Histamin je pomemben vazodilatator.

2. Deaminacija - odcepitev amino skupine v obliki NH3. Pri ljudeh je razčlenjevanje aminokislin oksidativno.

3. Preoblikovanje -reakcija med aminokislinami in α-keto kislinami. Med to reakcijo si udeleženci izmenjajo funkcionalne skupine.

Vse aminokisline so transaminirane. Ta postopek je glavna pretvorba aminokislin v telesu, saj je njegova hitrost veliko večja kot pri prvih dveh opisanih reakcijah.

Transaminacija ima dve glavni funkciji.

1. Zaradi teh reakcij se nekatere aminokisline pretvorijo v druge. V tem primeru se celotna količina aminokislin ne spremeni, spremeni pa se skupno razmerje med njimi v telesu. S hrano v telo vstopijo tuje beljakovine, v katerih so aminokisline v različnih razmerjih. S transaminacijo se prilagodi aminokislinska sestava telesa.

2. Transaminacija je sestavni del postopka posredno deaminiranje aminokislin- postopek, iz katerega se začne razgradnja večine aminokislin.

Shema posredne deaminacije.

Kot rezultat transaminiranja nastanejo α-keto kisline in amoniak. Prvi se uničijo do ogljikovega dioksida in vode. Amoniak je zelo strupen za telo. Zato ima telo molekularne mehanizme za svojo nevtralizacijo.