Protsess valgusünteesi objekt. Valkude süntees rakus - kirjeldus, protsessi funktsioonid

Kehas toimuvate protsesside uurimiseks peate teadma, mis toimub raku tasandil. Ja seal on kõige olulisem roll valguühenditel. On vaja uurida mitte ainult nende funktsioone, vaid ka loomisprotsessi. Seetõttu on oluline selgitada lühidalt ja selgelt. Selleks sobib kõige paremini 9. klass. Just selles etapis on õpilastel piisavalt teadmisi teema mõistmiseks.

Valgud – mis need on ja milleks need on?

Need suure molekulmassiga ühendid mängivad iga organismi elus tohutut rolli. Valgud on polümeerid, mis tähendab, et need koosnevad paljudest sarnastest "tükkidest". Nende arv võib varieeruda mitmesajast tuhandeni.

Valgud täidavad rakus palju funktsioone. Nende roll on suur ka kõrgematel organisatsioonitasanditel: koed ja elundid sõltuvad suuresti erinevate valkude õigest toimimisest.

Näiteks kõik hormoonid on valgu päritolu. Kuid just need ained juhivad kõiki kehas toimuvaid protsesse.

Hemoglobiin on samuti valk, see koosneb neljast ahelast, mis on keskelt ühendatud rauaaatomiga. See struktuur võimaldab punastel verelibledel hapnikku kanda.

Pidagem meeles, et kõik membraanid sisaldavad valke. Need on vajalikud ainete transportimiseks läbi rakumembraani.

Valgumolekulidel on palju rohkem funktsioone, mida nad selgelt ja vaieldamatult täidavad. Need hämmastavad ühendid on väga mitmekesised mitte ainult oma rolli poolest rakus, vaid ka struktuurilt.

Kus süntees toimub?

Ribosoom on organell, kus toimub suurem osa protsessist, mida nimetatakse valkude biosünteesiks. 9. klass on erinevates koolides bioloogiaõppe õppekavas erinev, kuid paljud õpetajad annavad organellide kohta materjali ette, enne tõlke uurimist.

Seetõttu ei ole õpilastel raske käsitletud materjali meelde jätta ja seda kinnistada. Peaksite teadma, et ühel organellil saab korraga luua ainult ühe polüpeptiidahela. Sellest ei piisa raku kõigi vajaduste rahuldamiseks. Seetõttu on ribosoome palju ja enamasti ühinevad need endoplasmaatilise retikulumiga.

Seda EPS-i nimetatakse karmiks. Sellise "koostöö" eelis on ilmne: valk siseneb kohe pärast sünteesi transpordikanalisse ja selle saab viivitamatult sihtkohta saata.

Aga kui võtta arvesse päris algust, nimelt info lugemist DNA-st, siis võib öelda, et valkude biosüntees elusrakus algab tuumast. Seal sünteesitakse geneetiline kood.

Vajalikud materjalid - aminohapped, sünteesi koht - ribosoom

Näib, et valkude biosünteesi toimumist on lühidalt ja selgelt raske seletada, protsessiskeem ja arvukad joonised on lihtsalt vajalikud. Need aitavad kogu teavet edastada ja õpilastel on seda lihtsam meeles pidada.

Esiteks on sünteesiks vaja “ehitusmaterjale” – aminohappeid. Osa neist toodab keha. Teisi saab ainult toidust, neid nimetatakse hädavajalikeks.

Aminohapete koguarv on kakskümmend, kuid suure hulga võimaluste tõttu, milles neid saab paigutada pika ahelana, on valgumolekulid väga mitmekesised. Need happed on struktuurilt sarnased, kuid erinevad radikaalide poolest.

Iga aminohappe nende osade omadused määravad, milliseks struktuuriks saadud ahel "voldib", kas see moodustab teiste ahelatega kvaternaarse struktuuri ja millised omadused on saadud makromolekulil.

Valkude biosünteesi protsess ei saa toimuda lihtsalt tsütoplasmas, selleks on vaja ribosoomi. koosneb kahest allüksusest – suurest ja väikesest. Puhkeolekus on nad eraldatud, kuid niipea, kui süntees algab, ühenduvad nad kohe ja hakkavad tööle.

Sellised erinevad ja olulised ribonukleiinhapped

Aminohappe viimiseks ribosoomi on vaja spetsiaalset RNA-d, mida nimetatakse transpordi-RNA-ks. Lühendina nimetatakse seda t-RNA-ks. See üheahelaline ristikulehekujuline molekul on võimeline kinnitama ühe aminohappe oma vabasse otsa ja transportima selle valgusünteesi kohta.

Teist valgusünteesis osalevat RNA-d nimetatakse messenger-RNA-ks. See sisaldab sama olulist sünteesi komponenti – koodi, mis ütleb selgelt, millal milline aminohape tekkiva valguahela külge kinnitada.

Sellel molekulil on üheahelaline struktuur ja see koosneb nukleotiididest, nagu DNA. Nende nukleiinhapete primaarstruktuuris on mõningaid erinevusi, mille kohta saate lugeda RNA ja DNA võrdlusartiklist.

Teave m-RNA valgu koostise kohta saab geneetilise koodi peamiselt - DNA-lt. m-RNA lugemise ja sünteesimise protsessi nimetatakse transkriptsiooniks.

See esineb tuumas, kust saadud m-RNA saadetakse ribosoomi. DNA ise tuumast ei lahku, tema ülesandeks on vaid säilitada geneetiline kood ja kanda see jagunemise käigus edasi tütarrakku.

Saate põhiosaliste kokkuvõtlik tabel

Valkude biosünteesi lühidalt ja selgelt kirjeldamiseks on tabel lihtsalt vajalik. Sellesse paneme kirja kõik komponendid ja nende rolli selles protsessis, mida nimetatakse tõlkimiseks.

Valguahela loomise protsess ise jaguneb kolmeks etapiks. Vaatame igaüks neist üksikasjalikumalt. Pärast seda saate lühidalt ja selgelt selgitada valkude biosünteesi kõigile soovijatele.

Initsiatsioon – protsessi algus

See on translatsiooni esialgne etapp, kus ribosoomi väike subühik seondub kõige esimese tRNA-ga. See ribonukleiinhape kannab aminohapet metioniini. Tõlkimine algab alati selle aminohappega, kuna alguskoodon on AUG, mis kodeerib seda esimest monomeeri valguahelas.

Selleks, et ribosoom tunneks ära stardikoodoni ja ei alustaks sünteesi geeni keskelt, kuhu võib ilmuda ka AUG järjestus, paikneb stardikoodoni ümber spetsiaalne nukleotiidide järjestus. Nende kaudu tunneb ribosoom ära koha, kus tema väike subühik peaks asuma.

Pärast m-RNA-ga kompleksi moodustumist initsiatsioonistaadium lõpeb. Ja algab saate põhietapp.

Elongatsioon – sünteesi keskpaik

Selles etapis toimub valguahela järkjärguline suurenemine. Elongatsiooni kestus sõltub aminohapete arvust proteiinis.

Esiteks on ribosoomi suur alaühik väikese külge kinnitatud. Ja esialgne t-RNA jõuab sellesse täielikult. Väljas jääb ainult metioniin. Järgmisena siseneb suurde subühikusse teine ​​t-RNA, mis kannab teist aminohapet.

Kui mRNA teine ​​koodon ühtib ristikulehe tipus oleva antikoodoniga, on teine ​​aminohape peptiidsideme kaudu kinnitunud esimesega.

Pärast seda liigub ribosoom mööda m-RNA-d täpselt kolm nukleotiidi (üks koodon), esimene t-RNA eraldab metioniini endast ja eraldub kompleksist. Selle asemel on teine ​​t-RNA, mille otsas ripub juba kaks aminohapet.

Seejärel siseneb suurde subühikusse kolmas tRNA ja protsess kordub. See jätkub, kuni ribosoom kohtab mRNA-s koodonit, mis annab märku translatsiooni lõppemisest.

Lõpetamine

See etapp on viimane ja mõnele võib see tunduda üsna julm. Kõik molekulid ja organellid, mis töötasid nii harmooniliselt polüpeptiidahela loomisel, peatuvad niipea, kui ribosoom tabab terminaalset koodonit.

See ei kodeeri ühtegi aminohapet, nii et olenemata sellest, milline tRNA suurde subühikusse on lisatud, lükatakse need kõik mittevastavuse tõttu tagasi. Siin tulevad mängu terminatsioonifaktorid, mis eraldavad valmis valgu ribosoomist.

Organell ise võib kas laguneda kaheks subühikuks või jätkata teekonda mööda m-RNA-d, otsides uut stardikoodonit. Üks m-RNA võib sisaldada korraga mitut ribosoomi. Igaüks neist on omas tõlkestaadiumis.Äsja loodud valk on varustatud markeritega, mille abil saab igaüks aru oma sihtkohast. Ja EPSi järgi saadetakse see kuhu vaja.

Valkude biosünteesi rolli mõistmiseks on vaja uurida, milliseid funktsioone see täita suudab. See sõltub aminohapete järjestusest ahelas. Nende omadused määravad sekundaarse, tertsiaarse ja mõnikord kvaternaarse (kui see on olemas) ja selle rolli rakus. Valgumolekulide funktsioonide kohta saate täpsemalt lugeda selleteemalisest artiklist.

Kuidas saate kohta rohkem teada saada

Selles artiklis kirjeldatakse valkude biosünteesi elusrakus. Muidugi, kui te seda teemat edasi uurite, kulub protsessi üksikasjalikuks selgitamiseks palju lehekülgi. Kuid üldiseks ideeks peaks ülaltoodud materjalist piisama Videomaterjalid, milles teadlased on simuleerinud saate kõiki etappe, võivad mõistmiseks olla väga kasulikud. Mõned neist on tõlgitud vene keelde ja võivad olla õpilastele suurepäraseks õpikuks või lihtsalt õppevideoks.

Teema paremaks mõistmiseks peaksite lugema ka teisi sarnaseid artikleid. Näiteks valkude funktsioonide kohta või nende kohta.

Kuidas selgitada lühidalt ja selgelt, mis on valkude biosüntees ja mis on selle tähendus?

Kui olete selle teema vastu huvitatud ja soovite oma kooliteadmisi täiendada või korrata seda, mis teil on kahe silma vahele jäänud, siis see artikkel on loodud teile.

Mis on valkude biosüntees

Esiteks peaksite tutvuma biosünteesi määratlusega. Biosüntees on looduslike orgaaniliste ühendite süntees elusorganismide poolt.

Lihtsamalt öeldes on see erinevate ainete tootmine mikroorganismide abil. See protsess mängib olulist rolli kõigis elusrakkudes. Ärgem unustagem keerukat biokeemilist koostist.

Transkriptsioon ja ülekanne

Need on biosünteesi kaks kõige olulisemat etappi.

Transkriptsioon ladina keelest tähendab “ümberkirjutamist” – DNA-d kasutatakse maatriksina, seega sünteesitakse kolme tüüpi RNA-d (maatriks/mesenger, transport, ribosomaalsed ribonukleiinhapped). Reaktsioon viiakse läbi polümeraasi (RNA) abil ja suures koguses adenosiintrifosfaati.

On kaks peamist tegevust:

1. Translatsiooni lõpu ja alguse tähistamine mRNA lisamisega.
2. Sündmus, mis viiakse läbi splaissimise tõttu, mis omakorda eemaldab mitteinformatiivsed RNA järjestused, vähendades seeläbi matriitsi ribonukleiinhappe massi 10 korda.

Saade ladina keelest tähendab "tõlget" - mRNA-d kasutatakse maatriksina, sünteesitakse polüpeptiidahelaid.

Saates on kolm etappi, mida saab esitada tabelina:

1. Esimene aste. Initsiatsioon on polüpeptiidahela sünteesis osaleva kompleksi moodustumine.
2. Teine faas. Pikendamine on selle ahela suuruse suurenemine.
3. Kolmas etapp. Lõpetamine on ülalnimetatud protsessi lõpp.

Valkude biosünteesi skeem

Diagramm näitab, kuidas protsess kulgeb.

Selle ahela dokkimispunktiks on ribosoomid, milles sünteesitakse valku. Lihtsas vormis süntees viiakse läbi vastavalt skeemile

DNA > PHK > valk.

Esimene samm on transkriptsioon, mille käigus molekul muudetakse üheahelaliseks ribonukleiinhappeks (mRNA). See sisaldab teavet valgu aminohappejärjestuse kohta.

Järgmine mRNA peatus on ribosoom, kus toimub süntees ise. See toimub translatsiooni, polüpeptiidahela moodustumise kaudu. Pärast seda käivitatud skeemi transporditakse saadud valk konkreetsete ülesannete täitmiseks erinevatesse kohtadesse.

Valgu biosünteesi protsessorite järjestus

Valkude biosüntees on keeruline mehhanism, mis hõlmab kahte ülalmainitud etappi, nimelt transkriptsiooni ja translatsiooni. Esimesena toimub transkribeeritud etapp (see jaguneb kaheks sündmuseks).

Pärast tuleb translatsioon, milles osalevad kõik RNA tüübid, millest igaühel on oma funktsioon:

1. Informatiivne – maatriksi roll.
2. Transport – aminohapete lisamine, koodonite määramine.
3. Ribosomaalne – mRNA-d toetavate ribosoomide moodustumine.
4. Transport – polüpeptiidahela süntees.

Millised rakukomponendid osalevad valkude biosünteesis?

Nagu me juba ütlesime, jaguneb biosüntees kaheks etapiks. Iga etapp hõlmab oma komponente. Esimeses etapis on see desoksüribonukleiinhape, messenger- ja ülekande-RNA ning nukleotiidid.

Teine etapp hõlmab järgmisi komponente: mRNA, tRNA, ribosoomid, nukleotiidid ja peptiidid.

Millised on valkude biosünteesi reaktsioonid rakus?

Biosünteesireaktsioonide tunnuste loend sisaldab:

1. ATP energia kasutamine keemilistes reaktsioonides.
2. On ensüüme, mille ülesanne on reaktsioone kiirendada.
3. Reaktsioonil on maatriksi iseloom, kuna valk sünteesitakse mRNA-l.

Valkude biosünteesi tunnused rakus

Sellist keerulist protsessi iseloomustavad loomulikult mitmesugused märgid:

1. Esimene neist on ensüümide olemasolu, ilma milleta poleks protsess ise võimalik.
2. Kaasatud on kõik kolm RNA tüüpi, sellest võime järeldada, et RNA-l on keskne roll.
3. Molekulide moodustumist viivad läbi monomeerid, nimelt aminohapped.
4. Samuti väärib märkimist, et konkreetse valgu spetsiifilisuse määrab aminohapete paigutus.

Järeldus

Mitmerakuline organism on aparaat, mis koosneb erinevatest rakutüüpidest, mis on diferentseeritud – erinevad struktuurilt ja funktsioonilt. Lisaks valkudele on seda tüüpi rakke, mis sünteesivad ka omalaadseid, see on erinevus.

Esiteks määrake valgu biosünteesi etappide järjestus, alustades transkriptsioonist. Kogu valgumolekulide sünteesi käigus toimuvate protsesside jada saab ühendada kaheks etapiks:

1. Transkriptsioon.

2. Saade.

Päriliku informatsiooni struktuuriüksusteks on geenid – DNA molekuli lõigud, mis kodeerivad konkreetse valgu sünteesi. Keemilise korralduse poolest ei ole pro- ja eukarüootide pärilikkuse ja varieeruvuse materjal põhimõtteliselt erinev. Neis sisalduv geneetiline materjal on esitatud DNA molekulis, levinud on ka päriliku teabe salvestamise põhimõte ja geneetiline kood. Samad aminohapped pro- ja eukarüootides on krüpteeritud samade koodonitega.

Kaasaegsete prokarüootsete rakkude genoomi iseloomustab suhteliselt väike suurus, E. coli DNA on umbes 1 mm pikkuse ringikujuline. See sisaldab 4 x 10 6 nukleotiidipaari, moodustades umbes 4000 geeni. 1961. aastal avastasid F. Jacob ja J. Monod prokarüootsete geenide tsistroonilise ehk pideva organiseerituse, mis koosnevad täielikult kodeerivatest nukleotiidjärjestustest ja need realiseeruvad täielikult valgusünteesi käigus. Prokarüootide DNA molekuli pärilik materjal asub otse raku tsütoplasmas, kus paikneb ka tRNA ja geeniekspressiooniks vajalikud ensüümid Ekspressioon on geenide funktsionaalne aktiivsus ehk geenide ekspressioon. Seetõttu võib DNA-st sünteesitud mRNA valgu sünteesi translatsiooni protsessis koheselt täita matriitsi funktsiooni.

Eukarüootne genoom sisaldab oluliselt rohkem pärilikkust. Inimesel on diploidses kromosoomikomplektis DNA kogupikkus umbes 174 cm, see sisaldab 3 x 10 9 paari nukleotiide ja sisaldab kuni 100 000 geeni. 1977. aastal avastati enamiku eukarüootsete geenide struktuuri katkestus, mida nimetatakse mosaiikgeeniks. Seda iseloomustavad kodeerivad nukleotiidjärjestused eksooniline Ja sisemine krundid. Valkude sünteesiks kasutatakse ainult eksonitelt saadud teavet. Intronite arv on erinevates geenides erinev. On kindlaks tehtud, et kana ovalbumiini geen sisaldab 7 intronit ja imetaja prokollageeni geen 50. Vaiksete DNA intronite funktsioonid ei ole täielikult välja selgitatud. Eeldatakse, et need tagavad: 1) kromatiini struktuurse korralduse; 2) osa neist on ilmselgelt seotud geeniekspressiooni reguleerimisega; 3) introneid võib pidada varieeruvuse teabe hoidjaks; 4) nad võivad mängida kaitsvat rolli, võttes mutageenide toime.

Transkriptsioon

Rakutuuma informatsiooni ümberkirjutamise protsessi DNA molekuli osast mRNA molekuliks (mRNA) nimetatakse transkriptsioon(ladina Transcriptio – ümberkirjutamine). Peamine geeniprodukt, mRNA, sünteesitakse. See on valgusünteesi esimene etapp. Vastavas DNA kohas tunneb ensüüm RNA polümeraas ära transkriptsiooni alguse märgi - promotr. Lähtepunktiks on esimene DNA nukleotiid, mis ensüümi poolt RNA transkripti liidetakse. Kodeerivad piirkonnad algavad reeglina koodoniga AUG, mõnikord kasutatakse bakterites GUG-d. Kui RNA polümeraas seondub promootoriga, toimub DNA kaksikheeliksi lokaalne lahtikerimine ja üks ahelatest kopeeritakse vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. mRNA sünteesitakse, selle kokkupaneku kiirus ulatub 50 nukleotiidini sekundis. RNA polümeraasi liikumisel mRNA ahel kasvab ja kui ensüüm jõuab kopeeriva piirkonna lõppu - terminaator, liigub mRNA mallist eemale. Ensüümi taga olev DNA kaksikheeliks taastatakse.

Prokarüootide transkriptsioon toimub tsütoplasmas. Kuna DNA koosneb täielikult kodeerivatest nukleotiidjärjestustest, toimib sünteesitud mRNA kohe translatsiooni matriitsina (vt eespool).

MRNA transkriptsioon eukarüootides toimub tuumas. See algab suurte molekulide – prekursorite (pro-mRNA) sünteesiga, mida nimetatakse ebaküpseks ehk tuuma-RNAks.Geeni esmane produkt – pro-mRNA on DNA transkribeeritud lõigu täpne koopia, sisaldab eksoneid ja introneid. Eelkäijatest küpsete RNA molekulide moodustamise protsessi nimetatakse töötlemine. mRNA küpsemine toimub splaissimine- neid lõikavad ensüümid restriktsiooniensüüm intronid ja piirkondade ühendamine transkribeeritud eksonijärjestustega ligaasensüümide poolt. (joonis.) Küps mRNA on palju lühem kui pro-mRNA prekursormolekulid, nendes olevate intronite suurused varieeruvad 100 kuni 1000 nukleotiidi või rohkem. Intronid moodustavad umbes 80% kogu ebaküpsest mRNA-st.

Nüüd on see osutunud võimalikuks alternatiivne splaissimine, milles ühest primaarsest transkriptist saab eemaldada nukleotiidjärjestusi selle erinevates osades ja moodustub mitu küpset mRNA-d. Seda tüüpi splaissimine on tüüpiline imetajate immunoglobuliinide geenisüsteemis, mis võimaldab moodustada erinevat tüüpi antikehi ühe mRNA transkripti põhjal.

Kui töötlemine on lõppenud, valitakse enne tuumast väljumist küps mRNA. On kindlaks tehtud, et ainult 5% küpsest mRNA-st siseneb tsütoplasmasse ja ülejäänud osa lõhustatakse tuumas.

Saade

Translatsioon (ladina keeles Translatio – ülekanne, ülekanne) on mRNA molekuli nukleotiidjärjestuses sisalduva informatsiooni translatsioon polüpeptiidahela aminohappejärjestusse (joonis 10). See on valgusünteesi teine ​​etapp. Küpse mRNA ülekannet läbi tuumaümbrise pooride toodavad spetsiaalsed valgud, mis moodustavad RNA molekuliga kompleksi. Lisaks mRNA transportimisele kaitsevad need valgud mRNA-d tsütoplasmaatiliste ensüümide kahjustava toime eest. Translatsiooniprotsessis mängib keskset rolli tRNA, mis tagab aminohappe täpse vastavuse mRNA tripleti koodiga. Translatsiooni-dekodeerimisprotsess toimub ribosoomides ja see viiakse läbi suunas 5 kuni 3. MRNA ja ribosoomide kompleksi nimetatakse polüsoomiks.

Tõlke käigus saab eristada kolme faasi: initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine.

Algatus.

Selles etapis pannakse kokku kogu valgumolekuli sünteesis osalev kompleks. Kaks ribosomaalset subühikut on ühendatud mRNA teatud sektsioonis, esimene aminoatsüül-tRNA on sellele kinnitatud ja see määrab teabe lugemisraami. Igas m-RNA molekulis on piirkond, mis on komplementaarne väikese ribosomaalse subühiku r-RNA-ga ja mida see spetsiifiliselt kontrollib. Selle kõrval asub initsieeriv stardikoodon AUG, mis kodeerib aminohapet metioniini.Initsiatsioonifaas lõpeb kompleksi moodustumisega: ribosoom, -mRNA-d initsieeriv aminoatsüül-tRNA.

Pikendamine

— see hõlmab kõiki reaktsioone alates esimese peptiidsideme moodustumise hetkest kuni viimase aminohappe lisamiseni. Ribosoomil on kaks kohta kahe tRNA molekuli sidumiseks. Ühes piirkonnas, peptidüülis (P), on esimene t-RNA koos aminohappe metioniiniga ja mis tahes valgumolekuli süntees algab sellest. Teine tRNA molekul siseneb ribosoomi teise sektsiooni, aminoatsüüli sektsiooni (A) ja kinnitub selle koodoniga. Metioniini ja teise aminohappe vahel moodustub peptiidside. Teine tRNA liigub koos oma mRNA koodoniga peptidüülkeskusesse. Polüpeptiidahelaga t-RNA liikumisega aminoatsüültsentrist peptidüülkeskusesse kaasneb ribosoomi edasiliikumine piki m-RNA-d ühele koodonile vastava sammu võrra. Metioniini tarninud T-RNA naaseb tsütoplasmasse ja amnoatsüülkeskus vabaneb. See saab uue t-RNA aminohappega, mis on krüpteeritud järgmise koodoniga. Kolmanda ja teise aminohappe vahel moodustub peptiidside ning kolmas t-RNA liigub koos m-RNA koodoniga peptidüülkeskusesse Protsess pikenemine, valguahela pikenemine. See jätkub, kuni üks kolmest koodonist, mis ei kodeeri aminohappeid, siseneb ribosoomi. See on terminaatorkoodon ja sellele ei ole vastavat tRNA-d, seega ei saa ükski tRNA-dest aminoatsüülkeskuses kohta asuda.

Lõpetamine

– polüpeptiidide sünteesi lõpuleviimine. See on seotud ühe terminatsioonikoodoni (UAA, UAG, UGA) äratundmisega spetsiifilise ribosomaalse valgu poolt, kui see siseneb aminoatsüülkeskusesse. Ribosoomile on kinnitunud spetsiaalne terminatsioonifaktor, mis soodustab ribosoomi subühikute eraldumist ja sünteesitud valgu molekuli vabanemist. Peptiidi viimasele aminohappele lisatakse vett ja selle karboksüülots eraldatakse tRNA-st.

Peptiidahela kokkupanek toimub suurel kiirusel. Bakterites temperatuuril 37 °C väljendub see polüpeptiidile 12–17 aminohappe lisamises sekundis. Eukarüootsetes rakkudes lisatakse polüpeptiidile igas sekundis kaks aminohapet.

Seejärel siseneb sünteesitud polüpeptiidahel Golgi kompleksi, kus valgu molekuli ehitus on lõppenud (teine, kolmas ja neljas struktuur ilmuvad järjestikku). See on koht, kus valgumolekulid ühinevad rasvade ja süsivesikutega.

Kogu valkude biosünteesi protsess on esitatud diagrammi kujul: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polüpeptiidahela ® valk ® valkude komplekseerumine ja nende muundumine funktsionaalselt aktiivseteks molekulideks.

Ka päriliku teabe rakendamise etapid kulgevad sarnaselt: esmalt transkribeeritakse see mRNA nukleotiidjärjestuseks ja seejärel transleeritakse tRNA osalusel ribosoomidel oleva polüpeptiidi aminohappejärjestuseks.

Transkriptsioon eukarüootides toimub kolme tuuma RNA polümeraasi toimel. RNA polümeraas 1 asub tuumas ja vastutab rRNA geenide transkriptsiooni eest. RNA polümeraas 2 leidub tuumamahlas ja vastutab prekursor-mRNA sünteesi eest. RNA polümeraas 3 on tuumamahla väike fraktsioon, mis sünteesib väikesi rRNA-d ja tRNA-d. RNA polümeraasid tunnevad spetsiifiliselt ära transkriptsioonipromootori nukleotiidjärjestuse. Eukarüootne mRNA sünteesitakse esmalt eelkäijana (pro-mRNA) ning sinna kantakse üle eksonitelt ja intronitelt pärinev teave. Sünteesitud mRNA on suurem kui translatsiooniks vajalik ja vähem stabiilne.

MRNA molekuli küpsemise ajal lõigatakse restriktsiooniensüümide abil välja intronid ja ligaasi ensüümide abil õmmeldakse eksonid kokku. MRNA küpsemist nimetatakse töötlemiseks ja eksonite liitumist splaissimiseks. Seega sisaldab küps mRNA ainult eksoneid ja on palju lühem kui tema eelkäija pro-mRNA. Intronite suurus varieerub vahemikus 100 kuni 10 000 nukleotiidi või rohkem. Intonid moodustavad umbes 80% kogu ebaküpsest mRNA-st. Nüüdseks on tõestatud alternatiivse splaissimise võimalus, mille käigus saab ühest primaarsest transkriptist selle erinevates osades eemaldada nukleotiidjärjestusi ja moodustub mitu küpset mRNA-d. Seda tüüpi splaissimine on tüüpiline imetajate immunoglobuliinide geenisüsteemis, mis võimaldab moodustada erinevat tüüpi antikehi ühe mRNA transkripti põhjal. Pärast töötlemise lõpetamist valitakse küps mRNA enne tuumast tsütoplasmasse vabastamist. On kindlaks tehtud, et ainult 5% küpsest mRNA-st siseneb ja ülejäänud osa lõhustatakse tuumas. Eukarüootsete geenide primaarsete transkriptonide transformatsioon, mis on seotud nende ekson-introni organisatsiooniga ja seoses küpse mRNA üleminekuga tuumast tsütoplasmasse, määrab eukarüootide geneetilise teabe rakendamise tunnused. Seetõttu ei ole eukarüootne mosaiikgeen tsistronigeen, kuna valkude sünteesiks ei kasutata kogu DNA järjestust.

Bioloogilise sünteesi reaktsioonide kogumit nimetatakse plastiliseks vahetuseks ehk assimilatsiooniks. Seda tüüpi vahetuse nimetus peegeldab selle olemust: väljastpoolt rakku sisenevatest lihtsatest ainetest tekivad raku ainetega sarnased ained.

Vaatleme plastilise ainevahetuse üht olulisemat vormi – valkude biosünteesi. Valkude omaduste kogu mitmekesisuse määrab lõpuks esmane struktuur, st aminohapete järjestus. Suur hulk unikaalseid evolutsiooni teel valitud aminohapete kombinatsioone reprodutseeritakse nukleiinhapete sünteesil lämmastikualuste järjestusega, mis vastab valkude aminohapete järjestusele. Iga polüpeptiidahela aminohape vastab kolme nukleotiidi kombinatsioonile - tripletile.

Päriliku teabe rakendamise protsess biosünteesis viiakse läbi kolme tüüpi ribonukleiinhapete osalusel: teave (matriit) - mRNA (mRNA), ribosomaalne - rRNA ja transport - tRNA. Kõik ribonukleiinhapped sünteesitakse DNA molekuli vastavates osades. Nende suurus on palju väiksem kui DNA ja esindab ühte nukleotiidide ahelat. Nukleotiidid sisaldavad fosforhappe jääki (fosfaati), pentoossuhkrut (riboosi) ja ühte neljast lämmastiku alusest – adeniini, tsütosiini, guaniini ja uratsiili. Lämmastikalus uratsiil on adeniini komplementaarne.

Biosünteesi protsess on keeruline ja sisaldab mitmeid etappe – transkriptsiooni, splaissimist ja translatsiooni.

Esimene etapp (transkriptsioon) toimub raku tuumas: mRNA sünteesitakse DNA molekuli spetsiifilise geeni osas. See süntees viiakse läbi ensüümide kompleksi osalusel, millest peamine on DNA-st sõltuv RNA polümeraas, mis kinnitub DNA molekuli alguspunkti, kerib lahti kaksikheeliksi ja, liikudes mööda ühte ahelatest, sünteesib. selle kõrval mRNA komplementaarne ahel. Transkriptsiooni tulemusena sisaldab mRNA nukleotiidide järjestikuse vaheldumise kujul geneetilist informatsiooni, mille järjestus on täpselt kopeeritud DNA molekuli vastavast lõigust (geenist).

Edasised uuringud näitasid, et transkriptsiooniprotsessi käigus sünteesitakse nn pro-mRNA – translatsioonis osaleva küpse mRNA eelkäija. Pro-mRNA on oluliselt suurem ja sisaldab fragmente, mis ei kodeeri vastava polüpeptiidahela sünteesi. DNA-s on koos rRNA-d, tRNA-d ja polüpeptiide kodeerivate piirkondadega fragmente, mis ei sisalda geneetilist teavet. Neid nimetatakse introniteks erinevalt kodeerivatest fragmentidest, mida nimetatakse eksoniteks. Introneid leidub paljudes DNA molekulide osades. Näiteks üks geen, kana ovalbumiini kodeeriv DNA osa, sisaldab 7 introni ja roti seerumi albumiini geen 13 intronit. Introni pikkus varieerub - kahesajast kuni tuhande paarini DNA nukleotiidid. Introneid loetakse (transkribeeritakse) samaaegselt eksonitega, seega on pro-mRNA palju pikem kui küps mRNA. Tuumas lõigatakse intronid pro-mRNA-s spetsiaalsete ensüümide abil välja ja eksoni fragmendid "splaisseeritakse" kokku ranges järjekorras. Seda protsessi nimetatakse splaissimiseks. Splaissimise käigus moodustub küps mRNA, mis sisaldab ainult vastava polüpeptiidi sünteesiks vajalikku infot ehk struktuurgeeni informatiivset osa.

Intronite tähendus ja funktsioonid pole siiani päris selged, kuid on kindlaks tehtud, et kui DNA-st lugeda ainult eksonilõike, siis küpset mRNA-d ei moodustu. Splaissimise protsessi uuriti ovalbumiini geeni näitel. See sisaldab ühte eksonit ja 7 intronit. Esiteks sünteesitakse DNA-l 7700 nukleotiidi sisaldav pro-mRNA. Seejärel pro-mRNA-s väheneb nukleotiidide arv 6800-ni, seejärel 5600, 4850, 3800, 3400 jne kuni 1372 eksonile vastava nukleotiidini. 1372 nukleotiidi sisaldav mRNA lahkub tuumast tsütoplasmasse, siseneb ribosoomi ja sünteesib vastava polüpeptiidi.

Biosünteesi järgmine etapp - translatsioon - toimub tsütoplasmas ribosoomidel tRNA osalusel.

Transfer RNA-d sünteesitakse tuumas, kuid raku tsütoplasmas toimivad vabas olekus. Üks tRNA molekul sisaldab 76-85 nukleotiidi ja on üsna keerulise struktuuriga, mis meenutab ristikulehte. Erilise tähtsusega on kolm tRNA sektsiooni: 1) antikoodon, mis koosneb kolmest nukleotiidist, mis määrab tRNA kinnituskoha ribosoomi vastava komplementaarse koodoni (mRNA) külge; 2) piirkond, mis määrab tRNA spetsiifilisuse, antud molekuli võime kinnituda ainult konkreetse aminohappe külge; 3) aktseptorsait, millele aminohape on kinnitatud. See on kõigi tRNA-de puhul sama ja koosneb kolmest nukleotiidist – C-C-A. Aminohappe lisamisele tRNA-le eelneb selle aktiveerimine ensüümi aminoatsüül-tRNA süntetaasi poolt. See ensüüm on iga aminohappe jaoks spetsiifiline. Aktiveeritud aminohape seotakse vastava tRNA-ga ja viiakse ribosoomi.

Keskne koht translatsioonis kuulub ribosoomidele - tsütoplasma ribonukleoproteiini organellidele, mida selles leidub suurel hulgal. Ribosoomide suurused prokarüootides on keskmiselt 30x30x20 nm, eukarüootides - 40x40x20 nm. Tavaliselt määratakse nende suurused settimisühikutes (S) - settimise kiirus tsentrifuugimisel sobivas keskkonnas. Bakteris Escherichia coli on ribosoomi suurus 70S ja see koosneb kahest alaühikust, millest ühe konstant on 30S, teise 50S ning sisaldab 64% ribosomaalset RNA-d ja 36% valku.

MRNA molekul lahkub tuumast tsütoplasmasse ja kinnitub väikese ribosoomi subühiku külge. Tõlge algab nn alguskoodoniga (sünteesi algataja) - A-U-G-. Kui tRNA toimetab ribosoomi aktiveeritud aminohappe, on selle antikoodon vesiniksidemega seotud mRNA komplementaarse koodoni nukleotiididega. tRNA aktseptorots koos vastava aminohappega kinnitub suure ribosomaalse subühiku pinnale. Pärast esimest aminohapet edastab teine ​​tRNA järgmise aminohappe ja seega sünteesitakse ribosoomil polüpeptiidahel. MRNA molekul töötab tavaliselt mitmel (5-20) ribosoomil korraga, mis on ühendatud polüsoomideks. Polüpeptiidahela sünteesi algust nimetatakse initsiatsiooniks, selle kasvu nimetatakse pikenemiseks. Polüpeptiidahela aminohapete järjestuse määrab mRNA koodonite järjestus. Polüpeptiidahela süntees peatub, kui mRNA-le ilmub üks terminaatorkoodonitest - UAA, UAG või UGA. Antud polüpeptiidahela sünteesi lõppu nimetatakse terminatsiooniks.

On kindlaks tehtud, et loomarakkudes pikeneb polüpeptiidahel ühe sekundi jooksul 7 aminohappe võrra ja mRNA liigub ribosoomil edasi 21 nukleotiidi võrra. Bakterites toimub see protsess kaks kuni kolm korda kiiremini.

Järelikult toimub ribosoomil valgumolekuli primaarstruktuuri - polüpeptiidahela - süntees vastavalt nukleotiidide vaheldumise järjekorrale ribonukleiinhappe matriitsis - mRNA. See ei sõltu ribosoomi struktuurist.

Valkude biosüntees toimub igas elusrakus. See on kõige aktiivsem noortes kasvavates rakkudes, kus sünteesitakse valke nende organellide ehitamiseks, samuti sekretoorsetes rakkudes, kus sünteesitakse ensüümvalke ja hormoonvalke.

Peamine roll valkude struktuuri määramisel kuulub DNA-le. DNA tükki, mis sisaldab teavet ühe valgu struktuuri kohta, nimetatakse geeniks. DNA molekul sisaldab mitusada geeni. DNA molekul sisaldab spetsiifiliselt sobivate nukleotiidide kujul valgu aminohapete järjestuse koodi. DNA kood dešifreeriti peaaegu täielikult. Selle olemus on järgmine. Iga aminohape vastab DNA ahela lõigule, mis koosneb kolmest kõrvuti asetsevast nukleotiidist.

Näiteks T-T-T sektsioon vastab aminohappe lüsiinile, A-C-A sektsioon vastab tsüstiinile, C-A-A valiinile jne. Seal on 20 erinevat aminohapet, 3-st 4 nukleotiidi võimalike kombinatsioonide arv on 64. Seetõttu on kolmikud. küllaldaselt piisav kõigi aminohapete kodeerimiseks.

Valkude süntees on keeruline mitmeetapiline protsess, mis kujutab endast maatrikssünteesi põhimõttel kulgevat sünteetiliste reaktsioonide ahelat.

Kuna DNA asub raku tuumas ja valkude süntees toimub tsütoplasmas, siis on olemas vahendaja, mis edastab informatsiooni DNA-st ribosoomidesse. See sõnumitooja on mRNA. :

Valkude biosünteesis määratakse järgmised etapid, mis esinevad raku erinevates osades:

1. Esimene etapp, i-RNA süntees, toimub tuumas, mille käigus transkribeeritakse DNA geenis sisalduv informatsioon i-RNA-ks. Seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks (ladina keelest "transkriptsioon" - ümberkirjutamine).
2. Teises etapis kombineeritakse aminohapped tRNA molekulidega, mis koosnevad järjestikku kolmest nukleotiidist - antikoodonitest, mille abil määratakse nende kolmikkoodon.
3. Kolmas etapp on polüpeptiidsidemete otsese sünteesi protsess, mida nimetatakse translatsiooniks. See esineb ribosoomides.
4. Neljandas etapis moodustub valgu sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, see tähendab valgu lõpliku struktuuri moodustumine.

Seega tekivad valkude biosünteesi käigus uued valgumolekulid vastavalt DNA-s sisalduvale täpsele informatsioonile. See protsess tagab valkude uuenemise, ainevahetusprotsessid, rakkude kasvu ja arengu ehk kõik raku eluprotsessid.

Kromosoomid (kreeka keelest "chroma" - värv, "soma" - keha) on raku tuuma väga olulised struktuurid. Nad mängivad suurt rolli rakkude jagunemise protsessis, tagades päriliku teabe edastamise ühelt põlvkonnalt teisele. Need on valkudega seotud õhukesed DNA ahelad. Neid ahelaid nimetatakse kromatiidideks, mis koosnevad DNA-st, aluselistest valkudest (histoonidest) ja happelistest valkudest.

Mittejagunevas rakus täidavad kromosoomid kogu tuuma mahu ja pole mikroskoobi all nähtavad. Enne jagunemise algust toimub DNA spiraliseerumine ja iga kromosoom muutub mikroskoobi all nähtavaks. Spiraliseerumise käigus lühenevad kromosoomid kümneid tuhandeid kordi. Selles olekus näevad kromosoomid välja nagu kaks identset kõrvuti asetsevat ahelat (kromatiidi), mis on ühendatud ühise lõiguga - tsentromeeriga.

Iga organismi iseloomustab konstantne kromosoomide arv ja struktuur. Somaatilistes rakkudes on kromosoomid alati paaris, see tähendab, et tuumas on kaks identset kromosoomi, mis moodustavad ühe paari. Selliseid kromosoome nimetatakse homoloogseteks ja paaritud kromosoomide komplekte somaatilistes rakkudes diploidseteks.

Seega koosneb diploidne kromosoomide komplekt inimestel 46 kromosoomist, moodustades 23 paari. Iga paar koosneb kahest identsest (homoloogsest) kromosoomist.

Kromosoomide struktuuriomadused võimaldavad neid eristada 7 rühma, mida tähistatakse ladina tähtedega A, B, C, D, E, F, G. Kõikidel kromosoomipaaridel on seerianumbrid.

Meestel ja naistel on 22 paari identseid kromosoome. Neid nimetatakse autosoomideks. Mees ja naine erinevad ühe kromosoomipaari poolest, mida nimetatakse sugukromosoomideks. Neid tähistatakse tähtedega - suur X (rühm C) ja väike Y (rühm C). Naise kehas on 22 paari autosoome ja üks paar (XX) sugukromosoome. Meestel on 22 paari autosoome ja üks paar (XY) sugukromosoome.

Erinevalt somaatilistest rakkudest sisaldavad sugurakud poole kromosoomide komplektist, see tähendab, et nad sisaldavad igast paarist ühte kromosoomi! Seda komplekti nimetatakse haploidseks. Haploidne kromosoomide komplekt tekib rakkude küpsemise ajal.