RNR struktūros, pagrindiniai tipai, jų vaidmuo baltymų sintezėje. Paveldimos informacijos DNR-RNR-baltymo perdavimas

Visų gyvų būtybių iš esmės visos biologinės funkcijos priklauso nuo trijų pagrindinių molekulių. Šios molekulės yra DNR, RNR ir baltymai. Dvi DNR grandinės sukasi priešingomis kryptimis ir yra viena šalia kitos (antilygiagrečiai). Tai keturių azotinių bazių seka išilgai pagrindo, koduojanti biologinę informaciją. Pagal genetinį kodą RNR grandinės transformuojamos, kad būtų nustatyta aminorūgščių seka baltymuose. Šios RNR grandinės iš pradžių buvo sukurtos naudojant DNR grandines kaip šabloną procese, vadinamame transkripcija.

Be DNR, RNR ir baltymų Žemėje nebūtų jokios biologinės gyvybės. DNR yra protinga molekulė, koduojanti visą genetinių instrukcijų rinkinį (genomą), reikalingą kiekvienam gyvam daiktui surinkti, prižiūrėti ir atgaminti. RNR atlieka daugybę gyvybiškai svarbių vaidmenų koduojant, dekoduojant, reguliuojant ir išreiškiant genetiką. Pagrindinė RNR pareiga – gaminti baltymus pagal instrukcijų rinkinius, užkoduotus ląstelės DNR.

DNR sudaryta iš cukraus, azoto bazės ir fosfatų grupės. RNR yra ta pati.

DNR azoto bazę sudaro nukleino rūgštys: citozinas (C), guaninas (G), adeninas (A) ir timinas (T). Metafiziškai kiekviena iš šių nukleino rūgščių yra susijusi su elementariomis planetos medžiagomis: oru, vandeniu, ugnimi ir žeme. Užteršdami šiuos keturis elementus Žemėje, užteršiame atitinkamą nukleorūgštį savo DNR.

Tačiau RNR azoto bazę sudaro nukleino rūgštys: citozinas (C), guaninas (G), adeninas (A) ir uracilas (U). Be to, kiekviena RNR nukleino rūgštis yra susijusi su elementariomis planetos medžiagomis: oru, vandeniu, ugnimi ir žeme. Tiek DNR, tiek RNR mitochondrijų DNR atitinka penktąjį pagrindinį kosminio eterio elementą, sklindantį iš tik iš mamos... Tai yra alotropijos, kuri yra nedidelio skaičiaus dviejų ar daugiau skirtingų formų cheminių elementų, vadinamų šių elementų alotropais, požymis. Allotropai yra įvairios elemento struktūrinės modifikacijos. Mūsų DNR yra keturių pagrindinių planetos elementų alotropas.

Pagrindinė azotinių bazių biologinė funkcija DNR yra sujungti nukleino rūgštis. Adeninas visada derinamas su timinu, o guaninas su citozinu. Jie žinomi kaip suporuotos bazės. Uracilas yra tik RNR, pakeičiantis timiną ir jungiantis su adeninu.

Tiek RNR, tiek DNR naudoja bazių porą (vyras + moteris) kaip papildomą kalbą, kurią atitinkami fermentai gali paversti bet kuria kryptimi tarp DNR ir RNR. Ši vyriškos ir moteriškos giminės kalba arba bazinių porų struktūra suteikia atsarginę visos genetinės informacijos, užkoduotos dvigrandėje DNR, kopiją.

Atvirkščiai suporuotas pagrindas

Visos DNR ir RNR veikia pagal bazinių porų lyčių principą, sukurdamos vandenilio ryšį. Suporuotos bazės turi susijungti iš eilės, kad DNR ir RNR galėtų sąveikauti (pagal originalų mūsų 12 DNR stygų dizainą, deimantinį saulės kūną), taip pat leisti RNR gaminti funkcinius ryšius jungiančius baltymus, kurie sintetina ir koreguoja dvigubą DNR. spiralė. Žmogaus DNR buvo pažeista dėl bazinių porų mutacijų ir poravimosi arba sekos redagavimo intarpų pokyčių, kuriuos sukėlė inžineriniai organizmai, tokie kaip virusas. Nephilim Reverse Grid (NRG) lyčių padalijimo technologija, turinti įtakos visoms vyrų ir moterų kalboms bei jų santykiams. DNR kopijos sukuriamos sujungiant vyrų ir moterų bazių porų nukleorūgščių subvienetus kiekvienoje pradinės DNR molekulės grandinėje. Toks ryšys visada atsiranda tam tikruose deriniuose. Pagrindinės DNR jungties pokyčiai, taip pat daugelis genetinės modifikacijos ir genetinės kontrolės lygių prisideda prie DNR sintezės slopinimo. Tai tyčinis 12 DNR grandžių iš pradinio dizaino, silicio matricos, surinktos ir pagamintos iš baltymų, aktyvavimo slopinimas. Šis genetinis slopinimas buvo agresyviai vykdomas nuo Atlantidos kataklizmo. Tai tiesiogiai susiję su hierogamijos sąjungos slopinimu, kuris pasiekiamas teisingai derinant DNR bazes, kurių pagalba galima sukurti ir surinkti baltymus, kad būtų atkurtos ugningos DNR raidės.

RNR redagavimas aspartamu

Vienas iš genetinių modifikacijų ir eksperimentų su žmonėmis pavyzdžių yra aspartamo* naudojimas. Aspartamas chemiškai sintetinamas iš aspartato, kuris pažeidžia uracilo-timino jungties funkciją DNR, taip pat sumažina RNR baltymų sintezės funkciją bei ryšį tarp RNR ir DNR. RNR redagavimas pridedant arba pašalinant uracilą ir timiną iš naujo užkodavo ląstelės mitochondrijas, kuriose mitochondrijų pažeidimai prisidėjo prie neurologinių ligų. Timinas yra galingas DNR vientisumo gynėjas. Be to, nuskendus uracilui, susidaro substratas aspartatas, anglies dioksidas ir amoniakas.

Azoto ciklo trikdžiai

Dėl pramonės revoliucijos, karinio komplekso įvedimo per kontaktą su neigiamais ateiviais, bendras azoto ciklas per pastarąjį šimtmetį labai pasikeitė. Nors azotas yra būtinas visai žinomai gyvybei Žemėje, buvo kovojama iškastinio kuro karai, kuriuos sąmoningai kursto ADV, teršiant Žemę ir pažeidžiant DNR. Azotas yra visų aminorūgščių, sudarančių baltymus, komponentas ir yra bazėse, sudarančiose RNR ir DNR nukleorūgštis. Tačiau kariaudami dėl iškastinio kuro, versdami naudoti vidaus degimo variklius, kurdami chemines trąšas ir teršdami aplinką iš transporto priemonių ir pramonės, žmonės prisidėjo prie rimto biologinių formų azoto toksiškumo. Azoto oksidas, anglies dioksidas, metanas, amoniakas sukuria šiltnamio efektą sukeliančias dujas, kurios nuodija Žemę, geriamąjį vandenį ir vandenynus. Šis užteršimas sukelia DNR pažeidimus ir mutacijas.

Elementarus skausmo kūno pasikeitimas

Taigi daugelis iš mūsų patyrė elementarių kraujo, kūno dalių (ypač odos paviršiaus, kuris reaguoja į kraujo pokyčius) ir esminių pokyčių ląstelėse ir audiniuose. Materijos atgaivinimas dėl magnetinių pokyčių taip pat prasiskverbia į mūsų emocinio-elementinio kūno lygius, reikšmingai paveikdamas ląstelių reakcijas ir atmintį, saugomą instinktyviajame kūne (skausmas-kūnas).

Šis naujas ciklas verčia kiekvieną iš mūsų atkreipti dėmesį į savo instinktyvų kūną, emocinį-elementarinį skausmo kūną ir tai, kas su juo nutinka. Saulės ir Mėnulio jėgų santykis ir jų bendras poveikis planetos kūno jėgų poliškumui prisitaiko prie šio poveikio magnetiniam laukui.

Deja, neteisingas aukštesniųjų prigimtinio įstatymo principų supratimas sukelia didelį chaosą ir kančias tiems, kurie atkakliai toleruoja naikinimą, susiskaldymą ir smurtą, nepaisant taikomų metodų.

Nepaisant to, masinis Mėnulio jėgų, Mėnulio grandinės būtybių, kritusių angelų iš mūsų planetos ir Saulės sistemos išvykimas tęsiasi ir šiuo metu. Kadangi karantinas buvo panaikintas iš Saulės sistemos, ir tie, kurie atitinka Ascension (arba yra tyros širdies), patirs gilų savo šventų energijos centrų persitvarkymą, pereidami nuo mėnulio prie saulės įtakos. Šis saulės ir mėnulio jėgų susiskaldymas tęsia pokyčius ne tik emociniame-elementiniame kūne, bet ir sakraliniame centre bei visuose reprodukciniuose organuose. Ji pateikia daugelio problemų, susijusių su seksualinėmis kančiomis, koregavimus ar įžvalgas, kurios buvo užprogramuotos remiantis paslėptomis istorijomis, susijusiomis su Mėnulio grandinės esybėmis. Motinos magnetinių komandų rinkiniai ir mitochondrijos atkuria Saulės moteriškumą ir jų žemiškiems vaikams.

DNR sintezė

Suvokdami, kad mūsų emocinis-elementinis kūnas per aukšto dažnio aktyvaciją ir planetų magnetinius pokyčius iš anglies pagrindu esančių atomų pereina prie aukštesnio pagrindo elementų, galime sujungti savo kūno dvasinio vystymosi taškus, susijusius su asmeniniais alcheminiais procesais. Kai Sofijos kūnas atkuriamas, mūsų sąmonės evoliucijos alcheminė transformacija susilieja su moksliniu DNR sintezės supratimu. DNR sintezė yra tokia pat svarbi, kaip ir DNR aktyvacija, kuri atlieka svarbų ir tiesioginį dvasinio pakilimo vaidmenį. Motina sugrąžina mitochondrijų DNR įrašą, pakeisdama magnetinį srautą, atkurdama mūsų kraujo, smegenų ir nervų sistemos planą, kad galėtume geriau funkcionuoti naudojant tikrąją pradinę DNR.

*A Spartamas yra genetiškai modifikuota cheminė medžiaga, platinama ir naudojama rinkoje kaip maisto priedas

Vertimas: Oreanda Web

Pirma, keletas bendrų nuostatų.

Visa organizme vykstančių cheminių procesų programa yra užfiksuota DNR – genetinės informacijos molekulinėje saugykloje. Paprastai šios informacijos srautas vaizduojamas diagrama: DNR RNR BALTYMAS, kuris vaizduoja nukleotidų sekų genetinės kalbos vertimą į aminorūgščių sekas. DNR schema RNR žymi RNR molekulių, kurių nukleotidų seka yra komplementari kuriai nors DNR molekulės sričiai (genui), biosintezę. Šis procesas paprastai vadinamas transkripcija. Taigi sintetinama tRNR, rRNR, mRNR. Pavadinimas RNA PROTEK išreiškia polipeptidinių grandinių, kurių aminorūgščių seką nustato mRNR nukleotidų seka, dalyvaujant tRNR ir rRNR, biosintezę. Šis procesas vadinamas transliacija. Abu procesai vyksta dalyvaujant daugeliui baltymų, kurie atlieka katalizines ir nekatalizines funkcijas.

RNR biosintezė.

Visų tipų RNR (p, t, m) sintezei naudojamas tik vieno tipo fermentas: nuo DNR priklausoma RNR - polimerazės, kurios apima tvirtai surištą cinko joną. Priklausomai nuo to, kokio tipo RNR yra sintetinama, išskiriama RNR – polimerazė 1 (katalizuoja rRNR sintezę), RNR – polimerazė 2 (mRNR) ir RNR – polimerazė 3 (tRNR). Kitas tipas randamas mitochondrijose – RNR – polimerazė 4. Visų tipų RNR – polimerazių molekulinės masės yra 500 000 – 600 000 ribose. Visa sintezė vyksta pagal informaciją, esančią atitinkamuose DNR genuose. Kad ir iš kokio šaltinio būtų išskirtas RNR fermentas – polimerazė (iš gyvūnų, augalų, bakterijų), jai būdingi šie funkcionavimo in vivo ypatumai: 1) Naudojami trifosfonukleozidai, o ne di- ir nemonofosfonukleozidai. 2) Optimaliam aktyvumui reikalingas kofaktorius – magnio jonas. 3) Fermentas naudoja tik vieną DNR grandinę kaip šabloną papildomos RNR kopijos sintezei (todėl sintezė taip pat yra šablonas). Nukleotidų prijungimas vyksta nuosekliai, kad grandinė išaugtų nuo 5` iki 3` galo (5` - 3` iolimerizacija):

F - F - F - 5` F - F - F - 5` F - F - F -5`

5) Norint pradėti sintezę, galima naudoti pradinę RNR dalį:

Nukleozidų trifosfatas

(RNR) n liekanos (RNR) n + 1 + IF

RNR – polimerazė

Tuo pačiu metu polimerizacija gali vykti (dažniau) be sėjimo, naudojant tik vieną nukleozido trifosfatą, o ne sėjimo dalį (paprastai tai yra ATP arba GTP).

6) Šios polimerizacijos metu fermentas kopijuoja tik vieną DNR grandinę ir juda išilgai šablono 3` - 5` kryptimi. Nukopijuoto tinklo pasirinkimas nėra atsitiktinis.

7) Šablono DNR grandinėje yra fermento RNR sintezės inicijavimo signalai, esantys tam tikrose padėtyse prieš geno pradžią, ir sintezės nutraukimo signalai, esantys pasibaigus genui ar genų grupei.

8) Aukščiau aprašytiems procesams gali prireikti superspiralinės DNR, kuri padeda atpažinti sintezės pradžios ir pabaigos signalus ir palengvina RNR polimerazės prisijungimą prie matricos.

RNR – polimerazė yra oligomerinis fermentas, susidedantis iš 5 subvienetų: alfa, alfa, beta, beta, gama. Tam tikri subvienetai atitinka tam tikras funkcijas: pavyzdžiui, beta subvienetas dalyvauja formuojant fosfodiesterio ryšį, gama subvienetas dalyvauja startinio signalo atpažinime.

DNR sritis, atsakinga už pradinį RNR polimerazės surišimą, vadinama promotoriumi, turi 30–60 porų azotinių bazių.

RNR sintezė, veikiant nuo DNR priklausomai RNR – polimerazei, vyksta 3 etapais: iniciacija, pailgėjimas, pabaiga.

1) Iniciacija – gama subvienetas, būdamas RNR – polimerazės dalimi, prisideda ne tik prie promotoriaus DNR sričių „atpažinimo“, bet ir tiesiogiai jungiasi TATA – sekos srityje. Be to, kad TATA sritis yra atpažinimo signalas, joje taip pat gali būti mažiausiai vandenilio jungčių, o tai palengvina DNR grandinių „atsukimą“. Yra įrodymų, kad cAMP taip pat dalyvauja stimuliuojant šį procesą. RNR gama subvienetas polimerazė taip pat dalyvauja atidarant DNR dvigubą spiralę. Šiuo atveju viena iš DNR grandžių tarnauja kaip šablonas naujos RNR grandinės sintezei. Ir kai tik ši sintezė prasideda, gama subvienetas yra atskirtas nuo fermento ir ateityje prijungiamas prie kitos fermento molekulės, kad dalyvautų naujame transkripcijos cikle. DNR „atsisukimas“ įvyksta, kai RNR polimerazė juda išilgai koduojančios grandinės. Tai būtina norint teisingai suformuoti papildomas poras su nukleotidais, įterptais į RNR grandinę. Išvyniotos DNR sekcijos dydis yra pastovus viso proceso metu ir yra apie 17 bazinių porų vienoje RNR polimerazės molekulėje. Kelios RNR polimerazės molekulės vienu metu gali nuskaityti tą pačią koduojančią grandinę, tačiau procesas sureguliuojamas taip, kad bet kuriuo momentu kiekviena RNR polimerazės molekulė transkribuotų skirtingas DNR sritis. Tuo pačiu nuo DNR priklausoma RNR – polimerazė 3, kuri sintetina tRNR, pasižymi vidinio promotoriaus „atpažinimu“.

2) Pailgėjimą arba sintezės tęsimą vykdo RNR polimerazė, bet jau tetramero pavidalu, nes gama subvienetas jau atsiskyrė. Nauja grandinė auga nuosekliai pridedant ribonukleotidus prie laisvos 3'-hidroksi grupės. Pavyzdžiui, serumo albumino mRNR sintezės greitis yra iki 100 nukleotidų per sekundę. Skirtingai nei DNR polimerazė (apie kurią kalbėsime toliau), RNR polimerazė netikrina naujai suformuotos polinukleotidinės grandinės teisingumo. RNR sintezės klaidų lygis yra 1: 1 000 000.

3) Nutraukimas – čia dalyvauja baltymo faktorius r (po). Tai nėra RNR polimerazės dalis. Tikriausiai jis atpažįsta šablono nukleotidų terminatoriaus seką pagal vieną iš gama subvieneto ir promotoriaus sąveikos mechanizmų. Terminatorius taip pat turi apie 30 - 60 bazių porų ir baigiasi AT - porų serija, nors kai kurių RNR buvo pastebėta, kad pabaigos signalai yra 1000 - 2000 bazių atstumu nuo koduojančio geno. Gali būti, kad viena iš polimerazės dalelių taip pat dalyvauja atpažįstant terminatoriaus seką. Tokiu atveju RNR sintezė sustoja ir susintetinta RNR molekulė palieka fermentą. Dauguma tokiu būdu susintetintų RNR molekulių nėra biologiškai aktyvios. Atvirkščiai, jie yra pirmtakai, kurie per įvairias reakcijas turi išsivystyti į subrendusias formas. Tai vadinama apdorojimu. Šios reakcijos yra: (1) ilgos grandinės pirmtakų suskaidymas (be to, iš vieno transkripto gali susidaryti nuo 1 iki 3 tRNR). (2) Nukleotidų prijungimas prie galų. (3) Specifinis nukleotidų modifikavimas (metilinimas, sulfoninimas, deamininimas ir kt.).

MRNR apdorojimas turi dar vieną funkciją. Paaiškėjo, kad kartais informaciją, koduojančią AK seką genuose, pertraukia nekoduojančios sekos, t.y. "Genai yra nutraukti". Tačiau transkribuojant nukopijuojamas visas „sutrūkęs“ genas. Šiuo atveju endonukleazių, arba jos vadinamų restrikcijos fermentais, apdorojimo metu išpjaunamos nekoduojančios sritys (intronai). Šiuo metu jų išskirta daugiau nei 200. Restrikcijos endonukleazės skaido ryšius (priklausomai nuo fermento tipo) tarp griežtai apibrėžtų nukleotidų (pavyzdžiui, G - A, T - A ir kt.). Tada ligazės susieja koduojančias sritis (egzonus). Dauguma sekų, kurių nuorašai pateikiami subrendusiose iRNR, genome suskaidomos nuo vieno iki 50 kartų nekoduojančiais regionais (intronais). Paprastai intronai yra žymiai ilgesni nei egzonai. Intronų funkcijos nebuvo tiksliai nustatytos. Galbūt jie naudojami fiziniam egzonų atskyrimui, siekiant optimizuoti genetinius pertvarkymus (rekombinacijas). Taip pat yra RNR sintezė be šablono. Šį procesą katalizuoja fermentas polinukleotidinė fosforilazė: nucleDF + (nucleMF) n (nucleMF) n + 1 + Fk. Šiam fermentui šablono nereikia ir jis nesintetina polimero su specifine polinukleotidų seka. Jam reikia RNR grandinės tik kaip sėklos. Nemažai antibiotikų (apie 30) slopina RNR sintezės procesą. Čia yra du mechanizmai: (1) prisijungimas prie RNR polimerazės, dėl kurio fermentas inaktyvuojamas (pavyzdžiui, rifamicinas prisijungia prie b-vieneto). (2) Antibiotikai gali prisijungti prie DNR šablono ir blokuoti fermento prisijungimą prie šablono arba RNR polimerazės judėjimą išilgai DNR (tai, pavyzdžiui, aktinomicinas D).

DNR biosintezė.

Chromosomos DNR esanti genetinė informacija gali būti perduodama tikslios replikacijos arba rekombinacijos, perkėlimo ir konversijos būdu:

1) Dviejų homologinių chromosomų rekombinacija keičiasi genetine medžiaga.

2) Transpozicija – galimybė perkelti genus per chromosomą arba tarp chromosomų. Galbūt tai vaidina svarbų vaidmenį ląstelių diferenciacijoje.

3) Konversija – identiškos chromosomų sekos gali sudaryti atsitiktines poras, o nesutampančios dalys pašalinamos.

4) Replikacija (tai yra pagrindinis DNR sintezės tipas), tai yra „savų rūšių“ dauginimasis.

Pagrindinė replikacijos funkcinė reikšmė yra genetinės informacijos tiekimas palikuonims. Pagrindinis fermentas, katalizuojantis DNR sintezę, yra DNR polimerazė. Išskirta keletas DNR polimerazės tipų: 1) alfa – (išskirta iš branduolio) yra pagrindinis fermentas, susijęs su chromosomų replikacija. 2) beta – (taip pat lokalizuota branduolyje) – matyt, dalyvauja remonto ir rekombinacijos procesuose. 3) gama – (lokalizuota mitochondrijose) – tikriausiai dalyvauja mitochondrijų DNR replikacijoje. Kad DNR polimerazė veiktų, būtinos šios sąlygos: 1) terpėje turi būti visi 4 dezoksiribonukleotidai (dATP, dGTP, dCTP ir TTF); 2) optimaliam aktyvumui reikalingas kofaktorius: mangano jonai; 3) būtinas dvigrandės DNR kopijavimas; 4) nukleotidai prijungti 5` - 3` kryptimi (5` - 3` - polimerizacija); 5) replikacija prasideda griežtai apibrėžtoje srityje ir vienu metu vyksta abiem kryptimis maždaug vienodu greičiu; 6) sintezei pradėti, jis gali būti naudojamas kaip DNR fragmento arba RNR fragmento pradinė dalis, priešingai nei RNR sintezė, kai galima sintezė iš atskirų nukleotidų; 7) replikacijai reikalinga superspiraliuota DNR molekulė. Bet jei, kaip minėjome aukščiau, transkripcijai (ty RNR sintezei) reikalinga RNR polimerazė (su gama subvienetu atpažinimui ir prisijungimui prie promotoriaus) ir baltymo, skirto nutraukimo signalui atpažinti (faktorius r). , DNR replikacijos metu DNR polimerazės veikimas papildo kelis (apie 10) baltymų, kai kurie iš jų yra fermentai. Šie papildomi baltymai prisideda prie:

1) replikacijos pradžios atpažinimas pagal DNR polimerazę.

2) Vietinis DNR dvipusio išvyniojimas, kuris atlaisvina atskiras grandines šablono kopijavimui.

3) Išlydytos struktūros stabilizavimas (neaustinis).

4) Sėklų grandinių formavimas DNR polimerazės veikimui inicijuoti.

5) dalyvauja formuojant ir propaguojant replikacijos šakutę.

6) Skatina užbaigimo vietų atpažinimą.

7) Skatina DNR superspiralizaciją.

Susiderėjome visas būtinas DNR replikacijai sąlygas. Taigi, kaip jau minėta, DNR replikacija prasideda griežtai apibrėžtoje vietoje. Norint išsukti tėvų DNR, reikalinga energija, kuri išsiskiria ATP hidrolizės metu. Norint atskirti kiekvieną AO porą, reikia dviejų ATP molekulių. Naujos DNR sintezė yra susijusi su tuo pačiu tėvų DNR išsivyniojimu. Sritis, kurioje vienu metu vyksta audimas ir sintezė, vadinama „replikacijos šakute“:

Tėvų DNR

Naujai susintetinta DNR

DNR replikacija vyksta taip, kad kiekviena pirminės 2 grandžių DNR grandinė yra naujos papildomos grandinės ir dviejų grandinių (originalios ir naujai susintetintos) sintezės šablonas, susijungus ir sudaryti kitas DNR kartas. Šis mechanizmas vadinamas pusiau konservatyvia replikacija. DNR replikacija vyksta vienu metu 2 gijose ir, kaip jau minėta, vyksta 5` - 3` kryptimi. Tačiau tėvų DNR grandinės yra daugiakryptės. Tačiau nėra fermento, kuris nukreiptų DNR sintezę 3` – 5` kryptimi. Todėl viena grandinė, kopijuojanti pirminę kryptį 5` - 3`, bus sintezuojama nepertraukiamai (ji vadinama "pirmaujančia"), antroji grandinė taip pat bus sintezuojama 5` - 3` kryptimi, bet fragmentais. 150–200 nukleotidų, kurie vėliau susiuvami... Ši grandinė vadinama „atsilikimu“.

Tam, kad prasidėtų naujos DNR sintezė, reikalinga sėkla. Jau sakėme, kad pradmuo gali būti DNR arba RNR fragmentas. Jei pradmuo yra RNR, tai ji yra labai trumpa grandinė, turi apie 10 nukleotidų ir vadinama pradmeniu. Jis sintetina pradmenį, papildantį vieną iš DNR grandinių, specialų fermentą - primazę. Primazės aktyvacijos signalas yra išankstinio tarpinio komplekso, susidedančio iš 5 baltymų, susidarymas. 3'-galo grupė (galinio pradmens ribonukleotido hidroksilo grupė) ir tarnauja kaip pradmuo DNR sintezei naudojant DNR polimerazę. Po DNR sintezės RNR komponentas (pradmenis) yra hidrolizuojamas DNR polimerazės.

DNR polimerazių darbą nukreipia matrica, tai yra, naujai susintetintos DNR nukleotidų sudėtis priklauso nuo matricos pobūdžio. Savo ruožtu, prieš tęsdama polimerizaciją, DNR polimerazė visada pašalina nekomplementarias liekanas pradmens pabaigoje. Taigi, DNR replikacija vyksta labai tiksliai, nes bazių poravimas tikrinamas du kartus. DNR polimerazės sugeba sukurti naujai susintetintos DNR grandines, tačiau nepajėgia katalizuoti 2 DNR grandinių susijungimo ar vienos grandinės uždaryti (susidarant žiedinei DNR). Šias funkcijas atlieka DNR ligazė, kuri katalizuoja fosfodiesterio jungties susidarymą tarp 2 DNR grandinių. Šis fermentas veikia esant laisvai OH grupei vienos DNR grandinės 3' gale ir fosfato grupei kitos DNR grandinės 5' gale. Grandinių susijungimas vyksta dėl ATP energijos. Kadangi daugelis cheminių ir fizinių veiksnių (jonizuojančioji spinduliuotė, UV šviesa, įvairios cheminės medžiagos) daro žalą DNR (pakeičiamas arba prarandamas AO, nutrūksta fosfodiesteriniai ryšiai ir kt.), visos ląstelės turi šiuos pažeidimus koreguojančius mechanizmus. DNR restriktazė suranda šiuos pažeidimus ir išpjauna pažeistą vietą, DNR polimerazė atlieka pažeistų vietų taisomąją (atkuriamąją) sintezę 5 '- 3' kryptimi. Atkurta vieta surišama su likusia grandinės dalimi DNR ligaze. Šis pakeistų ar pažeistų vietų koregavimo būdas vadinamas remontu. DNR replikacijos inhibitorių sąrašas yra įvairus ir ilgas. Vieni jungiasi prie DNR polimerazės, ją inaktyvuodami, kiti suriša ir inaktyvuoja tam tikrą pagalbinį bloką, kiti įsijungia į šabloninę DNR, sutrikdydami jos gebėjimą kopijuoti, ketvirti veikia kaip konkurenciniai inhibitoriai, būdami normalių nukleotidų trifosfatų analogas. Tokie inhibitoriai yra kai kurie antibiotikai, mutagenai, cheminiai nuodai, antivirusinės medžiagos ir kt.

Baltymų biosintezė (genų transliacija).

Polipeptidinės grandinės surinkimas iš ją sudarančios AA yra nuostabus ir labai sudėtingas procesas, kurį galima įsivaizduoti kaip vykstantį 4 etapais, būtent:

1) AK aktyvinimas ir atranka (nuo ATP priklausoma stadija);

2) polipeptidinės grandinės sintezės inicijavimas (nuo GTP priklausomas etapas);

3) polipeptidinės grandinės pailgėjimas (nuo GTP priklausoma stadija);

4) polipeptidinės grandinės sintezės nutraukimas.

(1) – AK aktyvinimas ir pasirinkimas. Visų tipų ląstelėse pirmasis transliacijos etapas yra nuo ATP priklausomas kiekvienos AA transformavimas į kompleksą: aminoacil-tRNR. Taip pasiekiami du tikslai:

1) didėja AA reaktyvumas peptidinės jungties susidarymo požiūriu.

2) AK susijungia su specifine tRNR (tai yra, vyksta atranka). Reakcija vyksta 2 etapais + Mg ++

1) AK + ATP aminoacilas - AMP + PF

aminoacilo tRNR sintetazė

2) aminoacil-AMP + tRNR aminoacil-tRNR

aminoacilo tRNR sintetazė

Aminoacilo tRNR sintetazė katalizuoja aminoacilo (aminorūgščių liekanos) pridėjimą prie galinio adenozino 3` hidroksilo grupės. Prisiminkime tRNR struktūrą:

Šis petys yra būtinas, šis petys dalyvauja aminoacilo surišime

Atpažinti tRNR tRNR su ribosoma baltymų sintezės vietoje.

aminoacil-tRNR-

Petidase

antikodonas

Be katalizinio aktyvumo, aminoacil-tRNR sintetazė turi labai didelį specifiškumą, „atpažįsta“ ir aminorūgštis, ir atitinkamas tRNR. Daroma prielaida, kad ląstelėse yra 20 sintetazių, po vieną kiekvienam AA, o tRNR yra daug daugiau (bent 31–32), nes daugelis AA gali susijungti su dviem ar net trimis skirtingomis tRNR molekulėmis.

(2) Iniciacija yra antrasis baltymų sintezės žingsnis.

Norint pradėti vertimą, būtina tiksliai atpažinti pirmąjį kodoną, esantį iškart po netransliuotos mRNR sekos. Iniciatoriaus kodonas yra AUG, o iniciatorius yra metionino-tRNR

MRNA netransliuojama transliacija netransliuojama

seka seka seka

1-asis kodonas.

Atpažinimas vyksta tRNR antikodono pagalba. Skaitymas vyksta 5 '- 3' kryptimi. Šiam atpažinimui reikalinga tvarkinga, energiją vartojanti (GTP) sąveika su disocijuotomis ribosomomis. Šis procesas vyksta dalyvaujant papildomiems baltymams, vadinamiems iniciacijos faktoriais (PI), jų yra 8. Procese dalyvauja 40S ir 60S ribosomų subvienetai. Panagrinėkime išsamų inicijavimo mechanizmą.

1) 40S – rRNR subvienetas jungiasi prie mRNR srities, esančios prieš pirmąjį kodoną. FI-3 čia dalyvauja.

2) Pirmoji aminoacil-tRNR, dalyvaujanti pirmojo kodono vertime, sąveikauja su GMF ir PI-2. Šis susidaręs kompleksas dalyvaujant PI-1 jungia tRNR prie pirmojo šablono kodono ir sudaro iniciatoriaus kompleksą su ribosomos 40S subvienetu.

3) Atsipalaidavus visiems iniciacijos faktoriams (PI-1,2,3), 60S ribosomos subvienetas prisijungia prie GTP, o GTP hidrolizuojamas. Tai užbaigia pilnos 80S ribosomos dalelės susidarymą. taigi susidaro pilnas iniciatorių kompleksas: ribosoma – mRNR – tRNR.

Visiškai surinktoje ribosomoje yra 2 funkcinės vietos, skirtos sąveikai su tRNR molekulėmis. Peptidilo sritis (P-regionas) – yra auganti polipeptidinė grandinė kaip peptidil-tRNR dalis komplekse su paskutiniu išverstu mRNR kodonu. Aminoacilo vietoje (A-vieta) yra aminoacil-tRNR, prijungta prie atitinkamo kodono, aminoacil-tRNR patenka į formuojančią P vietą, paliekant A vietą laisvai sekančiai aminoacil-tRNR.

Visą šį procesą galime schematiškai pavaizduoti taip:

1) 40S ribosomos subvienetas, kuriame dalyvauja PI-3, yra prijungtas prie netransliuojančios mRNR sekos prieš pat pirmąjį kodoną.

2) aminoacil-tRNR, jungiasi su GTP ir PI-2 ir, dalyvaujant PI-1, jungiasi prie pirmojo kodono, sudarydama iniciatoriaus kompleksą su 40S-subvienetu.

3) FI-1,2,3 išleidžiamas.

4) 60S subvienetas sąveikauja su GTP ir tada prisijungia prie iniciatoriaus komplekso. Susidaro visa 80S ribosoma su P ir A regionu.

5) susidarius iniciatoriaus kompleksui su pirmuoju kodonu, aminoacil-tRNR patenka į formuojančią P sritį, paliekant laisvą A sritį.

(3) Pailgėjimas – sintezės tęsinys. Šiame etape peptidinė grandinė pailgėja. Visiškai susiformavusioje 80S ribosomoje iniciacijos stadijoje A vieta yra laisva. Tiesą sakant, pailgėjimo procese nuolat kartojamas 3 etapų ciklas:

1) Teisinga kitos aminoacilo-tRNR vieta.

2) peptidinės jungties susidarymas.

3) naujai susidariusios peptidil-tRNR judėjimas iš A vietos į P vietą.

(1) – atitinkamos (kitos) aminoacil-tRNR prijungimas prie A vietos reikalauja tikslaus kodono atpažinimo. Tai atliekama tRNR antikodono pagalba. Aminoacil-tRNR prisijungimas prie ribosomos atsiranda dėl komplekso, susidedančio iš aminoacil-tRNR, GTP ir baltymų pailgėjimo faktorių (PE), susidarymo, jų taip pat yra keletas. Tokiu atveju išsiskiria FE-HDF kompleksas ir fosfatas. Tada šis kompleksas (FE - HDF) (dalyvaujant GTP ir kitiems baltymų faktoriams) vėl paverčiamas FE - GTP.

(2) - naujos aminoacil-tRNR alfa amino grupė A vietoje vykdo nukleofilinį ataką prieš peptidilo esterifikuotą karboksilo grupę - tRNR, užimančią P vietą. Šią reakciją katalizuoja peptidiltransferazė, baltymo komponentas, kuris yra 60S ribosomos subvieneto dalis. Kadangi AA aminoacil-tRNR jau yra aktyvuota, tai reakcijai (peptidinės jungties susidarymo reakcijai) nereikia papildomos energijos. Dėl reakcijos auganti polipeptidinė grandinė prisijungia prie tRNR, esančios A vietoje.

(3) – pašalinus peptidilo liekaną iš tRNR į P sritis, laisva RNR molekulė palieka P regioną. FE-2 – GTP kompleksas dalyvauja naujai susidariusios peptidil-tRNR judėjime iš A vietos į P vietą, išlaisvindamas A vietą naujam pailgėjimo ciklui. Deacilintos tRNR atskyrimo, naujai susidariusios peptidil-tRNR judėjimo iš A vietos į P vietą, taip pat mRNR judėjimo ribosomos atžvilgiu, derinys vadinamas translokacija. Kadangi aminoacilo-tRNR susidarymas sunaudojo energiją, gautą hidrolizės metu ATP į AMP, ir tai yra lygiavertė 2ATP hidrolizės į 2 ADP energijai; aminoacil-tRNR prijungimui prie A vietos reikėjo energijos, gautos hidrolizės metu GTP prie BVP, o dar viena GTP molekulė buvo išleista translokacijai. Galime paskaičiuoti, kad vienam peptidiniam ryšiui susidaryti reikalinga energija, gauta hidrolizės metu 2 ATP molekulėms ir 2 GTP molekulėms.

Polipeptidinės grandinės pratęsimo greitis (t. y. pailgėjimo greitis) in vivo įvertintas 10 aminorūgščių liekanų per sekundę. Šiuos procesus slopina įvairūs antibiotikai. Taigi, puromicinas blokuoja translokaciją, prisijungdamas prie

P-svetainė. Streptomicinas, prisijungęs prie ribosomų baltymų, sutrikdo kodono atpažinimą antikodonu. Chloromicinas prisijungia prie A vietos, blokuodamas pailgėjimą. Schematiškai tai galima pavaizduoti taip: 1) sekanti aminoacil-tRNR fiksuojama A vietoje dėl atpažinimo antikodono pagalba. Pritvirtinimas vyksta kartu su GTP ir FE-1. Šiuo atveju išleidžiami HDF - FE - 1 ir FC, kurie vėl virsta GTP - FE - 1 ir dalyvauja naujuose cikluose. 2) Peptidas sudaro ryšį tarp prijungtos aminoacil-tRNR ir peptido, esančio P vietoje. 3) Susidarius šiam peptidiniam ryšiui, tRNR atsiskiria nuo peptido ir palieka P vietą. 4) Naujai susidaręs peptidil-tRNR su GTP - FE2 komplekso pagalba juda iš A į P vietą, o GTP - FE2 kompleksas hidrolizuojamas į HDF - FE-2 ir Fk. 5) Dėl šio judėjimo A vieta yra išlaisvinta, kad būtų galima prijungti naują aminoacil-tRNR.

(4) - Nutraukimas – paskutinė baltymų sintezės stadija. Po daugelio pailgėjimo ciklų, dėl kurių susintetinama baltymo polipeptidinė grandinė,

A vietoje atsiranda termino arba nesąmonės kodonas. Paprastai nėra tRNR, galinčių atpažinti nesąmoningą kodoną. Juos atpažįsta specifiniai baltymai – terminacijos faktoriai (R faktoriai). Jie specialiai atpažįsta nesąmoningą kodoną, jungiasi prie ribosomos šalia A vietos, blokuodami kitos aminoacilo-tRNR prijungimą. R faktoriai, kuriuose dalyvauja GTP ir peptidiltransferazė, užtikrina jungties tarp polipeptido ir tRNR molekulės, užimančios P ​​vietą, hidrolizę. Po hidrolizės ir polipeptido bei tRNR išsiskyrimo 80S ribosoma disocijuoja į 40S ir 60S subvienetus, kurie vėliau gali būti pakartotinai panaudoti transliuojant naujas mRNR.

Ištyrėme vienos baltymo grandinės augimą vienoje ribosomoje, prijungtą prie vienos mRNR molekulės. Tiesą sakant, procesas vyksta efektyviau, nes iRNR dažniausiai vienu metu verčiama ne vienoje ribosomoje, o ribosomų kompleksuose (polisomose), o kiekvieną transliacijos etapą (iniciaciją, pailgėjimą, pabaigą) vykdo kiekviena šios polisomos ribosoma, šiame ribosomų komplekse, tai yra, tampa įmanoma susintetinti keletą polipeptido kopijų prieš suskaidant mRNR.

Polisomų kompleksų dydžiai labai skiriasi ir dažniausiai juos lemia mRNR molekulės dydis. Labai didelės mRNR molekulės gali sudaryti kompleksus su 50-100 ribosomų. Tačiau dažniau komplekse yra nuo 3 iki 20 ribosomų.

Gyvūnų ir žmogaus ląstelėse daugelis baltymų sintetinami iš mRNR pirmtakų molekulių pavidalu, kurios vėliau turi būti modifikuotos, kad susidarytų aktyvios molekulės, analogiškai su NK sinteze. Priklausomai nuo baltymo, gali atsirasti vienas ar daugiau iš toliau nurodytų modifikacijų.

1) Disulfidinės jungties susidarymas.

2) Kofaktorių ir kofermentų prijungimas.

3) Prisijungimas prie protezavimo grupių.

4) Dalinė proteolizė (proinsulinas – insulinas).

5) Oligomerų susidarymas.

6) Cheminis modifikavimas (acilinimas, amininimas, metilinimas, fosforilinimas, karboksilinimas ir kt.) – baltymo molekulėje žinoma daugiau nei 150 cheminių AA modifikacijų.

Visos šios modifikacijos lemia baltymų struktūros ir aktyvumo pokyčius.

Genetinis kodas.

Faktą, kad genetinės informacijos perkėlimas į DNR vyksta iRNR molekulės pagalba, pirmą kartą pasiūlė F. Jacob ir J. Mono 1961 m. Vėlesni darbai (M. Nirenbergas, H. G. Korana, R. Holly):

M. Nirenbergas – tyrinėjo polipeptidų sintezę ir aminoacil-tRNR prisijungimą prie ribosomų.

H.G.Korana – sukūrė poli- ir oligonukleotidų cheminės sintezės metodą.

R.W.Holii – iššifravo DNR struktūrą su antikodono vieta.

1) Patvirtino mRNR dalyvavimo hipotezę

2) Jie parodė tripletinį kodo pobūdį, pagal kurį kiekvienas AK yra užprogramuotas į mRNR 3 bazėmis, vadinamomis kodonu.

3) Nustatyta, kad mRNR kodas yra nuskaitomas papildomai atpažįstant tRNR antikodono tripleto kodoną.

4) Nustatytas atitikimas tarp AK ir daugumos 64 galimų kodonų. Šiuo metu žinoma, kad AK koduoja 61 kodonas, o 3 yra pabaigos signalai (nesąmonė kodonas).

Buvo manoma, kad genetinis kodas yra universalus, tai yra, visiems organizmams ir visų tipų ląstelėms visiems kodonams naudojamos tos pačios vertės. Tačiau naujausi mitochondrijų DNR tyrimai parodė, kad mitochondrijų genetinė sistema gerokai skiriasi nuo kitų darinių (branduolių, chloroplastų) genetinės sistemos, tai yra, kai kurie mitochondrijų kodonai skaito tRNR kitaip nei kitų darinių tRNR. Dėl to mitochondrijoms tereikia 22 tipų tRNR. Tuo pačiu metu baltymų sintezei citoplazmoje naudojami 31–32 tRNR tipai, tai yra visas tRNR rinkinys.

18 iš 20 AA yra užkoduoti daugiau nei vienu kodonu (2, 3, 4, 6) – ši savybė vadinama kodo „degeneracija“ ir yra svarbi organizmui. Dėl degeneracijos kai kurios replikacijos ar transkripcijos klaidos nesukelia genetinės informacijos iškraipymo. Genetinis kodas nepersidengia ir neturi skyrybos ženklų, tai yra, skaitymas vyksta be tarpų, nuosekliai, kol pasiekiamas nesąmoningas kodonas. Tuo pačiu metu virusams pastebima visiškai kitokia savybė - kodonai gali „persidengti“:

1) Jei pakaitalas patenka į 3 kodono nukleotidą, tai dėl kodo "degeneracijos" yra tikimybė, kad AK seka išliks nepakitusi ir mutacija neatsiras.

2) Vieną AK pakeitus kitu, gali atsirasti missense efektas; šis pakeitimas gali būti priimtinas, iš dalies priimtinas arba nepriimtinas, tai yra, baltymo funkcija yra sutrikusi, sutrikusi arba visiškai prarasta.

3) Dėl mutacijų gali susidaryti nonsensinis kodonas. Nesąmoningo kodono (terminacinio kodono) susidarymas gali sukelti priešlaikinį baltymų sintezės nutraukimą.

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau:

1) Genetiškai kodas („gyvybės kalba“) susideda iš kodonų sekos, kuri iš tikrųjų sudaro geną.

2) Genetinis kodas yra trigubas, tai yra, kiekvienas kodonas susideda iš trijų nukleotidų, tai yra, kiekvienas kodonas koduoja 1 AK. Šiuo atveju galimos 64 4 tipų DNR nukleotidų kombinacijos, kurių pakanka 20 AA.

3) Kodas yra „išsigimęs“ – tai yra, vienas AK gali būti užkoduotas 2, 3, 4, 6 kodonais.

4) Kodas yra vienareikšmis, tai yra, vienas kodonas koduoja tik vieną AK.

5) Kodas nepersidengia, tada dviejuose gretimuose kodonuose nėra nukleotidų.

6) Kodas „be kablelio“, tai yra, tarp dviejų gretimų kodonų nėra nukleotidų.

8) AK seka polipeptide atitinka geno kodonų seką – ši savybė vadinama kolineariškumu.

Panaši informacija.

Laikai, kuriais gyvename, pažymėti didžiuliais pokyčiais, milžiniška pažanga, kai žmonės gauna atsakymus į vis naujus klausimus. Gyvenimas sparčiai juda į priekį, o tai, kas dar neseniai atrodė neįmanoma, pradeda išsipildyti. Gali būti, kad tai, kas šiandien atrodo kaip siužetas iš fantazijos žanro, netrukus įgis ir tikrovės bruožų.

Vienas svarbiausių dvidešimtojo amžiaus antrosios pusės atradimų buvo nukleino rūgštys RNR ir DNR, kurių dėka žmogus priartėjo prie gamtos paslapčių sprendimo.

Nukleino rūgštys

Nukleino rūgštys yra organiniai junginiai, turintys didelės molekulinės masės savybių. Jie sudaryti iš vandenilio, anglies, azoto ir fosforo.

Juos 1869 metais atrado F.Mišeris, tyrinėjęs pūlius. Tačiau tada jo atradimui nebuvo suteikta didelė reikšmė. Tik vėliau, kai šios rūgštys buvo aptiktos visose gyvūnų ir augalų ląstelėse, supratau apie didžiulį jų vaidmenį.

Nukleino rūgštys yra dviejų tipų: RNR ir DNR (ribonukleino ir dezoksiribonukleino rūgštys). Šis straipsnis yra apie ribonukleino rūgštį, tačiau bendram supratimui taip pat apsvarstykime, kas yra DNR.

Ką

DNR sudaryta iš dviejų grandžių, kurios pagal komplementarumo dėsnį yra sujungtos azotinių bazių vandenilio ryšiais. Ilgos grandinės yra susuktos į spiralę, viename posūkyje yra beveik dešimt nukleotidų. Dvigubos spiralės skersmuo yra du milimetrai, atstumas tarp nukleotidų yra apie pusė nanometro. Vienos molekulės ilgis kartais siekia kelis centimetrus. Žmogaus ląstelės branduolio DNR yra beveik dviejų metrų ilgio.

DNR struktūroje yra visa DNR turi replikaciją, o tai reiškia procesą, kurio metu iš vienos molekulės susidaro dvi visiškai identiškos molekulės – dukterinės.

Kaip jau minėta, grandinė susideda iš nukleotidų, kurie savo ruožtu susideda iš azoto bazių (adenino, guanino, timino ir citozino) ir fosforo rūgšties liekanos. Visi nukleotidai skiriasi azotinėmis bazėmis. Vandenilio jungtis atsiranda ne tarp visų bazių; pavyzdžiui, adeninas gali jungtis tik su timinu arba guaninu. Taigi adenilo nukleotidų organizme yra tiek pat, kiek timidilo nukleotidų, o guanilo nukleotidų skaičius lygus citidilo nukleotidams (Chargaffo taisyklė). Pasirodo, vienos grandinės seka iš anksto nulemia kitos seką, o grandinės tarsi atspindi viena kitą. Šis modelis, kai dviejų grandinių nukleotidai yra išdėstyti tvarkingai, o taip pat selektyviai susijungia, vadinamas komplementarumo principu. Be vandenilio junginių, dviguba spiralė taip pat yra hidrofobinė.

Dvi grandinės yra nukreiptos priešingai, tai yra, išdėstytos priešingomis kryptimis. Todėl priešais tris "vienos grandinės galas yra penkios" kitos grandinės galas.

Išoriškai jis primena sraigtinius laiptus, kurių bėgis yra cukraus ir fosfato pagrindas, o pakopos yra papildomos azoto bazės.

Kas yra ribonukleino rūgštis?

RNR yra nukleorūgštis su monomerais, vadinamais ribonukleotidais.

Cheminėmis savybėmis jis labai panašus į DNR, nes abu yra nukleotidų polimerai, kurie yra fosfoliuotas N-glikozidas, sudarytas ant pentozės (penkių anglies cukraus) liekanos, su penktojo anglies atomo fosfato grupe. ir azoto bazė prie pirmojo anglies atomo.

Tai viena polinukleotidų grandinė (išskyrus virusus), kuri yra daug trumpesnė nei DNR.

Vienas RNR monomeras yra šių medžiagų likučiai:

• azoto bazė;
• penkių anglies monosacharidų;
• fosforo rūgštis.

RNR turi pirimidino (uracilo ir citozino) ir purino (adenino, guanino) bazes. Ribozė yra RNR nukleotidų monosacharidas.

RNR ir DNR skirtumai

Nukleino rūgštys skiriasi viena nuo kitos šiomis savybėmis:

• jo kiekis ląstelėje priklauso nuo fiziologinės būklės, amžiaus ir organų priklausomybės;
• DNR yra angliavandenių dezoksiribozės, o RNR yra ribozės;
• azoto bazė DNR yra timinas, o RNR - uracilas;
• klasės atlieka skirtingas funkcijas, bet yra sintezuojamos DNR matricoje;
• DNR sudaryta iš dvigubos spiralės, o RNR – iš vienos grandinės;
• DNR vaidyba jai nebūdinga;
• RNR turi daugiau smulkių bazių;
• grandinės labai skiriasi ilgiu.

Studijuoti istoriją

RNR ląstelę pirmasis atrado biochemikas iš Vokietijos R. Altmanas, tirdamas mielių ląsteles. Dvidešimtojo amžiaus viduryje buvo įrodytas DNR vaidmuo genetikoje. Tik tada buvo aprašyti RNR tipai, funkcijos ir pan. Iki 80-90% ląstelėje esančios masės patenka ant r-RNR, kuri kartu su baltymais sudaro ribosomą ir dalyvauja baltymų biosintezėje.

Praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje pirmą kartą buvo pasiūlyta, kad turi būti rūšis, kuri neša genetinę informaciją baltymų sintezei. Po to buvo moksliškai nustatyta, kad yra tokių informacinių ribonukleino rūgščių, kurios yra viena kitą papildančios genų kopijos. Jie taip pat vadinami pasiuntinio RNR.

Jose įrašytos informacijos iššifravime dalyvauja vadinamosios transportinės rūgštys.

Vėliau pradėti kurti nukleotidų sekos nustatymo metodai ir nustatyta RNR struktūra rūgšties erdvėje. Taigi buvo nustatyta, kad kai kurie iš jų, vadinami ribozimais, gali suskaidyti poliribonukleotidų grandines. Dėl to imta manyti, kad tuo metu, kai planetoje gimė gyvybė, RNR veikė be DNR ir baltymų. Be to, visos transformacijos buvo vykdomos jai dalyvaujant.

Ribonukleino rūgšties molekulės struktūra

Beveik visos RNR yra vienos polinukleotidų grandinės, kurios, savo ruožtu, yra sudarytos iš monoribonukleotidų - purino ir pirimidino bazių.

Nukleotidai žymimi pradinėmis bazinėmis raidėmis:

• adeninas (A), A;
• guaninas (G), G;
• citozinas (C), C;
• uracilas (U), W.

Juos jungia trijų ir penkių fosfodiesterių ryšiai.

Į RNR struktūrą įtrauktas labai skirtingas nukleotidų skaičius (nuo kelių dešimčių iki dešimčių tūkstančių). Jie gali sudaryti antrinę struktūrą, daugiausia sudarytą iš trumpų dvigrandžių gijų, kurias sudaro vienas kitą papildantys pagrindai.

Ribonukleino rūgšties molekulės struktūra

Kaip jau minėta, molekulė turi viengrandę struktūrą. RNR įgyja antrinę struktūrą ir formą dėl nukleotidų sąveikos tarpusavyje. Tai polimeras, kurio monomeras yra nukleotidas, sudarytas iš cukraus, fosforo rūgšties liekanos ir azoto bazės. Išoriškai molekulė atrodo kaip viena iš DNR grandžių. Nukleotidai adeninas ir guaninas, kurie yra RNR dalis, yra purinai. Citozinas ir uracilas yra pirimidino bazės.

Sintezės procesas

Norint susintetinti RNR molekulę, šablonas yra DNR molekulė. Tačiau yra priešingas procesas, kai ribonukleininėje matricoje susidaro naujos dezoksiribonukleino rūgšties molekulės. Tai atsitinka, kai dauginasi tam tikrų tipų virusai.

Kitos ribonukleino rūgšties molekulės taip pat gali būti biosintezės pagrindas. Jo transkripcija, kuri vyksta ląstelės branduolyje, dalyvauja daug fermentų, tačiau svarbiausia iš jų yra RNR polimerazė.

Peržiūrėjo

Priklausomai nuo RNR tipo, skiriasi ir jos funkcijos. Yra keletas tipų:

• informacinė i-RNR;
• ribosomų r-RNR;
• transportavimo t-RNR;
• nepilnametis;
• ribozimai;
• virusinis.

Informacinė ribonukleino rūgštis

Tokios molekulės dar vadinamos matricinėmis molekulėmis. Jie sudaro apie du procentus viso ląstelėje. Eukariotinėse ląstelėse jie sintetinami DNR šablonuose esančiuose branduoliuose, tada patenka į citoplazmą ir jungiasi su ribosomomis. Be to, jie tampa baltymų sintezės šablonais: prie jų prijungiamos transportavimo RNR, pernešančios aminorūgštis. Taip vyksta informacijos konvertavimo procesas, kuris realizuojamas unikalioje baltymo struktūroje. Kai kuriose virusinėse RNR tai taip pat yra chromosoma.

Jokūbas ir Mano yra šios rūšies atradėjai. Neturėdama standžios struktūros, jos grandinė sudaro lenktas kilpas. Neveikianti i-RNR susirenka į raukšles ir susilanksto į rutulį, o veikianti išsiskleidžia.

i-RNR neša informaciją apie aminorūgščių seką sintetinamame baltyme. Kiekviena aminorūgštis yra užkoduota tam tikroje vietoje naudojant genetinius kodus, kuriems būdingi:

• tripletiškumas – iš keturių mononukleotidų galima sukurti šešiasdešimt keturis kodonus (genetinis kodas);
• nepersidengimas – informacija juda viena kryptimi;
• tęstinumas – veikimo principas susiveda į tai, kad viena i-RNR yra vienas baltymas;
• universalumas – vienokios ar kitokios rūšies aminorūgštys užkoduotos visuose gyvuose organizmuose vienodai;
• degeneracija - žinoma dvidešimt aminorūgščių, o kodonai - šešiasdešimt vienas, tai yra, jie yra užkoduoti keliais genetiniais kodais.

Ribosominė ribonukleino rūgštis

Tokios molekulės sudaro didžiąją dalį ląstelių RNR, ty nuo aštuoniasdešimties iki devyniasdešimties procentų visos. Jie jungiasi su baltymais ir sudaro ribosomas – baltymus sintetinančias organeles.

Ribosomos yra šešiasdešimt penki procentai rRNR ir trisdešimt penki procentai baltymų. Ši polinukleotidų grandinė lengvai susilanksto kartu su baltymu.

Ribosoma susideda iš aminorūgščių ir peptidų sričių. Jie yra ant kontaktinių paviršių.

Ribosomos laisvai juda tinkamose vietose. Jie nėra labai specifiniai ir gali ne tik nuskaityti informaciją iš i-RNR, bet ir suformuoti su jais šabloną.

Ribonukleino rūgšties transportavimas

t-RNR yra labiausiai ištirta. Jie sudaro dešimt procentų ląstelių ribonukleino rūgšties. Šios RNR rūšys specialaus fermento dėka jungiasi prie aminorūgščių ir patenka į ribosomas. Šiuo atveju aminorūgštis perneša transportavimo molekulės. Tačiau pasitaiko, kad aminorūgštį koduoja skirtingi kodonai. Tada juos perduos kelios transporto RNR.

Neaktyvus susisuka į kamuoliuką, o veikdamas atrodo kaip dobilo lapas.

Jame išskiriamos šios sritys:

• akceptoriaus kamieną, turintį ACC nukleotidų seką;
• vieta prisijungti prie ribosomos;
• antikodonas, koduojantis aminorūgštį, kuri yra prijungta prie šios t-RNR.

Mažoji ribonukleino rūgštis

Pastaruoju metu RNR tipus papildė nauja klasė – vadinamosios mažosios RNR. Labiausiai tikėtina, kad jie yra universalūs reguliatoriai, kurie įjungia arba išjungia genus embriono vystymosi metu, taip pat kontroliuoja procesus ląstelėse.

Ribozimai taip pat neseniai buvo nustatyti, jie aktyviai dalyvauja fermentuojant RNR rūgštį, būdami katalizatoriumi.

Virusinės rūgščių rūšys

Virusas gali turėti arba ribonukleino rūgšties, arba dezoksiribonukleino rūgšties. Todėl su atitinkamomis molekulėmis jos vadinamos turinčiomis RNR. Tokiam virusui patekus į ląstelę, įvyksta atvirkštinė transkripcija – ribonukleino rūgšties pagrindu atsiranda nauja DNR, kurios įsijungia į ląsteles, užtikrindamos viruso egzistavimą ir dauginimąsi. Kitu atveju ant gautos RNR susidaro komplementari RNR. Virusai yra baltymai, gyvybinė veikla ir dauginimasis vyksta be DNR, o tik remiantis viruso RNR esančia informacija.

Replikacija

Siekiant pagerinti bendrą supratimą, būtina atsižvelgti į replikacijos procesą, dėl kurio susidaro dvi identiškos nukleorūgšties molekulės. Taip prasideda ląstelių dalijimasis.

Tai apima DNR polimerazes, nuo DNR priklausomas, RNR polimerazes ir DNR ligazes.

Replikacijos procesas susideda iš šių etapų:

• despiralizacija – vyksta nuoseklus motinos DNR išsivyniojimas, kuris užfiksuoja visą molekulę;
• nutrūksta vandeniliniai ryšiai, kurių metu grandinės išsiskiria ir atsiranda replikacinė šakutė;
• dNTP koregavimas prie atlaisvintų motininių grandinių bazių;
• pirofosfatų skilimas iš dNTP molekulių ir fosforodiesterinių jungčių susidarymas dėl išsiskiriančios energijos;
• kvėpavimas.

Susidarius dukterinei molekulei, branduolys, citoplazma ir likusioji dalijamasi. Taip susidaro dvi dukterinės ląstelės, kurios visiškai gavo visą genetinę informaciją.

Be to, užkoduota pirminė ląstelėje sintetinamų baltymų struktūra. DNR šiame procese atlieka netiesioginę, o ne tiesioginę dalį, kurią sudaro tai, kad būtent DNR vyksta baltymų, dalyvaujančių formuojant RNR, sintezė. Šis procesas vadinamas transkripcija.

Transkripcija

Visų molekulių sintezė vyksta transkripcijos metu, tai yra genetinės informacijos perrašymas iš konkretaus DNR operono. Procesas tam tikrais atžvilgiais panašus į replikaciją, o kitais – žymiai nuo jo skiriasi.

Panašumai yra šios dalys:

• prasideda DNR despiralizacija;
• tarp grandinių pagrindų nutrūksta vandeniliniai ryšiai;
• NTF juos papildo;
• susidaro vandeniliniai ryšiai.

Skirtumai nuo replikacijos:

• transkripcijos metu išvyniojama tik transkriptoną atitinkanti DNR dalis, tuo tarpu replikacijos metu išvyniojama visa molekulė;
• transkripcijos metu koreguojančiuose NTF yra ribozės, o vietoj timino – uracilo;
• informacija nurašoma tik iš tam tikros srities;
• susidarius molekulei vandeniliniai ryšiai ir susintetinta grandinė nutrūksta, grandinė nuslysta nuo DNR.

Normaliam funkcionavimui pirminę RNR struktūrą turėtų sudaryti tik DNR regionai, nurašyti iš egzonų.

Naujai suformuotose RNR prasideda brendimo procesas. Tyliosios zonos iškerpamos, o informacinės susiuvamos, suformuojant polinukleotidinę grandinę. Be to, kiekviena rūšis turi transformacijų, būdingų tik jai.

i-RNR prisijungia prie pradinio galo. Poliadenilatas pritvirtinamas prie galutinės vietos.

t-RNR bazės yra modifikuojamos, todėl susidaro nedidelės rūšys.

R-RNR atskiros bazės taip pat yra metilintos.

Apsaugokite nuo sunaikinimo ir pagerinkite baltymų transportavimą į citoplazmą. Subrendusios būsenos RNR prie jų jungiasi.

Dezoksiribonukleino ir ribonukleino rūgščių vertė

Nukleino rūgštys turi didelę reikšmę organizmų gyvenime. Jie kaupia, perkelia į citoplazmą ir perduoda dukterinėms ląstelėms informaciją apie kiekvienoje ląstelėje susintetintus baltymus. Jų yra visuose gyvuose organizmuose, šių rūgščių stabilumas vaidina esminį vaidmenį normaliai tiek ląstelių, tiek viso organizmo veiklai. Bet kokie jų struktūros pokyčiai sukels ląstelių pokyčius.

Dešinėje yra didžiausia žmogaus DNR spiralė, pastatyta iš žmonių Varnos (Bulgarija) paplūdimyje, kuri 2016 m. balandžio 23 d. pateko į Gineso rekordų knygą.

Deoksiribonukleorūgštis. Bendra informacija

DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) yra tam tikras gyvenimo planas, sudėtingas kodas, kuriame yra duomenų apie paveldimą informaciją. Ši sudėtinga makromolekulė gali saugoti ir perduoti paveldimą genetinę informaciją iš kartos į kartą. DNR lemia tokias bet kurio gyvo organizmo savybes kaip paveldimumas ir kintamumas. Jame užkoduota informacija nustato visą bet kurio gyvo organizmo vystymosi programą. Genetiškai įgimti veiksniai nulemia visą žmogaus ir bet kurio kito organizmo gyvenimo eigą. Dirbtinis arba natūralus išorinės aplinkos poveikis gali tik nežymiai paveikti bendrą atskirų genetinių savybių sunkumą arba paveikti užprogramuotų procesų raidą.

Deoksiribonukleorūgštis(DNR) – makromolekulė (viena iš trijų pagrindinių, kitos dvi – RNR ir baltymai), kuri užtikrina saugojimą, perdavimą iš kartos į kartą ir gyvų organizmų vystymosi ir funkcionavimo genetinės programos įgyvendinimą. DNR yra informacijos apie įvairių tipų RNR ir baltymų struktūrą.

Eukariotinėse ląstelėse (gyvūnuose, augaluose ir grybuose) DNR randama ląstelės branduolyje kaip chromosomų dalis, taip pat kai kuriose ląstelių organelėse (mitochondrijose ir plastidėse). Prokariotinių organizmų (bakterijų ir archajų) ląstelėse iš vidaus prie ląstelės membranos yra prijungta apskrita arba linijinė DNR molekulė, vadinamasis nukleoidas. Jie ir žemesni eukariotai (pavyzdžiui, mielės) taip pat turi mažas, autonomines, daugiausia žiedines DNR molekules, vadinamas plazmidėmis.

Cheminiu požiūriu DNR yra ilga polimero molekulė, sudaryta iš pasikartojančių blokų – nukleotidų. Kiekvienas nukleotidas sudarytas iš azoto bazės, cukraus (dezoksiribozės) ir fosfato grupės. Ryšiai tarp nukleotidų grandinėje susidaro dėl dezoksiribozės ( SU) ir fosfatas ( F) grupės (fosfodiesteriniai ryšiai).

Ryžiai. 2. Nukletidas susideda iš azoto bazės, cukraus (dezoksiribozės) ir fosfatų grupės

Daugeliu atvejų (išskyrus kai kuriuos virusus, turinčius vienos grandinės DNR), DNR makromolekulę sudaro dvi grandinės, orientuotos viena į kitą azotinėmis bazėmis. Ši dvigrandė molekulė yra susukta spiraline linija.

DNR yra keturių tipų azoto bazės (adeninas, guaninas, timinas ir citozinas). Vienos grandinės azotinės bazės yra sujungtos su kitos grandinės azotinėmis bazėmis vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas jungiasi tik su timinu ( AT), guaninas – tik su citozinu ( G-C). Būtent šios poros sudaro spiralinių DNR „laiptų“ „skersinius“ (žr. 2, 3 ir 4 pav.).

Ryžiai. 2. Azoto bazės

Nukleotidų seka leidžia „užkoduoti“ informaciją apie įvairių tipų RNR, iš kurių svarbiausios yra informacinės, arba pasiuntinio (mRNR), ribosominės (rRNR) ir transportinės (tRNR). Visi šie RNR tipai yra sintetinami DNR šablone, kopijuojant DNR seką į transkripcijos proceso metu susintetintą RNR seką ir dalyvauja baltymų biosintezėje (vertimo procese). Be koduojančių sekų, ląstelės DNR yra sekų, kurios atlieka reguliavimo ir struktūrines funkcijas.

Ryžiai. 3. DNR replikacija

Pagrindinių cheminių DNR junginių derinių išsidėstymas ir kiekybiniai šių derinių ryšiai užtikrina paveldimos informacijos kodavimą.

Išsilavinimas nauja DNR (replikacija)

1. Replikacijos procesas: DNR dvigubos spiralės išvyniojimas - komplementarių grandinių sintezė naudojant DNR polimerazę - dviejų DNR molekulių susidarymas iš vienos.
2. Dviguba spiralė „atsiriša“ į dvi šakas, kai fermentai nutraukia ryšį tarp cheminių junginių bazinių porų.
3. Kiekviena šaka yra naujos DNR elementas. Naujos bazių poros sujungiamos ta pačia seka kaip ir pirminėje šakoje.

Pasibaigus dubliavimui, susidaro dvi nepriklausomos spiralės, sukurtos iš pirminės DNR cheminių junginių ir turinčios tą patį genetinį kodą. Tokiu būdu DNR gali virškinti informaciją iš ląstelės į ląstelę.

Išsamesnė informacija:

NULEORŪGŠČIŲ STRUKTŪRA

Ryžiai. 4 . Azoto bazės: adeninas, guaninas, citozinas, timinas

Deoksiribonukleorūgštis(DNR) reiškia nukleino rūgštis. Nukleino rūgštys yra netaisyklingų biopolimerų klasė, kurios monomerai yra nukleotidai.

NUKLEOTIDAI susideda iš azoto bazė kartu su penkių angliavandenių angliavandeniais (pentoze) - dezoksiribozė(DNR atveju) arba ribozė(RNR atveju), kuri jungiasi su fosforo rūgšties liekana (H 2 PO 3 -).

Azoto bazės yra dviejų tipų: pirimidino bazės – uracilas (tik RNR), citozinas ir timinas, purino bazės – adeninas ir guaninas.

Ryžiai. 5. Nukleotidų struktūra (kairėje), nukleotido vieta DNR (apačioje) ir azotinių bazių tipai (dešinėje): pirimidinas ir purinas

Anglies atomai pentozės molekulėje sunumeruoti nuo 1 iki 5. Fosfatas jungiasi su trečiuoju ir penktuoju anglies atomais. Taip nukleotidai susijungia ir sudaro nukleorūgščių grandinę. Taigi galime išskirti 3 ir 5 DNR grandinės galus:

Ryžiai. 6. DNR grandinės 3 'ir 5' galų išskyrimas

Susidaro dvi DNR grandinės dviguba spiralė... Šios grandinės spirale yra nukreiptos priešingomis kryptimis. Skirtingose ​​DNR grandinėse azoto bazės yra tarpusavyje sujungtos vandeniliniai ryšiai... Adeninas visada jungiasi su timinu, o citozinas su guaninu. Tai vadinama papildomumo taisyklė.

Komplementarumo taisyklė:

A-T G-C

Pavyzdžiui, jei mums duota DNR grandinė su seka

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada antroji grandinė papildys ją ir nukreipta priešinga kryptimi - nuo 5' galo iki 3' galo:

5'-TACAGGATCGACGAGC-3'.

Ryžiai. 7. DNR molekulės grandinių kryptis ir azoto bazių sujungimas naudojant vandenilinius ryšius

DNR REPLIKACIJA

DNR replikacija yra DNR molekulės padvigubinimo procesas matricos sintezės būdu. Daugeliu atvejų natūrali DNR replikacijagruntasnes DNR sintezė yra trumpas fragmentas (atkurta iš naujo). Tokį ribonukleotidinį pradmenį sukuria fermentas primazė (prokariotuose – DNR primazė, eukariotuose – DNR polimerazė), o vėliau pakeičiamas dezoksiribonukleotidų polimeraze, kuri paprastai atlieka taisymo funkcijas (koreguoja cheminius pažeidimus ir DNR molekulės lūžius).

Replikacija vyksta pusiau konservatyviu mechanizmu. Tai reiškia, kad dviguba DNR spiralė išsivynioja ir pagal komplementarumo principą kiekvienoje jos grandinėje užbaigiama nauja grandinė. Todėl dukterinėje DNR molekulėje yra viena grandinė iš pagrindinės molekulės ir viena naujai susintetinta. Replikacija vyksta kryptimi nuo 3 "iki 5" pagrindinės grandinės galo.

Ryžiai. 8. DNR molekulės replikacija (dvigubėjimas).

DNR sintezė- tai nėra toks sudėtingas procesas, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Jei galvojate apie tai, pirmiausia turite išsiaiškinti, kas yra sintezė. Tai procesas, kai ką nors sujungiame. Naujos DNR molekulės formavimas vyksta keliais etapais:

1) DNR topoizomerazė, esanti prieš replikacijos šakutę, supjausto DNR, kad palengvintų jos išsivyniojimą ir išsivyniojimą.
2) DNR helikazė, eidama po topoizomerazės, įtakoja DNR spiralės „atsisukimo“ procesą.
3) DNR surišantys baltymai atlieka DNR grandinių surišimą, taip pat atlieka jų stabilizavimą, neleisdami joms prilipti vienas prie kito.
4) DNR polimerazė δ(delta) , suderintas su replikacinės šakutės judėjimo greičiu, atlieka sintezępirmaujantisgrandines dukterinė įmonė DNR šablone 5 "→ 3" kryptimi motiniškas DNR grandinė kryptimi nuo 3 "galo iki 5" galo (greitis iki 100 bazinių porų per sekundę). Šie įvykiai apie tai motiniškas DNR grandinės yra ribotos.

Ryžiai. 9. Scheminis DNR replikacijos proceso vaizdavimas: (1) atsiliekanti grandinė (atsilikusi grandinė), (2) pirmaujanti grandinė (pirmaujanti grandinė), (3) DNR polimerazė α (Polα), (4) DNR ligazė, (5) RNR -pradmenys, (6) primazė, (7) Okazaki fragmentas, (8) DNR polimerazė δ (Polδ), (9) helikazė, (10) viengrandžiai DNR surišantys baltymai, (11) topoizomerazė.

Toliau aprašoma atsiliekančios dukterinės DNR grandinės sintezė (žr. Schema replikacijos šakutė ir replikacijos fermento funkcija)

Norėdami gauti vizualesnį DNR replikacijos paaiškinimą, žr

5) Iš karto po kitos pagrindinės molekulės gijos išvyniojimo ir stabilizavimo,DNR polimerazė α(alfa)ir 5 "→ 3" kryptimi sintezuoja pradmenį (RNR pradmenį) - RNR seką ant DNR šablono nuo 10 iki 200 nukleotidų ilgio. Po to fermentaspašalinama iš DNR grandinės.

Vietoj DNR polimerazėα pritvirtinamas prie 3 colių grunto galo DNR polimerazėε .

6) DNR polimerazėε (epsilonas) tarsi ir toliau ilgina gruntą, bet kaip substratą įsitaisodezoksiribonukleotidai(150-200 nukleotidų kiekiu). Dėl to iš dviejų dalių susidaro tvirtas siūlas -RNR(t.y. gruntas) ir DNR. DNR polimerazė εveikia tol, kol atitinka ankstesnį gruntąOkazaki fragmentas(sintetintas šiek tiek anksčiau). Tada šis fermentas pašalinamas iš grandinės.

7) DNR polimerazė β(beta) atsikeliaDNR polimerazė ε,juda ta pačia kryptimi (5 "→ 3") ir pašalina pradmenų ribonukleotidus, o į jų vietą įterpia dezoksiribonukleotidus. Fermentas veikia iki visiško grunto pašalinimo, t.y. iki dezoksiribonukleotido (dar anksčiau susintetintoDNR polimerazė ε). Fermentas nesugeba sujungti savo darbo rezultato ir prieš jį esančios DNR, todėl palieka grandinę.

Dėl to ant motininės gijos matricos „guli“ dukterinės DNR fragmentas. Tai vadinamaOkazaki fragmentas.

8) DNR ligazė susiuva du gretimus Okazaki fragmentai , t.y. Susintetintas 5 colių segmento galasDNR polimerazė ε,ir 3 colių grandinės galas, įmontuotasDNR polimerazėβ .

RNR STRUKTŪRA

Ribonukleino rūgštis(RNR) yra viena iš trijų pagrindinių makromolekulių (kitos dvi yra DNR ir baltymai), randamų visų gyvų organizmų ląstelėse.

Kaip ir DNR, RNR sudaro ilga grandinė, kurioje kiekviena grandis vadinama nukleotidas... Kiekvienas nukleotidas susideda iš azoto bazės, ribozės cukraus ir fosfatų grupės. Tačiau, skirtingai nei DNR, RNR paprastai turi ne dvi, o vieną grandinę. Pentozę RNR vaizduoja ribozė, o ne dezoksiribozė (antrame angliavandenių atome ribozė turi papildomą hidroksilo grupę). Galiausiai DNR nuo RNR skiriasi azoto bazių sudėtimi: vietoj timino ( T) uracilas ( U) kuris taip pat papildo adeniną.

Nukleotidų seka leidžia RNR koduoti genetinę informaciją. Visi ląsteliniai organizmai baltymų sintezei programuoti naudoja RNR (mRNR).

Ląstelinės RNR gaminamos procesu, vadinamu transkripcija , tai yra, RNR sintezė ant DNR matricos, atliekama specialiais fermentais - RNR polimerazės.

Tada pasiuntiniai RNR (mRNR) dalyvauja procese, vadinamame transliacija, tie. baltymų sintezė mRNR matricoje dalyvaujant ribosomoms. Kitos RNR po transkripcijos patiria cheminių modifikacijų, o susidariusios antrinėms ir tretinėms struktūroms atlieka funkcijas, priklausomai nuo RNR tipo.

Ryžiai. 10. Skirtumas tarp DNR ir RNR azoto bazėje: vietoj timino (T), RNR yra uracilas (U), kuris taip pat yra adenino komplementas.

PRANEŠIMAS

Tai RNR sintezės DNR šablone procesas. DNR išsivynioja vienoje iš vietų. Vienoje iš gijų yra informacijos, kurią reikia nukopijuoti į RNR molekulę – ši grandinė vadinama koduojančia grandine. Antroji DNR grandinė, papildanti koduojančiąją, vadinama šablonu. Transkripcijos procese šabloninėje grandinėje 3 '- 5' kryptimi (išilgai DNR grandinės), susintetinama papildoma RNR grandinė. Taigi sukuriama koduojančios grandinės RNR kopija.

Ryžiai. 11. Scheminis transkripcijos vaizdavimas

Pavyzdžiui, jei mums pateikiama koduojančios grandinės seka

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada pagal komplementarumo taisyklę matricos grandinė neš seką

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

o iš jos susintetinta RNR yra seka

Transliacija

Apsvarstykite mechanizmą baltymų sintezė ant RNR matricos, taip pat genetinis kodas ir jo savybės. Be to, siekiant aiškumo, naudojant žemiau esančią nuorodą, rekomenduojame pažiūrėti trumpą vaizdo įrašą apie transkripcijos ir vertimo procesus, vykstančius gyvoje ląstelėje:

Ryžiai. 12. Baltymų sintezės procesas: DNR koduoja RNR, RNR koduoja baltymus

GENETINIS KODAS

Genetinis kodas- baltymų aminorūgščių sekos kodavimo būdas naudojant nukleotidų seką. Kiekvieną aminorūgštį koduoja trijų nukleotidų seka – kodonas arba tripletas.

Genetinis kodas, būdingas daugumai pro- ir eukariotų. Lentelėje išvardyti visi 64 kodonai ir nurodytos atitinkamos aminorūgštys. Bazinė tvarka yra nuo 5 "iki 3" mRNR galo.

1 lentelė. Standartinis genetinis kodas

1-oji pamatas ne	2-oji bazė								3 pamatas ne
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe / F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr / Y)	U G U	(Cys / C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Lė / L)	U C A		U A A	Sustabdyti kodoną**	U G A	Sustabdyti kodoną**	A
	U U G		U C G		U A G	Sustabdyti kodoną**	U G G	(Trp / W)	G
C	C U U		C C U	(už / P)	C A U	(Jo / H)	C G U	(Arg / R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln / Q)	C GA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile / I)	A C U	(Thr / T)	A A U	(Asn / N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys / K)	A G A		A
	A U G	(Met / M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val / V)	G C U	(Ala / A)	G A U	(Asp / D)	G G U	(Gly / G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu / E)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Tarp trynukų yra 4 specialios sekos, kurios veikia kaip „skyrybos ženklai“:

• *Trejetas RUG, taip pat koduojantis metioniną, vadinamas pradžios kodonas... Nuo šio kodono prasideda baltymo molekulės sintezė. Taigi baltymų sintezės metu pirmoji aminorūgštis sekoje visada bus metioninas.

• ** Trynukai UAA, UAG ir UGA yra vadinami stop kodonai ir neužkoduoja nei vienos aminorūgšties. Šiose sekose baltymų sintezė sustoja.

Genetinio kodo savybės

1. Trijulė... Kiekvieną aminorūgštį koduoja trijų nukleotidų seka – tripletas arba kodonas.

2. Tęstinumas... Tarp tripletų papildomų nukleotidų nėra, informacija skaitoma nuolat.

3. Nepersidengimas... Vienas nukleotidas negali vienu metu patekti į du tripletus.

4. Vienareikšmiškumas... Vienas kodonas gali koduoti tik vieną aminorūgštį.

5. Degeneracija... Viena aminorūgštis gali būti koduota keliais skirtingais kodonais.

6. Universalumas... Genetinis kodas yra vienodas visiems gyviems organizmams.

Pavyzdys. Mums suteikiama kodavimo grandinės seka:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matricos grandinės seka bus tokia:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Dabar mes „sintetiname“ informacinę RNR iš šios grandinės:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Baltymų sintezė vyksta 5 '→ 3' kryptimi, todėl, norėdami "skaityti" genetinį kodą, turime apversti seką:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Dabar suraskime AUG pradžios kodoną:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Padalinkime seką į tripletus:

skamba taip: informacija iš DNR perkeliama į RNR (transkripcija), iš RNR – į baltymą (vertimas). DNR gali būti dubliuojama ir replikacijos būdu, galimas ir atvirkštinės transkripcijos procesas, kai DNR sintetinama iš RNR šablono, tačiau šis procesas daugiausia būdingas virusams.

Ryžiai. 13. Centrinė molekulinės biologijos dogma

GENOMAS: GENAI ir CHROMOSOMOS

(bendrosios sąvokos)

Genomas – visų organizmo genų visuma; visas jo chromosomų rinkinys.

Terminą „genomas“ 1920 metais pasiūlė G. Winkleris, kad apibūdintų genų rinkinį, esantį haploidiniame vienos biologinės rūšies organizmų chromosomų rinkinyje. Pirminė šio termino reikšmė nurodė, kad genomo sąvoka, priešingai nei genotipas, yra visos rūšies, o ne atskiro individo, genetinė savybė. Tobulėjant molekulinei genetikai šio termino reikšmė pasikeitė. Yra žinoma, kad DNR, kuri yra daugumos organizmų genetinės informacijos nešėja ir todėl yra genomo pagrindas, apima ne tik genus šiuolaikine šio žodžio prasme. Didžiąją eukariotinių ląstelių DNR dalį sudaro nekoduojančios („perteklinės“) nukleotidų sekos, kuriose nėra informacijos apie baltymus ir nukleino rūgštis. Taigi pagrindinė bet kurio organizmo genomo dalis yra visa jo haploidinio chromosomų rinkinio DNR.

Genai yra DNR molekulių sekcijos, koduojančios polipeptidus ir RNR molekules

Per pastarąjį šimtmetį mūsų supratimas apie genus labai pasikeitė. Anksčiau genomu buvo vadinama chromosomos dalis, kuri koduoja arba nustato vieną požymį arba fenotipinis(matoma) savybė, pvz., akių spalva.

1940 m. George'as Beadle'as ir Edwardas Tatemas pasiūlė molekulinį geno apibrėžimą. Mokslininkai gydė grybelių sporas Neurospora crassa Rentgeno spinduliai ir kitos medžiagos, sukeliančios DNR sekos pokyčius ( mutacijos) ir aptiktos mutantinės grybelio padermės, praradusios kai kuriuos specifinius fermentus, o tai kai kuriais atvejais sutrikdė visą medžiagų apykaitos kelią. Beadle ir Tatem padarė išvadą, kad genas yra genetinės medžiagos dalis, kuri apibrėžia arba koduoja vieną fermentą. Taip atsirado hipotezė „Vienas genas – vienas fermentas“... Vėliau ši sąvoka buvo išplėsta siekiant apibrėžti „Vienas genas – vienas polipeptidas“, nes daugelis genų koduoja baltymus, kurie nėra fermentai, o polipeptidas gali būti sudėtingo baltymų komplekso subvienetas.

Fig. 14 yra diagrama, kaip DNR nukleotidų tripletai nustato polipeptidą, baltymo aminorūgščių seką, kurią tarpininkauja mRNR. Viena iš DNR grandžių atlieka mRNR sintezės šablono vaidmenį, kurio nukleotidų tripletai (kodonai) yra komplementarūs DNR tripletams. Kai kuriose bakterijose ir daugelyje eukariotų koduojančias sekas pertraukia nekoduojantys regionai (vadinamieji). intronai).

Šiuolaikinis biocheminis genų apibrėžimas dar konkrečiau. Genai yra visos DNR sekcijos, koduojančios pirminę galutinių produktų seką, įskaitant polipeptidus arba RNR, turinčius struktūrinę arba katalizinę funkciją.

Kartu su genais DNR yra ir kitų sekų, kurios atlieka išskirtinai reguliavimo funkciją. Reguliavimo sekos gali žymėti genų pradžią arba pabaigą, paveikti transkripciją arba nurodyti replikacijos ar rekombinacijos pradžios vietą. Kai kurie genai gali būti išreikšti skirtingais būdais, o ta pati DNR dalis yra skirtingų produktų formavimo šablonas.

Galime apytiksliai apskaičiuoti minimalus geno dydis koduoja vidutinį baltymą. Kiekviena aminorūgštis polipeptidinėje grandinėje yra užkoduota kaip trijų nukleotidų seka; šių tripletų (kodonų) sekos atitinka duoto geno koduojamą aminorūgščių grandinę polipeptide. 350 aminorūgščių liekanų polipeptidinė grandinė (vidutinė grandinė) atitinka 1050 bp seką. ( bazinės poros). Tačiau daugelis eukariotų ir kai kurių prokariotų genų yra pertraukiami DNR segmentų, kurie neneša informacijos apie baltymą, todėl pasirodo esantys daug ilgesni, nei rodo paprastas skaičiavimas.

Kiek genų yra vienoje chromosomoje?

Ryžiai. 15. Chromosomų vaizdas prokaritinėse (kairėje) ir eukariotinėse ląstelėse. Histonai yra plati branduolinių baltymų klasė, atliekanti dvi pagrindines funkcijas: jie dalyvauja DNR grandinių pakavime branduolyje ir epigenetiniame branduolinių procesų, tokių kaip transkripcija, replikacija ir taisymas, reguliavime.

Kaip žinote, bakterijų ląstelės turi chromosomą DNR grandinės pavidalu, supakuotą į kompaktišką struktūrą – nukleoidą. Prokarioto chromosoma Escherichia coli, kurio genomas buvo visiškai iššifruotas, yra apskrita DNR molekulė (iš tikrųjų tai nėra taisyklingas apskritimas, o greičiau kilpa be pradžios ir pabaigos), susidedanti iš 4 639 675 bp. Šioje sekoje yra maždaug 4300 genų baltymams ir 157 genai stabilioms RNR molekulėms. V žmogaus genomas maždaug 3,1 milijardo bazinių porų, atitinkančių beveik 29 000 genų, esančių 24 skirtingose ​​chromosomose.

Prokariotai (bakterijos).

Bakterija E. coli turi vieną dvigrandę žiedinę DNR molekulę. Jį sudaro 4 639 675 bp. ir pasiekia apie 1,7 mm ilgį, o tai viršija pačios ląstelės ilgį E. coli maždaug 850 kartų. Be didelės žiedinės chromosomos nukleoide, daugelis bakterijų turi vieną ar daugiau mažų žiedinių DNR molekulių, kurios laisvai išsidėsčiusios citozolyje. Tokie ekstrachromosominiai elementai vadinami plazmidės(16 pav.).

Daugumą plazmidžių sudaro tik keli tūkstančiai bazinių porų, kai kurios turi daugiau nei 10 000 bp. Jie neša genetinę informaciją ir dauginasi susidarant dukterinėms plazmidėms, kurios patenka į dukterines ląsteles dalijantis pirminei ląstelei. Plazmidžių yra ne tik bakterijose, bet ir mielėse bei kituose grybuose. Daugeliu atvejų plazmidės nesuteikia jokio pranašumo ląstelėms šeimininkėms, o vienintelė jų užduotis yra daugintis savarankiškai. Tačiau kai kurios plazmidės turi šeimininkui naudingus genus. Pavyzdžiui, plazmidėse esantys genai gali suteikti bakterijų ląstelėms atsparumą antibakterinėms medžiagoms. Plazmidės, turinčios β-laktamazės geną, suteikia atsparumą β-laktaminiams antibiotikams, tokiems kaip penicilinas ir amoksicilinas. Plazmidės gali būti perkeltos iš antibiotikams atsparių ląstelių į kitas tos pačios arba skirtingų rūšių bakterijų ląsteles, todėl šios ląstelės taip pat tampa atsparios. Intensyvus antibiotikų vartojimas yra galingas selektyvus veiksnys, skatinantis plazmidžių, koduojančių atsparumą antibiotikams (taip pat transpozonų, koduojančių panašius genus), plitimą tarp patogeninių bakterijų ir sukeliančių bakterijų padermių, atsparių keliems antibiotikams, atsiradimą. Gydytojai pradeda suprasti plataus antibiotikų vartojimo pavojus ir skiria juos tik tada, kai reikia skubiai. Dėl panašių priežasčių plačiai paplitęs antibiotikų naudojimas ūkinių gyvūnų gydymui yra ribotas.

Taip pat žiūrėkite: Ravinas N.V., Šestakovas S.V. Prokariotų genomas // Vavilov Journal of Genetics and Selection, 2013. V. 17. Nr. 4/2. S. 972-984.

Eukariotai.

2 lentelė. Kai kurių organizmų DNR, genai ir chromosomos

	Bendra DNR, p.n.	Chromosomų skaičius*	Apytikslis genų skaičius
Escherichia coli(bakterija)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(mielės)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegantiškas(nematodas)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(augalas)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(vaisinė musė)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(ryžiai)	480 000 000		57 000
Musculus(pelė)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(žmogus)	3 070 128 600		29 000

Pastaba. Informacija nuolat atnaujinama; Norėdami gauti daugiau naujausios informacijos, žr. svetaines, skirtas atskiriems genominiams projektams

* Visiems eukariotams, išskyrus mieles, pateikiamas diploidinis chromosomų rinkinys. Diploidas rinkinys chromosomos (iš graikų kalbos. diploos- double ir eidos- rūšys) – dvigubas chromosomų rinkinys (2n), kurių kiekviena turi sau homologišką.
** Haploidinis rinkinys. Laukinių mielių padermės paprastai turi aštuonis (oktaploidinius) ar daugiau tokių chromosomų rinkinių.
*** Moterims, turinčioms dvi X chromosomas. Vyrai turi X chromosomą, bet neturi Y, tai yra, yra tik 11 chromosomų.

Mielių ląstelė, viena iš mažiausių eukariotų, turi 2,6 karto daugiau DNR nei ląstelė E. coli(2 lentelė). Vaisinės muselės ląstelės Drosophila, klasikinis genetinių tyrimų objektas, turi 35 kartus daugiau DNR, o žmogaus ląstelėse – apie 700 kartų daugiau DNR nei ląstelėse. E. coli. Daugelyje augalų ir varliagyvių yra dar daugiau DNR. Eukariotinių ląstelių genetinė medžiaga yra organizuota chromosomų pavidalu. Diploidinis chromosomų rinkinys (2 n) priklauso nuo organizmo tipo (2 lentelė).

Pavyzdžiui, žmogaus somatinėje ląstelėje yra 46 chromosomos ( ryžių. 17). Kiekviena eukariotinės ląstelės chromosoma, kaip parodyta Fig. 17, a, yra viena labai didelė dvigrandė DNR molekulė. Dvidešimt keturios žmogaus chromosomos (22 suporuotos chromosomos ir dvi lytinės chromosomos X ir Y) skiriasi savo ilgiu daugiau nei 25 kartus. Kiekvienoje eukariotų chromosomoje yra tam tikras genų rinkinys.

Ryžiai. 17. Eukariotų chromosomos.a- susietų ir kondensuotų seserinių chromatidžių pora iš žmogaus chromosomos. Šioje formoje eukariotinės chromosomos išlieka po replikacijos ir metafazėje mitozės metu. b- visas chromosomų rinkinys iš vieno iš knygos autorių leukocitų. Kiekvienoje normalioje žmogaus somatinėje ląstelėje yra 46 chromosomos.

Jei sujungsite žmogaus genomo DNR molekules (22 chromosomos ir chromosomos X ir Y arba X ir X), gausite maždaug vieno metro ilgio seką. Pastaba: Visi žinduoliai ir kiti organizmai, turintys heterogametinę vyriškąją lytį, patelės turi dvi X chromosomas (XX), o patinai turi vieną X chromosomą ir vieną Y chromosomą (XY).

Todėl daugumos žmogaus ląstelių bendras tokių ląstelių DNR ilgis yra apie 2 m. Suaugęs žmogus turi maždaug 10 14 ląstelių, todėl bendras visų DNR molekulių ilgis yra 2 ・ 10 11 km. Palyginimui, Žemės perimetras yra 4 ・ 10 4 km, o atstumas nuo Žemės iki Saulės yra 1,5 ・ 10 8 km. Štai kaip stebėtinai kompaktiškai supakuota DNR mūsų ląstelėse!

Eukariotinėse ląstelėse yra ir kitų DNR turinčių organelių – mitochondrijų ir chloroplastų. Buvo iškelta daug hipotezių dėl mitochondrijų ir chloroplastų DNR kilmės. Šiandien visuotinai priimtas požiūris, kad tai yra senovės bakterijų chromosomų užuomazgos, kurios pateko į šeimininkų ląstelių citoplazmą ir tapo šių organelių pirmtakais. Mitochondrijų DNR koduoja mitochondrijų tRNR ir rRNR, taip pat keletą mitochondrijų baltymų. Daugiau nei 95% mitochondrijų baltymų koduoja branduolio DNR.

GENŲ STRUKTŪRA

Apsvarstykite prokariotų ir eukariotų geno struktūrą, jų panašumus ir skirtumus. Nepaisant to, kad genas yra DNR dalis, koduojanti tik vieną baltymą arba RNR, be tiesiogiai koduojančios dalies, jis apima ir reguliuojančius bei kitus struktūrinius elementus, kurių prokariotuose ir eukariotuose yra skirtinga struktūra.

Kodavimo seka- pagrindinis struktūrinis ir funkcinis geno vienetas, jame yra nukleotidų tripletai, koduojantysaminorūgščių seka. Jis prasideda pradžios kodonu ir baigiasi stop kodonu.

Prieš ir po kodavimo sekos yra neišverstos 5' ir 3' sekos... Jie atlieka reguliavimo ir pagalbines funkcijas, pavyzdžiui, užtikrina ribosomos nusileidimą ant m-RNR.

Neverstos ir koduojančios sekos sudaro transkripcijos vienetą – transkribuotą DNR sekciją, tai yra DNR sekciją, iš kurios sintetinama m-RNR.

Terminatorius- netranskribuota DNR sritis geno gale, kurioje sustoja RNR sintezė.

Geno pradžioje yra reguliavimo sritisįskaitant propaguotojas ir operatorius.

Rėmėjas- seka, prie kurios polimerazė prisijungia transkripcijos inicijavimo metu. operatorius yra sritis, prie kurios gali prisijungti ypatingi baltymai - represorių, kuris gali sumažinti RNR sintezės iš šio geno aktyvumą – kitaip tariant, sumažinti išraiška.

Genų struktūra prokariotuose

Bendra prokariotų ir eukariotų genų struktūra nesiskiria – jie abu turi reguliavimo sritį su promotoriumi ir operatoriumi, transkripcijos vienetą su koduojančiomis ir neverčiamomis sekomis bei terminatorių. Tačiau prokariotų ir eukariotų genų organizacija skiriasi.

Ryžiai. 18. Prokariotų (bakterijų) geno sandaros schema -vaizdas padidintas

Operono pradžioje ir pabaigoje yra bendri kelių struktūrinių genų reguliavimo regionai. Viena mRNR molekulė nuskaitoma iš transkribuotos operono srities, kurioje yra kelios koduojančios sekos, kurių kiekviena turi savo pradžios ir pabaigos kodonus. Iš kiekvienos iš šių svetainių suvienas baltymas nutrūksta. Taigi, iš vienos i-RNR molekulės sintetinamos kelios baltymo molekulės.

Prokariotams būdinga sujungti kelis genus į vieną funkcinį vienetą - operonas... Operono darbą gali reguliuoti kiti genai, kurie gali būti pastebimai nutolę nuo paties operono - reguliatoriai... Iš šio geno išverstas baltymas vadinamas represorius... Jis jungiasi su operono operatoriumi, reguliuodamas visų jame esančių genų ekspresiją vienu metu.

Šis reiškinys būdingas ir prokariotams transkripcijos ir vertimo susiejimas.

Ryžiai. 19 Prokariotų transkripcijos ir vertimo konjugacijos reiškinys - vaizdas padidintas

Tokia konjugacija eukariotuose nevyksta dėl branduolio apvalkalo, kuris atskiria citoplazmą, kurioje vyksta transliacija, nuo genetinės medžiagos, ant kurios vyksta transkripcija. Prokariotuose RNR sintezės metu DNR šablone ribosoma gali iš karto prisijungti prie susintetintos RNR molekulės. Taigi, vertimas pradedamas dar nebaigus transkripcijos. Be to, kelios ribosomos vienu metu gali prisijungti prie vienos RNR molekulės, vienu metu sintetindamos kelias vieno baltymo molekules.

Genų struktūra eukariotuose

Eukariotų genai ir chromosomos yra labai sudėtingai organizuoti

Daugelis bakterijų rūšių turi tik vieną chromosomą ir beveik visais atvejais kiekvienoje chromosomoje yra po vieną kiekvieno geno kopiją. Tik keli genai, tokie kaip rRNR genai, yra keliose kopijose. Genai ir reguliavimo sekos sudaro beveik visą prokariotų genomą. Be to, beveik kiekvienas genas griežtai atitinka aminorūgščių seką (arba RNR seką), kurią jis koduoja (14 pav.).

Eukariotų genų struktūrinė ir funkcinė organizacija yra daug sudėtingesnė. Eukariotų chromosomų tyrimas, o vėliau ir pilnų eukariotų genomų sekų sekos nustatymas atnešė daug netikėtumų. Daugelis, jei ne dauguma, eukariotų genų turi įdomią savybę: jų nukleotidų sekose yra viena ar daugiau DNR sričių, kurios nekoduoja polipeptidinio produkto aminorūgščių sekos. Tokie neverčiami intarpai nutraukia tiesioginį geno nukleotidų sekos ir koduojamo polipeptido aminorūgščių sekos atitikimą. Šie neišversti genų segmentai vadinami intronai, arba įdėta sekos o kodavimo segmentai yra egzonai... Prokariotuose tik keli genai turi intronų.

Taigi eukariotuose praktiškai nėra genų derinio į operonus, o koduojanti eukarioto geno seka dažniausiai skirstoma į išverstas sritis. - egzonai, ir neišverstos skiltys – intronai.

Daugeliu atvejų intronų funkcija nebuvo nustatyta. Apskritai tik apie 1,5% žmogaus DNR yra „koduojama“, tai yra, jose yra informacija apie baltymus arba RNR. Tačiau, atsižvelgiant į didelius intronus, paaiškėja, kad 30% žmogaus DNR sudaro genai. Kadangi genai sudaro palyginti nedidelę žmogaus genomo dalį, didelė DNR dalis lieka neapskaityta.

Ryžiai. 16. Eukariotų geno sandaros schema - vaizdas padidintas

Iš kiekvieno geno pirmiausia susintetinama nesubrendusi arba pre-RNR, kurioje yra ir intronų, ir egzonų.

Po to vyksta susijungimo procesas, kurio metu išpjaunamos intronų sritys ir susidaro subrendusi iRNR, iš kurios galima susintetinti baltymą.

Ryžiai. 20. Alternatyvaus sujungimo procesas - vaizdas padidintas

Toks genų organizavimas leidžia, pavyzdžiui, suprasti, kada iš vieno geno gali būti susintetintos skirtingos baltymo formos dėl to, kad sujungimo metu egzonai gali būti susiuvami skirtingomis sekomis.

Ryžiai. 21. Prokariotų ir eukariotų genų sandaros skirtumai - vaizdas padidintas

MUTACIJOS IR MUTAGENĖ

Mutacija vadinamas nuolatiniu genotipo pasikeitimu, tai yra nukleotidų sekos pasikeitimu.

Procesas, vedantis į mutacijų atsiradimą, vadinamas mutagenezė ir organizmas, visi kurių ląstelės turi tą pačią mutaciją - mutantas.

Mutacijų teorija pirmą kartą suformulavo Hugo de Vries 1903 m. Šiuolaikinėje jo versijoje yra šios nuostatos:

1. Mutacijos atsiranda staiga, staigiai.

2. Mutacijos perduodamos iš kartos į kartą.

3. Mutacijos gali būti naudingos, žalingos arba neutralios, dominuojančios arba recesyvinės.

4. Tikimybė aptikti mutacijas priklauso nuo tiriamų individų skaičiaus.

5. Panašios mutacijos gali kartotis.

6. Mutacijos nėra tikslinės.

Mutacijos gali atsirasti dėl įvairių veiksnių. Atskirkite mutacijas, atsiradusias veikiant mutageninis poveikio: fizinė (pavyzdžiui, ultravioletinė arba spinduliuotė), cheminė (pavyzdžiui, kolchicinas arba reaktyviosios deguonies rūšys) ir biologinė (pavyzdžiui, virusai). Taip pat mutacijas gali sukelti replikacijos klaidos.

Priklausomai nuo išvaizdos sąlygų, mutacijos skirstomos į spontaniškas- tai yra mutacijos, atsiradusios normaliomis sąlygomis, ir sukeltas- tai yra mutacijos, atsiradusios ypatingomis sąlygomis.

Mutacijos gali atsirasti ne tik branduolinėje DNR, bet ir, pavyzdžiui, mitochondrijų ar plastidžių DNR. Atitinkamai galime atskirti branduolinis ir citoplazminis mutacijos.

Dėl mutacijų dažnai gali atsirasti naujų alelių. Jei mutantinis alelis slopina normalaus alelio veikimą, vadinama mutacija dominuojantis... Jei normalus alelis slopina mutantą, tokia mutacija vadinama recesyvinis... Dauguma mutacijų, dėl kurių atsiranda naujų alelių, yra recesyvinės.

Pagal poveikį išskiriamos mutacijos prisitaikantis dėl to organizmas geriau prisitaiko prie aplinkos, neutralus kurie neturi įtakos išgyvenimui, kenksmingas kurie mažina organizmų prisitaikymą prie aplinkos sąlygų ir mirtinas sukelianti organizmo mirtį ankstyvosiose vystymosi stadijose.

Pagal pasekmes išskiriamos mutacijos, vedančios į baltymų funkcijos praradimas, mutacijos, sukeliančios atsiradimas baltymas atlieka naują funkciją, taip pat mutacijos, kurios pakeisti geno dozę, ir atitinkamai iš jo susintetinto baltymo dozė.

Mutacija gali atsirasti bet kurioje kūno ląstelėje. Jei lytinėje ląstelėje įvyksta mutacija, ji vadinama gemalinė(germinalinis arba generatyvinis). Tokios mutacijos neatsiranda tame organizme, kuriame atsirado, o veda prie mutantų atsiradimo palikuoniuose ir yra paveldimos, todėl yra svarbios genetikai ir evoliucijai. Jei mutacija įvyksta bet kurioje kitoje ląstelėje, ji vadinama somatinės... Tokia mutacija vienu ar kitu laipsniu gali pasireikšti organizme, kuriame ji atsirado, pavyzdžiui, sukelti vėžinių navikų susidarymą. Tačiau ši mutacija nėra paveldima ir nepaveikia palikuonių.

Mutacijos gali paveikti įvairaus dydžio genomo sritis. Paskirstyti genas, chromosominės ir genominis mutacijos.

Genų mutacijos

Mutacijos, kurios įvyksta mažesniu nei vieno geno mastu, vadinamos genetinė, arba taškas (taškas)... Tokios mutacijos lemia vieno ar daugiau sekos nukleotidų pasikeitimą. Tarp genų mutacijų yrapakaitalai dėl kurių vienas nukleotidas pakeičiamas kitu,ištrynimai dėl kurio prarandamas vienas iš nukleotidų,intarpai dėl to į seką pridedamas papildomas nukleotidas.

Ryžiai. 23. Genų (taškų) mutacijos

Pagal baltymų veikimo mechanizmą genų mutacijos skirstomos į:sinonimas, kurios (dėl genetinio kodo degeneracijos) nekeičia baltyminio produkto aminorūgščių sudėties,missense mutacijos, dėl kurių viena aminorūgštis pakeičiama kita ir gali turėti įtakos sintezuojamo baltymo struktūrai, nors dažnai pasirodo, kad jos yra nereikšmingos,nesąmonės mutacijos dėl ko koduojantis kodonas pakeičiamas stop kodonu,mutacijos, sukeliančios sujungimo sutrikimas:

Ryžiai. 24. Mutacijų schemos

Be to, pagal baltymo veikimo mechanizmą išskiriamos mutacijos, dėl kurių atsiranda rėmo poslinkis parodymai pavyzdžiui, įterpimai ir ištrynimai. Tokios mutacijos, kaip ir beprasmiškos mutacijos, nors ir įvyksta viename geno taške, dažnai paveikia visą baltymo struktūrą, o tai gali visiškai pakeisti jo struktūrą.

Ryžiai. 29. Chromosoma prieš ir po dubliavimosi

Genominės mutacijos

Pagaliau, genominės mutacijos paveikti visą genomą kaip visumą, tai yra, keičiasi chromosomų skaičius. Paskirstykite poliploidiją - ląstelių ploidijos padidėjimą ir aneuploidiją, tai yra chromosomų skaičiaus pasikeitimą, pavyzdžiui, trisomija (papildomo homologo buvimas vienoje iš chromosomų) ir monosomija (homologo nebuvimas chromosoma).

DNR vaizdo įrašai

DNR REPLIKACIJA, RNR KODAVIMAS, BALTYMŲ SINTEZĖ

Visi žinome, kad žmogaus išvaizda, kai kurie įpročiai ir net ligos yra paveldimi. Visa ši informacija apie gyvą būtybę yra užkoduota genuose. Taigi, kaip atrodo šie patarlių genai, kaip jie veikia ir kur jie yra?

Taigi, visų bet kurio žmogaus ar gyvūno genų nešėjas yra DNR. Šį junginį 1869 metais atrado Johanas Friedrichas Miescheris. Chemiškai DNR yra dezoksiribonukleino rūgštis. Ką tai reiškia? Kaip ši rūgštis turi visos mūsų planetos gyvybės genetinį kodą?

Pradėkime nuo to, kur yra DNR. Žmogaus ląstelėje yra daug organelių, atliekančių įvairias funkcijas. DNR yra branduolyje. Branduolys yra maža organelė, kurią supa speciali membrana, kurioje saugoma visa genetinė medžiaga – DNR.

Kokia yra DNR molekulės struktūra?

Pirmiausia pažiūrėkime, kas yra DNR. DNR yra labai ilga molekulė, sudaryta iš statybinių blokų – nukleotidų. Yra 4 nukleotidų tipai – adeninas (A), timinas (T), guaninas (G) ir citozinas (C). Nukleotidų grandinė schematiškai atrodo taip: GGAATCTAAG... Tai nukleotidų seka, kuri yra DNR grandinė.

Pirmą kartą DNR struktūrą 1953 metais iššifravo Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas.

Vienoje DNR molekulėje yra dvi nukleotidų grandinės, kurios spirališkai susuktos viena aplink kitą. Kaip šios nukleotidų grandinės sulimpa ir susisuka į spiralę? Šį reiškinį lemia papildomumo savybė. Komplementarumas reiškia, kad tik tam tikri nukleotidai (komplementarūs) gali būti išdėstyti vienas priešais kitą dviejose grandinėse. Taigi, priešingai nei adeninas, visada yra timinas, o priešingai guaninui visada yra tik citozinas. Taigi guaninas yra komplementarus citozinui, o adeninas – timinui.Tokios viena kitai priešingos nukleotidų poros skirtingose ​​grandinėse dar vadinamos komplementariomis.

Jį galima schematiškai pavaizduoti taip:

G-C
T-A
T-A
C-G

Šios komplementarios poros A - T ir G - C sudaro cheminį ryšį tarp poros nukleotidų, o ryšys tarp G ir C yra stipresnis nei tarp A ir T. Ryšys susidaro griežtai tarp komplementarių bazių, tai yra, susidaro ryšio tarp nekomplementarių G ir A neįmanoma.

DNR pakuotė, kaip DNR grandinė tampa chromosoma?

Kodėl šios DNR nukleotidų grandinės taip pat sukasi viena aplink kitą? Kam to reikia? Faktas yra tas, kad nukleotidų skaičius yra didžiulis ir reikia daug vietos, kad tilptų tokias ilgas grandines. Dėl šios priežasties dvi DNR grandinės sukasi spirale aplink kitą. Šis reiškinys vadinamas spiralizacija. Dėl spiralizacijos DNR grandinės sutrumpėja 5-6 kartus.

Kai kurias DNR molekules organizmas naudoja aktyviai, o kitas retai. Tokios retai naudojamos DNR molekulės, be spiralizacijos, patiria dar kompaktiškesnį „pakavimą“. Šis kompaktiškas paketas vadinamas superspiralizavimu ir sutrumpina DNR grandinę 25-30 kartų!

Kaip vyksta DNR grandinės pakavimas?

Superspiralizavimui naudojami histono baltymai, kurie turi strypo arba sriegio ritės išvaizdą ir struktūrą. Ant šių „ritių“ – histono baltymų – suvyniotos spiralizuotos DNR grandinės. Taigi ilgas siūlas tampa labai kompaktiškai supakuotas ir užima labai mažai vietos.

Jei reikia panaudoti tą ar kitą DNR molekulę, vyksta „išvyniojimo“ procesas, tai yra „išvyniojama“ iš „ritės“ – histono baltymo (jei jis buvo ant jos suvyniotas) ir išvyniojama DNR grandinė. spiralė į dvi lygiagrečias grandines. O kai DNR molekulė yra tokioje nesusuktoje būsenoje, tuomet iš jos galima nuskaityti reikiamą genetinę informaciją. Be to, genetinė informacija nuskaitoma tik iš nesusuktų DNR gijų!

Superspiralinių chromosomų rinkinys vadinamas heterochromatinas, ir chromosomos, prieinamos informacijai skaityti - euchromatinas.

Kas yra genai, koks jų ryšys su DNR?

Dabar pažiūrėkime, kas yra genai. Yra žinoma, kad yra genų, kurie lemia kraujo grupę, akių spalvą, plaukus, odą ir daugybę kitų mūsų organizmo savybių. Genas yra griežtai apibrėžta DNR dalis, susidedanti iš tam tikro skaičiaus nukleotidų, esančių griežtai apibrėžtoje kombinacijoje. Vieta griežtai apibrėžtoje DNR srityje reiškia, kad tam tikram genui buvo priskirta vieta, ir šios vietos pakeisti neįmanoma. Tikslinga atlikti tokį palyginimą: žmogus gyvena tam tikroje gatvėje, tam tikrame name ir bute, o žmogus negali savavališkai persikelti į kitą namą, butą ar į kitą gatvę. Tam tikras nukleotidų skaičius gene reiškia, kad kiekvienas genas turi tam tikrą nukleotidų skaičių ir negali tapti daugiau ar mažiau. Pavyzdžiui, insulino gamybos genas yra 60 bazinių porų ilgio; genas, koduojantis hormono oksitocino gamybą – 370 bazinių porų.

Griežta nukleotidų seka yra unikali kiekvienam genui ir yra griežtai apibrėžta. Pavyzdžiui, AATTAATA seka yra geno, koduojančio insulino gamybą, fragmentas. Norint gauti insuliną, naudojama būtent tokia seka, o, pavyzdžiui, adrenalinui gauti, naudojamas kitoks nukleotidų derinys. Svarbu suprasti, kad tik tam tikra nukleotidų kombinacija koduoja tam tikrą „produktą“ (adrenaliną, insuliną ir kt.). Toks yra unikalus tam tikro skaičiaus nukleotidų derinys, stovintis „savo vietoje“ – tai yra genas.

Be genų, DNR grandinėje yra ir vadinamosios „nekoduojančios sekos“. Tokios nekoduojančios nukleotidų sekos reguliuoja genų darbą, padeda spiralizuotis chromosomoms, žymi geno pradžią ir pabaigą. Tačiau iki šiol daugumos nekoduojančių sekų vaidmuo lieka neaiškus.

Kas yra chromosoma? Lytinės chromosomos

Individo genų rinkinys vadinamas genomu. Natūralu, kad neįmanoma sutalpinti viso genomo į vieną DNR. Genomas yra suskaidytas į 46 poras DNR molekulių. Viena DNR molekulių pora vadinama chromosoma. Taigi būtent šias chromosomas žmogus turi 46 vienetus. Kiekviena chromosoma turi griežtai apibrėžtą genų rinkinį, pavyzdžiui, 18 chromosomoje yra genų, koduojančių akių spalvą ir pan. Chromosomos skiriasi viena nuo kitos ilgiu ir forma. Dažniausiai pasitaikančios formos yra X arba Y, tačiau yra ir kitų. Žmogus turi dvi tos pačios formos chromosomas, kurios vadinamos poromis (poromis). Dėl tokių skirtumų visos suporuotos chromosomos yra sunumeruotos – jų yra 23 poros. Tai reiškia, kad yra chromosomų pora # 1, pora # 2, # 3 ir kt. Kiekvienas genas, atsakingas už tam tikrą požymį, yra toje pačioje chromosomoje. Šiuolaikinėse rekomendacijose specialistams geno lokalizaciją galima nurodyti, pavyzdžiui, taip: 22 chromosoma, ilga ranka.

Kuo skiriasi chromosomos?

Kuo dar skiriasi chromosomos? Ką reiškia žodis ilgas petys? Paimkite X formos chromosomas. DNR grandinių susikirtimas gali vykti griežtai viduryje (X), arba gali būti ir ne centre. Kai toks DNR grandžių susikirtimas nevyksta centralizuotai, tada sankryžos taško atžvilgiu vieni galai yra ilgesni, kiti – atitinkamai trumpesni. Tokie ilgi galai dažniausiai vadinami ilga chromosomos ranka, o trumpi atitinkamai trumpąja ranka. Y formos chromosomose daugumą jų užima ilgi pečiai, o trumpi – labai maži (schemame paveikslėlyje jie net nenurodyti).

Chromosomų dydis skiriasi: didžiausios yra 1 ir 3 porų chromosomos, mažiausios yra 17, 19 porų chromosomos.

Be formos ir dydžio, chromosomos skiriasi ir savo funkcijomis. Iš 23 porų 22 yra somatinės, o 1 – seksualios. Ką tai reiškia? Somatinės chromosomos lemia visus išorinius individo požymius, jo elgesio reakcijų ypatumus, paveldimą psichotipą, tai yra visus kiekvieno individualaus žmogaus bruožus ir ypatybes. Lytinių chromosomų pora lemia žmogaus lytį: vyro ar moters. Yra dviejų tipų žmogaus lytinės chromosomos – X (X) ir Y (Y). Jei jie yra sujungti kaip XX (X - X) - tai yra moteris, o jei XY (X - Y) - priešais mus yra vyras.

Paveldimos ligos ir chromosomų pažeidimai

Tačiau genomo „skilimų“ pasitaiko, tada žmonėms nustatomos genetinės ligos. Pavyzdžiui, kai 21 chromosomų poroje vietoj dviejų yra trys chromosomos, žmogus gimsta su Dauno sindromu.

Yra daug mažesnių genetinės medžiagos „skilimų“, kurie nelemia ligos atsiradimo, o, priešingai, suteikia gerų savybių. Visi genetinės medžiagos „skilimai“ vadinami mutacijomis. Mutacijos, sukeliančios ligą ar organizmo savybių pablogėjimą, laikomos neigiamomis, o mutacijos, dėl kurių susidaro naujos naudingos savybės – teigiamos.

Tačiau, kalbant apie daugumą ligų, kuriomis šiandien serga žmonės, tai nėra paveldima liga, o tik polinkis. Pavyzdžiui, cukrų vaiko tėvas pasisavina lėtai. Tai nereiškia, kad vaikas gims sergantis diabetu, tačiau vaikas turės polinkį. Tai reiškia, kad jei vaikas piktnaudžiauja saldumynais ir miltiniais gaminiais, jam išsivystys cukrinis diabetas.

Šiandien vadinamasis predikatyvus vaistas. Šios medicinos praktikos metu nustatomi asmens polinkiai (remiantis atitinkamų genų identifikavimu), o tada jam pateikiamos rekomendacijos - kokios dietos laikytis, kaip teisingai kaitalioti darbo ir poilsio režimą, kad nesusirgtų.

Kaip skaityti informaciją, užkoduotą DNR?

Kaip galite perskaityti DNR esančią informaciją? Kaip jos kūnas tuo naudojasi? Pati DNR yra savotiška matrica, bet ne paprasta, o užkoduota. Norint nuskaityti informaciją iš DNR matricos, ji pirmiausia perkeliama į specialų nešiklį – RNR. RNR yra chemiškai ribonukleino rūgštis. Nuo DNR ji skiriasi tuo, kad pro branduolio membraną gali prasiskverbti į ląstelę, o DNR neturi šio gebėjimo (gali būti tik branduolyje). Užkoduota informacija naudojama pačioje ląstelėje. Taigi, RNR yra užkoduotos informacijos nešėja iš branduolio į ląstelę.

Kaip sintetinama RNR, kaip RNR pagalba sintetinami baltymai?

DNR gijos, iš kurių reikia „skaityti“ informaciją, išsivynioja, prie jų privažiuoja specialus fermentas – „statybininkas“ ir lygiagrečiai DNR grandinei susintetina papildomą RNR grandinę. RNR molekulė taip pat susideda iš 4 tipų nukleotidų – adenino (A), uracilo (U), guanino (G) ir citozino (C). Šiuo atveju šios poros yra viena kitą papildančios: adeninas - uracilas, guaninas - citozinas. Kaip matote, skirtingai nei DNR, RNR vietoj timino naudoja uracilą. Tai yra, fermentas „statybininkas“ veikia taip: jei jis mato A DNR grandinėje, tada jis prijungia Y prie RNR grandinės, jei G, tada prijungia C ir kt. Taigi iš kiekvieno aktyvaus geno transkripcijos metu susidaro šablonas – RNR kopija, kuri gali praeiti pro branduolio membraną.

Kaip vyksta specifinio geno koduoto baltymo sintezė?

Išėjus iš branduolio, RNR patenka į citoplazmą. Jau citoplazmoje RNR, kaip matrica, gali būti įterpta į specialias fermentų sistemas (ribosomas), kurios, vadovaudamosi RNR informacija, gali sintetinti atitinkamą baltymo aminorūgščių seką. Kaip žinote, baltymų molekulė susideda iš aminorūgščių. Kaip ribosomai pavyksta išsiaiškinti, kurią aminorūgštį reikia prijungti prie augančios baltymų grandinės? Tai daroma remiantis tripleto kodu. Tripleto kodas reiškia, kad trijų RNR grandinės nukleotidų seka ( trynukas, pavyzdžiui, HGH) koduoja vieną aminorūgštį (šiuo atveju gliciną). Kiekvieną aminorūgštį koduoja specifinis tripletas. Taigi, ribosoma „skaito“ tripletą ir nustato, kuri aminorūgštis turėtų būti prijungta toliau, nes ji nuskaito informaciją RNR. Susidarius aminorūgščių grandinei, ji įgauna tam tikrą erdvinę formą ir tampa baltymu, galinčiu atlikti jai priskirtas fermentines, statybines, hormonines ir kitas funkcijas.

Bet kurio gyvo organizmo baltymas yra geno produktas. Būtent baltymai lemia visas įvairias genų savybes, savybes ir išorines apraiškas.