กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ - คำอธิบายหน้าที่ของกระบวนการ

เพื่อศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกาย คุณจำเป็นต้องรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับเซลล์ และสารประกอบโปรตีนมีบทบาทที่สำคัญที่สุด มีความจำเป็นต้องศึกษาไม่เพียงแต่หน้าที่ของพวกเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการสร้างด้วย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องอธิบายสั้น ๆ และชัดเจน ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 เหมาะที่สุดสำหรับสิ่งนี้ อยู่ในขั้นตอนนี้ที่นักเรียนมีความรู้เพียงพอที่จะเข้าใจหัวข้อนี้

โปรตีน - คืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร?

สารประกอบโมเลกุลสูงเหล่านี้มีบทบาทอย่างมากในชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โปรตีนคือโพลีเมอร์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันประกอบด้วย "ชิ้นส่วน" ที่คล้ายกันหลายชิ้น จำนวนของพวกเขาอาจแตกต่างกันตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพัน

โปรตีนทำหน้าที่หลายอย่างในเซลล์ บทบาทของพวกเขายังดีเยี่ยมในระดับองค์กรที่สูงขึ้น เนื้อเยื่อและอวัยวะส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการทำงานที่เหมาะสมของโปรตีนต่างๆ

ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนทั้งหมดมีต้นกำเนิดจากโปรตีน แต่เป็นสารเหล่านี้ที่ควบคุมกระบวนการทั้งหมดในร่างกาย

เฮโมโกลบินก็เป็นโปรตีนเช่นกันประกอบด้วยโซ่สี่เส้นซึ่งเชื่อมต่อกันตรงกลางด้วยอะตอมของเหล็ก โครงสร้างนี้ช่วยให้เซลล์เม็ดเลือดแดงนำออกซิเจนได้

ให้เราจำไว้ว่าเยื่อหุ้มทั้งหมดมีโปรตีน จำเป็นสำหรับการขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

ยังมีหน้าที่อีกมากมายของโมเลกุลโปรตีนที่ทำงานอย่างชัดเจนและไม่ต้องสงสัย สารประกอบที่น่าทึ่งเหล่านี้มีความหลากหลายมากไม่เพียงแต่ในบทบาทในเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในโครงสร้างด้วย

การสังเคราะห์เกิดขึ้นที่ไหน?

ไรโบโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่กระบวนการส่วนใหญ่เรียกว่าการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้น ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ในโรงเรียนต่างๆ หลักสูตรการเรียนชีววิทยาแตกต่างกันไป แต่ครูหลายคนให้เนื้อหาเกี่ยวกับออร์แกเนลล์ล่วงหน้าก่อนที่จะเรียนการแปล

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องยากสำหรับนักเรียนที่จะจดจำเนื้อหาที่ครอบคลุมและรวบรวมไว้ คุณควรรู้ว่าสามารถสร้างสายโพลีเปปไทด์ได้เพียงสายเดียวบนออร์แกเนลล์ครั้งละหนึ่งออร์แกเนลล์ ไม่เพียงพอต่อการตอบสนองทุกความต้องการของเซลล์ ดังนั้นจึงมีไรโบโซมจำนวนมากและส่วนใหญ่มักจะรวมกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

EPS นี้เรียกว่าหยาบ ประโยชน์ของ "ความร่วมมือ" ดังกล่าวชัดเจน: โปรตีนทันทีหลังจากการสังเคราะห์จะเข้าสู่ช่องทางการขนส่งและสามารถส่งไปยังจุดหมายปลายทางได้โดยไม่ชักช้า

แต่ถ้าเราคำนึงถึงจุดเริ่มต้น นั่นคือการอ่านข้อมูลจาก DNA เราก็สามารถพูดได้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิตเริ่มต้นในนิวเคลียส ที่นั่นมีการสังเคราะห์รหัสพันธุกรรม

วัสดุที่จำเป็น - กรดอะมิโน, สถานที่สังเคราะห์ - ไรโบโซม

ดูเหมือนว่าจะเป็นการยากที่จะอธิบายว่าการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นอย่างสั้น ๆ และชัดเจนได้อย่างไร จำเป็นต้องมีแผนภาพกระบวนการและภาพวาดจำนวนมาก พวกเขาจะช่วยถ่ายทอดข้อมูลทั้งหมด และนักเรียนจะจดจำได้ง่ายขึ้นอีกด้วย

ประการแรก การสังเคราะห์ต้องใช้ "วัสดุก่อสร้าง" - กรดอะมิโน บางส่วนผลิตโดยร่างกาย อย่างอื่นได้มาจากอาหารเท่านั้นเรียกว่าจำเป็น

จำนวนกรดอะมิโนทั้งหมดคือยี่สิบ แต่เนื่องจากมีตัวเลือกมากมายที่สามารถจัดเรียงเป็นสายโซ่ยาวได้ โมเลกุลโปรตีนจึงมีความหลากหลายมาก กรดเหล่านี้มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่มีอนุมูลต่างกัน

คุณสมบัติของส่วนเหล่านี้ของกรดอะมิโนแต่ละตัวเป็นตัวกำหนดว่าสายโซ่ผลลัพธ์จะ "พับ" เข้ากับโครงสร้างใด โครงสร้างดังกล่าวจะสร้างโครงสร้างควอเทอร์นารีร่วมกับสายโซ่อื่นๆ หรือไม่ และโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ได้จะมีคุณสมบัติใดบ้าง

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนไม่สามารถเกิดขึ้นได้ง่ายๆ ในไซโตพลาสซึม แต่ต้องใช้ไรโบโซม ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย - ใหญ่และเล็ก ที่เหลือจะถูกแยกออกจากกัน แต่ทันทีที่การสังเคราะห์เริ่มต้นขึ้น พวกมันจะเชื่อมต่อกันทันทีและเริ่มทำงาน

กรดไรโบนิวคลีอิกที่แตกต่างและสำคัญเช่นนี้

เพื่อนำกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม จำเป็นต้องมี RNA พิเศษที่เรียกว่า Transport RNA เรียกชื่อย่อว่า t-RNA โมเลกุลรูปโคลเวอร์ลีฟสายโซ่เดี่ยวนี้สามารถยึดกรดอะมิโนหนึ่งตัวไว้ที่ปลายอิสระและขนส่งไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน

RNA อื่นที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่า Messenger RNA ประกอบด้วยองค์ประกอบการสังเคราะห์ที่สำคัญพอๆ กัน ซึ่งเป็นรหัสที่ระบุอย่างชัดเจนว่าเมื่อใดควรแนบกรดอะมิโนตัวใดเข้ากับสายโซ่โปรตีนที่เกิดขึ้น

โมเลกุลนี้มีโครงสร้างเป็นเกลียวเดี่ยวและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ เช่นเดียวกับ DNA โครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิกเหล่านี้มีความแตกต่างบางประการ ซึ่งคุณสามารถอ่านได้ในบทความเปรียบเทียบเกี่ยวกับ RNA และ DNA

ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของโปรตีน m-RNA ที่ได้รับจากผู้ดูแลหลักของรหัสพันธุกรรม - DNA กระบวนการอ่านและสังเคราะห์ m-RNA เรียกว่าการถอดรหัส

มันเกิดขึ้นในนิวเคลียสจากจุดที่ m-RNA ที่เป็นผลลัพธ์ถูกส่งไปยังไรโบโซม DNA เองไม่ได้ออกจากนิวเคลียส หน้าที่ของมันคือเพียงเพื่อรักษารหัสพันธุกรรมและถ่ายโอนไปยังเซลล์ลูกในระหว่างการแบ่งตัว

ตารางสรุปผู้เข้าร่วมรายการหลักในการออกอากาศ

เพื่ออธิบายการสังเคราะห์โปรตีนโดยย่อและชัดเจน จำเป็นต้องมีตาราง ในนั้นเราจะเขียนส่วนประกอบทั้งหมดและบทบาทในกระบวนการนี้ซึ่งเรียกว่าการแปล

กระบวนการสร้างสายโซ่โปรตีนนั้นแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน มาดูรายละเอียดเพิ่มเติมกัน หลังจากนี้คุณสามารถอธิบายการสังเคราะห์โปรตีนให้ทุกคนที่ต้องการทราบโดยย่อและชัดเจนได้อย่างง่ายดาย

การเริ่มต้น - จุดเริ่มต้นของกระบวนการ

นี่คือขั้นตอนเริ่มต้นของการแปลซึ่งหน่วยย่อยขนาดเล็กของไรโบโซมจับกับ tRNA แรกสุด กรดไรโบนิวคลีอิกนี้มีกรดอะมิโนเมไทโอนีน การแปลความหมายจะเริ่มต้นด้วยกรดอะมิโนนี้เสมอ เนื่องจากโคดอนเริ่มต้นคือ AUG ซึ่งเข้ารหัสโมโนเมอร์ตัวแรกในสายโซ่โปรตีน

เพื่อให้ไรโบโซมจดจำโคดอนเริ่มต้นและไม่เริ่มการสังเคราะห์จากตรงกลางของยีน ซึ่งลำดับ AUG อาจปรากฏขึ้นด้วย ลำดับพิเศษของนิวคลีโอไทด์จะตั้งอยู่รอบๆ โคดอนเริ่มต้น ไรโบโซมจะรับรู้ถึงสถานที่ที่หน่วยย่อยเล็ก ๆ ของมันควรนั่งอยู่โดยผ่านพวกมัน

หลังจากการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ด้วย m-RNA ระยะเริ่มต้นจะสิ้นสุดลง และเวทีหลักของการออกอากาศก็เริ่มต้นขึ้น

การยืดตัว - กึ่งกลางของการสังเคราะห์

ในขั้นตอนนี้จะมีการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปในสายโซ่โปรตีน ระยะเวลาของการยืดตัวขึ้นอยู่กับจำนวนกรดอะมิโนในโปรตีน

ประการแรก หน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซมจะติดอยู่กับหน่วยย่อยขนาดเล็ก และ t-RNA เริ่มต้นก็ไปจบลงที่มันทั้งหมด มีเพียงเมไทโอนีนเท่านั้นที่ยังคงอยู่ภายนอก จากนั้น t-RNA ตัวที่สองที่มีกรดอะมิโนอีกตัวจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่

หากโคดอนตัวที่สองบน mRNA ตรงกับแอนติโคดอนที่ด้านบนของใบโคลเวอร์ลีฟ กรดอะมิโนตัวที่สองจะถูกยึดติดกับตัวแรกผ่านพันธะเปปไทด์

หลังจากนั้นไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปตาม m-RNA สามนิวคลีโอไทด์ (หนึ่งโคดอน) t-RNA ตัวแรกจะแยกเมไทโอนีนออกจากตัวมันเองและแยกออกจากคอมเพล็กซ์ ในสถานที่นั้นมี t-RNA ตัวที่สองซึ่งในตอนท้ายมีกรดอะมิโนสองตัวที่แขวนอยู่

จากนั้น tRNA ตัวที่สามจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่และกระบวนการจะเกิดขึ้นซ้ำ มันจะดำเนินต่อไปจนกว่าไรโบโซมจะพบโคดอนใน mRNA ที่ส่งสัญญาณการสิ้นสุดการแปล

การสิ้นสุด

ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนสุดท้าย และบางคนอาจพบว่ามันค่อนข้างโหดร้าย โมเลกุลและออร์แกเนลล์ทั้งหมดที่ทำงานอย่างกลมกลืนเพื่อสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดทันทีที่ไรโบโซมกระทบกับโคดอนส่วนปลาย

มันไม่ได้เข้ารหัสสำหรับกรดอะมิโนใดๆ ดังนั้นไม่ว่า tRNA ใดจะรวมอยู่ในหน่วยย่อยขนาดใหญ่ก็ตาม พวกมันทั้งหมดจะถูกปฏิเสธเนื่องจากไม่ตรงกัน นี่คือจุดที่ปัจจัยการเลิกจ้างเข้ามามีบทบาท โดยแยกโปรตีนที่เสร็จแล้วออกจากไรโบโซม

ออร์แกเนลล์เองสามารถสลายตัวออกเป็นสองหน่วยย่อยหรือเดินทางต่อไปตาม m-RNA เพื่อค้นหารหัสเริ่มต้นใหม่ m-RNA หนึ่งตัวสามารถมีไรโบโซมได้หลายตัวในคราวเดียว แต่ละคนอยู่ในขั้นตอนการแปลของตัวเองโปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่นั้นมาพร้อมกับเครื่องหมายซึ่งทุกคนจะเข้าใจถึงจุดหมายปลายทางของมัน และตาม EPS จะถูกส่งไปยังจุดที่ต้องการ

เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทของการสังเคราะห์โปรตีนจำเป็นต้องศึกษาว่าฟังก์ชันใดที่สามารถทำได้ ขึ้นอยู่กับลำดับของกรดอะมิโนในสายโซ่ มันเป็นคุณสมบัติที่กำหนดทุติยภูมิตติยภูมิและบางครั้งควอเทอร์นารี (ถ้ามี) และบทบาทของมันในเซลล์ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่ของโมเลกุลโปรตีนได้ในบทความในหัวข้อนี้

วิธีค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกอากาศ

บทความนี้จะอธิบายการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิต แน่นอนว่าหากคุณศึกษาวิชานี้เพิ่มเติม จะต้องใช้เวลานานหลายหน้าในการอธิบายกระบวนการโดยละเอียด แต่เนื้อหาข้างต้นควรจะเพียงพอสำหรับแนวคิดทั่วไป สื่อวิดีโอที่นักวิทยาศาสตร์ได้จำลองการออกอากาศทุกขั้นตอนจะมีประโยชน์มากสำหรับการทำความเข้าใจ บางส่วนได้รับการแปลเป็นภาษารัสเซียและสามารถใช้เป็นหนังสือเรียนที่ดีเยี่ยมสำหรับนักเรียนหรือเป็นเพียงวิดีโอเพื่อการศึกษาได้

เพื่อให้เข้าใจหัวข้อนี้ได้ดีขึ้น คุณควรอ่านบทความอื่นในหัวข้อที่คล้ายกัน ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับหรือเกี่ยวกับหน้าที่ของโปรตีน

จะอธิบายสั้น ๆ และชัดเจนได้อย่างไรว่าการสังเคราะห์โปรตีนคืออะไรและมีความสำคัญอย่างไร?

หากคุณสนใจหัวข้อนี้และต้องการพัฒนาความรู้ของโรงเรียนหรือทำซ้ำสิ่งที่คุณพลาดไป บทความนี้ถูกสร้างขึ้นสำหรับคุณ

การสังเคราะห์โปรตีนคืออะไร

ขั้นแรก คุณควรทำความคุ้นเคยกับคำจำกัดความของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ การสังเคราะห์ทางชีวภาพคือการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ตามธรรมชาติโดยสิ่งมีชีวิต

พูดง่ายๆ ก็คือการผลิตสารต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์กระบวนการนี้มีบทบาทสำคัญในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด อย่าลืมเกี่ยวกับองค์ประกอบทางชีวเคมีที่ซับซ้อน

การถอดเสียงและการออกอากาศ

นี่เป็นสองขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

การถอดเสียงจากภาษาละตินหมายถึง "การเขียนใหม่" - DNA ถูกใช้เป็นเมทริกซ์ ดังนั้นจึงสังเคราะห์ RNA สามประเภท (เมทริกซ์/ผู้ส่งสาร การขนส่ง กรดไรโบโซมอลไรโบนิวคลีอิก) ปฏิกิริยานี้ดำเนินการโดยใช้โพลีเมอเรส (RNA) และใช้อะดีโนซีนไตรฟอสเฟตจำนวนมาก

มีสองการกระทำหลัก:

1. การกำหนดจุดสิ้นสุดและจุดเริ่มต้นของการแปลโดยการเพิ่ม mRNA
2. เหตุการณ์ที่ดำเนินการเนื่องจากการประกบ ซึ่งจะลบลำดับ RNA ที่ไม่ให้ข้อมูลออกไป ดังนั้นจึงลดมวลของกรดไรโบนิวคลีอิกของแม่แบบลง 10 เท่า

ออกอากาศจากภาษาละตินหมายถึง "การแปล" - mRNA ถูกใช้เป็นเมทริกซ์, โซ่โพลีเปปไทด์ถูกสังเคราะห์

การออกอากาศประกอบด้วยสามขั้นตอน ซึ่งสามารถนำเสนอในรูปแบบตาราง:

1. ขั้นแรก. การเริ่มต้นคือการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ที่มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์
2. ระยะที่สอง การยืดตัวคือการเพิ่มขนาดของโซ่นี้
3. ขั้นตอนที่สาม การสิ้นสุดคือข้อสรุปของกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น

แผนการสังเคราะห์โปรตีน

แผนภาพแสดงกระบวนการดำเนินไปอย่างไร

จุดเชื่อมต่อของวงจรนี้คือไรโบโซมซึ่งเป็นที่สังเคราะห์โปรตีน ในรูปแบบง่าย ๆ การสังเคราะห์จะดำเนินการตามแบบแผน

DNA > PHK > โปรตีน

ขั้นตอนแรกคือการถอดรหัส ซึ่งโมเลกุลจะเปลี่ยนเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกชนิดสายเดี่ยว (mRNA) ประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน

จุดต่อไปสำหรับ mRNA คือไรโบโซม ซึ่งเป็นที่ที่การสังเคราะห์เกิดขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านการแปล การก่อตัวของสายโซ่โพลีเปปไทด์ หลังจากแผนงานแบบเดิมๆ นี้ โปรตีนที่ได้จะถูกขนส่งไปยังสถานที่ต่างๆ เพื่อทำงานเฉพาะด้าน

ลำดับของตัวประมวลผลการสังเคราะห์โปรตีน

การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกลไกที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยสองขั้นตอนที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งก็คือ การถอดเสียงและการแปลความหมาย ขั้นที่ถอดความจะเกิดขึ้นก่อน (แบ่งออกเป็นสองเหตุการณ์)

มาทีหลัง การแปลซึ่งมี RNA ทุกประเภทเข้าร่วมโดยแต่ละประเภทมีหน้าที่ของตัวเอง:

1. ข้อมูล – บทบาทของเมทริกซ์
2. การขนส่ง - การเติมกรดอะมิโนการกำหนดโคดอน
3. ไรโบโซมอล - การก่อตัวของไรโบโซมที่รองรับ mRNA
4. การขนส่ง – การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์

ส่วนประกอบของเซลล์ใดบ้างที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว การสังเคราะห์ทางชีวภาพแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน แต่ละขั้นตอนเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบของตัวเอง ในระยะแรกคือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ผู้ส่งสารและถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ และนิวคลีโอไทด์

ขั้นตอนที่สองเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบต่อไปนี้: mRNA, tRNA, ไรโบโซม, นิวคลีโอไทด์และเปปไทด์

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์มีคุณสมบัติอย่างไร?

รายการคุณสมบัติของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพประกอบด้วย:

1. การใช้พลังงาน ATP สำหรับปฏิกิริยาเคมี
2. มีเอนไซม์ที่มีหน้าที่เร่งปฏิกิริยา
3. ปฏิกิริยามีลักษณะเป็นเมทริกซ์ เนื่องจากโปรตีนถูกสังเคราะห์บน mRNA

สัญญาณของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

แน่นอนว่ากระบวนการที่ซับซ้อนดังกล่าวนั้นมีสัญญาณต่าง ๆ ที่โดดเด่น:

1. ประการแรกคือมีเอ็นไซม์อยู่ หากปราศจากกระบวนการนี้จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้
2. RNA ทั้งสามประเภทมีส่วนเกี่ยวข้อง จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่า RNA มีบทบาทสำคัญใน
3. การก่อตัวของโมเลกุลเกิดขึ้นจากโมโนเมอร์ ได้แก่ กรดอะมิโน
4. นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าความจำเพาะของโปรตีนนั้นถูกกำหนดโดยการจัดเรียงของกรดอะมิโน

บทสรุป

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เป็นเครื่องมือที่ประกอบด้วยเซลล์ประเภทต่าง ๆ ที่แตกต่างกัน - โครงสร้างและหน้าที่ต่างกัน นอกจากโปรตีนแล้ว ยังมีเซลล์ประเภทนี้ที่สังเคราะห์ชนิดของมันเองด้วย นี่คือความแตกต่าง

ขั้นแรก สร้างลำดับขั้นตอนในการสังเคราะห์โปรตีน โดยเริ่มจากการถอดรหัส ลำดับกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนสามารถรวมกันเป็น 2 ขั้นตอน:

1. การถอดเสียง

2. ออกอากาศ.

หน่วยโครงสร้างของข้อมูลทางพันธุกรรมคือยีน - ส่วนของโมเลกุล DNA ที่เข้ารหัสการสังเคราะห์โปรตีนจำเพาะ ในแง่ของการจัดโครงสร้างทางเคมี วัสดุของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวนในโปรและยูคาริโอตไม่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน สารพันธุกรรมในนั้นถูกนำเสนอในโมเลกุล DNA หลักการของการบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมและรหัสพันธุกรรมก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน กรดอะมิโนชนิดเดียวกันในโปรและยูคาริโอตถูกเข้ารหัสโดยโคดอนเดียวกัน

จีโนมของเซลล์โปรคาริโอตสมัยใหม่มีขนาดค่อนข้างเล็ก DNA ของ E. coli มีรูปร่างเป็นวงแหวนยาวประมาณ 1 มม. ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์คู่ขนาด 4 x 10 6 คู่ ก่อให้เกิดยีนประมาณ 4,000 ยีน ในปี 1961 F. Jacob และ J. Monod ค้นพบการจัดเรียงยีนโปรคาริโอตแบบซิสโทรนิกหรือแบบต่อเนื่อง ซึ่งประกอบด้วยการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด และเกิดขึ้นจริงทั้งหมดในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน วัสดุทางพันธุกรรมของโมเลกุล DNA ของโปรคาริโอตนั้นอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์โดยตรงซึ่งมี tRNA และเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการแสดงออกของยีนด้วย Expression คือกิจกรรมการทำงานของยีนหรือการแสดงออกของยีน ดังนั้น mRNA ที่สังเคราะห์จาก DNA จึงสามารถทำหน้าที่ของเทมเพลตในกระบวนการแปลการสังเคราะห์โปรตีนได้ทันที

จีโนมยูคาริโอตมีสารทางพันธุกรรมมากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ในมนุษย์ ความยาวรวมของ DNA ในชุดโครโมโซมแบบดิพลอยด์คือประมาณ 174 ซม. ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 x 10 9 คู่ และมียีนมากถึง 100,000 ยีน ในปี 1977 มีการค้นพบความไม่ต่อเนื่องในโครงสร้างของยีนยูคาริโอตส่วนใหญ่ เรียกว่ายีน "โมเสก" มีลักษณะเฉพาะด้วยการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ แปลกใหม่และ อินโทรนิคแปลง ข้อมูลจากเอ็กซอนเท่านั้นที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน จำนวนอินตรอนแตกต่างกันไปตามยีนที่ต่างกัน เป็นที่ยอมรับกันว่ายีนโอวัลบูมินของไก่มี 7 อินตรอน และยีนโปรคอลลาเจนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมี 50 อินตรอน หน้าที่ของอินตรอน DNA แบบเงียบยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ สันนิษฐานว่ามี: 1) โครงสร้างโครงสร้างของโครมาติน; 2) บางส่วนมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างชัดเจนในการควบคุมการแสดงออกของยีน; 3) อินตรอนถือได้ว่าเป็นแหล่งเก็บข้อมูลสำหรับความแปรปรวน 4) พวกเขาสามารถมีบทบาทในการป้องกันโดยทำหน้าที่ของสารก่อกลายพันธุ์

การถอดเสียง

กระบวนการเขียนข้อมูลใหม่ในนิวเคลียสของเซลล์จากส่วนของโมเลกุล DNA ไปเป็นโมเลกุล mRNA (mRNA) เรียกว่า การถอดเสียง(การถอดเสียงภาษาละติน - การเขียนใหม่) ผลิตภัณฑ์ยีนปฐมภูมิ mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้น นี่เป็นขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์โปรตีน ที่ไซต์ DNA ที่เกี่ยวข้อง เอนไซม์ RNA polymerase จะจดจำสัญญาณของการเริ่มต้นการถอดรหัส - โปรโมเตอร์จุดเริ่มต้นคือนิวคลีโอไทด์ DNA แรกที่รวมอยู่ในการถอดเสียง RNA โดยเอนไซม์ ตามกฎแล้ว ขอบเขตการเข้ารหัสจะเริ่มต้นด้วย codon AUG บางครั้งใช้ในแบคทีเรีย GUG เมื่อ RNA polymerase จับกับโปรโมเตอร์ การคลายตัวของ DNA double helix จะเกิดขึ้นเฉพาะที่ และหนึ่งในสายจะถูกคัดลอกตามหลักการของการเสริมกัน mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้น ความเร็วในการประกอบสูงถึง 50 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที ในขณะที่ RNA โพลีเมอเรสเคลื่อนที่ สายโซ่ mRNA จะเติบโตขึ้น และเมื่อเอนไซม์ไปถึงจุดสิ้นสุดของขอบเขตการคัดลอก - เทอร์มิเนเตอร์ mRNA จะเคลื่อนออกจากเทมเพลต DNA double helix ที่อยู่ด้านหลังเอนไซม์จะถูกฟื้นฟู

การถอดรหัสโปรคาริโอตเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า DNA ประกอบด้วยการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด ดังนั้น mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นจึงทำหน้าที่เป็นเทมเพลตสำหรับการแปลทันที (ดูด้านบน)

การถอดรหัส mRNA ในยูคาริโอตเกิดขึ้นในนิวเคลียส มันเริ่มต้นด้วยการสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่ - สารตั้งต้น (pro-mRNA) เรียกว่ายังไม่บรรลุนิติภาวะหรือ RNA นิวเคลียร์ ผลิตภัณฑ์หลักของยีน - pro-mRNA เป็นสำเนาที่ถูกต้องของส่วนที่ถอดความของ DNA รวมถึง exons และ introns กระบวนการสร้างโมเลกุล RNA ที่เจริญเต็มที่จากสารตั้งต้นเรียกว่า กำลังประมวลผล. การสุกของ mRNA เกิดขึ้นโดย ประกบกัน- สิ่งเหล่านี้ถูกตัดด้วยเอนไซม์ เอนไซม์จำกัดอินตรอนและการเชื่อมต่อของบริเวณที่มีลำดับเอ็กซอนที่คัดลอกโดยเอนไซม์ลิเกส (รูป) mRNA ที่เจริญเต็มที่จะสั้นกว่าโมเลกุลของสารตั้งต้นของ pro-mRNA มาก ขนาดของอินตรอนในนั้นแตกต่างกันไปตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 นิวคลีโอไทด์หรือมากกว่า อินตรอนคิดเป็นประมาณ 80% ของ mRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะทั้งหมด

ตอนนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นไปได้ การประกบทางเลือก,โดยลำดับนิวคลีโอไทด์สามารถถูกลบออกจากการถอดเสียงหลักหนึ่งรายการในส่วนต่าง ๆ ของมัน และ mRNA ที่เจริญเต็มที่หลายอันจะถูกสร้างขึ้น การต่อรอยประเภทนี้เป็นเรื่องปกติในระบบยีนอิมมูโนโกลบูลินในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งทำให้สามารถสร้างแอนติบอดีประเภทต่างๆ โดยอาศัยการถอดเสียง mRNA เดียว

เมื่อการประมวลผลเสร็จสิ้น mRNA ที่เจริญเต็มที่จะถูกเลือกก่อนที่จะออกจากนิวเคลียส เป็นที่ยอมรับกันว่ามีเพียง 5% ของ mRNA ที่เจริญเต็มที่เท่านั้นที่จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึม และส่วนที่เหลือจะถูกแยกออกจากนิวเคลียส

ออกอากาศ

การแปล (Latin Translatio - ถ่ายโอน, ถ่ายโอน) คือการแปลข้อมูลที่มีอยู่ในลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA ไปเป็นลำดับกรดอะมิโนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ (รูปที่ 10) นี่เป็นขั้นตอนที่สองของการสังเคราะห์โปรตีน การถ่ายโอน mRNA ที่เจริญเต็มที่ผ่านรูพรุนของเปลือกนิวเคลียร์นั้นผลิตโดยโปรตีนพิเศษที่ก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่มีโมเลกุล RNA นอกเหนือจากการขนส่ง mRNA แล้ว โปรตีนเหล่านี้ยังช่วยปกป้อง mRNA จากผลเสียหายของเอนไซม์ไซโตพลาสซึม ในกระบวนการแปล tRNA มีบทบาทสำคัญ โดยรับประกันการจับคู่ที่ตรงกันทุกประการของกรดอะมิโนกับรหัสของ mRNA triplet กระบวนการถอดรหัสการแปลเกิดขึ้นในไรโบโซมและดำเนินการในทิศทางตั้งแต่ 5 ถึง 3 คอมเพล็กซ์ของ mRNA และไรโบโซมเรียกว่าโพลีโซม

ในระหว่างการแปล สามารถแยกแยะได้สามขั้นตอน: การเริ่มต้น การยืดตัว และการยุติ

การเริ่มต้น

ในขั้นตอนนี้จะมีการรวบรวมคอมเพล็กซ์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีน หน่วยย่อยไรโบโซมทั้งสองถูกรวมเข้าด้วยกันที่ส่วนหนึ่งของ mRNA โดยมีอะมิโนเอซิล-tRNA หน่วยแรกติดอยู่ และจะเป็นการตั้งค่ากรอบการอ่านข้อมูล ในโมเลกุล m-RNA ใดๆ จะมีบริเวณที่ประกอบกับ r-RNA ของหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็กและถูกควบคุมโดยเฉพาะ ถัดจากนั้นคือรหัสเริ่มต้นเริ่มต้น AUG ซึ่งเข้ารหัสกรดอะมิโนเมไทโอนีน ระยะเริ่มต้นจบลงด้วยการก่อตัวของคอมเพล็กซ์: ไรโบโซม, -mRNA-เริ่มต้นอะมิโนเอซิล-tRNA

การยืดตัว

— รวมถึงปฏิกิริยาทั้งหมดตั้งแต่ช่วงเวลาของการก่อตัวของพันธะเปปไทด์แรกไปจนถึงการเติมกรดอะมิโนสุดท้าย ไรโบโซมมีสองตำแหน่งสำหรับจับโมเลกุล tRNA สองตัว ในภูมิภาคหนึ่งคือ peptidyl (P) มี t-RNA ตัวแรกที่มีกรดอะมิโนเมไทโอนีน และการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนใดๆ ก็ตามจะเริ่มต้นขึ้นด้วย โมเลกุล tRNA ที่สองจะเข้าสู่ส่วนที่สองของไรโบโซม ซึ่งก็คือส่วนอะมิโนเอซิล (A) และเกาะติดกับโคดอน พันธะเปปไทด์เกิดขึ้นระหว่างเมไทโอนีนกับกรดอะมิโนตัวที่สอง tRNA ตัวที่สองเคลื่อนที่ไปพร้อมกับรหัส mRNA ไปยังศูนย์กลางของเปปทิดิล การเคลื่อนที่ของ t-RNA ด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์จากศูนย์กลางอะมิโนเอซิลไปยังศูนย์กลางเปปทิดิลนั้นมาพร้อมกับความก้าวหน้าของไรโบโซมไปตาม m-RNA ด้วยขั้นตอนที่สอดคล้องกับโคดอนเดียว T-RNA ที่ส่งเมไทโอนีนจะกลับสู่ไซโตพลาสซึม และศูนย์แอมโนเอซิลจะถูกปล่อยออกมา ได้รับ t-RNA ใหม่พร้อมกรดอะมิโนที่เข้ารหัสโดยโคดอนถัดไป พันธะเปปไทด์เกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโนตัวที่สามและตัวที่สองและ t-RNA ตัวที่สามพร้อมกับโคดอน m-RNA จะเคลื่อนไปที่ศูนย์กลางของ peptidyl กระบวนการของการยืดตัว, การยืดตัวของสายโซ่โปรตีน มันจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งหนึ่งในสามโคดอนที่ไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโนเข้าสู่ไรโบโซม นี่คือโคดอนของเทอร์มิเนเตอร์ และไม่มี tRNA ที่สอดคล้องกัน ดังนั้นจึงไม่มี tRNA ใดที่สามารถเกิดขึ้นในศูนย์กลางอะมิโนเอซิลได้

การสิ้นสุด

– เสร็จสิ้นการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ มีความเกี่ยวข้องกับการรับรู้โดยโปรตีนไรโบโซมจำเพาะของหนึ่งในโคดอนการสิ้นสุด (UAA, UAG, UGA) เมื่อเข้าสู่ใจกลางอะมิโนเอซิล ปัจจัยการสิ้นสุดพิเศษติดอยู่กับไรโบโซมซึ่งส่งเสริมการแยกหน่วยย่อยของไรโบโซมและการปล่อยโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้น น้ำจะถูกเติมเข้าไปในกรดอะมิโนตัวสุดท้ายของเปปไทด์ และส่วนปลายคาร์บอกซิลของน้ำจะถูกแยกออกจาก tRNA

การประกอบสายโซ่เปปไทด์เกิดขึ้นที่ความเร็วสูง ในแบคทีเรียที่อุณหภูมิ 37°C จะแสดงออกมาด้วยการเติมกรดอะมิโน 12 ถึง 17 ตัวต่อวินาทีลงในโพลีเปปไทด์ ในเซลล์ยูคาริโอต กรดอะมิโนสองตัวจะถูกเติมเข้าไปในโพลีเปปไทด์ทุกๆ วินาที

จากนั้นสายโพลีเปปไทด์สังเคราะห์จะเข้าสู่ Golgi complex ซึ่งการสร้างโมเลกุลโปรตีนเสร็จสมบูรณ์ (โครงสร้างที่สอง สาม และสี่ปรากฏขึ้นตามลำดับ) นี่คือจุดที่โมเลกุลโปรตีนรวมกับไขมันและคาร์โบไฮเดรต

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนทั้งหมดนำเสนอในรูปแบบของแผนภาพ: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® โพลีเปปไทด์โซ่ ® โปรตีน ® เชิงซ้อนของโปรตีนและการเปลี่ยนแปลงเป็นโมเลกุลที่ทำงานตามหน้าที่

ขั้นตอนของการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ก็ดำเนินการในลักษณะเดียวกัน: ขั้นแรกจะถูกคัดลอกลงในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA จากนั้นแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนของโพลีเปปไทด์บนไรโบโซมโดยมีส่วนร่วมของ tRNA

การถอดความในยูคาริโอตดำเนินการภายใต้การกระทำของ RNA polymerase นิวเคลียร์สามตัว RNA polymerase 1 ตั้งอยู่ในนิวเคลียสและมีหน้าที่ในการถอดรหัสยีน rRNA RNA polymerase 2 พบได้ในน้ำนมนิวเคลียร์และมีหน้าที่ในการสังเคราะห์สารตั้งต้น mRNA RNA polymerase 3 เป็นเศษส่วนเล็กน้อยในน้ำนมนิวเคลียร์ที่สังเคราะห์ rRNA และ tRNA ขนาดเล็ก RNA polymerase จดจำลำดับนิวคลีโอไทด์ของโปรโมเตอร์การถอดรหัสโดยเฉพาะ ยูคาริโอต mRNA ถูกสังเคราะห์ครั้งแรกในฐานะสารตั้งต้น (pro-mRNA) และข้อมูลจาก exons และ introns จะถูกถ่ายโอนไปยังมัน mRNA สังเคราะห์มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็นสำหรับการแปลและมีความเสถียรน้อยกว่า

ในระหว่างการเจริญเติบโตของโมเลกุล mRNA อินตรอนจะถูกตัดออกโดยใช้เอนไซม์จำกัด และเอ็กซอนจะถูกต่อเข้าด้วยกันโดยใช้เอนไซม์ลิเกส การสุกของ mRNA เรียกว่าการประมวลผล และการรวมตัวของ exons เรียกว่า splicing ดังนั้น mRNA ที่เจริญเต็มที่จะมีเพียง exons และสั้นกว่า pro-mRNA รุ่นก่อนมาก ขนาดของอินตรอนแตกต่างกันไปตั้งแต่ 100 ถึง 10,000 นิวคลีโอไทด์หรือมากกว่า Intons คิดเป็นประมาณ 80% ของ mRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะทั้งหมด ความเป็นไปได้ของการต่อรอยแบบอื่นได้รับการพิสูจน์แล้ว โดยลำดับนิวคลีโอไทด์สามารถถูกลบออกจากการถอดเสียงหลักหนึ่งส่วนในส่วนต่างๆ ของมัน และ mRNA ที่เจริญเต็มที่หลายอันจะถูกสร้างขึ้น การต่อรอยประเภทนี้เป็นเรื่องปกติในระบบยีนอิมมูโนโกลบูลินในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งทำให้สามารถสร้างแอนติบอดีประเภทต่างๆ โดยอาศัยการถอดเสียง mRNA เดียว เมื่อเสร็จสิ้นการประมวลผล mRNA ที่เจริญเต็มที่จะถูกเลือกก่อนที่จะถูกปล่อยเข้าสู่ไซโตพลาสซึมจากนิวเคลียส เป็นที่ยอมรับกันว่ามีเพียง 5% ของ mRNA ที่เจริญเต็มที่เท่านั้นที่จะเข้าไป และส่วนที่เหลือจะถูกแยกออกจากนิวเคลียส การเปลี่ยนแปลงของการถอดเสียงปฐมภูมิของยีนยูคาริโอตที่เกี่ยวข้องกับองค์กรเอ็กซอนอินตรอนและการเชื่อมต่อกับการเปลี่ยนแปลงของ mRNA ที่เป็นผู้ใหญ่จากนิวเคลียสไปเป็นไซโตพลาสซึมจะกำหนดคุณสมบัติของการนำข้อมูลทางพันธุกรรมของยูคาริโอตไปใช้ ดังนั้นยีนโมเสกยูคาริโอตจึงไม่ใช่ยีนซิสตรอนเนื่องจากไม่ได้ใช้ลำดับดีเอ็นเอทั้งหมดในการสังเคราะห์โปรตีน

ชุดปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ทางชีววิทยาเรียกว่าการแลกเปลี่ยนพลาสติกหรือการดูดซึม ชื่อของการแลกเปลี่ยนประเภทนี้สะท้อนให้เห็นถึงสาระสำคัญ: จากสารธรรมดาที่เข้าสู่เซลล์จากภายนอกจะเกิดสารที่คล้ายกับสารของเซลล์

ลองพิจารณารูปแบบที่สำคัญที่สุดรูปแบบหนึ่งของเมแทบอลิซึมของพลาสติกนั่นคือการสังเคราะห์โปรตีน ในที่สุดคุณสมบัติที่หลากหลายทั้งหมดของโปรตีนจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างปฐมภูมิ กล่าวคือ ลำดับของกรดอะมิโน การผสมผสานกรดอะมิโนที่คัดเลือกมาโดยวิวัฒนาการจำนวนมากนั้นถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกด้วยลำดับเบสไนโตรเจนซึ่งสอดคล้องกับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีน กรดอะมิโนแต่ละตัวในสายโซ่โพลีเปปไทด์สอดคล้องกับการรวมกันของนิวคลีโอไทด์สามตัว - แฝด

กระบวนการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ในการสังเคราะห์ทางชีวภาพนั้นดำเนินการโดยมีส่วนร่วมของกรดไรโบนิวคลีอิกสามประเภท: ข้อมูล (เทมเพลต) - mRNA (mRNA), ไรโบโซมอล - rRNA และการขนส่ง - tRNA กรดไรโบนิวคลีอิกทั้งหมดถูกสังเคราะห์ขึ้นในส่วนที่เกี่ยวข้องของโมเลกุล DNA พวกมันมีขนาดเล็กกว่า DNA มากและเป็นตัวแทนของนิวคลีโอไทด์สายโซ่เดียว นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยกรดฟอสฟอริก (ฟอสเฟต), น้ำตาลเพนโตส (ไรโบส) และหนึ่งในสี่ฐานไนโตรเจน - อะดีนีน, ไซโตซีน, กัวนีนและยูราซิล ฐานไนโตรเจนคือยูราซิลเป็นส่วนเสริมของอะดีนีน

กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพมีความซับซ้อนและมีหลายขั้นตอน ได้แก่ การถอดความ การต่อรอย และการแปล

ระยะแรก (การถอดความ) เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์: mRNA ถูกสังเคราะห์ในส่วนของยีนเฉพาะบนโมเลกุล DNA การสังเคราะห์นี้ดำเนินการด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ที่ซับซ้อนซึ่งหลัก ๆ คือ RNA polymerase ที่ขึ้นกับ DNA ซึ่งยึดติดกับจุดเริ่มต้นของโมเลกุล DNA คลายเกลียวคู่และเคลื่อนที่ไปตามเส้นใดเส้นหนึ่งสังเคราะห์ มีสาย mRNA ประกอบกันอยู่ข้างๆ จากการถอดความ mRNA มีข้อมูลทางพันธุกรรมในรูปแบบของการสลับนิวคลีโอไทด์ตามลำดับซึ่งลำดับจะถูกคัดลอกมาจากส่วนที่เกี่ยวข้อง (ยีน) ของโมเลกุล DNA

การศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าในระหว่างกระบวนการถอดรหัส สิ่งที่เรียกว่า pro-mRNA จะถูกสังเคราะห์ขึ้น ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของ mRNA ที่เจริญเต็มที่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแปล Pro-mRNA มีขนาดใหญ่กว่าอย่างเห็นได้ชัดและมีชิ้นส่วนที่ไม่ได้เข้ารหัสสำหรับการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ที่เกี่ยวข้อง ใน DNA พร้อมด้วยบริเวณที่เข้ารหัส rRNA, tRNA และโพลีเปปไทด์ ยังมีชิ้นส่วนที่ไม่มีข้อมูลทางพันธุกรรม พวกมันถูกเรียกว่าอินตรอนซึ่งตรงกันข้ามกับชิ้นส่วนการเข้ารหัสซึ่งเรียกว่าเอ็กซอน อินตรอนพบได้ในหลายส่วนของโมเลกุล DNA ตัวอย่างเช่น ยีนหนึ่ง ซึ่งอยู่ในส่วน DNA ที่เข้ารหัสโอวัลบูมินไก่ มี 7 อินตรอน และยีนอัลบูมินในซีรั่มของหนูมี 13 อินตรอน ความยาวของอินตรอนแตกต่างกันไป - จากนิวคลีโอไทด์ DNA สองร้อยถึงหนึ่งพันคู่ อินตรอนจะถูกอ่าน (ถอดเสียง) ในเวลาเดียวกันกับเอ็กซอน ดังนั้น pro-mRNA จึงยาวกว่า mRNA ที่โตเต็มที่มาก ในนิวเคลียส อินตรอนจะถูกตัดออกใน pro-mRNA โดยเอนไซม์พิเศษ และชิ้นส่วนของเอ็กซอนจะถูก “ต่อ” เข้าด้วยกันตามลำดับที่เข้มงวด กระบวนการนี้เรียกว่าการประกบกัน ในระหว่างกระบวนการประกบ mRNA ที่เป็นผู้ใหญ่จะถูกสร้างขึ้นซึ่งมีเฉพาะข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ที่เกี่ยวข้องนั่นคือส่วนที่ให้ข้อมูลของยีนโครงสร้าง

ความหมายและหน้าที่ของอินตรอนยังไม่ชัดเจนนัก แต่เป็นที่ยอมรับแล้วว่าหากอ่านเฉพาะส่วนของเอ็กซอนใน DNA mRNA ที่เจริญเต็มที่จะไม่เกิดขึ้น ศึกษากระบวนการต่อรอยโดยใช้ตัวอย่างของยีนโอวัลบูมิน ประกอบด้วยเอ็กซอน 1 ตัว และอินตรอน 7 ตัว ขั้นแรก pro-mRNA ที่มีนิวคลีโอไทด์ 7700 จะถูกสังเคราะห์บน DNA จากนั้นใน pro-mRNA จำนวนนิวคลีโอไทด์จะลดลงเหลือ 6800 จากนั้นเป็น 5600, 4850, 3800, 3400 เป็นต้น จนกระทั่ง 1,372 นิวคลีโอไทด์ที่สอดคล้องกับเอ็กซอน mRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 1,372 ตัวออกจากนิวเคลียสเข้าไปในไซโตพลาสซึม เข้าสู่ไรโบโซม และสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ที่เกี่ยวข้อง

ขั้นตอนต่อไปของการสังเคราะห์ทางชีวภาพ - การแปล - เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมบนไรโบโซมโดยมีส่วนร่วมของ tRNA

ถ่ายโอน RNA ถูกสังเคราะห์ในนิวเคลียส แต่ทำงานในสถานะอิสระในไซโตพลาสซึมของเซลล์ โมเลกุล tRNA หนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 76-85 ตัวและมีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน ชวนให้นึกถึงใบโคลเวอร์ สามส่วนของ tRNA มีความสำคัญเป็นพิเศษ: 1) แอนติโคดอนซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวซึ่งกำหนดตำแหน่งของการเกาะติดของ tRNA กับโคดอนเสริมที่สอดคล้องกัน (mRNA) บนไรโบโซม; 2) ขอบเขตที่กำหนดความจำเพาะของ tRNA ความสามารถของโมเลกุลที่กำหนดในการยึดติดกับกรดอะมิโนเฉพาะเท่านั้น 3) ตำแหน่งตัวรับซึ่งมีกรดอะมิโนติดอยู่ มันเหมือนกันสำหรับ tRNA ทั้งหมดและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัว - C-C-A การเติมกรดอะมิโนใน tRNA นำหน้าด้วยการกระตุ้นโดยเอนไซม์ aminoacyl-tRNA synthetase เอนไซม์นี้มีความจำเพาะสำหรับกรดอะมิโนแต่ละชนิด กรดอะมิโนที่เปิดใช้งานจะติดอยู่กับ tRNA ที่เกี่ยวข้องและส่งไปยังไรโบโซม

ศูนย์กลางในการแปลเป็นของไรโบโซม - ออร์แกเนลล์ไรโบนิวคลีโอโปรตีนของไซโตพลาสซึมซึ่งมีอยู่จำนวนมาก ขนาดของไรโบโซมในโปรคาริโอตอยู่ที่เฉลี่ย 30x30x20 นาโนเมตรในยูคาริโอต - 40x40x20 นาโนเมตร โดยทั่วไป ขนาดจะถูกกำหนดในหน่วยตกตะกอน (S) ซึ่งเป็นอัตราการตกตะกอนระหว่างการหมุนเหวี่ยงในตัวกลางที่เหมาะสม ในแบคทีเรีย Escherichia coli ไรโบโซมมีขนาด 70S และประกอบด้วยสองหน่วยย่อย โดยหน่วยหนึ่งมีค่าคงที่ที่ 30S และ 50S ที่สอง และมีไรโบโซม RNA 64% และโปรตีน 36%

โมเลกุล mRNA ออกจากนิวเคลียสเข้าไปในไซโตพลาสซึมและเกาะติดกับหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็ก การแปลเริ่มต้นด้วยสิ่งที่เรียกว่า start codon (ผู้ริเริ่มการสังเคราะห์) - A-U-G- เมื่อ tRNA ส่งกรดอะมิโนที่ถูกกระตุ้นไปยังไรโบโซม แอนติโคดอนของมันคือพันธะไฮโดรเจนกับนิวคลีโอไทด์ของโคดอนเสริมของ mRNA ส่วนปลายตัวรับของ tRNA ที่มีกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องติดอยู่กับพื้นผิวของหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดใหญ่ หลังจากกรดอะมิโนตัวแรก tRNA อีกตัวหนึ่งจะส่งกรดอะมิโนตัวถัดไป ดังนั้นสายโซ่โพลีเปปไทด์จึงถูกสังเคราะห์บนไรโบโซม โมเลกุล mRNA มักจะทำงานกับไรโบโซมหลายตัว (5-20) ตัวในคราวเดียวและเชื่อมต่อกันเป็นโพลีโซม จุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์เรียกว่าการเริ่มต้น การเจริญเติบโตเรียกว่าการยืดตัว ลำดับของกรดอะมิโนในสายโพลีเปปไทด์ถูกกำหนดโดยลำดับของโคดอนใน mRNA การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดลงเมื่อหนึ่งในรหัสปลายทางปรากฏบน mRNA - UAA, UAG หรือ UGA การสิ้นสุดของการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำหนดเรียกว่าการสิ้นสุด

เป็นที่ยอมรับกันว่าในเซลล์สัตว์ สายโพลีเปปไทด์จะยาวขึ้น 7 กรดอะมิโนในหนึ่งวินาที และ mRNA ก้าวหน้าไปบนไรโบโซม 21 นิวคลีโอไทด์ ในแบคทีเรีย กระบวนการนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าสองถึงสามเท่า

ดังนั้นการสังเคราะห์โครงสร้างหลักของโมเลกุลโปรตีน - สายโซ่โพลีเปปไทด์ - เกิดขึ้นบนไรโบโซมตามลำดับของการสลับนิวคลีโอไทด์ในกรดไรโบนิวคลีอิกแม่แบบ - mRNA ไม่ได้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของไรโบโซม

การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในทุกเซลล์ที่มีชีวิต มีฤทธิ์มากที่สุดในเซลล์ที่กำลังเติบโตซึ่งโปรตีนถูกสังเคราะห์เพื่อสร้างออร์แกเนลล์ เช่นเดียวกับในเซลล์หลั่งซึ่งมีการสังเคราะห์โปรตีนของเอนไซม์และโปรตีนของฮอร์โมน

บทบาทหลักในการกำหนดโครงสร้างของโปรตีนเป็นของ DNA DNA ชิ้นหนึ่งที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนชนิดหนึ่งเรียกว่ายีน โมเลกุล DNA ประกอบด้วยยีนหลายร้อยยีน โมเลกุล DNA มีรหัสสำหรับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนในรูปของนิวคลีโอไทด์ที่เข้ากันโดยเฉพาะ รหัส DNA ถูกถอดรหัสเกือบสมบูรณ์ สาระสำคัญของมันมีดังนี้ กรดอะมิโนแต่ละตัวสอดคล้องกับส่วนของสายโซ่ DNA ที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวที่อยู่ติดกัน

ตัวอย่างเช่น ส่วน T-T-T สอดคล้องกับกรดอะมิโนไลซีน ส่วน A-C-A สอดคล้องกับซีสตีน C-A-A กับวาลีน เป็นต้น มีกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน 20 ชนิด จำนวนการรวมกันที่เป็นไปได้ของ 4 นิวคลีโอไทด์จาก 3 คือ 64 ดังนั้น แฝดสามคือ เพียงพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโนทั้งหมด

การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน ซึ่งแสดงถึงลูกโซ่ของปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่ดำเนินการตามหลักการของการสังเคราะห์เมทริกซ์

เนื่องจาก DNA ตั้งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ และการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม จึงมีตัวกลางที่ถ่ายโอนข้อมูลจาก DNA ไปยังไรโบโซม ผู้ส่งสารนี้คือ mRNA : :

ในการสังเคราะห์โปรตีน จะมีการกำหนดขั้นตอนต่อไปนี้ ซึ่งเกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของเซลล์:

1. ระยะแรก การสังเคราะห์ i-RNA เกิดขึ้นในนิวเคลียส ในระหว่างนั้นข้อมูลที่มีอยู่ในยีน DNA จะถูกคัดลอกไปยัง i-RNA กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ (จากภาษาละติน "การถอดเสียง" - การเขียนใหม่)
2. ในระยะที่สองกรดอะมิโนจะถูกรวมเข้ากับโมเลกุล tRNA ซึ่งตามลำดับประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัว - แอนติโคดอนด้วยความช่วยเหลือในการกำหนดโคดอนแฝดของพวกมัน
3. ขั้นตอนที่สามคือกระบวนการสังเคราะห์พันธะโพลีเปปไทด์โดยตรง เรียกว่าการแปลความหมาย มันเกิดขึ้นในไรโบโซม
4. ในขั้นตอนที่สี่การก่อตัวของโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิของโปรตีนเกิดขึ้นนั่นคือการก่อตัวของโครงสร้างสุดท้ายของโปรตีน

ดังนั้นในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลโปรตีนใหม่จึงถูกสร้างขึ้นตามข้อมูลที่แน่นอนที่มีอยู่ใน DNA กระบวนการนี้รับประกันการต่ออายุของโปรตีน กระบวนการเมตาบอลิซึม การเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ ซึ่งก็คือกระบวนการชีวิตทั้งหมดของเซลล์

โครโมโซม (จากภาษากรีก "โครมา" - สี, "โซมา" - ร่างกาย) เป็นโครงสร้างที่สำคัญมากของนิวเคลียสของเซลล์ มีบทบาทสำคัญในกระบวนการแบ่งเซลล์ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง พวกมันเป็น DNA เส้นบาง ๆ ที่เชื่อมโยงกับโปรตีน เส้นเหล่านี้เรียกว่าโครมาติดซึ่งประกอบด้วย DNA โปรตีนพื้นฐาน (ฮิสโตน) และโปรตีนที่เป็นกรด

ในเซลล์ที่ไม่มีการแบ่งตัว โครโมโซมจะเต็มปริมาตรของนิวเคลียสและไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ก่อนที่จะเริ่มการแบ่งตัว DNA เกลียวจะเกิดขึ้นและแต่ละโครโมโซมจะมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ในระหว่างการทำให้เป็นเกลียว โครโมโซมจะสั้นลงนับหมื่นครั้ง ในสถานะนี้ โครโมโซมจะมีลักษณะเหมือนเส้นสองเส้นที่เหมือนกัน (โครมาทิด) ที่วางเรียงกันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยส่วนร่วม - เซนโทรเมียร์

สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีจำนวนและโครงสร้างของโครโมโซมคงที่ ในเซลล์ร่างกายโครโมโซมจะจับคู่กันเสมอนั่นคือในนิวเคลียสจะมีโครโมโซมที่เหมือนกันสองตัวที่ประกอบเป็นหนึ่งคู่ โครโมโซมดังกล่าวเรียกว่าโฮโมโลกัส และชุดโครโมโซมที่จับคู่กันในเซลล์ร่างกายเรียกว่าไดพลอยด์

ดังนั้นชุดโครโมโซมซ้ำในมนุษย์จึงประกอบด้วยโครโมโซม 46 แท่ง รวมเป็น 23 คู่ แต่ละคู่ประกอบด้วยโครโมโซมสองอันที่เหมือนกัน (คล้ายคลึงกัน)

ลักษณะโครงสร้างของโครโมโซมทำให้สามารถแยกแยะพวกมันออกเป็น 7 กลุ่มซึ่งกำหนดด้วยตัวอักษรละติน A, B, C, D, E, F, G โครโมโซมทุกคู่มีหมายเลขซีเรียล

ชายและหญิงมีโครโมโซมที่เหมือนกัน 22 คู่ พวกมันถูกเรียกว่าออโตโซม ชายและหญิงมีโครโมโซมคู่ที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่าโครโมโซมเพศ ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร - ใหญ่ X (กลุ่ม C) และเล็ก Y (กลุ่ม C) ในร่างกายของสตรีมีออโตโซม 22 คู่ และโครโมโซมเพศ 1 คู่ (XX) ผู้ชายมีโครโมโซมเพศ 22 คู่ และโครโมโซมเพศ 1 คู่ (XY)

เซลล์สืบพันธุ์มีโครโมโซมเพียงครึ่งชุดซึ่งต่างจากเซลล์ร่างกาย กล่าวคือ มีโครโมโซมหนึ่งชุดจากแต่ละคู่! ชุดนี้เรียกว่าฮาพลอยด์ ชุดโครโมโซมเดี่ยวเกิดขึ้นระหว่างการเจริญเติบโตของเซลล์