Promena DNK. DNK i geni Protok genetskih informacija dna RNA protein

Svi znamo da se izgled osobe, neke navike, pa čak i bolesti nasljeđuju. Sve ove informacije o živom biću su kodirane u genima. Dakle, kako izgledaju ovi zloglasni geni, kako funkcionišu i gdje se nalaze?

Dakle, nosilac svih gena bilo koje osobe ili životinje je DNK. Ovo jedinjenje je otkrio Johann Friedrich Miescher 1869. Hemijski, DNK je deoksiribonukleinska kiselina. Šta to znači? Kako ova kiselina nosi genetski kod cijelog života na našoj planeti?

Počnimo tako što ćemo pogledati gdje se nalazi DNK. U ljudskoj ćeliji postoji mnogo organela koje obavljaju različite funkcije. DNK se nalazi u jezgru. Jezgro je mala organela koja je okružena posebnom membranom koja pohranjuje sav genetski materijal - DNK.

Koja je struktura molekula DNK?

Prvo, pogledajmo šta je DNK. DNK je veoma dugačak molekul koji se sastoji od strukturnih elemenata - nukleotida. Postoje 4 vrste nukleotida - adenin (A), timin (T), gvanin (G) i citozin (C). Lanac nukleotida shematski izgleda ovako: GGAATTSTAAG.... Ovaj niz nukleotida je DNK lanac.

Strukturu DNK prvi su dešifrovali 1953. James Watson i Francis Crick.

U jednom molekulu DNK postoje dva lanca nukleotida koji su spiralno uvrnuti jedan oko drugog. Kako se ovi nukleotidni lanci drže zajedno i uvijaju u spiralu? Ovaj fenomen je zbog svojstva komplementarnosti. Komplementarnost znači da samo određeni nukleotidi (komplementarni) mogu biti jedan naspram drugog u dva lanca. Dakle, suprotni adenin je uvijek timin, a suprotni gvanin je uvijek samo citozin. Dakle, gvanin je komplementaran sa citozinom, a adenin sa timinom.Takvi parovi nukleotida jedan naspram drugog u različitim lancima nazivaju se i komplementarni.

Može se shematski predstaviti na sljedeći način:

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

Ovi komplementarni parovi A - T i G - C formiraju hemijsku vezu između nukleotida para, a veza između G i C je jača nego između A i T. Veza se formira striktno između komplementarnih baza, tj. veze između nekomplementarnih G i A je nemoguće.

"Pakovanje" DNK, kako lanac DNK postaje hromozom?

Zašto se ovi nukleotidni lanci DNK također uvijaju jedan oko drugog? Zašto je ovo potrebno? Činjenica je da je broj nukleotida ogroman i da vam je potrebno puno prostora za smještaj tako dugih lanaca. Iz tog razloga, postoji spiralno uvijanje dva lanca DNK oko drugog. Ovaj fenomen se naziva spiralizacija. Kao rezultat spiralizacije, lanci DNK se skraćuju za 5-6 puta.

Neke molekule DNK tijelo aktivno koristi, dok se druge rijetko koriste. Tako rijetko korišteni molekuli DNK, osim helikalizacije, prolaze još kompaktnije “pakovanje”. Ovako kompaktno pakovanje naziva se supercoiling i skraćuje lanac DNK za 25-30 puta!

Kako je DNK helix upakovan?

Za supernamotavanje koriste se histonski proteini koji imaju izgled i strukturu štapa ili kalema konca. Spiralizirani lanci DNK su namotani na ove "zavojnice" - histonske proteine. Na ovaj način, duga nit postaje vrlo kompaktno upakovana i zauzima vrlo malo prostora.

Ako je potrebno koristiti jednu ili drugu molekulu DNK, dolazi do procesa "odmotavanja", odnosno "odmotava" se nit DNK od "zavojnice" - proteina histona (ako je na njemu bila namotana) i odmotava se od spiralu u dva paralelna lanca. A kada je molekul DNK u tako neuvijenom stanju, onda se iz njega mogu očitati potrebne genetske informacije. Štaviše, čitanje genetskih informacija se dešava samo iz neupletenih DNK lanaca!

Skup supernamotanih hromozoma se naziva heterohromatin, i hromozomi dostupni za čitanje informacija - euhromatin.

Šta su geni, kakav je njihov odnos sa DNK?

Pogledajmo sada šta su geni. Poznato je da postoje geni koji određuju krvnu grupu, boju očiju, kose, kože i mnoga druga svojstva našeg tijela. Gen je strogo definirani dio DNK, koji se sastoji od određenog broja nukleotida raspoređenih u strogo definiranoj kombinaciji. Lokacija u strogo definisanom dijelu DNK znači da određeni gen ima svoje mjesto i to mjesto je nemoguće promijeniti. Prikladno je napraviti takvo poređenje: osoba živi u određenoj ulici, u određenoj kući i stanu, a osoba se ne može samovoljno preseliti u drugu kuću, stan ili u drugu ulicu. Određeni broj nukleotida u genu znači da svaki gen ima određeni broj nukleotida i ne može postati veći ili manji. Na primjer, gen koji kodira proizvodnju inzulina dugačak je 60 parova baza; gen koji kodira proizvodnju hormona oksitocina je 370 bp.

Stroga nukleotidna sekvenca je jedinstvena za svaki gen i striktno definirana. Na primjer, AATTAATA sekvenca je fragment gena koji kodira proizvodnju inzulina. Da bi se dobio inzulin koristi se upravo takav slijed, a za dobivanje, na primjer, adrenalina koristi se druga kombinacija nukleotida. Važno je shvatiti da samo određena kombinacija nukleotida kodira određeni "proizvod" (adrenalin, inzulin, itd.). Takva jedinstvena kombinacija određenog broja nukleotida, koja stoji na "svom mjestu" - to je gen.

Osim gena, u lancu DNK nalaze se i takozvane "nekodirajuće sekvence". Takve nekodirajuće sekvence nukleotida reguliraju funkcioniranje gena, pomažu spiralizaciju hromozoma i označavaju početnu i krajnju tačku gena. Međutim, do danas, uloga većine nekodirajućih sekvenci ostaje nejasna.

Šta je hromozom? polni hromozomi

Celokupnost gena pojedinca naziva se genom. Naravno, čitav genom se ne može upakovati u jednu DNK. Genom je podijeljen na 46 parova DNK molekula. Jedan par molekula DNK naziva se hromozom. Dakle, upravo tih hromozoma osoba ima 46 komada. Svaki hromozom nosi striktno određen skup gena, na primjer, 18. hromozom sadrži gene koji kodiraju boju očiju, itd. Hromozomi se međusobno razlikuju po dužini i obliku. Najčešći oblici su u obliku X ili Y, ali postoje i drugi. Osoba ima dva hromozoma istog oblika, koji se nazivaju upareni (parovi). U vezi s takvim razlikama, svi upareni hromozomi su numerisani - ima 23 para. To znači da postoji par hromozoma #1, par #2, #3 i tako dalje. Svaki gen odgovoran za određenu osobinu nalazi se na istom hromozomu. U modernim priručnicima za specijaliste, lokalizacija gena može biti naznačena, na primjer, na sljedeći način: kromosom 22, duga ruka.

Koje su razlike između hromozoma?

Po čemu se još hromozomi razlikuju jedni od drugih? Šta znači pojam duga ruka? Uzmimo hromozome u obliku slova X. Ukrštanje lanaca DNK može se dogoditi striktno u sredini (X), ili ne centralno. Kada se takav presek lanaca DNK ne događa centralno, tada su u odnosu na točku ukrštanja neki krajevi duži, drugi su kraći. Takvi dugi krajevi se obično nazivaju dugim krakom hromozoma, a kratki krajevi, odnosno kratkim krakom. Kromozomi u obliku slova Y uglavnom su okupirani dugim kracima, a kratki su vrlo mali (nisu čak ni naznačeni na šematskoj slici).

Veličina hromozoma varira: najveći su hromozomi parova br. 1 i br. 3, najmanji hromozomi parova br. 17, br. 19.

Osim oblika i veličine, kromosomi se razlikuju po svojim funkcijama. Od 23 para, 22 para su somatska, a 1 par je seksualni. Šta to znači? Somatski hromozomi određuju sve vanjske znakove pojedinca, karakteristike njegovih reakcija u ponašanju, nasljedni psihotip, odnosno sve osobine i karakteristike svake pojedinačne osobe. Par polnih hromozoma određuje pol osobe: muško ili žensko. Postoje dva tipa ljudskih polnih hromozoma - X (X) i Y (Y). Ako se kombinuju kao XX (x - x) - ovo je žena, a ako XY (x - y) - imamo muškarca ispred sebe.

Nasljedne bolesti i oštećenja hromozoma

Međutim, dolazi do "kvarova" genoma, zatim se kod ljudi otkrivaju genetske bolesti. Na primjer, kada se u 21 paru hromozoma nalaze tri hromozoma umjesto dva, osoba se rađa s Downovim sindromom.

Mnogo je manjih "kvarova" genetskog materijala koji ne dovode do pojave bolesti, već, naprotiv, daju dobra svojstva. Svi "kvarovi" genetskog materijala nazivaju se mutacije. Mutacije koje dovode do bolesti ili pogoršanja svojstava organizma smatraju se negativnim, a mutacije koje dovode do stvaranja novih korisnih svojstava smatraju se pozitivnim.

Međutim, u odnosu na većinu bolesti od kojih ljudi danas boluju, nije bolest koja je nasljedna, već samo predispozicija. Na primjer, kod oca djeteta šećer se apsorbira sporo. To ne znači da će se dijete roditi sa dijabetesom, ali će dijete imati predispoziciju. To znači da ako dijete zloupotrebljava slatkiše i proizvode od brašna, tada će razviti dijabetes.

Danas je tzv predikativnu lijek. U okviru ove medicinske prakse kod osobe se identifikuju predispozicije (na osnovu identifikacije odgovarajućih gena), a zatim mu se daju preporuke – koju dijetu da se pridržava, kako pravilno izmjenjivati ​​režim rada i odmora kako ne bi oboljeli od bolesti. bolestan.

Kako pročitati informacije kodirane u DNK?

Ali kako možete pročitati informacije sadržane u DNK? Kako to njeno tijelo koristi? Sama DNK je neka vrsta matrice, ali nije jednostavna, već kodirana. Da bi se pročitala informacija iz DNK matrice, ona se prvo prenosi na poseban nosač - RNK. RNK je hemijski ribonukleinska kiselina. Od DNK se razlikuje po tome što može proći kroz nuklearnu membranu u ćeliju, dok DNK nema tu sposobnost (može se naći samo u jezgri). Kodirane informacije se koriste u samoj ćeliji. Dakle, RNK je nosilac kodiranih informacija od jezgra do ćelije.

Kako dolazi do sinteze RNK, kako se uz pomoć RNK sintetiše protein?

Lanci DNK iz kojih se informacija mora „čitati“ su raspleteni, prilazi im poseban enzim, „graditelj“, koji paralelno sa lancem DNK sintetiše komplementarni lanac RNK. Molekul RNK se takođe sastoji od 4 vrste nukleotida - adenina (A), uracila (U), guanina (G) i citozina (C). U ovom slučaju, sljedeći parovi su komplementarni: adenin - uracil, guanin - citozin. Kao što vidite, za razliku od DNK, RNK koristi uracil umjesto timina. Odnosno, enzim "graditelj" radi na sljedeći način: ako vidi A u lancu DNK, onda veže Y za lanac RNK, ako G, onda veže C, itd. Tako se od svakog aktivnog gena tokom transkripcije formira šablon - kopija RNK koja može proći kroz nuklearnu membranu.

Kako je sinteza proteina kodirana određenim genom?

Nakon napuštanja jezgra, RNK ulazi u citoplazmu. RNK se već u citoplazmi može, kao matriks, ugraditi u posebne enzimske sisteme (ribozome), koji mogu sintetizirati, vođeni informacijom RNK, odgovarajuću sekvencu aminokiselina proteina. Kao što znate, proteinski molekul se sastoji od aminokiselina. Kako ribosom uspijeva znati koju aminokiselinu da se veže na rastući proteinski lanac? Ovo se radi na osnovu trojnog koda. Triplet kod znači da sekvenca od tri nukleotida lanca RNK ( trojka, na primjer, GGU) kod za jednu aminokiselinu (u ovom slučaju, glicin). Svaka aminokiselina je kodirana specifičnim tripletom. I tako, ribosom "čita" triplet, određuje koju aminokiselinu treba dodati sljedeće dok se informacija čita u RNK. Kada se formira lanac aminokiselina, on poprima određeni prostorni oblik i postaje protein sposoban da obavlja enzimske, građevne, hormonalne i druge funkcije koje su mu dodijeljene.

Protein za svaki živi organizam je genski proizvod. Proteini su ti koji određuju sva različita svojstva, kvalitete i vanjske manifestacije gena.

Vrijeme u kojem živimo obilježeno je nevjerovatnim promjenama, ogromnim napretkom, kada ljudi dobijaju odgovore na sve nova pitanja. Život se ubrzano kreće naprijed, a ono što se donedavno činilo nemogućim počinje da se ostvaruje. Sasvim je moguće da će ono što danas izgleda kao zaplet iz žanra naučne fantastike uskoro dobiti i crte stvarnosti.

Jedno od najvažnijih otkrića u drugoj polovini dvadesetog veka bile su nukleinske kiseline RNK i DNK, zahvaljujući kojima se čovek približio razotkrivanju misterija prirode.

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su organska jedinjenja visoke molekularne težine. Oni uključuju vodonik, ugljik, dušik i fosfor.

Otkrio ih je 1869. F. Misher, koji je istraživao gnoj. Međutim, tada se njegovom otkriću nije pridavao veliki značaj. Tek kasnije, kada su ove kiseline pronađene u svim životinjskim i biljnim ćelijama, došlo je do razumevanja njihove ogromne uloge.

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: RNK i DNK (ribonukleinske i deoksiribonukleinske kiseline). Ovaj članak je posvećen ribonukleinskoj kiselini, ali za opće razumijevanje razmotrit ćemo i što je DNK.

Šta

DNK se sastoji od dva lanca koji su povezani prema zakonu komplementarnosti vodoničnim vezama između azotnih baza. Dugi lanci su uvijeni u spiralu, jedan zavoj sadrži skoro deset nukleotida. Promjer dvostruke spirale je dva milimetra, udaljenost između nukleotida je oko pola nanometra. Dužina jednog molekula ponekad doseže nekoliko centimetara. Dužina DNK u jezgru ljudske ćelije je skoro dva metra.

Struktura DNK sadrži svu DNK koja ima replikaciju, što znači proces tokom kojeg se od jednog molekula formiraju dvije potpuno identične kćerke molekule.

Kao što je već napomenuto, lanac se sastoji od nukleotida, koji se sastoje od dušičnih baza (adenin, gvanin, timin i citozin) i ostatka fosforne kiseline. Svi nukleotidi se razlikuju po dušičnim bazama. Vodikova veza se ne javlja između svih baza; adenin, na primjer, može se kombinirati samo s timinom ili gvaninom. Dakle, adenil nukleotida u tijelu ima koliko i timidil nukleotida, a broj guanil nukleotida jednak je citidil nukleotidima (Chargaffovo pravilo). Ispostavilo se da slijed jednog lanca unaprijed određuje slijed drugog, a čini se da lanci zrcali jedan drugog. Takav obrazac, gdje su nukleotidi dva lanca raspoređeni na uredan način, a također su povezani selektivno, naziva se princip komplementarnosti. Osim vodonikovih spojeva, dvostruka spirala također djeluje hidrofobno.

Dva lanca su u suprotnim smjerovima, odnosno nalaze se u suprotnim smjerovima. Dakle, nasuprot tri "-kraj jednog je pet"-kraj drugog lanca.

Izvana, podsjeća na spiralno stepenište, čija je ograda šećerno-fosfatna kičma, a stepenice su komplementarne dušične baze.

Šta je ribonukleinska kiselina?

RNK je nukleinska kiselina sa monomerima zvanim ribonukleotidi.

Po hemijskim svojstvima, veoma je sličan DNK, jer su oba polimeri nukleotida, koji su fosforilovani N-glikozid koji je izgrađen na ostatku pentoze (šećera sa pet ugljenika), sa fosfatnom grupom na petom atomu ugljika i dušikova baza na prvom atomu ugljika.

To je jedan polinukleotidni lanac (osim virusa), koji je mnogo kraći od DNK.

Jedan RNA monomer su ostaci sljedećih supstanci:

• dušične baze;
• pet-ugljični monosaharid;
• fosforne kiseline.

RNK imaju pirimidinsku (uracil i citozin) i purinsku (adenin, gvanin) baze. Riboza je monosaharid nukleotida RNK.

Razlike između RNK i DNK

Nukleinske kiseline se međusobno razlikuju po sljedećim svojstvima:

• njegova količina u ćeliji zavisi od fiziološkog stanja, starosti i pripadnosti organa;
• DNK sadrži ugljikohidrat deoksiribozu, a RNK ribozu;
• dušična baza u DNK je timin, au RNK je uracil;
• klase obavljaju različite funkcije, ali se sintetiziraju na DNK matrici;
• DNK se sastoji od dvostruke spirale, dok se RNK sastoji od jednog lanca;
• nekarakteristično je za djelovanje u DNK;
• RNK ima više minornih baza;
• lanci se jako razlikuju po dužini.

Istorija studija

RNK ćeliju je prvi otkrio njemački biohemičar R. Altman proučavajući ćelije kvasca. Sredinom dvadesetog veka dokazana je uloga DNK u genetici. Tek tada su opisani tipovi RNK, funkcije i tako dalje. Do 80-90% mase u ćeliji otpada na rRNA, koja zajedno sa proteinima formira ribozom i učestvuje u biosintezi proteina.

Šezdesetih godina prošlog veka prvi put je sugerisano da mora postojati određena vrsta koja nosi genetske informacije za sintezu proteina. Nakon toga je naučno utvrđeno da postoje takve informacijske ribonukleinske kiseline koje predstavljaju komplementarne kopije gena. Nazivaju se i glasničkom RNK.

Takozvane transportne kiseline su uključene u dekodiranje informacija zapisanih u njima.

Kasnije su se počele razvijati metode za identifikaciju sekvence nukleotida i uspostavljanje strukture RNK u kiselom prostoru. Tako je otkriveno da neki od njih, koji su se zvali ribozimi, mogu cijepati poliribonukleotidne lance. Kao rezultat toga, počeli su da pretpostavljaju da je u vrijeme kada se život rodio na planeti, RNK djelovala bez DNK i proteina. Štaviše, sve transformacije su izvršene uz njeno učešće.

Struktura molekula ribonukleinske kiseline

Gotovo sve RNK su pojedinačni lanci polinukleotida, koji se sastoje od monoribonukleotida - purinskih i pirimidinskih baza.

Nukleotidi se označavaju početnim slovima baza:

• adenin (A), A;
• gvanin (G), G;
• citozin (C), C;
• uracil (U), U.

Oni su međusobno povezani vezama od tri i pet fosfodiestara.

Vrlo različit broj nukleotida (od nekoliko desetina do desetina hiljada) je uključen u strukturu RNK. Oni mogu formirati sekundarnu strukturu koja se sastoji uglavnom od kratkih dvolančanih niti koje su formirane komplementarnim bazama.

Struktura molekula ribnukleinske kiseline

Kao što je već spomenuto, molekul ima jednolančanu strukturu. RNA dobiva svoju sekundarnu strukturu i oblik kao rezultat međusobne interakcije nukleotida. To je polimer čiji je monomer nukleotid koji se sastoji od šećera, ostatka fosforne kiseline i azotne baze. Spolja, molekul je sličan jednom od lanaca DNK. Nukleotidi adenin i guanin, koji su dio RNK, su purini. Citozin i uracil su pirimidinske baze.

Proces sinteze

Da bi se molekula RNK sintetizirala, šablon je molekul DNK. Istina, dešava se i obrnut proces, kada se na matrici ribonukleinske kiseline formiraju novi molekuli deoksiribonukleinske kiseline. Ovo se dešava tokom replikacije određenih vrsta virusa.

Drugi molekuli ribonukleinske kiseline također mogu poslužiti kao osnova za biosintezu. Njegova transkripcija, koja se odvija u jezgru ćelije, uključuje mnoge enzime, ali najznačajniji od njih je RNA polimeraza.

Vrste

U zavisnosti od vrste RNK, razlikuju se i njene funkcije. Postoji nekoliko vrsta:

• informativna i-RNA;
• ribosomalna r-RNA;
• transportna t-RNA;
• minor;
• ribozimi;
• virusna.

Informacija ribonukleinska kiselina

Takvi molekuli se nazivaju i matriks. Oni čine oko dva posto ukupnog broja u ćeliji. U eukariotskim stanicama sintetiziraju se u jezgrima na DNK šablonima, zatim prelaze u citoplazmu i vezuju se za ribozome. Nadalje, oni postaju šabloni za sintezu proteina: pridružuju im se prijenosne RNK koje nose aminokiseline. Tako se odvija proces transformacije informacija, koji se ostvaruje u jedinstvenoj strukturi proteina. U nekim virusnim RNK, on ​​je i hromozom.

Jacob i Mano su otkrivači ove vrste. Nema krutu strukturu, njegov lanac formira zakrivljene petlje. Ne radi, i-RNA se skuplja u nabore i savija u lopticu, te se odvija u radnom stanju.

mRNA nosi informacije o sekvenci aminokiselina u proteinu koji se sintetiše. Svaka aminokiselina je kodirana na određenom mjestu pomoću genetskih kodova, koje karakteriziraju:

• triplet - od četiri mononukleotida moguće je izgraditi šezdeset četiri kodona (genetski kod);
• neukrštanje - informacije se kreću u jednom smjeru;
• kontinuitet - princip rada je da je jedna mRNA jedan protein;
• univerzalnost - jedna ili druga vrsta aminokiselina je kodirana u svim živim organizmima na isti način;
• degeneracija - poznato je dvadeset aminokiselina i šezdeset jedan kodon, odnosno kodirani su s nekoliko genetskih kodova.

Ribosomalna ribonukleinska kiselina

Takvi molekuli čine ogromnu većinu stanične RNK, odnosno osamdeset do devedeset posto ukupnog broja. Kombiniraju se s proteinima i formiraju ribozome - to su organele koje vrše sintezu proteina.

Ribozomi su šezdeset pet posto rRNA i trideset pet posto proteina. Ovaj polinukleotidni lanac se lako savija zajedno s proteinom.

Ribosom se sastoji od aminokiselinskih i peptidnih regija. Nalaze se na kontaktnim površinama.

Ribosomi se slobodno kreću na prava mjesta. Oni nisu baš specifični i ne samo da mogu čitati informacije iz mRNA, već i formirati matricu s njima.

Transport ribonukleinske kiseline

tRNA su najviše proučavane. Oni čine deset posto stanične ribonukleinske kiseline. Ove vrste RNK vezuju se za aminokiseline zahvaljujući posebnom enzimu i dostavljaju se ribozomima. U ovom slučaju, aminokiseline se prenose transportnim molekulima. Međutim, dešava se da različiti kodoni kodiraju aminokiselinu. Tada će ih nositi nekoliko transportnih RNK.

Sklupča se u klupko kada je neaktivan, a kada funkcioniše, ima izgled lista djeteline.

Sadrži sljedeće odjeljke:

• akceptorska stabljika koja ima ACC nukleotidnu sekvencu;
• mjesto vezivanja za ribozom;
• antikodon koji kodira aminokiselinu koja je vezana za ovu tRNA.

Manje vrste ribonukleinske kiseline

Nedavno su RNK vrste dopunjene novom klasom, takozvanim malim RNK. Oni su najvjerovatnije univerzalni regulatori koji uključuju ili isključuju gene u embrionalnom razvoju, a također kontroliraju procese unutar stanica.

Ribozimi su također nedavno identificirani, oni su aktivno uključeni kada je RNA kiselina fermentirana, djelujući kao katalizator.

Virusne vrste kiselina

Virus može sadržavati ili ribonukleinsku kiselinu ili deoksiribonukleinsku kiselinu. Stoga se s odgovarajućim molekulima nazivaju RNK-sadržeći. Kada takav virus uđe u ćeliju, dolazi do reverzne transkripcije - pojavljuje se nova DNK na bazi ribonukleinske kiseline, koja se integrira u stanice, osiguravajući postojanje i reprodukciju virusa. U drugom slučaju dolazi do formiranja komplementarne RNK na dolaznoj RNK. Virusi su proteini, vitalna aktivnost i reprodukcija se odvijaju bez DNK, ali samo na osnovu informacija sadržanih u RNK virusa.

replikacija

Da bi se poboljšalo cjelokupno razumijevanje, potrebno je razmotriti proces replikacije, koji rezultira dva identična molekula nukleinske kiseline. Tako počinje dioba ćelija.

Uključuje DNK polimeraze, DNK zavisne, RNK polimeraze i DNK ligaze.

Proces replikacije sastoji se od sljedećih koraka:

• despiralizacija - dolazi do uzastopnog odmotavanja majčine DNK, hvatanja cijelog molekula;
• prekid vodikovih veza, u kojem se lanci razilaze i pojavljuje se replikacijska viljuška;
• prilagođavanje dNTP-a na oslobođene baze majčinih lanaca;
• cijepanje pirofosfata od dNTP molekula i stvaranje fosforodiesterskih veza zbog oslobođene energije;
• disanje.

Nakon formiranja kćerke molekule, dijeli se jezgro, citoplazma i ostalo. Tako nastaju dvije ćelije kćeri koje su u potpunosti primile sve genetske informacije.

Osim toga, kodirana je primarna struktura proteina koji se sintetiziraju u ćeliji. DNK u ovom procesu učestvuje indirektno, a ne direktno, što se sastoji u tome da se upravo na DNK odvija sinteza proteina, RNK uključenih u formiranje. Ovaj proces se zove transkripcija.

Transkripcija

Sinteza svih molekula se dešava tokom transkripcije, odnosno prepisivanja genetske informacije sa specifičnog DNK operona. Proces je na neki način sličan replikaciji, au drugim je vrlo različit.

Sličnosti su sljedeći dijelovi:

• početak dolazi od despiralizacije DNK;
• dolazi do prekida vodoničnih veza između baza lanaca;
• NTF-ovi su im komplementarno prilagođeni;
• formiraju se vodonične veze.

Razlike od replikacije:

• tokom transkripcije se odmotava samo deo DNK koji odgovara transkriptonu, dok se tokom replikacije odmotava ceo molekul;
• tokom transkripcije, podesivi NTP sadrže ribozu, a umjesto timina, uracil;
• informacije se otpisuju samo iz određene oblasti;
• nakon formiranja molekula, vodonične veze i sintetizirani lanac se prekidaju, a lanac sklizne sa DNK.

Za normalno funkcioniranje, primarna struktura RNK bi se trebala sastojati samo od dijelova DNK otpisanih od egzona.

Novoformirana RNK započinje proces sazrijevanja. Tihi regioni su izrezani, a informativni regioni su fuzionisani da formiraju polinukleotidni lanac. Nadalje, svaka vrsta ima transformacije svojstvene samo njoj.

Kod mRNA dolazi do vezivanja za početni kraj. Poliadenilat se pridružuje konačnom mjestu.

Baze se modificiraju u tRNA kako bi formirale manje vrste.

U r-RNA, pojedinačne baze su također metilirane.

Štiti od uništenja i poboljšati transport proteina u citoplazmu. Na njih je povezana RNK u zrelom stanju.

Značaj deoksiribonukleinskih i ribonukleinskih kiselina

Nukleinske kiseline su od velikog značaja u životu organizama. Oni pohranjuju, prenose u citoplazmu i nasljeđuju ćerke ćelije informacije o proteinima sintetiziranim u svakoj ćeliji. Prisutne su u svim živim organizmima, stabilnost ovih kiselina igra važnu ulogu za normalno funkcioniranje kako stanica tako i cijelog organizma. Svaka promjena u njihovoj strukturi dovest će do promjena u ćelijama.

Prije skoro pola vijeka, 1953. godine, D. Watson i F. Crick su otkrili princip strukturne (molekularne) organizacije genske supstance - deoksiribonukleinske kiseline (DNK). Struktura DNK dala je ključ za mehanizam tačne reprodukcije - reduplikacije - genske supstance. Tako je nastala nova nauka - molekularna biologija. Formulisana je takozvana centralna dogma molekularne biologije: DNK - RNK - protein. Njegovo značenje je da se genetske informacije zapisane u DNK realizuju u obliku proteina, ali ne direktno, već preko srodnog polimera - ribonukleinske kiseline (RNA), a taj put od nukleinskih kiselina do proteina je nepovratan. Dakle, DNK se sintetiše na DNK, obezbeđujući sopstvenu reduplikaciju, odnosno reprodukciju originalnog genetskog materijala u generacijama; RNK se sintetiše iz DNK, što rezultira ponovnim pisanjem ili transkripcijom genetskih informacija u obliku višestrukih kopija RNK; Molekuli RNK služe kao šabloni za sintezu proteina - genetske informacije se prevode u oblik polipeptidnih lanaca. U posebnim slučajevima, RNK se može transkribovati u obliku DNK („reverzna transkripcija“), a također se kopirati u obliku RNK (replikacija), ali protein nikada ne može biti šablona za nukleinske kiseline (vidi za više detalja).

Dakle, DNK je ta koja određuje nasljednost organizama, odnosno skup proteina i srodnih osobina koji se reprodukuju generacijama. Biosinteza proteina je centralni proces žive materije, a nukleinske kiseline joj obezbeđuju, s jedne strane, program koji određuje celokupni skup i specifičnosti sintetizovanih proteina, as druge, mehanizam za tačnu reprodukciju ovog programa u generacijama. . Posljedično, nastanak života u njegovom modernom ćelijskom obliku svodi se na nastanak mehanizma naslijeđene biosinteze proteina.

BIOSINTEZA PROTEINA

Centralna dogma molekularne biologije postulira samo način prenošenja genetske informacije sa nukleinskih kiselina na proteine ​​i, posljedično, na svojstva i karakteristike živog organizma. Proučavanje mehanizama realizacije ovog puta u decenijama koje su pratile formulisanje centralne dogme otkrilo je mnogo raznovrsnije funkcije RNK nego da bude samo nosilac informacija od gena (DNK) do proteina i da služi kao matrica za sintezu proteina. .

Na sl. 1 prikazuje opću shemu biosinteze proteina u ćeliji. glasničku RNA(messenger RNA, messenger RNA, mRNA), koji kodiraju proteine, o čemu je bilo riječi gore, samo je jedna od tri glavne klase ćelijske RNK. Njihova većina (oko 80%) je druga klasa RNK - ribosomska RNK, koji čine strukturni okvir i funkcionalne centre univerzalnih čestica koje sintetiziraju proteine ​​- ribozoma. Ribosomalne RNK su one koje su odgovorne - i strukturno i funkcionalno - za formiranje ultramikroskopskih molekularnih mašina koje se nazivaju ribosomi. Ribosomi primaju genetske informacije u obliku mRNA molekula i, programirani od strane potonjeg, prave proteine ​​u strogom skladu sa ovim programom.

Međutim, da bi se sintetizirali proteini, nije dovoljna samo informacija ili program - potreban vam je i materijal od kojeg se mogu napraviti. Protok materijala za sintezu proteina ide do ribozoma kroz treću klasu ćelijske RNK - transfer RNK(transferna RNA, transferna RNA, tRNA). Oni kovalentno vezuju - prihvataju - aminokiseline, koje služe kao građevinski materijal za proteine, i ulaze u ribozome u obliku aminoacil-tRNA. U ribosomima, aminoacil-tRNA stupaju u interakciju s kodonima - kombinacijama od tri nukleotida - mRNA, zbog čega se kodoni dekodiraju tokom translacije.

RIBONUKLEINSKE KISELINE

Dakle, imamo skup glavnih ćelijskih RNK ​​koji određuju glavni proces moderne žive materije - biosintezu proteina. To su mRNA, ribosomalna RNA i tRNA. RNK se sintetizira na DNK pomoću enzima - RNA polimeraza koje vrše transkripciju - prepisivanjem određenih dijelova (linearnih segmenata) dvolančane DNK u oblik jednolančane RNK. Regije DNK koje kodiraju ćelijske proteine ​​se prepisuju u obliku mRNA, dok za sintezu brojnih kopija ribosomske RNK i tRNA postoje posebni regioni ćelijskog genoma iz kojih se odvija intenzivno prepisivanje bez naknadnog prevođenja u proteine.

Hemijska struktura RNK. Hemijski je RNK vrlo slična DNK. Obje supstance su linearni polimeri nukleotida. Svaki monomer - nukleotid - je fosforilirani N-glikozid, izgrađen od ostatka šećera od pet ugljika - pentoze, koji nosi fosfatnu grupu na hidroksilnoj grupi petog atoma ugljika (esterska veza) i dušičnu bazu na prvom atomu ugljika ( N-glikozidna veza). Glavna hemijska razlika između DNK i RNK je u tome što je šećerni ostatak RNA monomera riboza, a DNK monomer je deoksiriboza, koja je derivat riboze, u kojoj nema hidroksilne grupe na drugom atomu ugljika (slika 2.). ).

Postoje četiri vrste azotnih baza u DNK i RNK: dvije purinske baze - adenin (A) i gvanin (G) - i dvije pirimidinske baze - citozin (C) i uracil (U) ili njegov metilirani derivat timina (T).

Uracil je karakterističan za RNK monomere, dok je timin karakterističan za DNK monomere, i to je druga razlika između RNK i DNK. Monomeri - RNA ribonukleotidi ili DNK deoksiribonukleotidi - formiraju polimerni lanac formiranjem fosfodiestarskih mostova između ostataka šećera (između petog i trećeg atoma ugljika pentoze). Dakle, polimerni lanac nukleinske kiseline - DNK ili RNK - može se predstaviti kao linearna šećerno-fosfatna kičma sa azotnim bazama kao bočnim grupama.

Makromolekularna struktura RNK. Osnovna makrostrukturna razlika između dva tipa nukleinskih kiselina je u tome što je DNK jedna dvostruka spirala, odnosno makromolekula dva komplementarno povezana polimerna lanca, spiralno uvijena oko zajedničke ose (vidi [, ]), a RNA je jednostruka -upleteni polimer. Istovremeno, interakcije bočnih grupa - azotnih baza - jedna s drugom, kao i sa fosfatima i hidroksilima šećerno-fosfatne kičme, dovode do činjenice da se jednolančani RNA polimer savija na sebe i uvija u kompaktna struktura, slična savijanju proteinskog polipeptidnog lanca u kompaktnu globulu. Na ovaj način, jedinstvene RNA nukleotidne sekvence mogu formirati jedinstvene prostorne strukture.

Specifična prostorna struktura RNK je prvi put demonstrirana pri dešifrovanju atomske strukture jedne od tRNK 1974. [ , ] (slika 3). Preklapanje polimernog lanca tRNA, koji se sastoji od 76 nukleotidnih monomera, dovodi do formiranja vrlo kompaktnog globularnog jezgra iz kojeg izlaze dvije izbočine pod pravim uglom. To su kratke dvostruke spirale slične DNK, ali organizirane interakcijom dijelova istog lanca RNK. Jedna od izbočina je akceptor aminokiselina i uključena je u sintezu polipeptidnog lanca proteina na ribosomu, dok je druga namijenjena za komplementarnu interakciju sa kodirajućim tripletom (kodonom) mRNA u istom ribosomu. Samo takva struktura je sposobna za specifičnu interakciju sa proteinom-enzimom koji vezuje aminokiselinu za tRNA i sa ribozomom tokom translacije, odnosno da je oni specifično "prepoznaju".

Proučavanje izolovanih ribosomskih RNK ​​dalo je sljedeći upečatljiv primjer formiranja kompaktnih specifičnih struktura od još dužih linearnih polimera ovog tipa. Ribosom se sastoji od dva nejednaka dijela - velikih i malih ribosomskih subčestica (podjedinica). Svaka podjedinica je izgrađena od jedne visokopolimerne RNK i niza ribosomskih proteina. Dužina lanaca ribosomske RNK je vrlo značajna: na primjer, RNK male podjedinice bakterijskog ribosoma sadrži više od 1500 nukleotida, a RNK velike podjedinice sadrži oko 3000 nukleotida. Kod sisara, uključujući ljude, ove RNK su još veće - oko 1900 nukleotida i više od 5000 nukleotida u malim i velikim podjedinicama.

Pokazalo se da su izolovane ribosomske RNK, odvojene od svojih proteinskih partnera i dobijene u čistom obliku, same sposobne da se spontano savijaju u kompaktne strukture slične veličine i oblika kao ribosomske podjedinice]. Oblik velikih i malih subčestica je različit, te se shodno tome razlikuje oblik velikih i malih ribosomskih RNK ​​(slika 4). Dakle, linearni lanci ribosomske RNK se samoorganiziraju u specifične prostorne strukture koje određuju veličinu, oblik i, naizgled, unutrašnju strukturu ribosomskih subčestica, a time i cijelog ribosoma.

Manje RNK. Kako su proučavane komponente žive ćelije i pojedinačne frakcije ukupne ćelijske RNK, postalo je jasno da stvar nije ograničena na tri glavna tipa RNK. Ispostavilo se da u prirodi postoje mnoge druge vrste RNK. To su, prije svega, takozvane "male RNK", koje sadrže do 300 nukleotida, često nepoznatih funkcija. Po pravilu su povezani sa jednim ili više proteina i prisutni su u ćeliji kao ribonukleoproteini - "mali RNP".

Male RNK su prisutne u svim dijelovima ćelije, uključujući citoplazmu, jezgro, nukleolus i mitohondrije. Većina tih malih RNP-ova čije su funkcije poznate uključene su u mehanizme posttranskripcionog procesiranja glavnih tipova RNK (obrada RNK) - transformacija prekursora mRNA u zrele mRNA (splicing), uređivanje mRNA, biogeneza tRNA i sazrijevanje ribosomskih RNK. Jedan od najzastupljenijih tipova malih RNP-a (SRP) u ćelijama igra ključnu ulogu u transportu sintetizovanih proteina kroz ćelijsku membranu. Postoje poznate vrste malih RNK ​​koje obavljaju regulatorne funkcije u translaciji. Posebna mala RNK dio je najvažnijeg enzima odgovornog za održavanje replikacije DNK u ćelijskim generacijama – telomeraze. Treba reći da su njihove molekularne veličine uporedive s veličinama ćelijskih globularnih proteina. Dakle, postepeno postaje jasno da je funkcioniranje žive stanice određeno ne samo raznolikošću proteina sintetiziranih u njoj, već i prisustvom bogatog skupa različitih RNK, od kojih male RNK u velikoj mjeri imitiraju kompaktnost i veličinu proteini.

Ribozimi. Sav aktivni život izgrađen je na metabolizmu - metabolizmu, a sve biohemijske reakcije metabolizma odvijaju se brzinom koja je primjerena životu samo zahvaljujući visoko efikasnim specifičnim katalizatorima stvorenim evolucijom. Biokemičari su dugi niz decenija bili uvjereni da se biološku katalizu uvijek i svugdje sprovode proteini tzv. enzimi, ili enzimi. I tako 1982-1983. pokazalo se da u prirodi postoje vrste RNK koje, kao i proteini, imaju visoko specifičnu katalitičku aktivnost [ , ]. Takvi RNA katalizatori su nazvani ribozimi. Ideja o ekskluzivnosti proteina u katalizi biohemijskih reakcija došla je do kraja.

Trenutno se ribozom takođe smatra ribozimom. Zaista, svi dostupni eksperimentalni podaci ukazuju na to da sintezu proteinskog polipeptidnog lanca u ribosomu katalizira ribosomalna RNK, a ne ribosomalni proteini. Identifikovan je katalitički region velike ribosomalne RNK odgovorne za katalizu transpeptidacijske reakcije, kroz koju se proteinski polipeptidni lanac produžava tokom translacije.

Što se tiče replikacije virusne DNK, njen mehanizam se ne razlikuje mnogo od reduplikacije genetskog materijala - DNK - same ćelije. U slučaju virusne RNK ostvaruju se procesi koji su potisnuti ili potpuno odsutni u normalnim ćelijama, pri čemu se sva RNK sintetizira samo na DNK kao šablonu. Kada se inficira virusima koji sadrže RNK, situacija može biti dvostruka. U nekim slučajevima, DNK se sintetizira na virusnoj RNK kao šablon („reverzna transkripcija“), a brojne kopije virusne RNK se transkribiraju na ovu DNK. U drugim, za nas najinteresantnijim slučajevima, na virusnoj RNK se sintetiše komplementarni RNA lanac, koji služi kao šablon za sintezu – replikaciju – novih kopija virusne RNK. Tako se tokom infekcije virusima koji sadrže RNK ostvaruje osnovna sposobnost RNK da odredi reprodukciju vlastite strukture, kao što je slučaj sa DNK.

Multifunkcionalnost RNK. Sumirajući i sagledavajući znanja o funkcijama RNK, možemo govoriti o izuzetnoj multifunkcionalnosti ovog polimera u prirodi. Može se dati sljedeća lista glavnih poznatih funkcija RNK.

Genetska replikativna funkcija: strukturna sposobnost kopiranja (repliciranja) linearnih sekvenci nukleotida kroz komplementarne sekvence. Funkcija se ostvaruje kod virusnih infekcija i slična je glavnoj funkciji DNK u životu ćelijskih organizama – reduplikaciji genetskog materijala.

Funkcija kodiranja: programiranje sinteze proteina linearnim sekvencama nukleotida. Ovo je ista funkcija kao i DNK. I u DNK i u RNK, isti nukleotidni tripleti kodiraju 20 aminokiselina proteina, a sekvenca tripleta u lancu nukleinske kiseline je program za sekvencijalni raspored 20 vrsta aminokiselina u proteinskom polipeptidnom lancu.

Funkcija formiranja strukture: formiranje jedinstvenih trodimenzionalnih struktura. Kompaktno presavijeni mali RNK molekuli su u osnovi slični trodimenzionalnim strukturama globularnih proteina, dok duži RNA molekuli mogu formirati i veće biološke čestice ili njihova jezgra.

Funkcija prepoznavanja: visoko specifične prostorne interakcije sa drugim makromolekulama (uključujući proteine ​​i druge RNK) i sa malim ligandima. Ova funkcija je možda glavna u proteinima. Zasniva se na sposobnosti polimera da se savija na jedinstven način i formira specifične trodimenzionalne strukture. Funkcija prepoznavanja je osnova specifične katalize.

Katalitička funkcija: specifična kataliza kemijskih reakcija ribozimima. Ova funkcija je slična enzimskoj funkciji enzimskih proteina.

Općenito, RNK nam se čini tako nevjerovatnim polimerom da, čini se, ni vrijeme evolucije Univerzuma, ni intelekt Stvoritelja nisu trebali biti dovoljni za njegov izum. Kao što se može vidjeti, RNK je sposobna obavljati funkcije oba polimera koja su fundamentalno važna za život - DNK i proteina. Nije iznenađujuće što se pred naukom postavilo pitanje: može li nastanak i samodovoljno postojanje RNK svijeta prethoditi nastanku života u njegovom modernom obliku DNK-proteina?

POREKLO ŽIVOTA

Protein-koacervatna teorija Oparina. Možda je prvu naučnu, dobro osmišljenu teoriju o poreklu života na abiogeni način predložio biohemičar A.I. Oparin još 20-ih godina prošlog stoljeća [,]. Teorija se zasnivala na ideji da je sve počelo od proteina, i na mogućnosti, pod određenim uslovima, spontane hemijske sinteze proteinskih monomera - aminokiselina - i proteina sličnih polimera (polipeptida) na abiogeni način. Objavljivanje teorije podstaklo je brojne eksperimente u nizu laboratorija širom svijeta, koji su pokazali realnost takve sinteze u umjetnim uvjetima. Teorija je brzo postala općeprihvaćena i izuzetno popularna.

Njegov glavni postulat je bio da su proteinska jedinjenja koja spontano nastaju u primarnoj "čorbi" kombinovana "u koacervatne kapi - odvojene koloidne sisteme (solove) koji plutaju u razblaženijem vodenom rastvoru. To je dalo glavni preduslov za nastanak organizama - izolacija određenog biohemijskog sistema iz okoline, njegova kompartmentalizacija. Pošto su neka proteinska jedinjenja kapi koacervata mogla da imaju katalitičku aktivnost, postalo je moguće da se unutar kapi podvrgnu reakcije biohemijske sinteze – postojao je privid asimilacije, a samim tim i rast koacervata sa njegovim naknadnim raspadanjem na dijelove – reprodukcijom.koacervat se smatrao prototipom žive ćelije (slika 5).

Sve je bilo dobro osmišljeno i naučno utemeljeno u teoriji, osim jednog problema koji je dugo zatvarao oči gotovo svim stručnjacima iz oblasti nastanka života. Ako su pojedinačne uspješne konstrukcije proteinskih molekula (na primjer, efikasni katalizatori koji daju prednost ovom koacervatu u rastu i reprodukciji) nastali spontano, pomoću slučajnih sinteza bez šablona u koacervatu, kako bi se mogle kopirati za distribuciju unutar koacervata , a još više za prijenos na potomke koacervate? Teorija nije bila u stanju da ponudi rešenje za problem tačne reprodukcije - unutar koacervata i u generacijama - pojedinačnih, nasumično pojavljivanih efikasnih proteinskih struktura.

Svijet RNK kao preteče modernog života. Akumulacija znanja o genetskom kodu, nukleinskim kiselinama i biosintezi proteina dovela je do odobravanja fundamentalno nove ideje o TOM-u, da sve nije počelo od proteina, već od RNK [- ]. Nukleinske kiseline su jedina vrsta bioloških polimera čija makromolekularna struktura, zbog principa komplementarnosti u sintezi novih lanaca (za više detalja, vidi), pruža mogućnost kopiranja vlastitog linearnog niza monomernih jedinica, drugim riječima, sposobnost reprodukcije (replikacije) polimera, njegove mikrostrukture. Stoga samo nukleinske kiseline, ali ne i proteini, mogu biti genetski materijal, odnosno reproducibilni molekuli koji ponavljaju svoju specifičnu mikrostrukturu u generacijama.

Iz više razloga, RNK, a ne DNK, može predstavljati primarni genetski materijal.

Kao prvo, iu hemijskoj sintezi iu biohemijskim reakcijama, ribonukleotidi prethode deoksiribonukleotidima; deoksiribonukleotidi su produkti modifikacije ribonukleotida (vidi sliku 2).

drugo, u najstarijim, univerzalnim procesima vitalnog metabolizma, široko su zastupljeni ribonukleotidi, a ne deoksiribonukleotidi, uključujući i glavne nosioce energije kao što su ribonukleozid polifosfati (ATP, itd.).

treće, Replikacija RNK može se desiti bez ikakvog učešća DNK, a mehanizam replikacije DNK, čak i u savremenom živom svetu, zahteva obavezno učešće RNA prajmera u pokretanju sinteze DNK lanca.

četvrto, Posjedujući sve iste šablonske i genetske funkcije kao DNK, RNK je također sposobna da obavlja niz funkcija svojstvenih proteinima, uključujući katalizu hemijskih reakcija. Dakle, postoje svi razlozi da se DNK smatra kasnijim evolucijskim sticanjem - kao modifikacijom RNK, specijalizirane za obavljanje funkcije reprodukcije i pohranjivanja jedinstvenih kopija gena u ćelijskom genomu bez direktnog sudjelovanja u biosintezi proteina.

Nakon što su otkrivene katalitički aktivne RNK, ideja o primatu RNK u nastanku života dobila je snažan poticaj za razvoj i koncept je formuliran. samodovoljni RNA svijet, koji prethode modernom životu [ , ]. Moguća šema za nastanak RNK svijeta prikazana je na sl. 6.

Abiogena sinteza ribonukleotida i njihova kovalentna asocijacija u oligomere i polimere tipa RNK mogla bi se dogoditi pod približno istim uvjetima i u istom kemijskom okruženju za koje se pretpostavlja da su formirane aminokiseline i polipeptidi. Nedavno je A.B. Četverin i saradnici (Institut za proteine ​​Ruske akademije nauka) eksperimentalno su pokazali da su barem neki poliribonukleotidi (RNA) u običnoj vodenoj sredini sposobni za spontanu rekombinaciju, odnosno razmjenu segmenata lanca, transesterifikacijom. Razmjena kratkih lančanih segmenata za duge trebala bi dovesti do elongacije poliribonukleotida (RNA), a sama takva rekombinacija bi trebala doprinijeti strukturnoj raznolikosti ovih molekula. Među njima bi se mogle pojaviti i katalitički aktivne RNK molekule.

Čak i izuzetno rijetka pojava pojedinačnih RNA molekula koji su bili u stanju da kataliziraju polimerizaciju ribonukleotida ili spajanje oligonukleotida na komplementarnom lancu kao na šabloni [ , ] označava formiranje mehanizma replikacije RNK. Replikacija samih RNA katalizatora (ribozima) trebala je rezultirati pojavom samoreplicirajućih RNA populacija. Praveći svoje kopije, RNK se umnožavala. Neizbježne greške u kopiranju (mutaciji) i rekombinaciji u samoreplicirajućim RNA populacijama stvorile su sve veću raznolikost ovog svijeta. Tako je tobožnji drevni svijet RNK "samodovoljan biološki svijet u kojem su molekule RNK funkcionirale i kao genetski materijal i kao katalizatori slični enzimima" .

Pojava biosinteze proteina. Nadalje, na osnovu svijeta RNK, formiranje mehanizama biosinteze proteina, pojava različitih proteina s naslijeđenom strukturom i svojstvima, razdvajanje sistema biosinteze proteina i skupova proteina, moguće u obliku koacervata, te evolucija proteina. potonje u ćelijske strukture – žive ćelije (vidi sliku 6) trebale su se smjestiti. ).

Problem tranzicije iz drevnog svijeta RNK u moderni svijet koji sintetiše proteine ​​je najteži čak i za čisto teorijsko rješenje. Mogućnost abiogene sinteze polipeptida i supstanci sličnih proteinima ne pomaže u rješavanju problema, jer ne postoji specifičan način na koji bi se ta sinteza mogla povezati sa RNK i potpasti pod genetsku kontrolu. Genetski kontrolisana sinteza polipeptida i proteina morala se razvijati nezavisno od primarne abiogene sinteze, na svoj način, na osnovu već postojećeg sveta RNK. U literaturi je predloženo nekoliko hipoteza o nastanku modernog mehanizma biosinteze proteina u svijetu RNK, ali se, možda, nijedna od njih ne može smatrati temeljno promišljenom i besprijekornom u smislu fizičko-hemijskih mogućnosti. Predstaviću svoju verziju procesa evolucije i specijalizacije RNK, koji je doveo do pojave aparata biosinteze proteina (slika 7), ali ne pretenduje da je potpun.

Predložena hipotetička shema sadrži dvije bitne tačke koje se čine fundamentalnim.

Kao prvo, Pretpostavlja se da se abiogeno sintetisani oligoribonukleotidi aktivno rekombinuju kroz mehanizam spontane neenzimske transesterifikacije, što dovodi do formiranja izduženih RNK ​​lanaca i dovodi do njihove raznovrsnosti. Na taj način bi se u populaciji oligonukleotida i polinukleotida mogli pojaviti i katalitički aktivni tipovi RNK (ribozimi) i drugi tipovi RNK sa specijalizovanim funkcijama (vidi sliku 7). Štaviše, neenzimska rekombinacija oligonukleotida komplementarnog vezivanja za polinukleotidni šablon bi mogla da obezbedi umrežavanje (spajanje) fragmenata komplementarnih ovom šablonu u jedan lanac. Na taj način, a ne kataliziranom polimerizacijom mononukleotida, moglo bi se izvršiti primarno kopiranje (propagacija) RNK. Naravno, ako su se pojavili ribozimi koji posjeduju aktivnost polimeraze, onda je efikasnost (tačnost, brzina i produktivnost) kopiranja bila na komplementarnoj osnovi. matrica se trebala značajno povećati.

Sekunda Osnovna poenta u mojoj verziji je da je primarni aparat za biosintezu proteina nastao na bazi nekoliko tipova specijalizovanih RNK ​​pre pojave aparata za enzimsku (polimerazu) replikaciju genetskog materijala - RNK i DNK. Ovaj primarni aparat uključivao je katalitički aktivnu proribozomalnu RNK sa aktivnošću peptidil transferaze; skup pro-tRNA koje specifično vezuju aminokiseline ili kratke peptide; druga proribozomalna RNK koja je sposobna da interaguje istovremeno sa katalitičkom proribozomalnom RNK, pro-mRNK i pro-tRNK (vidi sliku 7). Takav sistem bi već mogao sintetizirati polipeptidne lance zbog reakcije transpeptidacije koju katalizira. Među ostalim katalitički aktivnim proteinima - primarnim enzimima (enzimima) - pojavili su se proteini koji kataliziraju polimerizaciju nukleotida - replikaza, odnosno NK polimeraza.

Međutim, moguće je da hipoteza o drevnom svijetu RNK kao prethodnici modernog živog svijeta nikada neće moći dobiti dovoljno opravdanje da prevlada glavnu poteškoću - znanstveno uvjerljiv opis mehanizma prijelaza iz RNK i njegove replikacije. na biosintezu proteina. Postoji atraktivna i dobro osmišljena alternativna hipoteza A.D. Altshtein (Institut za biologiju gena Ruske akademije nauka), koji postulira da je replikacija genetskog materijala i njegova translacija - sinteza proteina - nastala i evoluirala istovremeno i konjugirana, počevši od interakcije abiogeno sintetiranih oligonukleotida i aminoacil-nukleotidilata miješanih - aminokiselina i nukleotida. Ali to je sledeca prica... "I Šeherezada je uhvatila jutro, i prekinula dozvoljeni govor".)

Književnost

. Watson J.D., Crick F.H.C. Molekularna struktura nukleinskih kiselina // Priroda. 1953. V. 171. P. 738-740.

. Watson J.D., Crick F.H.C. Genetske implikacije strukture nukleinske kiseline deoksiriboze // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Spirin A.S. Moderna biologija i biološka sigurnost // Bilten Ruske akademije nauka. 1997. br. 7.

. Spirin A.S. O makromolekularnoj strukturi prirodne ribonukleinske kiseline visokog polimera u otopini // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. et al. Trodimenzionalna tercijarna struktura RNK prijenosa fenilalanina kvasca // Nauka. 1974. V. 185. P. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. et al. Struktura tRNA fenilalanina kvasca pri rezoluciji 3 A // Nature. 1974. V. 250. P. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Samoorganizacija ribosomske RNK // Struktura, funkcija i genetika ribosoma / Uredi. Hardesty B. i Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986, str. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A. Raznolik svijet malih ribo-nukleoproteina // The RNA World / Eds. Gesteland R.F. i Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, str. 359-381.

. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. et al. Samo-spajajuća RNA: autoekscizija i autociklizacija ribosomske RNK intervenirajuće sekvence Tetrahimena

. Bartel D.P., Szostak J.W. Izolacija novih ribozima iz velikog skupa nasumičnih sekvenci // Nauka. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. RNA katalizirana RNA polimerizacija korištenjem nukleozid trifosfata // Priroda. 1996. V. 382. P. 373-376.

. Orgel L.E. Poreklo života - pregled činjenica i spekulacija //Trendovi u biohemijskim naukama. 1998. V. 23. str. 491-495.

. Altstein A.D. Poreklo genetskog sistema: hipoteza progena // Molekularna biologija. 1987. T. 21. S. 309-322.

Spirin Aleksandar Sergejevič - akademik, direktor Instituta za istraživanje proteina Ruske akademije nauka, član Prezidijuma Ruske akademije nauka.

Prvo, nekoliko opštih odredbi.

Cjelokupni program hemijskih procesa u tijelu je zabilježen u DNK – molekularnom repozitoriju genetskih informacija. Obično je tok ovih informacija prikazan shemom: DNK RNA PROTEIN, koja prikazuje proces prevođenja genetskog jezika nukleotidnih sekvenci u sekvence aminokiselina. DNK RNA shema označava biosintezu RNK molekula, čija je nukleotidna sekvenca komplementarna nekom dijelu (genu) molekule DNK. Ovaj proces se obično naziva transkripcijom. Tako se sintetiziraju tRNA, rRNA, mRNA. Oznaka RNA PROTEIN izražava biosintezu polipeptidnih lanaca, čija je sekvenca aminokiselina određena nukleotidnom sekvencom mRNA uz učešće tRNA i rRNA. Ovaj proces se naziva prevođenje. Oba procesa se odvijaju uz učešće brojnih proteina koji obavljaju katalitičke i nekatalitičke funkcije.

biosinteza RNK.

Za sintezu svih vrsta RNK (p, t, m) koristi se samo jedan tip enzima: DNK - zavisna RNK - polimeraza, koja uključuje čvrsto vezan ion cinka. U zavisnosti od toga koji tip RNK se sintetiše, izoluju se RNK polimeraza 1 (katalizuje sintezu rRNA), RNA polimeraza 2 (mRNA) i RNA polimeraza 3 (tRNA). U mitohondrijama je pronađen još jedan tip - RNA - polimeraza 4. Molekularne težine svih tipova RNA polimeraza leže u rasponu od 500 000 - 600 000. Sva sinteza se odvija u skladu sa informacijama sadržanim u odgovarajućim DNK genima. Iz kojeg god izvora bio izolovan enzim RNK polimeraze (iz životinja, biljaka, bakterija), karakteristične su sledeće karakteristike in vivo funkcionisanja: 1) Koriste se trifosfonukleozidi, a ne di- i nemonofosfonukleozidi. 2) Za optimalnu aktivnost potreban je kofaktor - jon magnezijuma. 3) Enzim koristi samo jedan lanac DNK kao šablon za sintezu komplementarne kopije RNK (zbog čega je sinteza matrična). Sekvencionalno dodavanje nukleotida događa se na način da lanac raste od 5` do 3` kraja (5` - 3` polimerizacija):

Ž - Ž - Ž - 5` Ž - Ž - Ž - 5` Ž - Ž - Ž -5`

5) Semenski dio RNK se može koristiti za početak sinteze:

Nukleozid trifosfat

(RNA)n ostaci (RNA)n + 1 + PF

RNA - polimeraza

Istovremeno, polimerizacija se može odvijati (češće se dešava) bez sjemena, koristeći samo jedan nukleozid trifosfat umjesto sjemenskog dijela (u pravilu je to ATP ili GTP).

6) Tokom ove polimerizacije, enzim kopira samo jedan lanac DNK i kreće se duž šablona u smjeru 3' - 5'. Izbor kopiranog lanca nije slučajan.

7) Šablonski DNK lanac sadrži signale inicijacije sinteze RNK za enzim koji se nalazi na određenim pozicijama prije početka gena i signale završetka sinteze koji se nalaze nakon kraja gena ili grupe gena.

8) Za gore opisane procese može biti potrebna supernamotana DNK, koja pomaže u prepoznavanju signala inicijacije i završetka sinteze i olakšava vezivanje RNK polimeraze za šablon.

RNA polimeraza je oligomerni enzim koji se sastoji od 5 podjedinica: alfa, alfa`, beta, beta`, gama. Određene podjedinice odgovaraju određenim funkcijama: na primjer, beta podjedinica je uključena u formiranje fosfodiestarske veze, gama podjedinica je uključena u prepoznavanje startnog signala.

DNK regija odgovorna za početno vezivanje RNA polimeraze naziva se promotor i sadrži 30-60 azotnih parova baza.

Sinteza RNK pod dejstvom DNK - zavisne RNK - polimeraze odvija se u 3 faze: inicijacija, elongacija, terminacija.

1) Inicijacija - gama podjedinica, kao dio RNK polimeraze, doprinosi ne samo "prepoznavanju" promotorskih sekcija DNK, već se i direktno vezuje za područje TATA sekvence. Pored činjenice da je TATA regija signal za prepoznavanje, može imati i najmanju snagu vodoničnih veza, što olakšava „odmotavanje“ DNK lanaca. Postoje dokazi da je cAMP također uključen u stimulaciju ovog procesa. Gama podjedinica RNK polimeraze takođe učestvuje u otvaranju dvostruke spirale DNK. U ovom slučaju, jedan od lanaca DNK služi kao šablon za sintezu novog lanca RNK. I čim ova sinteza počne, gama podjedinica se odvaja od enzima i, u budućnosti, pridružuje se drugom molekulu enzima kako bi učestvovala u novom ciklusu transkripcije. "Odmotavanje" DNK se dešava dok se RNA polimeraza kreće duž kodirajućeg lanca. Neophodan je za pravilno formiranje komplementarnih parova sa nukleotidima ubačenim u lanac RNK. Veličina neupletenog dijela DNK je konstantna tokom cijelog procesa i iznosi oko 17 parova baza po molekulu RNK polimeraze. Isti lanac kodiranja može istovremeno čitati nekoliko molekula RNK polimeraze, ali je proces reguliran na način da u svakom trenutku svaki molekul RNK polimeraze transkribuje različite dijelove DNK. Istovremeno, DNK zavisnu RNA-polimerazu 3, koja sintetiše tRNA, karakteriše „prepoznavanje“ unutrašnjeg promotora.

2) Elongaciju, odnosno nastavak sinteze, vrši RNA polimeraza, ali već u obliku tetramera, jer Gama podjedinica se već odvojila. Novi lanac raste uzastopnim dodavanjem ribonukleotida slobodnoj 3'-hidroksi grupi. Brzina sinteze, na primjer, mRNA serumskog albumina je do 100 nukleotida u sekundi. Za razliku od DNK polimeraze (o kojoj ćemo govoriti u nastavku), RNA polimeraza ne provjerava ispravnost novoformiranog polinukleotidnog lanca. Stopa greške u sintezi RNK je 1:1.000.000.

3) Terminacija - ovdje je uključen proteinski faktor r (ro). Nije dio RNK polimeraze. Vjerovatno prepoznaje terminatorsku sekvencu nukleotida na šablonu pomoću jednog od mehanizama interakcije između gama podjedinice i promotora. Terminator takođe sadrži oko 30–60 parova baza i završava serijom AT–parova, iako je za neke RNK primećeno da su terminacioni signali 1000–2000 baza osim kodirajućeg gena. Moguće je da je jedna od čestica polimeraze također uključena u prepoznavanje terminatorske sekvence. U tom slučaju, sinteza RNK se zaustavlja i sintetizirani molekul RNK napušta enzim. Većina RNA molekula sintetiziranih na ovaj način nije biološki aktivna. Umjesto toga, oni su prekursori koji se kroz različite reakcije moraju razviti u zrele oblike. Ovo se zove obrada. Takve reakcije su: (1) Fragmentacija dugolančanih prekursora (štaviše, od 1 do 3 tRNA se mogu formirati iz jednog transkripta). (2) Pričvršćivanje nukleotida na krajeve. (3) Specifična modifikacija nukleotida (metilacija, sulfonacija, deaminacija, itd.).

Obrada mRNA ima još jednu osobinu. Ispostavilo se da ponekad informacije koje kodiraju AK - sekvencu u genima, prekidaju nekodirajuće sekvence, tj. "pokidani geni". Ali tokom transkripcije, kopira se cijeli „slomljeni“ gen. U ovom slučaju, tokom obrade endonukleaza, ili se one nazivaju restrikcijskim enzimima, izrezuju se nekodirajuća područja (introni). Trenutno ih je izolovano više od 200. Restrikcioni enzimi cijepaju veze (ovisno o vrsti enzima) između striktno definiranih nukleotida (na primjer, G - A, T - A, itd.). Ligaze zatim unakrsno povezuju kodirajuće regije (egzone). Većina sekvenci čiji su transkripti prisutni u zrelim mRNK razbijeni su u genomu od jedan do 50 puta nekodirajućim regijama (intronima). Generalno, introni su mnogo duži od egzona. Funkcije introna nisu precizno utvrđene. Možda služe za fizičko razdvajanje egzona kako bi se optimizirala genetska preuređivanja (rekombinacije). Postoji i sinteza RNK bez šablona. Ovaj proces katalizira enzim polinukleotid fosforilaza: nuklDF + (nuklMF) n (nuklMF) n + 1 + Fk. Ovaj enzim ne zahtijeva šablon i ne sintetizira polimer sa specifičnom polinukleotidnom sekvencom. Njemu je potreban RNA lanac samo kao sjeme. Brojni antibiotici (oko 30) imaju inhibitorni efekat na proces sinteze RNK. Ovdje postoje dva mehanizma: (1) vezivanje za RNA polimerazu, što dovodi do inaktivacije enzima (na primjer, rifamicin se vezuje za b-jedinicu). (2) Antibiotici se mogu vezati za šablon DNK i blokirati ili vezivanje enzima za šablon ili kretanje RNK polimeraze duž DNK (na primjer, aktinomicin D).

biosinteza DNK.

Genetske informacije sadržane u DNK hromozoma mogu se prenijeti bilo točnom replikacijom ili rekombinacijom, transpozicijom i konverzijom:

1) Rekombinacija Dva homologna hromozoma razmjenjuju genetski materijal.

2) Transpozicija - sposobnost pomeranja gena duž hromozoma ili između hromozoma. Može igrati važnu ulogu u diferencijaciji ćelija.

3) Konverzija - identične sekvence hromozoma mogu formirati nasumične parove, a neusklađeni delovi se uklanjaju.

4) Replikacija (ovo je glavni tip sinteze DNK), odnosno reprodukcija "svoje vrste".

Glavni funkcionalni značaj replikacije je opskrba potomcima genetskim informacijama. Glavni enzim koji katalizuje sintezu DNK je DNK polimeraza. Izolovano je nekoliko tipova DNK polimeraze: 1) alfa - (izolovano iz jezgra) - ovo je glavni enzim povezan sa replikacijom hromozoma. 2) beta - (također lokalizovan u jezgru) - očigledno su uključeni u procese popravke i rekombinacije. 3) gama - (lokaliziran u mitohondrijima) - vjerovatno uključen u replikaciju mitohondrijske DNK. Za rad DNK polimeraze neophodni su sledeći uslovi: 1) sva 4 deoksiribonukleotida (dATP, dGTP, dCTP i TTP) moraju biti prisutna u medijumu; 2) za optimalnu aktivnost potreban je kofaktor: joni mangana; 3) neophodno je prisustvo kopirane dvolančane DNK; 4) nukleotidi su vezani u pravcu 5` - 3` (5` - 3` - polimerizacija); 5) replikacija počinje u strogo određenom području i odvija se istovremeno u oba smjera približno istom brzinom; 6) za početak sinteze može se koristiti ili fragment DNK ili RNK fragment kao sjemenski dio, za razliku od sinteze RNK, gdje je moguća sinteza iz pojedinačnih nukleotida; 7) za replikaciju je potreban supernamotan DNK molekul. Ali, ako, kao što smo rekli gore, transkripcija (tj., sinteza RNK) zahtijeva RNA polimerazu (sa gama podjedinicom za prepoznavanje i vezivanje za promotor) i protein za prepoznavanje signala terminacije (faktor r), tokom replikacije DNK, djelovanje DNK polimeraza dopunjuje nekoliko (oko 10) proteina, od kojih su neki enzimi. Ovi dodatni proteini doprinose:

1) prepoznavanje porekla replikacije pomoću DNK polimeraze.

2) Lokalno odmotavanje DNK dupleksa, koje oslobađa pojedinačne niti za kopiranje šablona.

3) Stabilizacija rastaljene strukture (neupletena).

4) Formiranje lanaca sjemena za iniciranje djelovanja DNK polimeraze.

5) Učestvuje u formiranju i promociji viljuške za replikaciju.

6) Promoviše prepoznavanje lokacija za završetak.

7) Promoviše supersmotanje DNK.

Naveli smo sve potrebne uslove za replikaciju DNK. I tako, kao što je već spomenuto, replikacija DNK počinje na strogo određenom mjestu. Za odmotavanje roditeljske DNK potrebna je energija oslobođena hidrolizom ATP-a. Dva molekula ATP-a se koriste za razdvajanje svakog para AO. Sinteza nove DNK povezana je sa istovremenim odmotavanjem roditeljske DNK. Mjesto na kojem se odvija i odvijanje i sinteza naziva se "replikacijska viljuška":

Roditeljski DNK

Novosintetizovana DNK

Replikacija DNK događa se na takav način da je svaki lanac roditeljske dvolančane DNK šablona za sintezu novog komplementarnog lanca, a dva lanca (originalni i novosintetizirani) se kombinuju kako bi formirali sljedeće generacije DNK. Ovaj mehanizam se naziva polukonzervativna replikacija. Replikacija DNK se odvija istovremeno na 2 lanca, i nastavlja, kao što je već spomenuto, u smjeru 5` - 3`. Ali lanci roditeljske DNK su u različitim smjerovima. Međutim, ne postoji enzim koji vodi sintezu DNK u smjeru 3` - 5`. Stoga će se jedan lanac koji kopira matični lanac sa usmjerenošću 5`-3` sintetizirati kontinuirano (naziva se "vodeći"), drugi lanac će se također sintetizirati u smjeru 5`-3`, ali u fragmentima od 150 -200 nukleotida, koji se naknadno spajaju. Ovaj lanac se zove "zaostajanje".

Da bi se započela sinteza nove DNK, potrebno je sjeme. Već smo rekli da sjeme može biti fragment DNK ili RNK. Ako RNK služi kao sjeme, onda je ovo vrlo kratak lanac, sadrži oko 10 nukleotida i naziva se prajmer. Sintetizira prajmer komplementaran jednom od lanaca DNK, poseban enzim - primazu. Signal za aktivaciju primaze je formiranje intermedijarnog kompleksa koji se sastoji od 5 proteina prije prajminga. 3'-terminalna grupa (hidroksilna grupa terminalnog ribonukleotida prajmera) služi kao sjeme za sintezu DNK pod djelovanjem DNK polimeraze. Nakon sinteze DNK, RNA komponenta (primer) se hidrolizira pomoću DNK polimeraze.

Rad DNK polimeraza usmjerava matriks, odnosno nukleotidni sastav novosintetizirane DNK ovisi o prirodi matriksa. Zauzvrat, DNK polimeraza uvijek uklanja nekomplementarne ostatke na kraju prajmera prije nastavka polimerizacije. Dakle, replikacija DNK se odvija s velikom preciznošću, budući da se uparivanje baza provjerava dva puta. DNK polimeraze su u stanju da izgrade lance novosintetizovane DNK, ali nisu u stanju da kataliziraju vezu 2 lanca DNK ili zatvore jedan lanac (tokom formiranja kružne DNK). Ove funkcije obavlja DNK ligaza, koja katalizira formiranje fosfodiesterske veze između 2 lanca DNK. Ovaj enzim je aktivan u prisustvu slobodne OH grupe na 3` kraju jednog DNK lanca i fosfatne grupe na 5` kraju drugog DNK lanca. Do umrežavanja lanaca dolazi zbog energije ATP-a. Budući da mnogi hemijski i fizički agensi (jonizujuće zračenje, UV zračenje, razne hemikalije) izazivaju oštećenja u DNK (AO se menjaju ili gube, fosfodiestarske veze su pokidane, itd.), sve ćelije imaju mehanizme za ispravljanje ovih oštećenja. Restrikciona DNK pronalazi ova oštećenja i izrezuje oštećeno područje, DNK polimeraza vrši popravku (restorativnu) sintezu oštećenih područja u smjeru 5' - 3'. Popravljeno mjesto je vezano za ostatak lanca pomoću DNK ligaze. Ova metoda popravljanja izmijenjenih ili oštećenih područja naziva se reparacija. Lista inhibitora replikacije DNK je duga i raznolika. Neki se vežu za DNK polimerazu, inaktivirajući je, drugi vezuju i inaktiviraju određeni pomoćni blok, treći se uvode u matričnu DNK, narušavajući njenu sposobnost kopiranja, a treći djeluju kao kompetitivni inhibitori, predstavljajući analog normalnih nukleotid trifosfata. Takvi inhibitori su neki antibiotici, mutageni, hemijski otrovi, antivirusna sredstva itd.

Biosinteza proteina (translacija gena).

Sastavljanje polipeptidnog lanca od njegovih sastavnih AA je nevjerovatan i vrlo složen proces koji se može zamisliti da se odvija u 4 faze, a to su:

1) aktivacija i selekcija AK (ATP-zavisna faza);

2) iniciranje sinteze polipeptidnog lanca (faza zavisna od GTP);

3) elongacija polipeptidnog lanca (GTP-zavisna faza);

4) završetak sinteze polipeptidnog lanca.

(1) – aktiviranje i odabir AA. U svim tipovima ćelija, prva faza translacije je ATP-ovisna transformacija svake AA u kompleks: aminoacil-tRNA. Time se postižu dva cilja:

1) reaktivnost AA se povećava u smislu formiranja peptidne veze.

2) AA se vezuje za specifičnu tRNA (odnosno dolazi do selekcije). Reakcija ide u 2 faze + Mg++

1) AA + ATP aminoacil - AMP + PF

aminoacil-tRNA sintetaza

2) aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA

aminoacil-tRNA sintetaza

Aminoacil-tRNA sintetaza katalizira dodavanje aminoacila (aminokiselinskog ostatka) na 3` hidroksilnu grupu terminalnog adenozina. Prisjetimo se strukture tRNA:

Ova ruka je neophodna, ova ruka je uključena u vezivanje aminoacil-

Za prepoznavanje tRNA tRNA sa ribosomom na mjestu sinteze proteina.

aminoacil-tRNA-

Petidase

antikodon

Pored katalitičke aktivnosti, aminoacil-tRNA sintetaza ima vrlo visoku specifičnost, "prepoznaje" i aminokiseline i njihove odgovarajuće tRNA. Pretpostavlja se da ćelije sadrže 20 sintetaza – po jednu za svaku AA, dok je tRNA mnogo veća (najmanje 31-32), budući da se mnoge AA mogu kombinovati sa dva ili čak tri različita molekula tRNA.

(2) Inicijacija je drugi korak u sintezi proteina.

Za početak translacije potrebno je tačno prepoznavanje prvog kodona, koji se nalazi odmah iza neprevedene sekvence mRNA. Inicijatorski kodon je AUG, a inicijator je metionin-tRNA

mRNA nije prevedena prevedena nije prevedena

sekvenca sekvenca sekvenca

1. kodon.

Prepoznavanje se dešava uz pomoć tRNA antikodona. Očitavanje se dešava u pravcu 5` - 3`. Ovo prepoznavanje zahtijeva uređenu interakciju koja troši energiju (GTP) s disociranim ribosomima. Ovaj proces se odvija uz učešće dodatnih proteina koji se nazivaju inicijacijski faktori (FI), a ima ih 8. U proces su uključene 40S i 60S podjedinice ribozoma. Razmotrimo detaljan mehanizam inicijacije.

1) 40S - rRNA podjedinica se vezuje za mRNA regiju koja prethodi prvom kodonu. FI-3 učestvuje u tome.

2) Prva aminoacil-tRNA uključena u translaciju prvog kodona stupa u interakciju sa GMP i FI-2. Ovaj rezultirajući kompleks, u prisustvu PI-1, veže tRNA za prvi kodon šablona i formira inicijacijski kompleks sa 40S podjedinicom ribozoma.

3) Nakon oslobađanja svih inicijacijskih faktora (FI-1,2,3), 60S podjedinica ribozoma je vezana za GTP, a GTP se hidrolizira. Time se završava formiranje kompletne 80S-čestice ribozoma. tako se formira kompletan inicijacijski kompleks: ribosom - mRNA - tRNA.

Potpuno sastavljen ribosom sadrži 2 funkcionalna mjesta za interakciju s tRNA molekulima. Peptidilno mjesto (P-site) - sadrži rastući polipeptidni lanac kao dio peptidil-tRNA u kompleksu sa posljednjim protransliranim kodonom mRNA. Aminoacil mjesto (A-mjesto) sadrži aminoacil-tRNA povezanu s odgovarajućim kodonom, aminoacil-tRNA ulazi u novo P-mjesto, ostavljajući A-mjesto slobodnim za sljedeću aminoacil-tRNA.

Šematski, cijeli ovaj proces možemo predstaviti na sljedeći način:

1) 40S-podjedinica ribozoma, uz učešće PI-3, vezana je za netranslacijsku sekvencu mRNA neposredno prije prvog kodona.

2) aminoacil-tRNA, vezuje se za GTP i PI-2 i, uz učešće PI-1, pridružuje se prvom kodonu, formirajući inicijacioni kompleks sa 40S podjedinicom.

3) postoji izdanje FI-1,2,3.

4) Podjedinica 60S stupa u interakciju sa GTP-om, a zatim se vezuje za inicijatorski kompleks. Formira se kompletan 80S ribosom, koji ima P-mjesto i A-mjesto.

5) nakon formiranja inicijacionog kompleksa sa prvim kodonom, aminoacil-tRNA ulazi u novo P-mjesto, ostavljajući A-mjesto slobodnim.

(3) Elongacija - nastavak sinteze. U ovoj fazi, peptidni lanac je produžen. U ribosomu 80S koji je potpuno formiran u fazi inicijacije, A mjesto je slobodno. Zapravo, u procesu izduživanja, ciklus od 3 faze se stalno ponavlja:

1) Tačna lokacija sljedeće aminoacil-tRNA.

2) formiranje peptidne veze.

3) kretanje novoformirane peptidil-tRNK sa A-mjesta na P-mjesto.

(1) Pričvršćivanje odgovarajuće (sljedeće) aminoacil-tRNA na A mjestu zahtijeva precizno prepoznavanje kodona. To se događa uz pomoć tRNA antikodona. Vezivanje aminoacil-tRNA na ribosom nastaje zbog formiranja kompleksa koji se sastoji od aminoacil-tRNA, GTP i faktora elongacije proteina (PE), postoji i nekoliko njih. Ovo oslobađa kompleks PE-GDP i fosfata. Ovaj kompleks (PE-GDP) se zatim (uz učešće GTP-a i drugih proteinskih faktora) ponovo pretvara u PE-GTP.

(2) - alfa amino grupa nove aminoacil-tRNA na mjestu A vrši nukleofilni napad esterificirane karboksilne grupe peptidil-tRNA koja zauzima P-mjesto. Ovu reakciju katalizira peptidil transferaza, proteinska komponenta koja je dio 60S podjedinice ribozoma. budući da je AA aminoacil-tRNA već aktivirana, ova reakcija (reakcija stvaranja peptidne veze) ne zahtijeva dodatnu energiju. Kao rezultat reakcije, rastući polipeptidni lanac je vezan za tRNA koja se nalazi na A-mjestu.

(3) – nakon uklanjanja peptilnog ostatka iz tRNA u P-mjesta, slobodni molekul RNK napušta P-mjesto. FE-2-GTP kompleks je uključen u kretanje novoformirane peptidil-tRNA od A mjesta do P mjesta, oslobađajući A mjesto za novi ciklus elongacije. Celokupnost odvajanja deacilirane tRNK, pomeranje novonastale peptidil-tRNK sa A mesta na P mesto, kao i pomeranje mRNK u odnosu na ribozom, naziva se translokacija. Pošto je energija dobijena tokom hidrolize ATP-a u AMP utrošena na formiranje aminoacil-tRNA, a to je ekvivalentno energiji hidrolize 2ATP u 2 ADP; vezivanje aminoacil-tRNA na A-mjesto zahtijeva energiju dobivenu hidrolizom GTP-a u GDP, a još jedan GTP molekul je utrošen na translokaciju. Možemo izračunati da je za formiranje jedne peptidne veze potrebna energija dobijena hidrolizom 2 molekula ATP-a i 2 molekula GTP-a.

Brzina rasta polipeptidnog lanca (tj. brzina elongacije) in vivo se procjenjuje na 10 aminokiselinskih ostataka u sekundi. Ove procese inhibiraju različiti antibiotici. Na primjer, puromicin blokira translokaciju vezivanjem za

R-plot. Streptomicin se veže za ribosomske proteine ​​i remeti prepoznavanje kodona od strane antikodona. Kloromicitin se vezuje za A mjesto, blokirajući produljenje. Šematski se to može predstaviti na sljedeći način: 1) sljedeća aminoacil-tRNA, zahvaljujući prepoznavanju uz pomoć antikodona, je fiksirana na A-mjestu. Vezanje se javlja u kompleksu sa GTP i FE-1. u ovom slučaju se oslobađaju GDP - FE - 1 i Fk, koji se zatim ponovo pretvara u GTP - FE-1 i učestvuje u novim ciklusima. 2) Peptidna veza se formira između vezane aminoacil-tRNK i peptida koji se nalazi na P-mjestu. 3) Kada se formira ova peptidna veza, tRNA se odvaja od peptida i napušta P-mjesto. 4) Novonastala peptidil-tRNA uz pomoć GTP-PE2 kompleksa se kreće od A do P-mesta, a GTP-PE2 kompleks se hidrolizira u GDP-PE-2 i FA. 5) Kao rezultat ovog kretanja, A-mjesto se oslobađa za vezivanje nove aminoacil-tRNA.

(4) Terminacija je završna faza sinteze proteina. Nakon mnogih ciklusa elongacije, kao rezultat toga se sintetiše polipeptidni lanac proteina, u

Završni ili besmisleni kodon pojavljuje se na A mjestu. Normalno, ne postoje tRNA koje mogu prepoznati besmisleni kodon. Prepoznaju ih specifični proteini - faktori terminacije (R-faktori). Oni specifično prepoznaju besmisleni kodon, vezuju se za ribozom blizu A mjesta, blokirajući pričvršćivanje sljedeće aminoacil-tRNA. R-faktori uz učešće GTP i peptidiltransferaze osiguravaju hidrolizu veze između polipeptida i tRNA molekula koji zauzima P-mjesto. Nakon hidrolize i oslobađanja polipeptida i tRNA, 80S ribosom se disocira na 40S i 60S podjedinice, koje se zatim mogu ponovo koristiti u translaciji novih mRNA.

Razmatrali smo rast jednog proteinskog lanca na jednom ribosomu koji je vezan za jednu molekulu mRNA. U stvarnosti, proces teče efikasnije, budući da se mRNA obično prevodi istovremeno ne na jednom ribosomu, već na kompleksima ribosoma (polizomima) i svaki stadij translacije (inicijacija, elongacija, terminacija) obavlja svaki ribosom u ovom polizomu, u ovaj ribosomski kompleks, to jest, postaje moguće sintetizirati nekoliko kopija polipeptida prije nego što se mRNA cijepa.

Veličine polizomalnih kompleksa uvelike variraju i obično su određene veličinom molekula mRNA. Veoma velike molekule mRNA mogu formirati komplekse sa 50-100 ribozoma. Češće, međutim, kompleks sadrži od 3 do 20 ribozoma.

U životinjskim i ljudskim stanicama, mnogi proteini se sintetiziraju iz mRNA u obliku molekula prekursora, koji se zatim moraju modificirati da formiraju aktivne molekule, po analogiji sa sintezom NA. Ovisno o proteinu, može doći do jedne ili više sljedećih modifikacija.

1) Formiranje disulfidne veze.

2) Pridruživanje kofaktora i koenzima.

3) Pričvršćivanje protetskih grupa.

4) Parcijalna proteoliza (proinsulin - insulin).

5) Formiranje oligomera.

6) Hemijska modifikacija (acilacija, aminacija, metilacija, fosforilacija, karboksilacija, itd.) - poznato je više od 150 hemijskih modifikacija AA u molekulu proteina.

Sve ove modifikacije dovode do promjena u strukturi i aktivnosti proteina.

Genetski kod.

Činjenicu da se prijenos DNK genetske informacije događa uz pomoć molekula mRNA prvi su 1961. godine sugerirali F. Jacob i J. Monod. Naknadni radovi (M. Nirenberg, H. G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg - proučavao je sintezu polipeptida i vezivanje aminoacil-tRNA za ribozome.

H.G. Koran - razvio je metodu za hemijsku sintezu poli- i oligonukleotida.

R. W. Holii - dešifrirao strukturu DNK sa antikodonskim mjestom.

1) Potvrđena hipoteza o učešću mRNK

2) Pokazali su tripletnu prirodu koda, prema kojoj je svaki AK programiran u mRNA pomoću 3 baze, nazvane kodon

3) Utvrđeno je da se mRNA kod čita komplementarnim prepoznavanjem kodona antikodonskim tripletom tRNK.

4) Uspostavljena korespondencija između AK i većine od 64 moguća kodona. Trenutno je poznato da 61 kodon kodira za AK, a 3 su terminacioni signali (besmisleni kodon).

Vjerovalo se da je genetski kod univerzalan, odnosno da se za sve organizme i sve vrste stanica koriste iste vrijednosti za sve kodone. Međutim, nedavne studije mitohondrijalne DNK pokazale su da se genetski sistem mitohondrija značajno razlikuje od genetskog sistema drugih formacija (nukleus, hloroplasti), odnosno da neki kodoni čitaju tRNK mitohondrija drugačije od tRNK drugih formacija. Kao rezultat, samo 22 tipa tRNA su potrebne za mitohondrije. Dok se za sintezu proteina u citoplazmi koristi 31-32 tipa tRNA, odnosno cijeli set tRNA.

18 od 20 AK je kodirano sa više od jednog kodona (2, 3, 4, 6) - ovo svojstvo se naziva "degeneracija" koda i važno je za organizam. Zbog degeneracije, neke greške u replikaciji ili transkripciji ne uzrokuju izobličenje genetskih informacija. Genetski kod se ne preklapa i nema znakove interpunkcije, odnosno čitanje ide bez ikakvih praznina, uzastopno, sve dok se ne dođe do besmislenog kodona. Istovremeno, za viruse je zabilježeno potpuno drugačije svojstvo - kodoni se mogu "preklapati":

1) Ako zamjena padne na 3. nukleotid kodona, tada, zbog “degeneracije” koda, postoji mogućnost da AK sekvenca ostane nepromijenjena i da se mutacija neće manifestirati.

2) Može doći do missens efekta kada se jedan AK zamijeni drugim; ova zamjena može biti prihvatljiva, djelimično prihvatljiva ili neprihvatljiva, to jest, funkcija proteina je pogođena, poremećena ili potpuno izgubljena.

3) Kao rezultat mutacija, može se formirati besmisleni kodon. Formiranje besmislenog kodona (terminatorni kodon) može dovesti do preranog prekida sinteze proteina.

Sumirajući ono što je rečeno:

1) Genetski, kod (“jezik života”) se sastoji od niza kodona, koji, u stvari, formiraju gen.

2) Genetski kod je triplet, odnosno svaki kodon se sastoji od tri nukleotida, odnosno svaki kodon kodira 1 AK. Istovremeno se mogu formirati 64 kombinacije od 4 tipa DNK nukleotida, što je više nego dovoljno za 20 AA.

3) Kod je "degenerisan" - to jest, jedan AK može biti kodiran sa 2, 3, 4, 6 kodona.

4) Kod je nedvosmislen, odnosno jedan kodon kodira samo jedan AK.

5) Kod se ne preklapa, tada nema nukleotida uključenih u dva susjedna kodona.

6) Šifra "bez zareza", odnosno nema nukleotida između dva susedna kodona.

8) Sekvenca AK u polipeptidu odgovara sekvenci kodona u genu - ovo svojstvo se naziva kolinearnost.

Slične informacije.

Sva živa bića zavise od tri osnovna molekula za suštinski sve svoje biološke funkcije. Ovi molekuli su DNK, RNK i protein. Dva lanca DNK rotiraju u suprotnim smjerovima i nalaze se jedan pored drugog (antiparalelno). Ovo je niz od četiri azotne baze usmjerene duž kičme koja kodira biološke informacije. Prema genetskom kodu, RNK lanci se pretvaraju da bi se odredio slijed aminokiselina u proteinima. Ovi lanci RNK su izvorno napravljeni korišćenjem lanaca DNK kao šablona, ​​proces koji se naziva transkripcija.

Bez DNK, RNK i proteina ne bi postojao biološki život na Zemlji. DNK je inteligentna molekula koja kodira kompletan set genetskih instrukcija (genom) potrebnih za sklapanje, održavanje i reprodukciju svakog živog bića. RNK ima višestruku vitalnu ulogu u kodiranju, dekodiranju, regulaciji i izražavanju genetike. Glavna dužnost RNK je da proizvodi proteine ​​prema skupovima instrukcija kodiranih u ćelijskoj DNK.

DNK se sastoji od šećera, azotne baze i fosfatne grupe. RNA je ista.

U DNK, dušičnu bazu čine nukleinske kiseline: citozin (C), gvanin (G), adenin (A) i timin (T). Metafizički, svaka od ovih nukleinskih kiselina povezana je sa elementarnim supstancama planete: Vazduhom, Vodom, Vatrom i Zemljom. Kada zagadimo ova četiri elementa na Zemlji, zagađujemo odgovarajuću nukleinsku kiselinu u našoj DNK.

Međutim, u RNK se dušična baza sastoji od nukleinskih kiselina: citozin (C), gvanin (G), adenin (A) i uracil (U). Osim toga, svaka od RNA nukleinskih kiselina povezana je sa elementarnim supstancama planete: zrakom, vodom, vatrom i zemljom. I u DNK i u RNK, mitohondrijalna DNK odgovara petom osnovnom elementu kosmičkog etra, odlazeći t samo od majke. Ovo je primjer alotropije, koja je svojstvo malog broja hemijskih elemenata da budu u dva ili više različitih oblika, poznatih kao alotropi tih elemenata. Alotropi su različite strukturne modifikacije elementa. Naša DNK je alotrop četiri osnovna planetarna elementa.

Glavna biološka funkcija dušičnih baza u DNK je povezivanje nukleinskih kiselina. Adenin se uvek kombinuje sa timinom, a gvanin se uvek kombinuje sa citozinom. Poznate su kao uparene baze. Uracil je prisutan samo u RNK, zamjenjujući timin i kombinirajući se s adeninom.

I RNA i DNK koriste uparivanje baza (muško + žensko) kao dodatni jezik koji se može pretvoriti u bilo kojem smjeru između DNK i RNK djelovanjem odgovarajućih enzima. Ovaj muško-ženski jezik ili struktura uparivanja baze pruža rezervnu kopiju svih genetskih informacija kodiranih unutar dvolančane DNK.

Reverzna dvostruka baza

Sva DNK i RNK funkcioniraju na rodnom principu uparivanja baza, stvarajući vodikovu vezu. Uparene baze se moraju spojiti u nizu, omogućavajući DNK i RNK interakciju (prema originalnom nacrtu za naših 12 lanaca DNK, Dijamantsko Sunčevo tijelo) i također omogućavajući RNK da proizvodi funkcionalne proteine ​​koji grade veze koje sintetiziraju i popravljaju dvostruku DNK helix. Ljudska DNK je oštećena mutacijom par baza i promjenom parova ili umetaka za uređivanje sekvenci od strane inženjering organizama kao što je virus. Intervencija u uparenim bazama tiče se tehnologije rodne podjele obrnute mreže Nefila (NRG), koja utječe na sav muški i ženski jezik i njihove odnose. Kopije DNK se stvaraju spajanjem podjedinica nukleinske kiseline sa muško-ženskim baznim parom na svakom lancu originalne DNK molekule. Takva veza se uvijek javlja u određenim kombinacijama. Promjena osnovnog jedinjenja DNK, kao i mnogi nivoi genetske modifikacije i genetske kontrole, doprinose supresiji sinteze DNK. Ovo je namjerno potiskivanje aktivacije 12 DNK lanaca originalnog plana, Silikonskog matriksa, sastavljenih i izgrađenih od strane proteina. Ovo genetsko potiskivanje se provodi agresivno od kataklizme Atlantide. U direktnoj je vezi sa suzbijanjem sjedinjenja hijerogamije, što se postiže ispravnim povezivanjem DNK baza, sa kojima je moguće stvoriti i sastaviti proteine ​​za obnavljanje vatrenih zapisa DNK.

Uređivanje RNA sa aspartamom

Jedan primjer genetske modifikacije i eksperimentiranja sa populacijom je upotreba aspartama*. Aspartam se kemijski sintetizira iz aspartata, što narušava funkciju uracil-timin veze u DNK, a također smanjuje funkcije sinteze RNA proteina i komunikacije između RNK i DNK. Uređivanje RNK dodavanjem ili uklanjanjem uracila i timina kodiralo je ćelijske mitohondrije, u kojima je oštećenje mitohondrija doprinijelo neurološkoj bolesti. Timin je snažan zaštitnik integriteta DNK. Osim toga, snižavanje uracila proizvodi supstrat aspartat, ugljični dioksid i amonijak.

Interferencija sa ciklusom azota

Kao rezultat industrijske revolucije, razmještanja vojnog kompleksa preko NEA kontakata, cjelokupni ciklus dušika je značajno izmijenjen u proteklom stoljeću. Iako je dušik neophodan za sav poznati život na Zemlji, NAA je namjerno forsirala ratove fosilnih goriva, zagađujući Zemlju i oštećujući DNK. Dušik je komponenta svih aminokiselina koje čine proteine ​​i prisutan je u bazama koje čine nukleinske kiseline RNK i DNK. Međutim, vođenjem ratova oko fosilnih goriva, prisiljavanjem na upotrebu motora sa unutrašnjim sagorevanjem, stvaranjem hemijskih đubriva i zagađenjem životne sredine od strane vozila i industrije, ljudi su doprineli ozbiljnoj toksičnosti azota u biološkim oblicima. Dušikov oksid, ugljični dioksid, metan, amonijak – sve to stvara staklenički plin koji truje Zemlju, vodu za piće i oceane. Ova kontaminacija uzrokuje oštećenje DNK i mutacije.

Elementarna promjena tijela boli

Stoga su mnogi od nas doživjeli elementarne promjene u našoj krvi, dijelovima tijela (posebno na površini kože koja reaguje na promjene u krvi) i duboke promjene u našim stanicama i tkivima. Revitalizacija materije kao rezultat magnetskih promjena također prodire u nivoe našeg emocionalno-elementarnog tijela, značajno utječući na ćelijske reakcije i memoriju pohranjenu u Instinktivnom tijelu (Tijelu bola).

Ovaj novi ciklus prisiljava svakog od nas da obrati pažnju na svoje instinktivno tijelo, na svoje emocionalno-elementarno tijelo boli i na ono što mu se događa. Odnos solarnih i lunarnih sila i njihov kombinovani učinak na polaritete planetarnih tjelesnih sila prilagođeni su ovom utjecaju na magnetsko polje.

Nažalost, nerazumijevanje viših principa prirodnog zakona dovodi do velikog haosa i patnje za one koji ustraju u upuštanju u uništavanje, podjelu i nasilje, bez obzira na metode koje se koriste.

Međutim, masovni egzodus lunarnih sila, lunarnih lančanih bića, palih anđela sa naše planete i solarnog sistema se nastavlja u ovom trenutku. Kako je solarni sistem u karantinu, oni koji su uzašli (ili čista srca) doživjet će duboko preusmjeravanje svojih centara svete energije sa lunarnih na solarne utjecaje. Ova bifurkacija solarnih i lunarnih sila nastavlja se mijenjati ne samo u emocionalno-elementarnom tijelu, već iu sakralnom centru i svim reproduktivnim organima. Donosi prilagođavanja ili uvid u mnoga pitanja vezana za seksualnu patnju koja su programirana na osnovu skrivenih istorija povezanih sa entitetima lunarnog lanca. Majčini magnetni komandni setovi i mitohondriji vraćaju solarnu ženstvenost i njihovoj zemaljskoj djeci.

DNK sinteza

Shvaćajući da se naše emocionalno-elementarno tijelo kreće od atoma baziranih na ugljiku ka elementima više baze kroz aktivaciju visoke frekvencije i planetarne magnetske promjene, možemo povezati tačke u duhovnom razvoju vlastitog tijela povezane s ličnim alhemijskim procesima. U restauraciji sofijanskog tijela, alhemijska transformacija evolucije naše svijesti spaja se sa naučnim razumijevanjem sinteze DNK. Sinteza DNK je jednako važna kao i aktivacija DNK, koja igra važnu i direktnu ulogu u duhovnom uzdizanju. Majka vraća zapis mitohondrijske DNK kroz preokret magnetnih struja, vraćajući nacrt naše krvi, mozga i nervnog sistema na bolje funkcionisanje sa našom istinskom originalnom DNK.

*ALI spartam je genetski modifikovana hemikalija koja se distribuira i prodaje kao dodatak prehrani

Prijevod: Oreanda Web