Prosess for proteinsynteseobjekt. Proteinsyntese i cellen - beskrivelse, funksjoner av prosessen

For å studere prosessene som skjer i kroppen, må du vite hva som skjer på cellenivå. Og der spilles den viktigste rollen av proteinforbindelser. Det er nødvendig å studere ikke bare funksjonene deres, men også skapelsesprosessen. Derfor er det viktig å forklare kort og tydelig. 9. klasse egner seg best til dette. Det er på dette stadiet elevene har nok kunnskap til å forstå temaet.

Proteiner - hva er de og hva er de til?

Disse høymolekylære forbindelsene spiller en stor rolle i livet til enhver organisme. Proteiner er polymerer, noe som betyr at de består av mange lignende "stykker". Antallet deres kan variere fra flere hundre til tusenvis.

Proteiner utfører mange funksjoner i en celle. Deres rolle er også stor på høyere organiseringsnivåer: vev og organer er i stor grad avhengig av at ulike proteiner fungerer som de skal.

For eksempel er alle hormoner av proteinopprinnelse. Men det er disse stoffene som styrer alle prosesser i kroppen.

Hemoglobin er også et protein; det består av fire kjeder, som er forbundet i midten med et jernatom. Denne strukturen gjør at røde blodceller kan frakte oksygen.

La oss huske at alle membraner inneholder proteiner. De er nødvendige for transport av stoffer gjennom cellemembranen.

Det er mange flere funksjoner til proteinmolekyler som de utfører klart og uten tvil. Disse fantastiske forbindelsene er svært forskjellige, ikke bare i deres roller i cellen, men også i struktur.

Hvor foregår syntesen?

Ribosomet er organellen der det meste av prosessen som kalles proteinbiosyntese finner sted. 9. klasse på forskjellige skoler er forskjellig i læreplanen for å studere biologi, men mange lærere gir stoff om organeller på forhånd, før de studerer oversettelsen.

Derfor vil det ikke være vanskelig for elevene å huske materialet som dekkes og konsolidere det. Du bør vite at bare én polypeptidkjede kan lages på én organell om gangen. Dette er ikke nok til å tilfredsstille alle behovene til cellen. Derfor er det mange ribosomer, og oftest kombineres de med endoplasmatisk retikulum.

Denne EPS kalles grov. Fordelen med et slikt "samarbeid" er åpenbart: proteinet umiddelbart etter syntese kommer inn i transportkanalen og kan sendes til bestemmelsesstedet uten forsinkelse.

Men hvis vi tar med helt begynnelsen, nemlig lesing av informasjon fra DNA, så kan vi si at proteinbiosyntesen i en levende celle begynner i kjernen. Det er der den genetiske koden syntetiseres.

Nødvendige materialer - aminosyrer, sted for syntese - ribosom

Det ser ut til at det er vanskelig å forklare hvordan proteinbiosyntesen skjer kort og tydelig; et prosessdiagram og mange tegninger er ganske enkelt nødvendig. De vil bidra til å formidle all informasjon, og det vil også være lettere for elevene å huske det.

Først av alt krever syntese "byggematerialer" - aminosyrer. Noen av dem produseres av kroppen. Andre kan bare fås fra mat; de kalles essensielle.

Det totale antallet aminosyrer er tjue, men på grunn av det store antallet alternativer der de kan ordnes i en lang kjede, er proteinmolekyler veldig forskjellige. Disse syrene er like i struktur, men er forskjellige i radikaler.

Det er egenskapene til disse delene av hver aminosyre som bestemmer hvilken struktur den resulterende kjeden vil "folde seg" inn i, om den vil danne en kvartær struktur med andre kjeder, og hvilke egenskaper det resulterende makromolekylet vil ha.

Prosessen med proteinbiosyntese kan ikke bare skje i cytoplasmaet; den krever et ribosom. består av to underenheter - store og små. I hvile skilles de, men så snart syntesen begynner, kobles de umiddelbart til og begynner å jobbe.

Slike forskjellige og viktige ribonukleinsyrer

For å bringe en aminosyre til ribosomet, trengs et spesielt RNA kalt transport-RNA. For forkortelse kalles det t-RNA. Dette enkeltkjedede, kløverbladformede molekylet er i stand til å feste en aminosyre til den frie enden og transportere den til stedet for proteinsyntese.

Et annet RNA involvert i proteinsyntese kalles messenger RNA. Den inneholder en like viktig komponent i syntesen - en kode som tydelig angir når hvilken aminosyre skal festes til den resulterende proteinkjeden.

Dette molekylet har en enkelttrådet struktur og består av nukleotider, akkurat som DNA. Det er noen forskjeller i primærstrukturen til disse nukleinsyrene, som du kan lese om i sammenligningsartikkelen om RNA og DNA.

Informasjon om sammensetningen av proteinet m-RNA mottar fra hovedholderen av den genetiske koden - DNA. Prosessen med å lese og syntetisere m-RNA kalles transkripsjon.

Det forekommer i kjernen, hvorfra det resulterende m-RNA sendes til ribosomet. DNA i seg selv forlater ikke kjernen, dens oppgave er bare å bevare den genetiske koden og overføre den til dattercellen under deling.

Sammendragstabell over hoveddeltakerne i sendingen

For å beskrive proteinbiosyntese kort og tydelig, er en tabell ganske enkelt nødvendig. I den vil vi skrive ned alle komponentene og deres rolle i denne prosessen, som kalles oversettelse.

Selve prosessen med å lage en proteinkjede er delt inn i tre stadier. La oss se på hver av dem mer detaljert. Etter dette kan du enkelt forklare proteinbiosyntese for alle som ønsker det, kort og tydelig.

Initiering - begynnelsen av prosessen

Dette er den første fasen av translasjonen der den lille underenheten av ribosomet binder seg til det aller første tRNA. Denne ribonukleinsyren bærer aminosyren metionin. Oversettelse begynner alltid med denne aminosyren, siden startkodonet er AUG, som koder for denne første monomeren i proteinkjeden.

For at ribosomet skal gjenkjenne startkodonet og ikke starte syntese fra midten av genet, hvor AUG-sekvensen også kan vises, er en spesiell sekvens av nukleotider plassert rundt startkodonet. Det er gjennom dem at ribosomet gjenkjenner stedet der den lille underenheten skal sitte.

Etter dannelsen av et kompleks med m-RNA, avsluttes initieringsstadiet. Og hovedscenen i sendingen begynner.

Forlengelse - midten av syntesen

På dette stadiet skjer en gradvis økning i proteinkjeden. Varigheten av forlengelsen avhenger av antall aminosyrer i proteinet.

Først av alt er den store underenheten til ribosomet festet til den lille. Og det første t-RNA ender helt opp i det. Bare metionin er igjen utenfor. Deretter kommer et andre t-RNA som bærer en annen aminosyre inn i den store underenheten.

Hvis det andre kodonet på mRNA samsvarer med antikodonet på toppen av kløverbladet, blir den andre aminosyren festet til den første via en peptidbinding.

Etter dette beveger ribosomet seg langs m-RNA nøyaktig tre nukleotider (ett kodon), det første t-RNA løsner metionin fra seg selv og skiller seg fra komplekset. I stedet er det et andre t-RNA, på slutten av dette henger det allerede to aminosyrer.

Deretter kommer et tredje tRNA inn i den store underenheten og prosessen gjentas. Det vil fortsette til ribosomet møter et kodon i mRNA som signaliserer slutten av translasjonen.

Avslutning

Dette stadiet er det siste, og noen kan synes det er ganske grusomt. Alle molekylene og organellene som fungerte så harmonisk for å lage polypeptidkjeden stopper så snart ribosomet treffer det terminale kodonet.

Den koder ikke for noen aminosyre, så uansett hvilket tRNA som er inkludert i den store underenheten, vil de alle bli avvist på grunn av mismatch. Det er her termineringsfaktorer spiller inn, og skiller det ferdige proteinet fra ribosomet.

Selve organellen kan enten desintegreres i to underenheter eller fortsette sin reise langs m-RNA på jakt etter et nytt startkodon. Ett m-RNA kan inneholde flere ribosomer samtidig. Hver av dem er på sitt eget stadium av oversettelse.Det nyopprettede proteinet er forsynt med markører, ved hjelp av hvilke alle vil forstå målet. Og ifølge EPS vil den bli sendt dit den trengs.

For å forstå rollen til proteinbiosyntese, er det nødvendig å studere hvilke funksjoner den kan utføre. Det avhenger av rekkefølgen av aminosyrer i kjeden. Det er deres egenskaper som bestemmer den sekundære, tertiære og noen ganger kvaternære (hvis den eksisterer) og dens rolle i cellen. Du kan lese mer om funksjonene til proteinmolekyler i en artikkel om dette emnet.

Hvordan finne ut mer om sendingen

Denne artikkelen beskriver proteinbiosyntese i en levende celle. Hvis du studerer emnet videre, vil det selvfølgelig ta mange sider å forklare prosessen i detalj. Men materialet ovenfor bør være nok for en generell idé. Videomateriale der forskere har simulert alle stadier av sendingen kan være svært nyttig for å forstå. Noen av dem er oversatt til russisk og kan tjene som en utmerket lærebok for studenter eller bare en pedagogisk video.

For å forstå emnet bedre, bør du lese andre artikler om lignende emner. For eksempel om eller om funksjonene til proteiner.

Hvordan forklare, kort og tydelig, hva proteinbiosyntese er og hva dens betydning er?

Hvis du er interessert i dette emnet og ønsker å forbedre skolekunnskapene dine eller gjenta det du har gått glipp av, er denne artikkelen laget for deg.

Hva er proteinbiosyntese

Først bør du gjøre deg kjent med definisjonen av biosyntese. Biosyntese er syntesen av naturlige organiske forbindelser av levende organismer.

For å si det enkelt er det produksjon av ulike stoffer ved hjelp av mikroorganismer. Denne prosessen spiller en viktig rolle i alle levende celler. La oss ikke glemme den komplekse biokjemiske sammensetningen.

Transkripsjon og kringkasting

Dette er de to viktigste trinnene i biosyntesen.

Transkripsjon fra latin betyr "omskriving" - DNA brukes som en matrise, så tre typer RNA syntetiseres (matrise/budbringer, transport, ribosomale ribonukleinsyrer). Reaksjonen utføres ved bruk av en polymerase (RNA) og ved bruk av en stor mengde adenosintrifosfat.

Det er to hovedhandlinger:

1. Betegnelse på slutten og begynnelsen av translasjonen ved tilsetning av mRNA.
2. En hendelse utført på grunn av spleising, som igjen fjerner ikke-informasjonsmessige RNA-sekvenser, og derved reduserer massen av mal-ribonukleinsyren med 10 ganger.

Kringkaste fra latin betyr "oversettelse" - mRNA brukes som en matrise, polypeptidkjeder syntetiseres.

Sendingen inkluderer tre stadier, som kan presenteres i tabellform:

1. Første etappe. Initiering er dannelsen av et kompleks som deltar i syntesen av polypeptidkjeden.
2. Andre fase. Forlengelse er en økning i størrelsen på denne kjeden.
3. Tredje trinn. Oppsigelse er konklusjonen av den ovennevnte prosessen.

Proteinbiosynteseskjema

Diagrammet viser hvordan prosessen foregår.

Dokkingpunktet for denne kretsen er ribosomene, der proteinet syntetiseres. I en enkel form utføres syntesen i henhold til skjemaet

DNA > PHK > protein.

Det første trinnet er transkripsjon, der molekylet endres til enkelttrådet messenger-ribonukleinsyre (mRNA). Den inneholder informasjon om aminosyresekvensen til proteinet.

Neste stopp for mRNA er ribosomet, hvor selve syntesen skjer. Dette skjer gjennom translasjon, dannelsen av en polypeptidkjede. Etter dette løpende opplegget, blir det resulterende proteinet transportert til forskjellige steder for å utføre spesifikke oppgaver.

Sekvens av proteinbiosynteseprosessorer

Proteinbiosyntese er en kompleks mekanisme som inkluderer de to trinnene nevnt ovenfor, nemlig transkripsjon og translasjon. Det transkriberte stadiet inntreffer først (det er delt inn i to hendelser).

Etter kommer oversettelse, der alle typer RNA deltar, hver med sin egen funksjon:

1. Informasjonsmessig – rollen til matrisen.
2. Transport - legge til aminosyrer, bestemme kodoner.
3. Ribosomal - dannelsen av ribosomer som støtter mRNA.
4. Transport – syntese av polypeptidkjeden.

Hvilke cellekomponenter er involvert i proteinbiosyntesen?

Som vi allerede har sagt, er biosyntese delt inn i to stadier. Hvert trinn involverer sine egne komponenter. På det første stadiet er det deoksyribonukleinsyre, messenger- og overførings-RNA og nukleotider.

Den andre fasen involverer følgende komponenter: mRNA, tRNA, ribosomer, nukleotider og peptider.

Hva er egenskapene til proteinbiosyntesereaksjoner i en celle?

Listen over funksjoner ved biosyntesereaksjoner inkluderer:

1. Bruk av ATP-energi til kjemiske reaksjoner.
2. Det finnes enzymer som har som oppgave å fremskynde reaksjoner.
3. Reaksjonen har en matrisekarakter, siden proteinet syntetiseres på mRNA.

Tegn på proteinbiosyntese i cellen

En slik kompleks prosess er selvfølgelig preget av forskjellige tegn:

1. Den første av disse er at enzymer er tilstede, uten hvilke selve prosessen ikke ville vært mulig.
2. Alle tre typer RNA er involvert, ut fra dette kan vi konkludere med at RNA spiller en sentral rolle.
3. Dannelsen av molekyler utføres av monomerer, nemlig aminosyrer.
4. Det er også verdt å merke seg at spesifisiteten til et bestemt protein bestemmes av arrangementet av aminosyrer.

Konklusjon

En flercellet organisme er et apparat som består av ulike celletyper som er differensierte – forskjellige i struktur og funksjon. I tillegg til proteiner er det celler av denne typen som også syntetiserer sin egen type, dette er forskjellen.

Først etablerer du sekvensen av trinn i proteinbiosyntese, og starter med transkripsjon. Hele sekvensen av prosesser som skjer under syntesen av proteinmolekyler kan kombineres i 2 stadier:

1. Transkripsjon.

2. Kringkaste.

De strukturelle enhetene til arvelig informasjon er gener - deler av DNA-molekylet som koder for syntesen av et spesifikt protein. Når det gjelder kjemisk organisering, er ikke materialet for arv og variasjon hos pro- og eukaryoter fundamentalt forskjellig. Det genetiske materialet i dem presenteres i DNA-molekylet; prinsippet om å registrere arvelig informasjon og den genetiske koden er også vanlig. De samme aminosyrene i pro- og eukaryoter er kryptert av de samme kodonene.

Genomet til moderne prokaryote celler er preget av en relativt liten størrelse, DNAet til E. coli har form som en ring, omtrent 1 mm lang. Den inneholder 4 x 10 6 nukleotidpar, og danner omtrent 4000 gener. I 1961 oppdaget F. Jacob og J. Monod den cistroniske, eller kontinuerlige organiseringen av prokaryote gener, som utelukkende består av kodende nukleotidsekvenser, og de blir fullstendig realisert under proteinsyntese. Arvestoffet til DNA-molekylet til prokaryoter befinner seg direkte i cytoplasmaet til cellen, hvor også tRNA og enzymer som er nødvendige for genuttrykk befinner seg.Uttrykk er den funksjonelle aktiviteten til gener, eller uttrykket av gener. Derfor kan mRNA syntetisert fra DNA umiddelbart utføre funksjonen til en mal i prosessen med translasjon av proteinsyntese.

Det eukaryote genomet inneholder betydelig mer arvelig materiale. Hos mennesker er den totale lengden av DNA i det diploide settet av kromosomer omtrent 174 cm. Det inneholder 3 x 10 9 par nukleotider og inkluderer opptil 100 000 gener. I 1977 ble diskontinuitet i strukturen til de fleste eukaryote gener oppdaget, kalt "mosaikk"-genet. Det er preget av kodende nukleotidsekvenser eksonisk Og intronisk tomter. Kun informasjon fra eksoner brukes til proteinsyntese. Antall introner varierer i ulike gener. Det er blitt fastslått at kylling-ovalbumingenet inkluderer 7 introner, og pattedyrprokollagengenet inkluderer 50. Funksjonene til tause DNA-introner har ikke blitt fullstendig belyst. Det antas at de gir: 1) strukturell organisering av kromatin; 2) noen av dem er åpenbart involvert i reguleringen av genuttrykk; 3) introner kan betraktes som et lager av informasjon for variabilitet; 4) de kan spille en beskyttende rolle ved å ta på seg virkningen av mutagener.

Transkripsjon

Prosessen med å omskrive informasjon i cellekjernen fra en del av et DNA-molekyl til et mRNA-molekyl (mRNA) kalles transkripsjon(Latin Transcriptio - omskriving). Det primære genproduktet, mRNA, syntetiseres. Dette er den første fasen av proteinsyntesen. På det tilsvarende DNA-stedet gjenkjenner enzymet RNA-polymerase tegnet for starten av transkripsjon - promotor. Utgangspunktet er det første DNA-nukleotidet som er inkorporert i RNA-transkriptet av enzymet. Som regel begynner kodende regioner med kodonet AUG; noen ganger brukes GUG i bakterier. Når RNA-polymerase binder seg til promoteren, skjer lokal avvikling av DNA-dobbelthelixen og en av trådene kopieres i henhold til komplementaritetsprinsippet. mRNA syntetiseres, dens monteringshastighet når 50 nukleotider per sekund. Når RNA-polymerase beveger seg, vokser mRNA-kjeden, og når enzymet når slutten av kopieringsområdet - terminator, beveger mRNA seg bort fra malen. DNA-dobbelthelixen bak enzymet gjenopprettes.

Transkripsjon av prokaryoter skjer i cytoplasmaet. På grunn av det faktum at DNA utelukkende består av kodende nukleotidsekvenser, fungerer derfor det syntetiserte mRNA umiddelbart som en mal for translasjon (se ovenfor).

Transkripsjon av mRNA i eukaryoter skjer i kjernen. Det begynner med syntesen av store molekyler - forløpere (pro-mRNA), kalt umodent, eller kjernefysisk RNA. Det primære produktet av genet - pro-mRNA er en nøyaktig kopi av den transkriberte delen av DNA, inkluderer eksoner og introner. Prosessen med å danne modne RNA-molekyler fra forløpere kalles behandling. mRNA-modning skjer ved skjøting- disse kuttes av enzymer restriksjonsenzym introner og kobling av regioner med transkriberte eksonsekvenser av ligaseenzymer. (Fig.) Modent mRNA er mye kortere enn forløpermolekylene til pro-mRNA, størrelsen på intronene i dem varierer fra 100 til 1000 nukleotider eller mer. Introner står for omtrent 80 % av alt umodent mRNA.

Det har nå vist seg mulig alternativ skjøting, hvor nukleotidsekvenser kan fjernes fra ett primært transkript i forskjellige deler av det og flere modne mRNA-er vil bli dannet. Denne typen spleising er typisk i immunglobulingensystemet hos pattedyr, som gjør det mulig å danne ulike typer antistoffer basert på ett mRNA-transkript.

Når behandlingen er fullført, velges det modne mRNA før det går ut av kjernen. Det er fastslått at bare 5 % av modent mRNA kommer inn i cytoplasmaet, og resten spaltes i kjernen.

Kringkaste

Translasjon (latin Translatio - transfer, transfer) er oversettelse av informasjon som finnes i nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til aminosyresekvensen til en polypeptidkjede (fig. 10). Dette er den andre fasen av proteinsyntesen. Overføringen av modent mRNA gjennom porene i kjernekappen produseres av spesielle proteiner som danner et kompleks med RNA-molekylet. I tillegg til å transportere mRNA, beskytter disse proteinene mRNA fra de skadelige effektene av cytoplasmatiske enzymer. I translasjonsprosessen spiller tRNA en sentral rolle; de ​​sikrer nøyaktig matching av aminosyren til koden til mRNA-tripletten. Translasjons-dekodingsprosessen skjer i ribosomer og utføres i retning fra 5 til 3. Komplekset av mRNA og ribosomer kalles et polysom.

Under oversettelse kan tre faser skilles: initiering, forlengelse og terminering.

Initiering.

På dette stadiet er hele komplekset som er involvert i syntesen av proteinmolekylet satt sammen. De to ribosomale underenhetene er forent i en bestemt del av mRNA, det første aminoacyl-tRNA er festet til det, og dette setter informasjonsleserammen. I ethvert m-RNA-molekyl er det en region som er komplementær til r-RNA-en til den lille ribosomale underenheten og er spesifikt kontrollert av den. Ved siden av ligger det initierende startkodonet AUG, som koder for aminosyren metionin.Initieringsfasen avsluttes med dannelsen av et kompleks: ribosom, -mRNA- initierende aminoacyl-tRNA.

Forlengelse

— den inkluderer alle reaksjoner fra dannelsen av den første peptidbindingen til tilsetningen av den siste aminosyren. Ribosomet har to steder for binding av to tRNA-molekyler. I en region, peptidyl (P), er det første t-RNA med aminosyren metionin, og syntesen av et hvilket som helst proteinmolekyl begynner med det. Det andre tRNA-molekylet går inn i den andre delen av ribosomet, aminoacyldelen (A), og fester seg til kodonet. En peptidbinding dannes mellom metionin og den andre aminosyren. Det andre tRNA-et beveger seg sammen med sitt mRNA-kodon til peptidylsenteret. Bevegelsen av t-RNA med en polypeptidkjede fra aminoacylsenteret til peptidylsenteret er ledsaget av fremføring av ribosomet langs m-RNA med et trinn som tilsvarer ett kodon. T-RNA som leverte metionin går tilbake til cytoplasmaet, og amnoacylsenteret frigjøres. Den mottar et nytt t-RNA med en aminosyre kryptert av neste kodon. Det dannes en peptidbinding mellom den tredje og andre aminosyren og den tredje t-RNA flytter sammen med m-RNA kodonet til peptidylsenteret Prosessen med forlengelse, forlengelse av proteinkjeden. Det fortsetter til ett av de tre kodonene som ikke koder for aminosyrer kommer inn i ribosomet. Dette er et terminatorkodon og det er ikke noe tilsvarende tRNA for det, så ingen av tRNAene kan ta plass i aminoacylsenteret.

Avslutning

– fullføring av polypeptidsyntese. Det er assosiert med gjenkjennelsen av et spesifikt ribosomalt protein av et av termineringskodonene (UAA, UAG, UGA) når det kommer inn i aminoacylsenteret. En spesiell termineringsfaktor er festet til ribosomet, som fremmer separasjon av ribosomale underenheter og frigjøring av det syntetiserte proteinmolekylet. Vann tilsettes til den siste aminosyren i peptidet og karboksylenden separeres fra tRNA.

Sammenstillingen av peptidkjeden skjer ved høy hastighet. I bakterier ved en temperatur på 37°C uttrykkes det ved tilsetning av 12 til 17 aminosyrer per sekund til polypeptidet. I eukaryote celler legges to aminosyrer til et polypeptid hvert sekund.

Den syntetiserte polypeptidkjeden går deretter inn i Golgi-komplekset, hvor konstruksjonen av proteinmolekylet er fullført (den andre, tredje og fjerde strukturen vises sekvensielt). Det er her proteinmolekyler kombineres med fett og karbohydrater.

Hele prosessen med proteinbiosyntese presenteres i form av et diagram: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polypeptidkjede ® protein ® kompleksdannelse av proteiner og deres transformasjon til funksjonelt aktive molekyler.

Stadiene for implementering av arvelig informasjon fortsetter også på en lignende måte: først blir den transkribert til nukleotidsekvensen til mRNA, og deretter oversatt til aminosyresekvensen til et polypeptid på ribosomer med deltakelse av tRNA.

Transkripsjon i eukaryoter utføres under påvirkning av tre nukleære RNA-polymeraser. RNA-polymerase 1 er lokalisert i nukleolus og er ansvarlig for transkripsjonen av rRNA-gener. RNA-polymerase 2 finnes i kjernesaft og er ansvarlig for syntesen av forløper-mRNA. RNA-polymerase 3 er en liten fraksjon i kjernesaften som syntetiserer små rRNA og tRNA. RNA-polymeraser gjenkjenner spesifikt nukleotidsekvensen til en transkripsjonspromotor. Eukaryotisk mRNA syntetiseres først som en forløper (pro-mRNA), og informasjon fra eksoner og introner overføres til den. Det syntetiserte mRNA er større enn nødvendig for translasjon og er mindre stabilt.

Under modningen av mRNA-molekylet blir introner skåret ut ved hjelp av restriksjonsenzymer, og eksoner blir sydd sammen ved hjelp av ligaseenzymer. Modningen av mRNA kalles prosessering, og sammenføyningen av eksoner kalles spleising. Således inneholder modent mRNA bare eksoner og er mye kortere enn forgjengeren, pro-mRNA. Størrelsen på introner varierer fra 100 til 10 000 nukleotider eller mer. Intons står for omtrent 80 % av alt umodent mRNA. Muligheten for alternativ spleising er nå bevist, der nukleotidsekvenser kan fjernes fra ett primært transkript i forskjellige deler av det og flere modne mRNA-er vil bli dannet. Denne typen spleising er typisk i immunglobulingensystemet hos pattedyr, som gjør det mulig å danne ulike typer antistoffer basert på ett mRNA-transkript. Etter fullført prosessering velges det modne mRNA før det frigjøres til cytoplasmaet fra kjernen. Det er fastslått at bare 5 % av modent mRNA kommer inn, og resten spaltes i kjernen. Transformasjonen av primære transkripsjoner av eukaryote gener, assosiert med deres ekson-intron-organisasjon, og i forbindelse med overgangen av modent mRNA fra kjernen til cytoplasmaet, bestemmer funksjonene ved implementeringen av genetisk informasjon om eukaryoter. Derfor er det eukaryote mosaikkgenet ikke et cistrongen, siden ikke hele DNA-sekvensen brukes til proteinsyntese.

Settet med reaksjoner av biologisk syntese kalles plastisk utveksling, eller assimilering. Navnet på denne typen utveksling gjenspeiler dens essens: fra enkle stoffer som kommer inn i cellen fra utsiden, dannes stoffer som ligner på cellens stoffer.

La oss vurdere en av de viktigste formene for plastisk metabolisme - proteinbiosyntese. Hele mangfoldet av egenskaper til proteiner bestemmes til slutt av den primære strukturen, dvs. sekvensen av aminosyrer. Et stort antall unike kombinasjoner av aminosyrer valgt av evolusjon blir reprodusert ved syntese av nukleinsyrer med en sekvens av nitrogenholdige baser som tilsvarer sekvensen av aminosyrer i proteiner. Hver aminosyre i polypeptidkjeden tilsvarer en kombinasjon av tre nukleotider - en triplett.

Prosessen med å implementere arvelig informasjon i biosyntese utføres med deltakelse av tre typer ribonukleinsyrer: informasjon (mal) - mRNA (mRNA), ribosomalt - rRNA og transport - tRNA. Alle ribonukleinsyrer syntetiseres i de tilsvarende delene av DNA-molekylet. De er mye mindre i størrelse enn DNA og representerer en enkelt kjede av nukleotider. Nukleotider inneholder en fosforsyrerest (fosfat), et pentosesukker (ribose) og en av fire nitrogenholdige baser - adenin, cytosin, guanin og uracil. Den nitrogenholdige basen, uracil, er komplementær til adenin.

Biosynteseprosessen er kompleks og inkluderer en rekke stadier - transkripsjon, spleising og oversettelse.

Det første stadiet (transkripsjon) skjer i cellekjernen: mRNA syntetiseres i en del av et spesifikt gen på et DNA-molekyl. Denne syntesen utføres med deltakelse av et kompleks av enzymer, hvorav hoveddelen er DNA-avhengig RNA-polymerase, som fester seg til startpunktet til DNA-molekylet, vikler ut dobbelthelixen og syntetiserer langs en av trådene. en komplementær streng av mRNA ved siden av den. Som et resultat av transkripsjon inneholder mRNA genetisk informasjon i form av en sekvensiell veksling av nukleotider, hvis rekkefølge er nøyaktig kopiert fra den tilsvarende delen (genet) av DNA-molekylet.

Ytterligere studier viste at under transkripsjonsprosessen syntetiseres det såkalte pro-mRNA - forløperen til modent mRNA som er involvert i translasjon. Pro-mRNA er betydelig større og inneholder fragmenter som ikke koder for syntesen av den tilsvarende polypeptidkjeden. I DNA, sammen med regioner som koder for rRNA, tRNA og polypeptider, er det fragmenter som ikke inneholder genetisk informasjon. De kalles introner i motsetning til de kodende fragmentene, som kalles eksoner. Introner finnes i mange deler av DNA-molekyler. For eksempel inneholder ett gen, DNA-delen som koder for kylling-ovalbumin, 7 introner, og rotteserumalbumingenet inneholder 13 introner. Lengden på intronet varierer - fra to hundre til tusen par DNA-nukleotider. Introner leses (transkriberes) samtidig som eksoner, så pro-mRNA er mye lengre enn modent mRNA. I kjernen kuttes introner ut i pro-mRNA av spesielle enzymer, og eksonfragmenter "spleises" sammen i en streng rekkefølge. Denne prosessen kalles skjøting. Under spleiseprosessen dannes modent mRNA, som bare inneholder informasjonen som er nødvendig for syntesen av det tilsvarende polypeptidet, det vil si den informative delen av strukturgenet.

Betydningen og funksjonene til introner er fortsatt ikke helt klare, men det er fastslått at hvis bare eksonseksjoner leses i DNA, dannes ikke modent mRNA. Skjøteprosessen ble studert ved å bruke eksemplet med ovalbumingenet. Den inneholder ett ekson og 7 introner. Først syntetiseres pro-mRNA som inneholder 7700 nukleotider på DNA. Så i pro-mRNA reduseres antallet nukleotider til 6800, deretter til 5600, 4850, 3800, 3400 osv. til 1372 nukleotider som tilsvarer eksonet. Inneholder 1372 nukleotider, mRNA forlater kjernen inn i cytoplasmaet, går inn i ribosomet og syntetiserer det tilsvarende polypeptidet.

Det neste stadiet av biosyntese - translasjon - skjer i cytoplasmaet på ribosomer med deltakelse av tRNA.

Overførings-RNA syntetiseres i kjernen, men fungerer i fri tilstand i cellecytoplasma. Ett tRNA-molekyl inneholder 76-85 nukleotider og har en ganske kompleks struktur, som minner om et kløverblad. Tre seksjoner av tRNA er av spesiell betydning: 1) et antikodon, bestående av tre nukleotider, som bestemmer bindingsstedet for tRNA til det tilsvarende komplementære kodonet (mRNA) på ribosomet; 2) en region som bestemmer spesifisiteten til tRNA, evnen til et gitt molekyl til å feste seg kun til en spesifikk aminosyre; 3) akseptorsted som aminosyren er festet til. Det er likt for alle tRNA og består av tre nukleotider - C-C-A. Tilsetningen av en aminosyre til tRNA innledes av dens aktivering av enzymet aminoacyl-tRNA-syntetase. Dette enzymet er spesifikt for hver aminosyre. Den aktiverte aminosyren festes til det tilsvarende tRNA og leveres til ribosomet.

Det sentrale stedet i oversettelse tilhører ribosomer - ribonukleoproteinorganeller i cytoplasmaet, som er tilstede i stort antall i den. Størrelsene på ribosomer i prokaryoter er i gjennomsnitt 30x30x20 nm, i eukaryoter - 40x40x20 nm. Vanligvis bestemmes deres størrelser i sedimenteringsenheter (S) - sedimentasjonshastigheten under sentrifugering i et passende medium. I bakterien Escherichia coli har ribosomet en størrelse på 70S og består av to underenheter, hvorav den ene har en konstant på 30S, den andre 50S, og inneholder 64 % ribosomalt RNA og 36 % protein.

mRNA-molekylet forlater kjernen inn i cytoplasmaet og fester seg til den lille ribosomale underenheten. Oversettelse begynner med det såkalte startkodonet (initiator av syntese) - A-U-G-. Når tRNA leverer en aktivert aminosyre til ribosomet, er antikodonet hydrogenbundet til nukleotidene til det komplementære kodonet til mRNA. Akseptorenden av tRNA med den tilsvarende aminosyren er festet til overflaten av den store ribosomale underenheten. Etter den første aminosyren leverer et annet tRNA den neste aminosyren, og dermed syntetiseres polypeptidkjeden på ribosomet. Et mRNA-molekyl virker vanligvis på flere (5-20) ribosomer samtidig, koblet til polysomer. Begynnelsen av syntesen av en polypeptidkjede kalles initiering, dens vekst kalles forlengelse. Sekvensen av aminosyrer i en polypeptidkjede bestemmes av sekvensen av kodoner i mRNA. Syntese av polypeptidkjeden stopper når et av terminatorkodonene vises på mRNA - UAA, UAG eller UGA. Slutten av syntesen av en gitt polypeptidkjede kalles terminering.

Det er fastslått at i dyreceller forlenges polypeptidkjeden med 7 aminosyrer i løpet av ett sekund, og mRNA-en går videre på ribosomet med 21 nukleotider. Hos bakterier skjer denne prosessen to til tre ganger raskere.

Følgelig skjer syntesen av den primære strukturen til proteinmolekylet - polypeptidkjeden - på ribosomet i samsvar med rekkefølgen for veksling av nukleotider i malen ribonukleinsyre - mRNA. Det avhenger ikke av strukturen til ribosomet.

Proteinbiosyntese skjer i hver levende celle. Det er mest aktivt i unge voksende celler, der proteiner syntetiseres for å bygge organellene deres, samt i sekretoriske celler, hvor enzymproteiner og hormonproteiner syntetiseres.

Hovedrollen i å bestemme strukturen til proteiner tilhører DNA. Et stykke DNA som inneholder informasjon om strukturen til ett protein kalles et gen. Et DNA-molekyl inneholder flere hundre gener. DNA-molekylet inneholder en kode for sekvensen av aminosyrer i et protein i form av spesifikt kombinerte nukleotider. DNA-koden ble nesten fullstendig dechiffrert. Dens essens er som følger. Hver aminosyre tilsvarer en del av en DNA-kjede som består av tre tilstøtende nukleotider.

For eksempel tilsvarer T-T-T-delen aminosyren lysin, A-C-A-delen tilsvarer cystin, C-A-A til valin osv. Det er 20 forskjellige aminosyrer, antall mulige kombinasjoner av 4 nukleotider av 3 er 64. Derfor er tripletter rikelig nok til å kode for alle aminosyrer.

Proteinsyntese er en kompleks flertrinnsprosess, som representerer en kjede av syntetiske reaksjoner som fortsetter i henhold til prinsippet om matrisesyntese.

Siden DNA er lokalisert i cellekjernen, og proteinsyntese skjer i cytoplasma, er det et mellomledd som overfører informasjon fra DNA til ribosomer. Denne budbringeren er mRNA. :

I proteinbiosyntese bestemmes følgende stadier, som forekommer i forskjellige deler av cellen:

1. Det første stadiet, i-RNA-syntese, skjer i kjernen, hvor informasjonen i DNA-genet blir transkribert til i-RNA. Denne prosessen kalles transkripsjon (fra latin "transkripsjon" - omskriving).
2. På det andre trinnet kombineres aminosyrer med tRNA-molekyler, som sekvensielt består av tre nukleotider - antikodoner, ved hjelp av hvilke deres triplettkodon bestemmes.
3. Det tredje trinnet er prosessen med direkte syntese av polypeptidbindinger, kalt translasjon. Det forekommer i ribosomer.
4. På det fjerde trinnet skjer dannelsen av den sekundære og tertiære strukturen til proteinet, det vil si dannelsen av den endelige strukturen til proteinet.

Således, i prosessen med proteinbiosyntese, dannes nye proteinmolekyler i samsvar med den nøyaktige informasjonen som finnes i DNA. Denne prosessen sikrer fornyelse av proteiner, metabolske prosesser, cellevekst og utvikling, det vil si alle cellens livsprosesser.

Kromosomer (fra gresk "chroma" - farge, "soma" - kropp) er svært viktige strukturer i cellekjernen. De spiller en stor rolle i prosessen med celledeling, og sikrer overføring av arvelig informasjon fra en generasjon til en annen. De er tynne DNA-tråder knyttet til proteiner. Trådene kalles kromatider, bestående av DNA, basiske proteiner (histoner) og sure proteiner.

I en ikke-delt celle fyller kromosomer hele volumet av kjernen og er ikke synlige under et mikroskop. Før delingen begynner, skjer DNA-spiralisering og hvert kromosom blir synlig under et mikroskop. Under spiralisering blir kromosomene forkortet titusenvis av ganger. I denne tilstanden ser kromosomene ut som to identiske tråder (kromatider) som ligger ved siden av hverandre, forbundet med en felles seksjon - sentromeren.

Hver organisme er preget av et konstant antall og struktur av kromosomer. I somatiske celler er kromosomer alltid paret, det vil si at i kjernen er det to identiske kromosomer som utgjør ett par. Slike kromosomer kalles homologe, og parede sett med kromosomer i somatiske celler kalles diploide.

Dermed består det diploide settet med kromosomer hos mennesker av 46 kromosomer, og danner 23 par. Hvert par består av to identiske (homologe) kromosomer.

De strukturelle egenskapene til kromosomer gjør det mulig å skille dem i 7 grupper, som er utpekt med de latinske bokstavene A, B, C, D, E, F, G. Alle par av kromosomer har serienummer.

Menn og kvinner har 22 par identiske kromosomer. De kalles autosomer. En mann og en kvinne er forskjellige i ett par kromosomer, som kalles kjønnskromosomer. De er utpekt med bokstaver - stor X (gruppe C) og liten Y (gruppe C). I kvinnekroppen er det 22 par autosomer og ett par (XX) kjønnskromosomer. Menn har 22 par autosomer og ett par (XY) kjønnskromosomer.

I motsetning til somatiske celler inneholder kjønnsceller halve settet med kromosomer, det vil si at de inneholder ett kromosom fra hvert par! Dette settet kalles haploid. Det haploide settet med kromosomer oppstår under cellemodning.