Đối tượng quá trình tổng hợp protein. Tổng hợp protein trong tế bào - mô tả, chức năng của quá trình

Để nghiên cứu các quá trình xảy ra trong cơ thể, bạn cần biết những gì đang xảy ra ở cấp độ tế bào. Và ở đó vai trò quan trọng nhất được chơi bởi các hợp chất protein. Cần phải nghiên cứu không chỉ chức năng của chúng mà còn cả quá trình sáng tạo. Vì vậy, điều quan trọng là phải giải thích ngắn gọn và rõ ràng. Lớp 9 là phù hợp nhất cho việc này. Ở giai đoạn này học sinh đã có đủ kiến ​​thức để hiểu được chủ đề.

Protein - chúng là gì và dùng để làm gì?

Những hợp chất phân tử cao này đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống của bất kỳ sinh vật nào. Protein là các polyme, nghĩa là chúng được tạo thành từ nhiều “mảnh” giống nhau. Số lượng của chúng có thể thay đổi từ vài trăm đến hàng nghìn.

Protein thực hiện nhiều chức năng trong tế bào. Vai trò của chúng cũng rất lớn ở cấp độ tổ chức cao hơn: các mô và cơ quan phần lớn phụ thuộc vào hoạt động bình thường của các loại protein khác nhau.

Ví dụ, tất cả các hormone đều có nguồn gốc từ protein. Nhưng chính những chất này lại điều khiển mọi quá trình trong cơ thể.

Hemoglobin cũng là một protein, nó bao gồm bốn chuỗi được nối với nhau ở trung tâm bằng một nguyên tử sắt. Cấu trúc này cho phép các tế bào hồng cầu mang oxy.

Chúng ta hãy nhớ rằng tất cả các màng đều chứa protein. Chúng cần thiết cho việc vận chuyển các chất qua màng tế bào.

Còn nhiều chức năng khác của các phân tử protein mà chúng thực hiện một cách rõ ràng và không cần nghi ngờ. Những hợp chất tuyệt vời này rất đa dạng không chỉ về vai trò của chúng trong tế bào mà còn về cấu trúc.

Quá trình tổng hợp diễn ra ở đâu?

Ribosome là cơ quan nơi diễn ra hầu hết quá trình gọi là sinh tổng hợp protein. Lớp 9 ở các trường khác nhau có chương trình giảng dạy sinh học khác nhau, nhưng nhiều giáo viên cung cấp trước tài liệu về bào quan trước khi nghiên cứu dịch thuật.

Vì vậy, sẽ không khó để học sinh ghi nhớ và củng cố nội dung đã học. Bạn nên biết rằng mỗi lần chỉ có thể tạo một chuỗi polypeptide trên một cơ quan. Điều này là không đủ để đáp ứng tất cả các nhu cầu của tế bào. Do đó, có rất nhiều ribosome và chúng thường kết hợp với mạng lưới nội chất.

EPS này được gọi là thô. Lợi ích của sự “hợp tác” như vậy là rất rõ ràng: protein ngay sau khi tổng hợp sẽ đi vào kênh vận chuyển và có thể được gửi đến đích mà không bị chậm trễ.

Nhưng nếu chúng ta tính đến sự khởi đầu, cụ thể là việc đọc thông tin từ DNA, thì chúng ta có thể nói rằng quá trình sinh tổng hợp protein trong tế bào sống bắt đầu từ nhân. Ở đó mã di truyền được tổng hợp.

Vật liệu cần thiết - axit amin, nơi tổng hợp - ribosome

Có vẻ như rất khó để giải thích quá trình sinh tổng hợp protein diễn ra ngắn gọn và rõ ràng như thế nào; đơn giản là cần có một sơ đồ quy trình và nhiều hình vẽ. Chúng sẽ giúp truyền tải tất cả thông tin và học sinh cũng sẽ dễ dàng ghi nhớ hơn.

Trước hết, quá trình tổng hợp cần có “vật liệu xây dựng” - axit amin. Một số trong số chúng được sản xuất bởi cơ thể. Những thứ khác chỉ có thể lấy được từ thực phẩm, chúng được gọi là thiết yếu.

Tổng số axit amin là hai mươi, nhưng do có rất nhiều lựa chọn trong đó chúng có thể được sắp xếp thành chuỗi dài nên các phân tử protein rất đa dạng. Các axit này có cấu trúc tương tự nhau, nhưng khác nhau về gốc tự do.

Chính đặc tính của các phần này của mỗi axit amin sẽ xác định cấu trúc mà chuỗi kết quả sẽ “gấp” vào, liệu nó có tạo thành cấu trúc bậc bốn với các chuỗi khác hay không và đại phân tử thu được sẽ có những đặc tính gì.

Quá trình sinh tổng hợp protein không thể diễn ra đơn giản ở tế bào chất mà cần có ribosome. bao gồm hai tiểu đơn vị - lớn và nhỏ. Khi nghỉ ngơi, chúng tách ra, nhưng ngay khi quá trình tổng hợp bắt đầu, chúng ngay lập tức kết nối và bắt đầu hoạt động.

Các axit ribonucleic khác nhau và quan trọng như vậy

Để đưa một axit amin đến ribosome, cần có một loại RNA đặc biệt gọi là RNA vận chuyển. Viết tắt nó được gọi là t-RNA. Phân tử hình lá cỏ ba lá đơn chuỗi này có khả năng gắn một axit amin vào đầu tự do của nó và vận chuyển nó đến vị trí tổng hợp protein.

Một RNA khác tham gia vào quá trình tổng hợp protein được gọi là RNA thông tin. Nó chứa một thành phần tổng hợp quan trọng không kém - một mã nêu rõ thời điểm gắn axit amin nào vào chuỗi protein thu được.

Phân tử này có cấu trúc chuỗi đơn và bao gồm các nucleotide, giống như DNA. Có một số khác biệt trong cấu trúc bậc một của các axit nucleic này mà bạn có thể đọc trong bài viết so sánh về RNA và DNA.

Thông tin về thành phần của protein m-RNA nhận được từ người giữ mã di truyền chính - DNA. Quá trình đọc và tổng hợp m-RNA được gọi là phiên mã.

Nó xảy ra trong nhân, từ đó m-RNA thu được được gửi đến ribosome. Bản thân DNA không rời khỏi nhân, nhiệm vụ của nó chỉ là bảo tồn mã di truyền và chuyển nó sang tế bào con trong quá trình phân chia.

Bảng tóm tắt những người tham gia chính của chương trình phát sóng

Để mô tả quá trình sinh tổng hợp protein một cách ngắn gọn và rõ ràng, cần có một bảng. Trong đó chúng tôi sẽ viết ra tất cả các thành phần và vai trò của chúng trong quá trình này, được gọi là dịch thuật.

Quá trình tạo ra chuỗi protein được chia thành ba giai đoạn. Chúng ta hãy xem xét từng người trong số họ chi tiết hơn. Sau đó, bạn có thể dễ dàng giải thích quá trình sinh tổng hợp protein cho những ai muốn một cách ngắn gọn và rõ ràng.

Bắt đầu - sự khởi đầu của quá trình

Đây là giai đoạn dịch mã đầu tiên trong đó tiểu đơn vị nhỏ của ribosome liên kết với tRNA đầu tiên. Axit ribonucleic này mang axit amin methionine. Quá trình dịch mã luôn bắt đầu bằng axit amin này, vì codon khởi đầu là AUG, mã hóa monome đầu tiên này trong chuỗi protein.

Để ribosome nhận ra codon khởi đầu và không bắt đầu tổng hợp từ giữa gen, nơi trình tự AUG cũng có thể xuất hiện, một chuỗi nucleotide đặc biệt được đặt xung quanh codon khởi đầu. Thông qua chúng, ribosome nhận ra vị trí của tiểu đơn vị nhỏ của nó.

Sau khi hình thành phức hợp với m-RNA, giai đoạn khởi đầu kết thúc. Và giai đoạn chính của buổi phát sóng bắt đầu.

Độ giãn dài - giữa tổng hợp

Ở giai đoạn này, chuỗi protein tăng dần. Thời gian kéo dài phụ thuộc vào số lượng axit amin có trong protein.

Trước hết, tiểu đơn vị lớn của ribosome được gắn vào tiểu đơn vị nhỏ. Và t-RNA ban đầu hoàn toàn nằm trong đó. Chỉ còn lại methionine ở bên ngoài. Tiếp theo, t-RNA thứ hai mang một axit amin khác đi vào tiểu đơn vị lớn.

Nếu codon thứ hai trên mRNA khớp với anticodon ở đầu lá cỏ ba lá thì axit amin thứ hai sẽ được gắn vào axit amin thứ nhất thông qua liên kết peptide.

Sau đó, ribosome di chuyển dọc theo m-RNA đúng ba nucleotide (một codon), t-RNA đầu tiên tách methionine khỏi chính nó và tách khỏi phức hợp. Thay vào đó là t-RNA thứ hai, ở cuối t-RNA đã có sẵn hai axit amin.

Sau đó tRNA thứ ba đi vào tiểu đơn vị lớn và quá trình lặp lại. Nó sẽ tiếp tục cho đến khi ribosome gặp một codon trên mRNA báo hiệu sự kết thúc dịch mã.

Chấm dứt

Giai đoạn này là giai đoạn cuối cùng và một số người có thể thấy nó khá tàn nhẫn. Tất cả các phân tử và bào quan hoạt động hài hòa để tạo ra chuỗi polypeptide đều dừng lại ngay khi ribosome chạm vào codon cuối cùng.

Nó không mã hóa cho bất kỳ axit amin nào, do đó, bất kể tRNA nào được đưa vào tiểu đơn vị lớn, chúng đều sẽ bị loại bỏ do không khớp. Đây là lúc các yếu tố kết thúc phát huy tác dụng, tách protein thành phẩm ra khỏi ribosome.

Bản thân cơ quan này có thể phân rã thành hai tiểu đơn vị hoặc tiếp tục hành trình dọc theo m-RNA để tìm kiếm codon khởi đầu mới. Một m-RNA có thể chứa nhiều ribosome cùng một lúc. Mỗi người trong số họ đang ở giai đoạn dịch mã riêng, protein mới được tạo ra được cung cấp các điểm đánh dấu, nhờ đó mọi người sẽ hiểu được đích đến của nó. Và theo EPS, nó sẽ được gửi đến nơi cần thiết.

Để hiểu vai trò của quá trình sinh tổng hợp protein, cần nghiên cứu những chức năng mà nó có thể thực hiện. Nó phụ thuộc vào trình tự các axit amin trong chuỗi. Chính đặc tính của chúng quyết định cấp hai, cấp ba và đôi khi là cấp bốn (nếu có) và vai trò của nó trong tế bào. Bạn có thể đọc thêm về chức năng của các phân tử protein trong bài viết về chủ đề này.

Làm thế nào để tìm hiểu thêm về chương trình phát sóng

Bài viết này mô tả quá trình sinh tổng hợp protein trong tế bào sống. Tất nhiên, nếu bạn nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này, sẽ mất nhiều trang để giải thích chi tiết về quy trình. Nhưng tài liệu trên đã đủ cho một ý tưởng chung. Tài liệu video trong đó các nhà khoa học đã mô phỏng tất cả các giai đoạn phát sóng có thể rất hữu ích cho việc hiểu biết. Một số trong số chúng đã được dịch sang tiếng Nga và có thể dùng làm sách giáo khoa xuất sắc cho sinh viên hoặc đơn giản là một video giáo dục.

Để hiểu chủ đề tốt hơn, bạn nên đọc các bài viết khác về chủ đề tương tự. Ví dụ, về hoặc về chức năng của protein.

Làm thế nào để giải thích ngắn gọn và rõ ràng sinh tổng hợp protein là gì và ý nghĩa của nó là gì?

Nếu bạn quan tâm đến chủ đề này và muốn nâng cao kiến ​​​​thức ở trường hoặc lặp lại những gì bạn đã bỏ lỡ, thì bài viết này được tạo ra để dành cho bạn.

sinh tổng hợp protein là gì

Đầu tiên, bạn nên làm quen với định nghĩa về sinh tổng hợp. Sinh tổng hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ tự nhiên của các sinh vật sống.

Nói một cách đơn giản, đó là quá trình sản xuất ra nhiều chất khác nhau với sự trợ giúp của vi sinh vật. Quá trình này đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các tế bào sống. Chúng ta đừng quên thành phần sinh hóa phức tạp.

Phiên âm và phát sóng

Đây là hai bước quan trọng nhất của quá trình sinh tổng hợp.

Phiên mã từ tiếng Latin có nghĩa là “viết lại” - DNA được sử dụng làm ma trận nên ba loại RNA được tổng hợp (ma trận/chất truyền tin, vận chuyển, axit ribonucleic ribosome). Phản ứng được thực hiện bằng cách sử dụng polymerase (RNA) và sử dụng một lượng lớn adenosine triphosphate.

Có hai hành động chính:

1. Chỉ định sự kết thúc và bắt đầu dịch mã bằng cách bổ sung mRNA.
2. Một sự kiện được thực hiện do quá trình ghép nối, từ đó loại bỏ các chuỗi RNA không chứa thông tin, do đó làm giảm khối lượng của axit ribonucleic mẫu xuống 10 lần.

Phát tin từ tiếng Latin có nghĩa là “bản dịch” - mRNA được sử dụng làm ma trận, các chuỗi polypeptide được tổng hợp.

Chương trình phát sóng bao gồm ba giai đoạn, có thể được trình bày dưới dạng bảng:

1. Giai đoạn đầu tiên. Sự khởi đầu là sự hình thành một phức hợp tham gia vào quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide.
2. Giai đoạn thứ hai. Độ giãn dài là sự gia tăng kích thước của chuỗi này.
3. Giai đoạn thứ ba. Chấm dứt là sự kết thúc của quá trình nêu trên.

Sơ đồ sinh tổng hợp protein

Sơ đồ cho thấy quá trình diễn ra như thế nào.

Điểm tiếp giáp của mạch này là ribosome, trong đó protein được tổng hợp. Ở dạng đơn giản, việc tổng hợp được thực hiện theo sơ đồ

ADN > PHK > protein.

Bước đầu tiên là phiên mã, trong đó phân tử được thay đổi thành axit ribonucleic thông tin chuỗi đơn (mRNA). Nó chứa thông tin về trình tự axit amin của protein.

Điểm dừng tiếp theo của mRNA là ribosome, nơi diễn ra quá trình tổng hợp. Điều này xảy ra thông qua dịch mã, hình thành chuỗi polypeptide. Sau sơ đồ thông thường này, protein thu được sẽ được vận chuyển đến những nơi khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Trình tự các bộ xử lý sinh tổng hợp protein

Sinh tổng hợp protein là một cơ chế phức tạp bao gồm hai bước nêu trên là phiên mã và dịch mã. Giai đoạn phiên mã xảy ra đầu tiên (được chia thành hai sự kiện).

Sau khi đến dịch mã, trong đó tất cả các loại RNA đều tham gia, mỗi loại có chức năng riêng:

1. Thông tin – vai trò của ma trận.
2. Vận chuyển - bổ sung axit amin, xác định codon.
3. Ribosome - sự hình thành các ribosome hỗ trợ mRNA.
4. Vận chuyển – tổng hợp chuỗi polypeptide.

Những thành phần tế bào nào tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein?

Như chúng tôi đã nói, quá trình sinh tổng hợp được chia thành hai giai đoạn. Mỗi giai đoạn bao gồm các thành phần riêng của nó. Ở giai đoạn đầu tiên, đó là axit deoxyribonucleic, RNA truyền tin và chuyển giao, và nucleotide.

Giai đoạn thứ hai bao gồm các thành phần sau: mRNA, tRNA, ribosome, nucleotide và peptide.

Nêu đặc điểm của phản ứng sinh tổng hợp protein trong tế bào?

Danh sách các tính năng của phản ứng sinh tổng hợp bao gồm:

1. Sử dụng năng lượng ATP cho các phản ứng hóa học.
2. Có những enzyme có nhiệm vụ tăng tốc độ phản ứng.
3. Phản ứng có tính chất ma trận vì protein được tổng hợp trên mRNA.

Dấu hiệu sinh tổng hợp protein trong tế bào

Tất nhiên, một quá trình phức tạp như vậy được đặc trưng bởi nhiều dấu hiệu khác nhau:

1. Điều đầu tiên trong số này là sự hiện diện của enzyme, nếu không có enzyme thì quá trình này sẽ không thể thực hiện được.
2. Cả ba loại RNA đều tham gia, từ đó chúng ta có thể kết luận rằng RNA đóng vai trò trung tâm.
3. Sự hình thành các phân tử được thực hiện bởi các monome, cụ thể là axit amin.
4. Điều đáng chú ý là tính đặc hiệu của một loại protein cụ thể được xác định bởi sự sắp xếp của các axit amin.

Phần kết luận

Cơ thể đa bào là một bộ máy bao gồm các loại tế bào khác nhau được biệt hóa - khác nhau về cấu trúc và chức năng. Ngoài protein, còn có những loại tế bào này cũng tổng hợp được loại riêng của chúng, đây chính là điểm khác biệt.

Đầu tiên, thiết lập trình tự các bước trong quá trình sinh tổng hợp protein, bắt đầu bằng phiên mã. Toàn bộ chuỗi các quá trình xảy ra trong quá trình tổng hợp phân tử protein có thể được kết hợp thành 2 giai đoạn:

1. Phiên mã.

2. Phát tin.

Đơn vị cấu trúc của thông tin di truyền là gen - các phần của phân tử DNA mã hóa quá trình tổng hợp một loại protein cụ thể. Về mặt tổ chức hóa học, chất liệu di truyền và tính biến đổi ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn về cơ bản không khác nhau. Vật chất di truyền trong chúng được trình bày trong phân tử DNA, nguyên tắc ghi lại thông tin di truyền và mã di truyền cũng rất phổ biến. Các axit amin giống nhau ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn được mã hóa bởi cùng một codon.

Bộ gen của tế bào nhân sơ hiện đại có đặc điểm là kích thước tương đối nhỏ, DNA của E. coli có dạng vòng, dài khoảng 1 mm. Nó chứa 4 x 10 6 cặp nucleotide, tạo thành khoảng 4000 gen. Năm 1961, F. Jacob và J. Monod đã phát hiện ra tổ chức cistronic hay liên tục của các gen ở sinh vật nhân sơ, bao gồm toàn bộ các chuỗi nucleotide mã hóa và chúng hoàn toàn được hiện thực hóa trong quá trình tổng hợp protein. Vật liệu di truyền của phân tử DNA của sinh vật nhân sơ nằm trực tiếp trong tế bào chất của tế bào, nơi cũng có tRNA và các enzym cần thiết cho sự biểu hiện gen. Biểu hiện là hoạt động chức năng của gen, hay sự biểu hiện của gen. Vì vậy, mRNA được tổng hợp từ DNA có thể thực hiện ngay chức năng khuôn mẫu trong quá trình dịch mã tổng hợp protein.

Bộ gen của sinh vật nhân chuẩn chứa nhiều vật liệu di truyền hơn đáng kể. Ở người, tổng chiều dài DNA trong bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội là khoảng 174 cm, chứa 3 x 10 9 cặp nucleotide và có tới 100.000 gen. Năm 1977, sự gián đoạn trong cấu trúc của hầu hết các gen ở sinh vật nhân chuẩn được phát hiện, được gọi là gen “khảm”. Nó được đặc trưng bởi trình tự nucleotide mã hóa ngoại lệ Và nghiêm khắc lô. Chỉ thông tin từ exon được sử dụng để tổng hợp protein. Số lượng intron khác nhau ở các gen khác nhau. Người ta đã xác định rằng gen ovalbumin của gà bao gồm 7 intron và gen Procollagen của động vật có vú bao gồm 50. Chức năng của các intron DNA im lặng vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn. Người ta cho rằng chúng cung cấp: 1) tổ chức cấu trúc của chất nhiễm sắc; 2) một số trong số chúng rõ ràng có liên quan đến việc điều hòa biểu hiện gen; 3) intron có thể được coi là kho lưu trữ thông tin có tính biến đổi; 4) chúng có thể đóng vai trò bảo vệ, đảm nhận tác động của các chất gây đột biến.

Phiên mã

Quá trình viết lại thông tin trong nhân tế bào từ một phần của phân tử DNA sang phân tử mRNA (mRNA) được gọi là phiên mã(Bản ghi Latinh - viết lại). Sản phẩm gen sơ cấp, mRNA, được tổng hợp. Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình tổng hợp protein. Tại vị trí DNA tương ứng, enzyme RNA polymerase nhận biết dấu hiệu bắt đầu phiên mã - quảng cáo.Điểm khởi đầu là nucleotide DNA đầu tiên được enzyme đưa vào bản phiên mã RNA. Theo quy định, vùng mã hóa bắt đầu bằng codon AUG; đôi khi ở vi khuẩn GUG được sử dụng. Khi RNA polymerase liên kết với vùng khởi động, sự tháo xoắn cục bộ của chuỗi xoắn kép DNA xảy ra và một trong các chuỗi được sao chép theo nguyên tắc bổ sung. mRNA được tổng hợp, tốc độ lắp ráp của nó đạt tới 50 nucleotide mỗi giây. Khi RNA polymerase di chuyển, chuỗi mRNA phát triển và khi enzyme đi đến cuối vùng sao chép - Kẻ hủy diệt, mARN sẽ di chuyển ra khỏi khuôn mẫu. Chuỗi xoắn kép DNA đằng sau enzyme được phục hồi.

Sự phiên mã của prokaryote xảy ra trong tế bào chất. Do DNA bao gồm toàn bộ các chuỗi nucleotide mã hóa nên mRNA được tổng hợp ngay lập tức đóng vai trò là khuôn mẫu để dịch mã (xem ở trên).

Sự phiên mã của mRNA ở sinh vật nhân chuẩn xảy ra trong nhân. Nó bắt đầu bằng sự tổng hợp các phân tử lớn - tiền chất (pro-mRNA), được gọi là RNA chưa trưởng thành hoặc RNA hạt nhân. Sản phẩm chính của gen - pro-mRNA là bản sao chính xác của phần phiên mã của DNA, bao gồm exon và intron. Quá trình hình thành các phân tử RNA trưởng thành từ tiền chất được gọi là xử lý. sự trưởng thành của mRNA xảy ra bởi nối- chúng bị cắt bởi enzyme enzyme hạn chế intron và sự kết nối các vùng có trình tự exon được phiên mã bởi enzyme ligase. (Hình.). MRNA trưởng thành ngắn hơn nhiều so với các phân tử tiền thân của pro-mRNA, kích thước của các intron trong chúng thay đổi từ 100 đến 1000 nucleotide hoặc hơn. Intron chiếm khoảng 80% tổng số mRNA chưa trưởng thành.

Bây giờ nó đã được chứng minh là có thể nối thay thế, trong đó các trình tự nucleotide có thể được loại bỏ khỏi một bản phiên mã sơ cấp ở các phần khác nhau của nó và một số mRNA trưởng thành sẽ được hình thành. Kiểu nối này là điển hình trong hệ thống gen globulin miễn dịch ở động vật có vú, giúp hình thành các loại kháng thể khác nhau dựa trên một bản phiên mã mRNA.

Sau khi quá trình xử lý hoàn tất, mRNA trưởng thành sẽ được chọn trước khi thoát ra khỏi nhân. Người ta đã xác định rằng chỉ có 5% mRNA trưởng thành đi vào tế bào chất và phần còn lại bị phân cắt trong nhân.

Phát tin

Dịch thuật (tiếng Latin Translatio - chuyển, chuyển) là sự dịch thông tin có trong chuỗi nucleotide của phân tử mRNA thành chuỗi axit amin của chuỗi polypeptide (Hình 10). Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình tổng hợp protein. Việc vận chuyển mRNA trưởng thành qua các lỗ của vỏ nhân được thực hiện bởi các protein đặc biệt tạo thành phức hợp với phân tử RNA. Ngoài việc vận chuyển mRNA, những protein này còn bảo vệ mRNA khỏi tác hại của các enzyme tế bào chất. Trong quá trình dịch mã, tRNA đóng vai trò trung tâm, chúng đảm bảo sự khớp chính xác của axit amin với mã của bộ ba mRNA. Quá trình dịch mã - giải mã xảy ra ở ribosome và được thực hiện theo hướng từ 5 đến 3. Phức hợp giữa mRNA và ribosome được gọi là polysome.

Trong quá trình dịch mã, có thể phân biệt ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và kết thúc.

Bắt đầu.

Ở giai đoạn này, toàn bộ phức hợp liên quan đến quá trình tổng hợp phân tử protein được tập hợp lại. Hai tiểu đơn vị ribosome được hợp nhất tại một phần nhất định của mRNA, aminoacyl-tRNA đầu tiên được gắn vào nó và điều này thiết lập khung đọc thông tin. Trong bất kỳ phân tử m-RNA nào cũng có một vùng bổ sung cho r-RNA của tiểu đơn vị ribosome nhỏ và được kiểm soát đặc biệt bởi nó. Bên cạnh là codon khởi đầu AUG, mã hóa axit amin methionine, giai đoạn khởi đầu kết thúc với sự hình thành phức hợp: ribosome, aminoacyl-tRNA khởi đầu -mRNA.

Độ giãn dài

- nó bao gồm tất cả các phản ứng từ thời điểm hình thành liên kết peptit đầu tiên cho đến khi bổ sung axit amin cuối cùng. Ribosome có hai vị trí để liên kết hai phân tử tRNA. Trong một vùng, peptidyl (P), có t-RNA đầu tiên chứa axit amin methionine và quá trình tổng hợp bất kỳ phân tử protein nào cũng bắt đầu từ đó. Phân tử tRNA thứ hai đi vào phần thứ hai của ribosome, phần aminoacyl (A) và gắn vào codon của nó. Một liên kết peptide được hình thành giữa methionine và axit amin thứ hai. tRNA thứ hai di chuyển cùng với codon mRNA của nó đến trung tâm peptidyl. Sự di chuyển của t-RNA với chuỗi polypeptide từ trung tâm aminoacyl đến trung tâm peptidyl đi kèm với sự di chuyển của ribosome dọc theo m-RNA theo một bước tương ứng với một codon. T-RNA cung cấp methionine sẽ quay trở lại tế bào chất và trung tâm amnoacyl được giải phóng. Nó nhận được một t-RNA mới với một axit amin được mã hóa bởi codon tiếp theo. Liên kết peptit được hình thành giữa axit amin thứ ba và thứ hai và t-RNA thứ ba cùng với codon m-RNA di chuyển về trung tâm peptidyl, là quá trình kéo dài, kéo dài chuỗi protein. Nó tiếp tục cho đến khi một trong ba codon không mã hóa axit amin đi vào ribosome. Đây là codon kết thúc và không có tRNA tương ứng cho nó, vì vậy không có tRNA nào có thể chiếm vị trí ở trung tâm aminoacyl.

Chấm dứt

- Hoàn thành quá trình tổng hợp polypeptide. Nó liên quan đến sự nhận biết bởi một protein ribosome cụ thể của một trong các codon kết thúc (UAA, UAG, UGA) khi nó đi vào trung tâm aminoacyl. Một yếu tố kết thúc đặc biệt được gắn vào ribosome, giúp thúc đẩy sự phân tách các tiểu đơn vị ribosome và giải phóng phân tử protein được tổng hợp. Nước được thêm vào axit amin cuối cùng của peptide và đầu carboxyl của nó được tách ra khỏi tRNA.

Quá trình lắp ráp chuỗi peptide xảy ra ở tốc độ cao. Ở vi khuẩn ở nhiệt độ 37°C, nó được biểu hiện bằng việc bổ sung 12 đến 17 axit amin mỗi giây vào polypeptide. Trong tế bào nhân chuẩn, hai axit amin được thêm vào một polypeptide mỗi giây.

Chuỗi polypeptide được tổng hợp sau đó đi vào phức hợp Golgi, nơi việc xây dựng phân tử protein được hoàn thành (cấu trúc thứ hai, thứ ba và thứ tư xuất hiện tuần tự). Đây là nơi các phân tử protein kết hợp với chất béo và carbohydrate.

Toàn bộ quá trình sinh tổng hợp protein được trình bày dưới dạng sơ đồ: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® chuỗi polypeptide ® protein ® phức hợp protein và sự biến đổi của chúng thành các phân tử hoạt động chức năng.

Các giai đoạn thực hiện thông tin di truyền cũng diễn ra theo cách tương tự: đầu tiên nó được phiên mã thành chuỗi nucleotide của mRNA, sau đó được dịch thành chuỗi axit amin của polypeptide trên ribosome với sự tham gia của tRNA.

Phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn được thực hiện dưới tác động của ba polymerase RNA hạt nhân. RNA polymerase 1 nằm trong nucleolus và chịu trách nhiệm phiên mã các gen rRNA. RNA polymerase 2 được tìm thấy trong nhựa nhân và chịu trách nhiệm tổng hợp tiền chất mRNA. RNA polymerase 3 là một phần nhỏ trong nhựa hạt nhân tổng hợp rRNA và tRNA nhỏ. RNA polymerase đặc biệt nhận biết trình tự nucleotide của chất kích thích phiên mã. MRNA nhân chuẩn lần đầu tiên được tổng hợp dưới dạng tiền chất (pro-mRNA) và thông tin từ exon và intron được chuyển đến nó. MRNA được tổng hợp lớn hơn mức cần thiết cho quá trình dịch mã và kém ổn định hơn.

Trong quá trình trưởng thành của phân tử mRNA, các intron được cắt bỏ bằng enzyme giới hạn và các exon được khâu lại với nhau bằng enzyme ligase. Sự trưởng thành của mRNA được gọi là quá trình xử lý và việc nối các exon được gọi là nối. Do đó, mRNA trưởng thành chỉ chứa exon và ngắn hơn nhiều so với tiền thân của nó là pro-mRNA. Kích thước của các intron thay đổi từ 100 đến 10.000 nucleotide trở lên. Inton chiếm khoảng 80% tổng số mRNA chưa trưởng thành. Khả năng ghép nối thay thế hiện đã được chứng minh, trong đó trình tự nucleotide có thể được loại bỏ khỏi một bản phiên mã chính ở các phần khác nhau của nó và một số mRNA trưởng thành sẽ được hình thành. Kiểu nối này là điển hình trong hệ thống gen globulin miễn dịch ở động vật có vú, giúp hình thành các loại kháng thể khác nhau dựa trên một bản phiên mã mRNA. Sau khi hoàn tất quá trình xử lý, mRNA trưởng thành sẽ được chọn trước khi được giải phóng vào tế bào chất từ ​​nhân. Người ta đã xác định rằng chỉ có 5% mRNA trưởng thành đi vào và phần còn lại bị phân cắt trong nhân. Sự biến đổi các bản phiên mã sơ cấp của gen sinh vật nhân chuẩn, liên quan đến tổ chức exon-intron của chúng và liên quan đến sự chuyển đổi mRNA trưởng thành từ nhân sang tế bào chất, quyết định các đặc điểm của việc thực hiện thông tin di truyền của sinh vật nhân chuẩn. Do đó, gen khảm ở sinh vật nhân chuẩn không phải là gen cistron, vì không phải toàn bộ trình tự DNA được sử dụng để tổng hợp protein.

Tập hợp các phản ứng tổng hợp sinh học được gọi là trao đổi nhựa hoặc đồng hóa. Tên của loại trao đổi này phản ánh bản chất của nó: từ các chất đơn giản đi vào tế bào từ bên ngoài, các chất tương tự như chất của tế bào được hình thành.

Chúng ta hãy xem xét một trong những hình thức chuyển hóa nhựa quan trọng nhất - sinh tổng hợp protein. Toàn bộ tính chất đa dạng của protein cuối cùng được xác định bởi cấu trúc bậc một, tức là trình tự các axit amin. Một số lượng lớn các tổ hợp axit amin độc đáo được chọn lọc trong quá trình tiến hóa được tái tạo bằng quá trình tổng hợp axit nucleic với trình tự bazơ nitơ tương ứng với trình tự axit amin trong protein. Mỗi axit amin trong chuỗi polypeptide tương ứng với sự kết hợp của ba nucleotide - một bộ ba.

Quá trình thực hiện thông tin di truyền trong sinh tổng hợp được thực hiện với sự tham gia của ba loại axit ribonucleic: thông tin (mẫu) - mRNA (mRNA), ribosome - rRNA và vận chuyển - tRNA. Tất cả các axit ribonucleic được tổng hợp trong các phần tương ứng của phân tử DNA. Chúng có kích thước nhỏ hơn nhiều so với DNA và đại diện cho một chuỗi nucleotide duy nhất. Nucleotide chứa dư lượng axit photphoric (phosphate), đường pentose (ribose) và một trong bốn bazơ nitơ - adenine, cytosine, guanine và uracil. Bazơ nitơ, uracil, bổ sung cho adenine.

Quá trình sinh tổng hợp rất phức tạp và bao gồm một số giai đoạn - phiên mã, ghép nối và dịch mã.

Giai đoạn đầu tiên (phiên mã) xảy ra trong nhân tế bào: mRNA được tổng hợp trong một phần của gen cụ thể trên phân tử DNA. Quá trình tổng hợp này được thực hiện với sự tham gia của một phức hợp enzyme, trong đó chủ yếu là RNA polymerase phụ thuộc DNA, gắn vào điểm bắt đầu của phân tử DNA, giải phóng chuỗi xoắn kép và di chuyển dọc theo một trong các chuỗi, tổng hợp một chuỗi mARN bổ sung bên cạnh nó. Kết quả của quá trình phiên mã, mRNA chứa thông tin di truyền dưới dạng xen kẽ tuần tự các nucleotide, thứ tự của chúng được sao chép chính xác từ phần (gen) tương ứng của phân tử DNA.

Các nghiên cứu sâu hơn cho thấy trong quá trình phiên mã, cái gọi là pro-mRNA được tổng hợp - tiền thân của mRNA trưởng thành tham gia dịch mã. Pro-mRNA lớn hơn đáng kể và chứa các đoạn không mã hóa quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide tương ứng. Trong DNA, cùng với các vùng mã hóa rRNA, tRNA và polypeptide, có những đoạn không chứa thông tin di truyền. Chúng được gọi là intron trái ngược với các đoạn mã hóa được gọi là exon. Intron được tìm thấy ở nhiều phần của phân tử DNA. Ví dụ, một gen, đoạn DNA mã hóa ovalbumin gà, chứa 7 intron, và gen albumin huyết thanh chuột chứa 13 intron. Độ dài của intron khác nhau - từ hai trăm đến một nghìn cặp nucleotide DNA. Intron được đọc (phiên mã) cùng lúc với exon, do đó pro-mRNA dài hơn nhiều so với mRNA trưởng thành. Trong nhân, các intron được cắt ra trong pro-mRNA bằng các enzyme đặc biệt và các đoạn exon được “ghép” lại với nhau theo một trật tự nghiêm ngặt. Quá trình này được gọi là nối. Trong quá trình ghép nối, mRNA trưởng thành được hình thành, chỉ chứa thông tin cần thiết cho quá trình tổng hợp polypeptide tương ứng, tức là phần thông tin của gen cấu trúc.

Ý nghĩa và chức năng của intron vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng, nhưng người ta đã chứng minh rằng nếu chỉ đọc các phần exon trong DNA thì mRNA trưởng thành sẽ không được hình thành. Quá trình ghép nối được nghiên cứu bằng cách sử dụng ví dụ về gen ovalbumin. Nó chứa một exon và 7 intron. Đầu tiên, pro-mRNA chứa 7700 nucleotide được tổng hợp trên DNA. Sau đó, ở pro-mRNA, số lượng nucleotide giảm xuống còn 6800, sau đó là 5600, 4850, 3800, 3400, v.v. cho đến khi còn 1372 nucleotide tương ứng với exon. Chứa 1372 nucleotide, mRNA rời nhân vào tế bào chất, đi vào ribosome và tổng hợp polypeptide tương ứng.

Giai đoạn tiếp theo của quá trình sinh tổng hợp - dịch mã - xảy ra trong tế bào chất trên ribosome với sự tham gia của tRNA.

RNA vận chuyển được tổng hợp trong nhân nhưng hoạt động ở trạng thái tự do trong tế bào chất của tế bào. Một phân tử tRNA chứa 76-85 nucleotide và có cấu trúc khá phức tạp, gợi nhớ đến chiếc lá cỏ ba lá. Ba phần của tRNA có tầm quan trọng đặc biệt: 1) một anticodon, bao gồm ba nucleotide, xác định vị trí gắn của tRNA với codon bổ sung (mRNA) tương ứng trên ribosome; 2) vùng xác định tính đặc hiệu của tRNA, khả năng của một phân tử nhất định chỉ gắn với một axit amin cụ thể; 3) vị trí nhận mà axit amin được gắn vào. Nó giống nhau đối với tất cả các tRNA và bao gồm ba nucleotide - C-C-A. Việc bổ sung một axit amin vào tRNA được thực hiện trước khi nó được kích hoạt bởi enzyme aminoacyl-tRNA synthetase. Enzim này đặc hiệu cho từng loại axit amin. Axit amin được kích hoạt sẽ được gắn vào tRNA tương ứng và được chuyển đến ribosome.

Vị trí trung tâm trong quá trình dịch mã thuộc về ribosome - bào quan ribonucleoprotein của tế bào chất, hiện diện với số lượng lớn trong đó. Kích thước của ribosome ở sinh vật nhân sơ trung bình là 30x30x20 nm, ở sinh vật nhân chuẩn - 40x40x20 nm. Thông thường, kích thước của chúng được xác định theo đơn vị lắng (S) - tốc độ lắng trong quá trình ly tâm trong môi trường thích hợp. Ở vi khuẩn Escherichia coli, ribosome có kích thước 70S và bao gồm hai tiểu đơn vị, một trong số đó có hằng số 30S, tiểu đơn vị thứ hai là 50S và chứa 64% RNA ribosome và 36% protein.

Phân tử mRNA rời nhân vào tế bào chất và gắn vào tiểu đơn vị ribosome nhỏ. Quá trình dịch bắt đầu bằng cái gọi là codon khởi đầu (người khởi xướng quá trình tổng hợp) - A-U-G-. Khi tRNA chuyển một axit amin được kích hoạt đến ribosome, anticodon của nó sẽ liên kết hydro với các nucleotide của codon bổ sung của mRNA. Đầu nhận của tRNA với axit amin tương ứng được gắn vào bề mặt của tiểu đơn vị ribosome lớn. Sau axit amin đầu tiên, một tRNA khác cung cấp axit amin tiếp theo và do đó chuỗi polypeptide được tổng hợp trên ribosome. Một phân tử mRNA thường hoạt động trên nhiều (5-20) ribosome cùng một lúc, được kết nối thành các polysome. Sự bắt đầu của quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide được gọi là sự khởi đầu, sự phát triển của nó được gọi là sự kéo dài. Trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptide được xác định bởi trình tự các codon trên mRNA. Quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide dừng lại khi một trong các codon kết thúc xuất hiện trên mRNA - UAA, UAG hoặc UGA. Sự kết thúc quá trình tổng hợp của một chuỗi polypeptide nhất định được gọi là sự kết thúc.

Người ta đã chứng minh rằng trong tế bào động vật, chuỗi polypeptide kéo dài thêm 7 axit amin trong một giây và mRNA tiến tới ribosome thêm 21 nucleotide. Ở vi khuẩn, quá trình này xảy ra nhanh hơn hai đến ba lần.

Do đó, quá trình tổng hợp cấu trúc bậc một của phân tử protein - chuỗi polypeptide - diễn ra trên ribosome theo trình tự xen kẽ các nucleotide trong khuôn mẫu axit ribonucleic - mRNA. Nó không phụ thuộc vào cấu trúc của ribosome.

Sinh tổng hợp protein xảy ra trong mọi tế bào sống. Nó hoạt động mạnh nhất trong các tế bào trẻ đang phát triển, nơi protein được tổng hợp để xây dựng các cơ quan của chúng, cũng như trong các tế bào chế tiết, nơi tổng hợp protein enzyme và protein hormone.

Vai trò chính trong việc xác định cấu trúc của protein thuộc về DNA. Một đoạn DNA chứa thông tin về cấu trúc của một loại protein được gọi là gen. Một phân tử DNA chứa hàng trăm gen. Phân tử DNA chứa mã trình tự các axit amin trong protein dưới dạng các nucleotide phù hợp đặc biệt. Mã DNA gần như đã được giải mã hoàn toàn. Bản chất của nó là như sau. Mỗi axit amin tương ứng với một phần của chuỗi DNA bao gồm ba nucleotide liền kề.

Ví dụ, phần T-T-T tương ứng với lysine axit amin, phần A-C-A tương ứng với Cystine, C-A-A tương ứng với valine, v.v. Có 20 axit amin khác nhau, số cách kết hợp có thể có của 4 nucleotide của 3 là 64. Do đó, bộ ba là đủ dồi dào để mã hóa tất cả các axit amin.

Tổng hợp protein là một quá trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn, đại diện cho một chuỗi các phản ứng tổng hợp diễn ra theo nguyên tắc tổng hợp ma trận.

Vì DNA nằm trong nhân tế bào và quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào chất nên có một chất trung gian truyền thông tin từ DNA đến ribosome. Sứ giả này là mRNA. :

Trong quá trình sinh tổng hợp protein, các giai đoạn sau được xác định, xảy ra ở các phần khác nhau của tế bào:

1. Giai đoạn đầu tiên, tổng hợp i-RNA, xảy ra trong nhân, trong đó thông tin chứa trong gen DNA được phiên mã thành i-RNA. Quá trình này được gọi là phiên mã (từ tiếng Latin “bảng điểm” - viết lại).
2. Ở giai đoạn thứ hai, các axit amin được kết hợp với các phân tử tRNA, tuần tự bao gồm ba nucleotide - anticodon, nhờ đó xác định được bộ ba codon của chúng.
3. Giai đoạn thứ ba là quá trình tổng hợp trực tiếp các liên kết polypeptide, gọi là dịch mã. Nó xảy ra ở ribosome.
4. Ở giai đoạn thứ tư, sự hình thành cấu trúc bậc hai và bậc ba của protein xảy ra, nghĩa là sự hình thành cấu trúc cuối cùng của protein.

Như vậy, trong quá trình sinh tổng hợp protein, các phân tử protein mới được hình thành theo thông tin chính xác có trong DNA. Quá trình này đảm bảo sự đổi mới của protein, quá trình trao đổi chất, sự tăng trưởng và phát triển của tế bào, tức là tất cả các quá trình sống của tế bào.

Nhiễm sắc thể (từ tiếng Hy Lạp “chroma” - màu sắc, “soma” - cơ thể) là cấu trúc rất quan trọng của nhân tế bào. Chúng đóng vai trò chính trong quá trình phân chia tế bào, đảm bảo việc truyền tải thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Chúng là những chuỗi DNA mỏng liên kết với protein. Các sợi được gọi là nhiễm sắc thể, bao gồm DNA, protein cơ bản (histones) và protein có tính axit.

Trong một tế bào không phân chia, nhiễm sắc thể lấp đầy toàn bộ thể tích của nhân và không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Trước khi quá trình phân chia bắt đầu, quá trình xoắn ốc DNA xảy ra và mỗi nhiễm sắc thể sẽ được nhìn thấy dưới kính hiển vi. Trong quá trình xoắn ốc, nhiễm sắc thể bị rút ngắn hàng chục nghìn lần. Ở trạng thái này, các nhiễm sắc thể trông giống như hai sợi giống hệt nhau (các nhiễm sắc thể) nằm cạnh nhau, được nối với nhau bởi một phần chung - tâm động.

Mỗi sinh vật được đặc trưng bởi số lượng và cấu trúc nhiễm sắc thể không đổi. Trong tế bào soma, nhiễm sắc thể luôn được ghép đôi, nghĩa là trong nhân có hai nhiễm sắc thể giống hệt nhau tạo thành một cặp. Các nhiễm sắc thể như vậy được gọi là tương đồng và các bộ nhiễm sắc thể ghép đôi trong tế bào soma được gọi là lưỡng bội.

Như vậy, bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội ở người gồm 46 nhiễm sắc thể, tạo thành 23 cặp. Mỗi cặp bao gồm hai nhiễm sắc thể giống hệt nhau (tương đồng).

Đặc điểm cấu trúc của nhiễm sắc thể giúp phân biệt chúng thành 7 nhóm, được ký hiệu bằng các chữ cái Latinh A, B, C, D, E, F, G. Tất cả các cặp nhiễm sắc thể đều có số thứ tự.

Đàn ông và phụ nữ có 22 cặp nhiễm sắc thể giống hệt nhau. Chúng được gọi là autosome. Đàn ông và phụ nữ khác nhau ở một cặp nhiễm sắc thể, được gọi là nhiễm sắc thể giới tính. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái - X lớn (nhóm C) và Y nhỏ (nhóm C). Trong cơ thể phụ nữ có 22 cặp nhiễm sắc thể thường và một cặp (XX) nhiễm sắc thể giới tính. Đàn ông có 22 cặp nhiễm sắc thể thường và một cặp nhiễm sắc thể giới tính (XY).

Không giống như tế bào soma, tế bào mầm chứa một nửa bộ nhiễm sắc thể, nghĩa là chúng chứa một nhiễm sắc thể từ mỗi cặp! Bộ này được gọi là đơn bội. Bộ nhiễm sắc thể đơn bội phát sinh trong quá trình trưởng thành của tế bào.