Život u obliku ugljenika postoji zbog prisustva proteinskih molekula. A biosinteza proteina u ćeliji je jedina mogućnost za ekspresiju gena. Ali implementacija ovog procesa zahtijeva pokretanje niza procesa povezanih s "raspakiranjem" genetskih informacija, potragom za željenim genom, njegovim čitanjem i reprodukcijom. Izraz "transkripcija" u biologiji se samo odnosi na proces prijenosa informacija sa gena na RNA. Ovo je početak biosinteze, odnosno direktne implementacije genetske informacije.
Čuvanje genetskih informacija
U stanicama živih organizama genetske informacije su lokalizirane u jezgri, mitohondrijima, hloroplastima i plazmidima. Mitohondrije i hloroplasti sadrže malu količinu DNK životinja i biljaka, dok su bakterijski plazmidi mjesto skladištenja gena odgovornih za brzu adaptaciju na uvjete okoline.
U virusnim tijelima, nasljedne informacije se također pohranjuju u obliku RNK ili DNK polimera. Ali proces njegove implementacije je također povezan s potrebom za transkripcijom. U biologiji je ovaj proces od izuzetne važnosti, jer upravo taj proces dovodi do realizacije nasljedne informacije koja pokreće biosintezu proteina.
U životinjskim stanicama, nasljedne informacije predstavljaju DNK polimer, koji je kompaktno upakovan unutar jezgra. Dakle, prije sinteze proteina ili očitavanja bilo kojeg gena, moraju proći neke faze: odmotavanje kondenzovanog hromatina i „oslobađanje“ željenog gena, njegovo prepoznavanje od strane molekula enzima, transkripcija.
U biologiji i biološkoj hemiji ove faze su već proučavane. Oni dovode do sinteze proteina čija je primarna struktura bila kodirana u genu za čitanje.
Shema transkripcije u eukariotskim stanicama
Iako transkripcija u biologiji nije dovoljno proučavana, njen slijed se tradicionalno predstavlja u obliku dijagrama. Sastoji se od inicijacije, produljenja i završetka. To znači da je cijeli proces podijeljen na tri komponente svojih fenomena.
Inicijacija je skup bioloških i biohemijskih procesa koji dovode do početka transkripcije. Suština elongacije je nastavak izgradnje molekularnog lanca. Terminacija je skup procesa koji dovode do prekida sinteze RNK. Inače, u kontekstu biosinteze proteina, proces transkripcije u biologiji se obično poistovjećuje sa sintezom glasničke RNK. Na osnovu toga će se kasnije sintetizirati polipeptidni lanac.
Iniciranje
Inicijacija je najmanje razumljiv mehanizam transkripcije u biologiji. Šta je to sa stanovišta biohemije nije poznato. Odnosno, specifični enzimi odgovorni za početak transkripcije uopće se ne prepoznaju. Nepoznati su i intracelularni signali i načini njihovog prijenosa, koji ukazuju na potrebu za sintezom novog proteina. Za citologiju i biohemiju ovo je osnovni zadatak.
Izduženje
Još nije moguće vremenski razdvojiti proces inicijacije i elongacije zbog nemogućnosti izvođenja laboratorijskih studija koje bi potvrdile prisustvo specifičnih enzima i okidačkih faktora. Stoga je ova granica vrlo uslovna. Suština procesa elongacije svodi se na elongaciju rastućeg lanca sintetiziranog na osnovu regije DNK šablona.
Vjeruje se da elongacija počinje nakon prve translokacije RNA polimeraze i početka vezivanja prvog kadona na početno mjesto RNK. U toku elongacije, kadoni se čitaju u pravcu 3'-5' lanca u despiralizovanom i podeljenom na dva lanca DNK regionu. U isto vrijeme, rastućem lancu RNK se dodaju novi nukleotidi komplementarni regiji DNK šablona. U ovom slučaju, DNK je "vezena" na širinu od 12 nukleotida, odnosno na 4 kanona.
Enzim RNA polimeraze kreće se duž rastućeg lanca, a "iza" njega dolazi do obrnutog "poprečnog povezivanja" DNK u dvolančanu strukturu uz obnavljanje vodikovih veza između nukleotida. Ovo djelomično odgovara na pitanje koji se proces u biologiji naziva transkripcijom. Elongacija je glavna faza transkripcije, jer se u njenom toku sklapa takozvani medijator između sinteze gena i proteina.
Raskid
Proces terminacije u transkripciji eukariotskih ćelija je slabo shvaćen. Do sada su naučnici sveli njegovu suštinu na prestanak čitanja DNK na 5 "kraju i dodavanje grupe adeninskih baza na 3" kraj RNK. Potonji proces omogućava stabilizaciju hemijske strukture rezultirajuće RNK. Postoje dvije vrste terminacije u bakterijskim stanicama. Ovo je Rho ovisan i Rho nezavisan proces.
Prvi se odvija u prisustvu Rho proteina i svodi se na jednostavan prekid vodoničnih veza između regiona DNK šablona i sintetizovane RNK. Drugi, Rho nezavisan, javlja se nakon pojave petlje stabljike ako se iza nje nalazi skup uracilnih baza. Ova kombinacija dovodi do odvajanja RNK od DNK šablona. Očigledno je da je terminacija transkripcije enzimski proces, ali njegovi specifični biokatalizatori još nisu pronađeni.
Virusna transkripcija
Virusna tijela nemaju vlastiti sistem biosinteze proteina, pa se stoga ne mogu razmnožavati bez iskorišćavanja ćelija. Ali virusi imaju svoj genetski materijal koji treba realizirati, kao i ugraditi u gene inficiranih stanica. Da bi to učinili, oni imaju niz enzima (ili iskorištavaju enzimske sisteme ćelija) koji transkribuju njihovu nukleinsku kiselinu. Odnosno, ovaj enzim, na osnovu genetskih informacija virusa, sintetizira analog RNK glasnika. Ali to uopće nije RNK, već DNK polimer komplementaran genima, na primjer, kod ljudi.
Ovim se u potpunosti krše tradicionalni principi transkripcije u biologiji, što treba uzeti u obzir na primjeru HIV virusa. Njegov enzim reverzetaza iz virusne RNK je sposoban da sintetiše DNK komplementarnu ljudskoj nukleinskoj kiselini. Proces sinteze komplementarne DNK iz RNK naziva se reverzna transkripcija. Ovo je u biologiji definicija procesa odgovornog za ugrađivanje nasljedne informacije virusa u ljudski genom.
Pojam transkripcije susrećemo pri učenju stranog jezika. Pomaže nam da pravilno prepišemo i izgovorimo nepoznate riječi. Šta se podrazumeva pod ovim pojmom u prirodnim naukama? Transkripcija u biologiji je ključni proces u reakcionom sistemu biosinteze proteina. On je taj koji omogućava ćeliji da se opskrbi peptidima koji će u njoj obavljati graditeljske, zaštitne, signalne, transportne i druge funkcije. Samo prepisivanje informacija iz DNK lokusa u informacijsku molekulu ribonukleinske kiseline pokreće ćelijski aparat za sintezu proteina, koji osigurava biokemijske reakcije translacije.
U ovom članku ćemo razmotriti faze transkripcije i sinteze proteina koji se javljaju u različitim organizmima, te utvrditi značaj ovih procesa u molekularnoj biologiji. Pored toga, daćemo definiciju šta je transkripcija. U biologiji se znanja o procesima koji nas zanimaju mogu dobiti iz njenih odjeljaka kao što su citologija, molekularna biologija i biokemija.
Osobine reakcija matrične sinteze
Za one koji su upoznati sa osnovnim tipovima hemijskih reakcija koje se izučavaju u okviru opšte hemije, procesi matrične sinteze biće potpuno novi. Razlog tome je sljedeći: takve reakcije koje se dešavaju u živim organizmima osiguravaju kopiranje matičnih molekula pomoću posebnog koda. Nije odmah otkriveno, bolje je reći da je sama ideja o postojanju dva različita jezika za pohranjivanje nasljednih informacija probijala put kroz dva stoljeća: od kraja 19. do sredinom 20. Da bismo bolje zamislili šta su transkripcija i prevođenje u biologiji i zašto se odnose na reakcije matrične sinteze, obratimo se tehničkom rečniku radi analogije.
Sve je kao u tipografiji
Zamislite da treba da štampamo, na primer, sto hiljada primeraka popularnih novina. Sav materijal koji u njega ulazi skuplja se na matičnom nosaču. Ovaj prvi uzorak se zove matrica. Zatim se replicira na štamparskim mašinama - prave se kopije. Slični procesi se odvijaju u živoj ćeliji, samo molekuli DNK i mRNA služe kao šabloni u njoj, a molekule RNK i proteina služe kao kopije. Pogledajmo ih pobliže i otkrijemo da se transkripcija u biologiji naziva reakcija sinteze matriksa, koja se odvija u ćelijskom jezgru.
Genetski kod je ključ misterije biosinteze proteina
U modernoj molekularnoj biologiji niko ne raspravlja o tome koja je supstanca nosilac nasljednih svojstava i pohranjuje podatke o svim proteinima tijela bez izuzetka. Naravno, ovo je deoksiribonukleinska kiselina. Međutim, izgrađen je od nukleotida, a proteini, o čijem sastavu su pohranjeni podaci u njemu, predstavljeni su molekulima aminokiselina koji nemaju kemijski afinitet s DNK monomerima. Drugim riječima, imamo posla sa dva različita jezika. U jednoj od njih riječi su nukleotidi, u drugoj aminokiseline. Šta će djelovati kao prevodilac koji će prekodirati informacije primljene kao rezultat transkripcije? Molekularna biologija vjeruje da tu ulogu obavlja genetski kod.
Jedinstvena svojstva ćelijskog koda
Ovo je kod, čija je tabela prikazana u nastavku. Na njegovom stvaranju radili su citolozi, genetičari, biohemičari. Osim toga, u razvoju koda korišteno je znanje iz kriptografije. S obzirom na njegova pravila, moguće je uspostaviti primarnu strukturu sintetiziranog proteina, jer je prevođenje u biologiji proces prevođenja informacija o strukturi peptida sa jezika nukleotida i RNK na jezik aminokiselina proteinske molekule. .
Ideju o kodiranju u živim organizmima prvi je iznio G. A. Gamov. Dalji naučni razvoj doveo je do formulacije njegovih osnovnih pravila. Prvo je ustanovljeno da je struktura od 20 aminokiselina šifrirana u 61 tripletu RNK glasnika, što je dovelo do koncepta degeneracije koda. Zatim smo saznali sastav besmislenih kodona koji igraju ulogu pokretanja i zaustavljanja procesa biosinteze proteina. Zatim su postojale izjave o njenoj kolinearnosti i univerzalnosti, što je upotpunilo koherentnu teoriju genetskog koda.
Gdje se vrši transkripcija i prijevod?
U biologiji, nekoliko njenih sekcija koje proučavaju strukturu i biohemijske procese u ćeliji (citologija i molekularna biologija) određuju lokalizaciju reakcija sinteze matriksa. Dakle, transkripcija se dešava u jezgru uz učešće enzima RNA polimeraze. U svojoj karioplazmi, molekula mRNA se sintetizira iz slobodnih nukleotida prema principu komplementarnosti, što otpisuje informaciju o strukturi peptida iz jednog strukturnog gena.
Zatim izlazi iz jezgra ćelije kroz pore u nuklearnoj membrani i završava u citoplazmi ćelije. Ovdje se mRNA mora kombinirati s nekoliko ribozoma kako bi formirala polisom, strukturu spremnu da zadovolji transportne molekule ribonukleinske kiseline. Njihov zadatak je da dovedu aminokiseline na mjesto druge reakcije sinteze matriksa - translacije. Razmotrimo detaljno mehanizme obe reakcije.
Osobine formiranja i-RNA molekula
Transkripcija u biologiji je prepisivanje informacija o strukturi peptida sa strukturnog DNK gena na molekul ribonukleinske kiseline, što se naziva informacijskim. Kao što smo ranije rekli, javlja se u jezgru ćelije. Prvo, enzim DNK restrikcijski enzim razbija vodonične veze koje povezuju lance deoksiribonukleinske kiseline, a njegova spirala se odmotava. Enzim RNA polimeraza se veže za slobodne polinukleotidne regije. Aktivira sklapanje kopije - i-RNA molekule, koja, osim informativnih dijelova - egzona, sadrži i prazne nukleotidne sekvence - introne. Oni su balast i treba ih ukloniti. Ovaj proces u molekularnoj biologiji naziva se obrada ili sazrijevanje. Završava transkripciju. Biologija to ukratko objašnjava na sljedeći način: samo izgubivši nepotrebne monomere, nukleinska kiselina će moći napustiti jezgro i biti spremna za daljnje faze biosinteze proteina.
Reverzna transkripcija kod virusa
Nećelijski oblici života upadljivo se razlikuju od prokariotskih i eukariotskih ćelija ne samo po svojoj vanjskoj i unutrašnjoj strukturi, već i po reakcijama sinteze matriksa. Sedamdesetih godina prošlog veka nauka je dokazala postojanje retrovirusa - organizama čiji se genom sastoji od dva RNK lanca. Pod djelovanjem enzima - reversetaze - takve virusne čestice kopiraju molekule DNK iz sekcija ribonukleinske kiseline, koje se zatim uvode u kariotip ćelije domaćina. Kao što vidite, otpisivanje nasljednih informacija u ovom slučaju ide u suprotnom smjeru: od RNK do DNK. Ovaj oblik kodiranja i čitanja tipičan je, na primjer, za patogene agense koji uzrokuju različite vrste onkoloških bolesti.
Ribosomi i njihova uloga u staničnom metabolizmu
Reakcije plastične izmjene, koje uključuju biosintezu peptida, odvijaju se u citoplazmi ćelije. Da bi se dobila gotova proteinska molekula, nije dovoljno kopirati nukleotidnu sekvencu iz strukturnog gena i prenijeti je u citoplazmu. Potrebne su i strukture koje će čitati informacije i osigurati povezivanje aminokiselina u jedan lanac putem peptidnih veza. To su ribosomi, čijoj strukturi i funkcijama molekularna biologija posvećuje veliku pažnju. Već smo otkrili gdje se događa transkripcija - ovo je karioplazma jezgra. Mjesto translacijskih procesa je ćelijska citoplazma. Upravo u njemu se nalaze kanali endoplazmatskog retikuluma, na kojima u grupama sjede organele koje sintetiziraju proteine, ribosomi. Međutim, njihovo prisustvo još ne osigurava početak plastičnih reakcija. Potrebne su nam strukture koje će polisomu isporučiti molekule proteinskog monomera - aminokiseline. Zovu se transportne ribonukleinske kiseline. Šta su oni i koja je njihova uloga u prevođenju?
Nosioci aminokiselina
Mali molekuli transportne RNK u svojoj prostornoj konfiguraciji imaju dio koji se sastoji od niza nukleotida - antikodona. Za implementaciju translacijskih procesa potrebno je da nastane inicijativni kompleks. Trebao bi uključiti triplet šablona, ribozome i komplementarnu regiju transportnog molekula. Čim se takav kompleks organizira, to je signal za početak sastavljanja proteinskog polimera. I prevođenje i transkripcija u biologiji su procesi asimilacije, koji se uvijek odvijaju uz apsorpciju energije. Za njihovu provedbu, stanica se priprema unaprijed, akumulirajući veliki broj molekula adenozin trifosforne kiseline.
Sinteza ove energetske supstance odvija se u mitohondrijima - najvažnijim organelama svih eukariotskih ćelija bez izuzetka. Prethodi početku reakcija sinteze matriksa, zauzimajući mjesto u presintetskoj fazi životnog ciklusa ćelije i nakon reakcija replikacije. Cepanje molekula ATP-a prati procese transkripcije i translacione reakcije, a energija oslobođena u ovom slučaju koristi se u ćelijama u svim fazama biosinteze organskih supstanci.
Faze prevođenja
Na početku reakcija koje dovode do formiranja polipeptida, 20 vrsta proteinskih monomera vezuje se za određene transportne molekule kiseline. Paralelno, u ćeliji se događa formiranje polisoma: ribosomi su pričvršćeni za matriks na mjestu startnog kodona. Početak biosinteze počinje, a ribosomi se kreću duž tripleta mRNA. Za njih su pogodni molekuli koji transportuju aminokiseline. Ako je kodon u polizomu komplementaran antikodonu transportnih kiselina, tada aminokiselina ostaje u ribosomu, a rezultirajuća polipeptidna veza povezuje je s aminokiselinama koje su već tamo. Čim organela koja sintetiše protein dostigne stop triplet (obično UAG, UAA ili UGA), translacija prestaje. Kao rezultat toga, ribosom se, zajedno sa proteinskom česticom, odvaja od mRNA.
Kako peptid dobija svoj izvorni oblik?
Posljednja faza translacije je proces prijelaza primarne strukture proteina u tercijarni oblik, koji ima oblik globule. Enzimi uklanjaju nepotrebne ostatke aminokiselina u njemu, dodaju monosaharide ili lipide i dodatno sintetiziraju karboksilne i fosfatne grupe. Sve se to događa u šupljinama endoplazmatskog retikuluma, gdje peptid ulazi nakon završetka biosinteze. Zatim, nativni proteinski molekul prelazi u kanale. Oni prodiru u citoplazmu i osiguravaju da peptid uđe u određeno područje citoplazme i zatim se koristi za potrebe ćelije.
U ovom članku smo saznali da su prevođenje i transkripcija u biologiji glavne reakcije sinteze matriksa koje su u osnovi očuvanja i prijenosa nasljednih sklonosti organizma.
Prvo, uspostavite redoslijed koraka u biosintezi proteina, počevši od transkripcije. Čitav niz procesa koji se dešavaju tokom sinteze proteinskih molekula može se kombinovati u 2 faze:
Transkripcija.
Broadcast.
Strukturne jedinice nasljedne informacije su geni - dijelovi molekule DNK koji kodiraju sintezu određenog proteina. U smislu hemijske organizacije, materijal naslijeđa i varijabilnosti pro- i eukariota se suštinski ne razlikuje. Genetski materijal u njima predstavljen je u molekuli DNK, uobičajen je i princip bilježenja nasljednih informacija i genetskog koda. Iste aminokiseline u pro- i eukariotima su šifrirane istim kodonima.
Genom modernih prokariotskih ćelija karakteriše relativno mala veličina, DNK Escherichia coli ima oblik prstena, dužine oko 1 mm. Sadrži 4 x 10 6 parova baza, formirajući oko 4000 gena. Godine 1961. F. Jacob i J. Monod su otkrili cistronsku, ili kontinuiranu organizaciju prokariotskih gena, koji se u potpunosti sastoje od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, a u potpunosti se realizuju tokom sinteze proteina. Nasljedni materijal DNK molekula prokariota nalazi se direktno u citoplazmi ćelije, gdje se nalaze i tRNA i enzimi neophodni za ekspresiju gena.Ekspresija je funkcionalna aktivnost gena, odnosno ekspresija gena. Stoga, mRNA sintetizirana sa DNK može odmah djelovati kao šablon u procesu translacije sinteze proteina.
Eukariotski genom sadrži mnogo više nasljednog materijala. Kod ljudi, ukupna dužina DNK u diploidnom setu hromozoma je oko 174 cm, sadrži 3 x 10 9 parova baza i uključuje do 100.000 gena. Godine 1977. otkriven je diskontinuitet u strukturi većine eukariotskih gena, koji je nazvan "mozaični" gen. Ima kodirajuće sekvence nukleotida egzonic I intron parcele. Za sintezu proteina koristi se samo informacija o egzonu. Broj introna varira u različitim genima. Utvrđeno je da gen za pileći ovalbumin uključuje 7 introna, a gen za prokolagen sisara - 50. Funkcije tihe DNK - introna nisu u potpunosti razjašnjene. Pretpostavlja se da obezbeđuju: 1) strukturnu organizaciju hromatina; 2) neki od njih su očigledno uključeni u regulaciju ekspresije gena; 3) introni se mogu smatrati skladištem informacija za varijabilnost; 4) mogu imati zaštitnu ulogu, preuzimajući djelovanje mutagena.
Transkripcija
Proces prepisivanja informacija u ćelijskom jezgru iz dijela molekule DNK u molekulu mRNA (mRNA) naziva se transkripcija(lat. Transcriptio - prepisivanje). Sintetizira se primarni proizvod gena, mRNA. Ovo je prvi korak u sintezi proteina. Na odgovarajućem dijelu DNK, enzim RNA polimeraza prepoznaje znak početka transkripcije - preview Polazna tačka se smatra prvim nukleotidom DNK, koji je enzim uključen u RNA transkript. U pravilu, kodirajuća područja počinju kodonom AUG, ponekad se GUG koristi u bakterijama. Kada se RNA polimeraza veže za promotor, dvostruka spirala DNK se lokalno odmotava i jedan od lanaca se kopira prema principu komplementarnosti. mRNA se sintetiše, njena brzina sklapanja dostiže 50 nukleotida u sekundi. Kako se RNA polimeraza kreće, lanac mRNA raste, a kada enzim dođe do kraja mjesta kopiranja - terminator, mRNA se udaljava od šablona. Dvostruka spirala DNK iza enzima je popravljena.
Transkripcija prokariota se odvija u citoplazmi. Zbog činjenice da se DNK u potpunosti sastoji od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, sintetizirana mRNA odmah djeluje kao šablon za translaciju (vidi gore).
Transkripcija mRNA kod eukariota se dešava u jezgru. Počinje sintezom velikih molekula – prekursora (pro-mRNA), zvanih nezrela ili nuklearna RNK.Primarni proizvod gena – pro-mRNA je tačna kopija transkribovanog DNK regiona, uključuje egzone i introne. Proces formiranja zrelih molekula RNK iz prekursora naziva se obrada. Do sazrevanja mRNA dolazi do spajanje su reznice enzimima restriktaza introne i povezivanje mjesta sa transkribovanim sekvencama egzona pomoću enzima ligaze. (Sl.) Zrela mRNA je mnogo kraća od pro-mRNA prekursorskih molekula, veličina introna u njima varira od 100 do 1000 nukleotida ili više. Introni čine oko 80% sve nezrele mRNA.
Sada se pokazalo da je to moguće alternativno spajanje, u kojoj nukleotidne sekvence mogu biti izbrisane iz jednog primarnog transkripta u njegovim različitim regionima i formiraće se nekoliko zrelih mRNA. Ovaj tip spajanja karakterističan je za sistem gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava formiranje različitih tipova antitela na osnovu jednog transkripta mRNA.
Po završetku obrade, zrela mRNA se odabire prije napuštanja jezgra. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi u citoplazmu, a ostatak se cijepa u jezgru.
Broadcast
Translacija (lat. Translatio - prijenos, prijenos) - prevođenje informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci molekula mRNA u aminokiselinsku sekvencu polipeptidnog lanca (slika 10). Ovo je druga faza sinteze proteina. Prijenos zrele mRNA kroz pore nuklearnog omotača proizvodi posebne proteine koji formiraju kompleks s molekulom RNK. Osim transporta mRNA, ovi proteini štite mRNA od štetnog djelovanja citoplazmatskih enzima. U procesu translacije, tRNA imaju centralnu ulogu, osiguravaju tačnu korespondenciju aminokiseline sa kodom mRNA tripleta. Proces translacije-dekodiranja odvija se u ribosomima i odvija se u smjeru od 5 do 3. Kompleks mRNA i ribozoma naziva se polizom.
Prevođenje se može podijeliti u tri faze: početak, produljenje i završetak.
Iniciranje.
U ovoj fazi se sklapa čitav kompleks uključen u sintezu proteinske molekule. Na određenom mjestu mRNA postoji spoj dvije podjedinice ribosoma, na njega je pričvršćen prvi aminoacil - tRNA i to postavlja okvir za čitanje informacija. Bilo koja molekula mRNA sadrži mjesto koje je komplementarno rRNK male podjedinice ribosoma i koje je specifično kontrolirano. Pored njega je inicijacijski startni kodon AUG, koji kodira aminokiselinu metionin.
Izduženje
- uključuje sve reakcije od trenutka stvaranja prve peptidne veze do dodavanja posljednje aminokiseline. Ribosom ima dva mjesta za vezivanje dva molekula tRNA. Prva t-RNA s aminokiselinom metioninom nalazi se u jednom dijelu, peptidil (P), i od nje počinje sinteza bilo kojeg proteinskog molekula. Drugi molekul t-RNA ulazi na drugo mjesto ribozoma - aminoacil (A) i veže se za njegov kodon. Između metionina i druge amino kiseline formira se peptidna veza. Druga tRNA se kreće zajedno sa svojim kodonom mRNA do peptidilnog centra. Kretanje tRNK sa polipeptidnim lancem od aminoacilnog centra do peptidilnog centra je praćeno napredovanjem ribozoma duž mRNK korakom koji odgovara jednom kodonu. tRNA koja je isporučila metionin vraća se u citoplazmu, a amnoacil centar se oslobađa. Prima novu t-RNA sa aminokiselinom šifrovanom sledećim kodonom. Između treće i druge aminokiseline nastaje peptidna veza, a treća tRNA zajedno sa kodonom mRNA prelazi u peptidilni centar.Proces elongacije, izduživanja lanca proteina. Nastavlja se sve dok jedan od tri kodona koji ne kodiraju aminokiseline ne uđe u ribozom. Ovo je terminator kodon i za njega ne postoji odgovarajuća tRNA, tako da nijedna tRNA ne može zauzeti mjesto u aminoacilnom centru.
Raskid
- završetak sinteze polipeptida. Povezan je sa prepoznavanjem od strane specifičnog ribosomskog proteina jednog od terminacionih kodona (UAA, UAG, UGA) kada uđe u aminoacil centar. Za ribosom je vezan poseban terminacijski faktor, koji potiče odvajanje podjedinica ribosoma i oslobađanje sintetiziranog proteinskog molekula. Voda je vezana za posljednju aminokiselinu peptida i njegov karboksilni kraj je odvojen od tRNA.
Sastavljanje peptidnog lanca odvija se velikom brzinom. Kod bakterija na temperaturi od 37°C izražava se dodavanjem 12 do 17 aminokiselina u sekundi polipeptidu. U eukariotskim ćelijama, dvije aminokiseline se dodaju polipeptidu u jednoj sekundi.
Sintetizirani polipeptidni lanac tada ulazi u Golgijev kompleks, gdje se završava izgradnja proteinskog molekula (druga, treća, četvrta struktura se pojavljuju uzastopno). Ovdje dolazi do kompleksiranja proteinskih molekula sa mastima i ugljikohidratima.
Čitav proces biosinteze proteina predstavljen je u obliku šeme: DNK ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptidni lanac ® protein ® kompleksiranje proteina i njihova transformacija u funkcionalno aktivne molekule.
Faze implementacije nasljedne informacije također se odvijaju na sličan način: prvo se transkribuje u nukleotidnu sekvencu mRNA, a zatim prevodi u aminokiselinsku sekvencu polipeptida na ribosomima uz sudjelovanje tRNA.
Transkripcija eukariota se vrši pod dejstvom tri nuklearne RNA polimeraze. RNA polimeraza 1 nalazi se u nukleolusu i odgovorna je za transkripciju rRNA gena. RNA polimeraza 2 nalazi se u nuklearnom soku i odgovorna je za sintezu prekursora mRNA. RNA polimeraza 3 je mali dio u nuklearnom soku koji sintetizira male rRNA i tRNA. RNA polimeraze specifično prepoznaju nukleotidnu sekvencu promotora transkripcije. Eukariotska mRNA se prvo sintetizira kao prekursor (pro-mRNA), a informacije iz egzona i introna joj se otpisuju. Sintetizirana mRNA je veća nego što je potrebno za translaciju i manje je stabilna.
U procesu sazrijevanja molekule mRNA, introni se izrezuju uz pomoć restrikcijskih enzima, a egzoni se spajaju uz pomoć enzima ligaze. Sazrijevanje mRNA naziva se procesiranje, a spajanje egzona naziva se spajanje. Dakle, zrela mRNA sadrži samo egzone i mnogo je kraća od svog prethodnika, pro-mRNA. Veličine introna variraju od 100 do 10.000 nukleotida ili više. Intoni čine oko 80% sve nezrele mRNA. Trenutno je dokazana mogućnost alternativnog spajanja, u kojem se nukleotidne sekvence mogu izbrisati iz jednog primarnog transkripta u njegovim različitim regijama i formirati nekoliko zrelih mRNA. Ovaj tip spajanja karakterističan je za sistem gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava formiranje različitih tipova antitela na osnovu jednog transkripta mRNA. Po završetku obrade, zrela mRNA se odabire prije nego što se pusti u citoplazmu iz jezgra. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNK ulazi, a ostatak se cijepa u jezgru. Transformacija primarnih transkriptona eukariotskih gena, povezana sa njihovom egzon-intron organizacijom, a u vezi sa tranzicijom zrele mRNA iz jezgra u citoplazmu, određuje karakteristike realizacije genetske informacije eukariota. Stoga, gen za mozaik eukariota nije gen cistronoma, jer se ne koristi sva sekvenca DNK za sintezu proteina.
Transkripcija u biologiji je višestepeni proces čitanja informacija iz DNK, koja je sastavni dio.Nukleinska kiselina je nosilac genetske informacije u tijelu, pa je važno da je pravilno dešifrujemo i prenesemo u druge ćelijske strukture radi daljeg sklapanja. peptida.
Definicija "transkripcije u biologiji"
Sinteza proteina je glavni vitalni proces u bilo kojoj ćeliji tijela. Bez stvaranja peptidnih molekula nemoguće je održati normalnu životnu aktivnost, jer su ova organska jedinjenja uključena u sve metaboličke procese, strukturne su komponente mnogih tkiva i organa, imaju signalnu, regulatornu i zaštitnu ulogu u organizmu.
Proces kojim započinje biosinteza proteina je transkripcija. Biologija ga ukratko dijeli na tri faze:
- Iniciranje.
- Elongacija (rast RNK lanca).
- Raskid.
Transkripcija u biologiji je čitav niz reakcija korak po korak, kao rezultat kojih se molekule RNK sintetiziraju na DNK šablonu. Štaviše, na ovaj način ne nastaju samo informacijske ribonukleinske kiseline, već i transportne, ribosomske, male nuklearne i druge.
Kao i svaki biohemijski proces, transkripcija zavisi od mnogo faktora. Prije svega, to su enzimi koji se razlikuju između prokariota i eukariota. Ovi specijalizirani proteini pomažu u pokretanju i preciznom izvođenju transkripcijskih reakcija, što je važno za visokokvalitetni izlaz proteina.
Transkripcija prokariota
Budući da je transkripcija u biologiji sinteza RNK na DNK šablonu, glavni enzim u ovom procesu je DNK-ovisna RNA polimeraza. U bakterijama postoji samo jedna vrsta takvih polimeraza za sve molekule.
RNA polimeraza, prema principu komplementarnosti, kompletira RNA lanac koristeći šablonski lanac DNK. Ovaj enzim ima dvije β-podjedinice, jednu α-podjedinicu i jednu σ-podjedinicu. Prve dvije komponente obavljaju funkciju formiranja tijela enzima, a preostale dvije su odgovorne za zadržavanje enzima na molekuli DNK i prepoznavanje promotorskog dijela dezoksiribonukleinske kiseline.
Inače, sigma faktor je jedan od znakova po kojima se prepoznaje ovaj ili onaj gen. Na primjer, latinično slovo σ sa indeksom N znači da ova RNA polimeraza prepoznaje gene koji se uključuju kada postoji nedostatak dušika u okolini.
Transkripcija kod eukariota
Za razliku od bakterija, transkripcija je nešto složenija kod životinja i biljaka. Prvo, u svakoj ćeliji ne postoji jedna, već čak tri vrste različitih RNK polimeraza. Među njima:
- RNA polimeraza I. Odgovorna je za transkripciju ribosomalnih RNK gena (sa izuzetkom 5S RNA podjedinica ribozoma).
- RNA polimeraza II. Njegov zadatak je da sintetiše normalne informacione (matrične) ribonukleinske kiseline, koje su dalje uključene u translaciju.
- RNA polimeraza III. Funkcija ove vrste polimeraze je da sintetiše kao i 5S-ribosomalnu RNK.
Drugo, za prepoznavanje promotora u eukariotskim ćelijama nije dovoljno imati samo polimerazu. Pokretanje transkripcije također uključuje posebne peptide zvane TF proteini. Samo uz njihovu pomoć RNA polimeraza može sjesti na DNK i započeti sintezu molekula ribonukleinske kiseline.
Značenje transkripcije
Molekul RNK, koji se formira na matrici DNK, potom se veže za ribozome, gdje se iz nje čitaju informacije i sintetizira se protein. Proces stvaranja peptida je veoma važan za ćeliju, jer bez ovih organskih spojeva nemoguća je normalna životna aktivnost: oni su, prije svega, osnova za najvažnije enzime svih biohemijskih reakcija.
Transkripcija u biologiji je također izvor rRNA, koje su također tRNA koje su uključene u prijenos aminokiselina tokom translacije u ove nemembranske strukture. snRNA (male nuklearne jezgre) također se mogu sintetizirati, čija je funkcija spajanje svih RNA molekula.
Zaključak
Prevođenje i transkripcija u biologiji igraju izuzetno važnu ulogu u sintezi proteinskih molekula. Ovi procesi su glavna komponenta središnje dogme molekularne biologije, koja kaže da se RNK sintetizira na matrici DNK, a RNK je, zauzvrat, osnova za početak formiranja proteinskih molekula.
Bez transkripcije, bilo bi nemoguće pročitati informacije kodirane u tripletima deoksiribonukleinske kiseline. Ovo još jednom dokazuje važnost procesa na biološkom nivou. Svaka stanica, bila prokariotska ili eukariotska, mora stalno sintetizirati nove i nove proteinske molekule koje su u ovom trenutku potrebne za održavanje života. Stoga je transkripcija u biologiji glavna faza u radu svake pojedinačne ćelije tijela.
RNA biosinteza - transkripcija - proces čitanja genetskih informacija iz DNK, u kojem je nukleotidna sekvenca DNK kodirana kao RNA nukleotidna sekvenca. Koristi se kao energija i supstrat - nukleozid-3-fosfat sa ribozom. Zasnovan je na princip komplementarnosti- konzervativni proces - nova jednolančana RNA se sintetiše tokom cijele interfaze, počinje u određenim područjima - promotorima, završava se terminatorima, a dio između njih - operon (trankripton) - sadrži jedan ili više funkcionalno povezanih gena, ponekad sadrži gene koji ne kodiraju proteine. Razlike u transkripciji: 1) pojedinačni geni su transkribovani. 2) nije potreban prajmer. 3) riboza je uključena u RNK, a ne deoksiriboza.
Koraci transkripcije: 1) vezivanje RNK polimeraze za DNK. 2) inicijacija - formiranje RNK lanca. 3) produžavanje ili rast RNK lanca. 4) raskid.
Faza 1 – mjesto za koje se veže RNA polimeraza naziva se promotor (40 parova nukleotida) – ima mjesto za prepoznavanje, vezivanje, inicijaciju. RNA polimeraza, prepoznajući promotor, sjeda na njega i formira se zatvoreni promotorski kompleks u kojem se DNK spiralizira i kompleks se lako može disocirati i preći u otvoreni promotorski kompleks - veze su jake, azotna baza se okreće prema van.
2. faza - iniciranje Sinteza RNK se sastoji u formiranju nekoliko karika u lancu RNK, sinteza počinje na jednom DNK lancu 3'-5' i ide u pravcu 5'-3'. Faza se završava odvajanjem b-podjedinice.
Faza 3 - izduženje- produženje RNA lanca - nastaje zbog Core-rRNA polimeraze. DNK lanac je despiralizovan na 18 parova, a na 12 - hibrid - uobičajeni hibrid DNK i RNK. RNK polimeraza se kreće duž lanca DNK, a nakon obnove lanca DNK. Kod eukariota, kada RNK dostigne 30 nukleotida, na 5' kraju se formira zaštitna CEP struktura.
Faza 4 - raskid- javlja se na terminatorima. U lancu postoji mjesto bogato GC, a zatim od 4 do 8 uzastopnih A. Nakon prolaska kroz to mjesto, u RNA proizvodu se formira ukosnica i enzim ne ide dalje, sinteza se zaustavlja. Važnu ulogu igra faktor terminacije proteina - rho i tower. Dok je sinteza trajala, pirofosfat je inhibirao rho protein, jer enzim je stao (ukosnica) zaustavljena je sinteza fosforne kiseline. Rho protein se aktivira i pokazuje aktivnost nukleozid fosfataze, što dovodi do oslobađanja RNK, RNA polimeraze, koja se dalje kombinuje sa podjedinicom.
Obrada - Sazrevanje RNK. Uključuje: 1) formiranje CEP-a na 5'-kraju, koji je uključen u vezivanje za ribozom. 2) poliadenilacija se događa na 3'-kraju i formira se rep od sto do dvije stotine adenil nukleotida, štiti '-kraj od djelovanja nukleaza i pomaže u prolasku kroz nuklearne pore i igra ulogu u vezivanju za ribozom. 3) spajanje - izrezane su nekodirajuće sekvence - introni. To se događa na dva načina: a) provodi ga spliceosom - to je nukleoprotein koji sadrži niz proteina i malu nuklearnu RNK. U početku se introni izvlače, ostavljajući samo kodirajuće sekvence – egzone. Enzimi endonukleaze se presecaju i ligaze ligiraju preostale egzone. TO. introni su nestali. Alternativno spajanje - na istoj sekvenci nukleinske kiseline, RNK formira nekoliko proteina. Samospajanje je samouklanjanje introna. Poremećaji spajanja: 1) sistemski eritematozni lupus. 2) fenilketonurija. 3) hemoglobinopatija. Matrična RNK prokariota se ne obrađuje, jer nemaju introne. tRNA obrada. Prekursor tRNA se cijepa i nukleotid 5'-3'Q P se odcjepljuje. CCA sekvenca sa OH grupom je vezana za 3'-kraj, a fosforilirana purinska baza je vezana za 5'-kraj. Duhidrouridinska petlja - ARSase. rRNA obrada. Prekursor rRNA, proribosomalna 45S RNA, sintetizira se u nukleolusu i izlaže ribonukleazama da formira 5.8S 18S 28S. Oni su 70% spiralizirani. rRNA igra ulogu u formiranju ribozoma i uključena je u katalitičke procese. Podjedinica se formira od rRNA u jezgru. Mala podjedinica je 30S, velika podjedinica je 50S, a ribosom 70S se formira kod prokariota, kod eukariota 40S + 60S = 80S. Do formiranja ribosoma dolazi u citoplazmi.
Ribosomska mjesta za vezivanje RNK: 1) u malim podjedinicama koje imaju Shine-Dalgorn mRNA sekvencu 5'GGAGG3' 3'CCUCC5'. Messenger RNA je vezana za malu podjedinicu. Kod eukariota, CEP-vezujuće mjesto za mRNA. tRNA vezujuće mjesto: a) P-mesta - peptidil centar za vezivanje mRNK za rastući peptidni lanac - peptidil-tRNA-vezivanje. b) A-presek - za vezu tRNK sa aminokiselinom - aminoacil mesto 2) U velikoj podjedinici, E-presek sa aktivnošću peptidil transferaze.
reverzna transkripcija karakterističan za retroviruse ili viruse koji sadrže RNK - virus HIV infekcije, onkovirusi.
Na lancu RNK dolazi do sinteze DNK pod djelovanjem enzima reverzne transkriptaze ili reverznetaze, ili DNK RNA polimeraze. Invazijom na ćeliju domaćina dolazi do sinteze DNK u koju se ona integriše u DNK domaćina i počinje transkripcija njene RNK i sinteza vlastitih proteina.
Genetski kod, njegove karakteristike. Genetski kod je nukleotidna sekvenca rRNA molekula koja sadrži kodne riječi za svaku aminokiselinu. Sastoji se od određenog niza nukleotida u molekuli DNK.
Karakteristično. 1) genetski kod je triplet – tj. svaki a/k je šifrovan sa tri nukleotida. 2) genetski kod za a/c je degenerisan ili suvišan - velika većina a/c je kodirana s nekoliko kodona. Ukupno se formiraju 64 tripleta, od kojih 61 triplet kodira određeni a/c, a tri tripleta - AUG, UAA, UGA su nonsens kodoni, jer oni ne kodiraju nijedan od 20 a/c, oni obavljaju funkciju završetka sinteze. 3) Genetski kod je kontinuiran, nema znakova interpunkcije, tj. signali koji ukazuju na kraj jedne trojke i početak druge. Kod je linearan, jednosmjeran, kontinuiran. Na primjer - ATSGUTSGATSTS. 4) AUG triplet služi kao kodon za aktivaciju sinteze. 5) Genetski kod je univerzalan.
22. Emitovanje - biosinteza proteina. Faze prevođenja: 1) inicijacija. 2) izduženje. 3) raskid. Iniciranje- A/C je aktiviran.
Početna aatRNA će interagirati sa 1 a/c budućeg proteina samo sa karboksilnom grupom, a 1 a/c može dati samo NH 2 grupu za sintezu, tj. sinteza proteina počinje na N-kraju.
Sastavljanje inicijalnog kompleksa na maloj podčestici. Faktori: 30S mRNA fomilmetionil tRNA IF 123 Mg 2+ GTP je izvor energije
Mala podjedinica napunjena faktorima inicijacije pronalazi startni kodon AUG ili GUG na mRNA i postavlja okvir čitanja prema njemu; startni kodon je postavljen na P mjesto. Približava mu se formlmetionil tRNA, što je praćeno oslobađanjem faktora IF 3, zatim se spaja velika podjedinica i oslobađaju se IF 1 i IF2, dolazi do hidrolize 1GTP i formira se ribosom. Izduženje je radni ciklus ribozoma. Uključuje tri koraka: 1) vezivanje aatRNA za A-mjesto; P-lokacija je zauzeta – potrebni su faktori elongacije EF-TU, EF-TS i GTP. Faktori elongacije kod prokariota: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Translokacija– prvo, EF-G deacilirana tRNA P-mjesta napušta ribozom, pomičući 1 triplet prema 3’ kraju; kretanje peptida od A do P-mesta - koristi se GTP i faktor elongacije - EF-G-translokaza, A - mesto je ponovo slobodno i proces se ponavlja. Raskid– prepoznavanje terminacionih kodona UAA, UGA, UAG uz pomoć oslobađajućih faktora RF 1 2 3. Kada terminalni kodon uđe na A-mjesto, tRNA se na njega ne veže, ali se vezuje jedan od faktora terminacije koji blokira elongaciju, što je praćeno aktivacijom esterazne aktivnosti mjesta peptidil transferaze E. Dolazi do hidrolize esterskih veza između peptida i tRNA, ribosom napušta peptid, tRNA i disocira u podjedinice koje se potom mogu koristiti.
Formiranje strukture se događa istovremeno uz pomoć proteina šaperona - proteina toplotnog šoka. Sinteza jedne peptidne veze troši 1ATP za aminoacilaciju tRNA (vezivanje aminokiseline), 1GTP za povezivanje aatRNA sa A-mjestom i 1GTP za translokaciju. Potrošnja energije je oko 4 makroergijske veze za sintezu jedne peptidne veze.
23. Laktoza operon. Replikacija je regulirana koncentracijom DNK proteina i gvanozin tetrafosfata. Glavna regulacija ekspresije gena vrši se na nivou transkripcije (u zavisnosti od faze razvoja ćelije, svih faktora, delovanja hormona i drugih regulatornih komponenti). U različitim ćelijama tkiva eksprimirano je samo 5% gena, 97% tihih - otpadna DNK - regulatori transkripcije su kronomeri i niz regulatornih sekvenci. Ako vezanje regulatornog proteina za DNK uzrokuje transkripciju, onda je to pozitivna (+) regulacija, ako je supresija transkripcije negativna (-) regulacija. Pozitivna regulacija- gen je isključen, vezanje proteina regulatora dovodi do početka sinteze, kao rezultat toga, gen je uključen. TO. regulatorni protein može biti induktor ili aktivator . Negativna regulacija- gen je uključen, sinteza RNK je u toku, ako se doda proteinski regulatorni faktor (inhibitor ili represor sinteze proteina), gen se isključuje. Mnogi hormoni i drugi faktori utiču na vezivanje proteina regulatora. E. coli laktozni operon- negativna regulativa. Glavni elementi njegovog rada: u molekuli DNK - regulatorno mjesto, promotor, prooperon i tri strukturna gena: lag 1, lag 2, lag 3 i terminator. Lag 1 - vrši sintezu enzima laktaze ili beta-galaktozidaze. Lag 2 je enzim permiase uključen u transport laktoze kroz membranu. Lag 3 je enzim transacilaza. Regulator - sinteza mRNA na ribosomu, dovodi do stvaranja proteina represora, vezuje se za operatera (jer ima afinitet), sjedi na njemu, a pošto se regioni promotora i operona se preklapaju - RNA polimeraza se ne može vezati za promotor i transkripcija je isključena. Glukoza i galaktoza obezbeđuju sličnost represora i operatera. Ako nema sličnosti, laktoza stupa u interakciju sa represorom, mijenjajući njegovu transformaciju i ne sjedi na operonu, jer gubi sličnost sa njim. RNA polimeraza sjedi na promotoru i počinje transkripcija glasničke RNK. Laktoza je induktor, a proces je indukcija, oblik downregulacije, tzv. jer se transkripcija prekida dodavanjem represora i njenim cijepanjem započinje sinteza. Pozitivna regulacija - TATA faktor– ima sličnosti sa područjem TATA kutije. TATA faktor se nalazi na TATA kutiji - signal za RNA polimerazu da prepozna svoj promotor, sjedi na njemu i započinje transkripciju susjednih gena. Kod prokariota prevladava negativna regulacija; za eukariote to nije od koristi. Pojačivači (pojačivači transkripcije) + regulatorni protein dovode do povećane transkripcije. Sincers + regulatorni protein à isključuje transkripciju i mijenja strukturu hromozoma.
